PL 70 452 Y1 2 Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest piec modulowy do naweglania prózniowego LPC (Low Pres- sure Carburizing) z zaladunkiem wsadu na tacy z jednym poziomem zaladowczym. Znane sa piece prózniowe przystosowane do naweglania prózniowego LPC, z przestrzennym zaladunkiem wsadu na oprzyrzadowaniu z wielowarstwowym ulozeniem detali na tym oprzyrzadowaniu. Obejmuja one zarówno piece jednokomorowe, w których wsad w czasie nagrzewania, naweglania LPC i chlodzenia przebywa w komorze grzejnej w jednym polozeniu, jak i piece wielokomorowe, w których fazy nagrzewania i naweglania sa oddzielone od fazy chlodzenia (hartowania) realizowanej w osobnej komorze funkcjonalnej. Ponadto, dla produkcji wielkoseryjnej produkowane sa piece i systemy modu- lowe skladajace sie z jednej funkcjonalnej komory hartowniczej, która wykonana z reguly w sposób mobilny obsluguje np. do dziesieciu komór grzejnych naweglania prózniowego LPC. Piece o wielowar- stwowym ulozeniu wsadu produkowane sa z wyposazeniem do wysokocisnieniowego hartowania ga- zowego HPGQ (High Pressure Gas Quench), a systemy modulowe i piece dwu- lub trzykomorowe do- starczane sa czasami równiez z wyposazeniem do hartowania olejowego. Znane jest rozwiazanie, np. z publikacji patentowej DE102009041041, w którym przedstawiono konstrukcje pieca z jednowarstwowym ulozeniem na tacy detali plaskich np. kól zebatych i podobnych czesci ze stali do naweglania, o wymiarach i przekrojach odpowiednich do wysokocisnieniowego harto- wania gazowego (HPGQ). Piece te cechuja sie zwarta konstrukcja i sa wyposazone w dwie do szesciu komór grzejnych oraz w jedna komore hartownicza HPGQ. W tej konstrukcji komory grzejne-procesowe sa zabudowane jedna nad druga wraz z mechanizmem wewnetrznego transportu w jednej obudowie prózniowej. Przy dwóch lub szesciu komorach grzejnych obudowa prózniowa jest zawsze taka sama, co w praktyce daje znaczna wysokosci zabudowy instalacji w hali klienta. Celem wzoru uzytkowego jest nowa, alternatywna i udoskonalona konstrukcja pieca prózniowego z jednowarstwowym ulozeniem detali plaskich na jednowarstwowej tacy, korzystnie wykonanej z kom- pozytu CFC, umozliwiajaca produkcje pieca z dwoma, czterema, szescioma lub osmioma komorami procesowymi i z mozliwoscia modulowego skladania segmentów obudowy z komorami procesowymi w ukladzie poziomym, z dopasowaniem do wielkosci produkcji, przy czym wysokosc zabudowy bedzie zawsze ograniczona tylko do wysokosci dwóch komór grzejnych umieszczonych jedna nad druga. Istota pieca modulowego wg wzoru uzytkowego, zawierajacego co najmniej jeden, wyposazony w system transportowy do przemieszczania tacy ze wsadem, modul procesowy, umiejscowiony wraz z modulem hartowania gazowego we wspólnej obudowie prózniowo-cisnieniowej, polega na tym, ze modul procesowy stanowi zestaw, w ukladzie pionowym jedna nad druga, dwóch rozdzielonych po- zioma sciana izolacyjna prostopadlosciennych komór grzejnych, wyposazonych w górne i dolne ele- menty grzejne umiejscowione, odpowiednio, nad i pod taca na wsad, przy czym elementy te maja postac pionowo usytuowanych plaskowników, zas centralnie nad taca na wsad jest usytuowana dysza gazu naweglajacego, natomiast