Ofen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke mit einem Ofengehäuse (1) und einer darin unter Freilassung eines Zwischenraumes (4) ausgebildeten Heizkammer (6), sowie mit einer Gaskühleinrichtung (9), die über in mindestens zwei Heizkammerwänden (5) der Heizkammer (6) ausgebildete Öffnungen (12) mit der Heizkammer (6) zur Zu- und Abfuhr von Kühlgas verbunden ist, wobei die Öffnungen (12) über jeweils zwei die halbe Breite der Öffnungen (12) abdeckende und mittels einer Betätigungsvorrichtung (13) antreibbare Luken (14) zu öffnen und zu verschließen sind. Um eine kompakte und wartungsarme Betätigungsvorrichtung zu schaffen, die ein schnelles Öffnen und Verschließen der Heizkammer (6) bei gleichbleibender Dichtwirkung gewährleistet, wird vorgeschlagen, daß alle Luken (14) gleichzeitig über eine gemeinsame mit einem Motor (15) verbundene Antriebswelle (16) antreibbar sind, wobei jede Luke (14) über mindestens einen Hebelarm (17) mit einer Lukenwelle (18) verbunden ist, wobei die Bewegung der Antriebswelle (16) über biegsame Kraftübertragungselemente (19) auf die Lukenwellen (18) übertragbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke, insbesondere Vakuumofen, mit einem Ofengehäuse und einer darin unter Freilassung eines in mehrere Kammern unterteilten Zwischenraumes ausgebildeten Heizkammer, sowie mit einer Gaskühleinrichtung, die über in mindestens zwei Heizkammerwänden der Heizkammer ausgebildete Öffnungen mit der Heizkammer zur Zu- und Abfuhr von Kühlgas verbunden ist, wobei die Öffnungen über jeweils zwei die halbe Breite der Öffnungen abdeckende und mittels einer Betätigungsvorrichtung antreibbare Luken zu öffnen und zu schließen sind.

[0002] Aus der Praxis sind Ofenanlagen der voranstehend beschriebenen Art in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei den bekannten Ofenanlagen werden die die Öffnungen in der Heizkammer verschließenden Luken nach der Beendigung der Wärmebehandlung über Pneumatik- oder Hydraulikzylinder geöffnet, um über die Gaskühleinrichtung Kühlgas in die Heizkammer zu leiten. Um ein rasches Öffnen der gesamten Offnungsbreite zu erlangen und den seitlichen Raum zur Aufnahme der geöffneten Luke zu begrenzen, sind die eine jede Öffnung der Heizkammer abdeckenden Luken so zweigeteilt, daß jeweils eine Luke die halbe Breite der Öffnung abdeckt. Hieraus resultiert, daß in der Regel pro Öffnung in der Heizkammerwand zwei Luken und mindestens ein Zylinder plus Kettenantrieb zum Betätigen der Luken notwendig sind. In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß die Verwendung von bis zu vier Hydraulik- oder Pneumatikzylindern zum Betätigen der Luken aufgrund der Herstellungs- und Wartungskosten sehr kostenintensiv ist und darüber hinaus die Luken sehr viel Platz benötigen, was einen großen Zwischenraum zwischen Ofengehäuse und Heizkammer und somit ein großes Kühlgasvolumen zur Folge hat. Darüber hinaus hat es sich bei den aus der Praxis bekannten Ofenanlagen als nachteilig erwiesen, die über die Zylinder betätigten Luken horizontal über die Öffnungen zu schieben, da hierbei aufgrund der Reibung zwischen der Lukenunterseite einerseits und der Heizkammeraußenwand andererseits immer wieder Dichtigkeitsprobleme auftreten.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Meidung der voranstehend genannten Nachteile einen Ofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke mit einer kompakten und platzsparenden Lukenbetätigung zu versehen, wobei darüber hinaus eine zuverlässige und dauerhafte Abdichtung der Öffnungen in den Heizkammerwänden gewährleistet ist.

