DE3627941C2 - Wärmebehandlungsvorrichtung mit Wirbelbettofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsvorrichtung für Werkstücke, besonders aus Metall gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 oder 2.

Eine Wärmebehandlungsvorrichtung üblicher Bauart un­ ter Verwendung eines Wirbelbettofens als Wärmeofen ist bei­ spielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 57-152 417 beschrieben. Gemäß dieser Beschreibung ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Paar unabhängiger Wärmebehand­ lungsöfen für hohe und tiefe Temperatur ausgerüstet, die ne­ beneinander und so angeordnet sind, daß das vom Hochtempera­ turofen abgegebene Ofengas durch Wärmeaustauscherohre im Nie­ dertemperaturofen strömt, um einen Wärmeaustausch mit dem Wirbelbett im Niedertemperaturofen durchzuführen, worauf es durch ein Gebläse unter Druck wieder in den Hochtemperaturofen zurückgeführt wird. Dieser übliche Typ von Wärmebehandlungs­ vorrichtung soll dazu dienen, die Abfallwärme und Abgase wie­ der zu verwenden und auch das Ofengas in der Hochtemperatur- Wärmebehandlungsvorrichtung, d. h. das Volumen und die Zusam­ mensetzung der Gase im Ofen zu stabilisieren. Bei dieser üb­ lichen Wärmebehandlungsvorrichtung müssen jedoch stets der Hochtemperatur- und der Niedertemperaturofen gleichzeitig be­ trieben werden, da, wenn nur der Hochtemperaturofen betrieben wird, das Ofengas ohne Wärmeaustausch, also mit hoher Tempera­ tur in das Ofengas-Fördergebläse angesaugt wird und dieses durch die hohe Gastemperatur geschädigt wird. Es ist daher im­ wirtschaftlich, wenn man den Hochtemperatur- und den Nieder­ temperaturofen nicht gleichzeitig benutzt.

Weiter ist ein üblicher Vakuumofen als Wärmebehandlungsofen für die zunder­ freie (blanke) Härtung oder blankes Abschrecken, Blankglühen und Blanktempern von Stählen und zum Sintern von Metallen bekannt. Da hier die Wär­ mebehandlung unter Vakuum durchgeführt wird, sind jedoch ei­ ne besondere Ausbringvorrichtung und ein Vakuumbehälter und dergleichen erforderlich, so daß die Vorrichtung von Haus aus eine erhebliche Größe aufweist und dadurch teuer ist. Außer­ dem ist dieser Typ von Wärmebehandlungsvorrichtung auch da­ durch nachteilig, daß beim Kühlen der wärmebehandelten Gegen­ stände auch die wärmeisolierten Wände und Tür des Ofens gleich­ zeitig gekühlt werden, was zu einer schlechteren Wärmeausnut­ zung beim Wiedererhitzen führt. Die einen Vakuumofen benutzende Wärmebehandlungsvorrichtung ist auch dadurch nachteilig, daß bei der Wärmebehandlung selbst die Gegenstände ungleichmäßig erwärmt werden und die Durchführung der Wärmebehandlung eine lange Zeit erfordert.

Aus US-A-3 197 328 ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung für Werkstücke, besonders aus Metall, nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 bekannt, nämlich mit einem zum Erhitzen dienenden Wir­ belbettofen, der ein Wirbelbett aus feuerfesten Teilchen enthält und über dem eine Kühlkammer angeordnet ist, die durch eine frei zu öffnende und zu schließende Trennwand mit ihm in Verbindung gebracht werden kann und in welcher die der Wärmebehandlung im Wirbelbett unterworfenen Gegenstände sofort im Anschluß an die Wärmebehandlung gekühlt werden können.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das Wirbelbett aus feuerfesten Teilchen mechanisch durch Vibrationen erzeugt, wäh­ rend die inerte oder reaktive Ofenatmosphäre statisch gegebenen­ falls auch ein Vakuum ist. Dadurch und durch die über dem Wir­ belbett angeordnete Lade- und Kühlkammer kann das Werkstück kontrolliert erhitzt und abgekühlt werden. Die Vibrationsvor­ richtung ist aber aufwendig und erfordert auch eine wegen der mechanischen Beanspruchung entsprechend widerstandsfähig konstruierte Wärmebehandlungsvorrichtung. Eine Wärmerückgewin­ nung ist nicht vorgesehen, was höheren Energieverbrauch zur Folge hat.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beheben und eine Wär­ mebehandlungsvorrichtung zu schaffen, in der Metalle oder Ge­ genstände aus Metall kontinuierlich erwärmt und anschließend gekühlt werden können, indem ein Wirbelbettofen mit einer oberhalb desselben angeordneten Kühlkammer ausgebildet, welche mit einer Wärmekammer des Ofens durch eine zum Öffnen und Schließen eingerichtete Trennwand in Verbindung steht, und wobei auch eine Stabilisierung des Ofengases und Wiederverwendung der Abgaskomponenten und eines wesentlichen Teils der Wärme erreicht wird.

