DE3627102A1 - Schutzmantel fuer einrichtungen zur waermebehandlung von werkstuecken - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind außenbeheizte Schutzmäntel für Einrichtungen zur Wärmebehandlung von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 (DE-OS 32 33 815).

Bei einem durch das DE-GM 80 23 715 bekannten Glühofen wird das Schutzgas durch einen im Boden des Ofens angeordneten Radiallüfter aus dem das Glühgut, z. B. Blechbunde, umgebenden zentralen Raum des Schutzmantels angesaugt und über einen Diffusor in den äußeren Mantelraum gefördert, in dem das Gas nach oben steigt und durch die zwischen den Blechbunden angeordneten Gasleituntersätze oder Konvektionsplatten in den zentralen Mantelraum zurückströmt.

Der Heizenergieverbrauch dieser Öfen ist verhältnismäßig hoch. Die ungenügende Energieausnutzung bei diesen Öfen ist darauf zurückzuführen, daß die Geschwindigkeit des in dem äußeren Mantelraum aufsteigenden Gasstroms relativ gering ist und im allgemeinen nicht zur Erzeugung einer Turbulenz der Strömung ausreicht, so daß im ganzen äußeren Mantelraum oder in Teilbereichen desselben laminare Strömungen auftreten, die nur einen schlechten Wärmeübergang gewährleisten.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schutzmäntel besteht darin, daß sich im unteren Bereich der Innenwand des Schutzmantels durch Hochtemperaturkorrosion und Aufkohlung dicke, mehrlagige Zunderschichten und Ausbeulungen bilden. Der vermutliche Grund für die Entstehung der Ausbeulungen wird in Veränderungen des Mantelwerkstoffes durch Aufkohlung gesehen. Zur Steigerung der Stabilität des Mantels hat man bereits in dem unteren Bereich desselben, der durch die heißen Brenngase der Brenner unmittelbar beaufschlagt wird, horizontale und vertikale nach außen gerichtete Versteifungssicken eingewalzt. Diese Maßnahme hat jedoch nicht den gewünschten Erfolg gebracht, da beim Einpressen der Sicken das Werkstoffgefüge an den Kreuzungspunkten der vertikalen und horizontalen Sicken sehr stark verformt wird und die starke Kaltverformung im Bereich der Kreuzungspunkte der horizontalen und vertikalen Sicken zu Rißbildungen an den Korngrenzen führt, bedingt durch die aufgrund der Kaltverformung im Werkstoff auftretenden Spannungsfelder und die Versprödung des Werkstoffes.

Durch das Einformen schraubenlinienförmig mit einer Steigung von vorzugsweise 45° verlaufender Stabilisierungssicken in den Schutzmantel gemäß der eingangs erwähnten DE-OS 32 33 815 wird die Mantelfläche vergrößert und eine erhöhte statische Festigkeit derselben erzielt, die wiederum eine Reduzierung der Wanddicke gegenüber den auf dem Markt befindlichen Ausführungsformen ermöglicht. Die verbesserte Wärmeübertragung aufgrund der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche und der verringerten Wanddicke des Schutzmantels erbringt eine verbesserte Energieausnutzung und damit eine Energieeinsparung sowie eine Verkürzung des Glühvorganges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzmantel der eingangs beschriebenen Gattung mit einer erhöhten Festigkeit und einer verbesserten Energieausnutzung zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Schutzmantel zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:

Durch die in den Schutzmantel zwischen den schraubenlinienförmig verlaufenden Stabilisierungssicken eingeformten Erhöhungen und Vertiefungen, die sich vorzugsweise über die ganze Mantelhöhe erstrecken, wird die Mantelfläche vergrößert und eine erhöhte statische Festigkeit des Mantels erzielt, die wiederum eine Reduzierung der Wanddicke gegenüber den auf dem Markt befindlichen Ausführungsformen ermöglicht. Die vergrößerte Wärmeübertragungsfläche und die verringerte Wanddicke des Schutzmantels gewährleisten einen wesentlich besseren Wärmeübergang zwischen dem von außen durch die Brenner erhitzten Schutzmantel und dem Schutzgas im Mantelinnenraum und ermöglichen somit eine schnellere Aufheizung und Abkühlung des Glühgutes. Die durch die vergrößerte Oberfläche gegenüber den bekannten Schutzmänteln verbesserte Kühlung durch Luft kann durch eine Berieselung des Schutzmantels von außen mit Wasser noch gesteigert werden. Die in den Schutzmantel eingepreßten Vertiefungen und Erhöhungen bewirken eine gute Verteilung des Kühlmittels über die gesamte Oberfläche des Schutzmantels. Die entscheidend verbesserte Wärmeübertragung gegenüber den bekannten Schutzmantelausführungen erbringt eine optimale Energieausnutzung und damit eine Einsparung an Heizenergie, eine Reduzierung des Schutzgasverbrauches sowie eine Verkürzung des Glühvorgangs.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Glühofens mit dem erfindungsmäßigen Schutzmantel und jeweils in vergrößerter Darstellung,