[0004] Die technische Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß alle Luken gleichzeitig über eine gemeinsame mit einem Motor verbundene Antriebswelle antreibbar sind, wobei jede Luke über mindestens einen Hebelarm mit einer Lukenwelle verbunden ist, wobei die Bewegung der Antriebswelle über biegsame Kraftübertragungselemente auf die Lukenwellen übertragbar ist. Durch die Ausbildung der Betätigungsvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Luken mit einer Antriebswelle, über die alle Luken gleichzeitig angetrieben werden können, wird ein erheblich vereinfachter Antrieb mit einer kompakten und platzsparenden Bauweise erzielt. Eine besonders wartungsarme und kostengünstige Übertragung der Antriebskraft von der Antriebswelle auf die einzelnen Lukenwellen erfolgt erfindungsgemäß über biegsame Kraftübertragungselemente, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Ketten ausgebildet sind. Diese Kraftübertragungselemente wirken mit auf den Lukenwellen drehfest angeordneten Kraftaufnahmeelementen, insbesondere Kettenrädern, zusammen.

[0005] Eine die Dichtflächen zwischen der Lukenunterseite und dem Öffnungsrand der Heizkammerwand schonende Betätigung der Luken wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt, daß die Luken zum Öffnen und Verschließen der Offnungen an den Hebelarmen anhebbar und verschwenkbar gelagert sind. Durch das Anheben der Luken werden diese zuerst in vertikaler Richtung von den Auflageflächen auf den Öffnungsrändern abgehoben und dann anschließend platzsparend verschwenkt, so daß beim Öffnen oder Verschließen der Luken keine Reibung zwischen den gegenseitigen Dichtflächen auftritt.

[0006] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die von den Hebelarmen bewegten Luken so auf einer bogenförmigen Bahn verschwenkt, daß sie in geöffnetem Zustand in einer im wesentlichen vertikalen Lage neben den Öffnungen angeordnet sind. Dieser Bewegungsablauf ist besonders platzsparend und ermöglicht kleine Durchmesser des Ofengehäuses.

[0007] Die Führung der Luken während des Öffnens und Verschließens der Öffnungen erfolgt über auf der Außenseite der Heizkammerwand angeordnete Kulissen, welche erfindungsgemäß vorteilhafterweise als mit einer Führungsbahn für eine Lagerachse der zu führenden Luke versehene Profilbleche ausgebildet sind.

[0008] Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß auf der Oberseite der Luken entlang zu parallel zur Bewegungsrichtung der Luken verlaufenden Seitenkanten mit Abstand zueinander jeweils zwei Laschen angeordnet sind, über die die Luken mittels Lagerachsen einerseits an den Hebelarmen und andererseits an den Kulissen befestigbar sind. Diese kostengünstige und wartungsarme Konstruktion der Ofenanlage kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung noch dadurch verbessert werden, daß die Verbindung zwischen Antriebswelle und Lukenwelle als Steckkupplung ausgebildet ist. Diese Verbindung läßt sich zu Wartungszwecken leicht lösen, so daß die Heizkammer als ganzes nach Lösen dieser Steckverbindung aus dem Ofengehäuse entfernt werden kann.

[0009] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert, in der zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ofens zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke schematisch dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch eine Ofenanlage;

Fig. 2

einen Querschnitt entlang der Schnittlinie ll-ll in Fig. 1 geschnitten, die Luken im geschlossenen Zustand darstellend;

Fig. 3

einen Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 1 geschnitten, die Luken im geöffneten Zustand darstellend;

Fig. 4

einen Querschnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1 geschnitten und

Fig. 5

einen Querschnitt- gemäß Fig. 2 und 3, eine andere Ausführungsform der Lukenverschwenkung darstellend.

[0010] Die Abbildung Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ofenanlage, die im wesentlichen aus einem Ofengehäuse 1, sowie zwei druckdicht mit diesem Ofengehäuse 1 verschließbaren Hauben 2 besteht, wobei die linke Haube 2 zur Aufnahme eines - nicht dargestellten - Elektroantriebes für ein Kühlgasgebläse 3 dient. Innerhalb des Ofengehäuses 1 ist eine allseitig von einem Zwischenraum 4 umgebene, von Heizkammerwänden 5 umschlossene Heizkammer 6 angeordnet. Zum Aufheizen der in der Heizkammer 6 einer Wärmebehandlung zu unterziehenden Charge 7 sind in der Heizkammer 6-nicht dargestellte - Heizelemente angeordnet. Das Umwälzen der Ofenatmosphäre innerhalb der Heizkammer 6 bei konvektiver Erwärmung erfolgt über einen Ventilator 8.

