DE3735186C1 - Vakuum-Kammerofen - Google Patents
Vakuum-KammerofenInfo
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
- C21D1/773—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material under reduced pressure or vacuum
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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 (3)
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.
Priority Applications (4)
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