EP1872470A1 - Heat treatment of metal work pieces - Google Patents

Heat treatment of metal work pieces

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EP1872470A1
EP1872470A1 EP06723811A EP06723811A EP1872470A1 EP 1872470 A1 EP1872470 A1 EP 1872470A1 EP 06723811 A EP06723811 A EP 06723811A EP 06723811 A EP06723811 A EP 06723811A EP 1872470 A1 EP1872470 A1 EP 1872470A1
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EP
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phase
phase windings
vacuum furnace
motor
supply voltage
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Withdrawn
Application number
EP06723811A
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Mario Jurack
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Ipsen International GmbH
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    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/007—Cooling of charges therein
    • F27D2009/0072—Cooling of charges therein the cooling medium being a gas

Abstract

The invention relates to a method for heat-treating metal work pieces, whereby a cooling gas flow is produced in a vacuum furnace by means of a fan, driven by a three-phase AC motor, in order to quench the work pieces. The aim of the invention is to improve the heat treatment of metal work pieces in such a manner as to improve the quenching in a simple and inexpensive manner. For this purpose, the three-phase AC motor comprises first three-phase windings designed for a lower supply voltage and second three-phase windings designed for a higher supply voltage. The three-phase AC motor is operated with the first three-phase windings until a minimum pressure defined in terms of the motor output is reached in the vacuum furnace and with the second three-phase windings until a minimum pressure defined in terms of the motor output is reached or exceeded in the vacuum furnace.

Description

Wärmebehandlung metallischer Werkstücke Heat treatment of metallic workpieces
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke, bei dem durch einen von einem Drehstrommotor angetriebenen Ventilator ein Kühlgasstrom in einem Vakuumofen zum Abschrecken der Werkstücke erzeugt wird.The present invention relates to a method for heat treatment of metal workpieces, in which a cooling gas flow is generated in a vacuum furnace for quenching the workpieces by a fan driven by a three-phase motor.
Bei der Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, wie etwa Härten, Anlassen oder Glühen, finden Vakuumöfen Anwendung, in denen die Werkstücke nach erfolgter Erwärmung durch ein gasförmiges Medium, beispielsweise Stickstoff, abgekühlt werden. Im Vergleich zu einer konventionellen Öl- oder Salzbadabschreckung hat eine derartige Gasabschreckung den Vorteil, daß keine Verunreinigung der Werkstücke gegeben ist und somit ansonsten erforderliche kostenintensive Reinigungsmaßnahmen entfallen können. Um bei einer Gasabschreckung ähnliche Kühleffekte wie bei einer Öl- oder Salzbadabschreckung zu erreichen, sind hohe Kühlgasdrücke gebräuchlich, die aufgrund der damit verbundenen erhöhten Gasdichte die gewünschte Wärmeübertragung sicherstellen. Nachteilig hierbei ist allerdings, daß hohe Kühlgasdrücke aufwendige Sicherheitsmaßnahmen erfordern und zudem einen verhältnismäßig hohen Zeitbedarf zum Fluten beziehungsweise Evakuieren des Vakuumofens mit sich bringen.In the heat treatment of metallic workpieces, such as hardening, tempering or annealing, vacuum furnaces are used in which the workpieces are cooled after being heated by a gaseous medium, for example nitrogen. Compared to a conventional oil or Salzbadabschreckung such gas quenching has the advantage that no contamination of the workpieces is given and thus otherwise required costly cleaning measures can be omitted. In order to achieve similar cooling effects in a gas quench as in an oil or Salzbadabschreckung, high cooling gas pressures are commonly used, which ensure the desired heat transfer due to the associated increased gas density. The disadvantage here, however, that high cooling gas pressures require complex safety measures and also bring a relatively high amount of time to flood or evacuate the vacuum furnace with it.
