DE4400326C2 - Vorrichtung zum Härten metallischer Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten metallischer Werkstücke, mit Wasserstoffgas als Kühlgas, mit einem die Heizkammer zur Aufnahme der Werkstückchargen einschließenden, an eine Vakuumpumpe angeschlossenen über einen Gehäusedeckel zu öffnenden Gehäuse, mit in die Heizkammer einmündenden Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen, mit einer Motor-Gebläse-Einheit, deren Gebläserad das Kühlgas umwälzt, mit einem Heizaggregat und einem am Gehäusedeckel gelagerten um eine vertikale Achse drehbaren Bodenteil eines Chargentisches.

Es ist ein Vakuumofen zur Wärmebehandlung einer Charge aus metallischen Werkstücken bekannt (DE 34 16 902 A1), bei dem der Behälter nach dem Einsetzten der Charge evakuiert und mit Schutzgas geflutet wird, wobei die Charge anschließend durch Heizen und durch Gasumwälzung bis auf die maximal zulässige Arbeitstemperatur der Umwälzeinrichtung erwärmt wird und hiernach mit ruhendem Schutzgas oder unter Vakuum im wesentlichen durch Strahlungswärme auf eine gewünschte Endtemperatur der Wärmebehandlung erwärmt wird, wobei das nachfolgende Abkühlen der Charge durch Umwälzen des Schutzgases erfolgt. Die Vorrichtung ist dazu mit einem verschließbaren Stahlbehälter und einer inneren Heizkammer zur Aufnahme der Charge und mit einem Gasgebläse sowie einer Gasleiteinrichtung zu Erzeugung einer Umwälzströmung durch die Heinzkammer versehen. Der im wesentlichen kreiszylindrische Stahlbehälter ist auf einer ortsfesten Trägerkonstruktion abgestützt, wobei seine Längsachse lotrecht ausgerichtet ist und wobei ein Oberteil von seinem abgestützten Unterteil abhebbar ist. Die Charge selbst ruht auf einem Traggestell, das seinerseits auf dem Gehäusedeckel des Unterteils abgestützt ist.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist die ungleichmäßige Aufheizung und auch Abkühlung der Charge, insbesondere infolge der nur im Bereich des mittleren Gehäuseteils angeordneten Heizelemente und des nur die Charge in einer Richtung und peripher umströmenden Kühlgasstromes.

Bekannt ist weiterhin eine Wärmebehandlungsvorrichtung (Jp. 4-362-I 121 A), bei der eine trommelförmige Werkstückaufnahme innerhalb eines Vakuumgefäßes drehbar gelagert ist und von einem Motor angetrieben werden kann. An der Innenwand des Vakuumgefäßes sind eine Lichtbogen-Verdampfer-Quelle und eine Laser-Strahlen-Quelle zum Zwecke der Beschichtung der von der Werkstückaufnahme gehaltenen Werkstücke angeordnet.

Bekannt ist schließlich ein Haubenofenstand (SU 1 129 251 A), bei dem die Konvektorplatte Öffnungen aufweist, die mit von einem Kühler kommenden Rohrleitungen verbunden sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Nachteile bekannter Vorrichtungen vermeidet, so daß auch rotationssystemmetrische dünnwandige Werkstücke, an deren Formtreue höchste Ansprüche gestellt werden, mittels Wasserstoffgas gehärtet werden können, ohne daß eine spätere Nachbehandlung wegen des möglichen Verzugs oder der Rißbildung der Werkstücke notwendig wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein auf diesem Bodenteil angeordneten Heizaggregat mit einem oberhalb des Heizaggregats vorgesehenem Rost zur Ablage der Werkstückcharge und mit einer unterhalb des Heizaggregats angeordneten Isolierplatte, wobei das Bodenteil an seiner Unterseite mit einem Lagerzapfen verbunden ist, der abgedichtet durch einen Lagerring am Gehäusedeckel hindurchgeführt ist und der über eine Welle mit einem motorischen Antrieb gekoppelt ist, über den das Bodenteil und damit der Chargentisch drehbar ist, wobei der Chargentisch mit Hohlräumen oder Kühlkanälen versehen ist, die von einem Kühlmittel durchflossen sind und die Hohlräume oder Kanäle über Strömungsmittelwege, die sich parallel der Welle und in ihrem Innern erstrecken, mit den Anschlüssen für die Kühlmittelversorgung korrespondieren.

