DE3735186C1

DE3735186C1 - Vakuum-Kammerofen

Info

Publication number: DE3735186C1
Application number: DE3735186A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Wingens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-17
Filing date: 1987-10-17
Publication date: 1988-09-15
Also published as: ATE67521T1; US4909732A; EP0312909B1; EP0312909A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Kammerofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, beste hend aus einem Gehäuse, welches eine gegen die Gehäu sewand isolierte Heizkammer enthält, in deren Mitte eine die zu behandelnden Werkstücke aufnehmende Trag vorrichtung angeordnet ist und deren Wände mit Heiz elementen und mit auf die Mitte der Heizkammer gerich teten Gaseinlaßöffnungen sowie mit Gasauslaßöffnungen versehen sind, wobei die Gaseinlaßöffnungen und die Gasauslaßöffnungen an ein Gasumwälzsystem angeschlos sen sind, welches ein Gebläse für die Gasumwälzung und einen Wärmetauscher für die Gaskühlung aufweist.

Ein solches, nach dem Stande der Technik (DE-PS 28 39 807) bekanntes Düsenkühlsystem ist insofern pro blematisch, als sich innerhalb der Charge ungleich mäßige Abkühlwirkungen mit Abweichungen von mehr als 100% ergeben. Die dadurch in den zu behandelnden Werk stücken entstehenden Temperaturdifferenzen haben ne gative Konsequenzen, wie Eigenspannungen, Rißgefahr und Verformungen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es nach dem Stan de der Technik (DE-PS 28 39 807) ebenfalls bekannt, die als Gaseinlaßöffnungen dienenden Düsen an paral lel zur Achse einer zylindrischen Heizkammer verlau fenden Rohren anzuordnen, die um ihre Längsachsen ver drehbar sind und die Düsen während des Einlaßvorgan ges ständig verschwenken. Hierdurch wird erreicht, daß die Gasströme im Bereich der zu behandelnden Werk stücke nach Richtung und Intensität ständig verändert werden, so daß sich eine gleichmäßigere Abkühlung er gibt. Diese Lösung mit schwenkbaren Düsen verursacht jedoch zusätzlich einen erheblichen konstruktiven Auf wand und Wartungsbedarf.

Bei einem anderem nach dem Stande der Technik (DE-OS 32 15 509) bekannten Vakuum-Kammerofen ist versucht worden, eine gleichmäßigere Abkühlung der zu behan delnden Werkstücke dadurch zu erreichen, daß das zur Kühlung dienende Gas abwechselnd einerseits von in der Decke der Heizkammer angeordneten Einblasdüsen zu zwei seitlich am Boden der Heizkammer angeordne ten Gasauslaßschlitzen und andererseits vom im Boden der Heizkammer angeordneten Gaseinblasdüsen zu zwei seitlich an der Decke der Heizkammer angeordneten Gasauslaßschlitzen geführt wird. Durch häufige Umkehrung der die Werkstücke be aufschlagenden Gasströmung ist es möglich, die Abküh lung der Werkstücke gleichmäßiger zu gestalten, als wenn das Kühlgas nur in einer Richtung strömt. Den noch läßt sich nicht vermeiden, daß die Abkühlung über die Zeit an der Oberseite und der Unterseite der zu behandelnden Werkstücke voneinander abweicht, so daß sich Gefügeunterschiede und Wärmespannungen erge ben.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Vakuum-Kammerofen der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil den, daß ohne wesentlichen konstruktiven Mehraufwand eine gleichmäßige Abkühlung der zu behandelnden Werk stücke erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung aus gehend von dem Vakuum-Kammerofen der eingangs genann ten Art vor, daß die Heizkammer einen etwa ellipti schen Querschnitt hat, daß die die Werkstücke aufneh mende Tragvorrichtung in der Mittenebene der Heizkam mer angeordnet ist, in der die längere Ellipsenachse verläuft, daß die den Wänden der Heizkammer zugeord neten Gaseinlaßöffnungen von gegenüberliegenden Sei ten her derart auf diese Mittenebene ausgerichtet sind, daß die von ihnen erzeugten Gasströme in dieser Mittenebene aufeinanderprallen, und daß die den Wän den der Heizkammer zugeordneten Gasauslaßöffnungen in den dieser Mittenebene benachbarten Wandbereichen der Heizkammer angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen, die keinen konstruktiven Mehraufwand und insbesondere keine beweglichen Installationen in der Heizkammer erfordern, ergeben sich in der Heizkammer besondere Strömungsverhältnisse mit einer großflächigen, in der Längsmittenebene befindlichen Turbulenzzone (Aufprall zone), in der sich die zu behandelnden Werkstücke be finden und aus der das Kühlgas kontinuierlich nach den Seiten hin abströmt. Versuche mit dieser sogenann ten Sandwich-Kühlung haben eine sehr gleichmäßige Ab kühlung der zu behandelnden Werkstücke ergeben.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Gasauslaßöffnungen als sich über die axiale Länge der Heizkammer erstreckende Schlitze aus gebildet sind, die im Inneren der Heizkammer von Ab deckblenden gegen Strahlungswärme abgedeckt sind, die mit Abstand zum jeweiligen Öffnungsquerschnitt der Schlitze angeordnet sind. Solche Schlitze haben einen verhältnismäßig geringen Strömungswiderstand, so daß sich ein ausgeprägtes Druckgefälle zu den der Mitten ebene der Heizkammer benachbarten Wandbereichen erge ben. Die Abdeckbleche vermeiden den Verlust von Strah lungswärme aus der Heizkammer während der Aufheizpha se.