Ein weiterer bei der Hochdruckgasabschreckung gegebener Nachteil ist, daß es für einen den Kühlgasstrom im Vakuumofen erzeugenden Ventilator einer vergleichsweise großen Wellenleistung bedarf, um die erforderliche Kühlgasgeschwindigkeit bei den bei hohen Drücken gegebenen Lastmomenten bereit zu stellen. Eine große Welienleistung des Ventilators macht im gleichen Maße eine große Motorleistung eines den Ventilator antreibenden Elektromotors erforderlich, welcher in der Regel als Drehstrommotor ausgebildet ist. Üblich sind Drehstrommotoren mit Motorbemessungsleistungen von beispielsweise 220 kW. Eine Motorbemessungsleistung von 220 kW ergibt bei einer üblichen Versorgungsspannung im Dreiphasennetz von etwa 400 V einen Motorbemessungsstrom von etwa 400 A. Beim Anlaufen des Ventilators entsteht aufgrund der dabei auftretenden Stromstöße, die bei Normalzustand des Kühlgases gewöhnlich bis zum neunfachen des Motorbemessungsstroms betragen, ein Anlaufstrom von etwa 3600 A.Another disadvantage associated with high pressure gas quenching is that, for a fan producing the cooling gas flow in the vacuum furnace, a comparatively large shaft power is required to achieve the required Provide cooling gas velocity at the given at high pressures load moments. A large Welienleistung of the fan makes to the same extent a large motor power of a fan driving electric motor required, which is usually designed as a three-phase motor. Common are three-phase motors with rated motor ratings of 220 kW, for example. A rated motor power of 220 kW results in a usual supply voltage in the three-phase network of about 400 V, a rated motor current of about 400 A. When starting the fan due to the resulting current surges, which are in the normal state of the cooling gas usually up to nine times the rated motor current, a starting current of about 3600 A.
Derart hohe Ströme führen regelmäßig zu Netzstörungen und verursachen einen hohen Verschleiß, vor allem an den Anschlußstellen des Drehstrommotors. Um dies zu vermeiden werden in der Regel Anlaufgeräte eingesetzt, die einen sogenannten Softstart des Drehstrommotors bewirken, indem der Anlaufstrom beschränkt wird, beispielsweise auf das fünf- oder sechsfache des Motorbemessungsstroms. Das Vorsehen von Anlaufgeräten, sogenannten LCPs (LOW CURRENT POWER) bedingt die Verwendung von relativ großen Schaltschränken und deren Zubehör, Spartransformatoren, Schützen, Trennern und dergleichen, die arbeits- und kostenintensiv und daher in wirtschaftlicher Hinsicht unbefriedigend sind.Such high currents regularly lead to network disturbances and cause high wear, especially at the connection points of the three-phase motor. In order to avoid this, starting devices are generally used which effect a so-called soft start of the three-phase motor by limiting the starting current, for example to five or six times the rated motor current. The provision of start-up devices, so-called LCPs (LOW CURRENT POWER) requires the use of relatively large cabinets and their accessories, autotransformers, contactors, disconnectors and the like, which are laborious and costly and therefore economically unsatisfactory.
Obwohl es bei einem so genannten Softstart des den Ventilator antreibenden Elektromotors möglich ist, die zu behandelnden Werkstücke schon bei niedrigen Ofendrücken, das heißt noch während des Flutens des Vakuumofens mit Kühlgas, abzuschrecken, ist dem Beginn des Abschreckvorgangs in zeitlicher Hinsicht eine Untergrenze gesetzt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Vakuumofen vor dem Start des Ventilators auf einen hinsichtlich der Motorversorgungsspannung des Drehstrommotors bestimmten Mindestdruck geflutet werden muß, um das Auftreten von beispielsweise Isolationsschäden hervorrufenden Überschlägen bei der Versorgungsspannung zu vermeiden. Der anhand sogenannter Paschen-Kurven ermittelbare Mindestdruck beträgt bei Drehstrommotoren mit einer Motorversorgungsspannung von etwa 400 V in der Regel etwa 750 mbar.Although it is possible in a so-called soft start of the electric motor driving the fan to quench the workpieces to be treated even at low furnace pressures, that is still during the flooding of the vacuum furnace with cooling gas, the beginning of the quenching process is set in time a lower limit. This is due to the fact that the vacuum furnace must be flooded before the start of the fan to a certain minimum with respect to the motor supply voltage of the three-phase motor minimum pressure in order to avoid the occurrence of, for example, insulation damage causing flashovers in the supply voltage. The minimum pressure which can be determined on the basis of so-called Paschen curves is generally about 750 mbar for three-phase motors with a motor supply voltage of about 400 V.
Da der Ventilator erst bei Erreichen des Mindestdrucks beim Fluten des Vakuumofens mit Kühlgas gestartet werden kann, wird darüber hinaus aufgrund der weitestgehend unvermeidlichen Anlaufzeit des Ventilators die Abschreckzeit und damit der erreichbare Abschreckeffekt in nachteiliger Weise beeinträchtigt.Since the fan only when reaching the minimum pressure when flooding the Vacuum furnace can be started with cooling gas, beyond the quenching time and thus the achievable quenching effect adversely affected due to the largely unavoidable startup time of the fan.