Mit Vorteil ist die Unterseite des Bodenteils des Chargentischs mit Kontaktbahnen oder Schleifringen versehen, die mit isoliert durch den Gehäusedeckel hindurchgeführten Schleifkontakten zusammenwirken und über die das Heizaggregat an eine elektrische Heizstromquelle anschließbar ist.

Zweckmäßigerweise verlängert die Welle den Lagerzapfen nach unten zu und ist mit einer zentrischen Längsbohrung versehen, wobei in dieser Längsbohrung ein sich koaxial zu ihr erstreckendes Innenrohr angeordnet ist, das einen äußeren vom Kühlmittel durchströmten Ringkanal von einem zentralen ebenfalls vom Kühlmittel durchströmten Kanal trennt.

Vorzugsweise weist der Lagerring Bohrungen auf, durch die Meßfühler oder deren Stromleiter abgedichtet hindurchgeführt sind, wobei die jeweils dem Chargentisch zugewandten Enden dieser Stromleiter mit Schleifringen zusammenwirken, die auf der Unterseite des Bodenteils isoliert angeordnet sind und ihrerseits entweder mit in der Nachbarschaft des Heizaggregats angeordneten Sensoren verbunden sind oder aber unmittelbar an Sensoren angeschlossen sind, die in die Hohlräume oder Kanäle für das Kühlmittel hineinragen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist koaxial zur Welle des Bodenteils ein Zentrierstab angeordnet, dessen dem Chargiertisch abgewandtes unteres Ende auf einem ortsfesten Lagerbock abgestützt ist, wobei das untere Ende des Zentrierstabes abgedichtet durch das untere Ende einer die Welle nach unten zu verlängernden drehfest am Lagerbock gehaltenen Hülse hindurchgeführt ist, wobei das obere Ende des Zentrierstabs rechtwinklig abgebogen und mit der Welle drehfest verbunden ist.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der anliegenden Zeichnung näher dargestellt, die den Teilschnitt durch den unteren Teil der Vakuumkammer eines Industrieofens zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke zeigt, wobei am unteren Gehäusedeckel der Vakuumklammer der drehbare Tisch für die zu behandelnden Werkstücke angeordnet ist.

Ein Vakuum-Wärmebehandlungsofen der infragestehenden Art besteht üblicherweise aus einem hohlzylindrischen Gehäuse, dessen eine Stirnwand von einem Deckel verschließbar ist, einem an der anderen Stirnwand des Gehäuses angeordneten Gebläsemotor mit Gebläserad, einer im Gehäuseinnern angeordneten hohlzylindrischen Chargenkammer mit einem in diese einsetzbaren Chargenkorb oder Auflagerost, in den bzw. auf das wiederum die zu behandelnden Werkstücke auflegbar sind, mehreren sich bis in die unmittelbare Nachbarschaft des Auflagerostes erstreckenden, parallel zur Gehäuselängsachse ausgerichteten Heizrohren, einem zwischen dem Gebläsemotor und dem Auflagerost im Innenraum des Gehäuses vorgesehenen Gebläsegehäuse und einem im Ringraum zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand der Chargenkammer untergebrachten, aus einer von einem Kältemittel durchströmten Rohrschlange bestehenden Wärmetauscher.

Der Wärmebehandlungsofen ist in der Regel über eine Saugleitung an eine Vakuumpumpe angeschlossen, deren Absaugstutzen in einen Kamin einmündet, wobei die Saugleitung durch ein Evakuierventil absperrbar ist. In das hohlzylindrische Gehäuse münden die Gas- Einlaßleitungen ein, die mit Gasbehältern verbunden sind und in die Ventile eingeschaltet sind, über die die beiden Leitungen absperrbar sind.

