WO2010081588A1 - Chargiergestell sowie abschreckvorrichtung mit chargiergestell - Google Patents

Chargiergestell sowie abschreckvorrichtung mit chargiergestell Download PDF

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WO2010081588A1
WO2010081588A1 PCT/EP2009/066206 EP2009066206W WO2010081588A1 WO 2010081588 A1 WO2010081588 A1 WO 2010081588A1 EP 2009066206 W EP2009066206 W EP 2009066206W WO 2010081588 A1 WO2010081588 A1 WO 2010081588A1
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quenching
charging frame
peripheral wall
flow
gas
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PCT/EP2009/066206
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0025Supports; Baskets; Containers; Covers

Definitions

  • the invention relates to a charging frame for receiving a batch of Abschreckgut quenchable by quenching according to the preamble of claim 1 and a quenching device for quenching Abweggut, especially of metallic workpieces, with quenching gas according to the preamble of claim 8.
  • the mostly metallic workpieces are subjected to a heat treatment. Especially important for the treatment result is the speed with which the previously heated workpieces are cooled.
  • a heat treatment it is known to use water, oil or quenching gas.
  • quench gases instead of quench liquids is that the quench material does not need to be cleaned after quenching and that higher quench homogeneity in the batch can be achieved.
  • quenching gas in order to increase the quenching intensity to be achieved with quenching gas to be in the range of liquids such as quenching oils or molten salts, it is necessary to have a very high heat transfer between the quenched material and the quenching gas of preferably more than 3,000W / m 2 K, which can be realized only with very high flow velocities.
  • the fan used In order to achieve the required, very high flow velocities, the fan used must deliver very high volume flows and, as a result, requires a large engine output. This is associated with high initial costs and high energy costs during operation.
  • conventional charging racks are constructed of gratings that are connected to vertically extending rods, which can also cause additional bypass flows within the charge.
  • the invention has for its object to increase the quenching intensity in a simple and cost-effective manner.
  • the peripheral wall is dimensioned in the flow direction such that the quenching material does not project beyond the peripheral wall.
  • the peripheral wall is part of a charging frame constructed according to the concept of the invention and does not have to be adjusted within the quenching chamber relative to the charging frame, whereby a substantially simpler construction of one with a previously described Charging rack trained quenching device results.
  • the circumferentially closed peripheral wall is firmly connected to a floor for supporting the quenching material.
  • the charging frame has a base, preferably fixedly connected to the peripheral wall and / or connectable floor for supporting the quench material.
  • the bottom is preferably formed such that it has a sufficiently large, freely permeable surface portion. This can be realized for example by the formation of the floor with a grid structure. The freely permeable surface portion allows flow through the charging frame with
  • the mean flow velocity in the charge inversely proportional to the freely permeable surface portion (free cross-sectional area) behaves.
  • the maximum flow rate in the batch can be adjusted by varying the distances of the quenchable material to be quenched from each other in an X and a Y direction (horizontal plane).
  • Quenched material takes place because additional layers increase the pressure loss and thus make an even higher fan performance necessary. It was also recognized that as a rule the lower layers of quenched material are less easily quenched.
  • the freely permeable surface area in relation to the total area of the floor
  • the freely flowable surface portion is selected from a value range between 0.4 and 0.5 in order to achieve optimum loading, i. To ensure batch size.
  • the realization of such a small, freely flow-through cross-sectional area allows significantly higher flow rates, but leads to correspondingly high pressure losses in the batch, which in turn are acceptable due to the circumferentially closed peripheral wall.
  • the charging frame in which the material to be quenched is arranged freely within the peripheral wall, that is to say within the peripheral wall no separate flow channels are provided for each individual workpiece to be cooled.
  • This design leads to a very simple construction of the charging frame and also allows rapid loading and unloading of at least one, preferably only one, soil. Dispensing with space-occupying intermediate walls within the peripheral wall enables the cooling of larger batch sizes. In addition, there is the advantage of easier assembly, since the entire batch up can be loaded and unloaded once.
  • the individual flow channels within the peripheral wall are preferably formed exclusively by the quench material itself, wherein it is particularly preferred to space the quench material constantly from one another and / or from the peripheral wall.
  • the invention also leads to a quenching device for quenching Abschreckgut, in particular of metallic workpieces, after a previous heating, in particular for influencing the material structure, for example, a conversion of a cubic face-centered ⁇ -grid carbon rich Austenitlamellen in a cubic body-centered ⁇ -grid of
  • the quenching device comprises a quenching chamber, through which quenching gas can be conducted, wherein at least one charging frame for carrying the quenching material can be received in the quenching chamber.
