EP0151700B1

EP0151700B1 - Industrieofen, insbesondere Mehrkammer-Vakuumofen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke

Info

Publication number: EP0151700B1
Application number: EP84113445A
Authority: EP
Inventors: Joachim Dr.-Ing. Wünning; Wilhelm Neubauer
Original assignee: Aichelin GmbH Germany
Current assignee: Aichelin GmbH Germany
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1984-11-07
Publication date: 1988-06-29
Also published as: ATE35428T1; PL140026B1; HUT43651A; YU43395B; JPH0549724B2; HU202598B; YU224884A; EP0151700A3; DD231375A5; CS264117B2; PL250866A1; CS105585A2; SU1386047A3; DE3405244C1; JPS60184625A; EP0151700A2; US4653732A

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieofen, insbesondere Mehrkammer-Vakuumofen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke, mit einer Heizkammer und einer eine mit Kühlgas beaufschlagte Kühleinrichtung enthaltende Kühlkammer, in der eine wärmebehandelte Charge mit im Kreislauf über einen Wärmetauscher geführtem Kühlgas angeströmt ist, sowie gegebenenfalls mit einem Ölbad.
Solche Industrieöfen werden in großem Maße zum Härten von Stahlteilen, insbesondere aller Arten von Teilen aus Werkzeugstählen, sowie für verschiedene Kühlprozesse und andere Wärmebehandlungen von Metallteilen verwendet. Ein Beispiel für einen solchen Industrieofen ist in der DE-A-1 933 593 beschrieben.
Dieser Vakuumofen weist ein Heizabteil und ein daran anschließendes Kühlabteil auf. Das Kühlabteil enthält oben ein nach unten offenes Kühlkammergehäuse in dem sich eine glockenförmige Zwischenwand befindet. An der oberen verjüngten Öffnung sitzt ein Ventilator, durch den das Kühlgas in der Kühlkammer umzuwälzen ist. Zwischen dem Kühlkammergehäuse und der Zwischenwand ist ein die Zwischenwand über ihre ganze Längserstreckung umgebender Wärmetauscher angeordnet.
Wenn die Palette mit den Werkstücken von unten her durch die Öffnung hindurch in das Innere des Kühlkammergehäuses eingebracht wird, ist hierdurch von der Hebeeinrichtung für die Palette das Innere des Kühlkammergehäuses zum Kühlabteil hin abgeschlossen. Zwischen der Palette und dem unteren Rand der Zwischenwand verbleibt jedoch ein ringförmiger Spalt. Der Ventilator der Kühlkammer saugt das Kühlgas durch den ringförmigen Spalt an der heißen Charge vorbei nach oben, von wo es über den wassergekühlten Wärmetauscher wieder nach unten zu dem ringförmigen Spalt gelangt. Da die Öffnung für den Ventilator einen kleineren Querschnitt aufweist als die Grundfläche des von der Zwischenwand umgebenen Raumes, ergibt sich im wesentlichen eine Strömung entlang eines Kegelmantels durch die Charge.
Aus der DE-C-863 070 ist es bekannt, in einen Einkammerofen über die Charge, die sowohl zum Erwärmen als auch zum Abkühlen an der selben Stelle im Ofen verbleibt, von oben her ein doppelwandiges zylindrisches Rohr zu führen, dessen Innenrohr Löcher aufweist. Von oben wird die Luft über eine ringförmige Luftzufuhr in den ringförmigen Kanal zwischen Innen- und Außenrohr eingeblasen und strömt dann durch die Löcher auf die Charge zu. Neben der Tatsache, daß der Ofen zum Einführen des Zylinders geöffnet werden muß, - dabei erfolgt ein unkontrolliertes Abkühlen der Charge - muß bei unterschiedlichen Chargen auch das komplette Rohr gegen ein anderes mit entsprechend an die Charge angepaßten Löchern ausgetauscht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Indusrieofen, insbesondere einen Mehrkammervakuumofen mit einer eine Gas-Kühleinrichtung enthaltenden Kühlkammer zu schaffen, bei dem eine optimale Anpassung der Anströmverhältnisse der jeweiligen abzukühlenden Charge an die Gegebenheiten dieser Charge mit einfachen Mitteln möglich ist, ohne daß dazu aufwendige, teure oder schwer zu bedienende Einrichtungen erforderlich wären.
Zur Lösung der Aufgabe ist der eingangs genannte Industrieofen einen in der Kühlkammer angeordneten, mit Kühlgas beaufschlagten Düsenkasten aufweist, in dem zumindest ein der Charge gegenüber angeordnetes Düsenblech zur Veränderung der Anblasverhältnisse der Charge austauschbar eingesetzt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich die austauschbaren Düsenbleche durch Düsen mit unterschiedlicher Düsenanordnung und/oder mit unterschiedlichem Düsendurchmesser und/oder mit unterschiedlichem Abstand zur Charge.
