DE3856107T2

DE3856107T2 - Mehrkammer-mehrzweck-drehherdofenanlage

Info

Publication number: DE3856107T2
Application number: DE3856107T
Authority: DE
Inventors: Gary Keil; John Smith
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1988-03-01
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2008-03-02
Also published as: EP0359756A4; FI894621A; CN88101735A; JPH0798973B2; EP0359756A1; WO1988007589A1; US4763880A; CN1021483C; MX164493B; FI894621A0; CA1291332C; FI88809C; JPH02502930A; ATE162227T1; FI88809B; DE3856107D1; EP0359756B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf kontinuierliche Mehr- Ofen-Heizbehandlungsysteme gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 15.
Existierende kontinuierliche Karborisierungs- bzw. Aufkohlungsofensysteme weisen oft unterschiedliche Abschnitte oder Kammern auf, um die verschiedenen Behandlungen zu trennen, die beim Aufkohlungsprozeß eingesetzt werden - nämlich Heizen, Aufkohlung (Karborisierung), Diffusion und Ausgleichskühlung. Beispielsweise beschreiben die US- Patente 3 598 381 und 3 662 996 Vorrichtungen mit getrennten Ofenstufen, im allgemeinen rechteckig in der Draufsicht, und zwar zum Heizen, Aufkohlen und zur Diffusion von Metallteilen bei ausgewählten Temperaturen und in unterschiedlichen Gasatmosphären für fest gelegte Zeitperioden. Bei solchen Systemen werden Behälter mit Teilen nacheinander durch jedem Ofen in einer festgelegten Abfolge geschoben oder gezogen, wobei jeder Behälter in der gleichen Relativposition in seiner Reihe während des Durchlaufes durch das System bleibt. Jedes Teil erhält eine identische Wärmebehandlung.
Obwohl die oben erwähnten Systeme weithin für kontinuierliche sehr lange Durchläufe von ähnlichen Teilen verwendet worden sind, sind sie nicht gut für Fabriken geeignet, in denen es nötig ist, eine Vielzahl von Metallteilen zu verarbeiten, die unterschiedliche Zykluszeiten und/oder unterschiedliche Arten einer Abschreckung/Kühlung erfordern, und wo es erwünscht ist, eine Vielzahr von Teilen "auf Anfrage herzustellen", um niedrige Bestände zu halten. Beispielsweise wären die Systeme der US-Patente 3 598 381 und 3 662 996 für solche Anwendungen schlecht zu gebrauchen, da sie im allgemeinen unterschiedliche Wärmebehandlungen nur durch teilweises oder vollständiges Entladen einer Reihe bzw. Linie durch die Anwendung von leeren Behältern in ausgewählten Teilen einer Verarbeitungslinie erreichen können. Solche Ansätze sind zeitaufwendig und reduzieren wesentlich den Wirkungsgrad eines Ofensystems.
Begrenzte Versuche sind vorgenommen worden, um eine größere Flexibilität bei der Verarbeitung von Teilen in Ofensystemen vorzusehen, und zwar durch die Verwendung eines einzelnen Drehgestellaufkohlungsofens, wie er auf den Seiten 19 und 21 von Metal Progress (September 1985) offenbart wird. Auch zeigt Fig. 5 des US-Patentes 3 598 381 eine Drehgestelldiffusionsvorrichtung, die eine Diffusionskammer getrennt von der herkömmlichen Aufkohlungskammer vorsieht. Während diese Systeme eine gewisse Verbesserung vorsehen, gestatten sie, daß Teilverarbeitungszeiten nur in einem einzigen Teil des gesamten Wärmebehandlungsprozesses variiert werden. Darüber hinaus gestatten die Drehgestellöfen, die in diesen Systemen des Standes der Technik offenbart werden, nicht eine adäquate Zoneneinteilung ihrer Drehofenkammern in mehrfache Zonen oder Kammern für eine verbesserte Temperatursteuerung. Auch würden solche Einzelkammerdrehöfen Heißzugmechanismen bzw. hitzebeständige Zugmechanismen erfordern, und zwar für den Transfer bzw. die Bewegung von Behältern von Teilen zwischen zwei Drehöfen, was die Zuverlässigkeit der Transfers bzw. Bewegungen senkt und die Zugänglichkeit der Transfermechanismen zur Instandhaltung verringert.
Es sei weiter hingewiesen auf US-A-4 622 006, die sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallwerkstücken bezieht, und zwar unter Verwendung eines kontinuierlichen Heizofens oder Schwerkraftauslaßofens mit mindestens zwei Behandlungskammern, durch die Werkstücke nacheinander hindurchlaufen. Der Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 15 basiert auf diesem Stück des Standes der Technik.
Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Ofensystem vorzusehen, bei dem verschiedene Teile für unterschiedliche Zeitperioden wärmebehandelt werden, während sie durch das System in benachbarten Behältern vorangeleitet werden bzw. verarbeitet werden, und zwar ohne die Anwenudng von festgelegten Anzahlen von leeren Behältern im System zu erfordern.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Ofensystem vorzusehen, welches simultan Teile mit variablen Wärmebehandlungszykluszeiten durchlaufen läßt, während es das höchste Niveau an Wirkungsgrad aufrechterhält.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Ofensystem vorzusehen, und zwar mit mehreren verbundenen Kammern, von denen einige gleichzeitig Teile mit unterschiedlichen Verarbeitungszeitanforderungen wärmebehandeln.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Ofensystem vorzusehen, welches zusätzlich zu dem Obigen Teile zwischen Kammern bewegt, und zwar allein durch Schubwirkung und ohne Mischung der Atmosphären der verbundenen Kammern.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Mehrkammer-Ofensystem vorzusehen, in dem in jeder der verschiedenen Kammern ein Behälter von Teilen unagechtet seiner Position als der nächste Behälter ausgewählt werden kann, der aus dieser Kammer herausgezogen bzw. herausgeführt wird.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Ofensystem mit einem Drehgestellkarborisierungs- bzw. Drehgestellaufkohlungsofen vorzusehen, und zwar mit mehreren temperaturgesteuerten Zonen und verbesserter Zirkulation seiner Gasatmosphäre.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Ofensystem mit mehreren Drehkammern vorzusehen, und zwar mit verbesserter Temperaturgleichförmigkeit und Gleichförmigkeit der Atmosphäre innerhalb jeder Kammer.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Mehrkammer-Ofensystem vorzusehen, bei dem jeder Behälter von Teilen innerhalb einer Drehausgleichskammer ungeachtet seiner Position innerhalb der Kammer zu einer ausgewählten Auslaß- bzw. Ausgangstür geleitet werden kann, und zwar zum Abschrekken/Kühlen in einer von mehreren Vorrichtungen von unterschiedlichen Bauarten.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Ofensystem mit mehreren bzw. mehrfachen Drehöfen vorzusehen, welches einen Ausgleichsofen aufweist, der betreibbar ist, um Teile abzukühlen, um Teile zu einer langsamen Abkühlvorrichtung und/oder zu ausgewählten Abschreckvorrichtungen zu transportieren, und um Teile Wiederaufzuheizen, die von der langsamen Abkühlvorrichtung zurückkehren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ofensystem zur Wärmebehandlung von Teilen nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 15 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist ein kontinuierliches Karborisierungsbzw. Aufkohlungsofensystem mit mehreren oder mehrfachen Drehöfen, die in Reihe angeordnet sind, und wobei jeder Drehofen geeignet ist, um Behälter mit unterschiedlichen Teilen für variierende Zeitdauern wärmezubehandeln, und um dann einen ausgewählten Behälter in dem nächsten Ofen oder die näcchste Verarbeitungskammer zur weiteren Behandlung zu schieben. Das System verarbeitet gleichzeitig eine Mischung von Teilen, die unterschiedliche Zykluszeiten erfordern, wodurch unterschiedliche Einsatztiefen und Diffusionstiefen in den Teilen vorgesehen werden, wie es erwünscht ist, und währendessen werden hohe Ofenwirkungsgrade und gleichförmige Ofenatmosphären aufrechterhalten.
In bevorzugter Form weist das Ofensystem der Erfindung drei "donut-förmige" bzw. "torusförmige" Öfen auf, eine Karborisierungs- bzw. Aufkohlungsvorrichtung, einen Diffusor bzw. eine Diffusionsvorrichtung und eine Ausgleichsvorrichtung - jeweils mit einem kreisförmigen drehbaren Gestell zum Tragen und zur Bewegung von Teilebehältern innerhalb einer ringförmigen Ofenkammer. Jeder Drehofen ist mit einem weiteren Drehofen durch eine patentierte Doppeltüranordnung verbunden, die eine Vermischung der Gasatmosphären der benachbarten Ofenkammern verhindert. Eine oder mehrere Schubanordnungen sind innerhalb des kreisförmigen Raums oder "Loches" jedes torusförmigen Ofens zum Ausladen von Behältern oder Teilen vorgesehen. Die Drehgestelle gestatten eine Entladung irgendeines Behälters aus irgendeiner Position innerhalb des Ofens zu irgendeiner Zeiü durch Drehung der ausgewählten Position auf dem Gestell zur Auslaßtür des Ofens, wodurch somit ein hoher Grad an Flexibilität im Betrieb des Systems vorgesehen wird.
