DE8525882U1

DE8525882U1 - Ofen zur Durchführung einer Wärmebehandlung

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Publication number: DE8525882U1
Application number: DE8525882U
Authority: DE
Original assignee: ABAR IPSEN INDUSTRIES FEASTERVILLE PA US
Current assignee: ABAR IPSEN INDUSTRIES FEASTERVILLE PA US
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1985-10-31
Also published as: JPS61246589A; BR8504428A; DE3532361A1; JPH0446356B2; US4559631A

Description

HOEGER, stelLREGHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANÖSTRASSE 14 c · D 700O STUTTGART 1 ~ 3 «

A 46 742 b Anirtelder: Äbar Ipsen Industries

k - 189 905 Pennsylvania Blvd.

5_t September 1985 Feasterville, PA 19047

USA

Ofen zur Durchführung einer Wärmebehandlung

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Durchführung einer Wärmebehandlung mit einer Wandkonstruktion, die eine Heizkammer mit kreisrundem Querschnitt definiert/ mit mehreren in Längsrichtung der Kammer im Abstand voneinander angeordneten, ringförmige.!, elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen und mit Anschlußeinrichtungen zum Verbinden der Widerstandsheizeinrichtungen mit einer Speisespannungsquelle.

Bei elektrisch beheizbaren öfen zur Durchführung einer Wärmebehandlung ist es bekannt, ringförmige, elektrische Widerstandsheizeinrichtungen zu verwenden, welche aus Metallbändern bestehen. Ferner ist es bekannt, elektrische Widerstandsheizeinrichtungen in Form von Graphitstäben zu verwenden, wobei diese Stäbe jedoch in Längsrichtung des Ofens zwischen dem vorderen und dem hinteren Ende desselben verlaufen und auf den Mantellinien eines Kreiszylinders liegen. Die Verwendung von Graphitheizelementen bietet dabei gegenüber der Verwendung von metallischen Heizelementen gewisse Vorteile. Andererseits ist es bei der bekannten Anordnung der Graphitstäbe, wenn überhaupt, nur schwer möglich, in Längsrichtung des Ofens aufeinanderfolgende Bereiche unterschiedlich stark zu beheizen, insbesondere um die terschiedlich starken Wärmeverluste im mittleren Teil des Ofens einerseits und an den Enden desselben, ins-

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besondere an einer Ofentüre, andererseits/ zu kompensieren.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten·elektrisch beheizbaren Ofen zur Durchführung einer Wärmebehandlung anzugeben, bei dem unter Verwendung von Graphit-Heizelementen in Längsrichtung des Ofens ein vorgegebener Temperaturverlauf erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Ofen der eingangs angegebebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede der Widerstandsheizeinrichtungen mindestens sechs starre, garade und im wesentlichen gleich lange Graphitstäbe umfaßt, die durch Verbindungseinrichtungen mechanisch und elektrisch derart miteinander verbunden sind, daß sich an jeder der Verbindungsstellen zwischen den angrenzenden Stäben jeweils im wesentlichen der gleiche stumpfe Winkel ergibt und daß die miteinander verbundenen Stäbe ein im wesentlichen regelmäßiges Vieleck definieren, wobei die einzelnen Stäbe auf Sehnen des Heizkammerquerschnitts liegen.

Es ist ein wesentlicher Vorteil des Ofens gemäß der Erfindung, daß die zu regelmäßigen Vielecken, insbesondere Achtecken, geordneten Graphitstäbe nur einen geringen Platzbedarf in der Heizkammer haben und dennoch derart in unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet und/oder gespeist werden können, daß über die Länge der Heizkammer das gewünschte Temperaturprofil erhalten

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Dabei hat es sich in Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, die als Heizelemente dienenden Graphitstäbe über spezielle Befestigungsbügel miteinander zu ver-binden, die vorzugsweise ebenfalls aus Graphit bestehen und mit deren Hilfe die Enden benachbarter Graphitstäbe jeweils derart verbunden werden können, daß die Stäbe einen stumpfen Winkel miteinander einschließen und gemeinsam ein regelmäßiges Vieleck, insbesondere ein Achteck, bilden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Ofens gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch den inneren Teil des Ofens gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2 und

Fig. 4 und 5 vergrößerte Teilquerschnitte längs der Linien 4-4 bzw. 5-5 in Fig. 2.