Außerdem wird eine Wärmebehandlungsvor­ richtung angestrebt, welche die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur im Wirbelbettofen ermöglicht.

Zur Erfüllung dieser Aufgabe dient erfindungsgemäß eine Wärmebehandlungsvorrichtung für Werkstücke, besonders aus Metall, mit einem zum Erhitzen dienenden Wirbelbettofen, der ein Wirbelbett aus feuerfesten Teilchen enthält und über dem eine Kühlkammer angeordnet ist, die durch eine frei zu öffnende und zu schließende Trennwand mit ihm in Verbindung gebracht werden kann und in welcher die der Wärmebehandlung im Wirbelbettofen unterworfenen Gegenstände sofort im Anschluß an die Wärmebehand­ lung gekühlt werden können, die gekennzeichnet ist durch eine Kreislauffördervorrichtung, die mit einem wärmebeständigen Gebläse ausgerüstet ist, um das erhitzte Ofengas im Wirbelbett­ ofen und das Kühlfluid in der Kühlkammer zusammen im Kreis zu führen, und eine Quelle für Wärmebehandlungsgas, die mit der Kreislauffördervorrichtung stromaufwärts vom wärmebeständigen Gebläse verbunden ist, um in den Wirbelbett­ ofen selektiv ein vorbestimmtes Wärmebehandelungsgas einzulei­ ten.

Eine andere Lösung der Aufgabe stellt die im Anspruch 2 gekennzeichnete Vorrichtung dar.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 8.

Die Erfindung wird mit weiteren Einzelheiten und Vor­ teilen erläutert durch die folgende Beschreibung und die beige­ fügten Zeichnungen bevorzugter beispielhafter Ausführungs­ formen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärme­ behandlungsvorrichtung mit einem Wirbelbettofen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung;

Fig. 3 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Tempe­ ratur im Wirbelbettofen und der Einleitungsgeschwindigkeit eines Wärmebehandlungsgases;

Fig. 4 einen Ausschnitt einer anderen Ausführungsform der Durchflußregelvorrichtung zur Regelung der Durchflußge­ schwindigkeiten des Ofengases, des Wärmebehandlungsgases und/oder des Kühlfluids und

Fig. 5 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Wärmebehandlungsvorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung weist einen Hauptkörper 1 auf, der einen Wirbelbettofen 2 (im folgenden nur als "Heizkammer" bezeichnet) für die Wärmebehandlung von im unteren Teil desselben angeordneten Gegenständen aus Metall und eine im oberen Teil des Körpers angeordnete Kühl­ kammer 3 aufweist.

Die erwähnte Heizkammer 2 weist eine Retorte 2a auf, die an ihrem Umfang von einer Wärmeisolation 4 umgeben ist. Eine Heizung 5, z. B. eine elektrische Heizung, ein Gasbren­ ner oder dergleichen ist rings um die Retorte 2a zwischen dieser und der Wärmeisolation installiert, so daß die zu be­ handelnden Gegenstände 7 aus Metall durch ein Wirbelbett 6 erhitzt werden können, das aus wärmebeständigen Teilchen wie Körnern von Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid oder der­ gleichen besteht.

Mit dem Boden der erwähnten Heizkammer 2 ist eine Gaszuleitung 8 verbunden, durch welche in die Heizkammer 2 im Verlauf der Temperaturerhöhung des Wirbelbetts 6 Luft und ein Behandlungsgas, z. B. N₂-Gas oder eine Mischung von N₂- und NH₃-Gasen oder dergleichen während der Wärmebehand­ lung zugeführt wird. Die Luft oder das Behandlungsgas strömt durch eine gelochte Gasverteilerplatte 9 in das Wirbelbett 6, um dieses zu fluidisieren und zu erwärmen.

