DE4400326A1

DE4400326A1 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Werkstücken

Info

Publication number: DE4400326A1
Application number: DE4400326A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Wilhelmi; Horst Gerdes
Original assignee: Leybold Durferrit GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 1994-01-07
Filing date: 1994-01-07
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2014-01-08
Also published as: EP0662519A1; NL194675C; DE4400326C2; NL194675B; US5478057A; EP0662519B1; NL9401597A; DE59409387D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebe handlung von Werkstücken, insbesondere einen mit Was serstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke, mit einem die Heizkammer zur Aufnahme der Werkstückcharge ein schließenden, an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Ge häuse mit in die Heizkammer einmündende Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen, einer Motor-Gebläse-Einheit, deren Gebläserad das Kühlgas umwälzt und einem Heizaggregat.

Es ist ein Vakuumofen zur Wärmebehandlung einer Charge aus metallischen Werkstücken bekannt (DOS 34 16 902), bei dem der Behälter nach dem Einsetzen der Charge eva kuiert und mit Schutzgas geflutet wird, wobei die Charge anschließend durch Heizen und durch Gasumwälzung bis auf die maximal zulässige Arbeitstemperatur der Um wälzeinrichtung erwärmt wird und hiernach mit ruhendem Schutzgas oder unter Vakuum im wesentlichen durch Strahlungswärme auf eine gewünschte Endtemperatur der Wärmebehandlung erwärmt wird. Die Vorrichtung ist dazu mit einem verschließbaren Stahlbehälter und einer inneren Heizkammer zur Aufnahme der Charge und mit einem Gasgebläse sowie einer Gasleiteinrichtung zur Er zeugung einer Umwälzströmung durch die Heizkammer ver sehen. Der im wesentlichen kreiszylindrische Stahlbe hälter ist auf einer ortsfesten Trägerkonstruktion ab gestützt, wobei seine Längsachse lotrecht ausgerichtet ist und wobei ein Oberteil von seinem abgestützten Unterteil abhebbar ist. Die Charge selbst ruht auf einem Traggestell, das seinerseits auf dem Gehäuse deckel des Unterteils abgestützt ist.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die un gleichmäßige Aufheizung und auch Abkühlung der Charge, insbesondere infolge der nur im Bereich des mittleren Gehäuseteils angeordneten Heizelemente und des nur die Charge in einer Richtung und peripher umströmenden Kühlgasstrom.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Nachteile der be kannten Vorrichtung vermeidet, so daß z. B. auch rotationssymmetrische dünnwandige Werkstücke an deren Formtreue höchste Ansprüche gestellt werden, wärmebe handelt werden können, ohne daß eine spätere Nachbe handlung wegen des möglichen Verzugs oder der Rißbil dung der Werkstücke notwendig wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein am unteren Gehäusedeckel gelagertes, um eine vertikale Achse drehbares Bodenteil eines Chargentisches mit einem auf diesem Bodenteil angeordneten Heizaggregat und mit einem oberhalb des Heizaggregats vorgesehenen, aus Gitterstäben gebildeten Rost zur Ablage der Werk stückcharge und mit einer unterhalb des Heizaggregats angeordneten Isolierplatte, wobei das Bodenteil an seiner Unterseite mit einem Lagerzapfen verbunden ist, der abgedichtet durch einen Lagerring am Gehäusedeckel hindurchgeführt ist und der über eine Welle mit einem motorischen Antrieb gekoppelt ist, über den das Boden teil drehbar ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen näher beschrieben und gekennzeich net.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög lichkeiten zu; eine davon ist in der anliegenden Zeich nung näher dargestellt, die den Teilschnitt durch den unteren Teil der Vakuumkammer eines Industrieofens zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke zeigt, wobei am unteren Gehäusedeckel der Vakuumkammer der drehbare Tisch für die zu behandelnden Werkstücke angeordnet ist.

