EP2511639A1

EP2511639A1 - Drehherdofen

Info

Publication number: EP2511639A1
Application number: EP11162322A
Authority: EP
Inventors: Alfons Gockel; Dominikus Dr. Schröder
Original assignee: LOI Thermprocess GmbH
Current assignee: LOI Thermprocess GmbH
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: MX2012004060A; ES2531314T3; EP2511639B1; BR102012008643A2; PL2511639T3; US20120264074A1; CA2771921A1

Abstract

Bei einem Drehherdofen (1) in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken (15), der einen wenigstens eine Behandlungszone (8, 9, 10, 11, 12, 13) aufweisenden Ofenraum (6), wenigstens eine den Ofenraum (6) erwärmende Heizvorrichtung (18), einen ringförmigen Drehherd (5), einen den Drehherd (5) antreibenden Drehantrieb und mehrere, auf dem ringförmigen Drehherd (5) angeordnete Gestelle (16) zur Aufnahme oder Abstützung von Werkstücken (15) aufweist, die mit Aufnahmeelementen (21) versehen sind, die ein jeweiliges Gestell (16) in wenigstens zwei Horizontalebenen (17, 17a, 17b, 17c, 17d) zur übereinanderliegend angeordneten Aufnahme von Werkstücken (15) aufteilen, soll eine Lösung geschaffen werden, die auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig eine extrem gleichmäßige Erwärmung der im Ofenraum mit Wärme zu behandelnden Werkstücke ermöglicht, und zwar unter fertigungs- und betriebstechnisch günstigen Voraussetzungen. Dies wird dadurch erreicht, dass zumindest zwischen zwei Horizontalebenen (17, 17a, 17b, 17c, 17d) eines jeweiligen Gestells (16) wenigstens eine die in den entsprechenden Horizontalebenen (17, 17a, 17b, 17c, 17d) gehaltenen Werkstücke (15) erwärmende Zusatzheizvorrichtung (24a) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Drehherdofen in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken, umfassend eine Außen- und Innenwand, die einen wenigstens eine Behandlungszone aufweisenden Ofenraum begrenzen, wenigstens eine den Ofenraum erwärmende Heizvorrichtung, einen ringförmigen Drehherd und einen den Drehherd antreibenden Drehantrieb, wobei die Außenwand zumindest eine verschließbare Öffnung zum Be- und/oder Entladen des Ofenraumes aufweist, wobei mehrere Gestelle zur Aufnahme oder Abstützung von Werkstücken auf dem ringförmigen Drehherd umfangsmäßig angeordnet sind, wobei ein jeweiliges Gestell mit Aufnahmeelementen versehen ist, die das Gestell in wenigstens zwei Horizontalebenen zur übereinanderliegend angeordneten Aufnahme von Werkstücken aufteilen, wobei zumindest ein Werkstück in jeder Horizontalebene aufnehmbar ist.
Zur Erzeugung von definierten Werkstückeigenschaften, wie beispielsweise einer hohen Härte und/oder einer hohen Zeitstandfestigkeit bzw. Streckgrenze, wird ein Werkstück, wie zum Beispiel borlegierte Vergütungsstähle (22MnB5), einer Wärmebehandlung, wie beispielsweise einer Erwärmung/Austenitisierung, unterzogen. Die Wärmebehandlung vor dem Presshärten von Werkstücken, wie beispielsweise von beschichteten und unbeschichteten Stahlplatinen (z.B. borlegierte Vergütungsstähle), erfolgt bislang in einem Rollenherdofen, wobei für den Transport der Stahlplatinen durch den Ofenraum keramische Förderrollen eingesetzt werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass beim Aufheizen der Stahlplatinen im Temperaturbereich zwischen 450°C und 750°C eine Reaktion zwischen der dann flüssigen Al-Si Beschichtung der Stahlplatinen und den Rollen entsteht. Die sich hier bildenden Metall-/Metalloxidmischungen infiltrieren in die Rollen und schädigen diese bis zum Bruch. Als Alternative zu einem Rollenherdofen können solche an Stahlplatinen vorzunehmenden Wärmebehandlungen auch in einem Drehherdofen durchgeführt werden, der sich durch seine platzsparende Bauweise auszeichnet. Bei diesem Ofentyp werden die Werkstücke bzw. Stahlplatinen während der Wärmebehandlung nicht über Rollen transportiert, sondern über eine Öffnung in den Ofenraum eingebracht und zur Wärmebehandlung auf entsprechend ausgebildete und im Ofenraum auf dem Drehherd angeordnete Gestelle abgesetzt. Ein Drehherdofen vom Eingangs bezeichneten Typ ist beispielsweise aus der DE 10 2007 048 041 A1 bekannt, bei dem auf einem jeweiligen Gestell mehrere Werkstücke in Bezug auf den Umfang des Drehherdofens radial hintereinander liegend angeordnet sind. Um ferner eine im Vergleich zu Rollenherdöfen identische Durchsatzleistung vorzuweisen, ist es bekannt, Gestelle bzw. Chargiergestelle derart auszugestalten, dass in einem Gestell mehrere Werkstücke zur Wärmebehandlung in mehreren übereinanderliegenden Horizontalebenen bzw. Gestellebenen angeordnet werden können.