Der Ausgleichsofen des oben erwähnten bevorzugten Systems dient als eine Kühlkammer, ein Mechanismus zum Transport der Behälter von Teilen zu einem gewählten Abschrecksystem oder zu einer Kammmer für langsame Abkühlung, und als eine Wiederaufheizkammer für Teile, die von der Kammer für langsame Abkühlung bzw. der langsamen Kühlkammer zurückgeleitet werden. Behälter, die in die Kammer für langsame Abkühlung aus der Ausgleichskammer geschoben worden sind, können nach dem Abkühlen in die Ausgleichskammer zum erneuten Aufheizen und Abschrecken eigeführt werden, oder können direkt aus der Kammer für langsame Abkühlung entfernt werden, und zwar zu einer Behälterrückführtransferlinie.
Um gleichförmige Atmosphären innerhalb der Aufkohlungsbzw. Karborisierungskammer beizubehalten, sind spezielle Ventilatoren in ihren Seitenwänden befestigt. Die Ventilatoren, typischerweise einer pro Zone, sehen eine Umfangszirkulation der Gase in der Ofenkammer der Aufkohlungsvorrichtung vor, und zwar in einer Richtung gegen die Drehung ihres Gestells. Eine Gleichförmigkeit der Atmosphäre wird auch sichergestellt durch 0berwachen und Steuern von Temperaturen innerhalb der mehrfachen bzw. mehreren Zonen. Bei den Diffusions- und Ausgleichskammern können Deckenventilatoren für eine Atmosphärengleichförmigkeit eingesetzt werden, und zwar typischerweise einer pro Zone der mehreren Zonen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht eines bevorzugten Ofensystems gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Drehaufkohlungsofens entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Drehdiffusionsofens entlang der Linie 3-3 der Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Drehausgleichsofens entlang der Linie 4-4 der Fig. 1;
Fig. 5 ist eine Ansicht eines Teils des Drehaufkohlungsofens entlang der Linie 5-5 der Fig. 1;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht von oben entlang der Linie 6-6 der Fig. 5, die einen bevorzugten Wandatmosphärenzirkulationsventilator veranschaulicht;
Fig. 7 ist eine Längsschnittansicht des Vorheizofens eines bevorzugten Ofensystems;
Fig. 8 ist eine Endschnittansicht des Vorheizofens;
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Ofensystems gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Fig. 1 veranschaulicht eine allgemeine Anordung oder einen Plan eines bevorzugten kontinuierlichen bzw. durchlaufenden Karborisierungs- bzw. Aufkohlungsofensystems 20 gemäß der Erfindung. (Wie hier verwendet, soll der Ausdruck "Karborisierung" oder "Aufkohlung" nicht nur die Verarbeitung in kohlenstoffreichen Gasatmosphären, sonern auch in Kohlenstoff/Stickstoff-(Karbonitrierungs-) Atmoshären einschließen). Das System 20 weist verschiedene verbundene Öfen auf die jeweils eine getrennte Ofenkammer bilden, in denen mit Teilen beladene Behälter durch einen Karborisierungs- bzw. Aufkohlungszyklus verarbeitet weren. Einige deröfen, wie beispielsweise der Vorheizofen 22 und der Temper- bzw. Anlaßofen 24 sind herkömmliche Einheiten, durch die Teile (Behälter oder Teile) in der Reihenfolge transportiert werden, in der sie eintreten (der Vorheizofen 22 kann, wie später dargestellt, eine gewisse Flexibilität der Verarbeitungsreihenfolge erreichen, und zwar durch Anwendung von zwei Reihen, wobei jede Reihe mit einer unterschiedlichen Rate bzw. Geschwindigkeit geschoben werden kann, oder er kann von der "Drehtorusbauart" sein, falls erwünscht). Andere, wie beispielsweise die drei in Reihe angeschlossenen torusförmigen Drehöfen 30, 32, und 34 sind einzigartige Öfen mit varabalem Zyklus, die gestatten, daß Teile in irgendeiner ausgewählten Reihenfolge unabhängig vom Zeitpunkt und der Sequenz der Einleitung ausgelassen bzw. herausgeschoben werden. Diese Öfen und andere Komponenten des kontinuierlichen Aufkohlungssystems 20 werden nun in der Reihenfolge beschrieben, in der Teile durch einen Aufkohlungszyklus verarbeitet werden.
Behälter, die mit aufzukohlenden Teilen beladen sind, beispielsweise mit Zahnrädem, Wellen und anderen Stahlteilen, deren Oberfläche gehärtet werden soll, werden zuerst von einem Lade/Entlade-Gebiet 38 zu einem Vorheizofen 22 bewegt (siehe Fig. 1, 7 und 8). Der Vorheizofen 22, der als ein herkömmlicher stationärer Gestellofen veranschaulicht ist, der, falls erwünscht, jedoch einen Drehgestellofen ähnlich dem im folgenden beschriebenen aufweist, wirkt dahingehend, daß er das Werkstück auf die gewünschte Karborisierungs- bzw. Aufkohlungstemperatur erwärmt, wie beispielsweise ungefähr 927ºC (1700ºF), und zwar in einer Gasatmosphäre, die eine Entkohlung oder ein Abplatzen bzw. eine Verzunderung verhindern. Zu diesem Zweck erstrecken sich Heizrohre 42, typischerweise U- förmige Rohre, die an einem Ende mit einem gasbetriebenen oder flüssigkeitsbetriebenen Brenner verbunden sind (elektrisch beheizte Heizrohre können auch verwendet werden), sich zwischen den Seitenwänden des Vorheizofens 22 über und, falls nötig auch unter den Behältern, und die Gasatmosphäre des Ofens 22 wird gesteuert, um eine kleine Kohlenstoffmenge (beispielsweise 0,2 Gew.%) zu enthalten, und zwar durch Verwendung des Auslasses bzw. der Abgabe eines (nicht gezeigten) endothermen Gasgenerators plus Stickstoff, und, falls erforderlich, einer kleinen Menge von Kohlenstoffanreicherungsgas aus einer geeigneten Versorgung. Diese Gewinnungsvorrichtungen von herkömmlicher Konstruktion können mit den Heizrohren 42 verbunden werden, um Wärme aus den heißen Gasen wiederzugewinnen, die durch die Heizrohre hindurchgelaufen sind. Ein oder mehrere Ventilatoren, wie beispielsweise der Ventilator 44, der in der Decke 45 des Ofens 22 montiert oder befestigt ist, können vorgesehen werden, um Gase zu zirkulieren, um eine gleichförmige Atmoshäre aufrechtzuerhalten. Die Behälter 46 der Teile 47 werden in dem Vorheizofen 22 durch Einwirkung einer motorbetriebenen Schubanordnung 48 eingebracht, typischerweise einer Greifkettenschubanordnung, die in der Ofentechnik wohl bekannt ist, sie werden dann durch den Ofen 22 entlang von Schienen 50 in einer einzelnen Reihe durch eine motorgetriebene Hauptschubanordnung 56 der starren Bauart oder in einer doppelten oder zweifachen Linie durch zwei getrennte Hauptschubanordnungen 56 und 58 geschoben. Die Schubanordnungen 56 und 58 sind vorzugsweise derart aufgebaut, daß sie Behälter zu jeder Behälterposition entlang der Länge des Vorheizofens 22 schieben, falls nötig, so daß dieser Ofen beim Abschalten ohne Verwendung von leeren Behältern ausgeleert werden kann. Ein Vorheizofen mit zwei benachbarten Linien, die mit einer getrennten Hauptschubanordnung ausgerichtet sind, und die jeweils drei oder vier Behälterpositionen besitzen, kann wünschenswert sein, da dies eine große Vorheizkapazität vorsieht, um schnell den benachbarten Aufkohlungsofen 30 während des anfänglichen Starts zu füllen. Eine Doppeireihe gestattet auch eine gewisse Flexibilität mit Bezug auf die Zeit, die unterschiedliche Teile im Vorheizofen bleiben. Beispielsweise gestattet sie, daß leichtere Teile durch den Ofen 22 und in den Aufkohlungssofen 30 schneller geleitet werden als schwerere Teile, die längere Vorheizzeiten erfordern. Während des normalen Betriebs müssen nicht alle Vorheizpositionen des Ofens 22 typischerweise verwendet werden, um mit dem Aufkohlungsofen 30 Schritt zu halten.
Das Ausgangsende des Vorheizofens 22 ist mit einem Drehaufkohlungsofen 30 verbunden, und ist von ihm durch eine spezielle Doppeltürstruktur 61 getrennt, deren Türen normalerweise verschlossen sind. Eine geeignete Doppeltürstruktur 61 ist jene, die im US-Patent 3 662 996 beschrieben wird, und in Fig. 2 davon veranschaulicht wird. Die Offenbarung des US-Patentes 3 662 996 sei hier mit Bezugnahme darauf eingeschlossen. Solche Türstrukturen weisen eine Abflußstruktur 62 in einer der Seitenwände in einer Verbindungszone 63 auf, die sich zwischen den zwei Türen 61 erstreckt. Die Abflußstruktur 62 dient als ein Auslaß zum Entlüften von Gasen, die in die Verbindungszone 63 entweder aus dem Vorheizofen 22 oder aus dem Aufkohlungsofen 30 fließen, wenn die Türen 61 geschlossen sind, und viel wichtiger, wenn sie offen sind. Somit wird ein Vermischen der unterschiedlichen Atmosphären der Öfen 22 und 30 verhindert.
