Vorrichtung zur Behandlung von metallischen Werkstücken mit Kühlgas

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von metallischen Werkstücken mit Kühlgas, mit einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Ein- und Ausbringen der Werkstücke, mit einer Kühlgasquelle mittels der Gebläse-gefördertes und über Wärmetauscher geführtes Kühlgas den Werkstücken zugeführt wird und mit einem Werkstückträger.

[0002] Bekannt sind Vakuumöfen zur Plasmaaufkohlung metallischer Werkstücke mittels eines kohlenstoffhaltigen Gases, beispielsweise Methan oder Propan. Bei der Plasmaaufkohlung werden die Werkstücke im Vakuumofen auf eine Temperatur zwischen etwa 800 °C und 1050 °C erhitzt. Anschließend wird das kohlenstoffhaltige Prozeßgas in die Ofenkammer geleitet und ein elektrisches Feld auf die Werkstückcharge gelegt. Danach erfolgt zum Zwecke der Härtung die Abkühlung der Charge durch ein Anströmen durch aus Düsen auf die Charge austretendes Kühlgas, wobei sich als Kühlgas insbesondere Helium bewährt hat.

[0003] Bekannt ist beispielsweise ein Vakuumschachtofen (DE 32 08 574 A1) mit einer Einrichtung zur Abkühlung der wärmebehandelten Charge mittels einer Gasströmung, die über Öffnungen durch das Innere der vorzugsweise zylindrischen Heizkammer geführt wird und außerhalb der Heizkammer im geschlossenen Ofengehäuse durch ein Gasgebläse über einen Gaskühler umgewälzt wird, wobei für eine vertikale Strömung in der Heizkammer im Boden und in der Decke verschließbare Öffnungen und für eine horizontale Strömung an gegenüberliegenden Stellen in der Seitenwand der Heizkammer auf ihrer ganzen Höhe übereinanderliegende verschließbare Öffnungen angeordnet sind. Zum Verschließen der Öffnungen in der Wandung der Heizkammer sind alle Öffnungen überdeckende Abdeckplatten vorgesehen die jeweils mit den Öffnungen in den Seitenwänden deckungsgleiche Öffnungen enthalten und um eine halbe Öffnungsteilung verschiebbar sind.

[0004] Bekannt ist weiterhin ein Vakuumofen zur Plasmaaüfkohlung metallischer Werkstücke (EP 0 535 319 B1) mit einer elektrischen Heizeinrichtung, einer Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Vakuums in der Heizkammer, sowie Gaseinlaßöffnungen, mittels derer von einem Gebläse gefördertes und über einen Wärmetauscher geführtes Kühlgas der Charge zugeführt wird, wobei die das Kühlgas führenden Gaseinlaßöffnungen in der Heizkammer angeordnet und auf die Charge ausgerichtet sind. Die als Gaseinlaßöffnungen ausgebildeten Düsen sind allseitig um die Heizkammer herum und stirnseitig angeordnet, wobei die stirnseitigen Düsen zur axialen Einleitung des Kühlgases in die Heizkammer dienen. Mit einem solcherart ausgebildetem Vakuumofen zur Plasmaaufkohlung ist es möglich, die aufgekohlte Charge zur Vervollständigung des Wärmebehandlungsprozesses zu härten, ohne daß die Charge hierzu aus der Heizkammer entnommen werden muß. Da sämtliche Schritte der Wärmebehandlung sich ausschließlich innerhalb einer Heizkammer durchführen lassen ist der Platzbedarf eines einzigen Ofens auch vergleichsweise gering. Da die Gasführung und die Gasströmung entscheidende Faktoren für den Abschreckprozeß bilden; eine Umkehr der Strömungsrichtung des Kühlgases bei den vorgenannten Vakuumöfen jedoch nicht zu bewerkstelligen ist, hat man auch vorgeschlagen das Ofengehäuse mit zwei durch einen Verschlußschieber voneinander getrennten Kammer auszustatten und in der einen Kammer die Heizelemente und einen Heißgasventilator und in der anderen Kammer den Kühlventilator und den Wärmetauscher mit geeigneten Strömungsblechen anzuordnen. Die Charge wird bei diesem Ofentyp zunächst in der einen Kammer aufgeheizt und aufgekohlt und dann bei geöffnetem Verschlußschieber in die andere Kammer zum Zwecke der Abschreckung verfahren.