Wie vorstehend erwähnt, ist zur Erzeugung von definierten Werkstückeigenschaften eine gleichmäßige und homogene Erwärmung der Werkstücke während der Wärmebehandlung erforderlich. Allerdings ist bei einer übereinanderliegenden Anordnung der mit Wärme zu behandelnden Werkstücke in mehreren Gestellebenen eine gleichmäßige Erwärmung der Werkstücke der mittleren Ebenen problematisch. Zwar strahlt die Wandung des Ofenraumes vollumfänglich die Wärme ab, die von der im Ofenraum angeordneten Heizvorrichtung abgegeben wird. Bei beispielsweise vier übereinanderliegend angeordneten Lagen von als Stahlplatinen ausgeführten Werkstücken ergibt sich jedoch das Problem, dass die reflektierte Wärmestrahlung die auf den mittleren Gestellebenen angeordneten Stahlplatinen nur unzureichend erreicht, so dass die Verweilzeit der Werkstücke im Ofenraum erhöht werden muss, damit auch die Werkstücke der mittleren Horizontal- bzw. Gestellebenen die gewünschte Erwärmung erfahren, was höhere Betriebs- und Produktionskosten nach sich zieht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Drehherdofen der Eingangs bezeichneten Art eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig eine extrem gleichmäßige Erwärmung der im Ofenraum mit Wärme zu behandelnden Werkstücke ermöglicht, und zwar unter fertigungs- und betriebstechnisch günstigen Voraussetzungen.
Bei einem Drehherdofen der Eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest zwischen zwei Horizontalebenen eines jeweiligen Gestells wenigstens eine die in den entsprechenden Horizontalebenen gehaltenen Werkstücke erwärmende Zusatzheizvorrichtung angeordnet ist.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, mit welcher auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig Werkstücke in Großserie bei hoher Durchsatzleistung mit Wärme behandelt werden können. Das Gestell ermöglicht die Aufnahme von mehreren Werkstücken, wobei die Werkstücke sowohl nebeneinander als auch übereinander liegend von einem jeweiligen Gestell gehalten werden. Dadurch, dass zumindest zwischen zwei Horizontalebenen eines Gestells wenigstens eine die in den entsprechenden Horizontalebenen gehaltenen Werkstücke erwärmende Zusatzheizvorrichtung angeordnet ist, ist eine gleichmäßige Erwärmung der Werkstücke für eine Mindestverweildauer der Werkstücke im Ofenraum sichergestellt. Die Verweildauer der Werkstücke im Ofenraum richtet sich somit in erster Linie an die Beschaffenheit der zu behandelnden Werkstoffe und ist nicht abhängig von ggf. einer ungünstigen Anordnung einzelner Werkstücke in Bezug auf die primäre Heizvorrichtung.
Ein jeweiliges Gestell kann aus Streben, gebrannten Formkörpern oder gebrannten Profilen bestehen und/oder ein Gitterrost pro Horizontalebene zur Aufnahme von Werkstücken umfassen. Aufgrund des Einsatzzweckes eines jeweiligen Gestells bei hohen Temperaturen im Ofenraum ist es vorteilhaft, wenn ein jeweiliges Gestell aus Siliziumkarbid (SiC) oder aus hitzebeständigem Stahl hergestellt ist.