Um sicherzustellen, daß die Teilebehälter, die in den Aufkohlungsofen 30 einzubringen sind, die ordnungsgemäße Lage im Vorheizofen 22 zum Transfer erhalten, wirken die Behälter, die entlang jeder Linie des Vorheizofens 22 voranschreiten, mit einer Behälterpositioniervorrichtung 64 zusammen, die am Auslaßende des Vorheizofens 22 vorgesehen ist. Jede Behälterpositioniervorrichtung 64 weist eine Positionierstange auf, die sich in den Ofen 22 erstreckt, und von einem Behälter berührt wird, bevor der Behälter die "Auslaßposition" des Vorheizofens 22 erreicht. Der voranlaufende Behälter drückt die Positionierungsstange zurück, und zwar entlang der Richtung der Behälterbewegung, bis der Behälter die Auslaßposition erreicht, wobei an diesem Punkt die Behälterpositionierungsstange einen Schalter auslöst, wodurch die Schubwirkung der Hauptschubanordnung 56 angehalten wird, und ein Zurückziehen der Behälterpositionierungsstange bewirkt wird.
Wenn erwünscht ist, einen Behälter 46 in die Drehaufkohlungsvorrichtung 30 zu bewegen, werden die Türen 61 angehoben. Der Behälter wird dann durch die Wirkung einer motorangetriebenen Schubanordnung 65, typischerweise einer Greifkettenschubanordnung, auf ein kreisförmiges Gestell 66 innerhalb der Aufkohlungsvorrictung 30 geschoben. Eine ordnungsgemäße Positionierung des Behälters auf dem Gestell 66 wird sichergestellt durch Gegenwirkung zwischen der Schubanordnung 65 und einer Behälterpositioniervorrichtung 67 ähnlich der oben beschriebenen Positioniervorrichtung 64 und innerhalb des mittleren "Torusloches" gelegen, welches von der inneren Seitenwand 68 des Aufkohlungsofens 30 gebildet wird.
Eine gesteuerte kohlenstoffangereicherte Gasatmosphäre ist in der Ringofenkammer 69 vorgesehen, die von dem torusförmigen Aufkohlungsofen 30 gebildet wird, so daß Kohlenstoff gleichförmig in die Oberfläche der Teile eindringt. Die Atmosphäre kann durch einen endothermen Gasgenerator vorgesehen werden, wobei die Kohlenstoffanreicherung an eine Atmosphären-Analyse-Steuervorrichtung gekoppelt ist, die Sauerstoffsonden aufweisen kann. Ein typischer Kohlenstoffgehalt für die Atmosphäre kann bei spielsweise ein Wert im Bereich von ungefähr 1-1,35 Gew.% sein. Um die gewünschte erhöhte Temperatur (beispielsweise 927ºC (1700ºF)) zur Aufkohlung aufrechtzuerhalten, erstrecken sich Heizrohre 72 (Eig. 2) zwischen den inneren und äußeren Seitenwänden 68 und 76, und die Seitenwände 68 und 76 sind vorzugsweise aus isolierendem feuerfestem Material gebildet oder damit ausgekleidet.
Teile werden innerhalb der Aufkohlungsvorrichtung 30 durch Drehung des Gestells 66 innerhalb der ringförmigen Aufkohlungskammer 69 bewegt, und das Gestell 66 wird typischerweise kontinuierlich gedreht, außer wenn es gestoppt wird, um Teile aufzunehmen oder auszuladen. Um die Bewegung zu erleichtern, wird das Gestell 66 auf stationären Rädem 80 getragen, die auf einer kreisförmigen Bahn 84 auf der Unterseite des Gestells 66 laufen. Geeignete Öldichtungen 88 sind benachbart zum Gestell auf dem Innen- und Außendurchmesser vorgesehen, um ein Lecken seiner Gasatmosphäre um das Gestell herum zu verhindern, und das Öl wird vorzugsweise zu und von einem (nicht gezeigten) Luft/Öl-Wärmetauscher zirkuliert, um die Öltemperaturen auf einem vorgewählten Niveau zu halten. Die Drehung des Gestells 66 wird erreicht durch Einwirkung eines Antriebsmechanismuses 92, wie beispielsweise einer hydraulikmotorgetriebenen Kette. Der Antriebsmechanismus weist Geschwindigkeitssteuerungen auf, um die Gestellbewegung einzustellen, und zwar auf Beschleunigung, normale Laufgeschwindigkeit und Abbremsen, und dreht vorzugsweise das Gestell 66 nur in einer Richtung während der normalen Herstellvorgänge. Falls er für eine Gestellbewegung nur in einer einzigen Richtung während der Produktion konfiguriert ist, gestattet der Antriebsmechanismus 92 vorzugsweise eine manuelle "Stoßumkehrung" bzw. "Schubumkehrung" der Gestelldrehung im Fall einer Drehfunktion, und um zu gestatten&sub1; daß eine Instandhaltung ausgeführt wird. Alternativ kann der Mechanismus 92 angeordnet werden, um das Gestell 66 sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn während der Produktion zu drehen, wobei die Drehrichtung automatisch ausgewählt wird, um den erforderlichen Weg des Gestells zum Ausladen eines ausgewählten Behälters aus der Aufkohlungskammer 69 zu minimieren. Die normale Drehgeschwindigkeit des Gestells 66 ist vorzugsweise mindestens eine Umdrehung pro Minute, jedoch ist bei solchen Geschwindigkeiten der Vorteil des "Minimalweges" bei der zweifachen Drehung bzw. Drehung in zwei Richtungen wahrscheinlich nicht die zusätzliche Komplexität Wert, die erforderlich ist, um sie vorzusehen und zu steuern.
Im Ofensystem 20 werden Behälter von Teilen von ihrer Eintrittsposition 93 benachbart zur Doppeltür 61 des Aufkohlungsofens 30 zu ihrer Auslaß- bzw. Ausladeposition 94 benachbart zur Auslaßtürstruktur 96 transportiert, und zwar durch Bewegung des Gestells 66, statt daß sie als Teil einer Linie bzw. Reihe von Behältern geschoben werden, die sich entlang einer Ofenkammer erstreckt. Da irgendein Punkt auf dem Gestell in die Auslaßposition 94 gedreht werden kann, kann irgendein Teilebehälter zu irgendeiner Zeit in die Auslaßposition gebracht werden, und zwar ungeachtet dessen, wie lang er im Aufkohlungsofen 30 geblieben ist. Dies gestattet eine Mischung der Teile, von denen einige längere Aufkohlungszeiten erfordern als andere - beispielsweise um größere Einsatztiefen zu erreichen - um gleichzeitig im Ofen 30 aufgekohlt zu werden. Es gestattet auch, daß Teile, deren Wärmebehandlung mit hoher Priorität ausgeführt werden muß, bevorzugt vor Teilen ausgeladen werden, die eine zusätzliche Aufkohlung tolerieren können und nicht sofort benötigt werden. Darüber hinaus wird dieser Mehrzweckbetrieb des Aufkohlungsofens 30 ohne Anwendung einer festgelegten Anzahl von leeren Behältern -zwischen den Behältern der Teile erreicht, die unterschiedliche Aufkohlungszeiten erfordern. Die Anwendung einer Anzahl von leeren Behältern ist ein herkömmliches ineffizientes Verfahren zur Veränderung von Zykluszeiten in einem herkömmlichen Mehrkammer-Schubanordnungsofen.
Eine ordnungsgemäße Aufkohlung von Teilen im Ofen 30 erfordert, daß die Gasatmosphäre in der Ringofenkammer 69 gleichförmig ist. Dementsprechend ist die Aufkohlungsofenkammer 69 in mehrere bzw. mehrfache Zonen aufgeteilt - beispielsweise drei Zonen in der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Anordnung. Temperatursensoren 104 in jeder der drei Zonen überwachen und steuern die Temperatur der Gasatmosphäre und der Ofenkammer 69. Die Sensoren 104 können beispielsweise nahe der Mitte jeder Zone gelegen sein und ausreichend über dem Gestell 66, um nicht mit der Bewegung der beladenen Behälter in Gegenwirkung zu treten (beispielsweise ungefähr 5,1 cm (2 inch) über den beladenen Behältern), und sie sind durch (nicht gezeigte) Temperatursteuervorrichtungen mit Brennern verbunden, die die Heizrohre 72 ihrer assoziierten oder zugeordneten Zone mit Leistung versorgen bzw. beheizen, um die gewünschte Kammertemperatur aufrechtzuerhalten. Da jede Zone individuell überwacht und gesteuert wird, wird die Veränderung der Temperatur in Umfangsrichtung minimiert, was eine ordnungsgemäße Aufkohlung der Teile sicherstellt.
Eine Gleichförmigkeit der Gasatmosphäre wird auch durch die Ventilatoren 112 (Fig. 1 , 5 und 6) begünstigt, vorzugsweise durch Walzenventilatoren, die in der äußeren Seitenwand 76 über dem Gestell 66 der Drehaufkohlungsvorrichtung 30 befestigt sind. Jeder Ventilator ist innerhalb eines Einlasses 116 eines Tunnels 118 gelegen, der in der feuerfesten Auskleidung der Seitenwand 76 ausgebildet ist, und leitet einen Fluß an einen Auslaß 120, der umfangsmäßig bzw. umlaufend entlang der Seitenwand 76 beispielsweise um einen Abstand von ungefähr 1,2 m (4 Fuß) vom Einlaß 116 beabstandet ist. Wie in Fig. 6 gezeigt, können die Auslässe 120 abgewinkelt sein, um dabei zu helfen, eine Umfangskomponente des Flusses der Gasatmosphäre zu erzeugen, vorzugsweise in der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Gestells 66. Dieser Gegenfluß der Gase, wenn sie aus dem Auslaß von einer Ventilatoranordnung zum Einlaß der nächsten Ventilatoranordnung laufen (ohne jedoch die äußere Seitenwand 76 "zu umschließen" bzw. an sie zu drücken" begünstigt die Durchmischung der Gase innerhalb der Aufkohlungsofenkammer 69 und stellt einen guten Kontakt zwischen den Teilen und frischer kohlenstoffangereicherter Gasatmosphäre sicher.
