EP2322673A2

EP2322673A2 - Verfahren und Einrichtung zur Leitung der Strömung in Industrieöfen für die Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken

Info

Publication number: EP2322673A2
Application number: EP10014455A
Authority: EP
Inventors: Thomas Eversmann; Christoph Holbeck; Heinz Meurs; Matthias Rink
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2011-05-18
Also published as: DE102009052900A1; JP5528835B2; EP2322673A3; JP2011106020A

Abstract

Ein Verfahren und eine Einrichtung zur Leitung einer Strömung (5) in Industrieöfen (1) für die Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken sehen vor, dass eine zu den Chargen gerichtete Strömung (5) dadurch die Wärmebehandlung nebst Kühlintensität verbessert und der Energieverbrauch gesenkt wird, wenn die in eine Richtung verlaufende originäre Strömung (6) gegen im Abstand (2.7) zueinander stehende Flächen (2.2) geführt wird, die originäre Strömung (6) zwischen den Flächen (2.2) in zur originären Strömungsrichtung (6) abgelenkte Strömungsrichtungen (7) geteilt und so in eine Behandlungskammer (1.1) homogenisiert und vergleichmässigt geleitet wird (Fig. 1).

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Leitung der Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen, insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen zur Kühlung der Werkstoffe/Werkstücke.