In Anbetracht dieses Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die A u f g ä b e zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke derart weiterzubilden, daß sich auf einfache und kostengünstige Weise eine verbesserte Abschreckung erzielen läßt. Dabei soll insbesondere der mit ansonsten üblichen Anlaufgeräten verbundene Material- und Arbeitsaufwand reduziert werden.In view of this prior art, the present invention is based on the invention to develop a method for heat treatment of metal workpieces such that improved quenching can be achieved in a simple and cost-effective manner. In particular, the material and labor costs associated with otherwise customary startup devices should be reduced.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch g e l ö s t , daß der Drehstrommotor für eine geringere Versorgungsspannung ausgelegte erste Drehstromwicklungen und wenigstens für eine höhere Versorgungsspannung ausgelegte Drehstromwicklungen aufweist, wobei der Drehstrommotor bis zum Erreichen eines hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks in dem Vakuumofen unter Nutzung der ersten Drehstromwicklungen und bei Erreichen oder Überschreiten des hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks in dem Vakuumofen unter Nutzung der wenigstens zweiten Drehstromwicklungen betrieben wird.This object is achieved by a method having the features mentioned above gel ö stung that the three-phase motor designed for a lower supply voltage first three-phase windings and at least designed for a higher supply voltage three-phase windings, the three-phase motor until reaching a certain engine power minimum pressure in the vacuum furnace is operated by using the first three-phase windings and when reaching or exceeding the minimum pressure in terms of its engine power in the vacuum furnace using the at least second three-phase windings.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine verbesserte Abschreckung durch einen geringeren Anlaufstrom erzielbar ist. Durch für eine geringere Versorgungsspannung ausgelegte erste Drehstromwicklungen läuft erfindungsgemäß zunächst ein Drehstrommotor mit geringerer Bemessungsleistung und dementsprechend reduziertem Anlaufstrom an, so daß ein einen sogenannten Softstart bewirkendes aufwendiges Anlaufgerät entbehrlich wird. Die geringere Motorleistung in dieser Phase ist jedoch aufgrund des noch geringen Druckes im Vakuumofen und der damit ein hergehenden geringeren Dichte des Kühlgases ausreichend, um den von dem Drehstrommotor angetriebenen Ventilator anlaufen zu lassen. Bei Erreichen des Mindestdrucks im Vakuumofen wird der Drehstrommotor entsprechend den für eine höhere Versorgungsspannung ausgelegten zweiten Drehstromwicklungen mit einer höheren Motorbemessungsleistung betrieben. Neben den ersten und zweiten Drehstromwicklungen kann der Drehstrommotor weitere Drehstromwicklungen aufweisen, die für wiederum höhere Versorgungsspannungen ausgelegt sind. Bei Erreichen entsprechender Druckkennwerte im Vakuumofen wird der Drehstrommotor entsprechend diesen weiteren Wicklungen mit höherer Motorleistung betrieben. Die folgende Beschreibung erfolgt mit Bezug auf einen Drehstrommotor mit ersten und zweiten Drehstromwicklungen, ist allerdings nicht auf diese Anzahl von Wicklungen beschränkt. Da der Drehstrommotor und dementsprechend der Ventilator zu diesem Zeitpunkt bereits mit seiner Nenndrehzahl betrieben wird, steht bei diesem erfindungsgemäßen Um- beziehungsweise Zuschalten auf eine höhere Motorbemessungsleistung unverzüglich die zum Abschrecken erforderliche Wellenleistung zur Verfügung, ohne daß eine ansonsten gegebene Beeinträchtigung des Abschreckeffektes infolge eines durch das Anlaufen bedingten Zeitverlustes auftritt. Hierbei kommt in besonderem Maße zum Tragen, daß infolge des sich bereits mit Nenndrehzahl drehenden Ventilators bereits vor Erreichen des Mindestdrucks im Vakuumofen kinetische Energie im Ventilator gespeichert ist, die sich bei Nutzung der zweiten Drehstromwicklungen, entsprechend der höheren Motorbemessungsleistung, als Schwungradeffekt bemerkbar macht.The invention is based on the finding that an improved quenching by a lower starting current can be achieved. By designed for a lower supply voltage first three-phase windings according to the invention initially runs a three-phase motor with lower rated power and correspondingly reduced starting current, so that a so-called soft start causing complex starting device is unnecessary. However, the lower engine power in this phase is sufficient due to the still low pressure in the vacuum furnace and the resulting lower density of the cooling gas to start the driven by the three-phase motor fan. Upon reaching the minimum pressure in the vacuum furnace, the three-phase motor is operated according to the designed for a higher supply voltage second three-phase windings with a higher rated motor power. In addition to the first and second three-phase windings, the three-phase motor can have additional three-phase windings, which are designed for higher supply voltages. When corresponding pressure characteristics in the vacuum furnace are reached the three-phase motor operated according to these other windings with higher engine power. The following description will be made with reference to a three-phase motor having first and second three-phase windings, but is not limited to this number of windings. Since the three-phase motor and accordingly the fan is already operated at its rated speed at this time, the quenching wave power required for quenching is immediately available in this inventive switching or connecting to a higher rated motor power without an otherwise given impairment of the quenching effect as a result of the Startup conditional loss of time occurs. This is particularly important to bear in that due to the already rotating at rated speed fan is already stored before reaching the minimum pressure in the vacuum furnace kinetic energy in the fan, which makes use of the second three-phase windings, corresponding to the higher rated motor power, as a flywheel effect noticeable.