Die über der Heizkammer 2 angeordnete Kühlkammer 3 hat einen etwas größeren Innendurchmesser als der Innen­ durchmesser der Kammer 2, so daß zwischen diesen beiden Kammern eine Stufe 4a gebildet ist. In dieser Stufe 4a ist eine zweite Hubtür 10 angeordnet, welche während der Wärme­ behandlung die obere Öffnung der Wärmekammer verschließt. Unter der Hubtür ist ein keramisches Filter 11 angeordnet. Eine Schiebetür 12 verschließt die obere Öffnung der Heiz­ kammer 2 während der Kühlbehandlung von Gegenständen 7, die sich zuvor im Wirbelbett 6 befanden. Die Schiebetür 12 ist durch eine Betätigungsvorrichtung 13, wie einen hydrau­ lischen oder pneumatischen Zylinder verschiebbar. Unter der Schiebetür 12 ist ein weiteres keramisches Filter 11 ange­ ordnet. Außerdem ist der äußere Umfang der Kühlkammer 3 von einem Kühlmantel 14 umgeben, in welchen während des Kühlvorgangs Luft oder Wasser durch eine Zuleitung 14a eingeleitet wird, welches nach Durchströmen des Kühlmantels aus diesem durch eine im oberen Teil des Kühlmantels aus­ gebildete Ableitung 14b austritt.

Weiterhin läßt man während des Kühlvorgangs N₂-Gas durch eine Gaszuleitung 3a in die Kühlkammer 3 strömen, um die dort befindlichen erwärmten Gegenstände 7 zu kühlen, und man läßt dieses Gas nach Durchströmen der Kühlkammer 3 durch einen in deren oberen Teil ausgebildeten Gasauslaß 3b austreten und durch einen ersten Kreislaufkanal 15 wie­ der zum Gaseinlaß 3a gelangen, oder das austretende Gas wird statt dessen durch einen zweiten Kreislaufkanal 16 und von dort durch den Gaseintrittskanal 8 in die Heizkammer 2 geleitet.

Ein Wegeventil 17 ist in der Verzweigung der ersten und zweiten Kreislaufkanäle 15 und 16 eingebaut. Außerdem ist in den ersten Kreislaufkanal 15 ein Gebläse 18 und im zweiten Kreislaufkanal 16 ein von einem Elektromotor 20 mit gleichbleibender Umdrehungsgeschwindigkeit angetrie­ benes wärmebeständiges Gebläse 19 eingebaut. Das Schaufel­ rad 19a des wärmebeständigen Gebläses besteht aus einem wärmefesten Material, beispielsweise einer Nickellegierung (INCONEL-Legierung), oder keramischem Material oder der­ gleichen.

Die der Wärmebehandlung zu unterwerfenden Gegenstände 7 befinden sich in einem wärmefesten Korb 23, der mittels einer wärmefesten Kette 21 und eines wärmefesten Hakens 22 so aufgehängt ist, daß er von der Öffnung im oberen Teil der Kühlkammer 3 durch letztere in das Wirbelbett 6 in der Heizkammer 2 herabgelassen werden kann und dort seinen Platz findet. Die wärmefeste Kette 21 läuft durch den Mittelteil einer ersten Hubtür 24, welche die obere Öffnung der Kühl­ kammer 3 abschließt, und durch den Mittelteil der zweiten Hubtür 10. Wenn der Korb oder Kübel 23 angehängt und in die Heizkammer 2 heruntergelassen ist, ist die obere Öffnung der Kühlkammer 3 durch die erste Hubtür 24 und die der Heiz­ kammer 2 durch die zweite Hubtür 10 verschlossen.

Weiter sind Quellen 25, 26, 27, 28, 29 und 30 für Luft, N₂-Gas, Propangas, NH₃-Gas, CO₂-Gas und Alkohol durch Ventile 25₁, 26₁ , 27₁, 28₁, 29₁ und 30₁ und regelbare Öff­ nungen oder Verengungen 25₂, 26₂, 27₂, 28₂, 29₂ und 30₂ mit der stromaufwärts liegenden Seite des wärmebeständigen Gebläses 19 verbunden. Die N₂-Quelle ist außerdem mit dem stromaufwärts vom Gebläse 18 liegenden Teil des ersten Kreislaufkanals 15 verbunden.

Weiter sind das Ventil 27₁ und die regelbare Drossel 27₂ der Propangasquelle 27 mit einer Regelvorrichtung für die Gasatmosphäre verbunden, welche aus einem Gasatmosphä­ renfühler 31, der die Gasatmosphäre in der Heizkammer 2 mißt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, einem Gasatmosphärenregler 32, der ein dem vom Gasatmosphärenfüh­ ler 31 gelieferten Signal entsprechendes Gasatmosphärenre­ gelsignal als Ausgang erzeugt, und einem Kreis 33 für die Übermittlung des Regelsignals besteht, so daß der Grad der Öffnung sowohl des Ventils 27₁ als auch der Drossel 27₂ gesteuert werden kann. Was den erwähnten Gasfühler 31 an­ geht, so können entweder ein Infrarot-Analysator oder ein O₂-Gasfühler oder vorzugsweise beide Typen gemeinsam ver­ wendet werden.

