[0001] Die Erfindung betrifft einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
· in einer mit Heizeinrichtungen ausgerüsteten Behandlungskammer, die thermisch isolierte
Wände mit verschließbaren Gasaustrittsöffnungen besitzt und einen Nutzraum mit Mantel-
und Stirnflächen enthält, der von parallel zur Hauptachse der Kammer ausgerichteten
Gaszuführungsrohren umgeben ist, die im Bereich der Mantelflächen des Nutzraumes radial
nach innen gerichtete Düsenbohrungen aufweisen,
· mit einem außerhalb der Behandlungskammer angeordneten Gebläse und einem Wärmetauscher,
wobei die Druckseite des Gebläses über einen Gasverteilungsraum mit den Gaszuführungsrohren
und der Ansaugstutzen des Gebläses während der Heizphase direkt mit der Behandlungskammer
und während der Kühlphase mit dem Wärmetauscher verbunden sind.
[0002] In der DE-PS 28 39 807 wird ein gattungsgemäßer Vakuumofen beschrieben. Er besteht
aus einem zylindrischen Druckgehäuse, in dem sich eine thermisch isolierte Behandlungskammer
mit Heizeinrichtungen befindet.
[0003] Zur Wärmebehandlung werden die Werkstücke im Nutzraum der Behandlungskammer auf einem
Chargenträger angeordnet und entweder unter Vakuum oder unter gleichzeitiger Umwälzung
eines Arbeitsgases auf die Austenitisierungstemperatur aufgeheizt. Die Umwälzung des
Arbeitsgases erfolgt dabei mittels eines außerhalb der Behandlungskammer angeordneten
Gebläses, das das Gas aus der Behandlungskammer absaugt und über einen Gasverteilungsraum
und davon ausgehende Gaszuführungsrohre unter Druck in die Behandlungskammer zurückbläst.
Die Gaszuführungsrohre sind parallel zur Hauptachse der Behandlungskammer angeordnet
und umgeben den Nutzraum mit den Werkstücken. Im Bereich des Nutzraumes weisen die
Gaszuführungsrohre Düsenbohrungen zur Beblasung der Werkstücke mit dem Arbeitsgas
auf.
[0004] Zur Kühlung oder Abschreckung der Werkstücke wird der Ansaugstutzen des Gebläses
von der Behandlungskammer abgetrennt und mit dem außerhalb der Behandlungskammer liegenden
Wärmetauscher verbunden. Gleichzeitig werden Gasaustrittsöffnungen in den thermisch
isolierten Wänden der Behandlungskammer freigegeben, so daß das Arbeitsgas jetzt aus
der Behandlungskammer austreten und nach Passieren des Wärmetauschers vom Gebläse
als Kühlgas wieder in die Behandlungskammer geblasen werden kann.
[0005] Alternativ zu der in der DE-PS 28 39 807 beschriebenen radialen Beblasung sind auch
einseitig axiale Beblasungen, einseitig axiale Beblasungen kombiniert mit radialer
Beblasung (DE-PS 32 08 574) und allseitige Beblasungen der Werkstücke bekannt.
[0006] Solche gattungsgemäßen Vakuumöfen werden insbesondere für das Härten von Werkzeugen
und Bauteilen aller Art aus verschiedenen Stahlsorten benutzt. Sie sind auch für andere
Wärmebehandlungen wie z.B. Glühen und Löten einsetzbar.
[0007] Die Qualität der Wärmebehandlung hängt im wesentlichen von der Art des Kühlvorganges
ab. Während der Kühlung der Werkstücke im Gasstrom muß eine größtmögliche Homogenität,
d.h. eine möglichst geringe Temperaturdifferenz der Werkstücke untereinander, erreicht
werden. Insbesondere bei großen Nutzraumabmessungen ist dies durch die bekannten Arten
der Beblasung nicht mehr gewährleistet. Die Eigenschaften der wärmebehandelten Teile
hängen mehr oder weniger stark von ihrer Positionierung im Nutzraum ab. Außerdem ist
ein Einfluß der Bauteilformen und -größen auf das Behandlungsergebnis feststellbar.
[0008] Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch verbesserte Gasführung
während des Abkühlprozesses die Gleichmäßigkeit des Behandlungsergebnisses für alle
Teile einer Charge zu zu erhöhen und eine optimale Anpassung der Kühlung an unterschiedliche
Bauteilformen und -größen zu ermöglichen.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
· daß in der Behandlungskammer senkrecht zur Hauptachse ein Zwischenboden mit zentraler
Gasdurchtrittsöffnung eingezogen ist, der von der Behandlungskammer einen dem Gebläse
und Gasverteilungsraum zugewandten Gasleitraum abtrennt,
· daß jedes Gaszuführungsrohr zwei zusätzliche radial nach innen gerichtete Gasauströmöffnungen
aufweist, von denen eine im Bereich des Gasleitraumes und die zweite an dem dem Gasverteilungsraum
abgewandten Ende des Gaszuführungsrohres außerhalb des Bereiches der Nutzraum-Mantelflächen
angebracht ist,
· daß die beiden zusätzlichen Gasausströmöffnungen eines Gaszuführungsrohres durch
Verschlußelemente geöffnet und geschlossen werden können,
· und daß die verschließbaren Gasaustrittsöffnungen sowohl in den Seitenwänden des
Gasleitraumes als auch in der dem Gasverteilungsraum abgewandten Wand der Behandlungskammer
angebracht sind.