[0005] Der wesentlichste Nachteil aller bekannten Vakuumöfen besteht jedoch darin, daß eine erneute Beschickung der Öfen immer erst möglich ist, nach dem der jeweils vorhergehende Behandlungsprozeß vollständig zum Abschluß gelangt ist, was im Falle der Forderung nach großen Stückzahlen die Aufstellung einer Vielzahl kompletter Vakuumöfen bedeutet. Da jedoch die erste Phase des Wärmebehandlungsprozesses, nämlich das Aufheizen und Aufkohlen der Charge, verglichen mit der zweiten Phase, nämlich dem Härteprozeß, vergleichsweise lange dauert liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Behandlung metallischer Werkstücke mit Kühlgas zu schaffen, die die Nachteile bekannter Öfen vermeidet und die bei sehr kompaktem Aufbau - bei kleinem Verhältnis von Kammervolumen zu Chargenvolumen - eine rasche Strömungsumkehr ermöglicht und bei der spiegelsymmetrische Strömungsverhältnisse nach der Strömungsumkehr vorliegen. Darüber hinaus soll die Vorrichtung einwandig ausgebildet sein und schon zu Beginn der Abschreckphase einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten an allen Werkstücken innerhalb der Charge ermöglichen, eine geringe Menge Abschreckgas pro Abschreckvorgang benötigen und einen Betrieb mit besonders kurzen Taktzeiten gestatten. Schließlich soll die Vorrichtung so konzipiert sein, daß sie eine geregelte Abschreckung - d.h. mit variabler Intensität - ermöglicht und an vorhandene Öfen zum Aufkohlen andockbar ist, so daß mit einer einzigen Vorrichtung mehrere einfache Öfen - ohne Wärmetauscher und Kühlgasgebläse - betrieben werden können, was Kosten und Platz einspart.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, mit einem Gehäuse zum Ein- und Ausbringen der Werkstücke, mit einer Kühlgasquelle mittels der Gebläse-gefördertes und über Wärmetauscher geführtes Kühlgas den Werkstücken zugeführt wird, mit einem Werkstückträger mit beiderseits des Werkstückträgers angeordneten, sich vertikal und parallel zueinander erstreckenden, die Werkstücke von Seitenräumen abtrennenden mit Öffnungen versehenen Trägerblechen und mit oberhalb und / oder unterhalb der Werkstücke zwischen den Trägerblechen gehaltenen Wärmetauschern und mit beiderseits des Gehäuses vorgesehenen Gebläsemotoren mit sich horizontal und rechtwinklig zur Gehäuseachse in die Seitenräume erstreckenden Wellen, wobei die mit den Wellen in Gebläsegehäusen umlaufenden Gebläseräder jeweils nahe der Gehäuseinnenwände vorgesehen und von den Trägerblechen durch Luftleitbleche getrennt sind, die sich jeweils von den Gebläsegehäusen gehalten parallel und mit Abstand zu den Trägerblechen erstrecken und mit den Trägerblechen jeweils beiderseits der Werkstückcharge zwei sich vertikal erstreckende Schächte für die Führung des Kühlgasstroms bilden, wobei jeweils an den oberen und an den unteren Enden der beiden Luftleitbleche Reversierklappen gelagert sind die je nach Stellung dichtend an die Trägerbleche oder an die Gehäuseinnenwand anschlagen.

[0007] Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Patentansprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

[0008] Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der anhängenden Zeichnung, die eine Vorrichtung rein schematisch im Querschnitt zeigt, dargestellt.