Wenn die Gegenstände 7 einer Wärmebehandlung wie Nitrierung oder Carburierung unterworfen worden, ist es wichtig, die Gasatmosphäre in der Heizkammer 2 zu stabi­ lisieren und auch die Temperatur in der Heizkammer 2, d. h. die Temperatur im Ofen, gleichmäßig zu halten oder zu sta­ bilisieren.

Um die Temperatur in der Heizkammer 2 stets konstant zu halten, muß man die Durchflußgeschwindigkeit des Ofenga­ ses regeln, das im Kreis geführt und durch den zweiten Kreislaufkanal 16 und die Einlaßöffnung 8 zusammen mit neu beigemischtem Behandlungsgas wieder in die Heizkammer 2 eingeleitet wird. Beispielsweise ist für den Fall einer Wärmebehandlungsvorrichtung, deren Ofen eine Retorte 2a mit einem Durchmesser von 40 cm aufweist, in der sich ein Wirbelbett aus Aluminiumoxidteilchen mit einer Korngröße von 0,177 mm (80 mesh) befindet, das zum Fluidisieren des Wir­ belbetts eingesetzte Speisevolumen (Nl/min) des Behand­ lungsgases in Fig. 3 gezeigt. Wie ersichtlich steigt die Temperatur im Wirbelbettofen mit der Verringerung des zu­ geführten Volumens an Behandlungsgas entsprechend dem Charles'schen Gesetz. Um also die Temperatur in der gesamten Heizkammer 2 gleichmäßig zu halten, muß man in den Ofen ein vorbestimmtes Volumen des Gases einleiten.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung weist eine Steuerungsvorrichtung für die Gasdurchflußge­ schwindigkeit auf, um ein stabilisiertes Ofengas zu erhal­ ten. Diese Vorrichtung weist einen Ofengastemperaturfühler 34, wie ein Thermoelement oder dergleichen auf, das die Temperatur in der Heizkammer 2 mißt und als Ausgang ein Temperatursignal erzeugt, das einem Gasdurchflußregler 35 zugeleitet wird, der ein dem Temperatursignal entsprechen­ des Regelsignal als Ausgang erzeugt. Ferner gehört zu die­ ser Regelanordnung ein Nebenstromkreis 36, der mit dem zweiten Kreislaufkanal 16 an zwei Stellen, nämlich strom­ aufwärts und stromabwärts vom wärmebeständigen Gebläse 19 und in dessen Nähe verbunden ist, sowie ein Durchflußregel­ ventil 38 mit einer regelbaren Öffnung oder Drossel, deren Schrägscheibe durch ein Betätigungsglied 37 gesteuert ist, das entsprechend dem vom Gasflußregler 35 übermittelten Regelsignal angetrieben ist. Diese Durchflußregelanordnung dient dazu, die Durchflußgeschwindigkeit des umlaufenden Ofengases einschließlich des zuzuführenden Behandlungsgases durch den zweiten Kreislaufkanal 16 in die Heizkammer 2 zu regeln und dadurch die Ofengasatmosphäre in der Heizkammer 2 zu stabilisieren.

Die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des Ofen­ gases kann auch erreicht werden durch Steuerung der Umdre­ hungszahl des Antriebsmotors 20 des wärmebeständigen Geblä­ ses 19, jedoch ist in diesem Fall die Verwendung eines Frequenzwandlers erforderlich, was die Anordnung verteuert.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung be­ schrieben.

Wenn die Gegenstände 7 der Wärmebehandlung unterwor­ fen werden, wird zuerst Luft in die Heizkammer 2 eingelei­ tet, während die Schiebetür 12 geschlossen ist, um das Wirbelbett 6 zu fluidisieren, und letzteres wird dann durch Einschalten der Heizung 5 erhitzt. Das erhitzte Ofengas, welches das Wirbelbett 6 fluidisiert hat, wird durch die Kühlkammer 3 abgeleitet, nachdem aus ihm die das Wirbelbett 6 bildenden feuerfesten Teilchen mittels des Keramikfilters 11 abgeschieden wurden. Das erhitzte Ofengas kann jedoch mittels eines wärmebeständigen Gebläses oder dergleichen wieder in die Heizkammer 2 zurückgeführt werden.