[0010] In diesem erfindungsgemäßen Vakuumofen wird eine hohe Gleichmäßigkeit des Abkühlvorganges
für alle Werkstücke einer Charge dadurch erzielt, daß die Werkstücke während der Kühlphase
gleichzeitig radial und axial beblasen werden können. Dabei kann durch entsprechendes
wechselweises Öffnen und Schließen der zwei Verschlußelemente für die Gasausströmöffnungen
die Richtung der axialen Beblasung mehrmals während eines Kühlvorganges geändert werden.
[0011] Besonders vorteilhaft erweist es sich für den erfindungsgemäßen Vakuumofen, wenn
die Gaszuführungsrohre entsprechend der DE-PS 37 36 502 als Heizelemente ausgebildet
werden.
[0012] Dazu werden die Rohre im Bereich des Nutzraumes aus Heizleitermaterial gefertigt
und an externe Stromquellen angeschlossen. Die Heizrohre werden durch keramische Isolierstücke
von den übrigen Rohrleitungsteilen galvanisch getrennt.
[0013] Das Problem der Anpassung der Kühlbedingungen an unterschiedliche Werkstückformen
und -größen wird mit dem erfindungsgemäßen Vakuumofen in einfacher Weise dadurch gelöst,
daß das Verhältnis des axialen zu radialem Volumenstrom auch noch während der Wärmebehandlung
durch nur teilweises Öffnen und Schließen der Gasausströmöffnungen der Zuführungsrohre
auf beliebige Werte eingestellt werden kann. Das wird vorteilhafterweise dadurch ermöglicht,
daß die Verschlußelemente für die beiden Gasausströmöffnungen eines Zuführungsrohres
gebildet werden durch zwei im Zuführungsrohr gleitende Rohrstücke, die durch ein starres
Gestänge miteinander verbunden sind.
[0014] Bei geeigneter Wahl der Länge der Rohrstücke und ihres Abstands voneinander können
die beiden Gasausströmöffnungen eines Zuführungsrohres wechselweise durch axiale Verschiebung
der Verschlußanordnung zwischen zwei Endpositionen geöffnet und geschlossen werden.
Dadurch ist es möglich, die Richtung der axialen Beblasung zu ändern. Je nach Richtung
der axialen Beblasung gibt es zwei verschiedene Kühlphasen. In Kühlphase 1 erfolgt
die axiale Beblasung vom Gasleitraum her durch die zentrale Gasaustrittsöffnung des
Zwischenbodens hindurch. In Kühlphase 2 erfolgt die axiale Beblasung der Werkstücke
in umgekehrter Richtung, wobei das Arbeitsgas dann durch die zentrale Gasdurchtrittsöffnung
des Zwischenbodens aus dem Nutzraum abgesaugt wird. Der Zwischenboden sorgt in diesem
Fall für eine optimale Gasströmung im Nutzraum, wodurch eine hervorragende Homogenität
der Temperatur während des gesamten Kühlvorganges erreicht wird.
[0015] Darüberhinaus ermöglicht eine solche Verschlußanordnung bei geeigneter Dimensionierung
von Rohrstücklängen und Abstand die kontinuierliche Verstellung der axialen Volumenströme
während des Betriebes und auch das gleichzeitige Verschließen beider Gasausströmöffnungen
zur völligen Abschaltung der axialen Beblasung.
[0016] Die Verstellung der Verschlußanordnungen erfolgt vorteilhafterweise mit Verstelleinrichtungen,
die die Rohre axial verschieben können.
[0017] Besonders günstig ist es, das an dem dem Gasverteilungsraum abgewandten Ende der
Verschlußanordnung befindliche Rohrstück axial zu verschließen. Die Gaszuführungsrohre
können dann an ihrem Ende offen bleiben. Durch diese Maßnahme übt das in die Zuführungsrohre
gepreßte Arbeitsgas ständig eine axiale Kraft auf die Verschlußanordnungen und ihre
Verstelleinrichtungen aus. Es ist möglich, die Versteileinrichtungen so anzuordnen,
daß diese axiale Kraft als Zugkraft wirksam wird. Die Verstelleinrichtungen können
dann mit den Verschlußanordnungen durch einfache Seile oder Ketten verbunden werden.
Gleiches gilt für die Verbindung der beiden Rohrstücke einer Verschlußanordnung untereinander.
Eine knicksteife Auslegung dieser Verbindungen bis zu Arbeitstemperaturen von 1200°
C ist in diesem Fall nicht mehr notwendig.
[0018] In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vakuumofens werden die Verschlußelemente
für die beiden Gasausströmöffnungen eines Zuführungsrohres gebildet durch ein im Zuführungsrohr
gleitendes Schließrohr, das zwei zu den Gasausströmöffnungen korrespondierende Öffnungen
aufweist und das zwischen diesen Öffnungen im Bereich der Düsenbohrungen des Zuführungsrohres
ein axiales Langloch enthält, dessen Breite dem Durchmesser der Bohrungen entspricht.
[0019] Dieses Schließrohr wird im Gaszuführungsrohr so orientiert, daß das Langloch die
Düsenbohrungen freigibt.