w obudowie umieszczony jest trój-napedowy (XYZ) system transportowy, wyposazony w teleskopowy mechanizm typu „monorail” poziomego przemieszczania tacy, oraz w me- chanizm z prowadnicami pionowego przemieszczania tacy na wsad. Korzystnym jest, gdy moduly procesowe sa podwieszone na rolkach do torów jezdnych. Zaleta konstrukcji modulowej jest elastycznosc wykorzystania komór grzejnych dzieki temu, ze kazda z komór moze realizowac proces naweglania prózniowego LPC z innymi parametrami grubosci warstwy, inna temperatura procesu i cisnieniem hartowania. Oddzielna komora chlodzenia zapewnia wieksza intensywnosc hartowania w gazach. W produk- cji masowej, w której ze wzgledu na liczbe detali jest wymagana intensyfikacja procesów obróbczych, stosuje sie linie modulowe, w których jedna komora chlodzenia obsluguje kilka komór do naweglania prózniowego. Jednakze zasadnicza zaleta takiej konstrukcji jest modulowa budowa pieca umozliwiajaca do- starczanie pieca z dwoma, czterema, szescioma lub osmioma komorami procesowymi, przy czym po poczatkowej dostawie pieca z dwoma komorami procesowymi mozliwa bedzie rozbudowa systemu do czterech, szesciu lub osmiu komór grzejnych. Zaleta konstrukcji jest równiez nizsza wysokosc instalacji w stosunku do rozwiazan konkurencyjnych, opisanych np. w publikacji patentowej nr DE 10 2009041041. W porównaniu do tej ostatniej konstrukcji, gdzie przy zabudowie np. 4 komór grzejnych wystepuja trzy wspólne sciany (sufit/podloga) wylaczone ze strat cieplnych, w rozwiazaniu wedlug proponowanego wzoru uzytkowego dla czterech komór grzejnych wystepuja 4 wspólne sciany komór wylaczone ze strat cieplnych, co jest nowa zaleta eksploatacyjno-ekonomiczna obnizajaca zuzycie energii elektrycznej. PL 70 452 Y1 3 Wzór uzytkowy zostal blizej objasniony na rysunku, na którym fig. 1 przestawia przekrój wzdluzny systemu z zabudowa osmiu komór grzejnych, fig. 2 – przekrój poprzeczny A–A z fig. 1, fig. 3 – przekrój wzdluzny systemów z zabudowa dwóch i czterech komór grzejnych, zas fig. 4 – przekrój B–B z fig. 1 zabudowy modulu chlodzenia/hartowania gazowego HPGQ. Piec prózniowy przedstawiony na fig. 1 sklada sie z czterech dwukomorowych modulów proce- sowych 1a, 1b, 1c, 1d do nagrzewania i naweglania prózniowego LPC oraz jednego modulu hartowania gazowego 2. Kazdy modul procesowy 1a–1d zawiera dwie prostopadloscienne komory grzejne 3 zabu- dowane w sposób zwarty jedna nad druga, ze wspólna pozioma sciana izolacyjna 4 pomiedzy tymi komorami. Równiez w zabudowie modulów procesowych 1a i 1b oraz 1e i 1d wystepuja wspólne pio- nowe sciany przylegania komór 5, co ma wplyw na ograniczenie strat cieplnych izolacji modulów pro- cesowych. W komorach grzejnych 3, nad i pod taca ze wsadem 7, sa zabudowane elementy grzejne – – górne 6 i dolne 8, wykonane z plaskowników grafitowych o wymiarach np. 6 x 45 mm, ustawionych mniejszym wymiarem w kierunku wsadu, co pozwala na stosowanie wiekszych mocy nagrzewania z gwarantowanym rozproszeniem promieniowania w kierunku scian komory grzejnej 3 a nastepnie na wsad 7, a co za tym idzie na szybkie i równomierne grzanie z niskim obciazeniem powierzchniowym. Wsad 7, ulozony na jednowarstwowej tacy, np. z kompozytów