DE29717714U1

DE29717714U1 - Vorrichtung zum Abschrecken von Chargen metallischer Werkstücke mit einem fluiden, insbesondere gasförmigen Medium bei einem vorgegebenen Abschreckdruck

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Publication number: DE29717714U1
Application number: DE29717714U
Authority: DE
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2007-10-08

Description

Stenger, Watzke & Ring \.^: i .^lAir-Fr^isch-Ring ?o

D-40547 DÜSSELDORF

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

DIPL.-ING. HEINZ J. RING

DIPL.-ING. ULRICH CHRISTOPHERSEN

Unser Zeichen· 97 0890 DIPL.-ING. MICHAEL RAUSCH

DIPL.-ING. WOLFGANG BRINGMANN

Ipsen International GmbH Patentanwälte

Flutstraße 78 european patent attorneys

47533 Kleve

6. Oktober 1997

Datum

Vorrichtung zum Abschrecken von Chargen metallischer Werkstücke mit einem fluiden, insbesondere gasförmigen. Medium bei einem vorgegebenen

Abschreckdruck

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschrecken von Chargen metallischer Werkstücke mit einem fluiden, insbesondere gasförmigen, Medium bei einem vorgegebenen Abschreckdruck, bestehend aus einem, einem Wärmebehandlungsofen nachgeschalteten, separaten Abschreckraum, der thermisch und druckdicht abschottbar ist.

Fluide Medien im voranstehenden Sinne sind sowohl Flüssigkeiten als auch Gase und Dämpfe. Vorrichtungen zum Abschrecken metallischer Werkstücke werden verwendet, um die Werkstücke nach einer Wärmebehandlung einer gezielten Abkühlung zu unterziehen, so daß sich geforderte metallurgische Eigenschaften der Werkstücke, wie beispielsweise Oberflächenhärte, Kernhärte etc., erreichen lassen. Neben der Abkühlgeschwindigkeit hängen die Werkstückeigenschaften vor allem von dem zur Abschreckung verwendeten Medium ab. So ist es bekannt, außer flüssigen Medien, wie beispielsweise Wasser-, Öl- oder Salzbädern, gasförmige Medien zum Abschrecken zu verwenden, denen eine hohe Abschreckintensität zugrundeliegt, die jedoch vor allem einen einfacheren Verfahrensablauf gestatten, da aufwendige Nachbehandlungsprozesse, wie beispielsweise Entölen oder Reinigen des Behandlungsgutes, entfallen können.

Im Stand der Technik ist es bekannt, eine Gasabschreckkammer als Teil einer Wärmebehandlungsaniage direkt an einen Wärmebehandlungsofen anzuflanschen. Die Gasabschreckkammer ist dabei von dem Ofen durch eine druckdichte und wärmeisolierte Zwischentür getrennt. Durch ein

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Transportsystem wird eine im Ofen befindliche Charge in der Regel automatisch von dem Wärmebehandlungsofen in die Abschreckkammer transportiert. Voraussetzung hierfür ist, daß in dem Ofen und in der Gasabschreckkammer das gleiche Druckniveau und die gleiche Atmosphäre herrschen, d.h., daß in beiden Kammern entweder die gleiche Gasart bei gleichem Druck oder Vakuum vorhanden ist. Die Arbeitsweise der bekannten Gasabschreckkammer erfordert nach dem Transport einer Charge in die Abschreckkammer ein Zurückfahren eines als Transportsystem beispielsweise verwendeten Stoßers in den Ofenraum, ein Schließen der Tür zwischen Ofenraum und Abschreckkammer, einen Druckaufbau in der Abschreckkammer auf Abschreckdruck, ein Anlaufen eines Gebläses zur Gasumwälzung, ein Kühlen der Werkstückcharge auf Entnahmetemperatur, eine Druckminderung in der Abschreckkammer auf Atmosphärendruck, ein Öffnen der Außentür, Entladen und Evakuieren und unter Umständen Spülen der Abschreckkammer sowie einen erneuten Druckaufbau bzw. Evakuierung auf Ofendruck.