Stand der Technik

Bekannt sind Industrieöfen wie Vakuumöfen, wie z.B. beschrieben in DE 33 22 386 C2 als Ofenanlage zur Kühlung einer Charge, insbesondere aus metallischen Werkstücken, nach einer Wärmebehandlung, die ohne Gasleiteinrichtung arbeiten und dadurch keine Vergleichmäßigung der Strömung von Gasen für eine effiziente Kühlung der Werkstoffe/Werkstücke erreichen.
Die in der DE 32 15 509 C2 beschriebene Gasleiteinrichtung kann wegen der kleinen Bohrungen und des dadurch erzeugten Staudrucks ohne zusätzliche, d.h. aufwändige Mittel keine effiziente Kühlung der Werkstoffe/Werkstücke realisieren.
Zur Homogenisierung der Gasströmung ist gemäss der DE 195 01873 C2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von Werkstücken, insbesondere zum Härten in einem Vakuumofen bekannt, bei der auch eine Gasleiteinrichtung verwendet wird. Nachteilig ist hierbei, dass bei der Homogenisierung der Gasströmung eine Richtungsumlenkung von horizontal nach vertikal nicht möglich ist.
Die JP 2005029872 A1 offenbart für Vakuumöfen ein System zur Gasumlenkung und - homogenisierung, welches mit hoher Geschwindigkeit das Kühlgas durch einstellbare Flügel im Winkel < 90° zur anströmenden Gasrichtung umlenken soll. Die Mechanik der einstellbaren Flügel erfordert eine relativ komplizierte und aufwändige Steuerung oder Lenkung.
Der Ausblick auf die US H 777 zeigt ein Verfahren für eine Kühlung in Vakuumöfen mit einem System zur Strömungsvergleichmäßigung mittels Düsenbohrungen, bei dem die Gasumlenkung aber baulich getrennt ist und wegen der Spezialanwendung im Flugzeugbau fern dem hier zu lösenden Problem steht.
In Vakuumöfen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke hatte sich bei der Leitung insbesondere einer Kühlgasströmung der Trend herausgebildet, im Bereich der in Heizkammerwänden ausgebildeten verschließbaren Öffnungen für die Zu- und Abfuhr von Kühlgas so genannte Gasleiteinrichtungen schwenkbar oder höhenverstellbar anzuordnen.
Damit sollte einerseits die Funktion der Absperrung der Kühlgasströmung von einer Druckkammer zu einer Heizkammer oder die Funktion der Absperrung der Kühlgasströmung von einer Saugkammer zur Heizkammer durch diese Mittel gelöst werden.
Andererseits - und von Bedeutung für die Untersuchungen zum hiesigen Problem - bestand dabei auch das Ziel, eine verbesserte Intensität der Kühlleistung zu erreichen. So wurde zwar gemäss dem EP 0 754 768 B1 mit einer höhenverstellbaren Gasleiteinrichtung eine gewisse flächenhaft vergleichmässigte Gasströmung auf die Charge erzielt, jedoch resultierte eine insgesamt verbesserte Intensität der Kühlleistung weniger aus den durch die Gasleiteinrichtung geschaffenen Strömungsbedingungen, sondern hauptsächlich aus einer Erhöhung der Leistung des Kühlgebläses.
Ohne die Ursachen, so u.a. das Entstehen eines nachteiligen Staudrucks, näher zu untersuchen, nämlich nicht primär eine Erhöhung der Leistung des Kühlgebläses anzustreben, sondern verbesserte Strömungsbedingungen zu schaffen, wurden schwenkbare, höhenverstellbare oder ähnlich funktionierende Gasleiteinrichtungen beibehalten.
Hinzu kommt, dass nach Untersuchung der Wärmebehandlungsabläufe in einem z.B. Vakuumofen, wie Chargieren, Evakuieren und Aufheizen des Ofens, Wärmebehandeln und Abschrecken der Charge bei Umwälzung des Kühlgases, Druckablass und Entchargieren, diese besagten Gasleiteinrichtungen in ihrer Kinematik und Funktion nur beim Abschrecken der Charge ihre Wirkung entfalten können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein effizientes Verfahren und eine baulich einfache Einrichtung zu schaffen, womit eine Richtungsumlenkung einer jeglichen Strömung, d.h. sowohl die eines Kühlmediums als auch die eines Heizmediums, wie z.B. von horizontal nach vertikal oder umgekehrt erfolgt und die Strömung homogenisiert und so gerichtet zu den Chargen mit den zu behandelnden Werkstoffen/Werkstücken in gattungsgemäßen Industrieöfen weitgehend ohne Staudruck geleitet wird, wodurch die Wärmebehandlung nebst Kühlintensität verbessert und der Energieverbrauch wie auch der