  • the charging frame is a charging frame designed as described above with a peripheral closed peripheral wall.
  • the quenching device comprises in addition to the quenching chamber at least one flow channel connected to the quenching chamber and at least one fan for circulating the quenching gas in the formed flow circuit.
  • the fan is a radial fan.
  • helium is to be used as a quenching gas
  • a blower having a capacity of about 100 kW or greater for a standard area of a batch of about 500 ⁇ 500 mm 2 and 20 bar gas pressure.
  • nitrogen it is preferable to use blowers with a power of more than 700 kW.
  • quenching gases with low density such as helium or hydrogen, since the required blower power is proportional to the gas density.
  • Gas mixtures with a high proportion by volume of a low-density gas are also favorable, for example gas mixtures of nitrogen with hydrogen or helium.
  • a quenching device designed according to the concept of the invention is characterized in that the charging frame is assigned conducting means which are designed and arranged in such a way that all quenching gas flowing through the charging frame is guided into the flow channel.
  • the guiding means produce a deterrent gas-tight connection between the charging frame and the flow channel, in particular through the formation of an additional flow channel in the form of a flow channel Vorsatzes between the charging frame and the actual flow channel and thus prevent the quenching gas, which has already flowed through the charging frame, can flow laterally into the quenching chamber in a region below the lowermost bottom of the charging frame.
  • Optimal flow rates can be achieved by the resulting quenching gas flow bundling.
  • the guide means and the peripheral closed peripheral wall add up to a common, disposed within the quenching chamber flow channel, which prevents a lateral outflow of the quenching gas from the Chargiergestell.
  • a design completely eliminates bypass flows to the outside and directs the entire flow through the charge without the need to provide an adjustable flow channel for each workpiece to be located within the quench chamber.
  • the guide means may also be extended from the floor to the bottom, i. formed in the flow direction, protruding portion of the peripheral wall.
  • the guide means are part of the charging rack and extend from the, preferably single, bottom floor in the direction of the discharge opening of the flow channel.
  • the guide means are designed and arranged such that an at least largely, preferably completely dense connection to the bottom region of the quenching chamber can be produced.
  • the guiding means are part of the quenching chamber and / or the flow channel and the charging frame can be docked close to the guiding means, preferably designed as a closed peripheral wall, preferably by placing the charging frame on the circumferentially closed conducting means.
  • heat exchanger heat exchanger
  • exchanger is arranged, with which the quenching gas specifically absorbed heat can be withdrawn.
  • a gas inlet opens into the flow circuit, preferably directly into the quenching chamber, through which quenching gas, preferably under pressure from a high-pressure tank, can be introduced.
  • quenching gas preferably under pressure from a high-pressure tank.
  • means for evacuating the quenching chamber are preferably provided.
  • the blower power in combination with the freely flowing through surface part preferably from 0.4 to 0.5, is selected to be so large that a heat transfer of at least 3,000 W / m 2 K is achieved in the particular quenching gas used.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a quenching device with Chargiergestell
  • FIG. 2 shows a plan view of a charging frame loaded with material to be quenched.
  • the quenching device 1 comprises a quenching chamber 3 with a pressure-resistant door 4 (loading door) for and unloading the quenching chamber 3 with a charging frame 5 of carbon fiber reinforced carbon carrying the quenched material 2.
  • a compressed gas line 6 for supplying quenching gas from a high-pressure vessel. 7
  • a flow channel 8 is fluidly connected, which forms a flow circuit for the quenching gas together with the quenching chamber 3.
  • a heat exchanger 1 1 for removing heat from the quenching gas.
  • the quenching gas is accelerated and blown in the direction of the heat exchanger 11, and passes through an orifice 12 of the flow channel 8 into the quenching chamber 3 and out of the latter through an orifice 13.
  • the charging frame 5 comprises a grid-like, planar bottom 14 in which a multiplicity of passage openings 15 are formed.
  • quenched material 2 is deposited at a distance dx from one another in an X-direction and at a distance dy from one another in a Y-direction.
  • the freely permeable surface portion of the bottom 14 loaded with quenched material 2 is the ratio of the difference between the total area a x b of the bottom 14 and the cross-sectional area of the total quenched material 2 to the total floor area a x b.
  • the free-flowing surface area portion is selected from a value range between 0.4 and 0.5.
  • peripheral wall 16 extends perpendicular to the surface extension of the bottom 14 a circumferentially closed peripheral wall 16.