[0011] Um die Heizkammer 6 mit Kühlgas fluten zu können, bzw. heißes Ofengas aus der Heizkammer 6 abziehen zu können, ist innerhalb des Ofengehäuses 1 eine Gaskühleinrichtung 9 angeordnet, die aus dem Kühlgasgebläse 3 und einem Wärmetauscher 10 besteht. Ausgehend von der linken Haube 2 zur Aufnahme des Elektroantriebes für das Kühlgasgebläse 3 ist der Zwischenraum 4 zwischen dem Ofengehäuse 1 und der Heizkammer 6 als mit der Druckseite des Kühlgasgebläses 3 verbundener Druckraum ausgebildet, während ein innerer Zwischenraum 11 zwischen der Heizkammer 6 und der Gaskühleinrichtung 9 als mit der Saugseite des Kühlgasgebläses 3 verbundener Saugraum ausgebildet ist.

[0012] Um die Heizkammer 6 mit Kühlgas aus dem als Druckraum ausgebildeten Zwischenraum 4 fluten zu können, bzw. heißes Ofengas aus der Heizkammer 6 über den Zwischenraum 11 abziehen zu können, weisen die Heizkammerwände 5 Öffnungen 12 auf, die zum Verbinden mit dem Zwischenraum 4 bzw. dem Zwischenraum 11 mittels von einer Betätigungsvorrichtung 13 angetriebenen Luken 14 geöffnet und verschlossen werden können. Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich, wird die Betätigungsvorrichtung 13 über eine von einem Motor 15 angetriebene Antriebswelle 16 betätigt.

[0013] Der Aufbau sowie die Arbeitsweise der Betätigungsvorrichtung 13 zum Antreiben der Luken 14 ist detaillierter den Abbildungen Fig. 2, 3 und 4 zu entnehmen.

[0014] Die Abbildungen Fig. 2 und 3 zeigen Querschnitte durch den in Fig. 1 dargestellten Ofen. Die Luken 14 zum Verschließen bzw. Öffnen der Öffnungen 12 sind so ausgebildet, daß sie die halbe Breite der Öffnungen 12 abdecken, d. h. zum Abdecken einer jeden Öffnung 12 zwei Luken 14 notwendig sind. Dies hat den Vorteil, daß eine jede Öffnung 12 schnell geöffnet und wieder verschlossen werden kann, da eine jede Luke 14 nun über die halbe Breite der Öffnung 12 verfahren werden muß. Weiterhin ist eine solche Ausgestaltung sehr platzsparend, da der um die Heizkammer 6 verlaufende Zwischenraum 4 nur so breit ausgestaltet sein muß, daß beim horizontalen Verfahren der Luken 14 diese in dem Zwischenraum 4 Aufnahme finden.

[0015] Wie aus Fig. 2 und 3 in Verbindung mit Fig. 1 ersichtlich, besteht die Betätigungsvorrichtung 13 im wesentlichen aus der Antriebswelle 16, mit den Luken 14 verbundenen Hebelarmen 17 sowie endseitig mit den Hebelarmen 17 verbundenen Lukenwellen 18, auf die über biegsame Kraftübertragungselemente 19, beispielsweise Gurte, Zahnriemen oder Ketten, die von dem Motor 15 auf die Antriebswelle 16 übertragene Drehbewegung auf die Lukenwellen 18 übertragen wird.

[0016] Um über den Antrieb der Antriebswelle 16 gleichzeitig über die Lukenwellen 18 alle Luken 14 betätigen zu können, sind alle Lukenwellen 18 über die biegsamen Kraftübertragungselemente 19 miteinander verbunden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die dargestellte Überkreuzführung der Kraftübertragungselemente 19 zwischen zwei Lukenwellen 18 ist notwendig, um bei der über das Kraftübertragungselement 19 mit der ersten Lukenwelle 18 verbundenen zweiten Lukenwelle 18 die Drehrichtung umzukehren, damit ein gleichzeitiges Öffnen oder Verschließen der Öffnungen 12 über die Luken 14 erfolgen kann. Zur Übertragung der Drehbewegung der angetriebenen Antriebswelle 16 über die Kraftübertragungselemente 19 auf die Lukenwellen 18 sind auf den Lukenwellen 18 Kraftaufnahmeelemente 20, beispielsweise Riemenscheiben, angeordnet.