Die erfindungsgemäße Verfahrensführung trägt darüber hinaus aufgrund der geringeren Anlaufströme bei Nutzung der ersten Drehstromwicklungen, entsprechend einer geringeren Motorbemessungsleistung, zu einem in wirtschaftlicher Hinsicht günstigeren Stromverbrauch bei. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von ersten und zweiten Drehstromwicklungen seitens des Drehstrommotors ist neben einer mindestens etwa um den Faktor 2 gegebenen Reduzierung des Anlaufstroms bei Nutzung der ersten Drehstromwicklungen darüber hinaus eine Reduzierung der baulichen Abmessungen von Schaltschränken gegeben, die bei erfindungsgemäß entbehrlichen aufwendigen Anlaufgeräten, insbesondere sogenannten LCPs und deren Zubehör, gegeben wären.Moreover, due to the lower start-up currents when using the first three-phase windings, corresponding to a lower rated motor power, the process control according to the invention contributes to a more economically favorable power consumption. Due to the inventive use of first and second three-phase windings by the three-phase motor is given in addition to a given at least about a factor of 2 reduction of the starting current when using the first three-phase windings beyond a reduction in the structural dimensions of cabinets, which in accordance with the invention unnecessary consuming start-up equipment, especially so-called LCPs and their accessories would be given.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bei Erreichen oder Überschreiten des hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks in dem Vakuumofen die zweiten Drehstromwicklungen zu den ersten Drehstromwicklungen dazugeschaltet. Vorteilhafterweise erfolgt die Zuschaltung der zweiten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors zu den ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors durch Parallelschalten der beiden Drehstromwicklungen, wobei vorteilhafterweise eine Koordinierung der beiden Drehstromwicklungen bezüglich Phasengleichheit, Drehzahl und dergleichen erfolgt. Zur Koordinierung wird vorteilhafterweise eine Synchronisierungseinrichtung verwendet.In an advantageous embodiment of the invention, the second three-phase windings are connected to the first three-phase windings when reaching or exceeding the minimum pressure in terms of its engine power in the vacuum furnace. Advantageously, the connection of the second three-phase windings of the three-phase motor to the first three-phase windings of the three-phase motor by parallel connection of the two three-phase windings, advantageously a coordination of the two Three-phase windings with respect to phase coincidence, speed and the like takes place. For coordination advantageously a synchronization device is used.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird am Drehstrommotor die Netzspannung angelegt und diese für die ersten Drehstromwicklungen durch einen Transformator von der höheren Versorgungsspannung auf die niedrigere Versorgungsspannung herabgesetzt. Damit ist eine vergleichsweise kostengünstige Spannungstransformation gegeben. Vorteilhafterweise sind die für eine geringere Versorgungsspannung ausgelegten ersten Drehstromwicklungen von etwa 25 kW bis etwa 40 kW, bei einer Versorgungsspannung von 230 V ausgelegte Drehstromwicklungen, welche mit einem vorgeschalteten Transformator, vorzugsweise einem sogenannten Spartransformator, für eine Drehstromnetzversorgungsspannung von etwa 400 V, entsprechend der höheren Versorgungsspannung, betrieben werden. Vorteilhafterweise sind die zweiten Drehstromwicklungen für Motorbemessungsleistungen von etwa 120 kW bis etwa 140 kW bei Drehstromnetzversorgungsspannungen von etwa 400 V ausgelegte und betriebene Drehstromwicklungen.In a further advantageous embodiment of the invention, the mains voltage is applied to the three-phase motor and this reduced for the first three-phase windings by a transformer from the higher supply voltage to the lower supply voltage. This provides a comparatively inexpensive voltage transformation. Advantageously, designed for a lower supply voltage first three-phase windings of about 25 kW to about 40 kW at a supply voltage of 230 V designed three-phase windings with an upstream transformer, preferably a so-called autotransformer for a three-phase power supply voltage of about 400 V, corresponding to the higher Supply voltage to be operated. Advantageously, the second three-phase windings for rated motor powers of about 120 kW to about 140 kW at three-phase power supply voltages of about 400 V designed and operated three-phase windings.