Leistungsverbrauch eines Kühlgebläses gesenkt werden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Leitung einer Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen, insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, gelöst, bei dem eine erzeugte und in eine Richtung verlaufende originäre Strömung gegen im Abstand zueinander stehende Flächen geführt wird, diese Flächen angeströmt werden, die originäre Strömung zwischen den Flächen durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an freien Kanten der Flächen in zur originären Strömungsrichtung abgelenkte Strömungsrichtungen geteilt und zu einer vergleichmässigt sowie intensiviert führenden Begasung der eine Charge bildenden und zu behandelnden Werkstoffe/Werkstücke in die Behandlungskammer geleitet wird.
Das Verfahren wird ausgebaut, indem - in der originären Strömungsrichtung gesehen - die Strömung gegen die die vorangehenden Fläche um mindestens eine Flächendimension mittels der freien Kante kaskadenartig überragende folgende Fläche, d.h. gegen die kaskadenartig zueinander stehenden Flächen über die freien Kanten geführt wird.
Zweckmässig wird die Strömung gegen die im parallelen Abstand zueinander stehenden Flächen, die rechtwinklig zur originären Strömungsrichtung stehen können, geführt.
Im Hinblick auf konstruktive Realisierungsmöglichkeiten soll die Strömung in einem sich in originärer Strömungsrichtung im Volumen verringernden Strom - nach einer ersten Variante - entlang einer gedachten, gleich einer durch die freien Kanten gebildeten geraden schiefen Ebene geführt werden, wobei in einem gedachten Schnitt gesehen die Strömung entlang einer gedachten Hypotenuse eines gedachten rechtwinkligen Dreiecks, gebildet durch eine die freien Kanten der Flächen verbindende gerade Linie, verläuft, und besagter im Volumen verringerte Strom aus den durch die Wirkung des Strömungsabrisses abgeteilten und abgelenkten Teilströmen resultiert.
Der im Volumen sich verringernde Strom kann auch - nach einer zweiten Variante - entlang einer gedachten, gleich einer durch die freien Kanten gebildeten kurvenartigen schiefen Ebene geführt werden, wobei im Schnitt gesehen die Strömung entlang einer gedachten Kurve, gebildet durch eine die freien Kanten der Flächen verbindende Kurve, verläuft. Die gedachte Kurve kann progressiv oder degressiv verlaufen.
Mit dem Verfahren können die vorteilhaften Wirkungen praktisch dadurch umgesetzt werden, wenn die von einem Gebläse abgegebene Strömung dem Gebläse zugeordnete Leitflächen folgt und so in Axialrichtung des Gebläses gegen die Flächen strömend und dann umgelenkt zu mindestens einem Bereich mindestens einer Öffnung der Behandlungskammer geführt wird.
Der Praxis gerecht werdend ist die Anwendung in mehreren Bereichen von Öffnungen der Behandlungskammer möglich.
Die Strömung kann in mindestens einem Dimensionsbereich zu den Flächen mittels mindestens einer Begrenzungsfläche zwangsgeführt werden, die schwenkbar und/oder starr ausführbar sind, so dass z.B. die Strömung durch die schwenkbare Begrenzungsfläche zu den Flächen abgesperrt werden kann.
Da die Öffnung der Behandlungskammer wie z.B. einer Heizkammer in Industrieöfen während des Heizens geschlossen ist, beim Kühlen jedoch geöffnet wird, dient eine schwenkbare Begrenzungsfläche als Luke oder Klappe zur thermischen Trennung der Heizkammer vom Druckbehälter und ist bei Anlagen mit konvektiver Erwärmung erforderlich. Bei Anlagen ohne konvektive Erwärmung kann diese Trennung als Labyrinth ausgeführt werden.
Andererseits kann es in besonderen Ausführungen auch sinnvoll sein, wenn die Strömung in ihrer Geschwindigkeit oder ihrem Querschnitt/Volumen von einer in Stellung bis "auf" oder bis "zu" mit besagter schwenkbarer Begrenzungsfläche im Sinne einer Veränderung des Volumenstromes gelenkt wird.
Das Verfahren ist vorrangig für die Anwendung während der Abschreckung im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken gedacht, wobei dann die von dem Gebläse abgegebenen Gase Kühlgase sind, das Gebläse ein Kühlgebläse ist und die Behandlungskammer auch als Kühlkammer verwendet wird.