Die Zusatzheizvorrichtung kann über keramische Isolatoren auf Basis von Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkonoxid (ZrO₂) mit dem Gestell verbunden sein. Somit kann die Zusatzheizvorrichtung Teil des auf dem Drehherd angeordneten Gestells sein oder alternativ über eine separate Halterung auf dem Drehherd zwischen zwei Gestellebenen angeordnet und angebracht sein.
In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die wenigstens eine Zusatzheizvorrichtung eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung ist, die mit wenigstens einer unterhalb des Drehherds verlaufenden Stromschiene elektrisch verbunden ist. Die Steuerung bzw. Regelung der zumindest einen, für ein Gestell vorgesehenen Zusatzheizung erfolgt unabhängig bzw. getrennt von der Steuerung bzw. Regelung der primären Heizvorrichtung im Ofenraum, die in Form von mehreren Strahlheizrohren oder als Direktbeheizung ausgebildet sein kann, die vertikal oder waagerecht im Ofenraum verlaufend angeordnet sein können.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die wenigstens eine Zusatzheizvorrichtung als flächiges, sich zwischen den Horizontalebenen erstreckendes Element ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die zumindest eine pro Gestell vorgesehene Zusatzheizung zwischen zwei horizontalen Aufnahmebereichen bzw. -flächen flächendeckend zu den Aufnahmebereichen ausgebildet, so dass die Wärmeabstrahlung der Zusatzheizvorrichtung sowohl auf die Unterseite der oberhalb der Zusatzheizvorrichtung angeordneten Werkstücke als auch auf die Oberseite der unterhalb der Zusatzheizvorrichtung angeordneten Werkstücke ausgerichtet ist und diese erwärmen kann. Alternativ kann sich die Zusatzheizvorrichtung nur über eine Kern- bzw. Zentrumsfläche der benachbarten Werkstücke erstrecken, so dass nur der Kernbereich der Werkstücke von der Zusatzheizvorrichtung erwärmt wird.
Um den baulichen Aufwand des Drehherdofens gering zu halten, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass unterhalb der untersten Horizontalebene eines jeweiligen Gestells eine weitere Zusatzheizvorrichtung angeordnet ist, die als flächiges, sich zwischen der untersten Horizontalebene und dem Drehherd erstreckendes Element ausgebildet ist, um die Wärmeverluste des Bodens des Ofenraumes zu kompensieren.
Eine besonders effiziente Erwärmung der Werkstücke auf Horizontalebenen, die nicht direkt von der Heizvorrichtung bestrahlt werden, ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch möglich, dass die Heizleistung der wenigstens einen Zusatzheizvorrichtung für eine entsprechende Horizontalebene, in deren Nähe sie sich erstreckt, konzentrisch von außen nach innen zunehmen kann. Während die Außenbereiche der Werkstücke der Horizontalebenen, die zwischen der untersten und obersten Horizontalebene angeordnet sind, einen Teil der Wärmestrahlung der primären Heizvorrichtung erlangen können, gelangt diese Wärmestrahlung nicht in den Mittenbereich des Gestells bzw. Chargiergestells, insbesondere wenn es sich um plattenförmig ausgebildete Werkstücke handelt. Daher kann eine effiziente und kostengünstige Erwärmung dieser zentralen Bereiche dadurch ermöglicht werden, wenn die Zusatzheizvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die zentralen Bereiche stärker erwärmt werden können als die äußeren Bereiche.
Einen besonders effizienten Einsatz der Zusatzheizvorrichtung ist dadurch möglich, dass diese nur entsprechend des Wärmebehandlungszyklus wirksam ist. Daher sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass die Temperatureinstellung der Zusatzheizvorrichtung in Abhängigkeit der Behandlungszone erfolgt. Dadurch ist es möglich, dass die Zusatzheizvorrichtung zur Aufheizung der Werkstücke in einer als Aufheizzone bestimmten Behandlungszone in einem ersten Schritt zusätzlich zur primären Heizvorrichtung mit voller Leistung betrieben wird, wohingegen die Leistung der Zusatzheizvorrichtung in einer als Haltezone bestimmten Behandlungszone angepasst und verringert wird.