Der neue Industrieofen gestattet es, in der Kühlkammer durch eine entsprechenden Düsenblechanordnung und damit eine entsprechende Auswahl der Düsenanordnung, Düsenverteilung und anderer Düsencharakteristiken an oder innerhalb der abzukühlenden Charge nur dort hohe Kühlgasgeschwindigkeiten zu erzeugen, wo maximale Kühlwirkung benötigt wird. Dabei ist der Konstruktionsaufwand für den einfachen Düsenkasten mit den austauschbaren Düsenblechen gering.
Es ist vorteilhaft, wenn wenigstens einige Düsen wenigstens eines Düsenbleches in einer eine Prallströmung und/oder eine Parallelströmung des Kühlgases an der Charge ergebenden Ausrichtung angeordnet sind. Bei gegebener Kühlgasumwälzleistung hängt nämlich die maximale Kühlgeschwindigkeit der Charge von den erzielten Wärmeübergangswerten ursächlich ab. Es ist bekannt, daß die Gasanströmung der Charge auf das Maß des Wärmeübergangs Kühlgas/Charge entscheidenden Einfluß hat, wobei bei Prallströmung höhere Wärmeübergangswerte erreicht werden als bei Parallelströmung, bei der das Kühlgas parallel zu der Werkstückoberfläche strömt. Weitere Parameter für den Wärmeübergang sind u.a. Düsenaustrittsgeschwindigkeit, Düsendurchmesser, Düsenabstand von der Charge, Abstand der Düsen untereinander, mittlere Kühlgastemperaturen und mittlere Chargentemperaturen.
Die Düsen sind mit Vorteil die Charge auf mehreren Seiten umgebend in der Kühlkammer angeordnet, wobei sich besonders einfache konstruktive Verhältnisse ergeben, wenn der Düsenkasten Führungseinrichtungen aufweist, in die das jeweilige Düsenblech einschiebbar ist.
Durch einfaches Austauschen der Düsenbleche läßt sich die oben erläuterte Anpassung der Kühleinrichtung an die erwähnten Parameter für den Wärmeübergang in sehr einfacher Weise erzielen. Die einzelnen, gegeneinander austauschbaren Düsenbleche können nicht nur unterschiedliche Düsenanordnungen (Düsenbilder) und Düsendurchmesser etc. haben, sondern es kann bspw. ein Düsenblech einen in das Innere der Kühlkammer vorspringenden oder aus diesem zurückspringenden Bereich aufweisen, um damit den Abstand zwischen den Düsen und der Charge entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten zu verändern.
In der Regel wird die wärmebehandelte Charge von mehreren Seiten von Düsen umgeben sein, wozu der Düsenkasten zweckmäßigerweise tunnelförmig ausgebildet ist und an seiner Innenwand durch wenigstens ein Düsenblech begrenzt ist. Zusätzlich zu dem Düsenblech kann wenigstens ein gasundurchlässiges Blindblech lösbar eingesetzt sind. Auf diese Weise läßt sich eine wirkungsvolle Prallströmung bei plattenförmigen Werkstücken erzielen, indem seitliche Düsenbleche und oberhalb der Charge ein Blindblech eingeschoben werden, so daß das stehende Werkstück von allen Seiten optimal gekühlt werden kann. Bei einer Charge von zylindrischen stehenden Werkzeugen kann nur mittels einer Parallelströmung als Durchströmkühlung gearbeitet werden, weil wegen der Werkstückform und der großen Zahl von Werkstücken eine Kühlung mittels Prallströmung nicht möglich ist. Für diese Durchströmkühlung werden ein Düsenblech oberhalb und Blindbleche an den beiden Seiten der Charge eingeschoben. Der Düsenabstand von der Charge kann dann auf jeder Seite durch bereits erwähnte Düsenbleche mit einem in das Innere der Kühlkammer vorspringenden oder aus diesem zurückspringenden Bereich optimiert werden. Um die erwähnte Anordnung der Düsenbleche einfach ausführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Düsenkasten auf wenigstens drei Innenseiten durch Düsenbleche begrenzt ist, von denen zwei einander gegenüberliegend und das dritte Düsenblech zwischen den beiden anderen Düsenblechen angeordnet ist.
In der Kühlkammer kann darüber hinaus eine die Charge aufnehmende Hub- und Senkvorrichtung angeordnet sein, durch die die Charge in einen vorbestimmten Abstand zu wenigstens einem Teil der Düsenmündungen zumindest eines Düsenbleches bringbar ist.