In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung weist der Drehstrommotor zwei identisch ausgebildete Drehstromwicklungen von jeweils 25 kW bei einer Versorgungsspannung von 230 V und 80 kW bei einer Versorgungsspannung von 400 V auf, welche die ersten und die zweiten Drehstromwicklungen bilden. Bei erfindungsgemäßen Anlauf bis zum Erreichen eines bestimmten Mindestdrucks in dem Vakuumofen, dem so genannten Anlauf im Vakuum, halbiert sich bei erfindungsgemäßen Anschluß dieser der für eine geringere Versorgungsspannung, vorliegend etwa 230 V, ausgelegten ersten Drehstromwicklungen der Anlaufstrom. Für den Betrieb im gefluteten Vakuumofen werden erfindungsgemäß dann die ersten und die zweiten Drehstromwicklungen parallel mit 50 kW bei 230 V und 160 kW bei 400 V betrieben, beim Betrieb mit 230 V unter Nutzung eines Transformators am 400 V-Netz. In dieser konkreten Ausgestaltung der Erfindung weist der Drehstrommotor insgesamt zwölf Anschlußklemmen für die zwei voneinander getrennten ersten und zweiten Drehstromwicklungen auf.In a specific embodiment of the invention, the three-phase motor two identically designed three-phase windings of 25 kW at a supply voltage of 230 V and 80 kW at a supply voltage of 400 V, which form the first and the second three-phase windings. When starting up according to the invention until it reaches a certain minimum pressure in the vacuum furnace, the so-called start-up in a vacuum, the start-up current is halved in the inventive connection of this for a lower supply voltage, in this case about 230 V, designed first three-phase windings. For operation in the flooded vacuum furnace according to the invention then the first and the second three-phase windings are operated in parallel with 50 kW at 230 V and 160 kW at 400 V, when operating at 230 V using a transformer on the 400 V network. In this specific embodiment of the invention, the three-phase motor has a total of twelve terminals for the two separate first and second three-phase windings.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die zweiten Drehstromwicklungen zu den ersten Drehstromwicklungen in Abhängigkeit von dem im Vakuumofen herrschenden Druck umgeschaltet, um eine möglichst einfache und automatisierbare Verfahrensführung sicherzustellen. In Weiterbildung der Erfindung wird zudem ein Mindestdruck in einem Bereich von etwa 500 mbar bis etwa 1200 mbar, vorzugsweise von etwa 750 mbar, vorgeschlagen, so daß der Motorleistung der gängigsten Drehstrommotoren für in Vakuumöfen eingesetzte Ventilatoren Rechnung getragen wird.According to a preferred embodiment of the invention, the second Three-phase windings switched to the first three-phase windings in response to the pressure prevailing in the vacuum furnace to ensure the simplest and automatable process management. In a further development of the invention, a minimum pressure in a range of about 500 mbar to about 1200 mbar, preferably of about 750 mbar, also proposed, so that the engine power of the most common three-phase motors for fans used in vacuum furnaces is taken into account.
Um leistungsstarke Drehstrommotoren verwenden zu können, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Drehstrommotor mit Wasser gekühlt. Eine einfache Regelung des Kühlgasstroms läßt sich dadurch erreichen, daß in vorteilhafterweise die Drehzahl des Ventilators oberhalb des Mindestdrucks in Abhängigkeit von der gewünschten Kühlgasgeschwindigkeit variiert wird. Schließlich wird vorgeschlagen, daß der Ventilator bei Drücken im Vakuumofen von bis zu 40 bar betrieben wird, um bei hinreichender Abschreckleistung den jeweiligen Anforderungen entsprechende Kühlgasdrücke zu gewährleisten.In order to use powerful three-phase motors, according to a further feature of the invention, the three-phase motor is cooled with water. A simple control of the cooling gas flow can be achieved in that advantageously the speed of the fan is varied above the minimum pressure in dependence on the desired cooling gas velocity. Finally, it is proposed that the fan is operated at pressures in the vacuum furnace of up to 40 bar, to ensure adequate cooling capacity of the respective requirements corresponding cooling gas pressures.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist vorteilhafterweise ferner ein Drehstrommotor, welcher für eine geringere Versorgungsspannung ausgelegte erste Drehstromwicklungen und für eine höhere Versorgungsspannung ausgelegte zweite Drehstromwicklungen aufweist, wobei der Drehstrommotor in Abhängigkeit von charakteristischen Betriebsparametern von diesem angetriebene Einrichtungen unter Nutzung der ersten Drehstromwicklungen und bei Erreichen oder Überschreiten der charakteristischen Betriebsparameter der vom Drehstrommotor angetriebenen Einrichtungen unter Nutzung der zweiten Drehstromwicklungen betreibbar ist. Dabei sind die zweiten Drehstromwicklungen bei Erreichen oder Überschreiten der charakteristischen Betriebsparameter der von dem Drehstrommotor mittelbar und/oder unmittelbar angetriebenen Einrichtungen parallel schaltbar. Vorzugsweise sind die ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors über einen Transformator mit1 einer geringeren Versorgungsspannung an der höheren Versorgungsspannung betreibbar, wobei der Transformator die höhere Versorgungsspannung auf die geringere Versorgungsspannung herunter transformiert.The subject of the present invention is advantageously also a three-phase motor, which has designed for a lower supply voltage first three-phase windings and designed for a higher supply voltage second three-phase windings, the three-phase motor depending on characteristic operating parameters driven by this device using the first three-phase windings and when reaching or exceeding the characteristic operating parameter of the three-phase motor driven devices is operable using the second three-phase windings. In this case, the second three-phase windings can be connected in parallel upon reaching or exceeding the characteristic operating parameters of the devices indirectly and / or directly driven by the three-phase motor. Preferably, the first three-phase windings of the three-phase motor via a transformer 1 of a lower supply voltage to the higher supply voltage are operable, wherein the transformer transforms the higher supply voltage to the lower supply voltage down.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, beispielhaften Beschreibung des Einsatzhärtens von metallischen Werkstücken.Further details, features and advantages of the subject matter of the present Invention will become apparent from the following, exemplary description of the insert hardening of metallic workpieces.