[0020] Wie bei der zuvor besprochenen Verschlußanordnung aus zwei Rohrstücken und einer
Verbindungsstange können mit diesem Schließrohr die beiden Gasausströmöffnungen der
Gaszuführungsrohre durch axiale Verschiebung wechselweise geöffnet und geschlossen
werden.
[0021] Der Volumenstrom der axialen Beblasung läßt sich auch in diesem Fall noch während
des Betriebes des Ofens durch entsprechende Verschiebung des Schließrohres einstellen.
Darüberhinaus ist es mit dem Schließrohr auch möglich, den radialen Volumenstrom zu
verändern. Zu diesem Zweck sind vorzugsweise die zu den Gasausströmöffnungen korrespondierenden
Öffnungen der Schließrohre in einer Richtung tangential um die Breite des Langloches
vergrößert.
[0022] Somit kann durch Drehung des Schließrohres um seine Achse der radiale Volumenstrom
von seinem Maximalwert bis auf Null heruntergeregelt werden.
[0023] Die Verstellung der Schließrohre erfolgt vorteilhafterweise mit Verstelleinrichtungen,
die die Rohre sowohl axial verschieben als auch um ihre Längsachse um einen Winkel
verdrehen können, der dem radialen Öffnungswinkel der Düsenbohrungen entspricht.
[0024] Auch bei diesen Schließrohren ist es günstig, sie an ihrem dem Gasverteilungsraum
abgewandten Ende zu verschließen.
[0025] Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert:
[0026] Es zeigen
- Fig. 1:
- Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vakuumofen während der Heizphase.
- Fig. 2:
- Längsschnitt des Vakuumofens während Kühlphase 2.
- Fig. 3:
- Längsschnitt des Vakuumofens während Kühlphase 1.
- Fig. 4:
- Gaszuführungsrohr und Verschlußanordnung in verschiedenen Stellungen.
- Fig. 5:
- Gaszuführungsrohr und Schließrohr in verschiedenen Stellungen.
[0027] Figur 1 zeigt den Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vakuumofen in vertikaler
Aufstellung. In anderen Ausführungsformen sind auch horizontale Aufstellungen möglich.
[0028] Der Vakuumofen (1) besteht aus einem Druckzylinder (2), der oben und unten durch
Klöpperböden verschlossen ist. Der untere Klöpperboden dient gleichzeitig als Tür
(3) und kann zur Chargierung des Ofens abgesenkt werden.
[0029] Der Ofen (1) enthält eine Behandlungskammer (5, ein oberhalb der Kammer angeordnetes
Gebläse (19) mit Gasverteilungsraum (21) und einen Wärmetauscher (26) zwischen der
Oberkante der Behandlungskammer (5) und dem Gasverteilungsraum (21) zur Kühlung des
Arbeitsgases während des Kühlvorganges. Der Ofen weist weiterhin diverse Schiebedurchführungen
(17,18,40) in der Ofenwandung für die Betätigung von Verschlußklappen und Schiebern
zur Steuerung der Gasströme auf. Die Hauptachse der Behandlungskammer fällt mit der
Längsachse (4) des Ofens zusammen.
[0030] Die Behandlungskammer (5) wird von Seitenwänden (6), Bodenplatte (9) und Deckplatte
(7) gebildet, die alle aus hochtemperaturbeständigem und thermisch isolierendem Material
bestehen. Die Kammer (5) enthält einen für die Wärmebehandlung der Werkstücke nutzbaren
Raum (27), der von gedachten Mantel (28)-und Stirnflächen (29) begrenzt wird, die
parallel bzw. senkrecht zur Hauptachse (4) der Behandlungskammer (5) angeordnet sind.
[0031] Zur Optimierung der Strömungsverhältnisse in der Behandlungskammer (5) ist in die
Kammer oberhalb des Nutzraumes (27) ein erfindungsgemäßer Zwischenboden (10) mit einer
zentralen Gasdurchtrittsöffnung (11) senkrecht zur Hauptachse der Kammer eingezogen.
Der Zwischenboden (10) trennt von der Behandlungskammer einen Gasleitraum (12) ab.
Die Deckplatte (7) der Behandlungskammer ist auch gleichzeitig Deckplatte des Gasleitraumes
(12) und besitzt eine zentrale Absaugöffnung (8), die mittels einer Schieberanordnung
(22) an den Absaugstutzen (20) des Gebläses (19) angeschlossen werden kann. In den
Seitenwänden (6) der Behandlungskammer befinden sich erfindungsgemäß oberhalb des
Zwischenbodens 4 Gasaustrittsöffnungen (13) und in der Bodenplatte eine zentral angeordnete
Austrittsöffnung (15). Diese Gasaustrittsöffnungen können durch Klappen (14,16) verschlossen
werden. Im geöffneten Zustand schaffen diese Gasaustrittsöffnungen wie in Figur 2
dargestellt eine Verbindung vom Gasleitraum (12) zum Wärmetauscher (26), bzw. wie
in Figur 3 dargestellt vom Nutzraum (27) um die Behandlungskammer herum zum Wärmetauscher.