Dem Gasumwälzsystem können Steuervorrichtungen zuge ordnet sein, mit denen die durchgesetzte Gasmenge steuerbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Gasmenge dem jeweiligen Bedarf genau anzupassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgen den an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Vakuum-Kammerofen gemäß der Er findung;

Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt zu Fig. 1, jedoch ohne die Trag vorrichtung und die zu behan delnden Werkstücke.

In der Zeichnung ist das im wesentlichen zylinderför mige Gehäuse des Vakuum-Kammerofens mit dem Bezugs zeichen 1 bezeichnet. Dieses Gehäuse 1 ist auf Stand füßen 2 aufgeständert und an einer Stirnseite mit einer dicht schließenden Tür 3 versehen (vergl. Fig. 2). An der gegenüberliegenden Stirnseite ist das Ge häuse 1 mit einem Gebläse 4 und einem Wärmetauscher 5 versehen, die Bestandteile der nachfolgend näher er läuterten Gasumwälzung sind.

Im Innenraum des Gehäuses 1 ist eine Heizkammer 6 angeordnet, die im Querschnitt etwa ellipsenförmig ausgebildet ist und zu den Wänden des Gehäuses 1 hin wärmeisoliert ist. Innen an den Wänden der Heizkammer 6 sind mittels geeignet Halter 7 Heizstäbe 8 be festigt, die sich über die axiale Länge der Heizkam mer 6 erstrecken.

Außerdem sind an der Decke und am Boden der Heizkam mer 6 Gasauslaßöffnungen in Form von Düsen 9 vorge sehen, die über Gaszuführungsleitungen 10 gleich zeitig mit Kühlgas beaufschlagbar sind und in Rich tung auf die Mittenebene der Heizkammer 6 gerichtete Gasströmungen erzeugen. Im Bereich der Mittenebene, d. h. dort wo die von den einander entgegengerichte ten Düsen 9 erzeugten Gasströmungen aufeinander pral len, sind im Inneren der Heizkammer 6 die zu behan delnden Werkstücke 11 angeordnet, die von einer ge eigneten Tragvorrichtung 12 getragen werden, welche beispielsweise als Gitterpalette ausgebildet sein kann. Seitlich neben der in der Mittenebene befind lichen Aufprallzone befinden sich in den Wänden der Heizkammer 6 Gasauslaßöffnungen in Form von Schlitzen 13. Diese Schlitze 13 sind von Abdeckblechen 14 gegen Strahlungswärme abgedeckt, die mit Abstand zum jewei ligen Öffnungsquerschnitt des Schlitzes 13 angeordnet sind.