Fig. 2 die Abwicklung eines Mantelausschnitts mit zwischen den Stabilisierungssicken angeordneten quadratischen Erhöhungen,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Teilschnitt durch einen Schutzmantel mit zwischen den Sicken angeordneten quadratischen Vertiefungen,

Fig. 6 einen der Fig. 4 entsprechenden Teilschnitt durch einen Schutzmantel mit zwischen den Sicken abwechselnd eingeformten Erhöhungen und Vertiefungen,

Fig. 7 die Abwicklung eines Mantelausschnitts mit einer gegeneinander versetzten Anordnung der zwischen jeweils zwei Sicken in den Mantel eingeformten quadratischen Erhöhungen und

Fig. 8 die Abwicklung eines Mantelausschnitts mit einer gegeneinander verdrehten Anordnung der zwischen jeweils zwei Sicken in den Mantel eingeformten quadratischen Erhöhungen.

In den Haubenofen (1) nach Fig. 1, beispielsweise zum Glühen von Blechbunden (2) bei einer Glühtemperatur von 900 bis 950°C, wird das Schutzgas, das ein Oxidieren des Glühgutes verhindert, durch einen im Boden (3) des Ofens (1) angeordneten Radiallüfter (4) laufend aus dem zentralen Raum (5 a) des Schutzmantels (5) angesaugt und über einen Diffusor (6), auf dem der Bunduntersatz (7) aufliegt, in den äußeren Mantelraum (5 b) zurückgefördert. Zwischen den übereinanderstehenden Blechbunden (2) sind Konvektoren (8) angeordnet. Der Ofen (1) wird beispielsweise durch Gas- oder Ölbrenner (9, 10) beheizt, die in zwei Brennerebenen über dem Boden (3) auf dem Umfang verteilt in die zylindrische Ofenwand (11) eingebaut sind. Das Schutzgas wird durch eine Zuleitung (12) in eine Sammelkammer (13) im Ofenboden (3) eingeleitet, die über einen Verbindungskanal (14) an das Lüftergehäuse (15) angeschlossen ist, in welchem ein Lüfterrad (16) rotiert und das Schutzgas in den Diffusor (6) fördert. Zur Entnahme des Schutzgases ist eine in den äußeren Mantelraum (5 b) durch den Ofenboden (3) führende Ableitung (17) vorgesehen. In manchen Fällen erfolgt die Beheizung des Ofens auch elektrisch.

Der Schutzmantel (5) ist aus einzelnen zylindrischen Schüssen (19) aus Stahl zusammengesetzt, die direkt oder, wie dargestellt über Flachringe (20) miteinander verschweißt sind. In den Schutzmantel (5) sind schraubenlinienförmig verlaufende Gasführungs- und Stabilisierungssicken (21) eingeformt, die sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel über die ganze Höhe (22) des Schutzmantels (5) erstrecken und auf der Innenseite desselben Gasleitkanäle (21 a) bilden. Die Steigung α der Gasführungssicken (21) beträgt über die Haubenhöhe konstant vorzugsweise 45°. Der Abstand (23) der in die Schüsse (19) eingewalzten Führungssicken (21) nimmt über die Mantelhöhe (22) von unten nach oben ab. Innerhalb der einzelnen Schüsse (19) des Mantels (5) ist der Sickenabstand (23) konstant, und die Sicken (21) zweier angrenzender Schüsse (19) sind gleichmäßig gegeneinander versetzt. Die Führungssicken (21) können jede beliebige, beispielsweise eine halbkreis- oder trapezförmige, Querschnittsausbildung aufweisen.