Die Abbildung zeigt nur den unteren Gehäusedeckel 3, der auf einem Gestell ruht, von dem nur eine der Stützen 4 dargestellt ist und der mit einem Lagerring 5 fest verschweißt ist, auf dem ein Traglager 6 angeordnet ist (Kugeldrehverbindung), auf dem wiederum das Bodenteil 7 des drehbaren Chargentischs 8 aufliegt. Der Chargentisch 8 ist an seiner Unterseite mit Schleifringen 9, 10 versehen, die mit Stromkontakten 11, 12 korrespondieren, deren Halterungen 13, 14 fest mit dem Gehäusedeckel 3 verbunden sind und die so ausgebildet sind, daß die oberen Stirnflächen der Stromkontakte 11, 12 mit einer bestimmten Vorspannung an den Schleifring 9, 10 anliegen. Die Unterseite des Bodenteils 7 des Chargentischs 8 weist einen Lagerzapfen 15 auf, der gegenüber dem Lagerring 5 abgedichtet ist und der nach unten zu um eine Welle 16 verlängert ist, auf der die Riemenscheibe 17 drehfest angeordnet ist, die über einen Zahnriemen 18 oder Antriebskette mit der Riemenscheibe 20 der Motor- Getriebeeinheit 19 verbunden ist, so daß mit Hilfe der Motor- Getriebeeinheit 19 (mit Drehstrommotor) der Chargentisch 8 um die Achse A in Drehung versetzt werden kann. Die Welle 16 ist um ein Rohrstück 21, 49 verlängert, das mit einem ortsfesten Lager 22 über eine Stütze 23 drehfest verbunden ist, auf dem im übrigen ein Zentrierstab 24 gelagert ist, der durch ein Innenrohr 25 hindurchgeführt ist und der bewirkt, daß sich das Innenrohr 25 zusammen mit der Welle 16 bzw. dem Lagerzapfen 15 und dem Bodenteil 7 dreht. Wie die Zeichnung zeigt, ist das Bodenteil 7 mit einem Hohlraum 26 versehen, der mit dem Innenrohr 25 in Verbindung steht, so daß das am Anschlußstutzen 27 in den Ringraum zwischen dem Innenrohr 25 und der Längsbohrung 20 im Rohrstück 21 aufwärtsströmende Kühlwasser auch den Hohlraum 26 im Bodenteil 7 zum Zwecke der Kühlung des Chargentische 8 durchströmt (drehbare Kühlwasserdurchführung). Das aus dem Hohlraum 26 zurückgeführte Kühlmittel strömt durch das Innenrohr 25 und tritt am Anschlußstutzen 31 wieder aus. Auf der Oberseite des Bodenteils 7 des Chargentisches 8 sind eine Vielzahl von Stützen 32, 32', . . . aus Graphit oder Keramik befestigt, die wiederum Lagerstücke 33, 33', . . . halten, auf die ihrerseits jeweils Stäbe 34, 34', . . . aus hochhitzefestem und korrosionsfestem Werkstoff aufliegen, auf denen die zu behandelnden Werkstücke ablegbar sind. Parallel zu den Stützen 32, 32', . . . sind jeweils Haltearme 35, 35', . . . auf dem Bodenteil angebracht, deren obere Enden als Gabeln 36, 36', . . . ausgebildet sind, in denen sich zueinander parallel erstreckende Heizstäbe 37, 37', . . . lagern, die über Stromleiter 38, 38' . . . miteinander in Verbindung stehen bzw. an die mit den Schleifringen 9, 10 korrespondierenden stromleitenden Verbindungsstäbe 39, 40 (Kohlegleitkontakte) angeschlossen sind. Parallel der beiden Verbindungsstäbe 39, 40 erstrecken sich weitere lotrechte Haltearme 41, 42, die fest auf dem Bodenteil 7 verankert sind und die jeweils eine Isolationsplatte 43 bzw. 44 in einer Ebene halten, die sich parallel der Ebene des Bodenteils 7 erstreckt. Weiterhin ist auf dem Bodenteil 7 ein Haltearm 45 befestigt, der die Lagerstücke 33, 33' . . . im Abstand zueinander hält. Schließlich sind zwei Meßfühler 46, 47 am Lagerring 5', vorgesehen, die über nicht näher dargestellte Schleifkontakte mit auf dem Bodenteil 7 angeordneten Teilen der Vorrichtung in Verbindung stehen, so daß die Temperatur an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung meßbar ist. Es sei noch erwähnt, daß die Isolationsplatte 43 (Graphithartfilzisolation) mit einer zentralen Öffnung 50 versehen ist, die ein Durchströmen des Gases von unten nach oben durch den Chargentisch 8 und damit auch durch die auf dem von den Stäben 34, 34', . . . gebildeten Rost abgelegten Werkstücke ermöglicht.