Wenn das Wirbelbett 6 eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, wird der die der Wärmebehandlung zu unter­ werfenden Gegenstände 7 enthaltende Kübel 23 durch die obere Öffnung der Kühlkammer 3 in diese und dann durch diese hindurch in die Heizkammer herabgelassen, so daß er in letzterer aufgehängt ist. Wenn der Kübel 23 sich inner­ halb der Kühlkammer 3 befindet, wird die erste Hubtür 24, durch welche die wärmebeständige Kette 21 läuft, abgesenkt, um die obere Öffnung der Kühlkammer 3 zu verschließen. Wenn sich dann der Kübel 23 in der Heizkammer 2 befindet, wird die zweite Hubtür 10, durch welche die wärmebeständi­ ge Kette 21 läuft, abgesenkt, um die obere Öffnung der Heizkammer 2 zu verschließen.

Dann wird, um eine Oxidation der der Wärmebehandlung zu unterwerfenden Gegenstände 7 zu verhindern, das Ventil 26₁ geöffnet, um durch den zweiten Kreislaufkanal 16, das wärmebeständige Gebläse 19 und den Gaseinlaßkanal 8 N₂-Gas zuzuführen und so die in der Wärmebehandlungsvorrichtung vorhandene Luft zu verdrängen. Anschließend wird ein ge­ wünschtes Behandlungsgas in die Heizkammer 2 eingeleitet, so daß die Gegenstände 7 der Wärmebehandlung durch das er­ hitzte Wirbelbett unterworfen werden.

Nachdem die feuerfesten Körner durch das Keramikfil­ ter 11 entfernt wurden, wird das zum Fluidisieren des Wir­ belbetts 6 benutzte Gas durch eine Vielzahl von Durchgangs­ bohrungen, die in der zweiten Hubtür 10 ausgebildet sind, in die Kühlkammer 3 abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt kann das Abgas nicht in die Atmosphäre gelangen, da die obere Öffnung der Kühlkammer 3 durch die erste Hubtür 24 ver­ schlossen ist. Auch die umgebende Luft kann nicht in die Kühlkammer 3 eintreten.

Nach Beendigung der Wärmebehandlung der Gegenstände 7 wird N₂-Gas zum Kühlen vom Einlaß 3a in die Kühlkammer 3 eingeleitet, um die Gegenstände 7 und den Kübel 23 zu kühlen,während letzterer in die Kühlkammer 3 gehoben wird, und um auf dem Kübel 23 abgeschiedene feuerfeste Körnchen wegzublasen oder zu entfernen. Danach, wenn der Kübel 23 in die Kühlkammer 3 angehoben ist, läßt man N₂-Gas durch die Kammer strömen, während die Schiebetür 12 geschlossen ist, um die zuvor der Wärmebehandlung unterworfenen Gegen­ stände 7 in der Kühlkammer 3 abzukühlen. Falls die Gegen­ stände 7 rasch abgekühlt werden sollen, wird gleichzeitig Luft oder Wasser durch den Kühlmantel 14 geleitet.

Nach beendeter Kühlung der Gegenstände 7 wird der diese Gegenstände enthaltende Kübel 23 aus der Kühlkammer herausgehoben, um die Gegenstände 7 zu entnehmen.

Weiter ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Leistung des wärmefesten Gebläses 19 so ausgelegt, daß es eine Gasdurchflußgeschwindigkeit von 1000 Nl/min und ei­ nen Abgabedruck von 1000 bis 3000 mm WS (98-294 mbar) liefert. Beim Härten einer Gesenkstahlplatte von 30 mm Dicke mittels dieser Wärmebehandlungsvorrichtung war die Wärmebehandlung innerhalb einer Stunde und 45 Minuten be­ endet, die sich zusammensetzen aus 45 Minuten Erhitzungs­ zeit und einer Stunde Abkühlzeit. Im Vergleich mit der durchschnittlich bei Verwendung einer üblichen Wärmebe­ handlungsvorrichtung benötigten Wärmebehandlungszeit von 3 Stunden ist also die hier erforderliche Zeit wesentlich kürzer.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungs­ vorrichtung, um Gegenstände verschiedenen Wärmebehandlun­ gen zu unterwerfen, wird im folgenden beschrieben.