Dadurch, daß in dem Düsenkasten die Düsenbleche gleichmäßig mit Kühlgas beaufschlagt sind, ist eine gleiche Austrittsgeschwindigkeit an allen Düsen des jeweiligen Düsenbleches, und somit eine gleichmäßige Kühlwirkung an der gesamten beaufschlagten Chargenfläche gewährleistet. Eine solche gleichmäßige Kühlwirkung ist zur Erzielung eines gewünschten Gefügezustandes in der abzukühlenden Charge von Wichtigkeit.
Die Kühleinrichtung ist bei dem neuen Industrieofen nicht in der Heizkammer, sondern in einer eigenen Kühlkammer angeordnet. Durch die in der Kühlkammer gegebene kalte Chargenumgebung wird nicht nur die konvektive Wärmeabgabe der Charge auf das Kühlgas ausgenutzt, sondern auch die Wärmeabfuhr durch Strahlung, die besonders im oberen Temperaturbereich mithilft, die Kühlwirkung zu erhöhen. Gegenüber Einkammer-Vakuumöfen besteht der Vorteil, daß die Heizkammer, die Heizelemente und der Chargenherd nach der Wärmebehandlung im kritischen Abkühlbereich nicht gemeinsam mit der Charge abgekühlt werden müssen, so daß die an der Charge erzielte Kühlleistung nicht durch das Abführen der Speicherwärme der Heizkammereinrichtung geschmälert wird. Die von der Heizkammer getrennte Kühlkammer ermöglicht die erläuterte Anpaßbarkeit der Düsen-Kühleinrichtung an die Gegebenheiten der jeweiligen Charge, währed andererseits die Heizkammer ohne Rücksicht auf die nach der Wärmebehandlung erforderliche Abkühlung der Charge auf optimale Heizverhältnisse ausgelegt werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Doppelkammer-Vakuumofen gemäß der Erfindung, im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht,
Fig. 2 den Doppelkammer-Vakuumofen nach Fig. 1, geschnitten längs der Linie 11-11 der Fig. 1, in einer Seitenansicht,
Fig. 3 den Dpppelkammer-Vakuumofen nach Fig. 1, geschnitten längs der Linie 111-111 der Fig. 1, in einer Seitenansicht,
Fig. 4 den Doppelkammer-Vakuumofen nach Fig. 1, geschnitten längs der Linie IV-IV der Fig. 1, in einer Seitenansicht,
Fig. 5 den Düsenkasten des Doppelkammer-Vakuumofens nach Fig. 3, in einer schematischen Seitenansicht, im Querschnitt, in einem anderen Maßstab, unter Veranschaulichung einer bestimmten Charge und einer bestimmten Düsenanordnung,
Fig. 6 das an der oberhalb der Charge angeordnete Düsenblech der Anordnung nach Fig. 5, in einer Draufsicht,
Fig. 7 den Düsenkasten nach Fig. 5, mit einer anderen Anordnung der Düsenbleche, in einer entsprechenden Darstellung,
Fig. 8 ein oberhalb der Charge angeordnetes Düsenblech der Anordnung nach Fig. 7, in einer Draufsicht,
Fig. 9 den Düsenkasten nach Fig. 7, in einer entsprechenden Darstellung,
Fig. 10 ein seitlich der Charge angeordnetes Düsenblech der Anordnung nach Fig. 9, in einer Draufsicht,
Fig. 11 den Düsenkasten nach Fig. 5, mit einer anderen Anordnung der Düsenbleche, in einer entsprechenden Darstellung,
Fig. 12 ein oberhalb der Charge angeordnetes Düsenblech der Anordnung nach Fig. 11, in einer Draufsicht,
Fig. 13 den Düsenkasten nach Fig. 5, beschickt mit einer anderen Charge, in einer entsprechenden Darstellung,
Fig. 14 ein seitlich der Charge angeordnetes Düsenblech der Anordnung nach Fig. 13, in einer Draufsicht,
Fig. 15 den Düsenkasten nach Fig. 5, beschickt mit einer anderen Charge, in einer entsprechenden Darstellung,
Fig. 16 ein seitlich der Charge angeordnetes Düsenblech der Anordnung nach Fig. 15, in einer Draufsicht,
Fig. 17 den Düsenkasten nach Fig. 5, mit einer anderen Anordnung der Düsenbleche, in einer entsprechenden Darstellung, und
Fig. 18 das oberhalb der Charge angeordnete Düsenblech der Anordnung nach Fig. 17 in einer Draufsicht.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Doppelkammer-Vakuumofen weist ein doppelwandiges, wassergekühltes Gehäuse 1 auf, in dessen hinterem Teil eine Heizkammer 2 und in dessen vorderem Teil eine Kühlkammer 3 untergebracht sind. Das im wesentlichen zylindrische Gehäuse 1 ist auf der Vorderseite durch eine zum Beschicken und Entladen des Ofens dienende, schwenk- oder schiebbare, wassergekühlte Doppelmanteltür 4 verschlossen. Auf seiner Rückseite ist in dem Bereich hinter der Heizkammer 2 eine doppelwandige Schwenktür 5 vorgesehen, die eine für Montagezwecke vorhandene Gehäuseöffnung abschließt. An das Gehäuse 1 schließt sich unterhalb der Kühlkammer 3 ein doppelwandiger, wassergekühlter Behälter 6 an, der an das Gehäuse 1 angeflanscht ist und in dem sich ein Ölbad befindet, dessen Spiegel bei 7 angedeutet ist.
