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Vakuumofen
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumofen zur Hitzebehandlung
von Werkstücken und Materialien.
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Im cllgemeinen werden Vakuumöfen verwendet zum Schmelzen oder Hartlöten
von metallischen Werkstücken, z.B.
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von Aluminiumwerkstücken. Man benötigt eine solche Apparatur primär
aufgrund der Tatsache, daß das Metall durch atmosphärischen Sauerstoff oxidiert
wird, sc daß das Werkstück selbst oder die Verbindungsstellen beeinträchtigt werden.
Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel eines herkömmlichen Vakuumofens für solche Zwecke.
Er besteht aus horizontal angeordnet, zylindrischen Körpern, nämlich
einem
eigentlichen Ofen 1, einer Vorkammer 3 für die Einführung von Werkstücken. Diese
steht in Verein dung mit dem eigentlichen Ofen 1 über eine Vakuumtrennschleuse 2.
Ferner ist eine nachgeschaltete Kammer 4 vorgesehen für die Entnahme der Werkstücke,
welche wiederum mit dem eigentlichen Ofen 1 über eine Vakuumtrennschleuse 2' in
Verbindung steht. Durch den eigentlichen Ofen 1 erstreckt sich eine Förderanordnung
5 für den Transport der Werkstücke.
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Während der Behandlung eines Werkstücks A sind beide Schleusen 2 und
2' geschlossen, so daß der eigentliche Ofen 1 und die Kammern 3 und 4 unabhängig
voneinander in einem luftdicht abgeschlossenen Zustand gehalten werden. Die Ofenkammer
1 wird unter vorbestimmten Vakuumbedingungen gehalten und im Normalzustand auf einer
zweckentsprechenden Vorheiztemperatur gehalten. Die Tür 6 wird geöffnet und ein
Werkstück A wird in die Vorkammer 5 eingeführt, und diese wird wiederum geschlossen.
Nun wird die Kammer 3 in einem Maße evakuiert, welches im wesentlichen dem Vakuum
in der Ofenkammer 1 entspricht.
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Nun wird die Schleuse 2 geöffnet und die Vorkammer 3 wird mit der
Ofenkammer in Verbindung gebracht. Danach wird das Werkstück A aus der Vorkammer
3 in die Ofenkammer 1 bewegt und die Schleuse 2 wird geschlossen, so daß die Verbindung
zwischen der Ofenkammer 1 und der Vorkammer 3 unterbrochen wird. Nun wird die Ofenkammer
1 auf den gewünschten hohen Temperaturwert gebracht, wobei das Vakuum aufrechterhalten
wird. Dabei wird das Werkstück A in der gewünschten Weise behandelt-oder bearbeitet.
Nach der Beendigung der Wärmebehandlung wird die Schleuse 2' geöffnet und die Ofenkammer
1 gelangt in Verbindung mit der nachgeschalteten Kammer 4, welche zuvor auf das
in der Ofenkammer 1 herrschende Vakuum gebracht wurde. Das Werkstück A wird nun
von der Ofenkammer
1 in die nachgeschaltete Kammer 4 bewegt, und
zwar mit Hilfe des Transportsystems 5. Nach der Unterbrechung der Verbindung zwischen
der Ofenkammer 1 und der nachgeschalteten Kammer 4 durch Betätigung der Schleuse
2' wird die nachgeschaltete Kamner auf Atmosthärendruck gebracht und das Werkstück
A wird durch Öffnen einer Tür 7 entnommen.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform befinden sich die Ofenkammer
1 und die vorgeschaltete Kammer 3 und die nachgeschaltete Kammer 4 auf der gleichen
Höhe. Dies hat zur Folge, daß die Schleusen 2 und 2', welche ebenfalls auf gleicher
Höhe mit dem Ofen 1 liegen, der direkten Strahlungswärme ausgesetzt sind und somit
während des Betriebs des Ofens aufgeheizt werden. Es muß bemerkt werden, daß unter
den Vakuumbedingungen der Konvektionswärmetransport keine Rolle spielt. Jedenfalls
wird durch die Wärmeeinstrahlung eine Deformation der Schleusen hervorgerufen oder
die Schmiereigenschaften der gleitenden Teile gehen verloren, so daß sowohl beim
Schlieren als auch beim Öffnen Schwierigkeiten auftreten, und es ist schwierig,
einen luftdichten Verschluß aufrechtzuerhalten. Ferner kommt es zu bestimmten Deformationen
des Fördersystems, z.B. eines Förderbandes oder einer Förderkette zum Transport
der Werkstücke A aus der Kammer 3 in die Kammer 4 durch die Ofenkammer 1.