[0017] Die Führung der Luken 14 beim Öffnen und Schließen der Öffnungen 12 erfolgt - wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich - über auf der Außenseite der Heizkammerwände 5 angeordnete Kulissen 21. Diese aus einem Blechprofil gebildeten Kulissen 21 weisen eine Führungsbahn 22 zum Lagern und Führen einer mit der jeweiligen Luke 14 verbundenen Lagerachse 23 auf. Die Führungsbahnen 22 weisen dabei - wie aus Fig. 3 ersichtlich - im vorderen Teil, d. h. in der Mitte der Öffnungen 12, einen schräg nach oben verlaufenden Bereich auf, woran sich anschließend ein horizontal verlaufender Bereich anschließt, der endseitig wieder in einen abwärts geneigten Bahnbereich übergeht. Die Lagerung der Luken 14 in den Kulissen 21 erfolgt über die Lagerachsen 23, die in auf der Oberseite der Luken 14 angeordneten Laschen 24 gelagert sind. Zur drehbaren Lagerung an den Hebelarmen 17 sind auf der Oberseite der Luken 14 weitere Laschen 24 zur Lagerung von Lagerachsen 23 angeordnet.

[0018] Fig. 5 zeigt schematisch den Bewegungsablauf des Lukenverschwenkens, wie dieser gemäß einer zweiten, besonders platzsparend arbeitenden Ausführungsform möglich ist. Zur besseren Übersicht sind in Fig. 5 die Hebelarme 17 und die Kulissen 21 bei den oberen Luken 14 nicht dargestellt. Mit I, II und III sind verschiedene Stadien des Öffnens und Verschwenkens der Luken 14 gekennzeichnet. Wie aus der Abbildung Fig. 5 ersichtlich, wird die Luke 14 zunächst angehoben (Position I) und dann einer bogenförmigen Bewegungsbahn folgend so nach außen verschwenkt, daß sie im geöffneten Zustand (Position III) in einer im wesentlichen vertikalen Lage neben den Öffnungen 12 angeordnet sind.

[0019] Dieser Bewegungsablauf zeigt, daß ein solcher Bewegungsablauf ein besonders platzsparendes Öffnen der Luken 14 und somit einen besonders kleinen Durchmesser des Ofengehäuses 1 ermöglicht.

[0020] Das Öffnen und Verschließen der Öffnungen 12 über die Luken 14 erfolgt folgendermaßen:

[0021] Nach der Wärmebehandlung der in der Heizkammer 6 angeordneten Charge 7 werden die in der Heizkammer 6 angeordneten Heizelemente abgeschaltet und anschließend das Kühlgasgebläse 3 eingeschaltet, so daß der als Druckraum ausgebildete Zwischenraum 4 mit Kühlgas gefüllt wird. Dann wird über den Motor 15 die Antriebswelle 16 drehend angetrieben. Die im Kupplungsbereich 25 mit einer der Lukenwellen 18 verbundene Antriebswelle 16 überträgt die auf sie ausgeübte Drehung direkt auf diese Lukenwelle 18. Über die auf den Lukenwellen 18 angeordneten Kraftaufnahmeelemente 20 sowie die mit den Kraftaufnahmeelementen 20 zusammenwirkenden biegsamen Kraftübertragungselemente 19 wird diese von der Antriebswelle 16 veranlaßte Drehbewegung auf die übrigen Lukenwellen 18 übertragen. Durch die in Fig. 4 dargestellte Führung der biegsamen Kraftübertragungselemente 19 wird dabei gewährleistet, daß die Drehrichtungen der einzelnen Lukenwellen 18 so ist, daß alle Luken 14 entweder gleichzeitig geöffnet oder gleichzeitig geschlossen werden. Die Übertragung der Drehung der Lukenwellen 18 auf die Luken 14 erfolgt über die Hebelarme 17, die einseitig drehfest mit den Lukenwellen 18 verbunden sind und auf der anderen Seite über die Lagerachsen 23 gelenkig mit den Luken 14 verbunden sind.

[0022] Ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten geschlossenen Stellung der Luken 14 bewirkt die Drehung der Lukenwellen 18, daß die Hebelarme 17 nach außen verschwenkt werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Durch die endseitige Lagerung der Hebelarme 17 an den Laschen 24 der Luken 14 werden die Luken 14 bei dem Auswärtsschwenken der Hebelarme 17 nach außen gezogen, so daß die Öffnungen 12 der Heizkammer 6 geöffnet sind. Die auf der Außenseite der Heizkammerwände 5 angeordneten Kulissen 21 bewirken mit ihren Führungsbahnen 22, daß die zum Öffnen und Schließen hin- und herbewegten Luken 14 keine rein horizontale Bewegungsbahn durchlaufen, sondern stattdessen zu Beginn der Offnungsphase zunächst von den Heizkammerwänden 5 abgehoben und erst dann nach außen verfahren werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß keine die Dichtigkeit der Heizkammer 6 beeinträchtigende Reibbewegung zwischen Luken 14 einerseits und Heizkammerwänden 5 andererseits stattfindet.