Das Einsatzhärten dient dazu, der Randschicht metallischer Werkstücke eine wesentlich höhere Härte und somit dem Werkstück insgesamt bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen. Zu diesem Zweck wird die Randschicht zunächst je nach den geforderten Gebrauchseigenschaften mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff angereichert und anschließend von einer zweckentsprechenden Härtetemperatur auf Raumtemperatur oder darunter abgeschreckt. Ein in verfahrenstechnischer Hinsicht und praxisgerechtes Einsatzhärten läßt sich dann erreichen, wenn sowohl das Aufkohlen beziehungsweise Carbonitrieren als auch das anschließende Härten in einem Vakuumofen durchgeführt wird, der einen einfachen Austausch gasförmiger Wärmebehandlungsmedien gestattet.Case hardening serves to give the surface layer of metallic workpieces a substantially higher hardness and thus better mechanical properties to the workpiece as a whole. For this purpose, the surface layer is first enriched with carbon and / or nitrogen depending on the required performance and then quenched from a suitable hardening temperature to room temperature or below. A case hardening and practical case hardening can be achieved if both the carburizing and carbonitriding and the subsequent curing in a vacuum furnace is performed, which allows easy replacement of gaseous heat treatment media.
Nachdem die zu behandelnden Werkstücke in dem Vakuumofen beispielsweise aufgekohlt wurden, läßt sich durch Evakuieren des gasförmigen Aufkohlungsmediums und anschließendem Fluten des Vakuumofens mit einem inerten Kühlgas der Härteprozess unmittelbar anschließend, ohne daß es erforderlich ist, die Werkstücke in eine andere Ofenkammer zu transportieren, vornehmen. Zum Härten der Werkstücke ist in dem Vakuumofen ein elektrisch angetriebener Ventilator vorgesehen, der einen Kühlgasstrom mit einer den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden Kühlgeschwindigkeit erzeugt. Der Kühlgasstrom schreckt die zu behandelnden Werkstücke von der Härtetemperatur auf Raumtemperatur oder darunter ab.After the workpieces to be treated have been carburized in the vacuum furnace, for example, by evacuating the gaseous carburizing medium and then flooding the vacuum furnace with an inert cooling gas, the hardening process can be carried out immediately without it being necessary to transport the workpieces into another furnace chamber. For hardening the workpieces, an electrically driven fan is provided in the vacuum furnace, which generates a cooling gas flow with a cooling speed corresponding to the respective requirements. The cooling gas stream deters the workpieces to be treated from the hardening temperature to room temperature or below.