Wenn die Gegenstände 7 ohne Oxidation derselben er­ hitzt werden sollen, wird das Ventil 26₁ geöffnet und N₂- Gas aus der N₂-Gasquelle 26 in die Heizkammer 2 mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 1 bis 7 Nl/min unter der Bedin­ gung zugeführt, daß die Heizkammer auf eine Temperatur von 400 bis 1000°C aufgeheizt und dabei gehalten wird. Weiter wird, wenn die erste und zweite Hubtür 10 und 24 geöffnet sind, um die Gegenstände 7 in das Wirbelbett 6 einzubringen, N₂-Gas dem wärmebeständigen Gebläse 19 mit einer Fließgeschwindigkeit von 100 bis 150 Nl/min zuge­ führt, um zu verhindern, daß das Gebläse 19 Luft ansaugt. Auch zu Beginn der N₂-Gaszufuhr wird dem Gebläse 19 N₂-Gas mit einer Fließgeschwindigkeit von 100 bis 150 Nl/min wäh­ rend 20 Sekunden bis 1 Minute für den gleichen Zweck zuge­ leitet. Anschließend wird die N₂-Gaszufuhr auf eine Fließ­ geschwindigkeit von 1 bis 7 Nl/min herabgesetzt. Falls eine Niedertemperaturbehandlung durchgeführt wird, muß das ein­ geleitete Volumen von N₂-Gas erhöht werden.

Die vorangehend beschriebene Behandlung ist für das Erhitzen ohne Oxidation anwendbar. Im Fall einer Nitrie­ rungsbehandlung wird jedoch, nachdem die Heizkammer 2 auf eine Temperatur von 450 bis 700°C aufgeheizt wurde, N₂- Gas in der gleichen Weise wie im erwähnten Fall des Auf­ heizens ohne Oxidation eingeleitet, um die in der Heizkam­ mer 2 und den Kreislaufkanälen vorhandene Luft zu verdrän­ gen. Während der Luftverdrängung unter Anwendung von N₂- gas ist das Ventil 28₁ geöffnet, um Ammoniakgas von der Quelle 28 in die Heizkammer 2 mit einer Fließgeschwindig­ keit von 5 bis 30 Nl/min einzuleiten.

Weiter wird im Fall einer Nitrier-Carburier-Behand­ lung zugleich mit den erwähnten Maßnahmen das Ventil 29₁ geöffnet, um Kohlendioxidgas von der Kohlendioxidgasquelle 29 in die Heizkammer 2 mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,5 bis 3 Nl/min während einer Minute einzuleiten.

Im Fall einer Oxynitrierungsbehandlung wird das Ven­ til 25₁ geöffnet, um Luft in die Heizkammer 2 mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 3 Nl/min einzuleiten.

Dagegen wird im Fall einer Carburierungsbehandlung N₂-Gas in die Heizkammer 2 eingeleitet, um die Luft daraus zu verdrängen, und dann das Ventil 30₁ geöffnet, um Alkohol von einer Alkoholquelle 30 in die Kammer 2 mit einer Fließ­ geschwindigkeit von 2 bis 20 l/h einzuleiten, und weiter wird das Ventil 27₁ geöffnet, um Propangas von der Propan­ gasquelle 27 in die Heizkammer 2 mit einer Fließgeschwindig­ keit von 0 bis 3 Nl/min einzuleiten. Zu dieser Zeit kann durch Steuerung der Fließgeschwindigkeit des Propangases durch die erwähnte Durchflußregleranordnung die Carburie­ rungsatmosphäre in der Heizkammer 2 verändert und automa­ tisch geregelt werden.

Im Fall einer Carbo-Nitrierungsbehandlung wird zu­ sätzlich das Ventil 28₁ geöffnet, um Ammoniakgas mit einer Fließgeschwindigkeit von 1 bis 5 Nl/min in die Heizkammer 2 einzuleiten.

Es sei bemerkt, daß die Angabe Nl jeweils das Volumen von 1 Liter Gas bei einer Temperatur von 15°C und einem Druck von 1 Atmosphäre (Normaldruck, 0,98 bar) bedeutet.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, worin gleiche Elemente mit gleicher Funktion wie die in Fig. 1 gezeigten auch mit den gleichen Bezugszahlen versehen und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals beschrieben und erläutert sind.

Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Kurz gesagt ist die Anordnung bei der zweiten, in Fig. 2 gezeig­ ten Ausführungsform so, daß das Ofengas aus der Heizkammer 2 durch einen Auslaßkanal 40 abgeleitet wird, der durch die Ofenwand (Isolation) 4 führt, ohne daß das Gas durch die Kühlkammer 3 strömt. Im einzelnen läßt man das zum Fluidi­ sieren des Wirbelbetts 6 und für die Wärmebehandlung der Gegenstände 7 benutzte Ofengas durch ein Keramikfilter 41 strömen, das in den Eingang des Ableitungskanals 40 einge­ setzt ist, um die feuerfesten Körner aus dem Gasstrom zu entfernen, so daß nur der Gasbestandteil durch den Ablei­ tungskanal 40 in den Kreislaufkanal 16 gelangt. Auf diese Weise läßt man das N₂-Gas für die Kühlung und das Ofengas unabhängig voneinander durch den ersten Kreislaufkanal 15 bzw. den zweiten Kreislaufkanal 16 strömen.

Daher ist es in dieser zweiten Ausführungsform nicht notwendig, in der zweiten Hubtür 10a und der Schiebetür 12a Entlüftungslöcher und unter diesen Türen Keramikfilter vor­ zusehen.

Weiter ist mit dem oberen Ende des zweiten Kreislauf­ kanals 16 ein Abluftgasrohr 43 verbunden, das seinerseits durch eine Drossel 42 zu einem nicht gezeigten Nachbrenner oder zur Atmosphäre führt.

Gemäß dieser zweiten Ausführungsform läßt man das N₂-Gas für Kühlzwecke und das erhitzte Abgas unabhängig voneinander strömen, so daß die Wärmebehandlung mit einem höheren Wärmewirkungsgrad durchgeführt werden kann.

Weiter zeigt Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Durchflußregelanordnung. Bei dieser wird ein wärmebestän­ diges Gebläse 19′ durch eine Turbine 44 angetrieben, wel­ che durch Druckluft betrieben wird. Die Regelung der Strö­ mungsgeschwindigkeit des vom wärmebeständigen Gebläse 19 abgegebenen Gases kann wie im Fall der ersten Ausführungs­ form durch Steuerung des Betätigungselementes 37 erreicht werden, um die variable Drosseleinrichtung in der Durch­ flußregelanordnung 38 zu verstellen, die in der Hochdruck­ fluidzuleitung 45 und stromaufwärts von der Turbine 44 in­ stalliert ist.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung. Hier ist die An­ ordnung so, daß die von der Luftquelle 25 durch das Ventil 25₁ und die Drossel 25₂ gelieferte Luft durch ein Zweigrohr 25₄ mit einem anderen darin eingebauten Ventil 25₃ direkt in den oberen Teil der Heizkammer 2 geleitet werden kann. Durch diese Anordnung kann durch die Hochdruckluft der Schmutz abgeblasen werden, der vom Behandlungsgas mitge­ führt und auf der Innenwand der Retorte 2a abgeschieden wur­ de, und besonders kann der auf den Oberflächen der Keramik­ filter 11 abgeschiedene Schmutz beseitigt werden, wodurch mögliche Schwierigkeiten bei der Ableitung und im Kreislauf des Ofengases vermieden werden.

Zwar zeigt Fig. 5 die Wärmebehandlungsvorrichtung ge­ mäß der ersten Ausführungsform der Fig. 1 mit einer Vorrich­ tung zur Einleitung von Hochdruckluft zur Entfernung von Schmutz, jedoch kann eine ähnliche Einrichtung selbstver­ ständlich auch in der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausfüh­ rungsform vorgesehen werden.

Claims (8)

1. Wärmebehandlungsvorrichtung für Werkstücke, besonders aus Metall, mit einem zum Erhitzen dienenden Wirbelbettofen, der ein Wirbelbett aus feuerfesten Teilchen enthält und über dem eine Kühlkammer angeordnet ist, die durch eine frei zu öff­ nende und zu schließende Trennwand mit ihm in Ver­ bindung gebracht werden kann und in welcher die der Wärme­ behandlung im Wirbelbettofen unterworfenen Gegenstände sofort im Anschluß an die Wärmebehandlung gekühlt wer­ den können,
gekennzeichnet durch eine Kreislauffördervorrich­ tung (16), die mit einem wärmebeständigen Gebläse (19) ausgerüstet ist, um das erhitzte Ofengas im Wirbel­ bettofen (2) und das Kühlfluid in der Kühlkammer (3) zu­ sammen im Kreis zu führen, und eine Quelle (25 bis 30) für Wärmebehandlungsgas, die mit der Kreislauffördervorrich­ tung (16) stromaufwärts vom wärmebeständigen Gebläse (19) verbunden ist, um in den Wirbelbettofen (2) selektiv ein vorbestimmtes Wärmebehandlungsgas einzuleiten.