Als Nachteil hierbei erweist sich, daß die nacheinander ablaufenden Prozeßschritte einen hohen Zeitaufwand erfordern, der maßgeblich die Taktzeit einer Wärmebehandlungsanlage beeinflußt. Zudem kann es vor allen bei kleinen oder dünnwandigen Werkstücken bereits vor Einsetzen der Gasdurchströmung zu einer unzulässigen Abkühlung in der Zeit vom Zurückfahren des Transportsystems in den Ofenraum bis zum Anlaufen des Gasgebläses kommen, so daß die bekannte Vorrichtung nur bedingt für kleine oder dünnwandige Werkstücke verwendbar ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt in einem hohen Gasverbrauch, der aus einer unvermeidlich großvolumigen Gestaltung der bei jedem einzelnen Takt erneut zu evakuierenden Abschreckkammer resultiert. Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind zwar Gasrückgewinnungsanlagen zur Rückgewinnung der teuren zur Abschreckung verwendeten Inertgasen, wie beispielsweise Argon oder Helium, bekannt, die sich jedoch bei Verwendung von Stickstoff als Abschreckmedium in wirtschaftlicher Hinsicht nicht lohnen.

Um möglichst geringe Taktzeiten zu erzielen, ist es unerläßlich, eine auf Ofendruck befindliche Abschreckkammer schnellstmöglich mit dem Abschreckdruck zu beaufschlagen. Vor allem bei einer Hochdruck-

Gasabschreckung mit Drücken bis zu 10 bar ist dieser Flutprozeß jedoch mit einem sehr hohen Schalldruckpegel verbunden, der weit über den zulässigen Werten von 75 bis 80 db(A) liegt, so daß eine aufwendige und kostenintensive Schallschutzkapselung der Abschreckkammer erforderlich ist. Ebenfalls mit einem hohen Schalldruckpegel verbunden ist das bei jedem Abschreckprozeß notwendige Anlaufen des Motors des Gasgebläses, welches zudem zu hohen Anlaufstromspitzen führt, die beim 8- bis 15-fachen des Nennstromes liegen und nur teilweise durch eine Anlaufregelung kompensiert werden können.

Um zumindest das zyklische Hochfahren des Gasgebläsemotors zu umgehen, ist es ferner bekannt, das Gebläse außerhalb der Abschreckkammer anzuordnen und für die Zeit des Be- und Entladens der Abschreckkammer den Gasstrom durch eine externe Rohrleitung umzuleiten. Nachteilig hierbei ist jedoch die aufwendige und mit einem hohen Raumbedarf verbundene Konstruktion, die zusätzlich störanfällige Elemente, wie beispielsweise druck- und vakuumdichte Absperrklappen, aufweist und einen permanenten Geräuschpegel erzeugt, der ebenfalls gekapselt werden muß.

Schließlich ist die bekannte Vorrichtung mit dem Nachteil verbunden, daß eine Umrüstung oder Anpassung des Verfahrensablaufs einer Wärmebehandiungsanlage an geänderte Rahmenbedingungen, wie beispielsweise andere Behandlungsmethoden oder veränderte Durchsatzmengen, nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich ist, da die Abschreckkammer zwar als von einem Wärmebehandlungsofen funktional getrennte, nicht aber auch bautechnisch selbständige Einheit ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß unter Vermeidung der genannten Nachteile sich auf einfache Weise eine universelle Integration in unterschiedliche Wärmebehandlungsanlagen bei einer gleichzeitig reduzierten Prozeßdauer erreichen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Abschreckraum als modulare Baueinheit aus drei hintereinander geschalteten und druckdicht voneinander separierbaren Kammern

ausgebildet ist, wobei die erste Kammer eine Beladeschleuse zum Ausgleichen einer Druckdifferenz zwischen Ofendruck und Abschreckdruck bei Aufrechterhaltung der Chargentemperatur, die zweite Kammer eine Kühlkammer zum Abschrecken der Werkstücke und die dritte Kammer eine Entladeschleuse zum Ausgleichen einer Druckdifferenz zwischen Abschreckdruck und Umgebungsdruck ist.

Durch die modulare Bauweise der Abschreckkammer ist eine universelle Kombination mit den verschiedensten Ofentypen, wie beispielsweise Kammerofen mit und ohne Schutzgas, als Rollenherd- oder Durchstoßofen ausgebildete kontinuierliche Ofenanlagen oder Vakuumöfen, möglich. Die Belade- und Entladeschleusen gestatten eine kurze Taktzeit, da die bei herkömmlichen Vorrichtungen anfallenden Nebenzeiten für einen Druckausgleich zwischen Ofen bzw. Umgebung und Kühlkammer entfallen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kühlkammer als Gasabschreckkammer ausgebildet und dem Wärmebehandlungsofen unmittelbar nachgeschaltet, so daß sich die bekannten Vorteile beispielsweise einer Hochdruck-Gasabschreckung bei unterschiedlichsten