Diesbezüglich ist es dann von Vorteil, wenn einer jeweiligen Zusatzheizvorrichtung wenigstens ein Thermoelement zur Temperaturregelung der Zusatzheizvorrichtung zugeordnet ist oder eine Heizungsstellgröße über ein Rezept vorgegeben ist. Bei Verwendung eines Thermoelements kann dadurch die Leistung einer jeweiligen Zusatzheizvorrichtung nicht nur in Abhängigkeit der Behandlungszone, sondern insbesondere an der zur einheitlichen Erwärmung erforderlichen Leistung eingestellt werden. Die Verwendung eines Rezepts, welches eine Wertesammlung von im funktionalen und/oder verfahrenstechnischen Zusammenhang stehenden Parametern ist, zur Vorgabe der Heizungsstellgröße bzw. Leistungssteuerung der Zusatzheizvorrichtung bietet die Möglichkeit eines weitestgehend automatisierten und reproduzierbaren Wärmebehandlungsprozesses.
Hinsichtlich einer Reduzierung der Wärmeverluste des Drehherdofens bei Be- und Entladung des Ofenraumes mit Werkstücken ist es besonders von Vorteil, wenn die zumindest eine verschließbare Öffnung zum Be- und/oder Entladen des Ofenraumes als vertikal verfahrbare Schlitztür ausgebildet ist, durch die hindurch Werkstücke für eine entsprechende Horizontalebene des Gestells in den Ofenraum einbringbar oder aus dem Ofenraum ausbringbar sind.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Drehherdofen,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung des in Figur 1 gezeigten Drehherdofens in Seitenansicht,
Figur 3 ein vergrößerter Ausschnitt des in Figur 2 dargestellten Drehherdofens,
Figur 4 eine exemplarische Ausführung eines Gestells des Drehherdofens in Frontalansicht und
Figur 5 eine Seitenansicht des in Figur 4 dargestellten Gestells.

Ein erfindungsgemäßer Drehherdofen 1 in Ringbauart, der in Figur 1 in einer Draufsicht und in Figur 2 in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt ist, umfasst eine Außenwand 2 und eine Innenwand 3, die feststehend sind und aus feuerfestem Mauerwerk bestehen. Eine feststehende Deckenwand 4, die mit der Außen- und Innenwand 2 und 3 fest verbunden ist, und ein ringförmig ausgebildeter und von einem nicht näher dargestellten Drehantrieb drehbar antreibbarer Drehherd 5, der auf Stützrollen 26 abgestützt ist, begrenzen einen ringförmigen Ofenraum 6. Der Ofenraum 6 ist in unterschiedliche Behandlungszonen eingeteilt, wobei einzelne Zonen mit Hilfe von nicht näher dargestellten, auf dem Drehherd 5 installierten, isolierten Zwischenwänden ausgebildet sein können, voneinander abgetrennt sein können. Der schematisch dargestellte Drehherdofen 1 weist eine Beladezone 7, drei Aufheizzonen 8, 9 und 10, drei Haltezonen 11, 12 und 13, und eine Entnahmezone 14 auf. In der Beladezone 7 ist in der Außenwand 2 eine verschließbare Öffnung vorgesehen, durch die hindurch mittels eines Manipulators 19a die Einbringung von einzelnen Werkstücken 15 in den Ofeninnenraum 6 erfolgt. Im Ofenraum 6 ist in jeder Zone ein Gestell 16 zur Aufnahme oder Abstützung der Werkstücke 15 vorgesehen. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Werkstücke 15 plattenförmig ausgebildet, wobei es sich in dem konkreten Fall um Stahlplatinen handelt. Dabei werden von einem jeweiligen Gestell 16, welches in den Figuren 2 bis 5 näher dargestellt ist, jeweils vier Werkstücke 15 in einer Horizontalebene 17 aufgenommen, wobei die Werkstücke 15 radial von innen nach außen liegend angeordnet sind. Denkbar ist selbstverständlich auch eine davon abweichende Anordnung der Werkstücke 15, wobei je nach Außenabmessung des mit Wärme zu behandelnden Werkstücks auch nur ein einziges Werkstück 15 in einer Gestellebene bzw. Horizontalebene 17 des Gestells 16 gehalten bzw. abgestützt sein kann. Die Gestelle 16 sind umfangsmäßig bzw. um den Umfang des ringförmigen Drehherds 5 auf diesem angeordnet und verbleiben ständig im Ofenraum 6. In den Aufheizzonen 8, 9, 10 erfolgt die Aufheizung der Werkstücke 15, wobei zu diesem Zweck eine in Form von mehreren Strahlheizrohren ausgebildete Heizvorrichtung 18 vorgesehen ist. Nachdem die Werkstücke die Aufheizzonen 8, 9, 10 passiert haben, gelangen sie in die sogenannten Haltezonen 11, 12, 13, in denen ein Temperaturausgleich in den Werkstücken 15 erfolgt. Nach Passieren der Haltezone 13 sind die Werkstücke 15 dann in einer Entnahmezone 14 angeordnet, wo sie mit Hilfe eines Manipulators 19b aus einer Öffnung in der Außenwand 2 des Drehherdofens 1 aus dem Ofenraum 6 entnommen und anschließend zur Übergabe an die Presse zentriert bereit gestellt werden. Dabei kann der Manipulator 19b so beschaffen sein, dass alle Werkstücke 15 einer Horizontalebene gleichzeitig aus dem Ofenraum 6 heraus befördert werden.
