Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Werkstücken

Abstract

 Bei einem mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke, mit einem die Heizkammer zur Aufnahme der Werkstückcharge einschließenden, an eine Vakuumpumpe angeschlossenen über einen unteren Gehäusedeckel (3) zu öffnenden Gehäuse (2) mit in die Heizkammer einmündenden Gaseinlaß-und Gasauslaßöffnungen, mit einer Motor-Gebläse-Einheit, deren Gebläserad das Kühlgas umwälzt und einem Heizaggregat, ist ein am Gehäusedeckel (3) gelagertes um eine vertikale Achse (A) drehbares Bodenteil (7) eines Chargiertisches (8) vorgesehen mit einem auf diesem Bodenteil (7) angeordneten Heizaggregat (37, 37', ...) und mit einem oberhalb des Heizaggregats (37, 37', ...) gehaltenen, aus Gitterstäben (34, 34', ...) gebildeten Rost zur Ablage der Werkstückcharge und mit einer unterhalb des Heizaggregats (37, 37', ...) angeordneten Isolierplatte (43, 44), wobei das Bodenteil (7) an seiner Unterseite mit einem Lagerzapfen (15) verbunden ist, der abgedichtet durch einen Lagerring (5) am Gehäusedeckel (3) hindurchgeführt ist und der über eine Welle (16) mit einem motorischen Antrieb (19) gekoppelt ist, über den das Bodenteil (7) und damit der Chargentisch (8) drehbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere einen mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke, mit einem die Heizkammer zur Aufnahme der Werkstückcharge einschließenden, an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Gehäuse mit in die Heizkammer einmündende Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen, einer Motor-Gebläse-Einheit, deren Gebläserad das Kühlgas umwälzt und einem Heizaggregat.

[0002] Es ist ein Vakuumofen zur Wärmebehandlung einer Charge aus metallischen Werkstücken bekannt (DOS 34 16 902), bei dem der Behälter nach dem Einsetzen der Charge evakuiert und mit Schutzgas geflutet wird, wobei die Charge anschließend durch Heizen und durch Gasumwälzung bis auf die maximal zulässige Arbeitstemperatur der Umwälzeinrichtung erwärmt wird und hiernach mit ruhendem Schutzgas oder unter Vakuum im wesentlichen durch Strahlungswärme auf eine gewünschte Endtemperatur der Wärmebehandlung erwärmt wird. Die Vorrichtung ist dazu mit einem verschließbaren Stahlbehälter und einer inneren Heizkammer zur Aufnahme der Charge und mit einem Gasgebläse sowie einer Gasleiteinrichtung zur Erzeugung einer Umwälzströmung durch die Heizkammer versehen. Der im wesentlichen kreiszylindrische Stahlbehälter ist auf einer ortsfesten Trägerkonstruktion abgestützt, wobei seine Längsachse lotrecht ausgerichtet ist und wobei ein Oberteil von seinem abgestützten Unterteil abhebbar ist. Die Charge selbst ruht auf einem Traggestell, das seinerseits auf dem Gehäusedeckel des Unterteils abgestützt ist.

[0003] Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die ungleichmäßige Aufheizung und auch Abkühlung der Charge, insbesondere infolge der nur im Bereich des mittleren Gehäuseteils angeordneten Heizelemente und des nur die Charge in einer Richtung und peripher umströmenden Kühlgasstrom.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Vorrichtung vermeidet, so daß z.B. auch rotationssymmetrische dünnwandige Werkstücke an deren Formtreue höchste Ansprüche gestellt werden, wärmebehandelt werden können, ohne daß eine spätere Nachbehandlung wegen des möglichen Verzugs oder der Rißbildung der Werkstücke notwendig wird.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein am unteren Gehäusedeckel gelagertes, um eine vertikale Achse drehbares Bodenteil eines Chargentisches mit einem auf diesem Bodenteil angeordneten Heizaggregat und mit einem oberhalb des Heizaggregats vorgesehenen, aus Gitterstäben gebildeten Rost zur Ablage der Werkstückcharge und mit einer unterhalb des Heizaggregats angeordneten Isolierplatte, wobei das Bodenteil an seiner Unterseite mit einem Lagerzapfen verbunden ist, der abgedichtet durch einen Lagerring am Gehäusedeckel hindurchgeführt ist und der über eine Welle mit einem motorischen Antrieb gekoppelt ist, über den das Bodenteil drehbar ist.