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Dies f7~rt zu praktischen Störungen beim Betrieb des Ofens, und diese
Störungen sind insbesondere bei großdimensionierten Öfen erheblich.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten
Probleme zu lösen.
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Erfindungsgemäß wird ein Vakuumofen für Wärmebehandlungszwecke geschaffen,
welcher eine Ofenkammer umfaßt sowie
eine Vorkammer für die Einführung
eines Werkstücks aus der Vorkammer in die Ofenkammer und eine nachgeschaltete Kammer
für die Ubernahme eines Werkstücks aus der Ofenkammer in die nachgeschaltete Kammer
und Vakuumschleusen zur Herbeiführung einer luftdichten Abtrennung zwischen der
Ofenkammer und der vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Kammer sowie eine Fördereinrichtung
zum Transport des Werkstücks aus der vorgeschalteten Kammer durch die Ofenkammer
in die nachgeschaltete Kammer, wobei eine Teil der Ofenkammer bildende Heizkammer
im oberen Teil angeordnet ist, und zwar über der Fördereinrichtung, und wobei eine
von außen betätigbare Hebevorrichtung in der Ofenkammer vorgesehen ist, welche die
von der Transporteinrichtung herantransportierten Berkstücke in die Heizkammer anhebt,
in der sie sodann erhitzt werden.
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Bei obiger Anordnung vermeidet man die direkte Bestrahlung der Vakuumschleusen
entlang der Fördereinrichtung mit Strahlungswärme hoher Temperatur. Dies hat zur
Folge, daß weder eine Wärmeverzerrung der Fordereinrichtung noch eine Wärmedeformation
der Schleusen stattfindet. Die Fördereinrichtung arbeitet somit stets einwandfrei,
und auch das Öffnen und Schließen der Schleusen erfolgt ohne Störungen, und die
Schleusen werden stets in einem zufriedenstellenden, luftdichten Zustand gehalten.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert;
es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Heizofens für kontinuierlichen
Betrieb; Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Heizofens für kontinuierlichen
Betrieb; und
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs
des erfindungsgemäßen Heizofens gemäß Fig.2, wobei einige Bereiche weggeschnltten
sind.
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Der erfindungsgemäße Vakuumofen für Wzrmebehandlungszwecke hat mit
dem herkömmlichen Ofen eine Reihe von Merkmalen gemeinsam, nämlich die Konstraktion
aus sich in horizontaler Richtung erstreckenden, zylindrischen Körpern, welche eine
Ofenkammer 101 bilden sowie eine Vorkammer 3 für die Aufnahme eines Werkstücks,
welches über eine Trennvakuumschleuse 2 mit der eigentlichen Ofenkammer 101 in Verbindung
steht, sowie eine nachgeschaltete Kammer 4, welche der Entnahme des Werkstücks dient
und über eine Trennvakuumschleuse 2' in der eigentlichen Ofenkammer 101 in Verbindung
steht. Ferner ist eine Fördereinrichtung 5 vorgesehen, welche aus einem Förderband
besteht oder aus Schienen, einem Walzenlager oder dergl.. Diese Fördereinrichtung
befindet sich auf dem Innenboden der eigentlichen Ofenkammer 1, der Vorkammer 3
und der nachgeschalteten Kammer 4. Ferner sind die Kammern 3 und 4 mit Türen 6 bzw.