[0009] Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen, einwandigem Gehäuse 3, deren eines Ende fest mit einem Deckel verschlossen ist und deren anderes Ende mittels einer Tür oder eines Schiebers verschließbar und im übrigen so gestaltet und bemessen ist, daß die in einem separaten Ofen aufgeheizte und aufgekohlte Werkstückcharge 4 in das Gehäuse 3 der Vorrichtung überführt werden kann, ohne daß ein zusätzliches Transportgerät hierzu erforderlich ist. Im Gehäuse 3 ist ein Werkstückträger 5 in Gestalt einer perforierten oder mit Durchbrüchen versehenen Platte angeordnet auf dem die Charge 4 ruht. Beiderseits der Charge 4 sind kräftig dimensionierte Trägerbleche 6, 7 angeordnet an denen der Werkstückträger 5 gehalten ist und zwischen denen sich Wärmetauscher 8, 9 befinden. Beiderseits des Gehäuses 3 sind an dessen Außenseite Gebläsemotoren 10, 11 vorgesehen deren Motorwellen dichtend durch die Wand des Gehäuses 3 hindurchgeführt sind, wobei sich die beiden Motorwellen zueinander flüchtend und horizontal erstrecken. Die Gebläsegehäuse 12, 13 selbst sind jeweils fest mit dem Gehäuse 3 verbunden und halten jeweils an ihrer Stirnseite ein Luftleitblech 14, 15 das sich parallel und im Abstand zu dem jeweils benachbarten Trägerblech 6 bzw. 7 erstreckt und mit diesem einen Schacht 16 bzw. 17 bildet. An den parallel zwischen Gehäuselängsrichtung verlaufenden oberen und unteren Kanten der Luftleitbleche 14, 15 sind jeweils Reversierklappen 18, 19, 20, 21 gelagert, wobei diese so bemessen und gelagert sind, daß sie jeweils mit ihren freien Enden entweder mit den jeweils benachbarten Trägerblechen 6 bzw. 7 korrespondieren bzw. an diesen anliegen oder aber in einer - um etwa 80 ° - verschwenkten Position an der Innenwand des Gehäuses 3 anschlagen. Wie die Zeichnung zeigt sind die beiden an den oberen Enden der Luftleitbleche 14, 15 gelagerten Reversierklappen 19, 20 so verschwenkt, daß ihre freien Enden an den oberen Kanten der Trägerbleche 6, 7 anliegen und die Schächte 16, 17 nach oben zu verschließen. Die beiden an den unteren Kanten der Luftleitbleche 14, 15 gelagerten Reversierklappen 18, 21 liegen dagegen mit ihren freien Enden an der Innenwand des Gehäuses 3 an und bewirken, daß das in den Bereich 24 unterhalb des Wärmetauschers 9 eintretende Kühlgas in Pfeilrichtung von unten her in die Schächte 16, 17 eintreten, wozu die unteren Partien der Trägerbleche 6, 7 mit Öffnungen 22, 23 versehen sind. Das in den Schächten 16, 17 nach oben strömende Kühlgas tritt in die zentralen Ansaugöffnungen der Gebläsegehäuse 12, 13 ein und wird danach wieder nach außen in den Bereich 25 oberhalb des oberen Wärmetauschers 8 gedrückt und strömt dann durch den Wärmetauscher 8 auf die Werkstückcharge 4 und von dieser durch den Wärmetauscher 9 wieder in den Bereich 24. Im Falle der Strömungsumkehr werden die vier Reversierklappen 18, 19, 20, 21 in ihre jeweils andere Lage geschwenkt.

[0010] Aufgrund der Anordnung der beiden Wärmetauscher 8, 9 oberhalb bzw. unterhalb der Charge 4 liegt an den Gebläselaufrädern und am Gehäuse der Vorrichtung stets kaltes Kühlgas vor. Durch die gezielte Einstellung der Reversierklappen 18, 19, 20, 21 wird bewirkt, daß die Umwälzbewegung des Kühlgases nur im Außenbereich erfolgt, womit ein rasches Absenken bzw. Erhöhen von a bewirkt werden kann. Durch eine gezielte Einstellung der Reversierklappen 18, 19, 20, 21 kann eine definierte Drosselung des Volumenstroms erreicht werden, womit das gebrochene Härten und das Warmbadhärten erzielt werden kann.