Dieses Verfahren wird durch eine Einrichtung als Gasleiteinrichtung ausgeführt, die zur Leitung der Strömung von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken, insbesondere für Behandlungskammern von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, in einem Rahmen im Abstand zueinander stehende, anströmbare Flächen mit freien Kanten, die die Strömung (5) abreissen lässt, umfasst und die originäre Strömungsrichtung in zwischen den Flächen abgelenkte Strömungsrichtungen teilt.
Dabei überragt eine folgende die vorangehende Fläche in mindestens einer Flächendimension kaskadenartig mittels freier Kanten. Zweckmässig können die Flächen im parallelen Abstand zueinander stehen.
Die freien Kanten bilden - im Schnitt gesehen - einer gedachten geraden Linie gleich einer schiefen Ebene folgend - eine gedachte Hypotenuse in einem gedachten rechtwinkligen Dreieck.
Alternativ können die freien Kanten - im Schnitt gesehen - einer gedachten Kurve folgen, die progressiv oder degressiv verläuft.
Baulich einfach sind die Flächen von einem kastenartigen Rahmen eingefasst und weisen. mindestens einen die Flächen stabilisierend verbindenden Steg auf.
Eine schwenkbare Begrenzungsfläche und/oder eine starre Begrenzungsfläche gewährleisten die oben angesprochene Ausführung des Verfahrens im Hinblick auf die Lenkung des Volumenstroms.
Gemäss der Praxis eines Industrieofens werden zur Unterstützung der erfindungsgemässen Wirkungen radial angeordnete Flächen im Bereich eines Gebläses genutzt, wobei diese Flächen von einem, einen Drall reduzierenden, als Strömungsgleichrichter wirkenden und im Bereich eines Lüfterrades befindlichen Rohrsystems eines Gas-Wasser-Wärmetauschers gebildet sind.
Ein Anstiegswinkel der kaskadenartig einander überragenden Flächen soll zweckmässig zwischen 5° und 60 °liegen, der Abstand zwischen den Flächen kann 10 bis 1000 mm betragen.
Diese als Gasleiteinrichtung ausgebildete Einrichtung ist einem Bereich einer Öffnung der Behandlungskammer zugeordnet. Mehrere Gasleiteinrichtungen können einem jeweiligen Bereich mehrerer Öffnungen der Behandlungskammer (1.1) zugeordnet werden.
Für eine optimale Dimensionierung der Einrichtung gilt, dass die Größe wie die flächenmässige Auslegung der Gasleiteinrichtung der durchströmten Chargenfläche entspricht, wobei zur Bemessung der Querschnitt der durchströmten Charge herangezogen werden sollte.
Entsprechend diesen Lösungsgedanken der Erfindung sind das Verfahren in den Ansprüchen 1 bis 14 und die Einrichtung in den Ansprüchen 15 bis 30 hinsichtlich ihrer unabhängigen und abhängigen Merkmale dargestellt.
Mit der Erfindung wird vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik erreicht, dass die Strömung homogenisiert und in quasi Teilströmen gerichtet zu den Werkstoffen/Werkstücken in gattungsgemäßen Industrieöfen im Sinne der Aufgabenstellung geleitet wird. Dabei sind die technologischen Kosten gering. Die Strömung wird homogenisiert und so gerichtet zu den Werkstoffen/Werkstücken in gattungsgemäßen Industrieöfen weitgehend ohne Staudruck geleitet.
Somit hat die Erfindung auch Einfluss auf eine optimale Auslegung, d.h. verringerbare Auslegung der Leistung eines Kühlgebläses.
Letztlich verschmelzen durch die Erfindung die vorteilhaften strömungsseitigen Wirkungen mit den energetischen Effekten der Wärmebehandlung zusammen mit den energetischen Effekten der installierten Leistung eines Kühlgebläses zu einem einheitlich wirkenden Vorteil für den Betreiber gattungsgemässer Industrieöfen im Hinblick auf die Energie- und Umweltbilanz.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung eines verfahrensgemässen Strömungsverlaufs in einem gattungsgemässen Industrieofen 1,
Fig. 2: die prinzipielle Anordnung einer erfindungsgemässen Einrichtung 2 als Gasleiteinrichtung zu einer Öffnung 1.2 einer Behandlungskammer 1.1 in dem als Vakuumofen ausgebildeten Industrieofen 1,
Fig. 3: die Einzelheit der Einrichtung 2 nach Fig. 2 mit kaskadenartig ansteigenden Flächen 2.2 gemäss dem Anstieg analog einer "Hypotenuse".