[0023] Zum Verschließen der Öffnungen 12 über die Luken 14 wird die Antriebswelle 16 über den Motor 15 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben, wodurch über die Kraftübertragungselemente 19 die Lenkwellen 18 ebenfalls in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden.

[0024] Eine solchermaßen ausgestaltete Ofenanlage zeichnet sich dadurch aus, daß die Betätigungsvorrichtung 13 zur Betätigung der die Öffnung 12 verschließenden Luken 14 einfach und platzsparend in kompakter Bauweise erfolgen kann. Um eine leichte Demontage der gesamten Heizkammer 6 zu ermöglichen, ist darüber hinaus die Verbindung zwischen der Antriebswelle 16 und der direkt angesteuerten Lenkwelle 18 in einem Kupplungsbereich 25 als einfache Steckkupplung ausgebildet.

Bezugszeichenliste

[0025] 

1

Ofengehäuse

2

Haube

3

Kühlgasgehäuse

4

Zwischenraum

5

Heizkammerwand

6

Heizkammer

7

Charge

8

Ventilator

9

Gaskühleinrichtung

10

Wärmetauscher

11

Zwischenraum

12

Öffnung

13

Betätigungsvorrichtung

14

Luke

15

Motor

16

Antriebswelle

17

Hebelarm

18

Lukenwelle

19

Kraftübertragungselement

20

Kraftaufnahmeelement

21

Kulisse

22

Führungsbahn

23

Lagerachse

24

Lasche

25

Kupplungsbereich

Ansprüche

1. Ofen zur Wärmebehandlung von Chargen metallischer Werkstücke, insbesondere Vakuumofen, mit einem Ofengehäuse (1) und einer darin unter Freilassung eines in mehrere Kammern unterteilten Zwischenraumes (4) ausgebildeten Heizkammer (6) sowie mit einer Gaskühleinrichtung (9), die über in mindestens zwei Heizkammerwänden (5) der Heizkammer (6) ausgebildete Öffnungen (12) mit der Heizkammer (6) zur Zu- und Abfuhr von Kühlgas verbunden ist, wobei die Öffnungen (12) über jeweils zwei die halbe Breite der Öffnungen (12) abdeckende und mittels einer Betätigungsvorrichtung (13) antreibbare Luken (14) zu öffnen und zu verschließen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Luken (14) gleichzeitig über eine gemeinsame mit einem Motor (15) verbundene Antriebswelle (16) antreibbar sind, wobei jede Luke (14) über mindestens einen Hebelarm (17) mit einer Lukenwelle (18) verbunden ist, wobei die Bewegung der Antriebswelle (16) über biegsame Kraftübertragungselement (19) auf die Lukenwellen (18) übertragbar ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Kraftübertragungselemente (19) als Ketten ausgebildet sind, die mit auf den Lukenwellen (18) drehfest angeordneten Kraftaufnahmeelementen (20), insbesondere Kettenrädern, zusammenwirken.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luken (14) zum Öffnen und Verschließen der Öffnungen (12) anhebbar und verschwenkbar an den Hebelarmen (17) gelagert sind.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luken (14) entlang einer bogenförmigen Bahn so verschwenkbar sind, daß sie im geöffneten Zustand in einer im wesentlichen vertikalen Lage neben den Öffnungen (12) angeordnet sind.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luken (14) in auf der Außenseite der Heizkammerwände (5) angeordneten Kulissen (21) geführt sind.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissen (21) als mit einer Führungsbahn (22) für eine Lagerachse (23) der zu führenden Luke (14) versehene Profilbleche ausgebildet sind.

7. Ofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite der Luken (14) entlang der parallel zur Bewegungsrichtung der Luken (14) verlaufenden Seitenkanten mit Abstand zueinander jeweils zwei Laschen (24) angeordnet sind, über die die Luken (14) mittels Lagerachsen (23) einerseits an den Hebelarmen (17) und andererseits an den Kulissen (21) befestigbar sind.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (16) mit einer der Lukenwellen (18) über eine Steckkupplung koppelbar ist.

Zeichnung