DE4014630A1 - Industrieofen zur waermebehandlung metallischer werkstuecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Wärmebehandlung, für die der erfindungsgemäße Industrieofen vorgesehen ist, kann zum Fügen von Werkstücken, vor allem aber zum Härten verwendet werden. Diese Prozesse lassen sich auch beliebig kombinieren. Zum Beispiel kann das Löten mit dem Austenitisieren und Abschrecken verbunden sein. Eine andere Möglichkeit ist das Löten, Lösungs­ glühen, Abkühlen, Warmauslagern und Abkühlen.

Die in dem erfindungsgemäßen Industrieofen vorge­ sehene Ofenkammer nimmt die Charge auf, welche in der beschriebenen Weise wärmebehandelt werden soll. Ihre Wärmeisolierung nach außen ermöglicht eine rationelle Ausnutzung der eingesetzten Energie, während das nach außen isolierte und daher meistens doppelwandige Ofengehäuse, welches stehend oder liegend betrieben werden kann, druckfest ist. Das Vakuum kann beispielsweise im Bereich von 10^-7 bis 10^-6 mbar liegen, während es den beim Abkühlen aufgewendete Druck, der beispielsweise bei 5 bis 6 bar liegen kann, aufnimmt und Wärmeverluste weitgehend ausschließt. Das Gebläse fördert ein Gas, z. B. Stickstoff, welches zweckmäßig im Umlauf strömt und seine Wärme an einen in das Gehäuse eingebauten oder außerhalb des Gehäuses stehenden Wärmeaustauscher abgibt. Die Wärme wird im allgemeinen Wasser aufgeladen, wobei der Einsatz einer Wärmepumpe zur Wärmetransformation erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen ist. Die Steuerung der Gasströme auf den Druck- und Zugwegen erfordert erfindungsgemäß einen Leitapparat. Er übernimmt die Aufgabe, die eingesetzte Charge möglichst gleichmäßig mit dem Gas zu umspülen. Wenn der Leitapparat, wie dies in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Fall ist, drehbar angeordnet ist, können die Gasströme aus ihrer Richtung beliebig oft umgelenkt werden.

Das in derartigen Industrieöfen eingesetzte Gut kann sich nach der Ofengröße richten. Größere Indu­ strieöfen gemäß der Erfindung ermöglichen entweder eine große Menge von Werkstücken oder größere Teile, wie etwa Spritzgußgehäuse bzw. beim Löten das Fügen mehrerer Bauteile. Kleinere Öfen werden dagegen vor allem für Werkzeuge verwendet, z. B. mit Hartmetall bestückte Spiralbohrer, wobei die Char­ gen regelmäßig kleiner sind.

Die Erfindung geht von einem vorbekannten Indu­ strieofen der vorstehend beschriebenen allgemeinen Bauart aus (DE-PS 32 21 554), bei dem mit dem Ziel, die Verteilung des Gases beim Kühlen entsprechend einer vorgegebenen Temperaturverteilung möglichst genau steuern zu können, der Leitapparat unmittel­ bar auf der Kammer sitzt und einen drehbaren Kegel­ stumpfhohlkörper aufweist, durch den der kühlende Gasstrom in der sich trichterförmig erweiternden Kammeröffnung in einen zentralen und mehrere Ringströme zerteilt wird, die aus der Kammer in das Gebläse zurückgesaugt werden.