  • This peripheral wall 16 extends in the embodiment shown, starting from the bottom 14 in the direction of the mouth opening 12 and ends at a distance therefrom, but projects beyond the entire charging frame 5 counter to the flow direction 17 of the quenching gas.
  • the peripheral wall 16 thus bundles the quenching gas and prevents leakage laterally from the charging frame 5 in the quenching chamber.
  • standing feet 22 are arranged on the bottom 14 of the charging frame 5, with the aid of which the charging frame 5 can be placed outside the quenching chamber 3.
  • the feet 22 protrude in the flow direction into a region within the guide means 19.
  • the square in the embodiment shown circumferential contour of the peripheral wall 16 can be seen whose upper end face 18 is arranged at a distance from the orifice 12, so that the quenching gas must flow directly through the quenching chamber on its way out of the flow channel 8.
  • the charging frame 5 does not comprise walls arranged within the peripheral wall 16 for forming separate flow channels for the quenched material 2.
  • Flow channels within the peripheral wall 16 are exclusively from the quenched material 2 or from the quenched material 2 and the peripheral wall 16 formed.
  • guiding means 19 are provided, which are firmly integrated in the embodiment shown in the quenching chamber, and the Surround the discharge opening 13 laterally.
  • the guide means 19 are designed in the manner of a circumferentially closed peripheral wall 16 which, starting from a base surface 20 (bottom) of the quenching chamber 3, extends counter to the flow direction 17 as far as the charging frame 5.
  • the charging frame 5 On a circumferential, upper end face 21 of the guide means 19, the charging frame 5 is sealingly without gap formation, so that the peripheral wall 16 together with the circumferential wall-type guide means 19 forms a Vorströmungskanal, which is upstream of the actual flow channel 8, ie the mouth opening 12. Due to the dynamic pressure forming outside the charging frame 5 within the quenching chamber 3, essentially the entire exhaust gas volume flow passes through the charging frame 5 to the flow channel 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Chargiergestell (5) zur Aufnahme einer Charge von mittels Abschreckgas abzuschreckendem Abschreckgut (2), insbesondere metallischen Werkstücken. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Chargiergestell (5) eine umfangsgeschlossene, die Charge umschließende und dadurch einen, Bypassströmungen verhindernden Strömungskanal (8) bildende Umfangswand (16) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Abschreckvorrichtung (1) mit Chargiergestell (5).

Description

Beschreibung
Charqierqestell sowie Abschreckvorrichtunq mit Charqierqestell
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Chargiergestell zur Aufnahme einer Charge von mittels Abschreckgas abzuschreckendem Abschreckgut gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Abschreckvorrichtung zum Abschrecken von Ab- schreckgut, insbesondere von metallischen Werkstücken, mit Abschreckgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Zum Erzeugen von definierten Werkstückeigenschaften, wie beispielsweise einer hohen Härte oder einer ausreichenden Verschleißfestigkeit werden die meist me- tallischen Werkstücke einer Wärmebehandlung unterzogen. Wichtig für das Behandlungsergebnis ist vor allem die Geschwindigkeit, mit der die zuvor erwärmten Werkstücke abgekühlt werden. Für den hierfür notwendigen Abschreckpro- zess ist es bekannt, Wasser, Öl oder Abschreckgas einzusetzen. Der Hauptvorteil des Einsatzes von Abschreckgasen anstelle von Abschreckflüssigkeiten be- steht darin, dass das Abschreckgut nach dem Abschrecken nicht gereinigt werden muss, und darin, dass eine höhere Abschreckhomogenität in der Charge erreicht werden kann. Um jedoch die mit Abschreckgas zu erzielende Abschreckintensität soweit zu erhöhen, dass sie im Bereich von Flüssigkeiten, wie Abschreckölen oder Salzschmelzen liegt, ist es notwendig, einen sehr hohen Wär- meübergang zwischen dem Abschreckgut und dem Abschreckgas von vorzugsweise mehr als 3.000W/m2K zu erzielen, welcher nur mit sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten realisierbar ist. Um wiederum die benötigten, sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu erzielen, muss das zum Einsatz kommende Gebläse sehr hohe Volumenströme liefern und benötigt in der Folge eine große Motor- leistung. Dies ist mit hohen Anschaffungskosten sowie hohen Energiekosten während des Betriebs verbunden. Bei dem Einsatz von Gebläsen mit sehr hoher Motorleistung tritt das Problem auf, dass mit steigender Strömungsgeschwindigkeit in der Charge auch der Druckverlust zunimmt, mit der Folge, dass ein Großteil des Abschreckgases nicht durch die Charge hindurch, sondern seitlich am die Charge aufnehmenden Chargiergestell vorbeiströmt. Obwohl sich also der VoIu- menstrom des Gebläses erhöht, werden die Strömungsgeschwindigkeiten in der
Charge und damit auch die Abschreckintensität kaum erhöht. Hinzu kommt noch, dass konventionelle Chargiergestelle aus Gitterrosten aufgebaut sind, die mit sich in Hochrichtung erstreckenden Stangen verbunden sind, wodurch auch innerhalb der Charge zusätzliche Bypass-Strömungen auftreten können.