Ein Vakuum-Wärmebehandlungsofen der infragestehenden Art besteht üblicherweise aus einem hohlzylindrischen Gehäuse, dessen eine Stirnwand von einem Deckel ver schließbar ist, einem an der anderen Stirnwand des Ge häuses angeordneten Gebläsemotor mit Gebläserad, einer im Gehäuseinnern angeordneten hohlzylindrischen Char genkammer mit einem in diese einsetzbaren Chargenkorb oder Auflagerost, in den bzw. auf das wiederum die zu behandelnden Werkstücke auflegbar sind, mehreren sich bis in die unmittelbare Nachbarschaft des Auflagerostes erstreckenden, parallel zur Gehäuselängsachse ausge richteten Heizrohren, einem zwischen dem Gebläsemotor und dem Auflagerost im Innenraum des Gehäuses vorge sehenen Gebläsegehäuse und einem im Ringraum zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand der Char genkammer untergebrachten, aus einer von einem Kälte mittel durchströmten Rohrschlange bestehenden Wärme tauscher.

Der Wärmebehandlungsofen ist in der Regel über eine Saugleitung an eine Vakuumpumpe angeschlossen, deren Absaugstutzen in einen Kamin einmündet, wobei die Saug leitung durch ein Evakuierventil absperrbar ist. In das hohlzylindrische Gehäuse münden die Gas-Einlaßleitungen ein, die mit Gasbehältern verbunden sind und in die Ventile eingeschaltet sind, über die die beiden Leitun gen absperrbar sind.