Hinderlich ist bei dieser Ausführung, daß sich der Gasstrom durch verhältnismäßig enge Öffnungen in den gegenüberliegenden Kammerwänden zwängen muß; dadurch wird das Kühlen verzögert und außerdem in­ folge der den Gasstrom begrenzenden Kammerwände auch verlangsamt, die die Charge gegen den Innenraum des Ofengebläses abschließen. Deswegen lassen sich in den Industrieöfen dieser Art bei gegebener Ofengröße nur begrenzte Gasstrome fördern, keine größeren Abkühlgeschwindigkeiten erreichen und die Chargen auch nicht von allen Seiten gleichmäßig kühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen In­ dustrieofen der eingangs als bekannt vorausgesetz­ ten Art zu schaffen, welcher auf einfache Weise bessere Voraussetzungen für den Ofenbetrieb bietet und die angestrebte schnelle und gleichmäßige Ab­ kühlung der Charge verbessert.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung werden beim Kühlen der Charge mit dem Gas entweder die Ofenkammerwände ausge­ rückt, oder die Charge wird aus der Ofenkammer zwi­ schen die Gasströme gefahren, so daß die Um­ schließung der Charge im erstgenannten Fall weitge­ hend und bei der zweiten Alternative ganz entfällt. Hierdurch wird auch erreicht, daß der kühlende Gas­ strom von den ausgerückten Kammerwänden nicht mehr eingeengt ist. Deswegen können die Volumina der Gasströme unter sonst gleichen Bedingungen wesent­ lich vergrößert bzw. die Druckunterschiede wesent­ lich herabgesetzt werden. Darüber hinaus wird ein erheblicher Teil der Chargenwärme beim Kühlen in­ folge Wärmestrahlung auf das Gas unmittelbar über­ tragen, wo die Kammerwände ausgerückt sind. Bei der erstgenannten Verwirklichung des Erfindungs­ gedankens, bei der wenigstens Teile der den Strö­ mungskanälen zugeordneten Ofenkammerwände ausge­ rückt werden, dienen die Strömungskanäle dazu, die Druckunterschiede der Gasströme voneinander zu trennen und danach den Umlauf des Gases zu steuern. Mit den rückbaren Teilen der Kammerwände werden die Strömungskanäle gegen die Charge abgeschlossen, so­ bald die Charge erwärmt und gehalten wird.

Der Leitapparat verbindet die Druckseite des Geblä­ ses mit einem oder mehreren Strömungskanälen und schließt daher gleichzeitig die Saugseite des Ge­ bläses an einen oder mehrere saugende Strö­ mungskanäle an. Die Drehung des Leitapparates führt zum Wechsel seiner mit bestimmten Strömungskanälen ausgefluchteten Strömungswege, wodurch die Strömungsrichtungen umgekehrt werden. Das kann in stetem Wechsel nach einer vorgegebenen Funktion erfolgen. Das Ergebnis ist eine direkte Gaskühlung der Charge von beliebig vielen Seiten mit einer deswegen praktisch verzugsfreien Wärmebehandlung der Charge.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung, welche diese Möglichkeiten nutzt, verwendet man die ohnehin vorhandene Unterteilung des Ofens durch die Gehäuse- und die Kammerwände zur Bildung der Strömungskanäle, indem man Radialwände einbaut, die den Zwischenraum im Gehäuse unterteilen und auf diese Weise die Druck- und Saugwege voneinander trennen. Dabei halten die Radialwände Reste der Kammerwände insbesondere in den Eckbereichen der Kammern, deren Flächen umso kleiner sind, je größer der bewegliche Teil der Kammerwand ist, der aus- und einrückbar ist. Bei dieser im Anspruch 3 be­ schriebenen Ausführungsform der Erfindung wird mit den beschriebenen Radialwänden auch die Ofenkammer im Druckgehäuse zentriert und der jeweils größere Teil der Kammerwände beweglich ausgeführt.

Die Erfindung wird man im allgemeinen mit einem vorzugsweise eingebauten Radialgebläse verwirklichen. In diesem Fall empfiehlt sich die Ausführungsform nach Anspruch 4. Hierbei wird der Saugstrom zentral-axial nach innen umgelenkt, während der radile Druckstrom achsparallel zum Druckstrom umgelenkt wird. Dieser Saugweg ergibt eine otpimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Innenraumes des meistens zylindrischen Ofengehäuses.

Diese Ausführungsform läßt sich zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 5 kombinieren, wodurch der eingangs beschriebene Wärmetauscher in das Druck­ gehäuse eingebaut werden kann und dann von dem Leitapparat und/oder den Strömungswänden umschlos­ sen ist.

Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, die Er­ findung in der einen oder anderen von im wesentli­ chen zwei Hauptausführungsformen zu verwirklichen, die sich durch die Zahl und die Anordnung der Strö­ mungskanäle im Ofengehäuse und der Wege im Leitap­ parat voneinander unterscheiden. Die eine dieser Ausführungsformen der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 6. Hierbei teilt man die Saug- und Druckkanäle symmetrisch auf und ordnet sie paar­ weise an. Bei der im Anspruch 7 beschriebenen Aus­ führungsform verzichtet man auf die paarweise An­ ordnung je eines Druck- und Saugströmungskanals und verwirklicht nur jeweils einen dieser Kanäle.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung der vorstehend erwähnten beiden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 einen Industrieofen gemäß der Erfindung im Längsschnitt und in liegender Ausführung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 zur Wiedergabe einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 3 in der Fig. 2 entsprechender Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 2 unter teilweiser Wiedergabe des Leitapparates und

Fig. 5 in der Fig. 4 entsprechender Darstellung die Ausführungsform nach Fig. 3.