[0032] Die Schieberanordnung (22) in der Absaugöffnung (8) der Deckplatte (7) der Behandlungskammer
besteht, wie in DE-PS 39 10 234 beschrieben, aus zwei koaxialen Zylindern (23,24)
und weist zwei Schaltstellungen I und II auf. In Stellung I ist der innere Zylinder
(23) - wie schon beschrieben - mit dem Absaugstutzen (20) des Gebläses (19) verbunden,
während er in Stellung II, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, gegen eine Prallplatte (25)
gefahren ist, die sich in dem von der Behandlungskammer (5) abgetrennten Gasleitraum
(12) befindet.
[0033] In dieser Schaltstellung der Schieberanordnung (22) ist somit die Absaugöffnung (8)
in der Deckplatte (7) verschlossen und gleichzeitig der Absaugstutzen (20) des Gebläses
mit dem zwischen Behandlungskammer (5) und Gasverteilungsraum (21) angeordneten Wärmetauscher
(26) verbunden.
[0034] In Stellung I der Schieberanordnung preßt das Gebläse (19) das aus der Behandlungskammer
(5) abgesaugte Arbeitsgas in den Gasverteilungsraum (21) und von dort in Gaszuführungsrohre
(31), die parallel zur Hauptachse (4) in die Behandlungskammer (5) hineinreichen und
zwischen der Mantelfläche (28) des Nutzraumes (27) und den Seitenwänden (6) der Kammer
(5) bis nahe an die Bodenplatte (9) herangeführt sind. Die Gaszuführungsrohre (31)
umgeben den Nutzraum in einer regelmäßigen Anordnung.
[0035] Zur radialen Beblasung der im Nutzraum auf einem Chargenträger (30) angeordneten
Werkstücke sind die Gaszuführungsrohre (31) im Bereich der Mantelfläche (28) des Nutzraumes
(27) mit radial nach innen gerichteten Düsenbohrungen (32) versehen.
[0036] In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sind die Gaszuführungsrohre im
Bereich des Nutzraumes gleichzeitig als Heizer ausgebildet. Dazu sind die Gaszuführungsrohre
(31) in diesem Teil der Behandlungskammer aus Heizleitermaterial gefertigt und elektrisch
gegenüber den restlichen Teilen der Zuführungsrohre unterhalb des Zwischenbodens durch
Keramik-Rohrstücke (33) isoliert.
[0037] Die axiale Beblasung der Werkstücke wird erfindungsgemäß durch jeweils zwei zusätzliche
radiale Gasausströmöffnungen (34,35) in jedem Gaszuführungsrohr (31) realisiert. Die
Ausströmöffnungen liegen jeweils ober- und unterhalb der Stirnflächen des Nutzraumes.
Die oberen Ausströmöffnungen (35) sind dabei noch oberhalb des Zwischenbodens (10)
im Gasleitraum (12) angeordnet, während die unteren Gasausströmöffnungen (34) der
Zuführungsrohre auf Höhe des Chargenträgers (30) angebracht sind.
[0038] Mit den beschriebenen Gasausströmöffnungen (34,35) können die Werkstücke im Nutzraum
(27) abwechselnd axial beblasen werden. Hierzu werden die oberen und unteren Ausströmöffnungen
wechselweise durch Verschlußelemente (36,37) geöffnet und geschlossen. Das aus den
Ausströmöffnungen austretende Arbeitsgas strömt zunächst ober- bzw. unterhalb der
jeweils benachbarten Stirnfläche des Nutzraumes radial nach innen und wird dann von
dem zur gegenüberliegenden Stirnfläche des Nutzraumes herrschenden Druckgefälle umgelenkt
und bebläst die benachbarte Stirnfläche axial.
[0039] Damit der Chargenträger (30) die axiale Beblasung der unteren Stirnfläche nicht behindert,
ist er gasdurchlässig aus radialen Speichen aufgebaut.
[0040] Die Verschlußanordnung für die Ausströmöffungen (34,35) bestehen in dem vorliegenden
Beispiel des erfindungsgemäßen Vakuumofens aus zwei in den Zuführungsrohren gleitenden
Rohrstücken (36,37), die durch eine Stange (38) starr miteinander verbunden sind.
[0041] Die starre Verbindung (38) der beiden Rohrstücke ist bis in den Gasverteilungsraum
(21) hinein verlängert, wo die Verschlußanordnungen aller Gaszuführungsrohre durch
einen gemeinsamen Rahmen (39) miteinander verbunden sind. An diesem Rahmen (39) greifen
Verchiebeeinrichtungen (40) zum Öffnen und Schließen der Gasausströmöffnungen an.
[0042] Fig. 4a) zeigt die Anordnung der Düsenbohrungen (32) und Gasausströmöffnungen (34,35)
längs eines Gaszuführungsrohres (31). Die Figuren 4b) bis 4d) zeigen einen Schnitt
durch das Zuführungsrohr (31) mit der Verschlußanordnung bestehend aus den beiden
Rohrstücken (36,37) und der Verbindungsstange (38) in drei verschiedenen Stellungen.
[0043] Die Länge der beiden Rohrstücke ist in dem vorliegenden Beispiel gleich dem doppelten
Durchmesser der Gasausströmöffnungen (34,35) gewählt und ihr Abstand entspricht dem
Abstand der Ausströmöffnungen vermindert um deren Durchmesser.
[0044] Aus der folgenden Tabelle können die zu den drei Stellungen b, c und d) der Schließanordnung
gehörigen Schließzustände der Öffnungen des Gaszuführungsrohres entnommen werden.