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'Ί Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Unterdruckofen 10 zum Be-

handlen von Werkstücken (nicht gezeigt) in einer Kammer 11. Der Ofen 10 besitzt einen im wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel 14, so daß sich ein im Querschnitt

¹ kreisrunder Innenraum ergibt, wobei der Mantel 14 an sei-

, hem vorderen - in Fig* 1 linken - Ende durch eine lösbare

Türe 15 verschlossen ist. Die Heizkammer 11 ist im Innersn

^l(i des Mantels 14 durch eine Wandkonstruktion 16 begrenzt,

i; die im Abstand von der Innenseite des Mantels 14 angek

ordnet ist. Mehrere Gruppen (Fig. 3) elektrischer

■ Widerstandpheizelemente sind im Inneren der Wandkonstruk-

ji tion 16 angeordnet, um die Werkstücke zu erhitzen.

•f Die innere Wandkonstruktion 16 besitzt ebenfalls einen

ι · kreisrunden Querschnitt und umfaßt eine flache Rückwand

und eine ringförmige Seitenwand. Dabei besteht jede dieser

ι? Wände, wie dies aus Fig. 2, 4 und 5 deutlich wird, aus einem mentallischen äußeren Wandelement bzw. einer me-

% tallischen Haut 21 und aus geeigneten isolierenden Po^kun-

; gen 24.

I Wie speziell aus Fig. 3 deutlich wird, ist die Wand der

I Heizkammer 11 durch die Innenseite der isolierenden

H Packungen 22 definiert, wobei die Kammer 11 einen kreis-

f| runden Querschnitt hat und an ihrem rückwärtigen - in

H Fig. 1 und 2 rechten - Ende durch eine vertikal angeord-

t nete isolierende Packung geschlossen ist. Das vordere

I Ende der Kammer 11 wird durch eine türartige Struktur

I 25 (Fig. 1 und 2) verschlossen, welche an der Haupttüre

I 15 des Mantels 17 befestigt ist und isolierende Packungen

t. 26 zum Verschließen und Isolieren des vorderen Kammeren-

f* des aufweist. -,

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Nachdem die Werkstücke aufgezeizt sind, wird ein motorisch „ angetriebenes Gebläse 21 (Fig. 1), welches an dem einen Ende des Mantels 14 angeordnet ist, eingeschaltet, um ein inertes Kühlgas, wie zum Beispiel Argon oder Stickstoff, durch die Kammer 11 zirkulieren zu lassen, um die ·'[ Werkstücke abzuschrecken. Wie in Fig. 1 schematisch an- ■" gedeuted, wird das Gas in einen Zwischenraum 28 zwischen dem Mantel 14 und der Wandkonstruktion 16 eingeleitet und fließt über rohrförmige Düsen 30 in der Kammerwand 16 in das Innere der Kammer 11. Das aus der Kammer 11 austretende Gas fließt an den Isolationspackungen 26 der Anordnung 25 vorbei und kehrt zu dem Gebläse 27 über einen Ringraum 31 zurück, welcher zwischen dem Mantel 14 und einem Kühlmantel 32 vorgesehen ist, der die Kammerwand 16 umgibt. In dem Ringraum 31 sind Kühlwindungen 33 angeordnet, die in das zurückfließende Gas abkühlen.

Die Heizelemente 20 sind starre längliche Graphitstäbe, die beim Ausführungsbeispiel gerade sind und einen rechteckigen Querschnitt haben. Graphitstäbe wurden schon früher als Heizelemente für öfen zur Durchführung einer Wärmebehandlung verwendet, und die Vorteile von Graphitstäben sind an sich gut bekannt.

Gemäß der Erfindung werden die Heizelemente bzw. Graphitstäbe 20 an ihren Enden derart miteinander verbunden, daß sich ringförmige Heizanordnunqen 3 5 ergeben, die in der zylindrischen Hoizkammer 11 ·., axialer Richtung im Abstand voneinander angeordnet sind Und die derart unter- |

schiedlich positioniert Und/öder mit Heizstrom gespeist ύ

{■·■) Werden können, daß sich in der Kammer 11 vordere und |>

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hintere Temperatureinstellbereiche ergeben. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Graphitstäbe im Inneren der Kammer 11 derart angeordnet, daß sie ein im wesentlichen gleichmäßiges Vieleck, vorzugsweise ein Achteck, ergeben, so daß die Stäbe 20 insgesamt relativ dicht an den Packungen 22 angeordnet werden können. Auf diese Weise wird aus länglichen und starren Graphitstäben im Inneren der Kammer 11 eine ringförmige Bank 35 von Heizelementen gebildet, um eine Temperaturregulierung zu ermöglichen, wobei die Heizelemente bzw. Stäbe dennoch dicht an der Kammerwand 16 liegen und relativ wenig Platz in Anspruch nehmen.