[0006] Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

[0007] Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der anliegenden Zeichnung näher dargestellt, die den Teilschnitt durch den unteren Teil der Vakuumkammer eines Industrieofens zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke zeigt, wobei am unteren Gehäusedeckel der Vakuumkammer der drehbare Tisch für die zu behandelnden Werkstücke angeordnet ist.

[0008] Ein Vakuum-Wärmebehandlungsofen der infragestehenden Art besteht üblicherweise aus einem hohlzylindrischen Gehäuse, dessen eine Stirnwand von einem Deckel verschließbar ist, einem an der anderen Stirnwand des Gehäuses angeordneten Gebläsemotor mit Gebläserad, einer im Gehäuseinnern angeordneten hohlzylindrischen Chargenkammer mit einem in diese einsetzbaren Chargenkorb oder Auflagerost, in den bzw. auf das wiederum die zu behandelnden Werkstücke auflegbar sind, mehreren sich bis in die unmittelbare Nachbarschaft des Auflagerostes erstreckenden, parallel zur Gehäuselängsachse ausgerichteten Heizrohren, einem zwischen dem Gebläsemotor und dem Auflagerost im Innenraum des Gehäuses vorgesehenen Gebläsegehäuse und einem im Ringraum zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand der Chargenkammer untergebrachten, aus einer von einem Kältemittel durchströmten Rohrschlange bestehenden Wärmetauscher.

[0009] Der Wärmebehandlungsofen ist in der Regel über eine Saugleitung an eine Vakuumpumpe angeschlossen, deren Absaugstutzen in einen Kamin einmündet, wobei die Saugleitung durch ein Evakuierventil absperrbar ist. In das hohlzylindrische Gehäuse münden die Gas-Einlaßleitungen ein, die mit Gasbehältern verbunden sind und in die Ventile eingeschaltet sind, über die die beiden Leitungen absperrbar sind.