Wie insbesondere den Figuren 3 bis 5 zu entnehmen ist, weist ein jeweiliges Gestell 16 mehrere Horizontalebenen 17 bzw. 17a, 17b, 17c, 17d auf, damit Werkstücke 15 nicht nur nebeneinander, sondern auch übereinander liegend von einem Gestell 16 gehalten bzw. abgestützt werden können. Dabei kann ein jeweiliges Gestell aus Streben, gebrannten Formkörpern oder gebrannten Profilen bestehen und/oder ein Gitterrost pro Horizontalebene zur Aufnahme von Werkstücken umfassen, wobei das Gestell 16 als vierbeiniger Rahmen mit Vertikalstützen und entsprechenden, die Vertikalstützen verbindenden und die Horizontalebenen bildenden Horizontalstreben ausgebildet sein kann. Aufgrund der hohen Temperaturen, die im Ofenraum 6 vorherrschen, sind die Gestelle 16 vorzugsweise aus Siliziumkarbid oder aus einem hitzebeständigen Stahl oder aus einem sonstigen keramischen Material hergestellt.
Ein jeweiliges Gestell 16 weist Aufnahmeelemente 21 auf, die entweder an die Form des zu haltenden bzw. abzustützenden Werkstücks 15 angepasst sein können oder eine zur universellen Abstützung unterschiedlich geformter Werkstücke 15 ausgebildete Gestalt aufweisen können. Bei der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform eines Gestells 16 werden die einzelnen Horizontalebenen 17a, 17b, 17c, 17d von den entsprechenden Aufnahmeelementen 21 definiert, die in dieser beispielhaften Ausführung als Horizontalstreben 22 ausgebildet sind, die sich von entsprechenden Vertikalstreben 23 aus erstrecken und auf denen die Werkstücke 15 nebeneinander und übereinander liegend absetzbar sind. Die Horizontalstreben 22 stellen somit lastragende Abstütz- bzw. Trägerelemente zur Abstützung der jeweiligen Längsenden der Werkstücke 15 dar. Es sei nochmals angemerkt, dass die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Ausführung eines jeweiligen Gestells 16 nur exemplarisch gewählt ist und ein jeweiliges Gestell 16 einen davon abweichenden Aufbau aufweisen kann, solange entsprechende Aufnahmeelemente 21 vorgesehen sind, die eine horizontale und vertikale Aufnahme von Werkstücken ermöglichen, wobei die Aufnahmeelemente 21 das Gestell 16 in wenigstens zwei Horizontalebenen 17a, 17b, 17c, 17d zur übereinanderliegend angeordneten Aufnahme von Werkstücken 15 aufteilen. Dabei ist zumindest ein Werkstück 15 in jeder Gestellebene bzw. Horizontalebene 17a, 17b, 17c, 17d aufnehmbar.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest zwischen zwei Horizontalebenen 17, in den Figuren 4 und 5 die Horizontalebenen 17b und 17c, eines jeweiligen Gestells 16 wenigstens eine Zusatzheizvorrichtung 24a angeordnet ist. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, wirkt die Strahlung der als Heizvorrichtung 18 ausgebildeten Strahlheizrohre nur in den seitlichen Bereichen der Werkstücke, wobei der Boden und die Decke des Ofenraumes 6 derart ausgebildet sind, dass die Wärmestrahlung der Heizvorrichtung 18 reflektiert wird und auf die zum Boden bzw. zur Decke gerichteten Flächen des unteren bzw. oberen Werkstücks 15 gelangt. Dadurch ist zwar eine Erwärmung des unteren Werkstückes 15 und des oberen Werkstückes 15 sichergestellt. Jedoch gelangt die Strahlung nicht an die mittleren Werkstücke 15, so dass sich deren Erwärmung im Vergleich zu dem unteren und oberen Werkstück stark verzögert. Um dies zu verhindern und die Erwärmung zeitlich zu vergleichmäßigen, sieht die Erfindung die Zusatzheizeinrichtung 24a vor, die zwischen den zwei Horizontalebenen 17b und 17c angeordnet ist und die zuvor nicht ausreichend wärmebestrahlten Flächen der Werkstücke 15 der mittleren Horizontalebenen 17b und 17c ergänzend erwärmt. Dabei kann die Zusatzheizvorrichtung 24a ein Teil des auf dem Drehherd 5 angeordneten Gestells 16 sein oder über eine separate Halterung auf dem Drehherd 5 zwischen zwei Horizontalebenen 17b und 17c des Gestells 16 eingebracht sein.