Beim Ausführungsbeispiel besitzt der Ofen 10 sechs in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Bänke 35 von Graphit-Heizelementen bzw. -Stäben 20, wobei jede Bank 35 aus acht einzelnen Stäben aufgebaut ist; es könnten auch nur sechs Stäbe pro Ring verwendet werden, was jedoch mit einem Opfer an nutzbarem Platz in der Heizkammer verbunden wäre. Die benachbarten Stabenden einer Bank sind elektrisch und mechanisch in einer nachstehend noch zu beschreibenden Weise verbunden, wobei jedoch der unmittelbar rechts von der 12 Uhr-Position befindliche Stab 2OA nicht mechanisch mit dem rechten Ende des unmittelbar links von der 12 Uhr-Position befindlichen Stabes 2OB verbunden ist. Vielmehr ist das linke Ende des Stabes 2OA mit einem die Ofenwand durchgreifenden elektrischen Leiter 36 verbunden , der in der Zeichnung nur \ schematisch dargestellt ist und der auf der Außenseite des Ofens mit dem einen Pol einer Speisespannungsquelle verbunden ist. Am rechten Ende des Stabes 2OB ist ein

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Querverbinder 37 (Fig. 2, 3 und 4) aus Graphit mittels einer Graphitschraube 38 und einer Graphitmutter 39 verbunden, welcher elektrisch mit mindestens einem entsprechenden Stab 2OB einer weiteren Bank 35 von Heizelementen verbunden ist, daren eingangsseitiges Heizelement 2OA mit einer anderen Stromdurchführung bzw- einem anderen Leiterelement 36 verbunden ist. Der Querverbinder 37 ist an einer stabförmigen Aufhängung 40 (Fig. 4) befestigt, die ihrerseits an dem Mantel bzw. der Metallhaut 21 der internen Wandkonstruktion 16 befestigt ist und nach innen von dieser absteht. Eine isolierende Buchse 41 und eine Isolierscheibe 42 verhindern, daß über die A"fhängung 40 ein Kurzschluß zwischen dem Mantel 21 und dem· Querverbinder 37'eintritt.

Die Stäbe 20 haben alle dieselbe Länge außer dem Stab 2OB, der etwas kürzer ist als die übrigen sieben Stäbe. Ferner sind benachbarte Stäbe unter einem Winkel von etwa 135° gegeneinander geneigt. Die Stäbe 20 definieren folglich auf dem äußeren Umfang der Kammer 11 ein im wesentlichen gleichmäßiges Achteck. Wegen der achteckigen Form liegen die Stäbe 20 auf relativ kurzen Sehnen, die in guter Annäherung einen Kreis bilden, so daß die Form der Bank bzw. Gruppe von Heizelementen ziemlich genau dem runden Umfang der Kammer 11 entspricht. Die Stäbe 20 nehmen also im Inneren der Kammer 11 keinen ins Gewicht fallenden Anteil des verfügbaren Innenraums weg und reduzieren die Kapazität der Kammer 11 zur Aufnahme von Werkstücken nur geringfügig. Darüber hinaus sorgt idie achteckige Anordnung der Stäbe dafür, daß die Von den Stäben in Richtung auf die Mitte der Kammer abcjie-

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strahlte Wärme im wesentlichen gleichmäßig verteilt ist, wodurch eine Wärmeverteilung angenähert wird, wie sie durch genau kreisringförmige metallische Heizelemente erreicht wird.

Da die Bänke 35 von Heizelementen 20 in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind, kann den einzelnen Bänken eine unterschiedliche Energiemenge zugeführt werden, um beispielsweise von vorn nach hinten unterschiedliche Temperatureinstellbereiche zu erhalten. Beispielsweise kann den beiden vorderen Bänken 35 mehr Leistung zugeführt werden, um Wärmeverluste durch die Türkonstruktion 15, 25 zu kompensieren und über die gesamte Länge der Kammer 11 trotz der Wärmeverluste eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufrechtzuerhalten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, allen Bänken bzw. Heizelementgruppen dieselbe Leistung zuzuführen und im Bereich des vorderen Kammerendes eine größere Anzahl von Bänken zu konzentrieren, um Wärmeverluste an der Türe zu vermeiden.