Zum Antrieb des Ventilators ist ein Drehstrommotor mit zwei voneinander getrennten Drehstromwicklungen vorgesehen. Die ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors weisen eine Nennleistung von etwa 40 kW auf, die bei einem Druck im Vakuumofen von weniger als 750 mbar mit einer Versorgungsspannung von 230 V betrieben werden. Die zweiten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors weisen eine Nennleistung von etwa 120 kW auf und werden bei einem Druck im Vakuumofen von mehr als 750 mbar mit einer Versorgungsspannung von etwa 400 V betrieben. Durch einen am 400 V-Netz angeschlossenen Transformator wird die Versorgungsspannung der ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors auf 230 V reduziert. Bei Erreichen eines Drucks im Vakuumofen während des Flutens mit Kühlgas von etwa 750 mbar werden zu der über den Transformator mit einer Versorgungsspannung von etwa 230 V betriebenen ersten Drehstromwicklungen die zweiten mit einer Versorgungsspannung von etwa 400 V betriebenen Drehstromwicklungen parallel dazugeschaltet. Bis zum Erreichen des Drucks von 750 mbar beträgt die Motorleistung dementsprechend lediglich etwa 1/3 der mit Erreichen beziehungsweise Überschreiten des Drucks im Vakuumofen von etwa 750 mbar zur Verfügung stehenden Motorleistung, entsprechend dem Verhältnis der Motorbemessungsleistung der ersten Drehstromwicklungen zu der Motorleistung der zweiten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors. Dies hat zur Folge, daß der Anlaufstrom des Drehstrommotors bis zum Erreichen des Drucks im Vakuumofen von etwa 750 mbar gegenüber ansonstigen Anlaufströmen halbiert ist. Beim Start des Ventilators ergeben sich folglich im gleichen Maße reduzierte Anlaufströme, die auf diese Weise zu keiner Beeinträchtigungen des Stromnetzes vermeiden. To drive the fan, a three-phase motor with two separate three-phase windings is provided. The first three-phase windings of the three-phase motor have a rated power of about 40 kW, which are operated at a pressure in the vacuum furnace of less than 750 mbar with a supply voltage of 230 V. The second three-phase windings of the three-phase motor have a rated power of about 120 kW and are operated at a pressure in the vacuum furnace of more than 750 mbar with a supply voltage of about 400 V. By means of a transformer connected to the 400 V mains, the supply voltage of the first three-phase windings of the three-phase motor is reduced to 230 V. Upon reaching a Pressure in the vacuum furnace during the flooding with cooling gas of about 750 mbar to the operated via the transformer with a supply voltage of about 230 V first three-phase windings, the second connected to a supply voltage of about 400 V three-phase windings connected in parallel. Accordingly, until reaching the pressure of 750 mbar, the engine power is only about 1/3 of the motor power available when the pressure in the vacuum furnace reaches or exceeds about 750 mbar, corresponding to the ratio of the rated motor power of the first three-phase windings to the motor power of the second three-phase windings of the first three-phase motor. This has the consequence that the starting current of the three-phase motor is halved to reach the pressure in the vacuum furnace of about 750 mbar against other starting currents. At the start of the fan, consequently, reduced start-up currents result to the same extent, which in this way avoid any impairment of the power network.

Claims

A n s p r ü c h e Claims
1. Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke, bei dem durch einen von einem Drehstrommotor angetriebenen Ventilator ein Kühlgasstrom in einem Vakuumofen zum Abschrecken der Werkstücke erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Drehstrommotor für eine geringere Versorgungsspannung ausgelegte erste Drehstromwicklungen und wenigstens zweite für eine höhere Versorgungsspannung ausgelegte Drehstromwicklungen aufweist, wobei der Drehstrommotor bis zum Erreichen eines hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks im Vakuumofen unter Nutzung der ersten Drehstromwicklungen und bei Erreichen oder Überschreiten des hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks in dem Vakuumofen unter Nutzung der wenigstens zweiten Drehstromwicklungen betrieben wird.1. A method for heat treatment of metallic workpieces, wherein by a fan driven by a three-phase motor, a cooling gas flow is generated in a vacuum furnace for quenching the workpieces, characterized in that the three-phase motor designed for a lower supply voltage first three-phase windings and at least second designed for a higher supply voltage three-phase windings wherein the three-phase motor is operated until it reaches a minimum pressure in the vacuum furnace determined with respect to its engine performance using the first three-phase windings and when the minimum pressure determined in terms of its engine power is reached or exceeded in the vacuum furnace using the at least second three-phase windings.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen oder Überschreiten des hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks in dem Vakuumofen die zweiten Drehstromwicklungen zu den ersten Drehstromwicklungen dazu geschaltet werden, vorzugsweise durch Parallelschaltung.2. The method according to claim 1, characterized in that when reaching or exceeding the determined in terms of its engine power minimum pressure in the vacuum furnace, the second three-phase windings are connected to the first three-phase windings, preferably by parallel connection.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Drehstrommotor die höhere Versorgungsspannung angelegt wird und die ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors durch einen Transformator von der höheren Versorgungsspannung auf die geringere Versorgungsspannung herabgesetzt betrieben werden.