Selbstverständlich kann eine wie vorstehend beschriebene Zusatzheizvorrichtung 24a auch zusätzlich oder alternativ zwischen den Horizontalebenen 17a und 17b und/oder 17c und 17d angeordnet sein, um die Erwärmung der Werkstücke 15 zu vergleichmäßigen. Denkbar ist es auch, dass - wie exemplarisch in den Figuren 4 und 5 dargestellt - unterhalb der untersten Horizontalebene 17a eines jeweiligen Gestells 16 eine weitere Zusatzheizvorrichtung 24b angeordnet ist, die sich zwischen der untersten Horizontalebene 17a und dem Drehherd 5 als Boden des Ofenraums 6 erstreckt. Der Bereich des Drehherds 5 stellt üblicherweise eine Wärmesenke dar, der mit Hilfe der Zusatzheizvorrichtung 24b entgegen gewirkt werden kann.
Die Zusatzheizvorrichtungen 24a und/oder 24b können über keramische Isolatoren auf Basis von Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkonoxid (ZrO₂) mit dem Gestell 16 verbunden sein und als jeweils eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung ausgebildet sein, die mit wenigstens einer unterhalb des Drehherds 5 verlaufenden Stromschiene 25 elektrisch verbunden ist. Wenigstens eine der beiden Zusatzheizvorrichtungen 24a, 24b für ein jeweiliges Gestell 16 kann als flächiges Element ausgebildet sein, welches flächendeckend den Bereich der vom Gestell 16 aufgenommenen Werkstücke 15 überdeckt. Dadurch ist eine Wärmebestrahlung der gesamten oberen bzw. unteren Seitenfläche eines Werkstückes 15 durch die Zusatzheizvorrichtung 24a, 24b sichergestellt. Bei einer flächigen Ausbildung der Zusatzheizvorrichtung 24a, 24b ist es dann optional möglich, die Zusatzheizvorrichtung derart auszugestalten, dass die Heizleistung der Zusatzheizvorrichtung 24a, 24b für eine entsprechende Horizontalebene 17, in deren unmittelbarer Nähe sie sich erstreckt, konzentrisch von außen nach innen zunehmen kann, so dass auch eine rasche Erwärmung des Zentrums des Werkstücks 15 sichergestellt ist. Beispielsweise können die Zusatzheizvorrichtungen 24a, 24b als Elektroheizwendel ausgeführt sein, wobei die innenliegenden Abschnitte der Elektroheizwendel zur Leistungserhöhung enger aneinander liegend angeordnet sind. Dabei können die Zusatzheizvorrichtungen 24a, 24b oder nur die Zusatzheizvorrichtung 24a in Abhängigkeit der Behandlungszone betrieben werden, so dass es denkbar ist, dass beispielsweise die Zusatzheizvorrichtung 24a nur in den Aufheizzonen 8, 9 und 10 oder nur in den Haltezone 11, 12, 13 in Betrieb ist, um einen Temperaturausgleich in den Werkstücken 15 der mittleren Horizontalebenen 17b und 17c sicherzustellen. Alternativ kann einer jeweiligen Zusatzheizvorrichtung 24a oder 24b ein in den Figuren nicht näher dargestelltes Thermoelement zur Temperaturregelung zugeordnet sein, so dass die Heizleistung der Zusatzheizvorrichtung 24a oder 24b unabhängig von der Behandlungszone ist und allein auf Basis der tatsächlichen Erwärmung des Werkstücks 15 eingestellt wird.