Erfindungsgemäß sind ferner neuartige Montagebügel 50 (Fi^. 3 und 5) zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Stäbe 20 und zum Aufhängen derselben an der Kammerwand 16 vorgesehen. Beiir Ausführungsbeispiel besteht jeder Bügel aus einem einzigen Stück Graphit und besitzt zwei in entgegengesetzte Richtung abstehende Ansätze 51, die gegeneinander unter demselben stumpfen Winkel geneigt sind wie die angrenzenden Stäbe. Die angrenzenden Enden der benachbarten Stäbe 20 werden mittels Graphitschrauben 52 und Graphitmüttern 53 leitend

itdt den Ansätzen 51 verbunden*

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Jeder Bügel 50 besitzt ferner einen plattenförmigen Montagebereich 55 (Fig. 5), der einstückig mit den Ansätzen 51 ausgebildet und zwischen diesen angeordnet ist. Der Montagebereich 55 jedes Bügels 50 ist im wesentlichen senkrecht zu einem Radius der Kammer 55 angeordnet. Längs dieses Radius ist eine stangenförmige Aufhängig 56 vorgesehen, deren äußeres Ende am Mantel 21 der Kammerwand 16 befestigt ist. Das innere Ende der Aufhängung 56 durchgreift eine öffnung 57 des Montagebereichs 55, wodurch die Bügel 50 und die Stäbe 20 &st dem Mantel 21 aufgehängt bzw. befestigt werden. Der Bügel 50 ist an der Aufhängung 56 mittels eines Stiftes 58 und einer Sicherungsscheibe 59 festgelegt und elektrisch durch eine Keramikbuchse 60 und Keramikscheiben 61 isoliert.

Die Bügel 50 sind realtiv einfach konstruiert und dienen dennoch einem doppelten Zweck, nämlich dem Verbinden der Stäbe 20 miteinander zu einer achteckigen Bank bzw. Gruppe und zum Aufhängen der Stäbe 20 in der Kammer 11.

Claims

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HOEGER, STELLRECHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14cD 7O0O STUTTGART 1

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- " Ansprüche

1. Ofen zur Durchführung einer Wärmebehandlung mit einer Wandkonstruktion, die eine Heizkammer mit kreisrundem

Querschnitt definiert, mit mehreren in Längsrichtung der Kammer im Abstand voneinander angeordneten, ringförmigen, elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen und mit Anschlußeinrichtungen zum Verbinden der Widerstardsheiz-einrichtungen mit einer Speisespannungsquelie, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Widerstandsheizeinrichtungen (35) mindestens sechs starre, gerade und im wesentlichen gleich lange Graphitstäbe (20) umfaßt, die durch Verbindungseinrichtungen (50 bis 55) mechanisch und elektrisch * derart miteinander verbunden sind, daß sich an jeder

der Verbindungsstellen zwischen den angrenzenden Stäben (20) jeweils im wesentlichen der gleiche stumpfe Winkel ergibt und daß die miteinander verbundenen Stäbe (20) ein im wesentlichen regelmäßiges Vieleck definieren, wobei die einzelnen Stäbe (20) auf Sehnen

des Heizkammerquerschnitts liegen.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß acht Stäbe (20) vorgesehen sind, die zu einem regelmäßigen Achteck verbunden sind.

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3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen elektrisch leitfähige Befestigungsbügel (50) umfassen, von denen jeder einen ersten Ansatz (51) aufweist, der mit einem Ende eines der Stäbe (20) verbunden ist, sowie einen zweiten Ansatz (51), diir mit dem einen Ende eines benachbarten Stabes (20) verbunden ist, und daß die Ansätze (51)
derart ausgebildet sind, ^.aß sie einen stumpfen Win-{' kel miteinander einschließen.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwi

schen den beiden Ansätzen (51) jedes Befestigungsbügels (50) ein Montagebereich (55) vorgesehen ist, der mit den Ansätzen (51) verbunden ist und bei montiertem Befestigungsbügel (50) in einer zu einem Radius
der Heizkammer (11) im wesentlichen senkrechten Ebene

j liegt, und daß Befestigungseinrichtungen (56 bis 61)

vorgesehen sind, welche ein von der Wandkonstruktion (16) radial nach innen vorstehendes und den Montagebereich (55) des Befestigungsbügels (50) durchgreifendes Befestigungselement (56) umfassen.

5. Ofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Befestigungsbügel (50) als einstückiges Graphitteil ausgebildet ist.

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