Die Abbildung zeigt nur den unteren Gehäusedeckel 3, der auf einem Gestell ruht, von dem nur eine der Stützen 4 dargestellt ist und der mit einem Lagerring 5 fest verschweißt ist, auf dem ein Traglager 6 angeord net ist (Kugeldrehverbindung), auf dem wiederum das Bodenteil 7 des drehbaren Chargentischs 8 aufliegt. Der Chargentisch 8 ist an seiner Unterseite mit Schleif ringen 9, 10 versehen, die mit Stromkontakten 11, 12 korrespondieren, deren Halterungen 13, 14 fest mit dem Gehäusedeckel 3 verbunden sind und die so ausgebildet sind, daß die oberen Stirnflächen der Stromkontakte 11, 12 mit einer bestimmten Vorspannung an den Schleif ringen 9, 10 anliegen. Die Unterseite des Bodenteils 7 des Chargentischs 8 weist einen Lagerzapfen 15 auf, der gegenüber dem Lagerring 5 abgedichtet ist und der nach unten zu um eine Welle 16 verlängert ist, auf der die Riemenscheibe 17 drehfest angeordnet ist, die über einen Zahnriemen 18 oder Antriebskette mit der Riemen scheibe 20 der Motor-Getriebeeinheit 19 verbunden ist, so daß mit Hilfe der Motor-Getriebeeinheit 19 (mit Drehstrommotor) der Chargentisch 8 um die Achse A in Drehung versetzt werden kann. Die Welle 16 ist um ein Rohrstück 21, 49 verlängert, das mit einem ortsfesten Lager 22 über eine Stütze 23 drehfest verbunden ist, auf dem im übrigen ein Zentrierstab 24 gelagert ist, der durch ein Innenrohr 25 hindurchgeführt ist und der bewirkt, daß sich das Innenrohr 25 nicht zusammen mit der Welle 16 bzw. dem Lagerzapfen 15 und dem Bodenteil 7 dreht. Wie die Zeichnung zeigt, ist das Bodenteil 7 mit einem Hohlraum 26 versehen, der mit dem Innenrohr 25 in Verbindung steht, so daß das am Anschlußstutzen 27 in den Ringraum zwischen dem Innenrohr 25 und der Längsbohrung 30 im Rohrstück 21 aufwärtsströmende Kühl wasser auch den Hohlraum 26 im Bodenteil 7 zum Zwecke der Kühlung des Chargentisches 8 durchströmt (drehbare Kühlwasserdurchführung). Das aus dem Hohlraum 26 zu rückgeführte Kühlmittel strömt durch das Innenrohr 25 und tritt am Anschlußstutzen 31 wieder aus. Auf der Oberseite des Bodenteils 7 des Chargentischs 8 sind eine Vielzahl von Stützen 32, 32′,. . . aus Graphit oder Keramik befestigt, die wiederum Lagerstücke 33, 33′, halten, auf die ihrerseits jeweils Stäbe 34, 34′, . . . aus hochhitzefestem und korrosionsfestem Werkstoff aufliegen, auf denen die zu behandelnden Werkstücke ab legbar sind. Parallel zu den Stützen 32, 32′,. . . sind jeweils Haltearme 35, 35′,. . . auf dem Bodenteil ange bracht, deren obere Enden als Gabeln 36, 36′,. . . aus gebildet sind, in denen sich zueinander parallel er streckende Heizstäbe 37, 37′,. . . lagern, die über Stromleiter 38, 38′,. . . miteinander in Verbindung stehen bzw. an die mit den Schleifringen 9, 10 korre spondierenden stromleitenden Verbindungsstäbe 39, 40 (Kohlegleitkontakte) angeschlossen sind. Parallel der beiden Verbindungsstäbe 39, 40 erstrecken sich weitere lotrechte Haltearme 41, 42, die fest auf dem Bodenteil 7 verankert sind und die jeweils eine Isolationsplatte 43 bzw. 44 in einer Ebene halten, die sich parallel der Ebene des Bodenteils 7 erstreckt. Weiterhin ist auf dem Bodenteil 7 ein Haltearm 45 befestigt, der die Lager stücke 33, 33′,. . . im Abstand zueinander hält. Schließlich sind zwei Meßfühler 46, 47 am Lagerring 5′ vorgesehen, die über nicht näher dargestellte Schleif kontakte mit auf dem Bodenteil 7 angeordneten Teilen der Vorrichtung in Verbindung stehen, so daß die Tempe ratur an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung meßbar ist. Es sei noch erwähnt, daß die Isolationsplatte 43 (Graphithartfilzisolation) mit einer zentralen Öffnung 50 versehen ist, die ein Durchströmen des Kühlgases von unten nach oben durch den Chargentisch 8 und damit auch durch die auf dem von den Stäben 34, 34′, gebildeten Rost abgelegten Werkstücke ermöglicht.

Bezugszeichenliste

2 Gehäuse
3 Gehäusedeckel
4 Stütze
5, 5′ Lagerring
6 Traglager
7 Bodenteil
8 Chargentisch
9 Schleifring
10 Schleifring
11 Stromkontakt, Schleifkontakt
12 Stromkontakt, Schleifkontakt
13 Halterung
14 Halterung
15 Lagerzapfen
16 Wellenstumpf
17 Riemenscheibe
18 Zahnriemen
19 Motor-Getriebeeinheit
20 Riemenscheibe
21 Rohrstücke
22 Lager
23 Stütze
24 Zentrierstab
25 Innenrohr
26 Hohlraum
27 Anschlußstutzen
29 Ringraum, Kanal
30 Längsbohrung
31 Anschlußstutzen
32, 32′, . . . Stütze
33, 33′, . . . Stab, Rost
34, 34′, . . . Stab
35, 35′, . . . Haltearm
36, 36′, . . . Gabel
37, 37′, . . . Heizstab
38, 38′, . . . Stromleiter
39 Verbindungsstab
40 Verbindungsstab
41 Haltearm
42 Haltearm
43 Isolationsplatte
44 Isolationsplatte
45 Haltearm
46 Meßfühler
47 Meßfühler
48 Kanal
49 Hülse, Rohrstück
50 Öffnung