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Härten metallischer Werkstücke, mit Wasserstoffgas als Kühlgas, mit einem die Heizkammer zur Aufnahme der Werkstückchargen einschließenden, an eine Vakuumpumpe angeschlossenen über einen Gehäusedeckel (3) zu öffnenden Gehäuse (2), mit in die Heizkammer einmündenden Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen, mit einer Motor-Gebläse- Einheit, deren Gebläserad das Kühlgas umwälzt, mit einem Heizaggregat und einem am Gehäusedeckel (3) gelagerten um eine vertikale Achse (A) drehbarem Bodenteil (7) eines Chargentisches (8), gekennzeichnet durch ein auf diesem Bodenteil (7) angeordnetes Heizaggregat (37, 37', . . .) mit einem oberhalb des Heizaggregats (37, 37', . . .) vorgesehenem Rost zur Ablage der Werkstückcharge und mit einer unterhalb des Heizaggregats (37, 37', . . .) angeordneten Isolierplatte (43, 44), wobei das Bodenteil (7) an seiner Unterseite mit einem Lagerzapfen (15) verbunden ist, der abgedichtet durch einen Lagerring (5) am Gehäusedeckel (3) hindurchgeführt ist und der über eine Welle (16) mit einem motorischen Antrieb (19) gekoppelt ist, über den das Bodenteil (7) und damit der Chargentisch (8) drehbar ist, wobei der Chargentisch (8) mit Hohlräumen (26) oder Kühlkanälen versehen ist, die von einem Kühlmittel durchflossen sind und die Hohlräume (26) oder Kanäle über Strömungsmittelwege (29, 48), die sich parallel der Welle (16) und in ihrem Innern erstrecken, mit den Anschlüssen (27, 31) für die Kühlmittelversorgung korrespondieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Bodenteils (7) des Chargentischs (8) mit Kontaktbahnen oder Schleifringen (9, . . .) versehen ist, die mit isoliert durch den Gehäusedeckel (3) hindurchgeführten Schleifkontakten (11, 12) zusammenwirken und über die das Heizaggregat (37, 37', . . .) an eine elektrische Heizstromquelle anschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) den Lagerzapfen (15) nach unten zu verlängert und mit einer zentrischen Längsbohrung (30) versehen ist, wobei in dieser Längsbohrung (30) ein sich koaxial zu ihr erstreckendes Innenrohr (25) angeordnet ist, das einen äußeren vom Kühlmittel durchströmten Ringkanal (25) von einem zentralen ebenfalls vom Kühlmittel durchströmten Kanal (49) trennt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (5' 5') Bohrungen aufweist, durch die Meßfühler (46, 47) oder deren Stromleiter abgedichtet hindurchgeführt sind, wobei die jeweils dem Chargentisch (8) zugewandten Enden dieser Stromleiter (46, 47) mit Schleifringen zusammenwirken, die auf der Unterseite des Bodenteils (7) isoliert angeordnet sind und ihrerseits entweder mit in der Nachbarschaft des Heizaggregats (37, 37', . . .) angeordneten Sensoren verbunden sind oder aber unmittelbar an Sensoren angeschlossen sind, die in die Hohlräume (26) oder Kanäle für das Kühlmittel hineinragen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Welle (16) des Bodenteils (7) ein Zentrierstab (24) angeordnet ist, dessen dem Chargiertisch (8) abgewandtes unteres Ende auf einem ortsfesten Lagerbock (22) abgestützt ist, wobei das untere Ende des Zentrierstabes (24) abgedichtet durch das untere Ende einer die Welle (16) nach unten zu verlängernden drehfest am Lagerbock (22) gehaltenen Hülse (21, 49) hindurchgeführt ist und wobei das obere Ende des Zentrierstabs (24) rechtwinklig abgebogen und mit der Welle (16) drehfest verbunden ist.