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten näher beschrieben.
In Fig. 1 ist ein verfahrensgemässer Strömungsverlauf in einem Industrieofen 1 mit einer Behandlungskammer 1.1 und einer Öffnung 1.2 sowie einer zugeordneten Einrichtung 2 als Gasleiteinrichtung schematisch dargestellt. Ein Gebläse 3 mit einem Lüfterrad 3.1, einem Strömungsaustritt 3.2 und Leitflächen 3.3 ist der Behandlungskammer 1.1 beigeordnet. Hinter dem Gebläse befindet sich ein Gas-Wasser-Wärmetauscher 4 mit durch ein nicht bezeichnetes Rohrsystem gebildeten, radial angeordneten Flächen 4.1. Eine verlaufende Strömung 5 ist mit Richtungspfeilen angedeutet, wobei eine originäre Strömungsrichtung 6 und eine erfindungsgemäss abgelenkte Strömungsrichtung 7 schematisch mit Pfeilen hervorgehoben sind.
Fig. 2 zeigt die prinzipielle Anordnung erfindungsgemässer Einrichtungen 2 als Gasleiteinrichtungen zu den hier oben und unten befindlichen Öffnungen 1.2 der Behandlungskammer 1.1. Die Einrichtungen 2 umfassen je einen kastenartigen Rahmen 2.1 mit Flächen 2.2. Je nach Lage der Einrichtung 2 zu den Öffnungen 1.2 besitzen die Flächen 2.2 - in diesem Fall obere und untere - freie Kanten 2.2.1, die je in einer geraden Linie 2.2.2 in Richtung der originären Stömungsrichtung 6 ansteigen (obere freie Kanten 2.2.1) und abfallen (untere freie Kanten 2.2.1). Des Weiteren ist je eine schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 vorgesehen, die an den Rahmen 2.1 angelenkt und durch nicht dargestellte Mittel zu betätigen ist.
Entsprechend Fig. 3 sind Einzelheiten der Einrichtung 1 nach Fig. 2 mit den kaskadenartig in einem Abstand 2.7 einander überragenden Flächen 2.2 im Schnitt dargestellt. Symbolisch gleicht die gerade Linie 2.2.2 einer "Hypotenuse" mit einem Anstiegswinkel 2.9 in einem rechtwinklig stehenden Dreieck, wenn dazu der Rahmen 2.1 mit seinem nicht bezeichneten unteren Teil und seiner nicht bezeichneten Rückwand als Schenkel geometrisch vergleichend herangezogen wird. Hier ist auch eine Variante dargestellt, bei der die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 an einer starren Begrenzungsfläche 2.5 angelenkt ist. Somit kann z.B. die Strömung durch die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 zu den Flächen 2.2 abgesperrt werden.
Wenn z.B. die Öffnung 1.2 der Behandlungskammer 1.1 wie einer Heizkammer während des Heizens geschlossen ist, beim Kühlen geöffnet werden muss, dient die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 als Luke oder Klappe zur thermischen Trennung der Heizkammer vom Druckbehälter, was bei Anlagen mit konvektiver Erwärmung erforderlich ist. Bei Anlagen ohne konvektive Erwärmung kann diese Trennung als Labyrinth wirken.
Andererseits kann es in besonderen Ausführungen auch sinnvoll sein, wenn die Strömung 5 in ihrer Geschwindigkeit oder ihrem Querschnitt/Volumen von einer in Stellung bis "auf" oder bis "zu" mit besagter schwenkbarer Begrenzungsfläche im Sinne einer Veränderung des Volumenstromes variiert wird.
Entsprechend dieser konstruktiv-strukturellen Darstellung funktioniert das Verfahren zur Leitung der Strömung 5 von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen 1, insbesondere in Behandlungskammern 1.1 von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, erfindungsgemäss derart, dass zur Strömungsvergleichmässigung und Intensivierung der Begasung die erzeugte und in originärer Strömungsrichtung 6 verlaufende Strömung 5 auf die im Abstand 2.7 zueinander stehenden Flächen 2.2 trifft. Von diesen Flächen 2.2 überragt - in Strömungsrichtung 6 gesehen - eine folgende die vorangehende Fläche 2.2 in mindestens einer Flächendimension 2.6 kaskadenartig.
Zwischen den Flächen 2.2 wird durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an den oberen/unteren freien Kanten 2.2.1 der Flächen 2.2 die Strömung 5 in eine zur originären Strömungsrichtung 6 abgelenkt verlaufende Richtung 7 geleitet. Die im parallelen Abstand 2.7 zueinander stehenden und angeströmten Flächen 2.2 lenken demzufolge die Strömung in direkter Richtung zur Öffnung 1.2., wobei die Flächen 2.2 senkrecht zur originären Strömungsrichtung 6 angeströmt werden.
Insgesamt wird dabei die erzeugte Strömung 5 entlang der gedachten, in Strömungsrichtung 6 ansteigenden gedachten Hypotenuse des gedachten rechtwinkligen Dreiecks, gebildet durch die die oberen/unteren Kanten 2.2.1 der Flächen 2.2 verbindende gerade Linie 2.2.2, geführt.
Alternativ kann auch die erzeugte Strömung 5 entlang einer gedachten, in Strömungsrichtung ansteigenden Kurve, ebenfalls gebildet durch die oberen/unteren Kanten 2.2.1 der Flächen 2.1.2 verbindende nicht dargestellte Kurve, geführt werden, wobei die Kurve progressiv oder degressiv verlaufen kann.