Die als Gasauslaßöffnungen dienenden Schlitze 13 stehen über Gasrückführungskanäle 15 und den Wärme tauscher 5 mit der Saugseite des Gebläses 4 in Verbin dung. Die Druckseite des Gebläses 4 steht demgegen über über die Gaszuleitungen 10 mit den Düsen 9 in Verbindung. Das aus dem Gebläse 4, den Gaszuleitungen 5, den Düsen 9, den Schlitzen 13, den Gasrückführungs leitungen 15 und dem Wärmetauscher 5 bestehende Gasum wälzsystem ist außerdem an geeigneten Stellen mit Steuer- und Regelorgangen versehen, durch welche die umgewälzte Gasmenge dem Bedarf angepaßt werden kann. Diese Steuer- und Regelorgane sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt.

Wie aus den in Fig. 1 dargestellten Strömungspfeilen sichtlich ist, sind beim Kammerofen gemäß der Erfin dung die zu behandelnden Werkstücken dort angeordnet, wo die von den einander entgegengerichteten Düsen 9 erzeugten Gasströmungen aufeinander prallen. Die auf einander prallenden Gasströmungen erzeugen um die Werkstücke 11 herum durch intensive Verwirbelung eine weitestgehend homogene Kühlzone, die eine gleich mäßige Abkühlung der Werkstücke 11 an allen mit dem Kühlgas in Berührung kommenden Oberflächen garan tiert. Aufgrund des sich im Aufprallbereich ausbilden den Überdruckes und der seitlich neben dem Aufprall bereich befindlichen Gasabführungsöffnungen in Form Schlitzen 13 ergibt sich vom Aufprallbereich zu den Schlitzen 13 hin ein verhältnismäßig großes Druckge fälle, so daß das Kühlgas im Aufprallbereich verhält nismäßig schnell ausgetauscht wird.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Auf prallbereich waagerecht in der Mitte der Heizkammer. Bei entsprechender Anordnung der Düsen 9 und der Schlitze 13 sowie der Tragvorrichtung 12 kann dieser Aufprallbereich natürlich auch anders im Inneraum der Heizkammer 6 angeordnet sein, beispielsweise in der vertikalen Ebene. Wesentlich ist nur, daß die von den Düsen erzeugten Gasströmungen einander entgegengerich tet sind, daß die zu behandelnden Werkstücke im Auf prallbereich angeordnet sind und daß die als Schlitze ausgebildeten Gasabführungsöffnungen sich in dem an den Aufprallbereich angrenzenden Wandungen der Heiz kammer befinden.

Claims

1. Vakuum-Kammerofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, bestehend aus einem Ge häuse, welches eine gegen die Gehäusewand isolierte Heizkammer enthält, in deren Mitte eine die zu behan delnden Werkstücke aufnehmende Tragvorrichtung ange ordnet ist und deren Wände mit Heizelementen und mit auf die Mitte der Heizkammer gerichteten Gaseinlaß öffnungen sowie mit Gasauslaßöffnungen versehen sind, wobei die Gaseinlaßöffnungen und die Gasauslaßöffnun gen an ein Gasumwälzsystem angeschlossen sind, wel ches ein Gebläse für die Gasumwälzung und einen Wärme tauscher für die Gaskühlung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (6) einen etwa elliptischen Quer schnitt hat, daß die die Werkstücke (1) aufnehmende Tragvorrichtung (12) in der Mittenebene der Heizkam mer (6) angeordnet ist, in der die längere Ellipsen achse verläuft, daß die den Wänden der Heizkammer (6) zugeordneten Gaseinlaßöffnungen (9) von gegenüberlie genden Seiten her derart auf diese Mittenebene ausge richtet sind, daß die von ihnen erzeugten Gasströme in dieser Mittenebene aufeinanderprallen, und daß die den Wänden der Heizkammer (6) zugeordneten Gasauslaß öffnungen (13) in den dieser Mittenebene benachbarten Wandbereichen der Heizkammer (6) angeordnet sind.

2. Vakuum-Kammerofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnungen (13) als sich über die axiale Länge der Heizkammer (6) erstreckende Schlitze ausgebildet sind, die im Inneren der Heizkammer (6) von Abdeckblenden (14) ge gen Strahlungswärme abgedeckt sind, die mit Abstand zum jeweiligen Öffnungsquerschnitt der Schlitze ange ordnet sind.

3. Vakuum-Kammerofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasumwälz system (4, 10, 9, 13, 15, 5) Steuervorrichtungen zu geordnet sind, mit denen die durchgesetzte Gasmenge steuerbar ist.