In der Zeichnung ist der neue Industrieofen allge­ mein mit (1) bezeichnet. Er dient zur Wärmebehand­ lung metallischer Werkstücke, die auf einem Char­ genträger (2) bei (3) angedeutet sind. Der Chargen­ träger befindet sich in einer Ofenkammer (4), deren Stirn- und Rückwand (5 bzw. 6) geschlossen und orstfest sind. Die Ofenkammer ist an sechs Seiten mit Wänden begrenzt. Sie läßt sich beheizen. Dazu dienen Heizstäbe (7) auf Trägern (7a), die vorzugs­ weise jeder Kammerwand zugeordnet sind. Ein zylin­ drisches Gehäuse (8) mit gewölbten Deckeln (9 bzw. 10) umschließt die Ofenkammer und ist doppelwandig mit einer Innenwand (11) und einer Außenwand (12). Zwischen den Wänden befindet sich eine Wärme­ isolierung. Des Gehäuse ist als Druck- und Vakuum­ behälter ausgeführt.

In das Gehäuse ist ein Gebläse (14) eingebaut, des­ sen Antriebsmotor (15) unter dem Deckel (10) ange­ bracht ist. Auf der Welle des Motors (15) sitzt der Radialläufer (16) des Gebläses (14), mit dem u. a. Gas im Ofengehäuse (8) umgewälzt wird. Ein allgemein mit (17) bezeichneter Leitapparat kann durch einen Reibradantrieb (18) um die Zentralachse (19) des Lüfters (14) gedreht werden. Der Leitapparat erzeugt vorzugsweise mehrere Druckströme, die er voneinander und von ebenfalls vorzugsweise mehreren Saugströmen trennt. Die Richtungen dieser Gasströme sind durch Pfeile angegeben. Das Gas kann aus Stickstoff bestehen.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das Druck­ gehäuse (8) auf seinem im Durchmesser größeren zy­ lindrischen Mittelteil (20) in eine Mehrzahl von Strömungskanälen (21-24) unterteilt. Der Leit­ apparat weist dementsprechend zwei Strömungswege (25a, 26a) mit Drucköffnungen (25 und 26) auf. Die­ sen entsprechen zwei Saugöffnungen (27 und 28), die sich an den Enden von Strömungswegen (29 und 30) befinden.

Den der im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorgese­ henen vier Kanälen (21-24) sind vier Kammerwände (31-34) zugeordnet. Die Strömungskanäle werden hierbei von Radialwänden (35-38) begrenzt. Diese halten starre Teile (39-42), die jeweils Laibungen von Öffnungen bilden. Diese Öffnungen lassen sich mit Teilen (42-45) verschließen, die die größeren Flächen der Kammerwände einnehmen. Jeder dieser Teile sitzt auf der Kolbenstange eines Schubkolben­ getriebes (46-49), das radial angeordnet ist. Die Teile (42-45) lassen sich daher aus der Flucht der Kammerwände (31-35) ausrücken, um die Chargen für die Gasströmung freizumachen. Sie können anderer­ seits eingerückt werden, falls die Charge beheizt und während einer vorgegebenen Zeit in der Wärme gehalten werden soll.

Die Radialwände (35-38) dienen als Träger der die Kammerlaibungen (39 und 40) bildenden feststehenden Teile (39-42). Da die Kammer (4) in beiden Richtun­ gen einen viereckigen Querschnitt aufweist, sind die feststehenden Teile in den Ecken des Quer­ schnittes angeordnet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind die gleichen Teile vorhanden, jedoch sind nur eine Saugöffnung (27) und eine Drucköffnung (25) des Druckkanals (25a) im Leitapparat vorgesehen. Diese beiden Öff­ nungen sind um einen Halbkreis gegeneinander ver­ setzt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 weist daher der Leitapparat zwei Drucköffnungen (25 und 26) auf, die um einen Halbkreis gegeneinander versetzt sind, während die Saugöffnungen (27, 28) ebenfalls paarweise vorhanden und gegeneinander um einen Halbkreis versetzt angeordnet sind.