7 versehen, die luftdicht verschließen.
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Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich dem herkömmlichen Vakuumofen
in den folgenden Merkmalen, welche nun anhand der Fig. 2 und 3 erläutert werden
sollen. Die eigentliche Ofenkammer 101 ist luftdicht mit einer Heizkammer 102 verbunden,
die in Form eines hohlen, zylindrischen Körpers vorliegt. Innerhalb der Heizkammer
102 befindet sich eine nicht dargestellte, bekannte Heizeinrichtung, z.B. eine elektrische
Heizeinrichtung. Diese ist mit einer externen Temperaturregeleinrichtung 103 verbunden.
Der obere Teil der Heizkammer 102 ist luftdicht mit einer Abdeckung 104 versehen.
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Eine Hebevorrichtung 105 erstreckt sich mit hermetischer Abdichtung
durch den Boden der eigentlichen Ofenkammer 101 und ist im wesentlichen entlang
der Driallinie der Heizkammer aufwärts- und abwärtsbewegbar. Die Hebevorrichtung
105 umfaßt eine Hebesäule 105 und einen an ihrem oberen Ende befestigten Tisch 107.
Die Hebesaule 106 ist an ihrem unteren Ende mit einer bekannten und nicht dargestellten
Antriebsvorrichtung, z. B. einer hydraulischen Einrichtung, verbunden. Die Abmessungen
des Tisches 107 sind derart gewählt, daß er zwischen einem Paar Schienen 5a, 5a,
welche die Transporteinrichtung 5 bilden, hindurchbewegbar ist. Ein Wagen 108 trägt
ein Werkstück A und ist auf den Schienen innerhalb der Kammer 3, der eigentlichen
Ofenkammer 101 und der Kammer 4 bewegbar. Der Wagen 108 besteht z.B. aus einem Rahmen
110, welcher eine Öffnung 109 aufweist. Durch diese hindurch ist die Hebesäule 106
vertikal bewegbar, und zwar zusammen mit dem Tisch, welcher das Werkstück A aufnimmt.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel des Antriebsmechanismus für den Wagen 108.
Dieser umfaßt eine Anzahl von Schienen 111 mit Zahnstangenverzahnung auf der Unterseite
des Rahmens 110, welche sich parallel zur Schiene 5a erstrecken. Ferner ist eine
Vielzahl von Zahnrädern 114 vorgesehen, welche mit den Zahnstangenverzahnungen kämmen.
Jedes Zahnrad 114 ist am Ende einer Welle 113 befestigt, welche sich unter hermetischer
Abdichtung durch die Seitenwandungen der Kammer 3, der Ofenkammer 101 und der Kammer
4 erstrecken. Jede Welle 113 ist am anderen Erde mit einem Antriebsmotor 112 verbunden.
Die Anzahl der Zahnräder 114 hängt ab von der Länge des Wagens 108 und kann so gewählt
werden, daß der Wagen 108 kontinuierlich und ohne Schwierigkeiten auf den Schienen
5a bewegt werden kann.
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Der erfindungsgemße Vakuumheizofen arbeitet folgendermaßen. Im Betrieb
sind beide Schleusen 2 und 2' luftdicht geschlossen, so daß die Verbindung zwischen
der eigentlichen Ofenkammer 101 und den Kammern 3 und 4 unterbrochen ist. Die Ofenkammer
101 wird sodann durch eine nictgezeigte Evakuiereinrichtung auf das gewünschte Vakuum
gebracht. Nun wird die Heizkammer 102 mit Hilfe der Temperaturregeleinrichtung 103
auf die gewünschte Temperatur gebracht. Nachfolgend wird die Tür 6 geöffnet und
ein Werkstück A wird in die Kammer 3 eingeführt und auf den Wagen 108 gelegt, welcher
zuvor eingefahren wurde. Nun wird die Tur 6 wieder verschlossen. Die Kammer 3 wird
sodann mit Hilfe einer nichtgezeigten Evakuiervorrichtung evakuiert. Nachdem der
Unterdruck im wesentlichen gleich dem Unterdruck in der Ofenkammer 101 ist, wird
die Schleuse 2 (Ventil) geöffnet. Eine Vielzahl von Antriebsmotoren 112 gemäß Fig.