In dem vorderen Teil der Kühlkammer 3 trägt das Gehäuse 1 drei in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise rings um seinen Umfang verteilte, radial abstehende Flansche 8, auf die doppelwandige, wassergekühlte Hauben 9 aufgesetzt sind, von denen jede ein Ventilator-Antriebsaggregat 10 abdeckt.
Die im Querschnitt im wesentlichen rechteckige Heizkammer 2 ist in Stahlbau-Leichtbauweise aufgebaut und mit einer mehrlagigen Isolierung aus hochwertigen keramischen Fasermaterial und reinstem Graphit-Filz ausgekleidet. Beidseitig und oberhalb der bei 11 angedeuteten Charge sind großflächige Graphit-Heizelemente 12 angeordnet. Diese Rundumanordnung der Graphit-Heizelemente 12 sorgt für ein rasches und gleichmäßiges Aufheizen der Charge 11. Die Stromzuführung der Graphit-Heizelemente 11 erfolgt über Heizelementanschlußbolzen 13 und jeweils einen Heizelementanschlußflansch 14.
Die Charge 11 liegt in der Heizkammer 2 auf einem Herd 15, der für Transportzwecke heb- und senkbar ausgeführt ist. Die an die Kühlkammer 3 angrenzende Stirnwand der Heizkammer 2 ist mit einer horizontal verfahrbaren Heizkammertür 16 verschlossen.
Im übrigen ist die Heizkammer 2 für geringstmögliche Speicherwärme und für die Wärmebehandlung nach einem vorgewählten Temperaturprogramm optimal ausgelegt. Im Vergleich zu Einkammer-Öfen muß dabei weder auf Kühlgasführung und Kühlgasgeschwindigkeit noch auf andere Parameter für die Wärmeableitung von der Charge Rücksicht genommen werden.
Die etwa koaxial zu der Heizkammer 2 angeordnete Kühlkammer 3 enthält eine Kühleinrichtung 17, die einen Düsenkasten 18 aufweist, der mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt tunnelförmig ausgebildet ist und eine abzukühlende, wärmebehandelte Charge 11a in der insbesondere aus Fig. 3 ersichtlichen Weise oben und auf den beiden Seiten abdeckt. Der Düsenkasten 18 trägt auf den zu der Charge 11 a hinweisenden offenen Innenseiten paarweise einander zugeordnete Seitenführungsnuten 19, in die Düsenbleche 20, 20a oder Blindbleche 21 wahlweise austauschbar eingeschoben sind, wie dies anhand der Fig.5 bis 18 noch erläutert werden wird.
An seiner vorderen Stirnseite ist der Düsenkasten 18 mit drei Ventilatorgehäusen 22 unmittelbar verbunden, von denen jedes ein Hochleistungslüfterrad 23 enthält, das unmittelbar auf dem Wellenstummel des zugeordneten Antriebsmotors 10 sitzt, dessen vakuumdichte Stromdurchführungen bei 24 angedeutet sind. Der Ansaugöffnung jedes Ventilatorgehäuses 22 sind je zwei Wärmetauscher 25 seitlich vorgelagert, die über vakuumdichte Zu- und Ableitungs-Durchführungen mit Kühlwasser versorgt werden und denen jeweils Gasführungsbleche 26 zugeordnet sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei Ventilatorgehäuse 22 und drei zugeordnete Ventilatoreinheiten 10,23 vorgesehen. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen lediglich zwei Ventilator-Gehäuse 22 oder auch ein einziges Ventilatorgehäuse 22 vorhanden sind bzw. ist.
Das in dem Behälter 6 enthaltene Ölbad kann durch einen hydraulischen Ölumwälzer 27 gleichmäßig und kräftig umgewälzt werden, wobei die Drehzahl des Ölumwälzers 27 bedarfsgemäß einregelbar ist. Eine Ölbadheizung 28 gestattet es, das Vakuum-Abschrecköl auf die jeweils gewünschte Temperatur zu bringen und auf dieser Temperatur zu halten.
In dem Behälter 6 ist eine Hub- und Senkbühne 29 angeordnet, die es gestattet, eine aus der Heizkammer 2 kommende wärmebehandelte Charge 11 a in der Kühlkammer 3 auf eine bestimmte Höhe bezüglich des Düsenkastens 18 zu bringen - wie dies im einzelnen noch erläutert werden wird - oder die Charge 11 a in das in dem Behälter 6 enthaltene Abschrecköl zu tauchen.