[0011] Zweckmäßigerweise sind die Trägerbleche 6, 7 auf ihrer der Charge 4 zugekehrten Seitenfläche mit einer Spiegelschicht versehen bzw. aus einem Werkstoff mit hohem Reflektionskoeffizienten gefertigt, wobei die Bleche selbst eine geringe Wärmekapazität aufweisen. Die Abstrahlung der Chargenrandbereiche gegen die kalte Wand wird hierdurch reduziert, was den Verzug minimiert und die Gleichmäßigkeit der Härteverteilung verbessert. Es sei erwähnt, dass die Motorwellen bei einer alternativen Ausführungsform nicht dichtend durch die Wand des Gehäuses 3 hindurchgeführt sind, sondern die Gehäuse der Motoren 10, 11 selbst sind druckfest ausgebildet, so dass eine Druckveränderung über die Wellendurchführungen im Inneren des Gehäuses 3 ausgeschlossen ist.

Bezugszeichenliste

Auflistung der Einzelteile

[0012] 

3

Gehäuse

4

Werkstücke, Charge

5

Werkstückträger

6

Trägerblech

7

Trägerblech

8

Wärmetauscher

9

Wärmetauscher

10

Gebläsemotor

11

Gebläsemotor

12

Gebläsegehäuse

13

Gebläsegehäuse

14

Luftleitblech

15

Luftleitblech

16

Schacht

17

Schacht

18

Reversierklappe

19

Reversierklappe

20

Reversierklappe

21

Reversierklappe

22

Öffnung

23

Öffnung

24

Bereich unterhalb des unteren Wärmetauschers

25

Bereich oberhalb des oberen Wärmetauschers

26

Schacht

27

Schacht

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Behandlung metallischer Werkstücke mit Kühlgas mit einem zylindrischen Gehäuse (3) mit einer Öffnung zum Ein- und Ausbringen der Werkstücke (4) mit einer Kühlgasquelle mittels der Gebläse-gefördertes und über Wärmetauscher (8, 9) geführtes Kühlgas den Werkstücken (4) zugeführt wird und mit einem Werkstückträger (5) mit beiderseits des Werkstückträgers (5) angeordneten, sich vertikal und parallel zueinander erstreckenden, die Werkstücke (4) von Seitenräumen abtrennenden mit Öffnungen (22, 23) versehenen Trägerblechen (6, 7) und mit oberhalb und / oder unterhalb der Werkstücke (4) zwischen den Trägerblechen (6, 7) gehaltenen Wärmetauschern (8, 9) und mit beiderseits des Gehäuses (3) angeordneten Gebläsemotoren (10, 11) mit sich horizontal und rechtwinklig zur Gehäuselängsachse in die Seitenräume erstreckenden Wellen, wobei die mit den Wellen im Gebläsegehäuse (12, 13) umlaufenden Gebläseräder jeweils nahe der Gehäuseinnenwand vorgesehen und von den Trägerblechen (6, 7) durch Luftleitbleche (14, 15) getrennt sind, die sich jeweils von den Gebläsegehäusen (12, 13) gehalten parallel und mit Abstand zu den Trägerblechen (6, 7) erstrecken und mit den Trägerblechen (6, 7) jeweils beiderseits der Werkstückcharge (4) zwei sich vertikal erstreckende Schächte (16, 17 bzw. 26, 27) für die Führung des Kühlgasstroms bilden, wobei jeweils an den oberen und an den unteren Enden der beiden Luftleitbleche (14, 15) Reversierklappen (18, 19, 20, 21) gelagert sind die je nach Stellung dichtend an die Trägerbleche (6, 7) oder an die Gehäuseinnenwand anschlagen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläsemotore (10, 11) außerhalb und die Gebläsegehäuse (12, 13) innerhalb des Gehäuses (3) gehalten sind, wobei der Gebläseeinlaß jeweils in einen sich vertikal erstreckenden Schacht (16, 17) einmündet und der Gebläseauslaß in den dem Schacht (16 bzw. 17) benachbarten von der Gehäuseinnenwand und einem Luftleitblech (14 bzw. 15) begrenzten Raum.