Wärmebehandlungsanlagen ausnutzen lassen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Kühlkammer mit einem Flüssigkeitsbad ausgerüstet, um auch ein Abschrecken beispielsweise in einem Ölbad zu erreichen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn eine als Gasabschreckkammer ausgebildete Kühlkammer mit Gaskühl- und -Verteileinrichtungen versehen ist, so daß eine Abkühlung mit umgewälztem Schutzgas sichergestellt ist. Von Vorteil ist ferner, wenn die Gasverteileinrichtung mit einem über Drosselklappen steuerbaren Gebläse koppelbar ist. Auf diese Weise ist eine ausreichende Durchströmung einer abzuschreckenden Charge gewährleistet.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist der Abschreckdruck in der Abschreckkammer annähernd konstant, so daß das bei Nichtgebrauch lediglich gedrosselte Gebläse nicht abgeschaltet werden muß und das mit hohen Geräuschemissionen verbundene Hochlaufen eines das Gebläse antreibenden Motors entfällt. Damit kann zugleich auf eine aufwendige und kostenintensive Kapselung zur Geräuschminderung des Gebläsemotors verzichtet werden.

Zweckmäßigerweise ist die Beladeschleuse wärmeisoliert, um eine vorzeitige Abkühlung einer Werkstückcharge beim Transport von einer Ofenkammer in die Beladeschieuse zu vermeiden. Zweckmäßig ist ferner, wenn die Beladeschleuse beheizbar ist, so daß die Aufrechterhaltung der Chargentemperatur sichergestellt ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Beladeschleuse und die Entladeschleuse mit einem Inertgas spülbar, so daß auch bisher unübliche Abschreckmedien, wie beispielsweise Luft oder Wasserdampf, verwendet werden können, da die Ofenatmosphäre bzw. die Umgebung von schädlichen Auswirkungen unbeeinflußt bleiben. Vor allem unter Hochdruckbedingungen mit einer hohen Abschreckintensität kann die Verwendung derartiger Abschreckmedien zu einer Verbesserung bestimmter Bauteileigenschaften, wie beispielsweise dem Korrosionsschutz, beitragen. Zu diesem Zweck wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Beladeschleuse und die Entladeschleuse evakuierbar sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein automatisches Transportsystem zum Bewegen der Chargen durch die einzelnen Kammern vorgesehen, so daß sich hohe Durchsatzmengen erzielen lassen. Um auf möglichst einfache Art und Weise eine Verbindung zwischen den einzelnen Kammern bzw. einem Wärmebehandlungsofen oder einem nachgeschalteten Entlader zu schaffen, sind die einzelnen Kammern untereinander und nach außen hin mit druckdichten Türen versehen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Transportsystem an das des Wärmebehandlungsofens bzw. einer kompletten Wärmebehandlungsanlage anpaßbar ist, so daß eine flexible Integration in eine bestehende Anlage ermöglicht wird. Vorteilhafterweise sind als Transportsystem Stoßer, Zugklinken, angetriebene Rollen, Teleskoplader oder Kombinationen derselben vorgesehen.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung einem rechnergesteuerten, vollautomatisierten Prozeßablauf unterliegt, so daß die Einbindung in eine computergestützte und damit äußerst wirtschaftliche Prozeßtechnik gewährleistet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, und zwar zeigt:

Fig. 1 die Integration einer Vorrichtung zum Abschrecken von Chargen metallischer Werkstücke in eine als Durchstoßanlage konzipierte Wärmebehandlungsanlage in einer schematischen Darstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Abschrecken von Chargen metallischer Werkstücke besteht in Transportrichtung einer Charge 1 aus einer Beladeschleuse 2, einer Gasabschreckkammer 3 sowie einer Entladeschleuse 4, die untereinander und nach außen hin mit druckdichten Türen 5a bis 5d versehen sind. Die Beladeschleuse 2 ist unmittelbar einem Wärmebehandlungsofen 6 nachgeschaltet, während im Anschluß an die Entladeschleuse 4 beispielsweise ein nicht dargestellter Entlader angeordnet sein kann, der die Charge 1 aufnimmt und manuell oder elektromotorisch bewegt zum Platz für den nächsten Arbeitsgang transportiert.