Zum Erhöhen der Abschreckintensität ist es aus der EP 0 129 701 B1 und der DE 29 603 022 U1 bekannt, Gasdüsenfelder einzusetzen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie nur im Bereich der Düse hohe Strömungsgeschwindigkeiten realisieren - nicht aber im Mittel über die gesamte Charge.
Aus der EP 1 154 024 B1 ist eine Abschreckvorrichtung bekannt, bei der in der Abschreckkammer eine verstellbare, Strömungskanäle aufweisende, Haube angeordnet ist, die über das im Chargiergestell aufgenommene Abschreckgut gefahren werden kann, um Bypass-Strömungen zu unterbinden. Nachteilig bei der bekannten Abschreckvorrichtung ist deren aufwendiger Aufbau. Hinzu kommt die
Notwendigkeit bewegte und damit verschleißanfällige Teile (Haube, Verstellmechanismus) in der Abschreckkammer vorsehen zu müssen.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abschreckintensität auf einfache und kostengünstige Weise zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird zum einen mit einem Chargiergestell mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen mit einer ein Chargiergestell aufweisenden Abschreckvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merk- malen. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Chargiergestell mit einer um- fangsgeschlossenen Umfangswand auszustatten, so dass ein seitliches Ausströmen von Abschreckgas aus dem Chargiergestell verhindert wird. Anders ausgedrückt wird das Chargiergestell seitlich geschlossen, also mittels des Chargiergestells als eine Art Strömungskanal ausgebildet, der ein Ausströmen von Abschreckgas seitlich des Abschreckgutes aus dem Chargiergestell verhindert. Durch die aufgrund des Vorsehens der umfangsgeschlossenen Umfangswand erreichte Abschreckgasstrombündelung können höhere Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der gesamten Charge erreicht werden, mit der Folge, dass eine höhere Abschreckintensität resultiert. Bevorzugt ist die Umfangswand in Strömungsrichtung derart bemessen, dass das Abschreckgut die Umfangswand nicht überragt. Im Gegensatz zu der in der EP 1 154 024 B1 vorgeschlagenen Abschreckvorrichtung ist die Umfangswand bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Chargiergestell Bestandteil desselben und muss nicht innerhalb der Abschreckkammer relativ zum Chargiergestell verstellt werden, wodurch insgesamt ein wesentlich einfacherer Aufbau einer mit einem zuvor beschriebenen Chargiergestell ausgebildeten Abschreckvorrichtung resultiert. Ganz besonders bevorzugt ist die umfangsgeschlossene Umfangswand fest mit einem Boden zum Tragen des Abschreckgutes verbunden.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Chargiergestells, bei der dieses, zumindest teilweise, vorzugsweise größtenteils, ganz besonders bevorzugt vollständig, aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) ausgebildet ist, da dieses Material auch bei hoher thermischer Belastung formstabil bleibt und durch die hohe spezifische Festigkeit auch die hohen Strömungskräfte in Folge der aus dem Vorsehen der umfangsgeschlossenen Umfangswand resultierenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten aufnehmen kann.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Chargierge- stell einen, vorzugsweise fest mit der Umfangswand verbundenen und/oder verbindbaren Boden zum Tragen des Abschreckgutes aufweist. Dabei ist der Boden bevorzugt derart ausgebildet, dass er einen ausreichend großen, frei durchströmbaren Flächenanteil aufweist. Dies kann beispielsweise durch die Ausbildung des Bodens mit einer Gitterstruktur realisiert werden. Der frei durchström- bare Flächenanteil ermöglicht dabei ein Durchströmen des Chargiergestells mit
Abschreckgas. Bei der Auslegung des Bodens ist zu beachten, dass sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Charge umgekehrt proportional zum frei durchströmbaren Flächenanteil (frei Querschnittsfläche) verhält. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit in der Charge kann durch eine Variation der Abstände des abzuschreckenden Abschreckgutes zueinander in einer X- und einer Y-Richtung (Horizontalebene) eingestellt werden.
