EP0312909B1

EP0312909B1 - Vakuum-Kammerofen

Info

Publication number: EP0312909B1
Application number: EP88116992A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Wingens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-17
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1991-09-18
Anticipated expiration: 2008-10-13
Also published as: DE3735186C1; ATE67521T1; EP0312909A1; US4909732A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Kammerofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, welches eine gegen die Gehäusewand isolierte Heizkammer enthält, in deren Innenraum eine die zu behandelnden Werkstücke aufnehmende Tragvorrichtung angeordnet ist und deren Wände mit Heizelementen und aneinander diametral gegenüberliegenden Seiten mit Gaseinlaßöffnungen in Form von Düsen und Gasauslaßöffnungen in Form von sich über die axiale Länge der Heizkammer erstreckenden Schlitzen versehen sind, wobei die Gaseinlaßöffnungen und die Gasauslaßöffnungen an ein Gasumwälzsystem angeschlossen sind, welches ein Gebläse für die Gasumwälzung und einen Wärmetauscher für die Gaskühlung aufweist.
Bei derartigen Vakuum-Kammeröfen, die vorzugsweise für das Vakuum-Härten verwendet werden, ist es wichtig, daß in der Abkühlphase an allen Oberflächen der zu behandelnden Werkstücke eine möglichst gleichmäßige Abkühlung erzielt wird, damit das sich ausbildende Gefüge überall gleichmäßig gut ist und keine durch Wärmespannungen verursachten Verformungen der Werkstücke auftreten.
Bei einem nach dem Stande der Technik (vergl. DE-OS 3215509) bekannten Vakuum-Kammerofen der eingangs genannten Art ist versucht worden, eine gleichmäßige Abkühlung der 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 angeordneten Gasauslaßschlitzen und andererseits von im Boden der Heizkammer angeordneten Gaseinblasdüsen zu zwei seitlich an der Decke der Heizkammer angeordneten Gasauslaßschlitzen geführt wird. Durch häufige Umkehrung der die Werkstücke beaufschlagenden Gasströmung ist es möglich, die Abkühlung der Werkstücke gleichmäßiger zu gestalten, als wenn das Kühlgas nur in einer Richtung strömt. Dennoch läßt sich nicht vermeiden, daß die Abkühlung über die Zeit an der Ober- und Unterseite der Werkstücke von einander abweicht, so daß sich Gefügeunterschiede und Wärmespannungen ergeben.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den Vakuum-Kammerofen der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die zu behandelnden Werkstücke an allen Oberflächen gleichzeitig und gleichmäßig abgekühlt werden, so daß das sich ausbildende Gefüge an allen Oberflächen vollständig gleich ist und durch Wärmespannungen verursachte Verformungen noch zuverlässiger vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Vakuum-Kammerofen der eingangs genannten Art vor, daß die einander gegenüberliegenden Gaseinlaßöffnungen gleichzeitig mit Gas beaufschlagbar sind, daß die Tragvorrichtungen die zu behandelnden Werkstücke in dem Bereich halten, in dem die von den gegenüberliegenden Gaseinlaßöffnungen erzeugten Gasströme aufeinander prallen und daß die Gasauslaßöffnungen in den diesem Bereich benachbarten Wandbereichen angeordnet sind.
Beim Vakuum-Ofen gemäß der Erfindung werden die Werkstücke von oben und unten gleichzeitig und gleichmäßig gekühlt. Die sich in der Aufprallzone der gegeneinander gerichteten Gasströmungen ausbildenden Wirbel sorgen im Bereich der zu behandelnden Werkstücke für eine intensive Mischung und Durchwirbelung der Gase, so daß sich eine weitestgehend homogene Kühlzone ausbildet. Durch die seitlich neben der Aufprallzone angeordneten Gasauslaßöffnungen in Form von Schlitzen ergibt sich ein von der Aufprallzone nach beiden Seiten hin gerichtetes Druckgefälle, durch welches das an den Werkstücken erwärmte Kühlgas seitlich abströmt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die die Gaseinlaßöffnungen bildenden Düsen auf die von der Tragvorrichtung aufgenommenen Werkstücke ausgerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, daß das zuströmende Kühlgas zunächst in der Aufprallzone mit den Werkstücken in Berührung kommt, ehe es den als Gasauslaßöffnungen dienenden Schlitzen zuströmt.
Um während der Aufheizphase den Verlust von Strahlungswärme aus der Heizkammer zu vermeiden, sind die als Gasauslaßöffnungen dienenden Schlitze im Inneren der Heizkammer von Abdeckblechen gegen Strahlungswärme abgedeckt, die mit Abstand zum jeweiligen Öffnungsquerschnitt der Schlitze angeordnet sind. Diese Abdeckbleche verhindern zwar den Austritt von Strahlungswärme, behindern jedoch den Austritt des Kühlgases nicht.
Dem Gasumwälzsystem können Steuervorrichtungen zugeordnet sein, mit denen die durchgesetzte Gasmenge steuerbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Gasmenge dem jeweiligen Bedarf genau anzupassen.
Zweckmäßig hat weiterhin die Heizkammer einen etwa elliptischen Querschnitt, wobei die Werkstücke von Tragvorrichtung in der Ebene gehalten werden, in der die längere Ellipsen-Achse verläuft. Durch diese Ausbildung der Heizkammer ergibt sich eine besonders günstige Raumausnutzung des Volumens der Heizkammer ohne daß die Gleichmäßigkeit der Abkühlung leidet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch einen Vakuum-Kammerofen gemäß der Erfindung;
Fig. 2: einen horizontalen Längsschnitt zu Fig. 1, jedoch ohne die Tragvorrichtung und die zu behandelnden Werkstücke.