Tabelle 1
|
obere Ausströmöffnung (35) |
Düsenbohrungen (32) |
untere Ausströmöffnung (34) |
Stellung b |
offen |
offen |
geschlossen |
Stellung c |
geschlossen |
offen |
geschlossen |
Stellung d |
geschlossen |
offen |
offen |
[0045] Durch entsprechende Zwischenstellungen kann der aus den Gasausströmöffnungen austretende
Volumenstrom auf benötigte Werte eingestellt werden.
[0046] In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vakuumofens sind die beiden
separaten Rohrstücke (36,37) durch ein einziges, langes Schließrohr (41) ersetzt.
Das Schließrohr besitzt zum Öffnen und Schließen der Gasausströmöffnungen (34,35)
des Zuführungsrohres (31) Öffnungen (42,43), deren Abstand voneinander um das Doppelte
des Durchmessers der Gasausströmöffnungen (34,35) kleiner als der Abstand der Gasausströmöffnungen
ist. Zur Freigabe der Düsenbohrungen (32) des Zuführungsrohres (31) weist das Schließrohr
(41) zwischen den beiden Öffnungen (42,43) ein axiales Langloch (44) auf, dessen Breite
dem Durchmesser der Düsenbohrungen entspricht und dessen Länge gleich dem Abstand
der äußersten Düsenbohrungen zuzüglich des Durchmessers einer Düsenbohrung und des
doppelten Durchmessers der Gasausströmöffnungen ist.
[0047] Figur 5 zeigt ein Gaszuführungsrohr (31) und ein dazugehöriges Schließrohr (41) in
den zu Figur 4 entsprechenden Arbeitsstellungen, für die auch Tabelle 1 gilt.
[0048] Zur Regelung des radialen Volumenstromes sind die Öffnungen (42,43) des Schließrohres
tangential um die Breite des Langloches (44) vergrößert. Durch axiale Drehung des
Schließrohres können somit die Düsenbohrungen (32) ohne Beeinflussung der Gasausströmöffnungen
verschlossen werden.
[0049] Die Wärmebehandlung der Werkstücke läuft in dem erfindungsgemäßen Vakuumofen in drei
Phasen ab, nämlich Heizphase, Kühlphase 1 und Kühlphase 2.
[0050] Zur Chargierung des Ofens wird die Tür (3) mitsamt Chargenträger (30) und Bodenplatte
(9) der Behandlungskammer (5) abgesenkt und der Chargenträger mit den Werkstücken
beladen.
[0051] Nach Schließen der Ofentür wird der Ofen auf ca. 1 Pa evakuiert und anschließend
mit Stickstoff geflutet. Danach beginnt die Heizphase.
[0052] Während der Heizphase ist der Absaugstutzen (20) des Gebläses (19) wie in Fig. 1
dargestellt mit der Behandlungskammer (5) verbunden, d.h. die Schieberanordnung (22)
befindet sich in Schaltstellung I. Alle Gasaustrittsöffnungen (13,15) der Behandlungskammer
sind geschlossen, ebenso wie die oberen Gasausströmöffnungen (35) im Gasleitraum (12).
[0053] Das Gebläse (19) wälzt das von den Heizrohren erhitzte Arbeitsgas über Gasverteilungsraum
(21), Gaszuführungsrohre (31), Nutzraum (27) und Gasleitraum (12) im Ofen unter einem
Druck von 0,2-0,3 MPa um. Die Strömungspfeile (45) in Figur 1 verdeutlichen den Weg
des Arbeitsgases beim Heizen. Nach ca. 1 Stunde Heizzeit ist die Austenitisierungstemperatur
der Werkstücke erreicht und die Kühlung kann eingeleitet werden.
[0054] Beim Kühlvorgang ist der Absaugstutzen (20) des Gebläses wie in den Figuren 2 und
3 gezeigt mit dem Wärmetauscher (26) verbunden, d.h. die Schieberanordnung (22) befindet
sich in Schaltstellung II und verschließt damit die Absaugöffnung (8) in der Deckplatte
(7) der Behandlungskammer.
[0055] Beim Abkühlen der Werkstücke wird abwechselnd zwischen Kühlphase 1 und Kühlphase
2 hin- und hergeschaltet. Während Kühlphase 2 sind, wie in Figur 2 gezeigt, die Gasaustrittsöffnungen
(13) des Gasleitraumes geöffnet und die oberen Gasausströmöffnungen (35) der Gaszuführungsrohre
(31) ebenso wie die Gasaustrittsöffnung (15) in der Bodenplatte (9) geschlossen.
[0056] Die Beblasung der Werkstücke unter einem Druck von 0,6-1 MPa erfolgt jetzt radial
und gleichzeitig axial aus den unteren Gasausströmöffnungen (34) von unten nach oben.
[0057] Das Arbeitsgas verläßt die Behandlungskammer (5) durch die zentrale Gasdurchtrittsöffnung
(11) des erfindungsgemäßen Zwischenbodens (10) und durch die Gasaustrittsöffnungen
(13) des Gasleitraumes (12) und wird beim Vorbeiströmen am Wärmetauscher (26) gekühlt,
bevor es vom Gebläse (19) angesaugt und erneut in die Behandlungskammer gepreßt wird
(siehe Strömungspfeile (45) in Figur 2).