Wenn die Aufkohlung eines Teilebehälters im Ofen 30 sich der Vollendung nähert, wird das Gestell 66 gedreht, um den Behälter in die Auslaßposition 94 zu bringen. Die Türen 124 in der Verbindungszone 126 zwischen dem Aufkohlungsofen 30 und dem Diffusionsofen 32 werden dann geöffnet, und der Teilebehälter wird in eine vorgewählte Position in der Ringofenkammer 128 des Drehdiffusionsofens 32 gedrückt, und zwar durch eine motorgetriebene Greifkettenschubanordnung 130, die mit einer geeigneten Behälterpositioniervorrichtung 131 innerhalb des mittleren Torusloches 133 des Diffusionsofens 32 zusammenwirkt. Da der Aufkohlungsofen 30 in Form eines Turbus konstruiert ist, gestattet sein "Mittelloch" 132 die Anordnung und den Betrieb der Schubanordnung 130 inerhalb dieses offenen Raums. Dies vermeidet die Notwendigkeit eines Zugmechanismuses innerhalb der heißen Verbindungszone oder -kehle 126 zwischen den Öfen 30 und 32. Die Turbusform erleichtert auch die Zonenbildung bzw. Zoneneinteilung des Ofens 30, wie vorher beschrieben, und zwar für eine verbesserte Temperatursteuerung in der ringförmigen Ofenkammer 69.
Es wird bevorzugt, daß die Türen 124 zwischen den Öfen 30 und 32 von der Doppeltürbauert sind, und zwar ähnlich den zuvor beschriebenen Doppeltüren 61 zwischen der Vorheizvorrichtung 22 und der Aufkohlungsvorrichtung 30. Diese Dopeltüranordnung verhindert ein Vermischen der unterschiedlichen Gasatmosphären der Öfen 30 und 32, insbesondere wenn die Türen 124 zum Transport von Teilen in dem Diffusionsofen 32 geöffnet werden.
Der Drehdiffusionsofen 32 und der Drehausgleichsofen 34 sind in der Struktur ähnlich dem Aufkohlungsofen 30, besitzen jedoch normalerweise kleinere Kammern als der Ofen 30 - sie können beispielsweise acht Behälterpositionen aufweisen, im Vergleich zu den vierzehn, die im Aufkohlungsofen 30 vorgesehen sein können. Dies ist möglich, da Teilverweilzeiten in den Öfen 32 und 34 wesentlich kürzer sind als jene in der Aufkohlungsvorrichtung 30, und daher weniger Behälterpositionen erforderlich sind, um die gleiche Anzahl von Teilen zu verarbeiten, die in dem Aufkohlungsofen 30 behandelt werden. Natürlich können irgendwelche oder alle der Drehöfen 30, 32 und 34 bei we-. niger als voller Kapazität arbeiten, und es kann wünschenswert sein, die Behälterpositionen leer zu lassen, um Behälter zu trennen, die unterschiedliche Arten von Teilen enthalten.
Der Diffusionsofen 32 weist ein drehbares Gestell 140 und zwei Zonen einer Temperatursteuerung 144 auf, wobei jede Zone mit einem Temperatursensor 146 versehen ist, und mit einem in der Decke montierten Ventilator 148, um eine gleichförmige Gasatmosphäre aufrechtzuerhalten. In einem bevorzugten Ofensystem 20, welches in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Ofenkammer 128 des Drehdiffusionsofens 32 zwei Zonen 144 auf, die jeweils mit einem einzelnen Deckenventilator 148 der Radialflußbauart ausgerüstet sind. Der Diffusionsofen 32 wirkt dahingehend, daß er den Kohlenstoffgehalt in den äußeren Schichten der Teile einstellt, typischerweise ein Kohlenstoffniveau von der Oberfläche der Teile zu einer vorbestimmten Tiefe erzeugt. Um dies durchzuführen, ist eine Gasatmosphäre von einem etwas niedrigeren Kohlenstoffgehalt als in der Aufkohlungsvorrichtung 30 (beispielsweise 0,9%) verwendet in dem Diffusionsofen 32 durch einen endothermen Gasgenerator vorgesehen, dessen Ausgabe bzw. dessen Ausströmung ein Kohlenstoffanreicherungsgas zugegeben wird. Das gewünschte Kohlenstoffniveau wird mittels einer geeigneten Atmosphären-Analyse/Steuervorrichtung aufrechterhalten, die Sauerstoffsonden aufweisen kann. Heizrohre 152 (Fig. 3) erstrecken sich zwischen den inneren und äußeren Seitenwänden 154 und 156, um eine ausgewählte Diffuisonstemperatur aufrechtzuerhalten, wie beispielsweise 927ºC (1700ºF).
Der Diffusionsofen 32, genau so wie die Aufkohlungsvorrichtung 30 gestattet es, daß Teile, die unterschiedliche Diffusionszeiten erfordern, miteinander gleichzeitig in der Diffusionsofenkammer 128 verarbeitet werden, da ihr Gestell 140 auf Anforderung hin einen Teilebehälter auf irgendeine Position innerhalb des Ofens 32 zum Auslaßpunkt bewegen kann. Nachdem somit ausgewählte Teile im Diffusionsofen 32 für ihre spezifische Zeit wärmebehandelt worden sind, wird das Gestell 140 gedreht, um den Behälter, der die Teile enthält, in eine Entladungs- bzw. Auslaßposition 158 zu bewegen, die mit einer Tür ausgerichtet ist, die in den Ausgleichsofen 34 führt, und auch ausgerichtet ist mit einer motorgetriebenen Greifkettenschubanordnung 162, die innerhalb des Mittelloches 133 positioniert ist, welches von dem torusförmigen Diffusionsofen 32 definiert wird. Doppeltüren 168, die den Doppeltüren 124 zwischen der Aufkohlungsvorrichtung 30 und dem Diffusionsofen 32 ähnlich sind, werden dann geöffnet, und der Behälter wird in die Ausgleichsvorrichtung 34 geschoben.
Die Ausgleichsvorrichtung 34 ist in der Struktur ähnlich den Drehöfen 30 und 32 und weist ein drehbares Gestell 170 auf (Fig. 3), Heizrohre 172 und (nicht gezeigte) Mittel zum Aufrechterhalten einer gesteuerten kohlenstoffangereicherten (beispielsweise 0,9 Prozent) Gasatmosphäre in ihrer Ofenkammer 174. Ein oder mehre Ventilatoren 176 der Radialflußbauart erstrecken sich durch die Decke 180, um dabei zu helfen, die Gleichförmigkeit der Gasatmosphäre der Ausgleichsofenkammer 174 aufrechtzuerhalten, und der Ausgleichsofen weist zwei Zonen einer Temperatursteuerung auf, wobei jede Zone mit einem Temperatursensor 178 versehen ist. Auch weist der Ausgleichsofen 34 drei Auslässe 186, 187 und 188 auf, um zu gestatten, daß unterschiedliche Abschreck- und Kühlbehandlungen verwendet werden, wie erforderlich. Die Ausgleichsvorrichtung 34 dient somit als eine Transportvorrichtung mit beträchtlicher Flexibilität bei der Bewegung von Teilen zu unterschiedlichen Abschreckstationen. Sie wirkt auch weiterhin dahingehend, daß sie die Temperatur der Teile von ihrer Diffusionstemperatur auf ein festgelegtes Niveau (beispielsweise ungefähr 838ºC (1540ºF)) vor dem Abschrecken zu senken, und um Teile erneut aufzuheizen, die in die Ausgleichsvorrichtung .34 von einer Kammer 202 mit langsamer Abkühlung benachbart zum Auslaß 187 wieder eingeführt werden.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, nimmt die mittlere Öffnung 189, die von dem torusförmigen Ausgleichsofen 34 gebildet wird, drei motorgetriebene Greifkettenschubanordnungen 190, 191 und 192 auf, die jeweils mit den drei Auslässen 186, 187 und 188 der Ausgleichsvorrichtung 34 ausgerichtet sind. Zwei Behälterpositioniervorrichtungen 193 und 194 sind auch innerhalb des Loches 189 gelegen, um dabei zu helfen, die- Behälter ordnungsgemäß zu positionieren, die in die Ausgleichsvorrichtungskammer 174 aus dem Drehdiffusionsofen 32 geschoben werden, oder die von der Kammer 202 für langsame Abkühlung zurückgebracht werden, die mit dem Auslaß 187 der Ausgleichsvorrichtung 34 ausgerichtet ist.
Um die Größe der Torusöffnung oder des Loches 189 zu minimieren, sind die Schubanordnungen 190, 191 und 192 vorzugsweise derart befestigt, daß Teile ihrer Kettenhaltrohre 196 und der Ritzel bzw. Zahnräder 198, die ihre "steifen" Ketten 195 antreiben, vertikal orientiert sind (siehe Fig. 4) anstatt in horizontaler Weise montiert zu sein, wie es die Greifkettenschubanordnungen 48 und 65 sind, die mit dem Vorheizofen 22 assoziiert sind. Wenn somit die Ritzel 198 der Schubanordnungen 190, 191 und 192 angetrieben werden, wie beispielsweise durch in der Decke montierte Motoren, bewegen sich die Ketten 195 horizontal in die und aus der Ausgleichsofenkammer 174 entlang Biegungen bzw. Kurven 203 und 207 von 90º, und sowohl vertikal als auch horizontal innerhalb ihrer Haltevorrichtungen 196. Die Schubanordnungen 130 und 162 der Drehöfen 30 und 32 sind auch in vertikaler Weise montiert oder befestigt.
Wie auch in Fig. 1 gezeigt, ist ein Auslaß 186 der Ausgleichsvorrichtung 34 durch eine Tür 199 von einer Auf zugstauchabschreckvorrichtung 200 getrennt, einer herkömmlichen Vorrichtung, die einen Aufzug aufweist, der Teile in einen Tank senkt, welches ein Abschreckmedium, wie beispielsweise Öl enthält, und sie danach für eine weitere Verarbeitung nach dem Abschrecken anhebt. Teile, die in die Auslaßposition 186 der Ausgleichsvorrichtung 34 gedreht werden, werden von der motorgetriebenen Greifkettenschubanordnung 190 auf dem Aufzug der Tauchabschreckvorrichtung 200 bewegt. Die Teile werden abgesenkt und durch Tauchen abgeschreckt, dann angehoben und zu einer Nach-Abschreck-Transportlinie 201 bewegt.