In der Zeichnung ist das im wesentlichen zylinderförmige Gehäuse des Vakuum-Kammerofens mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Dieses Gehäuse 1 ist auf Standfüßen 2 aufgeständert und an einer Stirnseite mit einer dicht schließenden Tür 3 versehen (vergl. Fig. 2). An der gegenüberliegenden Stirnseite ist das Gehäuse 1 mit einem Gebläse 4 und einem Wärmetauscher 5 versehen, die Bestandteile der nachfolgend näher erläuterten 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 befestigt, die sich über die axiale Länge der Heizkammer 6 erstrecken.
Außerdem sind an der Decke und am Boden der Heizkammer 6 Gasauslaßöffnungen in Form von Düsen 9 vorgesehen, die über Gaszuführungsleitungen 10 gleichzeitig mit Kühlgas beaufschlagbar sind und in Richtung auf die Mittenebene der Heizkammer 6 gerichtete Gasströmungen erzeugen. Im Bereich der Mittenebene, d.h. dort wo die von den einander entgegengerichteten Düsen 9 erzeugten Gasströmungen aufeinander prallen, sind im Inneren der Heizkammer 6 die zu behandelnden Werkstücke 11 angeordnet, die von einer geeigneten Tragvorrichtung 12 getragen werden, welche beispielsweise als Gitterpalette ausgebildet sein kann. Seitlich neben der in der Mittenebene befindlichen 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 jeweiligen Öffnungsquerschnitt des Schlitzes 13 angeordnet sind.
Die als Gasauslaßöffnungen dienenden Schlitze 13 stehen über Gasrückführungskanäle 15 und den Wärmetauscher 5 mit der Saugseite des Gebläses 4 in Verbindung. Die Druckseite des Gebläses 4 steht demgegenüber 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 Gasrückführungsleitungen 15 und dem Wärmetauscher 5 bestehende Gasumwälzsystem 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 Erfindung die zu behandelnden Werkstücken dort angeordnet, wo die von den einander entgegengerichteten Düsen 9 erzeugten Gasströmungen aufeinander prallen. Die aufeinander prallenden Gasströmungen erzeugen um die Werkstücke 11 herum durch intensive Verwirbelung eine weitestgehend homogene Kühlzone, die eine gleichmäßige Abkühlung der Werkstücke 11 an allen mit dem Kühlgas in Berührung kommenden Oberflächen garantiert. Aufgrund des sich im Aufprallbereich ausbildenden Überdruckes und der seitlich neben dem Aufprallbereich befindlichen Gasabführungsöffnungen in Form Schlitzen 13 ergibt sich vom Aufprallbereich zu den Schlitzen 13 hin ein verhältnismäßig großes Druckgefälle, so daß das Kühlgas im Aufprallbereich verhältnismäßig schnell ausgetauscht wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Aufprallbereich 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 entgegengerichtet sind, daß die zu behandelnden Werkstücke im Aufprallbereich angeordnet sind und daß die als Schlitze ausgebildeten Gasabführungsöffnungen sich in dem an den Aufprallbereich angrenzenden Wandungen der Heizkammer befinden.

Claims

1. Vakuum-Kammerofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, welches eine gegen die Gehäusewand isolierte Heizkammer enthält, in deren Innenraum eine die zu behandelnden Werkstücke aufnehmende Tragvorrichtung angeordnet ist und deren Wände mit Heizelementen und an einander diametral gegenüberliegenden Seiten mit Gaseinlaßöffnungen in Form von Düsen und Gasauslaßöffnungen in Form von sich über die axiale Länge der Heizkammer erstreckenden Schlitzen versehen sind, wobei die Gaseinlaßöffnungen und die Gasauslaßöffnungen an ein Gasumwälzsystem angeschlossen sind, welches ein Gebläse für die Gasumwälzung und einen Wärmetauscher für die Gaskühlung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Gaseinlaßöffnungen (9) gleichzeitig mit Gas beaufschlagbar sind, daß die Tragvorrichtung (12) die zu behandelnden Werkstücke (11) in dem Bereich halten, in dem die von den gegenüberliegenden Gaseinlaßöffnungen (9) erzeugten Gasströmungen aufeinander prallen und daß die Gasauslaßöffnungen (13) in den diesem Bereich benachbarten Wandbereichen der Heizkammer (6) angeordnet sind.

2. Vakuum-Kammerofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßöffnungen bildenden Düsen (9) auf die von der Tragvorrichtung (12) aufgenommenen Werkstücke (11) ausgerichtet sind.

3. Vakuum-Kammerofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Gasauslaßöffnungen dienenden Schlitze (13) im Inneren der Heizkammer (6) von Abdeckblechen (14) gegen Strahlungswärme abgedeckt sind, die mit Abstand zum jeweiligen Öffnungsquerschnitt der Schlitze (13) angeordnet sind.

4. Vakuum-Kammerofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasumwälzsystem (4, 10, 9, 13, 15, 5) Steuervorrichtungen zugeordnet sind, mit denen die durchgesetzte Gasmenge steuerbar ist.

5. Vakuum-Kammerofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (6) einen etwa elliptischen Querschnitt hat, wobei die Werkstücke (11) von der Tragvorrichtung (12) in der Ebene gehalten werden, in der die längere Ellipsenachse verläuft.