Es ist denkbar, mehrere, vorzugsweise parallel, zueinander ausgerichtete Böden für Abschreckgut übereinander anzuordnen, wobei in diesem Fall sich die Um- fangswand bevorzugt über sämtliche Böden erstreckt. Ganz besonders bevor- zugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Chargierung mit nur einer Lage
Abschreckgut erfolgt, da zusätzliche Lagen den Druckverlust erhöhen und damit eine noch höhere Gebläseleistung notwendig machen. Außerdem wurde erkannt, dass in der Regel die unteren Lagen Abschreckgut schlechter abgeschreckt werden.
Durch das Vorsehen einer zuvor beschriebenen, umfangsgeschlossenen Um- fangswand ist es möglich, den mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, Boden derart auszubilden bzw. zu bestücken, dass der frei durchströmbare Flächenanteil (im Verhältnis zur Gesamtfläche des Bodens) weniger als 0,6 beträgt. Besonders bevorzugt ist es, wenn der frei durch ström bare Flächenanteil aus einem Wertebereich zwischen 0,4 und 0,5 gewählt ist, um eine optimale Beladung, d.h. Chargengröße sicherzustellen. Die Realisierung einer derart geringen, frei durch ström baren Querschnittsfläche ermöglicht deutlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten, führt jedoch zu entsprechend hohen Druckverlusten in der Charge, welche wiederum aufgrund der umfangsgeschlossenen Umfangs- wand hinnehmbar sind.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Chargiergestells, bei der das Abschreckgut frei innerhalb der Umfangswand angeordnet ist, also in- nerhalb der Umfangswand keine separaten Strömungskanäle für jedes einzelne, abzukühlende Werkstück vorgesehen sind. Diese Ausbildung führt zu einem sehr einfachen Aufbau des Chargiergestells und ermöglicht zudem eine schnelle Be- und Entladung des mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, Bodens. Ein Verzicht auf Platz einnehmende Zwischenwände innerhalb der Um- fangwand ermöglicht die Kühlung größerer Chargengrößen. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil einer einfacheren Bestückung, da die gesamte Charge auf einmal be- und entladen werden kann. Bevorzugt werden die einzelnen Strömungskanäle innerhalb der Umfangswand ausschließlich durch das Abschreckgut selbst gebildet, wobei es besonders bevorzugt ist, das Abschreckgut konstant voneinander und/oder von der Umfangwand zu beabstanden.
Die Erfindung führt auch auf eine Abschreckvorrichtung zum Abschrecken von Abschreckgut, insbesondere von metallischen Werkstücken, nach einer vorhergehenden Erwärmung, insbesondere zur Beeinflussung des Werkstoffgefüges, beispielsweise um eine Umwandlung eines kubisch flächenzentrierten γ-Gitters kohlenstoff reicher Austenitlamellen in ein kubisch raumzentriertes α-Gitter von
Ferritlamellen. Die Abschreckvorrichtung umfasst eine Abschreckkammer, durch die Abschreckgas leitbar ist, wobei in der Abschreckkammer mindestens ein Chargiergestell zum Tragen des Abschreckgutes aufnehmbar ist. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Chargiergestell um ein wie zuvor be- schrieben ausgebildetes Chargiergestell mit einer umfangsgeschlossenen Umfangswand. Um einen Strömungskreislauf zu bilden, umfasst die Abschreckvorrichtung zusätzlich zur Abschreckkammer mindestens einen strömungstechnisch an die Abschreckkammer angeschlossenen Strömungskanal sowie mindestens ein Gebläse zum Umwälzen des Abschreckgases in dem gebildeten Strömungs- kreislauf. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Gebläse um ein Radialgebläse. Für den Fall, dass Helium als Abschreckgas eingesetzt werden soll, ist es bevorzugt, für eine Standardfläche einer Charge von etwa 500 x 500 mm2 und 20 bar Gasdruck ein Gebläse mit einer Leistung von etwa 100 kW oder größer einzusetzen. Bei Stickstoff als Abschreckgas ist es bevorzugt Gebläse mit einer Leistung von mehr als 700 kW einzusetzen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Abschreckgasen mit geringer Dichte, wie beispielsweise Helium oder Wasserstoff, da sich die benötigte Gebläseleistung proportional zur Gasdichte verhält. Auch Gasgemische mit einem hohen Volumenanteil eines Gases mit geringer Dichte sind günstig, so beispielsweise Gasmischungen aus Stickstoff mit Was- serstoff oder