Den Saugöffnungen (27 und 28) ist je eine Radial­ öffnung (50) zugeordnet (Fig. 1). Sie führt in einen Ansaugraum (51), in dem ein Röhrenwärme­ austauscher (52) angeordnet ist. Das angesaugte, mit der Wärme der Charge beladene Gas gibt seine Wärme an einen Wasserstrom ab, der in den Rohren des Wärmeaustauschers (52) geführt ist. Das derart gekühlte Gas wird vom Laufrad (16) des Gebläses (14) durch die Saugöffnung (53) angesaugt und strömt in die Spiralgehäuse (54, 55) des Leitappa­ rates und durch Axialkanäle zu den Öffnungen (25 bzw. 25 und 26), welche in Stutzen (56) des Leitap­ parates ausgebildet sind, um in die Druckkanäle (21 und 22) zu gelangen. Aus diesen durchquert der Gas­ strom das Innere der Ofenkammer, um sich dann durch die Saugkanäle und Axialstutzen (57) des Leitappa­ rates zu bewegen und seine Wärme an den Wärmeaus­ tauscher (52) abzugeben.

Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, bei statio­ nären und geschlossenen Kammerwänden durch eine Öffnung der Ofenkammer die Charge auszufahren und zwischen die Gasströme zu bringen.

Claims (7)

1. Industrieofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke in einer Ofenkammer, welche beheizt und gegen ein umgebendes Vakuum-Druckgehäuse isoliert ist und mit einem Gebläse, das zur Druck- und Vakuumerzeugung dient und einen dreh­ baren Leitapparat aufweist, der zur Erzeugung mehrfacher Gasströme dient, welche vorzugsweise durch Öffnungen der Wärmeisolierung der Ofen­ kammer fließen, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgehäuse (8) in eine Mehrzahl von Strö­ mungskanälen (21-24) unterteilt ist und der Leitapparat (17) den Strömungskanälen (25) zuge­ ordnete Saug- und Druckwege (29; 25a, 26a) auf­ weist, und daß wenigstens Teile (42a-45) der den Strömungskanälen (21-24) zugeordneten Ofenkam­ merwände (31-35) in die Strömungskanäle (21-24) zur Bildung der Öffnungen der Ofenkammer (4) rückbar sind oder die Ofencharge (3) aus der Ofenkammer (4) zwischen die Strömungskanäle (21-24) verbringbar ist.

2. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strömungskanäle (21-24) von den Kammerwänden (31-35), der Druckgehäusewand (11, 12) und von in Strömungsrichtung bis zum Leitapparat (17) verlaufenden Radialwänden (35-38) begrenzt sind, wobei die rückbaren Teile (42-45) der Kammerwände (31-35) zwischen benach­ barten Radialwänden (35-38) angeordnet sind.

3. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialwände (35-38) als Träger feststehender Kammerlaibungen (39, 40) dienen.

4. Industrieofen nach Anspruch 1 und einem der An­ sprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Saug- und Druckwege (29, 30) in Axialstutzen des Leitapparates (17) eines Radialgebläses an­ geordnet sind, wobei die Saugwege (29) durch radiale Öffnungen (50) der ihnen zugeordneten Axialstutzen (57) mit der Saugöffnung (53) des Gebläserades (16) verbunden sind.

5. Industrieofen nach Anspruch 1 und einem der An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Öffnungen (27) der saugenden Axialstutzen (57) und der Ansaugöffnung (53) des Axialgebläses (14) ein Wärmeaustauscher (52) für im Umlauf gefördertes Gas angeordnet ist.

6. Industrieofen nach Anspruch 1 und einem der An­ sprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat (17) je eine Saug- und eine Druck­ öffnung (22, 27) aufweist, die um einen Halb­ kreis gegeneinander versetzt sind.

7. Industrieofen nach Anspruch 1 und einem der An­ sprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Paar von gegeneinander um etwa einen Halb­ kreis versetzt angeordneten Saug- und Drucköff­ nungen (25-28) vorgesehen sind.