Zusammenfassend richtet sich die vorliegende Erfindung auf einen Drehherdofen 1 zum Erwärmen von beschichteten und unbeschichteten Stahlplatinen vor dem Behandlungsschritt der Warmumformung bzw. des Presshärtens. Bei dem erfindungsgemäßen Drehherdofen 1 werden die Stahlplatinen als Werkstücke 15 in einzelne Gestelle bzw. Aufnahmegestelle 16 chargiert. Zu diesem Zweck ist vor dem Drehherdofen 1 jeweils eine separate Belade- und Entnahmevorrichtung mit Manipulator 19a bzw. 19b angeordnet. Die Entnahmevorrichtung ist zusätzlich mit einer Zentriereinheit für die erwärmten Stahlplatinen ausgestattet. Jedes Gestell 16 verfügt über zumindest zwei Horizontalebenen 17, wobei jede Horizontalebene 17 zumindest ein Werkstück 15 aufnehmen kann. Das Gestell ist aus Siliziumkarbid (SiC), alternativ aus warmfestem Stahl oder einem keramischen Werkstoff gefertigt. Der Drehherdofen 1 verfügt über eine leistungsangepasste Anzahl von Aufheizzonen 8, 9, 10 und Haltezonen 11, 12, 13, ferner je einen Platz zum Chargieren 7 bzw. Dechargieren 14. Die Beheizung des Ofenraumes 6 erfolgt über eine Heizvorrichtung 18 z.B. indirekt über senkrecht in der Decke des Ofenraumes 6 eingebaute Strahlheizrohre, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich für die Aufheizzone 9 die Heizvorrichtungen 18 zeichnerisch in Figur 1 dargestellt sind. Um eine möglichst genaue und homogene Temperaturverteilung in den Werkstücken 15 über alle Horizontalebenen 17 des Gestells 16 zu erreichen, wird zumindest zwischen zwei Horizontalebenen 17 des Gestells 16 eine Zusatzheizvorrichtung 24a, beispielsweise in Form elektrischer Heizelemente, angeordnet. Die Energie für die beispielsweise elektrische Zusatzheizvorrichtung 24a wird von einer oder mehreren Stromschienen 25 unterhalb vom Drehherd 5 abgegriffen. Dabei erfolgt die elektrische Versorgung für alle Zusatzheizvorrichtungen 24a des Drehherdofens 1 zentral, wohingegen die jeweiligen Zusatzheizvorrichtungen 24a dezentral geregelt werden können. Dabei können die jeweiligen Zusatzheizvorrichtungen 24a derart flächig aufgebaut sein, dass die Leistung konzentrisch nach innen hin erhöht werden kann. Die Leistungsregelung bzw. -steuerung erfolgt entweder über eine direkte Regelung in Abhängigkeit der Temperatur in näherer Umgebung des Werkstücks 15, über eine indirekte Zonenstellgröße oder über fest vorgegebene Rezepte in Abhängigkeit des zu erwärmenden Werkstücks 15. Zum Ausgleich der üblicherweise am Boden des Ofenraumes 6 befindlichen Energie- bzw. Wärmesenke kann auch unter der untersten Horizontallage 17a des Gestells 16 eine weitere Zusatzheizvorrichtung 24b vorgesehen sein. Die Regelung auf Material-Solltemperatur des Werkstücks 15 erfolgt über zumindest ein entsprechendes Thermoelement, das im Bereich der korrespondierenden Zusatzheizvorrichtung 24a bzw. 24b mitgeführt wird. Die Position des Thermoelements wird so gewählt, dass das Thermoelement hauptsächlich im Strahlungseinflussbereich des Werkstücks 15 und der Zusatzheizung 24a bzw. 24b liegt. Das Thermoelement regelt nur die Leistungsabgabe der elektrischen Zusatzheizvorrichtung 24a bzw. 24b, wohingegen die hauptsächliche bzw. primäre Heizvorrichtung 18 über eine von der elektrischen Zusatzheizvorrichtung 24a bzw. 25b unabhängigen Regelung erfolgt.