Das Schutzgas wird durch das Lüfterrad (16) in einer Zirkulationsströmung aus dem zentralen Mantelraum (5 a) abgesaugt und über den Diffusor (6) in einer turbulenten, aufwärts gerichteten Strömung durch den äußeren Mantelraum (5 b) und die schraubenlinienförmigen Gasleitkanäle (21 a) über die Konvektoren (8) zwischen den Blechbunden (2) und die obere Öffnung (24) in den zentralen Mantelraum (5 a) zurückgefördert. Die durch den Lüfter (4) und den Diffusor (6) erzeugte Turbulenzströmung wird durch die Kaminwirkung, die durch den nach oben abnehmenden Abstand der Gasführungssicken (21) im Schutzmantel (5) und durch die Erhöhung der Gasgeschwindigkeit in den verengten Strömungsquerschnitten zwischen den nach innen gerichteten Sicken (21) und den Blechbunden (2) erzeugt wird, über die ganze Mantelhöhe (22) aufrechterhalten. Durch diese turbulente Zwangszirkulation des Schutzgases wird beim Glühprozeß eine intensive und gleichmäßige Erhitzung der Blechbunde (2) und nach Beendigung des Glühens und Abschalten der Brenner (9, 10) eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung der Blechbunde (2) erreicht, die nicht unbedingt unter Schutzgas durchgeführt werden muß.

In Abänderung der beschriebenen Ausführungsform kann die Steigung α der Gasführungssicken (21) in den einzelnen Schüssen (19) des Schutzmantels (5) unterschiedlich sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Sickenabstand (23) über die Mantelhöhe (22) konstant zu halten. Schließlich kann zur Unterstützung der Kaminwirkung des Schutzmantels (5) der Durchmesser vom untersten zum obersten Schuß (19) verringert werden.

Wie die Fig. 2 bis 4 verdeutlichen, sind zwischen den Stabilisierungssicken (21) in den Schutzmantel (5) quadratische Erhöhungen (25) eingeformt, die den Schutzmantel zusätzlich versteifen. Die Erhöhungen (25) werden in den Schutzmantel (5) vorzugsweise eingepreßt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schutzmantels (5) mit zwischen den Stabilisierungssicken (21) angeordneten quadratischen Vertiefungen (26).

Bei dem Schutzmantel (5) nach Fig. 6 sind zwischen den Sicken (21) abwechselnd quadratische Erhöhungen (25) und Vertiefungen (26) eingeformt.

Fig. 7 zeigt eine Schutzmantelausführung mit einer gegeneinander versetzten Anordnung der zwischen jeweils zwei Sicken (21) in den Mantel (5) eingeformten quadratischen Erhöhungen (25).

Schließlich verdeutlicht Fig. 8 einen Schutzmantel mit einer gegeneinander verdrehten Anordnung der zwischen jeweils zwei Sicken (21) in den Mantel (5) eingeformten quadratischen Erhöhungen (25).

Abweichend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen können die in den Schutzmantel (5) eingeformten Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26) z.B. eine rechteckige, runde, ovale oder rhombische Formgebung aufweisen.

Der Abstand (27) und die Seitenlänge (28) der quadratischen Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26) nehmen mit dem Abstand (23) der Stabilisierungssicken (21) über die Mantelhöhe (22) von unten nach oben ab.

Es besteht ferner die Möglichkeit, die oberen Schüsse (19) des Schutzmantels (5), bei denen sich der Sickenabstand (23) verringert, ohne Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26) herzustellen.

Bei einem Schutzmantel mit einem konstanten Sickenabstand (23) über die Mantelhöhe (22) können auch die Abstände (27) und die Seitenlänge (28) der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26) gleich bleiben.

Der Schutzmantel (5) des vorbeschriebenen Haubenofens (1) eignet sich auch als Einsatz für Glühtöpfe.

Claims (10)

1. Außenbeheizter Schutzmantel für Einrichtungen zur Wärmebehandlung, insbesondere Glühen, von Werkstücken unter Schutzgasatmosphäre, mit schraubenlinienförmig verlaufenden, nach innen oder außen gerichteten Gasführungs- und Stabilisierungssicken, gekennzeichnet durch zwischen den Sicken (21) in den Schutzmantel (5) eingeformte, diesen zusätzlich versteifende Erhöhungen (25) und/oder Vertiefungen (26).

2. Schutzmantel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine quadratische Form der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26).

3. Schutzmantel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rechteckige Form der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26).

4. Schutzmantel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine runde Formgebung der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26).

5. Schutzmantel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ovale Form der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26).

6. Schutzmantel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine rhombische Form der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26).

7. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen konstanten Abstand (27) der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26) über die Mantelhöhe (22).

8. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch unterschiedliche Abstände (27) der Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26) über die Mantelhöhe (22).

9. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine gegeneinander versetzte Anordnung der zwischen jeweils zwei Sicken (21) in den Mantel (5) eingeformten Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26).

10. Schutzmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine gegeneinander verdrehte Anordnung der zwischen jeweils zwei Sicken (21) in den Mantel (5) eingeformten Erhöhungen (25) bzw. Vertiefungen (26).