Bei einer Ausbildung des Dpppelkammer-Vakuumofens ohne Ölbadabschreckung entfällt der Behälter 6 mit dem darin enthaltenen Ölbad.
Bei geöffneter Tür 4 kann der Doppelkammer-Vakuumofen von Hand oder automatisch chargiert werden, wobei die Charge 11 selbsttätig in die geöffnete Heizkammer 2 gefahren wird. Sodann werden die Heizkammertür 16 und die die Beschickungsöffnung verschließende Tür 4 geschlossen, worauf der Vakuumofen evakuiert wird. Die Charge 11 wird in der Heizkammer 2 sodann nach einem vorgewählten Temperaturprogramm wärmebehandelt. Am Ende des Heizzyklus wird der Vakuumofen mit Inertgas unter einem Druck von maximal 6 bar abs. wiederbegast. Die Ventilatorantriebsmotoren 10 werden eingeschaltet. Die Heizelemente 12 werden abgeschaltet und die Charge 11 wird in die Kühlkammer 3 gefahren, wo sie die Stelle der Charge 11a einnimmt und mit Kühlgas abgeschreckt wird.
Durch entsprechende Betätigung der Hub- und Senkbühne 29 kann dabei die Charge in der Kühlkammer 3 bedarfsgemäß an das obenliegende Düsenblech 20 des Düsenkastens 18 herangefahren werden.
Soll die Charge 11 nach der Wärmebehandlung in der Heizkammer 2 in Öl abgeschreckt werden, so wird sie nach dem Ausfahren aus der Heizkammer 2 mittels der Hub- und Senkbühne 29 in das Ölbad abgesenkt. Nach Bedarf kann vor der Ölabschreckung kurz mit Inertgas vorgekühlt werden. Der Doppelkammer-Vakuumofen ist automatisch gesteuert; der komplette Wärmebehandlungszyklus kann vorgewählt werden.
Der Düsenkasten 18 ist so ausgebildet, daß in ihm nur geringe Gasgeschwindigkeiten auftreten, die einerseits nur kleine Strömungsverluste verursachen und andererseits an den Düsen der Düsenbleche 20, 20a gleiche Druckverhältnisse schaffen, die zu gleichen Düsenaustrittsgeschwindigkeiten führen, welche die Voraussetzung für eine gleichmäßige Abkühlung der Charge 11 sind.
Da die Düsenbleche 20, 20a in dem Düsenkasten 18 austauschbar und gegebenenfalls durch Blindbleche 21 ersetzbar angeordnet sind, können die Abschreckverhältnisse in der Kühlkammer 3 optimal an die Form und Zusammensetzung jeder Charge 1 la angepaßt werden. Dies ist beispielhaft in den Fig. 5 bis 18 veranschaulicht:
Bei der Anordnung nach Fig. 5 besteht die abzuschreckende Charge 11 a aus einer Anzahl schlanker, zylindrischer Werkzeuge, bspw. Spiralbohrer oder Fräser, mit 45 mm Durchmesser x 300 mm. Um den Verzug bei der Wärmebehandlung und der Abschreckung gering zu halten, werden die mit 30 bezeichneten zylindrischen Werkstücke stehend chargiert, wobei sie auf der Chargengrundfläche gleichmäßig verteilt sind. Die Chargengrundfläche entspricht der rechteckigen Umrißfläche des in Fig. 6 dargestellten Düsenbleches 20.
Zur gleichmäßigen und intensiven Gasabschreckung ist ein Durchströmkühlung mit Parallelströmung erforderlich. Zu diesem Zwecke ist in den Düsenkasten 18 oberhalb der Charge 11a ein waagrechtes Düsenblech 20 eingeschoben, während seitlich der Charge 11 a Blindbleche 21 angebracht sind. Das Düsenblech 20 trägt auf seiner ganzen Fläche gleichmäßig verteilte Düsenöffnungen 35 (Fig. 6), die für eine gleichmäßige und gleichzeitige Abkühlung aller Werkstücke 30 sorgen.
Der Abstand der Düsenöffnungen 35 von der Charge 11a ist durch Überheben mittels der Hub-und Senkbühne 29 optimiert worden. Der Überhub ist bei 32 in Fig. 5 angedeutet.
Werkstücke, die die gesamte zur Verfügung stehende Chargenlänge beanspruchen, müssen liegend chargiert werden. Dies ist in den Fig. 7, 8 veranschaulicht:
Um die Wärmeübergabe durch Strahlung auf die runden kalten Kühlkammerwände voll ausnützen zu können, besteht die Charge 11 a lediglich aus einem Werkstück 33 in Gestalt eines zylindrischen Dornes. Da dieser Dorn eine verhältnismäßig geringe Anströmfläche im Vergleich zu der durch die rechteckige Umrißfläche des Düsenbleches 20a der Fig. 8 gegebenen Chargengrundfläche aufweist, ist eine Kühlgasstromkonzentration im Bereich des zu kühlenden Werkstückes 33 notwendig, um maximale Kühlgeschwindigkeiten zu erzielen. Diese Forderung ist entweder durch Verringerung der Zahl der Düsenöffnungen 35 bei gleichzeitiger Erhöhung der Düsenaustrittsgeschwindigkeit oder bei gleichbleibender Düsenanzahl durch Verringerung des Düsenabstandes 36 (Fig. 8) zu erzielen.