Für langsam zu kühlende Teile - beispielsweise auf eine Temperatur von ungefähr 371-426ºC (700-800ºF) - wird das Gestell 170 der Ausgleichsvorrichtung 34 in eine Position benachbart zum Auslaß 187 vor der Zwei-Position- Kammer 202 für langsame Abkühlung gedreht. Eine einzelne innere Verbindungstür 204 wird angehoben und ein Behälter wird von der motorgetriebenen Greifkettenschubanordnung 191 in eine der zwei Behälterpositionen in der Kammer 202 für langsame Abkühlung bewegt. Der Behälter wird dann durch einen Hubmechanismus in eine Position für langsame Abkühlung angehoben, und eine Abkühlung kann durch wassergekühlte Platten vorgesehen werden, die den äußeren oberen Teil der Kammer für langsame Abkühlung umgeben, und durch eine Gasatmosphäre, die von zwei in der Decke montierten Axialflußventilatoren 205 zirkuliert wird. Zwei Behälterpositionen sind vorgesehen, so daß ein Behälter entweder in der "vorderen" oder der "hinteren" Position zu irgendeinem Zeitpunkt abgesenkt werden kann und von einer Schubanordnung 206 zurück in die Ausgleichsvorrichtung 34 bewegt werden kann, und zwar zum Wiederaufheizen entweder gefolgt von einem Abschrecken oder einem weiteren Zyklus mit langsamer Abkühlung. Behälter können auch direkt von der Kammer 202 für langsame Abkühlung in eine Behälterrückführlinie 210 übertragen werden, und zwar durch Einwirkung einer Greifkettenschubanordnung 208, die einen Behälter aus der hinteren Position der Kammer 202 entfernt bzw. herausbewegt Einer der zwei Behälter, die langsam abgekühlt werden, kann in dieser Weise entfernt werden.
Teile, die in dem Ausgleichsofen 34 zurückgebracht werden, werden in der Ausgleichsofenkammer 174 wieder aufgeheizt, und werden dann entweder in der Tauchabschreckanordnung 200 oder in Pressen bzw. Druckabschreckanordnungen 212 abgeschreckt, die manuell mit Teilen beladen werden, die aus einer Pressen bzw. Druckabschreckhaltekammer 214 entfernt werden. Die Kammer 214 ist mit der Ausgleichsvorrichtung 34 benachbart zum Auslaß 188 verbunden und wird mit Teilen versorgt durch ein Öffnen der Tür 216 und die Wirkung der motorgetriebenen Greifkettenschubanordnung 192. Die Pressenabschreckanordnungen 212, die Befestigungen oder Formen aufweisen, um Teile fest zu halten, während ein Abschreckmedium aufgebracht bzw. angewandt wird, werden verwendet, um Teile abzuschrecken, die zu anfällig auf Distorsionen bzw. Verwerfungen sind, als daß sie in der Tauchabschreckanordnung 200 bearbeitet werden könnten.
Die Pressenabschreckhaltekammer 214 besitzt vorzugsweise Heizrohre, die sich darüber erstrecken, und zwar über einem Gestell, um die Temperatur der Teile auf einem ausgewälhten Niveau zu halten, wie beispielsweise ungefähr 833ºC (1540ºF), und sie wird mit einer kohlenstoffangereicherten Gasatmosphäre mit einem Kohlenstoffgehalt gleich oder geringfügig unter dem des Ausgleichsofens 34 versorgt. Die Kammer 214 kann zwei Behälterpositionen besitzen, um Behälter zu halten, die unterschiedliche Arten von Teilen enthalten - beispielsweise eine Position 218 für gestapelte Zahnräder und eine zweite Position 220 für Wellen. Die Position 218 wird zugänglich durch eine vertikal bewegliche Wand und eine Spalt- bzw. Schiebetür 222 und die Position 220 ist zugänglich durch eine vertikal angelenkte Sabon- bzw. Doppelschwenktür 224. Die unterschiedlichen Türanordnungen geben einen guten Zugang zu den speziellen Teilen, während sie die Infiltration der Luft durch die Pressenabschreckhaltekammer 214 während des wiederholten Öffnens der Türen 222 und 224 minimieren.
Nachdem sie abgeschreckt worden sind, werden Teile durch andere herkömmliche Komponenten des Ofensystems 20 für eine Verarbeitung nach dem Abschrecken transportiert. Teile, die in der Presse abgeschreckt worden sind, werden wieder auf Behälter aufgeladen, die durch Einwirkung eines kleinen Ventilators 230 gekühlt worden sind, der in einer Abschreckbehälterkühlstation 232 befestigt ist, und sie werden dann entlang der Transportlinie 201 durch geeignete Transpormechanismen bewegt, wie beispielsweise Mitnehmerschienentransporter.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, werden abgeschreckte Teile in der Reihenfolge, in der sie an einer Nach-Abschreckposition 234 ankommen, durch einen (oder mehrere) Wasch(und optionale Ablauf-) Tank (Tanks) 236 geleitet und dann (optional) durch einen Temper- bzw. Anlaßofen 24. Der Ofen 24 kann ein elektrisch beheizter oder gasgefeuerter Ofen von rechteckigem Querschnitt sein, in dem Teile wieder erhitzt werden, und zwar beispielsweise auf eine Temperatur von ungefähr 149ºC (300ºF), um Spannungen abzubauen, und um die Härte zu senken und die Duktilität bzw. Zähigkeit zu steigern. Falls nötig, werden die Teile manuell begradigt bzw. gerichtet, und zwar an einer Station 240 nahe dem Auslaß 242 des Temper- bzw. Anlaßofens 24. Eine elektrisch beheizte Kammer 244 mit einer manuell betätigten Teileentfernungstür kann vorgesehen werden, um Teile heiß (beispielsweise auf ungefähr 149º C (300ºF)) vor der Begradigung bzw. vor dem Richten zu halten. Ein zusätzlicher Vorgang, der während des Transportes der Teile zum Lade/Entlade-Gebiet 38 ausgeführt werden kann, weist das Entfernen von Teilen aus den Befestigungen auf, in denen sie gehalten werden. Eine Behälterumkehrstation 246 wird verwendet, um eine Verwerfung der Behälter zu minimieren. Eine Reinigung der Teile kann in einer (nicht gezeigten) Strahlstation ausgeführt werden.
Das gesamte Ofensystem 20 wird durch eine computerisierte Steuerzentrale 250 gesteuert, die Menüs und gespeicherte Befehle aufweist, um die verschiedenen Türen, Schubanordnungen und die drehbaren Gestelle der verschiedenen Öfen zu steuern, die in dem System vorgesehen sind, und um die Ofentemperaturen und die Atmosphärenkohlenstoffgehalte voreinzustellen. Die Steuerzentrale 250 ist auch mit Codierern bzw. Encodern oder Meßvorrichtungen verbunden, die mit den Antriebsmechanismen 92 von jedem Drehofen verbunden sind, um die Position und die Verarbeitungszustände von jedem Teilebehälter innerhalb jedem der Drehöfen zu verfolgen. Die kontinuierliche Verfolgung von Teilen gestattet die sofortige Bestimmung der Lage jedes Behälters innerhalb des Ofensystems im Fall eines Abschaltens und gestattet auch, daß die vergangenen Verarbeitungsvorgänge für jedes Teil gesammelt bzw. aufgeführt werden, was die Qualitätskontrolle erleichtert.
Die Drehöfen 30, 32 und 34 des Ofensystems 20 sind bemessen, um leicht Schubanordnungsstrukturen und Behälterpositioniervorrichtungen in die Mittelöffnung oder das Mittelloch ihrer Torusform einzupassen, und um Zugang zur Mittelöffnung zur Entspannthaltung zu gestatten, und um die Ofenkammern mit adequater Größe für die zu verarbeitenden Behälter und zur Instandhaltung des Ofens zu versehen. Jeder der Drehöfen der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise einen minimalen Durchmesser der mittleren Öffnung von ungefähr 1,5 m (fünf Fuß) und einen Gesamtdurchmesser von bis zu ungefähr 9,14 m (30 Fuß) aufweisen, obwohl, wie oben erwähnt, der Diffusionsofen 32 und der Ausgleichsofen 34 vorzugsweise Außendurchmesser besitzen, die etwas kleiner sind als der des Aufkohlungsofens. Eine typische Behältergröße kann ungefähr 0,02 m² (30 Quadratinch) sein, und typische Drehgeschwindigkeiten der Gestelle der Drehöfen während der Produktion sind ungefähr eine Umdrehung pro Minute. Diese relativ hohe Geschwindigkeit macht eine Gestelldrehung in zwei Richtungen während der Produktion unnötig und hilft dabei, eine gleichförmige Wärmebehandlung der Teile sicherzustellen. Während eines Verarbeitungszykluses können Teile im Aufkohlungsofen 30 für ungefähr 7-15 Stunden bleiben, und im Diffusionsofen 32 und im Ausgleichsofen 34 für jeweils ungefähr 1,5-4 Stunden, abhängig von der Art der wärmebehandelten Teile und der effektiven und diffundierten erwünschten Einsatztiefen.
Fig. 9 ist eine Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die Öfen und andere Teile seines Systems, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie sie für die entsprechenden Elemente der oben beschriebenen Ofensysteme 20 verwendet werden. Das in Fig. 9 veranschaulichte Ofensystem 280 weicht von dem System der Fig. 2 dahingehend ab, daß es keinen getrennten Diffusionsofen aufweist, wobei die Diffusionsund Ausgleichsbehandlungen stattdessen in einem einzigen Drehofen 282 auftreten. Teile&sub1; die keine Diffusion in einem Ofen erfordern, der von der Diffusions/Ausgleichsvorrichtung 282 getrennt ist, können leicht in dem Dual- Drehsystem 280 in geringerer Gesamtzeit und mit niedrigeren Kosten verarbeitet werden, als in dem früher beschriebenen System 20, jedoch mit all den anderen Vorteilen und der Flexibilität des Tri-Drehofensystems.
Die in dieser detailierten Beschreibung offenbarten und in den Zeichnungen veranschaulichten Ofensysteme sind bevorzugte Ausführungsbeispiele, und Veränderungen können daran vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen. Die Erfindung ist definiert als alle Ausführungsbeispiele und ihre äquivalenten Ausführungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Ofensystem (20) zur Wärmebehandlung von Teilen, die in Behältern (46) enthalten sind, welches folgendes aufweist:

ein Lade/Entlade-Gebiet (38) zur Beladung von Behältern (46) für zu behandelnde Teile und zum Entladen von Behältern für zu behandelnde Teile;

einen Vorheizofen (22) mit einem Einlaß zur Aufnahme der Behälter (46), mit einem Auslaß zum Ausladen von Behältern, mit Wandmitteln, um eine Vorheizofenkammer zu definieren, und mit Mitteln, um eine gasförmige, nicht-skalierende bzw. nicht-verzundernde Atmosphäre für die Vorheizofenkammer vorzusehen;

einen Drehkarborisierungs- bzw. Drehaufkohlungsofen (30), der mit dem Vorheizofen (22) verbunden ist und geeignet ist, um die Behälter (46) für Teile von diesem aufzunehmen, wobei der Aufkohlungsofen (30) ein im allgemeinen kreisförmiges drehbares Gestell (66) aufweist, um die Behälter für Teile bzw. Teilebehälter zu tragen, innere (68) und äußere (76) Wände, die das Gestell (66) umschließen und eine ringförmige Aufkohlungskammer (69) bilden, wobei die äußere Wand (76) einen Einlaß und einen Auslaß darin aufweist, und wobei die innere Wand (68) einen im allgemeinen kreisförmigen Raum radial innerhalb davon definiert, Mittel zum Vorsehen einer gasförmigen Aufkohlungsatmosphäre in der Aufkohlungskammer (69), Mittel zum Aufrechterhalten der Aufkohlungsat mosphäre auf einer ausgewählten Temperatur und auf einem Kohlenstoffgehalt, und Mittel (80, 84 , 92) zum, Drehen des Gestells (66) um den kreisförmigen Raum;

ein erstes Paar von Verbindungstüren (61) zwischen dem Auslaß des Vorheizofens (22) und dem Einlaß des Aufkohlungsofens (30);

eine Vorheizschubanordnung (65), die betreibbar ist, um einen Teilebehälter durch den Auslaß des Vorheizofens (22) und in die Ofenkammer (69) zu schieben, wenn das erste Paar von Türen (61) offen ist;

einen Drehdiffusionsofen (32), der mit dem Aufkohlungsofen (30) verbunden ist und geeignet ist, um Teile von diesem aufzunehmen, wobei der Diffusionsofen (32) ein im allgemeinen kreisförmiges drehbares Gestell (140) aufweist, um Teilebehälter zu tragen, isolierte innere (154) und äußere (156) Wände, die das Gestell (140) umschließen und eine ringförmige Diffusionskammer (128) bilden, wobei die äußere Wand (156) einen Einlaß und einen Auslaß darin aufweist, und wobei die innere Wand (154) einen im allgemeinen kreisförmigen Raum radial innerhalb davon definiert, Mittel um eine gesteuerte Gasdiffusionsatmosphäre in der Diffusionskammer (128) vorzusehen, Mittel um die Diffusionsatmosphäre auf einer gewählten Temperatur und einem gewählten Kohlenstoffgehalt zu halten; und Mittel (80, 84, 92) um das Gestell (140) um den kreisförmigen Raum zu drehen;