grafitowych CFC, jest ustawiany w ko- morach grzejnych na podporach 9. Zewnetrzne sciany izolacyjne 10 komór grzejnych 3 sa wykonane z twardych kompozytów grafitowych, które sa zabudowane w klatce konstrukcyjnej wykonanej z plyt ceramicznych typu DURATEC, co pozwala na wyeliminowanie konstrukcji stalowych cechujacych sie znacznymi odksztalceniami temperaturowymi w czasie eksploatacji. Miedzy ceramiczna zewnetrzna sciana nosna 11 komory grzejnej 3 i grafitowa izolacyjna sciana 10 zabudowana jest folia grafitowa o grubosci okolo 1 mm, co pozwala na uszczelnienie gazowe scian komory grzejnej 3 przed wyplywem z niej gazów procesowych, a tym samym na niezalezne dozowanie gazów procesowych do kazdej z komór 3 modulów procesowych 1a–1d. Dzieki temu gazy po procesowe wyplywaja z komory grzejnej 3 jedynie przez nieszczelnosci w zamknieciu drzwi termicznych 12, pokazanych na rysunku fig. 2 w prze- kroju poprzecznym pieca. Drzwi termiczne 12 sa otwierane i zamykane za pomoca pneumatycznych cylindrów 13 zabudowanych w górnej scianie chlodzonej woda obudowy prózniowej 14 pieca. W obu- dowie prózniowej 14 umieszczony jest trój-napedowy (XYZ) system transportowy 15 do automatycz- nego za- i rozladunku komór grzejnych 3 i poboru wsadu 7 z prózniowej sluzy 16 oraz zaladunku do niej goracego wsadu 7, jako ze posiada ona równiez wyposazenie do hartowania gazowego HPGQ. Obu- dowa prózniowa 14, w której zabudowane jest do czterech komór grzejnych 3, jest wyposazona w jedne drzwi serwisowe 17 lub w dwoje drzwi 17 i 17a przy zabudowie szesciu i osmiu komór grzejnych 3. Obudowa prózniowa 14 oraz drzwi serwisowe sa wyposazone w plaszcze wodne. Zespoly komór grzej- nych 3 i dwóch lub czterech modulów procesowych 1a–1d sa wyposazone w system rolkowy 18, umoz- liwiajacy zawieszenie i mocowanie tych zespolów komór na torze jezdnym 19, co ulatwia montaz oraz serwisowanie wewnetrznego wyposazenia pieca. Kazda komora grzejna 3 jest wyposazona w zlacza pradowe 20 do zasilania elementów grzejnych, termoelementy oraz instalacje indywidualnego dopro- wadzenia srodka naweglajacego. Jak juz wspomniano, system transportowy 15 jest wyposazony w trzy napedy (XYZ) dla realizacji funkcji za- i wyladowczych komór grzejnych 3 oraz prózniowej sluzy 16, przy czym w zaleznosci od ilosci komór 3 modyfikacji podlega jedynie dlugosc prowadnic 21 tego systemu. Sluza 16 ma wyposazenie umozliwiajace realizacje wysokocisnieniowego chlodzenia gazowego HPGQ w celu bezposredniego hartowania detali po procesie naweglania prózniowego. Na to wyposazenie skladaja sie: obudowa prózniowo-cisnieniowa 22, np. w zakresie 12 bar, dmuchawa gazu chlodza- cego 23, wymienniki ciepla 24 i 25 do schladzania cyrkulujacego gazu chlodzacego oraz kierownice 26 obiegu tego gazu, przy czym nad wsadem 7 usytuowany jest dyfuzor 27 umozliwiajacy równomierny nadmuch gazu chlodzacego na wsad. Obudowa prózniowo-cisnieniowa 22 sluzy 16 jest wyposazona w dwoje drzwi prózniowo-cisnieniowych 28 i 29 zawierajacych prowadnice z pneumatycznymi cylin- drami napedowych 30, przy czym drzwi 28 i 29 sa wyposazone w uszczelki pneumatyczne 31 zasilane azotem pod cisnieniem. W przestrzeni pod sluza 16 (i modulem chlodzenia gazowego HPGQ) usytuo- wane