[0058] Während Kühlphase 1 sind, wie in Figur 3 gezeigt , die Gasaustrittsöffnungen (13)
des Gasleitraumes (12) sowie die unteren Gasausströmöffnungen (34) der Zuführungsrohre
(31) geschlossen, während die oberen Gasausströmöffnungen (35) der Zuführungsrohre
ebenso wie die Gasaustrittsöffnung (15) in der Bodenplatte (9) der Behandlungskammer
geöffnet sind. Die Werkstücke werden in dieser Kühlphase radial und gleichzeitig axial
aus den oberen Gasausströmöffnungen von oben nach unten beblasen (siehe Strömungspfeile
(45) in Figur 3).
[0059] Der gesamte Kühlvorgang dauert je nach Größe des Vakuumofens und je nach Werkstückart
zwischen 30 und 60 Minuten. Während dieser Zeit wird mehrfach zwischen Kühlphase 1
und Kühlphase 2 hin- und hergeschaltet. Die Umschaltfrequenz liegt bei 1/min. Sie
ist nach oben auf Werte von 2-3/min wegen der Trägheit der zu schaltenden Gasmassen
begrenzt.
[0060] Ausschlaggebend für eine hervorragende Homogenität der Temperatur für alle Werkstücke
im Nutzraum während des gesamten Kühlvorganges ist in dem erfindungsgemäßen Vakuumofen
die gleichzeitige radiale und reversierbare axiale Beblasung der Werkstücke.
[0061] Durch den erfindungsgemäßen Zwischenboden wird die Gasströmung in der Behandlungskammer
optimiert.
[0062] Versuche haben ergeben, daß das optimale Volumenstromverhältnis zwischen axialer
und radialer Beblasung für viele Werkstückformen und -größen zwischen den Werten 20:80
bis 80:20 liegt. Das für die jeweilige Werkstückart optimale Verhältnis kann erfindungsgemäß
noch während des Kühlvorganges durch nur teilweises Öffnen der Gasausströmöffnungen
eingestellt werden.
Bezugsziffernliste
[0063]
- 1
- : Vakuumofen
- 2
- : Druckgehäuse
- 3
- : Klöpperboden, Ofentür
- 4
- : Längsachse des Ofens, Hauptachse der Behandlungskammer
- 5
- : Behandlungskammer
- 6
- : Seitenwand
- 7
- : Deckplatte
- 8
- : Absaugöffnung
- 9
- : Bodenplatte
- 10
- : Zwischenboden
- 11
- : zentrale Gasdurchtrittsöffnung
- 12
- : Gasleitraum
- 13
- : Gasaustrittsöffnung
- 14
- : Verschlußklappe
- 15
- : Gasaustrittsöffnung
- 16
- : Verschlußklappe
- 17,18
- : Verschiebeeinrichtung
- 19
- : Gebläse
- 20
- : Ansaugstutzen
- 21
- : Gasverteilungsraum
- 22
- : Schieber
- 23
- : inneres Rohr
- 24
- : äußeres Rohr
- 25
- : Prallplatte
- 26
- : Wärmetauscher
- 27
- : Nutzraum
- 28
- : Mantelfläche
- 29
- : Stirnflächen
- 30
- : Chargenträger
- 31
- : Gaszuführungsrohr
- 32
- : Düsenbohrung
- 33
- : Isolierstück
- 34,35
- : Gasausströmöffnung
- 36,37
- : Rohrstück
- 38
- : Gestänge
- 39
- : Rahmen
- 40
- : Verschiebeeinrichtung
- 41
- : Schließrohr
- 42,43
- : Öffnungen
- 44
- : Langloch
- 45
- : Strömungspfeile
1. Vakuumofen (1) zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
· in einer mit Heizeinrichtungen ausgerüsteten Behandlungskammer (5), die thermisch
isolierte Wände (6,7,9) mit verschließbaren Gasaustrittsöffnungen (13,15) besitzt
und einen Nutzraum (27) mit Mantel- und Stirnflächen (28,29) enthält, der von parallel
zur Hauptachse der Kammer ausgerichteten Gaszuführungsrohren (31) umgeben ist, die
im Bereich der Mantelflächen (28) des Nutzraumes radial nach innen gerichtete Düsenbohrungen
(32) aufweisen,
· mit einem außerhalb der Behandlungskammer (5) angeordneten Gebläse (19) und einem
Wärmetauscher (26), wobei die Druckseite des Gebläses über einen Gasverteilungsraum
(21) mit den Gaszuführungsrohren (31) und der Ansaugstutzen (20) des Gebläses während
der Heizphase direkt mit der Behandlungskammer (5) und während der Kühlphase mit dem
Wärmetauscher (26) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
· daß in der Behandlungskammer (5) senkrecht zur Hauptachse (4) ein Zwischenboden
(10) mit zentraler Gasdurchtrittsöffnung (11) eingezogen ist, der von der Behandlungskammer
(5) einen dem Gebläse (19) und Gasverteilungsraum (21) zugewandten Gasleitraum (12)
abtrennt,
· daß jedes Gaszuführungsrohr (31) zwei zusätzliche radial nach innen gerichtete Gasausströmöffnungen
(34,35) aufweist, von denen eine Öffnung (35) im Bereich des Gasleitraumes (12) und
die zweite (34) an dem dem Gasverteilungsraum (12) abgewandten Ende des Gaszuführungsrohres
außerhalb des Bereiches der Nutzraum-Mantelflächen (28) angebracht ist,
· daß die beiden zusätzlichen Gasausströmöffnungen (34,35) eines Gaszuführungsrohres
durch Verschlußelemente (36,37) geöffnet und geschlossen werden können,
· und daß die verschließbaren Gasaustrittsöffnungen (13,15) sowohl in den Seitenwänden
(6) des Gasleitraumes (12) als auch in der dem Gasverteilungsraum (21) abgewandten
Wand (9) der Behandlungskammer (5) angebracht sind.
2. Vakuumofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaszuführungsrohre (31) gleichzeitig als Heizelemente ausbebildet sind.
3. Vakuumofen nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschlußelemente für die beiden Gasausströmöffnungen (34,35) eines Zuführungsrohres
(31) gebildet werden durch zwei im Zuführungsrohr gleitende Rohrstücke (36,37), die
durch ein starres Gestänge miteinander verbunden sind.
4. Vakuumofen nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die miteinander verbundenen Rohrstücke (36,37) mit Verstelleinrichtungen versehen
sind, die die Rohrstücke (36,37) axial verschieben können.
5. Vakuumofen nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das an dem dem Gasverteilungsraum (21) abgewandten Ende des Zuführungsrohres (31)
befindliche Rohrstück (36) axial verschlossen ist.
6. Vakuumofen nach Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschlußelemente für die beiden Gasausströmöffnungen (34,35) eines Zuführungsrohres
(31) gebildet werden durch ein im Zuführungsrohr (31) gleitendes Schließrohr (41),
das zwei zu den Gasausströmöffnungen (34,35) korrespondierende Öffnungen (42,43) aufweist
und das zwischen diesen Öffnungen im Bereich der Düsenbohrungen (32) des Zuführungsrohres
(31) ein axiales Langloch (44) enthält, dessen Breite dem Durchmesser der Bohrungen
(32) entspricht.
7. Vakuumofen nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zu den Gasausströmöffnungen (34,35) korrespondierenden Öffnungen (42,43) der
Schließrohre (41) in einer Richtung tangential um die Breite des Langlochs (44) vergrößert
sind.
8. Vakuumofen nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließrohre (41) mit Verstelleinrichtungen versehen sind, die die Rohre sowohl
axial verschieben als auch um ihre Längsachse um einen Winkel verdrehen können, der
dem radialen Öffnungswinkel der Düsenbohrungen (32) entspricht.
9. Vakuumofen nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließrohre (41) an dem dem Gasverteilungsraum (21) abgewandten Ende verschlossen
sind.
1. Vacuum furnace (1) for the heat treatment of metal workpieces
in a treatment chamber (5), which is equipped with heating devices, has thermally
insulated walls (6, 7, 9) with closable gas outlet openings (13, 15) and contains
a setting space (27) with lateral and end surfaces (28, 29), which is surrounded by
gas supply pipes (31), which are aligned parallel to the principal axis of the chamber
and have radially inwardly directed nozzle bores (32) in the region of the lateral
surfaces (28) of the setting space,
having a blower (19), which is disposed outside of the treatment chamber (5), and
a heat exchanger (26), the delivery end of the blower being connected by a gas distribution
chamber (21) to the gas supply pipes (31) and the suction connection (20) of the blower
being connected during the heating phase directly to the treatment chamber (5) and
during the cooling phase to the heat exchanger (26),
characterized in that
an intermediate bottom (10) having a central gas through opening (11) is inserted
in the treatment chamber (5) at right angles to the principal axis (4) and separates
a gas-directing chamber (12) adjacent to the blower (19) and the gas distribution
chamber (21) from the treatment chamber (5),
that each gas supply pipe (31) has two additional, radially inwardly directed gas
discharge openings (34, 35), of which one opening (35) is provided in the region of
the gas-directing chamber (12) and the second opening (34) is provided at the end
of the gas supply pipe remote from the gas distribution chamber (12), outside of the
region of the setting space lateral surfaces (28),
that the two additional gas discharge openings (34, 35) of a gas supply pipe may
be opened and closed by means of closure elements (36, 37),
and that the closable gas outlet openings (13, 15) are provided both in the side
walls (6) of the gas-directing chamber (12) and in the wall (9) of the treatment chamber
(5) remote from the gas distribution chamber (21).
2. Vacuum furnace according to claim 1,
characterized in that
the gas supply pipes (31) simultaneously take the form of heating elements.
3. Vacuum furnace according to claims 1 or 2,
characterized in that
the closure elements for the two gas discharge openings (34, 35) of a supply pipe
(31) are formed by two pipe pieces (36, 37), which slide in the supply pipe and are
connected to one another by a rigid linkage.
4. Vacuum furnace according to claim 3,
characterized in that
the interconnected pipe pieces (36, 37) are provided with adjusting devices which
may axially displace the pipe pieces (36, 37).
5. Vacuum furnace according to claim 4,
characterized in that
the pipe piece (36) situated at the end of the supply pipe (31) remote from the gas
distribution chamber (21) is axially closed.