ein zweites Paar von Verbindungstüren (124) zwischen dem Auslaß des Aufkohlungsofens (30) und dem Einlaß des Diffusionsofens (32);

eine Aufkohlungsvorrichtungsschubanordnung (130), die innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert ist, der von der inneren Wand (68) des Aufkohlungsofens (30) definiert wird, und die betreibbar ist, um einen Teilebehälter aus der Aufkohlungskammer (69) in die Diffusionskammer (128) zu schieben, wenn das zweite Paar von Verbindungstüren (124) offen ist; und

einen Ausgleichsofen (34), der mit dem Diffusionsofen verbunden ist und geeignet ist, um Teilebehälter davon aufzunehmen, dadurch

gekennzeichnet, daß der Ausgleichsofen (34) ein Drehofen ist, der ein im allgemeinen kreisförmiges drehbares Gestell (170) aufweist, um Teilebehälter (146) zu tragen, und um als eine Transportvorrichtung zur Bewegung der Teilebehälter zu dienen, und zwar wählbar zu unterschiedlichen Abschreckstationen (200, 202, 214), die an den Auslässen (186, 187, 188) des Ausgleichsofens (34) angebracht sind, isolierte innere und äußere Wende, die das Gestell (170) umgeben und eine ringförmige Ausgleichskammer (174) bilden, wobei die äußere Wand einen Einlaß und drei Auslässe darin aufweist, und wobei die innere Wand einen im allgemeinen kreisförmigen Raum radial innerhalb davon definiert, Mittel zum Vorsehen einer gesteuerten Gasausgleichsatmosphäre in der Ausgleichskammer, Mittel zum Aufrechterhalten einer Ausgleichsatmosphäre auf einem gewählten Kohlenstoffgehalt und einer gewählten Temperatur unter der Temperatur der Diffusionsatmosphäre, und Mittel zum Drehen des Gestells (170) um den kreisförmigen Raum;

ein drittes Paar von Verbindungstüren (168) zwischen dem Auslaß des Diffusionsofens (32) und dem Einlaß des Ausgleichsofens (34);

eine Diffusionsschubanordnung (162), die innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert ist, der von der Innenwand des Diffusionsofens (32) definiert wird, und die betreibbar ist, um einen Teilebehälter aus der Diffusionskammer (128) in die Ausgleichskammer (174) zu slhieben, wenn das dritte Paar von Verbindungstüren (68) offen ist;

wobei

ausgewählte erste Teilebehälter (46) von dem drehbaren Gestell (170) zu einem ersten Auslaß (186) der äußeren Wand der Kammer (174) bewegt werden;

eine Tür (199) den Auslaß (186) mit einer Tauchabschreckvorrichtung (200) verbindet;

erste Schubanordnungsmittel (190) innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert sind, der von der Innenwand des Ofens (34) definiert wird und wobei sie betreibbar sind, um einen Teilebehälter aus der Ausgleichskammer (174) in die Tauchabschreckvorrichtung (200) zu schieben, wenn die Tür (199) offen ist;

ausgewählte zweite Teilebehälter (46) von dem drehbaren Gestell (170) zu einem zweiten Auslaß (187) der äußeren Wand der Kammer (174) bewegt werden;

eine Tür (204) den Auslaß (187) mit einer Station (202) für langsame Abkühlung verbindet;

zweite Schubanordnungsmittel (191) innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert sind, der von der inneren Wand des Ofens (34) definiert wird, und wobei sie betreibbar sind, um einen Teilebehälter von der Ausgleichskammer (174) zu der Station (202) für langsame Abkühlung zu schieben, wenn die Tür (204) offen ist, und

weitere Schubanordnungsmittel (206) innerhalb der Station (202) für langsame Abkühlung positioniert sind, und wobei sie betreibbar sind, um ausgewählte der zweiten Teilebehälter zurück in die Kammer (174) zu schieben, wenn die Tür (204) offen ist;

ausgewählte dritte Teilebehälter vom drehbaren Gestell (170) zu einem dritten Auslaß (188) der äußeren Wand der Kammer (174) bewegt werden;

eine Tür (216) den Auslaß (188) mit einer Pressenabschreckhaltekammer (214) verbindet;

dritte Schubanordnungsmittel (192), innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert sind, der von der inneren Wand des Ofens (34) definiert wird und wobei sie betreibbar sind, um einen Teilebehälter aus der Ausgleichskammer (174) in die Pressenabschreckhaltekammer (214) zu schieben;

jede der angeschlossenen Abschreckstationen (200), 202, 214) Auslaßmittel besitzt, um ausgewählte Teilebehälter (46) aus den Stationen auf eine Nach- Abschrecktransportlinie (201) auszulassen, und zwar zum Transport zu dem Lade/Entlade-Gebiet (38) zur Entladung davon, und alternativ zur Entfernung von Teilebehältern aus der Pressenabschreckhaltekammer (214); und

jede der ausgewählten Übertragungen bzw. Transfers und Bewegungen der Teilebehälter durch eine Steuerzentrale (250) des Ofensystems (20) gesteuert wird.

2. Ofensystem nach Anspruch 1, welches eine Abflußstruktur (62) im Raum (63) zwischen den Türen des ersten Paars von Verbindungstüren (61) aufweist, und zwar zur Entlüftung von Gasen, um den Eintritt der Aufkohlungsatmosphäre in den Vorheizofen (22) zu verhindern, und den Eintritt der Vorheizatmosphäre in den Aufkohlungsofen (30).

3. Ofensystem nach Aspruch 1, welches eine Abflußstruktur in dem Raum aufweist, der zwischen den Türen des zweiten Paares von Verbindungstüren (124) definiert wird, und zwar zur Entlüftung von Gasen, um den Eintritt der Aufkohlungsatmosphäre in den Diffusionsofen (32) und den Eintritt der Diffusionsatmosphäre in den Aufkohlungsofen (30) zu verhindern.

4. Ofensystem nach Anspruch 1, welches eine Abflußstruktur in dem Raum definiert, der zwischen den Türen des dritten Paares von Verbindungstüren (168) definiert wird, und zwar zur Entlüftung von Gasen, um den Eintritt der Diffusionsatmosphäre in den Ausgleichsofen (34) und den Eintritt der Ausgleichsatmosphäre in den Ofen (32) zu verhindern.

5. Ofensystem nach Anspruch 1, wobei der Drehaufkohlungsofen (30) mindestens drei Zonen (104) aufweist, jeweils im wesentlichen gleich an Größe, und Mittel zum Steuern der Temperatur und des Kohlenstoffge haltes der Aufkohlungsatmosphäre in jeder der Zonen.

6. Ofen nach Anspruch 5, wobei der Drehdiffusionsofen (32) mindestens zwei Zonen (144) von im wesentlichen gleicher Göße aufeist, und Mittel zum Steuern der Temperatur und des Kohlenstoffgehaltes der Diffusionsatmosphäre in jeder der Zonen.

7. Ofensystem nach Anspruch 1, wobei Teile der Außenwand (76) des Aufkohlungsofens (30) über dem Gestell (66) des Aufkohlungsofens (30) Tunnel (118) darin aufweisen, und zwar jeweils mit einem Einlaß (116) und einem Auslaß (120) in Verbindung mit der Aufkohlungskammer (69), und wobei der Aufkohlungsofen (30) einen Seitenwandventilator aufweist, der in jedem Tunnel (118) montiert ist, wobei die Ventilatoren betreibbar sind, um die Aufkohlungsatmosphäre in der Aufkohlungskammer (69) herum im allgemeinen in Umfangsrichtung zu zirkulieren.

8. Ofensystem nach Anspruch 7, wobei die Seitenwandventilatoren betreibbar sind, um die Aufkohlungsatmosphäre im allgemeinen in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung des Gestells (66) des Aufkohlungsofens (30) zirkulieren.

9. Ofensystem nach Anspsurch 1, wobei jede der Schubanordnungsmittel (190, 191, 192) im kreisförmigen Raum des Ausgleichsofens (34) eine Greifkettenschubanordnung ist, die eine Kette (195) aufweist, Ritzel- bzw. Kettenradmittel (198), um in die Kette (195) einzugreifen, und um die Kette zu bewegen, wenn sie angetrieben werden, einen Motor zum Antreiben der Kettenradmittel (198), und einen Kettenhalter (196), der benachbart zur Innenwand des Ofens positioniert ist, wobei der Kettenhalter (196) einen im allgemeinen vertikalen Teil und einen gekrümmten Teil besitzt, der geformt ist, um die Laufrichtung der Kette (195) von einer vertikalen zur horizontalen Bewegung eines Schubanordnungsendes der Kette in und aus der Diffusionskammer zu verändern.