3 wird nun sequentiell angetrieben, wobei die Zahnräder 114 rotieren. Hierdurch
wird der Wagen 108 auf den Schienen 5a bewegt. Das Werkstück A wird nun über die
Hebevorrichtung 105 transportiert, welche in der Ofenkammer 101 untergebracht ist.
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Nun wird die Schleuse 2 geschlossen und die Hebevorrichtung 105 wird
betätigt, so daß das Werkstück A in eine vorbestimmte Position innerhalb der Heizkammer
102 gebracht wird. Die Heizkammer 102 wird mit Hilfe der Temperaturregelvorrichtung
103 auf eine vorbestimmte Innentemperatur erhitzt, bei der das Werkstück A behandelt
wird. Die Heizkammer ;02 kann z.B. auf eine Temperatur von 5000C erhitzt werden.
Die Wärmeleitung erfolgt dabei im wesentlichen durch Strahlungswärme, da die Ofenkammer
101 einschließlich der Heizkammer 102 unter Vakuum steht. Bei der getroffenen Anordnung
der Heizkammer 102 im oberen Bereich über der Fördereinrichtung 5 verhindert im
wesentlichen die Beaufschlagung der Transporteinrichtung 5 mit der Strahlungswärme
der Heizkammer
102. Somit wird einerseits das Werkstück A innerhalb
der Heizkammer 102 wirksam erhitzt, während andererseits die Menge der aus der Heizkammer
102 zur Fördereinrichtung 5 abgestrahlten Wärme verringert wird. Außerdem trifft
die Strahlungswärme der Heizkammer 102 nicht auf die Vakuumschleusen 2 und 2' auf.
Hierdurch kann verhindert werden, daß die Schleusen 2 und 2' durch Wärmeeinwirkung
deformiert werden. Sie können daher jederzeit leicht und störungsfrei gehandhabt
werden, und es wird stets ein luftdichter Schließzustand aufrechterhalten.
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Nachdem das Werkstück in der Heizkammer 102 erhitzt wurde, wird es
mit Hilfe der Hebevorrichtung 105 zum Wagen 108 zurückgebracht. Nun wird das Schleusentor
2' geöffnet, und es wird die Verbindung zwischen der Ofenkammer 101 und der nachgeschalteten
Kammer 4 hergestellt. Letztere wurde zuvor evakuiert, und zwar auf einen Unterdruck,der
im wesentlichen dem Unterdruck in der Ofenkammer 101 entspricht. Die Antriebsmotore
112 werden nun sequentiell angetrieben, wobei der Wagen 108 auf den Schienen 5a
bewegt wird. Hierdurch gelangt das Werkstück A aus der Ofenkammer 101 in die nachgeschaltete
Kammer 4. Das Schleusentor 2' wird geschlossen, wobei die Verbindung zwischen der
Kammer 4 und der Ofenkammer 101 unterbrochen wird.
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Nun wird die Kammer 4 auf :Atmosphärendruck gebracht und die Tür 7
wird geöffnet. Nun kann das Werkstück A aus der Kammer 4 entnommen werden. Durch
Wiederholung dieser Betriebssequenz kann eine Vielzahl von Werkstücken kontinuierlich
einer Wärmebehandlung unter Vakuum unterzogen werden.
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Vorstehend wurde die Fördereinrichtung als ein Schienenpaar beschrieben.
Man kann jedoch auch andere Transporteinrichtungen verwenden, z.B. Förderbänder,
Förderketten, Walzenlager, Kugellager oder dergl..