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the higher supply voltage is applied to the three-phase motor and the first three-phase windings of the three-phase motor are operated by a transformer from the higher supply voltage to the lower supply voltage reduced.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drehstromwicklungen für einen Betrieb mit einer Versorgungsspannung von etwa 230 V und die zweiten Drehstromwicklungen für einen Betrieb mit einer Versorgungsspannung von etwa 400 V ausgelegt sind.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first three-phase windings are designed for operation with a supply voltage of about 230 V and the second three-phase windings for operation with a supply voltage of about 400 V.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors zu den ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors in Abhängigkeit von dem in dem Vakuumofen herrschenden Druck dazugeschaltet werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the second three-phase windings of the three-phase motor to the first three-phase windings of the three-phase motor in dependence on that in the Vacuum furnace prevailing pressure be added.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Mindestdruck im Vakuumofen in einem Bereich von etwa 500 mbar bis 1200 mbar, vorzugsweise von etwa 750 mbar.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized by a minimum pressure in the vacuum furnace in a range of about 500 mbar to 1200 mbar, preferably from about 750 mbar.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors für Motorleistungen von etwa 25 kW bis etwa 40 kW bei Versorgungsspannungen von etwa 230 V ausgebildet sind.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the first three-phase windings of the three-phase motor for motor powers of about 25 kW to about 40 kW at supply voltages of about 230 V are formed.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors für Motorleistungen von etwa 120 kW bis etwa 140 kW bei Versorgungsspannungen von etwa 400 V ausgebildet sind.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the second three-phase windings of the three-phase motor for motor powers of about 120 kW to about 140 kW are formed at supply voltages of about 400 V.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor mit Wasser gekühlt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the three-phase motor is cooled with water.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Ventilators oberhalb des Mindestdrucks im Vakuumofen in Abhängigkeit von der gewünschten Kühlgasgeschwindigkeit variiert wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the rotational speed of the fan is varied above the minimum pressure in the vacuum furnace in dependence on the desired cooling gas velocity.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator bei Drücken in dem Vakuumofen von bis zu 40 bar betrieben wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the fan is operated at pressures in the vacuum furnace of up to 40 bar.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , gekennzeichnet durch die nachfolgenden Verfahrensschritte zum Abschrecken der Werkstücke.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized by the following method steps for quenching the workpieces.
a) Einleiten der Gasabschreckung durch Anlaufen des Drehstrommotors des Ventilators bei einem Druck im Vakuumofen unterhalb von 750 mbar mit ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors,a) introducing the gas quenching by starting the three-phase motor of the fan at a pressure in the vacuum furnace below 750 mbar with first three-phase windings of the three-phase motor,
b) Hochlaufen des Ventilators auf Nenndrehzahl, c) Fluten des Vakuumofens mit dem Abschreckgas und Einstellen des Abschreckdrucks in der Abschreckkammer auf einen Wert zwischen 1 bar und 40 bar,b) ramping up the fan to rated speed, c) flooding the vacuum furnace with the quenching gas and setting the quenching pressure in the quenching chamber to a value between 1 bar and 40 bar,
d) im wesentlichen gleichzeitiges Zuschalten der zweiten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors zu den ersten Drehstromwicklungen des Drehstrommotors bei Erreichen oder Überschreiten eines Drucks im Vakuumofen von etwa 750 mbar, sowied) substantially simultaneous connection of the second three-phase windings of the three-phase motor to the first three-phase windings of the three-phase motor when reaching or exceeding a pressure in the vacuum furnace of about 750 mbar, and
e) nach Beendigung der Gasabschreckung Lüften der Abschreckkammer auf Atmosphärendruck und Entnehmen der Werkstücke.e) after completion of the gas quenching, vent the quench chamber to atmospheric pressure and remove the workpieces.
13. Drehstrommotor mit für eine geringere Versorgungsspannung ausgelegten ersten Drehstromwicklungen und wenigstens zweiten für höhere Versorgungsspannungen ausgelegten Drehstromwicklungen, wobei der Drehstrommotor bis zum Erreichen eines hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks im Vakuumofen unter Nutzung der ersten Drehstromwicklungen und bei Erreichen oder Überschreiten des hinsichtlich seiner Motorleistung bestimmten Mindestdrucks in dem Vakuumofen unter Nutzung der wenigstens zweiten Drehstromwicklungen betreibbar ist.13. Three-phase motor with designed for a lower supply voltage first three-phase windings and at least second designed for higher supply voltages three-phase windings, the three-phase motor until reaching a certain engine power minimum pressure in the vacuum furnace using the first three-phase windings and reaching or exceeding the minimum engine pressure determined in terms of engine performance in the vacuum furnace using the at least second three-phase windings is operable.
14. Drehstrommotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor zwei identisch ausgebildete Drehstromwicklungen aufweist. 14. Three-phase motor according to claim 13, characterized in that the three-phase motor has two identically designed three-phase windings.
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