Helium. Eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Abschreckvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass dem Chargiergestell Leitmittel zugeordnet sind, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sämtliches durch das Chargiergestell strömendes Abschreckgas in den Strömungskanal geleitet wird. Anders ausgedrückt stellen die Leitmittel eine abschreckgasdichte Verbindung zwischen dem Chargiergestell und dem Strömungskanal her, insbesondere durch die Ausbildung eines zusätzlichen Strömungskanals in Form eines Vorsatzes zwischen dem Chargiergestell und dem eigentlichen Strömungskanal und verhindern somit, das Abschreckgas, welches das Chargiergestell bereits durchströmt hat, in einem Bereich unterhalb des untersten Bodens des Chargiergestells seitlich in die Abschreckkammer ausströmen kann. Durch die resultie- rende Abschreckgasstrombündelung können optimale Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Kombination der in einem Bereich zwischen dem Chargiergestell und dem Strömungskanal angeordneten Leitmitteln mit ei- nem wie eingangs beschrieben ausgebildeten Chargiergestell, das eine um- fangsgeschlossene Umfangswand hat. Die Leitmittel und die umfangsgeschlos- sene Umfangswand addieren sich zu einem gemeinsamen, innerhalb der Abschreckkammer angeordneten Strömungskanal, was ein seitliches Ausströmen des Abschreckgases aus dem Chargiergestell verhindert. Anders ausgedrückt werden durch eine derartige Konstruktion Bypass-Strömungen nach außen komplett unterbunden und es wird der gesamte Volumenstrom durch die Charge geleitet, ohne die Notwendigkeit eine, verstellbare Strömungskanäle für jedes Werkstück aufweisende, innerhalb der Abschreckkammer anzuordnende Haube vorsehen zu müssen. Wenn die Umfangswand den Boden auf beiden Seiten ü- berragt, können die Leitmittel auch von dem den Boden nach unten, d.h. in Strömungsrichtung, überragenden Abschnitt der Umfangswand gebildet werden.
Im Hinblick auf die Anordnung der Leitmittel gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Alternative sind die Leitmittel Bestandteil des Chargier- gestells und erstrecken sich ausgehend von dem, vorzugsweise einzigen, untersten Boden in Richtung der Ausmündungsöffnung des Strömungskanals. Die Leitmittel sind dabei derart ausgebildet und angeordnet, dass eine zumindest weitgehend, vorzugsweise vollständig dichte Verbindung zum Bodenbereich der Abschreckkammer herstellbar ist. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Leitmittel Bestandteil der Abschreckkammer und/oder des Strömungskanals und das Chargiergestell ist dicht an die, vorzugsweise als geschlossene Umfangswand ausgebildeten Leitmittel andockbar, vorzugsweise durch Abstellen bzw. Aufsetzen des Chargiergestells auf die umfangsgeschlossenen Leitmittel.
Um den Wirkungsgrad der Abschreckvorrichtung zu optimieren, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der im Strömungskreislauf ein Wärmeüberträger (War- metauscher) angeordnet ist, mit dem dem Abschreckgas gezielt aufgenommene Wärme entzogen werden kann.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn in den Strömungskreislauf, vorzugsweise unmittelbar in die Abschreckkammer, ein Gaseinlass mündet, durch den, vorzugsweise aus einem Hochdrucktank unter Druck stehendes Abschreckgas eingeleitet werden kann. Bevorzugt sind zusätzlich Mittel zur Evakuierung der Abschreckkammer vorgesehen.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das mindestens eine, vorzugsweise das ausschließlich eine, Gebläse mit einer Drehzahlregeleinrichtung, vorzugsweise mit einem Frequenzumrichter, ausgestattet ist, um die Anfahrströme zu begrenzen. Dies bietet den zusätzlichen Vorteil, dass die Gebläseleistung und damit die Strömungsgeschwindigkeit an den benötigten Wär- meübergangskoeffizienten der jeweiligen Charge angepasst werden kann.
Bevorzugt ist die Gebläseleistung in Kombination mit dem frei durchströmenden Flächenteil, vorzugsweise von 0,4 bis 0,5, so groß gewählt, dass bei dem jeweils zum Einsatz kommenden Abschreckgas eine Wärmeübertragung von mindes- tens 3.000W/m2K erzielt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 : in einer schematischen Darstellung eine Abschreckvorrichtung mit Chargiergestell, und
Fig. 2: eine Draufsicht auf ein mit Abschreckgut beladenes Chargiergestell.