Aus den vorstehenden Überlegungen ist in den Düsenkasten 18 oberhalb der Charge 11 ein Düsenblech 20a eingesetzt, das einen in den Innenraum der Kühlkammer 3 vorspringenden Bereich 40 aufweist, in dem die Düsenöffnungen 35 angeordnet sind. Das Düsenblech 20a weist dadurch eine rinnen- oder kastenförmige Gestalt auf; der die Düsenöffnungen 35 enthaltende Bereich ist beidseitig durch einen ungelochten Bereich 41 begrenzt.
Außerdem ist das Werkstück 33 durch die Hub-und Senkbühne 29 an die Düsenöffnungen 35 herangebracht worden, wie dies bei 32 in Fig. 7 angedeutet ist.
Das Düsenbild ist in diesem Falle in der aus Fig. 18 ersichtlichen Weise durch in einem rechteckigen Muster mit gleichen Höhen- und Seitenabständen angeordnete Düsenbohrungen 35 gleichen Durchmessers bestimmt.
Seitlich des Werkstücks 21 sind in dem Düsenkasten 18 Blindbleche 21 eingesetzt, um ein Aufeinanderprallen einander entgegengesetzter Kühlgasströme in Werkstücknähe zu verhindern, weil dadurch die Kühlgasgeschwindigkeit unmittelbar an dem Werkstück 33 wesentlich verringert würde.
Bei der Anordnung nach den Fig. 9, 10 besteht die Charge 11 aus einem schweren, gedrungenen Werkzeug, bspw. einer zylindrischen Matrize, die im Vergleich zu der wiederum durch die rechteckige Umrißgestalt des Düsenbleches 20 (Fig. 10) gegebenen Chargengrundfläche geringe projezierende Anströmfläche aufweist. Die wirksamste Kühlung ergibt sich durch Kombination einer Prallkühlung der oberen Planfläche einerseits und einer Parallelanströmung an der zylindrischen Mantelfläche bzw. der Bohrungen des Werkstücks 33 andererseits, während seitlich des Werkstücks 33 in den Düsenkasten 18 zwei Blindbleche 21 eingesetzt sind.
Das Düsenbild des oberen Düsenbleches 20 ist, wie aus Fig. 9 zu entnehmen, etwa rautenförmig begrenzt, wobei wiederum alle Düsenöffnungen 35 gleiche Höhen- und Seitenabstände 36 aufweisen.
Zur Optimierung der Kühlwirkung ist das Werkstück 33 mittels der Hub- und Senkbühne 29 in der Kühlkammer 3 an das obere Düsenblech 20 herangefahren, wie dies bei 32 angedeutet ist.
In den Fig. 11, 12 ist eine Charge 11 a veranschaulicht, die aus mehreren zylindrischen Stempeln 33 besteht. In den Düsenkasten 18 sind in diesem Falle seitlich der Charge 11 zwei Blindbleche 21 eingefügt, während oberhalb der Charge 11 ein Düsenblech 20 vorgesehen ist, dessen Düsenbild aus Fig. 12 ersichtlich ist:
Die Düsenöffnungen 35 sind entsprechend den Stempeln 33 jeweils in rechteckigen Gruppen angeordnet, die durch gasundurchlässige Zwischenräume 34 voneinander getrennt sind. Der Seiten- und Höhenabstand 36 benachbarter Düsenöffnungen 35 ist wieder gleich.
Die Charge 11a kann durch die Hub- und Senkbühne 29 an das Düsenblech 20 herangebracht sein, wie dies bei 32 in Fig. 11 angedeutet ist; es ist aber auch denkbar, die Charge 11a in größerem Abstand von dem oberen Düsenblech 20 abzuschrecken, was gestrichelt veranschaulicht ist.
In den Fig. 13,14 ist ein typisches Beispiel einer durch intensive Prallstromkühlung abgeschreckten Charge 11 veranschaulicht. Oberhalb der aus zwei plattenförmigen Werkstücken 33, bspw. in Gestalt einer Druckgußform, bestehenden Charge 11 ist in dem Düsenkasten 18 ein Blindblech 21 angeordnet, während seitlich der hochkant stehenden plattenförmigen Werkstücke 33 zwei Düsenbleche 20a vorgesehen sind, die in der in Fig. 13 dargestellten Weise einen in die Kühlkammer 3 vorspringenden Bereich 40 aufweisen, in dem die Düsenöffnungen 35 angeordnet sind.
Die plattenförmigen Werkstücke 33 stehen zur Vermeidung von Verzug im oberen Temperaturbereich während der Verweilzeit in der Heizkammer 2 in dem Vakuumofen senkrecht. Die Düsenöffnungen 35 der kastenartigen Düsenbleche 20a sind nahe an die Chargenseitenfläche herangebracht, wobei die Düsenöffnungen 35 gemäß dem in Fig. 14 dargestellten Düsenbild über die gesamte Chargenseitenfläche gleichmäßig verteilt mit gleichen Höhen- und Seitenabständen 36 angeordnet sind, um damit eine gleichmäßige und gleichzeitige Abkühlung der Werkstücke 33 sicherzustellen.