jest stanowisko zaladunkowe 32 wsadu 7 do komór 3, co upraszcza i optymalizuje cykl pracy systemu pieca modulowego. Dzialanie pieca jest nastepujace. Po otwarciu drzwi prózniowo-cisnieniowych 28 wsad 7 jest umieszczany, za posrednictwem ladowarki zewnetrznej 33 na podporach 34 w sluzie 16. Po zamknieciu drzwi 28 uruchamia sie system pompowy, zapewniajacy uzyskanie prózni rzedu 10 -2 mbar. Po uzyskaniu wymaganego poziomu prózni (proces plukania prózniowego) zostaja otwarte drzwi prózniowo-cisnie- niowe 29, a mechanizm transportowy zabiera wsad 7 i przemieszcza na stanowisko zaladunkowe 32. PL 70 452 Y1 4 Po wyladunku wsadu 7 z jednej z komór 3 i jego przemieszczeniu przy pomocy w/w systemu transpor- towego 15 do modulu chlodzenia HPGQ (w sluzie 16) i zamknieciu drzwi prózniowo-cisnieniowych 29 rozpoczyna sie cykl jego hartowania, zas system transportowy przemieszcza wsad 7 ze stanowiska zaladunkowego 32 na podpory 9 w zwolnionej komorze procesowej. Zaladunek wsadu 7 do komory grzejnej 3 odbywa sie po otwarciu drzwi termicznych 12, a po wycofaniu ramion systemu transporto- wego i zamknieciu tych drzwi rozpoczyna sie cykl grzejny. Po uzyskaniu temperatury procesu rozpo- czyna sie cykl naweglania prózniowego LPC z impulsowym dozowaniem srodka naweglajacego i na- przemiennymi okresami dyfuzyjnymi, zgodnie z programem symulujacym uzyskanie zadanej grubosci warstwy i poziomu nasycenia brzegowego. Po uplywie czasu naweglania i ewentualnym podchlodzeniu wsad 7 jest zabierany z komory grzejnej 3 i przenoszony na podporach 9 do modulu chlodzenia HPGQ z odpowiednia sekwencja otwierania otwarciami drzwi termicznych i prózniowo-cisnieniowych w kolej- nosci odwrotnej do kolejnosci zaladunku. Po zamknieciu drzwi 29 obudowa prózniowo-cisnieniowa 22 sluzy 16 jest napelniana azotem do zaprogramowanego poziomu np. 10 bar, po czym zalaczane sa dmuchawa 23 recyrkulacji gazu chlodzacego oraz przeplyw wody przez wymienniki ciepla 24 i 25. Po uplywie zalozonego czasu i schlodzeniu wsadu 7 do temperatur ponizej temperatury przemiany mar- tenzytycznej, wlasciwej dla rodzaju stali, z której wykonane sa detale, nastepuje zatrzymanie pracy ukladu chlodzenia, tj. dmuchawy i chlodnic, i nastepuje upust gazu chlodzacego az do osiagniecia ci- snienie otoczenia. Po otwarciu drzwi 28 wsad 7 jest wysuwany na zewnatrz za pomoca ladowarki ze- wnetrznej 33, po czym na podporach 34 w sluzie prózniowej 46 umieszczany jest kolejny wsad 7 i nastepuje cykl zaladunku i obróbki z wykorzystaniem kolejnej wolnej komory 3. Cykl jest realizowany automatycznie, a dla optymalizacji czasu pracy pieca wykorzystywane jest oprogramowanie z tzw. kolejkowaniem wsadu. Budowa systemu jest prosta, dzieki czemu po pierwszym uruchomieniu pieca z minimalna iloscia komór grzejnych 3, istnieje mozliwosc rozbudowy systemu o nastepne moduly procesowe osmiu komór 3. Wykorzystanie wszystkich osmiu komór grzejnych 3 jest korzystne przy naweglaniu detali o grubosciach warstwy naweglonej rzedu 0,8–1,2 mm, przy grubo- sciach warstw 0,4–0,6 mm optymalna ilosc komór 3 bedzie ograniczona do szesciu ze wzgledu na wydajnosc komory chlodzenia HPGQ i dlugosc cyklu plukania prózniowego podczas zaladunku nowego wsadu. PL PL