Entscheidend ist, dass die in originärer Strömungsrichtung 6 im Wesentlichen horizontal verlaufende Strömung 5 zu einer im Wesentlichen senkrecht abgelenkt dazu verlaufenden Richtung 7 geführt wird. Dabei verlaufen dann aus der originären Strömungsrichtung 6 mittels der kaskadenartig angeordneten Flächen 2.2 homogenisierte und vergleichmässigte Teilströme in die abgelenkte Strömungsrichtung 7 zu der Charge.
Denkbar bei entsprechender und hier nicht dargestellter senkrechter Anordnung des Industrieofens 1 ist auch, dass die in originärer und hier so nicht dargestellte Richtung einer Strömung, also im Wesentlichen senkrecht oder fallend oder steigend verlaufender Strömung, zu einer im Wesentlichen horizontal dazu abgelenkt verlaufenden Richtung geführt wird. Dementsprechend sind dann auch die kaskadenartig zueinander stehenden Flächen anzuordnen.
Im Allgemeinen ist in gattungsgemässen Industrieöfen 1 verfahrensgemäss vorgesehen, dass die von dem Gebläse 3 radial abgegebene Strömung 5 von Behandlungsgasen dem Gebläse 3 zugeordneten Leitflächen 3.3 folgt. In Axialrichtung des Gebläses 3 gegen die Flächen 2.2 und dann umgelenkt zu Bereichen der Öffnungen 1.2 der Behandlungskammer 1.1 strömend wird dabei die Strömung 5 in mindestens einer Dimension 2.8 zu den Flächen 2.2 mittels mindestens einer Begrenzungsfläche 2.4, 2.5, die sowohl schwenkbar als auch starr ausgeführt sein kann, zwangsgeführt.
Das Verfahren ist nach diesen erfindungsgemässen Funktionen für die Anwendung während der Abschreckung im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken nutzbar, wobei dann die von dem Gebläse 3 abgegebenen Behandlungsgase Kühlgase sind, das Gebläse 3 ein Kühlgebläse ist und die Behandlungskammer 1.1 auch als Kühlkammer verwendet wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung 2 zur Durchführung des Verfahrens in Industrieöfen 1 ist ausgebildet als die zuvor ausführlich beschriebene Einrichtung 1 als Gasleiteinrichtung mit den im Abstand 2.7 zueinander stehenden Flächen 2.2, von denen eine folgende die vorangehende Fläche 2.2 in mindestens einer Flächendimension 2.6 kaskadenartig überragt.
Bauseitig werden die Flächen 2.2 von dem kastenartigen Rahmen 2.1 eingefasst. Die Flächen 2.2 können durch mindestens einen verbindenden, nicht dargestellten Steg stabilisiert werden. Die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 kann an der starren Begrenzungsfläche 2.5 angelenkt werden. Somit kann die Strömung 5 durch die schwenkbare Begrenzungsfläche zu den Flächen 2.2 abgesperrt werden.
Da die Öffnung der Behandlungskammer 1.1 wie Heizkammer in Industrieöfen 1 während des Heizens geschlossen ist, beim Kühlen aber geöffnet sein muss, dient die schwenkbare Begrenzungsfläche 2.4 als Luke oder Klappe zur thermischen Trennung der Heizkammer von einem Druckbehälter, was bei Anlagen mit konvektiver Erwärmung erforderlich ist. Bei Anlagen ohne konvektive Erwärmung kann diese Trennung auch als Labyrinth ausgeführt werden.
Andererseits kann es in besonderen Ausführungen auch sinnvoll sein, wenn die Strömung 5 in ihrer Geschwindigkeit oder ihrem Querschnitt/Volumen von einer in Stellung bis "auf" oder bis "zu" mit besagter schwenkbarer Begrenzungsfläche 2.4 im Sinne einer Veränderung des Volumenstromes gelenkt wird.
Die Anordnung radial verlaufender Flächen 4.1 im Bereich des Gebläses 3 unterstützen die erfindungsgemässe Wirkung, indem diese von dem, einen Drall reduzierenden, somit auch als Strömungsgleichrichter funktionierenden und vor dem Lüfterrad 3.1 befindlichen Gas-Wasser-Wärmetauscher 4 gebildet werden.
Zweckmässig ist es, wenn der Anstiegswinkel 2.9 der die kaskadenartig gebildeten Flächen 2.2 verbindende gerade Linie 2.2.2 oder Kurve zwischen 5° und 60 ° liegt.
Der Abstand 2.7 zwischen den Flächen 2.2.2 sollte vorteilhaft 10-1000 mm betragen.
Die so ausgebildete Einrichtung 2 ist je einem Bereich der Öffnung 1.2 der Behandlungskammer 1.1 zugeordnet, wobei dann mehrere Einrichtungen 2 die jeweiligen Bereiche mehrerer Öffnungen 1.2 der Behandlungskammer 1.1 abdecken.
Dabei soll die Größe wie die flächenmässige Auslegung der Einrichtung 2 so dimensioniert sein, dass sie der durchströmten Chargenfläche entspricht, wobei zur Bemessung der repräsentative Querschnitt der durchströmten Charge heranzuziehen ist.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung ermöglicht gegenüber dem Stand der Technik eine homogenisiertere und sowohl die Kühlintensität verbessernde als auch den Energieverbrauch senkende Umlenkung der Strömung von Gasen wie K¨hlgasen in Industrieöfen wie Vakuumöfen bei der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken, so dass deren Gebrauchswert für die anwendende Industrie erhöht wird.