Bei der Anordnung nach den Fig. 15, 16 wird ein einziges plattenförmiges Werkstück 33, bspw. in Gestalt einer Preßform, in der Kühlkammer 3 abgeschreckt, die - ähnlich wie in Fig. 13 - mit einem obenliegenden Blindblech 21 und zwei seitlichen kasten- oder rinnenartigen Düsenblechen 20a bestückt ist.
Um eine extreme Optimierung der Kühlbedingungen zu erzielen, sind die Düsenbleche 20a in der aus Fig. 16 ersichtlichen Weise mit einem Düsenbild ausgebildet, das auf die Chargenseitenfläche abgestimmt ist:
Die Düsenöffnungen 35, die gleichen Höhen-und Seitenabstand 36 aufweisen, sind auf einen etwa der Chargenseitenfläche entsprechenden rechteckigen Bereich konzentriert, der von gasundurchlässigen Bereichen 41 umgeben ist. Durch die dadurch bedingte Verringerung der Zahl der Düsenöffnungen 35 ergibt sich eine Erhöhung der Düsenaustrittsgeschwindigkeit. Außerdem ist der Abstand der Düsenöffnungen 35 von der Werkstück- oder Chargenseitenfläche in beschriebener Weise durch Verwendung der Düsenbleche 20a optimiert. Die auf beiden Seiten auf das Werkstück aufgebrachte Prallstromströmung garantiert ein verzugsfreies und intensives Abkühlen der Charge 11a.
In den Fig. 17, 18 schließlich geht es um das Abschrecken einer Charge 11 a, die aus Werkstücken besteht, für welche nicht zu hohe kritische Abkühlgeschwindigkeiten erforderlich sind und die mit Rücksicht auf ihre geringe Wandstärke mit Parallelströmung gekühlt werden können. Zu diesem Zwecke ist in dem Düsenkasten 18 oberhalb der aus drei Werkstücken 33 bestehenden Charge 11 ein Düsenblech 20 angeordnet, während seitlich der Charge 11a Blindbleche 21 eingesetzt sind.
Die Düsenöffnungen 35 sind - wie aus Fig. 17 zu ersehen - wiederum entsprechend den drei Werkstücken 33 in drei nebeneinander liegende, rechteckig begrenzte Gruppen zusammengefaßt, zwischen denen gasundurchlässige Bereiche 41 angeordnet sind.
Die Charge 11 a ist durch die Hub- und Senkbühne 29 an das obere Düsenblech 20 herangebracht, wie dies bei 32 angedeutet ist.
Bei den im Vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sind in den Düsenblechen 20, 20a in verschiedenen Düsenbildern angeordnete Düsenöffnungen 35 gleichen Durchmessers vorgesehen. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, den Durchmesser der Düsenöffnungen 35 entsprechend den jeweiligen Erfordernissen zu variieren und auch anstelle von zylindrischen Düsenöffnungen 35 anders gestaltete Düsenöffnungen, bspw. in Form von Schlitzen, zu verwenden. Außerdem ist es möglich, daß die Düsenbleche 20a anstelle eines in die Kühlkammer 3 nach innen vorspringenden Teiles 40 einen nach außen vorspringenden Bereich aufweisen, während für besondere Fälle auch die Anordnung derart getroffen sein kann, daß im Bereiche der Chargengrundfläche ein Düsenblech vorhanden ist, um eine Anströmung der Charge 11 von unten her zu ermöglichen.
Die Antriebsmotoren 10 der Ventilatoren können regelbar ausgebildet sein, um die Kühlgasgeschwindigkeit in der Kühlkammer 3 den Erfordernissen entsprechend wählen zu können. Der maximale Kühlgasdruck liegt in der Regel bei 2 bar abs. Er kann erforderlichenfalls auch höher sein.
Bei dem neuen Industrieofen werden in der Kühlkammer 3 Kühlintensitäten erreicht, die denen von herkömmlichen und handelsüblichen Vakuumöfen mit Hochdruckgasabschreckung entsprechen. Herkömmliche Vakuumöfen (vorwiegend Einkammer-Öfen) müssen bspw. mit 5 bar abs. Kühlgasdruck arbeiten, um eine vergleichbare Kühlwirkung zu erzielen, wie sie bei dem neuen Industrieofen in der Kühlkammer 3 schon bei einem Kühlgasdruck von 2 bar abs. erhalten wird. Der entscheidende Vorteil der somit erzielbaren niedrigen Kühlgasdrücke liegt in einer wesentlichen Ersparnis von Kühlgas (insbesondere Stickstoff) während eines Wärmebehandlungszyklus, was eine entsprechend hohe Kostenersparnis bedeutet. Außerdem erlauben niedrige Kühlgasdrücke die Herstellung von kostengünstigen Anlagengehäusen, die keiner behördlichen Genehmigungspflicht unterliegen.