[0010] Die Abbildung zeigt nur den unteren Gehäusedeckel 3, der auf einem Gestell ruht, von dem nur eine der Stützen 4 dargestellt ist und der mit einem Lagerring 5 fest verschweißt ist, auf dem ein Traglager 6 angeordnet ist (Kugeldrehverbindung), auf dem wiederum das Bodenteil 7 des drehbaren Chargentischs 8 aufliegt. Der Chargentisch 8 ist an seiner Unterseite mit Schleifringen 9, 10 versehen, die mit Stromkontakten 11, 12 korrespondieren, deren Halterungen 13, 14 fest mit dem Gehäusedeckel 3 verbunden sind und die so ausgebildet sind, daß die oberen Stirnflächen der Stromkontakte 11, 12 mit einer bestimmten Vorspannung an den Schleifringen 9, 10 anliegen. Die Unterseite des Bodenteils 7 des Chargentischs 8 weist einen Lagerzapfen 15 auf, der gegenüber dem Lagerring 5 abgedichtet ist und der nach unten zu um eine Welle 16 verlängert ist, auf der die Riemenscheibe 17 drehfest angeordnet ist, die über einen Zahnriemen 18 oder Antriebskette mit der Riemenscheibe 20 der Motor-Getriebeeinheit 19 verbunden ist, so daß mit Hilfe der Motor-Getriebeeinheit 19 (mit Drehstrommotor) der Chargentisch 8 um die Achse A in Drehung versetzt werden kann. Die Welle 16 ist um ein Rohrstück 21, 49 verlängert, das mit einem ortsfesten Lager 22 über eine Stütze 23 drehfest verbunden ist, auf dem im übrigen ein Zentrierstab 24 gelagert ist, der durch ein Innenrohr 25 hindurchgeführt ist und der bewirkt, daß sich das Innenrohr 25 nicht zusammen mit der Welle 16 bzw. dem Lagerzapfen 15 und dem Bodenteil 7 dreht. Wie die Zeichnung zeigt, ist das Bodenteil 7 mit einem Hohlraum 26 versehen, der mit dem Innenrohr 25 in Verbindung steht, so daß das am Anschlußstutzen 27 in den Ringraum zwischen dem Innenrohr 25 und der Längsbohrung 30 im Rohrstück 21 aufwärtsströmende Kühlwasser auch den Hohlraum 26 im Bodenteil 7 zum Zwecke der Kühlung des Chargentisches 8 durchströmt (drehbare Kühlwasserdurchführung). Das aus dem Hohlraum 26 zurückgeführte Kühlmittel strömt durch das Innenrohr 25 und tritt am Anschlußstutzen 31 wieder aus. Auf der Oberseite des Bodenteils 7 des Chargentischs 8 sind eine Vielzahl von Stützen 32, 32', ... aus Graphit oder Keramik befestigt, die wiederum Lagerstücke 33, 33', ... halten, auf die ihrerseits jeweils Stäbe 34, 34', ... aus hochhitzefestem und korrosionsfestem Werkstoff aufliegen, auf denen die zu behandelnden Werkstü ke ablegbar sind. Parallel zu den Stützen 32, 32', ... sind jeweils Haltearme 35, 35', ... auf dem Bodenteil angebracht, deren obere Enden als Gabeln 36, 36', ... ausgebildet sind, in denen sich zueinander parallel erstreckende Heizstäbe 37, 37', ... lagern, die über Stromleiter 38, 38', ... miteinander in Verbindung stehen bzw. an die mit den Schleifringen 9, 10 korrespondierenden stromleitenden Verbindungsstäbe 39, 40 (Kohlegleitkontakte) angeschlossen sind. Parallel der beiden Verbindungsstäbe 39, 40 erstrecken sich weitere lotrechte Haltearme 41, 42, die fest auf dem Bodenteil 7 verankert sind und die jeweils eine Isolationsplatte 43 bzw. 44 in einer Ebene halten, die sich parallel der Ebene des Bodenteils 7 erstreckt. Weiterhin ist auf dem Bodenteil 7 ein Haltearm 45 befestigt, der die Lagerstücke 33, 33', ... im Abstand zueinander hält. Schließlich sind zwei Meßfühler 46, 47 am Lagerring 5' vorgesehen, die über nicht näher dargestellte Schleifkontakte mit auf dem Bodenteil 7 angeordneten Teilen der Vorrichtung in Verbindung stehen, so daß die Temperatur an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung meßbar ist. Es sei noch erwähnt, daß die Isolationsplatte 43 (Graphithartfilzisolation) mit einer zentralen Öffnung 50 versehen ist, die ein Durchströmen des Kühlgases von unten nach oben durch den Chargentisch 8 und damit auch durch die auf dem von den Stäben 34, 34', ... gebildeten Rost abgelegten Werkstücke ermöglicht.

Auflistung der Einzelteile

[0011] 