2. Wärmebehandlungsvorrichtung für Werkstücke, besonders aus Metall, mit einem zum Erhitzen dienenden Wirbelbettofen, der ein Wirbelbett aus feuerfesten Teilchen enthält und über dem eine Kühlkammer angeordnet ist, die durch eine frei zu öffnende und zu schließende Trennwand mit ihm in Verbindung gebracht werden kann und in welcher die der Wärmebehandlung im Wirbel­ bettofen unterworfenen Gegenstände sofort im Anschluß an die Wärmebehandlung gekühlt werden können, ge­ kennzeichnet durch eine erste Kreislauffördervorrichtung (16), die mit einem wärmebeständigen Gebläse (19) ausge­ rüstet ist,und zur Kreisförderung des erhitzten Ofengases im Wirbelbettofen (2) dient, eine zweite Kreislauffördervorrich­ tung (15), die mit einem Gebläse (18) ausgerüstet ist und zur Kreisförderung des Kühlfluids in der Kühlkammer (3) dient, und eine Quelle (25 bis 30) für Wärmebehandlungsgas, die mit der ersten Kreislauffördervorrichtung (16) stromauf­ wärts vom wärmebeständigen Gebläse (19) verbunden ist, um dem Wirbelbettofen (2) selektiv ein vorbestimmtes Wärmebe­ handlungsgas zuzuführen.

3. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch eine Durchflußgeschwindigkeits-Regelvor­ richtung (31 bis 38), die mit der Kreislauffördervorrichtung (16) in der Nähe des wärmefesten Gebläses (19) verbunden ist und zur Regelung der Durchflußgeschwindigkeiten des umlaufen­ den Ofengases und Kühlfluids und des zuzuführenden Wärmebe­ handlungsgases dient.

4. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, ge­ kennzeichnet durch eine Durchflußgeschwindigkeits-Regelvor­ richtung (31 bis 38), die mit der ersten Kreislauffördervor­ richtung (16) in der Nähe des wärmefesten Gebläses (19) ver­ bunden ist, um die Durchflußgeschwindigkeiten des im Kreis strömenden Ofengases und des Wärmebehandlungsgases zu regeln.

5. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für Wärmebehandlungs­ gas wenigstens einen Ofengasfühler (31) und einen Ofengas­ atmosphäreregler (32) aufweist, welcher das eingespeiste Volumen eines vorbestimmten Wärmebehandlungsgases entspre­ chend einem vom Ofengasfühler übermittelten Meßwertsignal regelt.

6. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeits- Regelvorrichtung (31 bis 38) einen Temperaturfühler (34) aufweist, welcher die Temperatur im Ofen mißt und ein Tem­ peratursignal liefert, einen Durchflußgeschwindigkeitsreg­ ler (35) aufweist, der entsprechend dem ihm vom Temperatur­ fühler gelieferten Temperatursignal ein Regelsignal liefert, einen Nebenkreis (36) aufweist, der mit der Ofengas-Kreis­ lauffördervorrichtung (16) an zwei Stellen stromaufwärts und stromabwärts vom wärmefesten Gebläse (16) in dessen Nä­ he verbunden ist, und ein im Nebenkreis liegendes Durch­ flußregelventil (38) aufweist, das eine variable Öffnung oder Drossel aufweist, die von dem vom Durchflußgeschwin­ digkeitsregler übermittelten Regelsignal gesteuert ist, wobei das wärmefeste Gebläse (19) durch einen Elektromo­ tor (20) angetrieben ist.

7. Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeits- Regelvorrichtung (31 bis 38) folgende Elemente aufweist:
einen Temperaturfühler (34), der die Temperatur im Ofen mißt und ein entsprechendes Temperatursignal liefert;
einen Durchflußgeschwindigkeitsregler (35), der ein Regel­ signal entsprechend dem ihm vom Temperaturfühler gelieferten Temperatursignal liefert;
eine Turbine (44), die von einem Hochdruckfluid angetrieben ist;
eine Leitung (45), welche der Turbine das zum Antrieb die­ nende Hochdruckfluid zuführt;
und ein Durchflußregelventil (38), das in der Hochdruckfluid- Zuleitung (45) installiert ist und eine variable Öffnung oder Drossel aufweist, die durch das vom Durchflußgeschwindigkeits­ regler gelieferte Regelsignal gesteuert ist,
und wobei das wärmefeste Gebläse (19′) von der Turbine (44) angetrieben ist.

8. Wärmebehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Druckluftzufuhr (25₄), welche Druckluft mit hohem Druck durch ein Ventil (25₃) di­ rekt in den oberen Teil des zum Erwärmen dienenden Wirbel­ bettofens (2) einleitet.