Bezugszeichenliste

1: = Industrieofen
1.1: = Behandlungskammer
1.2: = Öffnung

2: = Einrichtung
2.1: = Rahmen
2.2: = Fläche
2.2.1: = freie Kante
2.2.2: = gerade Linie

2.4: = schwenkbare Begrenzungsfläche
2.5: = starre Begrenzungsfläche
2.6: = Flächendimension
2.7: = Abstand
2.8: = Dimensionsbereich
2.9: = Anstiegswinkel

3: = Gebläse
3.1: = Lüfterrad
3.2: = Strömungsaustritt
3.3: = Leitflächen

4: = Gas-Wasser-Wärmetauscher
4.1: = radial angeordnete Flächen

5: = Strömung (Pfeil)
6: = originäre Strömungsrichtung (Pfeil)
7: = abgelenkte Strömungsrichtung (Pfeil)

Claims

Verfahren zur Leitung einer Strömung (5) von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen (1), insbesondere für Behandlungskammern (1.1) von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, wobei eine erzeugte und in eine Richtung verlaufende originäre Strömung (6) gegen im Abstand (2.7) zueinander stehende Flächen (2.2) geführt wird, diese Flächen (2.2) angeströmt werden, die originäre Strömung (6) zwischen den Flächen (2.2) durch die Wirkung eines Strömungsabrisses an freien Kanten (2.2.1) der Flächen (2.2) in zur originären Strömungsrichtung (6) abgelenkte Strömungsrichtungen (7) geteilt und zu einer vergleichmässigt sowie intensiviert führenden Begasung der eine Charge bildenden und zu behandelnden Werkstoffe/Werkstücke in die Behandlungskammern (1.1) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der originären Strömungsrichtung (6) gesehen die Strömung (5) gegen die die vorangehenden Fläche (2.2) um mindestens eine Flächendimension (2.6) mittels der freien Kante (2.2.1) kaskadenartig überragende folgende Fläche (2.2) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der originären Strömungsrichtung (6) gesehen die Strömung (5) gegen die die vorangehenden Fläche (2.2) um mindestens eine Flächendimension (2.6) mittels der freien Kante (2.2.1) kaskadenartig überragende folgende Fläche (2.2) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der originären Strömungsrichtung (6) gesehen die Strömung (5) gegen die im parallelen Abstand (2.7) zueinander stehenden Flächen (2.2) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (5) gegen die rechtwinklig zur originären Strömungsrichtung (6) stehenden Flächen (2.2) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (5) in einem sich in originärer Strömungsrichtung (6) im Volumen verringernden Strom entlang einer gedachten, gleich einer durch die freien Kanten (2.2.1) gebildeten geraden schiefen Ebene geführt wird, wobei im Schnitt gesehen die Strömung (5) entlang einer gedachten Hypotenuse eines gedachten rechtwinkligen Dreiecks, gebildet durch eine die freien Kanten (2.2.1) der Flächen (2.2) verbindende gerade Linie (2.2.1), geführt wird und besagter im Volumen verringerte Strom aus den durch die Wirkung des Strömungsabrisses abgeteilten und abgelenkten Teilströmen resultiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (5) in einem sich in originärer Strömungsrichtung (6) im Volumen verringernden Strom entlang einer gedachten, gleich einer durch die freien Kanten gebildeten kurvenartigen schiefen Ebene geführt wird, wobei im Schnitt gesehen die Strömung (5) entlang einer gedachten Kurve, gebildet durch eine die freien Kanten (2.2.1) der Flächen (2.2) verbindende Kurve, geführt wird, und besagter im Volumen verringerte Strom aus den sich durch die Wirkung des Strömungsabrisses abgeteilten und abgelenkten Teilströmen resultiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gedachte Kurve progressiv oder degressiv verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die von einem Gebläse (3) abgegebene Strömung (5), die dem Gebläse (3) zugeordneten Leitflächen (3.3) folgt und so in Axialrichtung des Gebläses (3) gegen die Flächen (2.2) strömend und dann umgelenkt zu mindestens einem Bereich mindestens einer Öffnung (1.2) der Behandlungskammer (1.1) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (5) in mindestens einem Dimensionsbereich (2.8) zu