6. Vacuum furnace according to claims 1 or 2,
characterized in that
the closure elements for the two gas discharge openings (34, 35) of a supply pipe
(31) are formed by a closure pipe (41), which slides in the supply pipe (31), has
two openings (42, 43) corresponding to the gas discharge openings (34, 35) and contains,
between said openings, in the region of the nozzle bores (32) of the supply pipe (31)
an axial oblong hole (44), whose width corresponds to the diameter of the bores (32).
7. Vacuum furnace according to claim 6,
characterized in that
the openings (42, 43) of the closure pipes (41) corresponding to the gas discharge
openings (34, 35) are enlarged in one direction tangentially by the width of the oblong
hole (44).
8. Vacuum furnace according to claim 7,
characterized in that
the closure pipes (41) are provided with adjusting devices, which may both displace
the pipes axially and rotate them about their longitudinal axis through an angle which
corresponds to the radial approach angle of the nozzle bores (32).
9. Vacuum furnace according to claim 8,
characterized in that
the closure pipes (41) are closed at the end remote from the gas distribution chamber
(21).
1. Four sous vide (1) pour le traitement thermique de pièces métalliques, qui possède
dans une chambre de traitement (5) des parois thermiquement isolées (6, 7, 9), avec
des orifices de sortie de gaz (13, 15) obturables et contient une chambre utile (27)
avec des surfaces d'enveloppe et des faces frontales (28, 29), qui est entourée de
tubes d'arrivée de gaz (31) dirigés parallèlement à l'axe principal de la chambre,
qui présentent dans le domaine des surfaces d'enveloppe (28) de la chambre utile des
trous de buse (32) dirigés radialement vers l'intérieur, avec un ventilateur (19)
disposé à l'extérieur de la chambre de traitement (5) et un échangeur de chaleur (26),
le côté de refoulement du ventilateur étant relié par une chambre de répartition de
gaz (21) aux tubes d'arrivée de gaz (31) et la tubulure d'aspiration (20) du ventilateur
pendant la phase de chauffage directement à la chambre de traitement (15) et pendant
la phase de refroidissement à l'échangeur de chaleur (26), caractérisé en ce que
- dans la chambre de traitement (5) perpendiculairement à l'axe principal, se trouve
une plaque intermédiaire (10) avec un orifice central de passage (11) de gaz qui sépare
de la chambre de traitement (5) une chambre d'introduction de gaz (12) dirigée vers
le ventilateur (19) et la chambre de répartition de gaz (21),
- chaque tube d'arrivée de gaz (31) présente deux orifices (34, 35) de sortie de gaz
supplémentaires dirigés radialement vers l'intérieur, dont un orifice (35) est disposé
dans le domaine de la chambre d'introduction de gaz (12) et le deuxième (34) est disposé
à l'extrémité du tube d'arrivée de gaz opposée à la chambre de répartition de gaz
(12) en dehors du domaine des surfaces enveloppe (28) de la chambre utile,
- on peut ouvrir ou fermer les deux orifices supplémentaires (34, 35) d'un tube d'arrivée
de gaz par des éléments d'obturation (36, 37),
- et les orifices de sortie de gaz obturables (13, 15) sont disposés aussi bien dans
les parois latérales (6) de la chambre d'introduction de gaz que dans la paroi (9)
de la chambre de traitement (5) opposée à la chambre de répartition de gaz (21).
2. Four sous vide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes d'arrivée
de gaz (31) sont réalisés simultanément en élément chauffants.
3. Four sous vide selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments
d'obturation des deux orifices de sortie de gaz (34, 35) d'un tube d'arrivée de gaz
(31) sont constitués par deux pièces de tube (36, 37) coulissant dans le tube d'arrivée,
qui sont reliées par une tige rigide.
4. Four sous vide selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pièces de tube
(36, 37) reliées ensemble sont munies de dispositifs de réglage, qui peuvent déplacer
axialement les pièces de tube (36, 37).
5. Four sous vide selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce de tube (36)
se trouvant à l'extrémité du tube d'arrivée (31) opposée à la chambre de répartition
du gaz (21) est obturée axialement.
6. Four sous vide selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments
d'obturation des deux orifices de sortie de gaz (34, 35) d'un tube d'arrivée (31)
sont formés par un tube d'obturation (41) coulissant dans le tube d'arrivée (31),
qui présente deux orifices (42, 43) correspondant aux orifices de sortie de gaz (34,
35) et qui comprend entre ces orifices dans le domaine des trous de buse (32) du tube
d'arrivée (31) un trou oblong (44) axial dont la largeur correspond au diamètre des
trous (32).
7. Four sous vide selon la revendication 6, caractérisé en ce que les orifices (42, 43)
des tubes d'obturation (41) correspondant aux orifices de sortie de gaz (34, 35) sont
agrandis dans le sens tangentiel de la largeur du trou oblong (44).
8. Four sous vide selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes d'obturation
(41) sont équipés de dispositifs de déplacement, qui déplacent les tubes aussi bien
axialement qu'en rotation autour de leur axe longitudinal d'un angle qui correspond
à l'angle d'ouverture radial des trous de buse (32).
9. Four sous vide selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tubes d'obturation
(41) sont fermés à l'extrémité opposée à la chambre de répartition de gaz (21).