2 Gehäuse

3 Gehäusedeckel

4 Stütze

5, 5' Lagerring

6 Traglager

7 Bodenteil

8 Chargentisch

9 Schleifring

10 Schleifring

11 Stromkontakt, Schleifkontakt

12 Stromkontakt, Schleifkontakt

13 Halterung

14 Halterung

15 Lagerzapfen

16 Wellenstumpf

17 Riemenscheibe

18 Zahnriemen

19 Motor-Getriebeeinheit

20 Riemenscheibe

21 Rohrstücke

22 Lager

23 Stütze

24 Zentrierstab

25 Innenrohr

26 Hohlraum

27 Anschlußstutzen

29 Ringraum, Kanal

30 Längsbohrung

31 Anschlußstutzen

32, 32', ... Stütze

33, 33', ... Stab, Rost

34, 34', ... Stab

35, 35', .. Haltearm

36, 36', ... Gabel

37, 37', ... Heizstab

38, 38', ... Stromleiter

39 Verbindungsstab

40 Verbindungsstab

41 Haltearm

42 Haltearm

43 Isolationsplatte

44 Isolationsplatte

45 Haltearm

46 Meßfühler

47 Meßfühler

48 Kanal

49 Hülse, Rohrstück

50 Öffnung

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebener Ofen zum Härten metallischer Werkstücke, mit einem die Heizkammer zur Aufnahme der Werkstückcharge einschließenden, an eine Vakuumpumpe angeschlossenen über einen Gehäusedeckel (3) zu öffnenden Gehäuse (2) mit in die Heizkammer einmündenden Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen, mit einer Motor-Gebläse-Einheit, deren Gebläserad das Kühlgas umwälzt und einem Heizaggregat, gekennzeichnet durch ein am Gehäusedeckel (3) gelagertes um eine vertikale Achse (A) drehbares Bodenteil (7) eines Chargentisches (8) mit einem auf diesem Bodenteil (7) angeordneten Heizaggregat (37, 37', ...) und mit einem oberhalb des Heizaggregats (37, 37', ...) vorgesehenen, aus Stäben (33, 33', ... bzw. 34, 34', ...) gebildeten Rost zur Ablage der Werkstückcharge und mit einer unterhalb des Heizaggregats (37, 37', ...) angeordneten Isolierplatte (43, 44), wobei das Bodenteil (7) an seiner Unterseite mit einem Lagerzapfen (15) verbunden ist, der abgedichtet durch einen Lagerring (5) am Gehäusedeckel (3) hindurchgeführt ist und der über eine Wellen (16) mit einem motorischen Antrieb (19) gekoppelt ist, über den das Bodenteil (7) und damit der Chargentisch (8) drehbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (7) des Chargentischs (8) mit Hohlräumen (26) oder Kühlkanälen versehen ist, die von einem Kühlmittel durchflossen sind, wobei die Hohlräume (26) oder Kanäle über Strömungsmittelwege (29, 48), die sich parallel der Welle (16) und in ihrem Innern erstrecken, mit den Anschlüssen (27, 31) für die Kühlmittelversorgung korrespondieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Bodenteils (7) des Chargentischs (8) mit Kontaktbahnen oder Schleifringen (9, ...) versehen ist, die mit isoliert durch den Gehäusedeckel (3) hindurchgeführten Schleifkontakten (11, 12) zusammenwirken und über die das Heizaggregat (37, 37', ...) an eine elektrische Heizstromquelle anschließbar ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) den Lagerzapfen (15) nach unten zu verlängert und mit einer zentrischen Längsbohrung (30) versehen ist, wobei in dieser Längsbohrung (30) ein sich koaxial zu ihr erstreckendes Innenrohr (25) angeordnet ist, das einen äußeren vom Kühlmittel durchströmten Ringkanal (25) von einem zentralen ebenfalls vom Kühlmittel durchströmten Kanal (48) trennt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (5, 5') Bohrungen aufweist, durch die Meßfühler (46, 47) oder deren Stromleiter abgedichtet hindurchgeführt sind, wobei die jeweils dem Chargentisch (8) zugewandten Enden dieser Stromleiter (46, 47) mit Schleifringen zusammenwirken, die auf der Unterseite des Bodenteils (7) isoliert angeordnet sind und ihrerseits entweder mit in der Nachbarschaft des Heizaggregats (37, 37', ...) angeordneten Sensoren verbunden sind oder aber unmittelbar an Sensoren angeschlossen sind, die in die Hohlräume (26) oder Kanäle für das Kühlmittel hineinragen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Welle (16) des Bodenteils (7) ein Zentrierstab (24) angeordnet ist, dessen dem Chargiertisch (8) abgewandtes unteres Ende auf einem ortsfesten Lagerbock (22) abgestützt ist, wobei das untere Ende des Zentrierstabes (24) abgedichtet durch das untere Ende einer die Welle (16) nach unten zu verlängernden drehfest am Lagerbock (22) gehaltenen Hülse (21, 49) hindurchgeführt ist und wobei das obere Ende des Zentrierstabs (24) rechtwinklig abgebogen und mit der Welle (16) drehfest verbunden ist.

Zeichnung