Der als kontinuierliche Durchstoßanlage konzipierte Wärmebehandlungsofen 6 ist mit einem Stoßer 7 versehen, der die Charge 1 nach Beendigung der Wärmebehandlung durch eine druckdichte und wärmeisolierte geöffnete Tür 5a in die Beladeschleuse 2 fördert. Vor Öffnen der Tür 5a findet eine Druckanpassung des in der Beladeschleuse 2 herrschenden Druckes an den des Wärmebehandlungsofens 6 statt. Je nach verwendeter Wärmebehandlung kann dabei Vakuum, Atmosphärendruck oder ein Überdruck in dem Wärmebehandlungsofen 6 herrschen. Nachdem der Stoßer 7 zurück in den Wärmebehandlungsofen 6 gefahren und die Tür 5a geschlossen ist, wird die Beladeschleuse 2 mit Druck beaufschlagt, bis das in der Gasabschreckkammer 3 vorhandene Druckniveau erreicht ist. Während dessen erfährt bereits die nächste Charge 1 eine Wärmebehandlung in dem Wärmebehandlungsofen 6.

Nach erfolgtem Druckausgleich zwischen Beladeschleuse 2 und Gasabschreckkammer 3 öffnet eine ebenfalls druckdichte und wärmeisolierte Tür 5b und die Charge 1 wird über einen Stoßer 8 in die Gasabschreckkammer 3 transportiert. Sobald die Charge 1 eine vorgegebene Position innerhalb der Gasabschreckkammer 3 eingenommen hat, beginnt die Abschreckung, indem

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eine nicht dargestellte Drosselklappe geöffnet wird und ein bis dahin auf einen Minimalwert reduzierter Gasstrom die Charge durchströmt.

Zum Zeitpunkt des Einsetzens der Abkühlung ist die Tür 5b noch geöffnet und der Stoßer 8 in seiner Zurückbewegung, d.h. es tritt keine Verzögerung in der Abschreckung ein, die eine vorzeitige und unzulässige Abkühlung bedingen könnte. Während der Abschreckung fährt der Stoßer 8 in die Beladeschleuse 2 zurück und die Tür 5b wird geschlossen. Zeitgleich wird die Entladeschleuse 4 geflutet bis das in der Gasabschreckkammer 3 herrschende Druckniveau erreicht ist. Dadurch ist es möglich, unmittelbar nach Beendigung des Abschreckvorgangs eine die Gasabschreckkammer 3 von der Entiadeschleuse 4 trennende druckdichte Tür 5c zu öffnen und die Charge 1 über durch einen Motor 10 angetriebene Rollen 9 in die Entladeschleuse 4 zu fördern. Nach Schließen der druckdichten Tür 5c wird das Druckniveau in der Entladeschleuse 4 auf Umgebungsdruck gesenkt und eine druckdichte Außentür 5d zum Entladen der Charge 1 geöffnet. Für die Aufnahme der nächsten Charge wird nach wieder geschlossener Außentür 5d die Entladeschleuse 4 entweder mit einem Inertgas, wie zum Beispiel Argon oder Helium, gespült oder evakuiert und im Anschluß daran bis auf das Druckniveau des Abschreckdruckes erneut geflutet.

Die konstruktive Ausgestaltung der Beladeschleuse 2 und der Entladeschleuse 4 ist derart, daß der für die Aufnahme der Charge 1 erforderliche Innenraum möglichst klein ist. Dies hat zur Folge, daß zum Druckausgleich lediglich eine geringe Gasmenge benötigt wird. Indem die Vorgänge des eigentlichen Abschreckens der Charge 1 und des Flutens auf Abschreckdruck, der bei einer Hochruck-Gasabschreckung in der Regel bis zu 6 bar betragen kann, durch das Vorhandensein einer Beladeschleuse 2 und Entladeschleuse 4 voneinander entkoppelt sind, wird zum einen eine kürzere Taktzeit erreicht und zum anderen die Geräuschemissionen deutlich reduziert, was zusätzlich dazu beiträgt, daß auf eine aufwendige und kostenintensive Geräuschkapselung verzichtet werden kann. Ursächlich hierfür ist, daß einerseits für den Druckausgleich in der Beladeschleuse 2 und Entladeschleuse 4 nunmehr genügend Zeit zur Verfugung steht, so daß das Fluten und Ablassen des Gases in diesen Kammern allmählich und damit geräuscharm ablaufen kann, und andererseits der Abschreckdruck und die Gasmenge in der

Gasabschreckkammer 3 bis auf eine infolge einer Gasschrumpfung bedingten Nachspeisemenge stets konstant ist, so daß eine Drosselung des die Gasumwälzung erzeugenden Gebläses ausreichend ist und das mit starken Schalldruckpegel verbundene zyklische Hochfahren des Gebläsemotors entfällt.

Mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist es möglich, kleine und dünnwandige Werkstücke abzuschrecken, ohne daß eine vorzeitige, unzulässige Abkühlung infolge ablaufbedingter Verweiizeiten entsteht. Durch die Entkoppelung von Fluten auf Hochdruck bzw. Ablassen auf Umgebungs- oder Ofendruck wird zudem eine reduzierte Prozeßdauer erreicht, die eine verkürzte Taktzeit ermöglicht. Ferner können bislang unkonventionelle Abschreckmedien, wie zum Beispiel Luft oder Wasserdampf, eingesetzt werden, da deren schädliche Beeinflussung der Ofenatmosphäre durch die zwischengeschaltete Beladeschleuse umgangen wird. Durch den modularen Aufbau der Vorrichtung ist weiterhin eine einfache Integration in die verschiedenartigsten Wärmebehandlungsanlagen durch die universelle Kombination mit unterschiedlichen Ofentypen, wie beispielsweise Rollenherd-, Durchstoß- oder Vakuumöfen gewährleistet. Dazu trägt auch bei, daß eine flexible Anpassung an bereits bestehende oder vorgegebene Transportsysteme einer Wärmebehandlungsanlage möglich ist. Schließlich wird die universelle Integrationsfähigkeit auch durch eine deutliche Reduzierung der Geräuschemissionen erreicht, die nicht zuletzt auch einer umweltgerechten Arbeitsplatzbelastung Rechnung trägt.

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Bezuqszeichenliste

1 Charge

2 Beiadeschleuse

3 Gasabschreckkammer

4 Entladeschleuse

5a druckdichte und wärmeisolierte Tür

5b druckdichte und warmeisolierte Tür

5c druckdichte Tür

5d druckdichte Tür

6 Warmebehandlungsofen

7 Stoßer

8 Stoßer

9 angetriebene Rollen

10 Motor

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Abschrecken von Chargen metallischer Werkstücke mit einem fiuiden, insbesondere gasförmigen, Medium bei einem vorgegebenen Abschreckdruck, bestehend aus einem einem Wärmebehandlungsofen (6) nachgeschalteten, separaten Abschreckraum, der thermische und druckdicht abschottbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Abschreckraum als modulare Baueinheit aus drei hintereinander geschalteten und druckdicht voneinander separierbaren Kammern (2, 3, 4) ausgebildet ist, wobei die erste Kammer eine Beladeschleuse (2) zum Ausgleichen einer Druckdifferenz zwischen Ofendruck und Abschreckdruck bei Aufrechterhaltung der Chargentemperatur, die zweite Kammer eine Kühlkammer (3) zum Abschrecken der Werkstücke und die dritte Kammer eine Entladeschleuse (4) zum Ausgleichen einer Druckdifferenz zwischen Abschreckdruck und Umgebungsdruck ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer als Gasabschreckkammer (3) ausgebildet und dem Wärmebehandlungsofen unmittelbar nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (3) mit einem Flüssigkeitsbad ausgerüstet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabschreckkammer (3) mit Gaskühl- und -Verteileinrichtungen versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteileinrichtung mit einem über Drosselklappen steuerbaren Gebläse koppelbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschreckdruck in der Gasabschreckkammer (3) annähernd konstant ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladeschleuse (2) wärmeisoliert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladeschleuse (2) beheizbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladeschleuse (2) und die Entladeschleuse (4) mit einem Inertgas spülbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladeschleuse (2) und die Entladeschleuse (4) evakuierbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein automatisches Transportsystem (7, 8) zum Bewegen der Chargen (1) durch die einzelnen Kammern (2 bis 4).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kammern (2 bis 4) untereinander und nach außen hin mit druckdichten Türen (5a bis 5d) versehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportsystem (7, 8) an das des Wärmebehandlungsofens (6) anpaßbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Transportsystem Stoßer (7, 8), Zugklinken, angetriebene Rollen (9), Teleskoplader oder Kombinationen derselben vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen rechnergesteuerten, vollautomatisierten Prozeßablauf.

R/SC/mg/li