Claims

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebener Ofen zum Härten metallischer Werkstücke, mit einem die Heizkammer zur Aufnahme der Werkstückcharge einschließenden, an eine Vakuum pumpe angeschlossenen über einen Gehäusedeckel (3) zu öffnenden Gehäuse (2) mit in die Heizkammer ein mündenden Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen, mit einer Motor-Gebläse-Einheit, deren Gebläserad das Kühlgas umwälzt und einem Heizaggregat, gekennzeich net durch ein am Gehäusedeckel (3) gelagertes um eine vertikale Achse (A) drehbares Bodenteil (7) eines Chargentisches (8) mit einem auf diesem Boden teil (7) angeordneten Heizaggregat (37, 37′, . . .) und mit einem oberhalb des Heizaggregats (37, 37′, . . .) vorgesehenen, aus Stäben (33, 33′, . . . bzw. 34, 34′, . . .) gebildeten Rost zur Ablage der Werkstück charge und mit einer unterhalb des Heizaggregats (37, 37′, . . .) angeordneten Isolierplatte (43, 44), wobei das Bodenteil (7) an seiner Unterseite mit einem Lagerzapfen (15) verbunden ist, der abge dichtet durch einen Lagerring (5) am Gehäusedeckel (3) hindurchgeführt ist und der über eine Wellen (16) mit einem motorischen Antrieb (19) gekoppelt ist, über den das Bodenteil (7) und damit der Char gentisch (8) drehbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (7) des Chargentischs (8) mit Hohlräumen (26) oder Kühlkanälen versehen ist, die von einem Kühlmittel durchflossen sind, wobei die Hohlräume (26) oder Kanäle über Strömungsmittelwege (29, 48), die sich parallel der Welle (16) und in ihrem Innern erstrecken, mit den Anschlüssen (27, 31) für die Kühlmittelversorgung korrespondieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Bodenteils (7) des Chargen tischs (8) mit Kontaktbahnen oder Schleifringen (9, . . .) versehen ist, die mit isoliert durch den Ge häusedeckel (3) hindurchgeführten Schleifkontakten (11, 12) zusammenwirken und über die das Heiz aggregat (37, 37′, . . .) an eine elektrische Heiz stromquelle anschließbar ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) den Lagerzapfen (15) nach unten zu ver längert und mit einer zentrischen Längsbohrung (30) versehen ist, wobei in dieser Längsbohrung (30) ein sich koaxial zu ihr erstreckendes Innenrohr (25) an geordnet ist, das einen äußeren vom Kühlmittel durchströmten Ringkanal (25) von einem zentralen ebenfalls vom Kühlmittel durchströmten Kanal (48) trennt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (5, 5′) Bohrungen aufweist, durch die Meß fühler (46, 47) oder deren Stromleiter abgedichtet hindurchgeführt sind, wobei die jeweils dem Chargen tisch (8) zugewandten Enden dieser Stromleiter (46, 47) mit Schleifringen zusammenwirken, die auf der Unterseite des Bodenteils (7) isoliert angeordnet sind und ihrerseits entweder mit in der Nachbar schaft des Heizaggregats (37, 37′, . . .) angeordneten Sensoren verbunden sind oder aber unmittelbar an Sensoren angeschlossen sind, die in die Hohlräume (26) oder Kanäle für das Kühlmittel hineinragen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Welle (16) des Bodenteils (7) ein Zen trierstab (24) angeordnet ist, dessen dem Chargier tisch (8) abgewandtes unteres Ende auf einem orts festen Lagerbock (22) abgestützt ist, wobei das untere Ende des Zentrierstabes (24) abgedichtet durch das untere Ende einer die Welle (16) nach unten zu verlängernden drehfest am Lagerbock (22) gehaltenen Hülse (21, 49) hindurchgeführt ist und wobei das obere Ende des Zentrierstabs (24) recht winklig abgebogen und mit der Welle (16) drehfest verbunden ist.