Mit Bezug auf die Beladezone 7 und die Entnahmezone 14 sei angemerkt, dass die entsprechende verschließbare Öffnung zum Be- und/oder Entladen des Ofenraumes 6 als vertikal verfahrbare Schlitztür ausgebildet sein kann, durch die hindurch die Werkstücke 15 für eine entsprechende Horizontalebene 17 des Gestells 16 in den Ofenraum 6 einbringbar oder aus dem Ofenraum 6 ausbringbar sind. Die mit einem pneumatischen oder elektromotorischen Schieber zu verschließende Öffnung in der Schlitztür wird für das Chargieren und Dechargieren von nur einer Horizontalebene 17 in einem Gestell 16 mit einem Zahnstangen-Antrieb oder alternativ einer Kette vor der jeweiligen Horizontalebene 17 eines jeweiligen Gestells 16 positioniert.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. An den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen können zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Dabei gehört zur Erfindung alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

Claims

Drehherdofen (1) in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken (15), umfassend eine Außen- und Innenwand (2, 3), die einen wenigstens eine Behandlungszone (8, 9, 10, 11, 12, 13) aufweisenden Ofenraum (6) begrenzen, wenigstens eine den Ofenraum (6) erwärmende Heizvorrichtung (18), einen ringförmigen Drehherd (5) und einen den Drehherd (5) antreibenden Drehantrieb,
wobei die Außenwand (2) zumindest eine verschließbare Öffnung zum Be- und/oder Entladen des Ofenraumes (6) aufweist,
wobei mehrere Gestelle (16) zur Aufnahme oder Abstützung von Werkstücken (15) auf dem ringförmigen Drehherd (5) umfangsmäßig angeordnet sind, und
wobei ein jeweiliges Gestell (16) mit Aufnahmeelementen (21) versehen ist, die das Gestell (16) in wenigstens zwei Horizontalebenen (17, 17a, 17b, 17c, 17d) zur übereinanderliegend angeordneten Aufnahme von Werkstücken (15) aufteilen, wobei zumindest ein Werkstück (15) in jeder Horizontalebene (17, 17a, 17b, 17c, 17d) aufnehmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zwischen zwei Horizontalebenen (17, 17a, 17b, 17c, 17d) eines jeweiligen Gestells (16) wenigstens eine die in den entsprechenden Horizontalebenen (17, 17a, 17b, 17c, 17d) gehaltenen Werkstücke (15) erwärmende Zusatzheizvorrichtung (24a) angeordnet ist.
Drehherdofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Gestell (16) aus Siliziumkarbid oder aus hitzebeständigem Stahl hergestellt ist.
Drehherdofen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zusatzheizvorrichtung (24a) eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung ist, die mit wenigstens einer unterhalb des Drehherds (5) verlaufenden Stromschiene (25) elektrisch verbunden ist.
Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zusatzheizvorrichtung (24a) als flächiges, sich zwischen den Horizontalebenen (17a, 17b, 17c, 17d) erstreckendes Element ausgebildet ist.
Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der untersten Horizontalebene (17a) eines jeweiligen Gestells (16) eine weitere Zusatzheizvorrichtung (24b) angeordnet ist, die als flächiges, sich zwischen der untersten Horizontalebene (17a) und dem Drehherd (5) erstreckendes Element ausgebildet ist.
Drehherdofen (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der wenigstens einen Zusatzheizvorrichtung (24a, 24b) für eine entsprechende Horizontalebene (17a, 17b, 17c, 17d), in deren Nähe sie sich erstreckt, konzentrisch von außen nach innen zunehmen kann.
Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatureinstellung der Zusatzheizvorrichtung (24a, 24b) in Abhängigkeit der Behandlungszone (8, 9, 10, 11, 12, 13) erfolgt.
Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer jeweiligen Zusatzheizvorrichtung (24a, 24b) wenigstens ein Thermoelement zur Temperaturregelung der Zusatzheizvorrichtung (24a, 24b) zugeordnet ist oder eine Heizungsstellgröße über ein Rezept vorgegeben ist.
Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine verschließbare Öffnung zum Be- und/oder Entladen des Ofenraumes (5) als vertikal verfahrbare Schlitztür ausgebildet ist, durch die hindurch Werkstücke für eine entsprechende Horizontalebene (17a, 17b, 17c, 17d) des Gestells (16) in den Ofenraum (6) einbringbar oder aus dem Ofenraum (6) ausbringbar sind.