Claims

1. Device to treat metallic workpieces with cooling gas, having a cylindrical housing. (3) with an opening for inserirtinng and removing the workpieces (4), having a cooling gas source by means of which cooling gas which is delivered by fan and conducted via heat exchangers (8, 9) is supplied to the workpieces (4) and having a workpiece carrier (5) with carrier plates (6, 7) which are disposed on both sides of the workpiece carrier (5), extend vertically and parallel to each other, separate the workpieces (4) from side chambers and are provided with openings (22, 23), and having heat exchangers (8, 9) which are retained above and/or below the workpieces (4) between the carrier plates (6, 7) and having fan motors (10, 11), which are disposed on both sides of the housing (3), with shafts which extend horizontally and at right angles to the longitudinal axis of the housing into the side chambers, the fan wheels which rotate with the shafts in the fan housing (12, 13) being provided respectively near to the housing inner wall and being separated from the carrier plates (6, 7) by air-conducting plates (14, 15) which, retained respectively by the fan housings (12, 13), extend parallel to and at a spacing from the carrier plates (6, 7) and form, with the carrier plates (6, 7) respectively on both sides of the workpiece batch (4), two vertically extending shafts (16, 17 or 26, 27) for conduction of the cooling gas flow, reversing flaps (18, 19, 20, 21) being mounted respectively on the upper and on the lower ends of the two air-conducting plates (14, 15), which reversing flaps strike in a sealing manner according to the position on the carrier plates (6, 7) or on the housing inner wall.

2. Device according to claim 1, characterised in that the fan motors (10, 11) are retained outwith and the fan housing (12, 13) within the housing (3), the fan inlet respectively opening into a vertically extending shaft (16, 17) and the fan outlet into the chamber which is adjacent to the shaft (16 or 17) and delimited by the housing inner wall and an air-conducting plate (14 or 15).

Revendications

1. Dispositif permettant de traiter des pièces métalliques avec un gaz réfrigérant, comportant un boîtier (3) cylindrique avec un orifice permettant l'admission et l'évacuation des pièces (4), une source de gaz réfrigérant permettant d'acheminer jusqu'aux pièces (4) le gaz réfrigérant refoulé par le ventilateur et guidé par l'intermédiaire des échangeurs de chaleur (8, 9), et comportant également un porte-pièces (5), avec des tôles de support (6, 7) disposées deux côtés du porte-pièces (5), s'étendant verticalement et parallèlement l'une par rapport à l'autre, séparant les pièces (4) des espaces latéraux et dotées d'orifices (22, 23), et comportant, au-dessus et / ou en dessous des pièces (4), des échangeurs de chaleur (8, 9) maintenus entre les tôles de support (6, 7) et des moteurs de ventilateur (10, 11) disposés des deux côtés du boîtier (3), avec des arbres s'étendant horizontalement et perpendiculairement par rapport à l'axe longitudinal du boîtier en direction des espaces latéraux,
moyennant quoi des roues de ventilateur, circulaires, se trouvant avec les arbres dans le boîtier de ventilateur (12, 13), sont respectivement prévues à proximité de la paroi intérieure du boîtier et séparées des tôles de support (6, 7) par des tôles chicanes (14, 15), qui s'étendent parallèlement et à une certaine distance des tôles de support (6, 7) en étant respectivement maintenues par les boîtiers de ventilateur (12, 13), et forment, avec les tôles de support (6, 7), respectivement de chaque côté de la charge de la pièce (4), deux cheminées d'aération (16, 17 ou 26, 27) s'étendant verticalement, pour guider le flux de gaz réfrigérant, moyennant quoi, respectivement sur les extrémités supérieure et inférieure des deux tôles chicanes (14, 15) sont disposées des trappes de réservoir (18, 19, 20, 21, lesquelles, en fonction de la position, viennent en butée de manière étanche sur les tôles de support (6, 7) ou sur la paroi intérieure du boîtier.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs de ventilateur (10, 11) sont maintenus à l'extérieur, et les boîtiers de ventilateur (12, 13) sont maintenus à l'intérieur du boîtier (3), moyennant quoi l'admission du ventilateur débouche respectivement dans une cheminée d'aération (16, 17) s'étendant verticalement, et l'évacuation du ventilateur débouche dans l'espace avoisinant la cheminée d'aération (16 ou 17), délimité par la paroi intérieure du boîtier et une tôle chicane (14 ou 15).

Zeichnung