den Flächen (2.2) mittels mindestens einer Begrenzungsfläche (2.4, 2.5) zwangsgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (5) an schwenkbaren Begrenzungsflächen (2.4) zwangsgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (5) durch die schwenkbare Begrenzungsfläche (2.4) zu den Flächen (2.2) abgesperrt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (5) durch die schwenkbare Begrenzungsfläche (2.4) in ihrer Geschwindigkeit oder ihrem Querschnitt/Volumen von einer in Stellung bis "auf" oder bis "zu" im Sinne einer Veränderung des Volumenstromes geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Anwendung während der Abschreckung im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken, wobei die von dem Gebläse (3) abgegebenen Gase Kühlgase sind, das Gebläse (3) ein Kühlgebläse ist und die Behandlungskammer (1.1) auch als Kühlkammer verwendet wird.
Einrichtung (2) zur Durchführung des Verfahrens in Industrieöfen (1) und zur Leitung der Strömung (5) von Gasen im Prozess der Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen/Werkstücken, insbesondere für Behandlungskammern (1.1) von Vakuumöfen, vorzugsweise Einkammer-Vakuumöfen, ausgebildet als Gasleiteinrichtung, die in einem Rahmen (2.1) im Abstand (2.7) zueinander stehende, anströmbare Flächen 2.2) mit freien Kanten (2.2.1), die die Strömung (5) abreissen lässt, umfasst und die originäre Strömungsrichtung (6) in zwischen den Flächen (2.2) abgelenkte Strömungsrichtungen (7) teilt.
Einrichtung (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine folgende die vorangehende Fläche (2.2) in mindestens einer Flächendimension (2.6) kaskadenartig mittels freier Kanten (2.2.1) überragt.
Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (2.2) im parallelen Abstand (2.7) zueinander stehen.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Kanten (2.2.1) - im Schnitt gesehen - einer gedachten geraden Linie (2.2.2) gleich einer schiefen Ebene folgen, wobei diese eine gedachte Hypotenuse in einem gedachten rechtwinkligen Dreieck bilden.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Kanten (2.2.1) - im Schnitt gesehen - einer gedachten Kurve folgen.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 17 und Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve progressiv oder degressiv verläuft.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (2.2) von einem, einen kastenartigen Rahmen (2.1) eingefasst sind.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, gekennzeichnet durch mindestens einen die Flächen (2.2) verbindenden Steg.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, gekennzeichnet durch eine schwenkbare Begrenzungsfläche (2.4).
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, gekennzeichnet durch eine starre Begrenzungsfläche (2.5).
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, gekennzeichnet durch die Anordnung radial angeordneter Flächen (4.2) im Bereich eines Gebläses (3), die von einem, einen Drall reduzierenden, als Strömungsgleichrichter wirkenden und im Wirkungsbereich eines Lüfterrades (3.1) befindlichen Gas-Wasser-Wärmetauscher (4) gebildet sind.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anstiegswinkel (2.9) der kaskadenartig einander überragenden Flächen (2.2) zwischen 5° und 60 ° liegt.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (2.7) zwischen den Flächen (2.2) 10-1000 mm beträgt.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Gasleiteinrichtung einem Bereich einer Öffnung (1.2) der Behandlungskammer (1.1) zugeordnet ist.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gasleiteinrichtungen einem jeweiligen Bereich mehrerer Öffnungen (1.2) der Behandlungskammer (1.1) zugeordnet sind.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe wie die flächenmässige Auslegung der Gasleiteinrichtung so dimensioniert ist, dass sie der durchströmten Chargenfläche entspricht, wobei zur Bemessung der Querschnitt der durchströmten Charge heranziehbar ist.