10. Ofensystem nach Anspruch 7, wobei der Aufkohlungsofen (30) mindestens drei Zonen (104) mit jeweils im wesentlichen gleicher Größe aufweist, Mittel zur Steue rung der Temperatur und des Kohlenstoffgehaltes der Aufkohlungsatmosphäre in jeder der Zonen und wobei einer der Seitenwandventilatoren und einer der Tunnel (118) in Verbindung mit jeder der Zonen (104) ist.

11. Ofensystem nach Anspruch 1, wobei jede der Schubanordnungen innerhalb der kreisförmigen Räume der Drehöfen (30, 32, 34) eine motorgetriebene Greifkettenschubanordnung ist.

12. Ofensystem nach Anspruch 11, wobei jede der Schubanordnungen innerhalb der kreisförmigen Räume der Drehöfen (30, 32, 34) eine Kette (195) aufweist, Ritzel- bzw. Kettenradmittel (198), um in die Kette einzugreifen, und um die Kette zu bewegen, wenn sie an getrieben werden, einen Motor zum Antreiben der Kettenradmittel und einen Kettenhalter (196), der benachbart zur Innenwand von jedem der Öfen positioniert ist, wobei der Kettenhalter (196) einen im allgemeinen vertikalen Teil und einen gekrümmten Teil besitzt, der geformt ist, um die Laufrichtung der Kette (195) von vertikal nach horizontal zu verändern.

13. Ofensystem nach Anspruch 1, wobei die kreisförmigen Räume, die von den jeweiligen inneren Wänden des Aufkohlungsofens (30), des Diffusionsofens (32) und des Ausgleichsofens (34) definiert werden, einen Durchmesser von mindestens ungefähr 152 cm (5 Fuß) besitzen.

14. Ofensystem nach Anspruch 1, wobei jede der Mittel zum Drehen der Gestelle (46, 140, 170) des Aufkohlungsofens (30), des Diffusionsofens und der Ausgleichsvorrichtung betreibbar sind, um das Gestell mit einer Geschwindigkeit von mindestens einer Umdrehung pro Minute zu drehen.

15. Ofensystem (280) zur Wärmebehandlung von Teilen, die in Behältern (46) enthalten sind, welches folgendes aufweist:

ein Lade/Entlade-Gebiet (38) zur Beladung von Behältern (46) für behandelte Teile und zum Entladen von Behältern für behandelte Teile;

einen Vorheizofen (22) mit einem Einlaß zur Aufnahme der Behälter (46), mit einem Auslaß zum Entladen bzw. Auslassen der Behälter, mit Wandmitteln zum Definieren einer Vorheizofenkammer, und mit Mitteln zum Vorsehen einer gasförmigen, nicht skalierenden bzw. nicht verzundernden Atmosphäre in der Vorheizofenkammer;

einen Drehaufkohlungsofen (30), der mit dem Vorheizofen (22) verbunden ist und geeignet ist, um Teilebehälter (46) davon aufzunehmen, wobei der Aufkohlungsofen (30) ein im allgemeinen kreisförmiges drehbares Gestell (66) aufweist, um die Teilebehälter zu tragen, isolierte innere (68) und äußere (76) Wände, die das Gestell (66) umschließen und eine ringförmige Aufkohlungskammer (69) bilden, wobei die äußere Wand (76) einen Einlaß und einen Auslaß darin aufweist, und wobei die innere Wand (68) einen im allgemeinen kreisförmigen Raum radial innerhalb davon definiert, Mittel zum Vorsehen einer gasförmigen Aufkohlungsatmosphäre in der Aufkohlungskammer (69), Mittel zum Aufrechterhalten der Aufkohlungsatmosphäre auf einer ausgewählten Temperatur und einem ausgewählten Kohlenstoffgehalt, und Mittel (80, 84, 92) zum Drehen des Gestells (66) um den kreisförmigen Raum;

eine Vorheizschubanordnung (65), die betreibbar ist, um einen Teilebehälter durch den Auslaß des Vorheizofens (22) und in die Ofenkammer (69) zu schieben, wenn das erste Paar von Türen (61) offen ist; und einen Diffusions/Ausgleichs-Ofen (282), der mit dem Aufkohlungsofen (30) verbunden ist und geeignet ist, um Teile im Behälter davon aufzunehmen, wobei ein zweites Paar von Verbindungstüren (124) zwischen dem Auslaß des Aufkohlungsofens (30) und dem Einlaß des Diffusions/Ausgleichs-Ofens (282) vorgesehen ist, dadurch

gekennzeichnet, daß der Diffusions/Ausgleichs-Ofen (282) ein Drehofen ist, der ein im allgemeinen kreisförmiges drehbares Gestell (170) aufweist, um Teilebehälter zu tragen, und um als eine Transportvorrichtung zur Bewegung der Teilebehälter wählbar zu unterschiedlichen Abschreckstationen (200, 202, 214) zu dienen, die an den jeweiligen Auslässen des Diffusions/Ausgleichs-Ofens (282) angebracht sind, ferner gekennzeichnet durch isolierte innere und äußere Wände, die das Gestell (170) umschließen und eine ringförmige Diffusions/Ausgleichs-kammer (174) bilden, wobei die äußere Wand einen Einlaß und drei Auslässe darin besitzt, und wobei die innere Wand einen im allgemeinen kreisförmigen Raum radial innerhalb davon definiert, Mittel zum Vorsehen einer gesteuerten gasförmigen Diffusions/Ausgleichs-Atmosphäre in der Diffusions/Ausgleichs-Kammer (174), Mittel zum Halten der Diffusions/Ausgleichs-Atmosphäre auf einer gewählten Temperatur und einem gewählten Kohlenstoffgehalt und Mittel zum Drehen des Gestells (170) des Diffusions/Ausgleichs-Ofens (282) um den kreisförmigen Raum;

eine Aufkohlungsvorrichtungsschubanordnung (130), die innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert ist, der von der inneren Wand (68) des Aufkohlungsofens (30) definiert wird, und zwar betreibbar, um einen Teilebehälter aus der Aufkohlungskammer (69) in die Diffusions/Ausgleichs-Kammer (174) zu schieben, wenn das zweite Paar von Verbindungstüren (124) offen ist, wobei

erste Schubanordnungsmittel (190) innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert sind, der von der inneren Wand des Ofens (34) definiert wird, und wobei sie betreibbar sind, um einen Teilebehälter aus der Diffusions/Ausgleichs-Kammer (174) zur Tauchabschreckvorrichtung (200) zu schieben, wenn die Tür (199) offen ist;

ausgewählte zweite Teilebehälter (46) von dem drehberen Gestell (170) zu einem zweiten Auslaß (187) der äußeren Wand der Kammer (174) bewegt werden;

zweite Schubanordnungsmittel (191) innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert sind, der von der inneren Wand des Ofens (34) definiert wird, und wobei sie betreibbar sind, um einen Teilebehälter aus der Ausgleichskammer (174) zur Station (202) für langsame Abkühlung zu schieben, wenn die Tür (204) offen ist; und

weitere Schubanordnungsmittel (206) innerhalb der Station (202) für langsame Abkühlung positioniert sind und betreibbar sind, um ausgewählte der zweiten Teilebehälter zurück in die Kammer (174) zu schieben, wenn die Tür (204) offen ist;

ausgewählte dritte Teilebehälter durch das drehbare Gestell (170) zu einem dritten Auslaß (188) der äußeren Wand der Kammer (174) bewegt werden;

dritte Schubanordnungsmittel (192) innerhalb des kreisförmigen Raums positioniert sind, der von der Innenwand des Ofens (34) definiert wird, und wobei sie betreibbar sind, um einen Teilebehälter aus der Ausgleichskammer (174) in die Pressenabschreckhaltekammer (214) zu schieben;

jede der angeschlossenen Abschreckstationen (200, 202, 214) Auslaßmittel besitzt, um ausgewählte Teilebehälter (46) von den Stationen auf eine Nach- Abschrecktransportlinie (201) zu übertragen, und zwar zum Transport zu dem Lade/Entlade-Gebiet (38) zur Entladung davon und alternativ zur Entfernung von Teilebehältern aus der Pressenabschreckhaltekammer (214); und

wobei jede der ausgewählten Übertragungen bzw. Transfers und Bewegungen der Teilebehälter durch eine Steuerzentrale (250) des Ofensystems (20) gesteuert wird.