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist eine Abschreckvorrichtung 1 zum Abschrecken von Abschreckgut 2, hier von metallischen Werkstücken, gezeigt. Die Abschreckvorrichtung 1 umfasst eine Abschreckkammer 3 mit einer druckfesten Tür 4 (Beschickungstür) zum Be- und Entladen der Abschreckkammer 3 mit einem das Abschreckgut 2 tragenden Chargiergestell 5 aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff. In die Abschreckkammer 3 mündet eine Druckgasleitung 6 zum Zuführen von Abschreckgas aus einem Hochdruckbehälter 7.
An die Abschreckkammer 3 ist strömungstechnisch ein Strömungskanal 8 angeschlossen, der zusammen mit der Abschreckkammer 3 einen Strömungskreislauf für das Abschreckgas bildet.
In dem Strömungskanal 8 ist ein als Radialgebläse ausgebildetes Gebläse 9 angeordnet, dem eine Drehzahlregeleinrichtung 10 zugeordnet ist.
Ferner befindet sich im Strömungskanal 8 ein Wärmetauscher 1 1 zum Entziehen von Wärme aus dem Abschreckgas. Mittels des Gebläses 9 wird das Abschreck- gas beschleunigt und in Richtung des Wärmetauschers 1 1 geblasen, und gelangt durch eine Mündungsöffnung 12 des Strömungskanals 8 in die Abschreckkammer 3 und aus dieser Heraus durch eine Ausmündungsöffnung 13.
Wie sich aus den Fig.1 und 2 ergibt, umfasst das Chargiergestell 5 einen gitterar- tigen, ebenen Boden 14 in dem eine Vielzahl von Durchgangsöffnung 15 gebildet sind. Auf dem Boden 14 ist in einem Abstand dx voneinander in eine X-Richtung und in einem Abstand dy voneinander in eine Y-Richtung Abschreckgut 2 abgestellt. Die Abmessung des Bodens 14 in X-Richtung beträgt a = 0,5m und in Y- Richtung b = 0,5m. Der frei durchströmbare Flächenanteil des mit Abschreckgut 2 beladenen Bodens 14 ist das Verhältnis aus der Differenz zwischen der Gesamtfläche a x b des Bodens 14 und der Querschnittsfläche des gesamten Abschreckgutes 2 zur Bodengesamtfläche a x b. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der frei durch ström bare Flächenanteil aus einem Wertebereich zwischen 0,4 und 0,5 gewählt.
Zu erkennen ist, dass sich senkrecht zur Flächenerstreckung des Bodens 14 eine umfangsgeschlossene Umfangswand 16 erstreckt. Diese Umfangswand 16 erstreckt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ausgehend von dem Boden 14 in Richtung der Mündungsöffnung 12 und endet mit Abstand zu dieser, über- ragt jedoch das gesamte Chargiergestell 5 entgegen der Strömungsrichtung 17 des Abschreckgases. Die Umfangwand 16 bündelt somit das Abschreckgas und verhindert ein Ausströmen seitlich aus dem Chargiergestell 5 in die Abschreckkammer 3.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, sind an dem Boden 14 des Chargiergestells 5 Stand- fuße 22 angeordnet, mit Hilfe derer das Chargiergestell 5 außerhalb der Abschreckkammer 3 abgestellt werden kann. Die Standfüße 22 ragen in Strömungsrichtung in einen Bereich innerhalb der Leitmittel 19 hinein.
Aus Fig. 2 ist die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel quadratische Umfangs- kontur der Umfangswand 16 zu entnehmen deren obere Stirnfläche 18 mit Abstand zu der Mündungsöffnung 12 angeordnet ist, so dass das Abschreckgas auf seinem Weg aus dem Strömungskanal 8 unmittelbar die Abschreckkammer durchströmen muss.
Wie sich aus Fig. 2 weiter ergibt, umfasst das Chargiergestell 5 keine innerhalb der Umfangswand 16 angeordnete Wände zur Ausbildung von separaten Strömungskanälen für das Abschreckgut 2. Strömungskanäle innerhalb der Umfangswand 16 werden ausschließlich von dem Abschreckgut 2 bzw. von dem Abschreckgut 2 und der Umfangswand 16 gebildet.