Claims

1. Industrieofen (1), insbesondere Mehrkammer-Vakuumofen zur Wärmebehandlung von Chargen (11, 11a) metallischer Werkstücke, mit einer Heizkammer (2) und einer eine mit Kühlgas beaufschlagte Kühleinrichtung (17) enthaltende Kühlkammer (3), in der eine wärmebehandelte Charge (11, 11a) mit im Kreislauf über einen Wärmetauscher (25) geführtem Kühlgas angeströmt ist, sowie gegebenenfalls mit einem Ölbad (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (17) einen in der Kühlkammer (3) angeordneten, mit Kühlgas beaufschlagten Düsenkasten (18) aufweist, in dem zumindest ein der Charge (11 a) gegenüber angeordnetes Düsenblech (20, 20a) zur Veränderung der Anblasverhältnisse der Charge (11a) austauschbar eingesetzt ist.

2. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die austauschbaren Düsenbleche (20, 20a) sich durch Düsen mit unterschiedlicher Düsenanordnung (Düsenbild) und/oder mit unterschiedlichem Düsendurchmesser und/oder mit unterschiedlichem Abstand zur Charge unterscheiden.

3. Industrieofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige Düsen (35) wenigstens eines Düsenbleches in einer eine Prallströmung und/oder eine Parallelströmung des Kühlgases an der Charge (11a) ergebenden Ausrichtung angeordnet sind.

4. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (35) der Düsenbleche (20, 20a) die Charge (11a) auf mehreren Seiten umgebend angeordnet sind.

5. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkasten (18) Führungseinrichtungen (19) aufweist, in die das Düsenblech (20, 20a) einschiebbar ist.

6. Industrieofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenblech (20a) einen in das Innere der Kühlkammer (3) vorspringenden oder aus diesem zurückspringenden Bereich (40) aufweist.

7. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkasten (18) tunnelförmig ausgebildet und an seiner Innenwand durch wenigstens ein Düsenblech (20, 20a) begrenzt ist.

8. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Düsenkasten (18) zusätzlich zu dem Düsenblech (20, 20a) wenigstens ein gasundurchlässiges Blindblech (21) lösbar eingesetzt ist.

9. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkasten (18) auf wenigstens drei Innenseiten durch Düsenbleche (20, 20a) begrenzt ist, von denen zwei einander gegenüberliegend und das dritte Düsenblech zwischen den beiden anderen Düsenblechen angeordnet ist.

10. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlkammer (3) eine die Charge (11a) aufnehmende Hub- und Senkvorrichtung (29) angeordnet ist, durch die die Charge in einen vorbestimmten Abstand zu wenigstens einem Teil der Düsenmündungen zumindest eines Düsenbleches (20, 20a) bringbar ist.