Um ein seitliches Ausströmen des den Boden 14 durchströmenden Abschreckgases in die Abschreckkammer 3 hinein zu vermeiden, also um das Abschreckgas gebündelt in den Strömungskanal 8 zu leiten, sind Leitmittel 19 vorgesehen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel fest in die Abschreckkammer integriert sind, und die die Ausmündungsöffnung 13 seitlich umschließen. Die Leitmittel 19 sind in der Art einer umfangsgeschlossenen Umfangswand 16 ausgebildet, die sich ausgehend von einer Grundfläche 20 (Boden) der Abschreckkammer 3 entgegen der Strömungsrichtung 17 bis zum Chargiergestell 5 erstreckt. Auf einer umlaufenden, oberen Stirnseite 21 der Leitmittel 19 liegt das Chargiergestell 5 ohne Spaltbildung dichtend an, so dass die Umfangswand 16 zusammen mit den umfangswandartigen Leitmittel 19 einen Vorströmungskanal bildet, der dem eigentlichen Strömungskanal 8, also dessen Mündungsöffnung 12 vorgeordnet ist. Aufgrund des sich außerhalb des Chargiergestells 5 innerhalb der Abschreckkammer 3 ausbildenden Staudrucks gelangt im Wesentlichen der gesamte Ab- schreckgasvolumenstrom durch das Chargiergestell 5 hindurch zum Strömungskanal 8.

Claims

Ansprüche
1 . Chargiergestell zur Aufnahme einer Charge von mittels Abschreckgas abzuschreckendem Abschreckgut (2), insbesondere metallischen Werkstücken,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Chargiergestell (5) eine umfangsgeschlossene, die Charge umschließende und dadurch einen, Bypassströmungen, verhindernden Strömungskanal (8) bildende Umfangswand (16) aufweist.
2. Chargiergestell nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Chargiergestell (5) zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständig, aus kohlefaserverstärkem Kohlenstoff ausgebildet ist.
3. Chargiergestell nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Chargiergestell (5) mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, frei durchströmbaren Flächenanteil aufweisenden, Boden (14) zum Tragen des Abschreckgutes (2) aufweist.
4. Chargiergestell nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (14) auf der Tragseite des Abschreckgutes (2) durch die Um- fangswand (16) überragt ist.
5. Chargiergestell nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (14) beidseitig durch die Umfangswand (16) überragt ist, vor- zugsweise derart, dass die Umfangswand (16) in einem Bereich zwischen dem Boden (14) und einem Strömungskanal (8) einer Abschreckvorrichtung (1 ) Leitmittel (19) bildet, die sämtliches, den Boden (14) durchströmendes Abschreckgas unmittelbar in den Strömungskanal leiten.
6. Chargiergestell nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der frei durchströmbare Flächenanteil des mit Abschreckgut (2) beladenen Bodens (14) aus einem Wertebereich zwischen etwa 0,4 bis 0,5 gewählt ist.
7. Chargiergestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich innerhalb der Umfangswand (16) zusätzlich zu der Umfangswand (16) keine weiteren, Strömungskanäle begrenzenden Wände vorgesehen sind.
8. Abschreckvorrichtung zum Abschrecken von Abschreckgut (2), insbesondere von metallischen Werkstücken, umfassend eine Abschreckkammer (3), mindestens ein in der Abschreckkammer (3) aufnehmbares, einen untersten Boden (14) aufweisendes Chargiergestell (5), vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen an die Abschreckkammer (3) strömungstechnisch angeschlosse- nen Strömungskanal (8) zur Ausbildung eines geschlossenen Strömungskreislaufes sowie mindestens ein Gebläse (9) zum Umwälzen des Abschreckgases in dem Strömungskreislauf,
dadurch gekennzeichnet,
dass Leitmittel (19) vorgesehen sind, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie sämtliches, den untersten Boden (14) des Chargiergestells (5) durchströmendes, Abschreckgas unmittelbar in den Strömungskanal (8) leiten.
9. Abschreckvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitmittel (19) Bestandteil des Chargiergestells (5) sind und dichtend in der Abschreckkammer (3) aufnehmbar sind, oder dass das Chargiergestell (5) dichtend an die einen Bestandteil der Abschreckkammer (3) und/oder des Strö- mungskanals (8) bildenden Leitmittel (19) andockbar, vorzugsweise aufsetzbar ist.
10. Abschreckvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungskreislauf ein Wärmetauscher (1 1 ) zum Entziehen von Wärme aus dem Abschreckgas angeordnet ist.
1 1. Abschreckvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungskreislauf, vorzugsweise in die Abschreckkammer (3), ein Gaseinlass mündet.
12. Abschreckvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Gebläse (9) eine Drehzahlregeleinrichtung (10) zugeordnet ist.
13. Abschreckvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläseleistung mindestens 100 kW, vorzugsweise mindestens 200 kW, weiter bevorzugt mindestens 700 kW beträgt.
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