<B>Ofen mit</B> evakuierbarem Heizraum. In vielen Zweigen der Technik spielen Ar beitsvorgänge, die mit einer Wärmebehand- lung bei mehr oder weniger hohen Tempera turen unter vielfältig verschiedenartigen Be dingungen verbunden sind, eine ausschlag gebende Rolle. Man ist daher seit längerer Zeit bestrebt, derartige Arbeitsgänge, wie z. B.
Blankglühen, Giessen, Schmelzen, Sintern oder auch bei erhöhten Temperaturen verlaufende chemische Umsetzungen, dadurch möglichst einfach und wirtschaftlich zu gestalten, dass man kontinuierlich arbeitende Ofenanlagen benutzt, die unter möglichst geringem Ener gie- und Zeitaufwand hohe Durchsätze gestat ten.
Aus diesem Grunde sind für Prozesse, die unter normalem Druck, sei es an Luft oder in Schutzgasatmosphäre, durchgeführt werden können, bereits kontinuierlich arbeitende Ofen anlagen mit Erfolg entwickelt und in die Technik eingeführt worden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die hier angewendeten Verfah- rensmassnahmen und Vorrichtungen nicht ohne weiteres auf solche Öfen zu übertragen sind, die unter vermindertem Druck, insbeson dere im Grobvakuum, Feinvakuurn oder Hoch vakuum, arbeiten.
Nicht zuletzt deshalb hat die Wärmebehandlung im Vakuum, besonders aber im Hochvakuum, die in vielen Fällen erst zü hochwertigen Produkten führt, noch keinen breiten Eingang in die Arbeitsmethoden der Technik gefunden, Es ist zwar schon be- kannt, auch bei Vakuumöfen Aufgabevorrich- tungen zu benutzen, die es gestatten,
ohne Öffnen und Belüften der Öfen Legierungs zusätze oder dergleichen einer Schmelze zuzu- geben.. Dabei werden solche Zusätze gleich zeitig mit der Beschickung in den Ofenraum eingeführt und in geeigneten Haltevorrich tungen, die von aussen betätigt werden kön nen, so lange festgelegt, bis sie in das ' Schmelzgefäss eingebracht werden können.
Derartige Vorrichtungen ermöglichen jedoch keinen fortlaufenden Betrieb bei Vakuiunöfen; vielmehr müssen auch diese Öfen nach Fertig stellung einer jeden Charge geöffnet, wie der neu beschickt, sodann geschlossen, ausge pumpt, entgast und wieder aufgeheizt werden. Besonders beider Verwendung von Heizleitern für sehr hohe Temperaturen, wie z. B.
Gra phit-, l-folybdän- oder Wolframheizkörpern, ist die bisherige Arbeitsweise äusserst unvor- teilhaft, da die Temperatur der Ofenanlage vor dem Öffnen weitgehend herabgesetzt werden muss,
um eine Zerstörung der empfindlichen Heizleiter bei der Belüftung mi verhindern. Bei Hochtemperaturöfen kann diese Abküh- lung gegebenenfalls lange Zeit erfordern. Es kommt noch hinzu, dass alle Teile des Ofens bei jeder Belüftung Gase in grossen Mengen absorbieren, die bei der Wiederinbetriebnahme abgepumpt werden müssen.
Zur Erreichung hoher Vakua, wie sie für empfindliche Behand- limgsgüter unumgänglich notwendig sind, er geben sich dabei sehr lange Entgasungszeiten, innerhalb derer der Ofen nicht ausgenutzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun den Bau eines Ofens für den Betrieb im Hoch vakuum, Feinvakuum oder auch im Grob vakuum, der so ausgestaltet ist, dass der unter Vakuum stehende Heizraum periodisch be schickt und entleert werden kann, ohne dass für die Einführung Beschickung der Ofen stillgesetzt, abgekühlt und be lüftet werden muss.
Der Ofen gemäss der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, dass dem Heizraum mindestens eine evakiüerbare Vorkammer zu geordnet ist, welche einerseits mit dem Heiz raum und anderseits mit dem Freien, unter Zwischenschaltung eines hermetisch abschlie ssenden, von aussen steuerbaren Absperrorgans derart verbunden ist,
dass durch wechselweises Öffnen und Schliessen der Absperrorgane unter jeweiligem Evakuieren der Vorkammer vor dem Öffnen des Absperrorgans zum Heiz- raiun ein Durchschleusen des Gutes durch die Vorkammer ohne wesentliche Änderung des Druckes und der Temperatur des Heizraumes möglich ist, wobei eine von aussen steuerbare Einrichtung zur Beförderung des Gutes zwi schen der Vorkammer und dem Heizrahm an geordnet ist.
Die Wärmebehandlung in dem Ofen ge mäss der Erfindung bietet gegenüber den bis her bekannten Vakuumöfen ausserordentliche Vorteile. Die Beschickung und Entleerung kann vorgenommen werden, ohne dass der Ofen abgeschaltet zu werden braucht.
Es ist auch nicht notwendig, das Vakuum aufzuheben und den Heizraiun zu belüften. Somit entfällt in vorteilhafter Weise jeder Zeitaufwand für das Abkühlen und das erneute Auspumpen und Ausgasen des eigentlichen Heizraumes.
Da der Heizraiun somit ständig auf der Arbeits temperatur und unter Vakuum, gegebenen falls auch Hochvakuum, gehalten werden kann, ist es möglich, bei dem erfindungs gemässen Ofen sehr hohe Durchsatzgeschwin- digkeiten bei wirtschaftlichem Betrieb im Hinblick auf den Energie- und Arbeitsauf wand zu erzielen. Mit dem Ofen nach der vor liegenden Erfindung lassen sich demnach auch für die Wärmebehandlung im Vakuum bzw. im Hochvakuum alle Anforderungen erfüllen, die von der Technik an derartige Arbeitsvor gänge gestellt werden.
Die beigefügte Zeichnung zeig einige Ausführungsformen des Erfindungsgegen standes. - - Fig. 1, 2 und 8 zeigen im Mittellängsschnitt je eine Ausführungsform eines Ofens, wogegen die Fig. 3 bis 7 in grösserem Massstab je eine Ausführungsform der Einrichtung zur Beförderung des Gutes darstellen, und zwar in gleicher Darstellung wie die erstgenannten Figuren.
Fig. 9 zeigt. in grösserem Massstab ein Schleusenventil.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Ofen einen Heizraum 1 auf, der mit Heiz körpern 2 aus C'sraphit, Molybdän oder Wolfram beliebig ausgestattet sein kann. Der Ofenkessel ist vorteilhaft doppelwandig aus- geführt, so dass es gegebenenfalls möglich ist, ihn intensiv zu kühlen. Weiterhin ist es zweck mässig,, insbesondere für bei hohen Tem peraturen arbeitende Öfen, im Innern des Heizraumes Blenden 3, beispielsweise aus Blechen mit blanker Oberfläche, als Strah lungsschutz für die Heizraumwandungen vor zusehen.
Von besonderer Bedeutung sind der artige Blenden zur Abschirmung der Zugänge zum Ofenraum, sie sieh in axialer Richtung vor und hinter dem Heizraum 1 befinden. 'Um die Einführung und Entnahme der Beschik- kung durch diese Zugänge zu eimöglichen, werden dort die Blenden beweglich, das heisst. von aussen verschiebbar oder ausklappbar an geordnet. Derartige bewegliche Blenden sind in Fig. 1 an je von aussen. drehbaren, zur Ofen achse parallelen Achsen 4 bzw. 5 fliegend be festigt dargestellt.
Dem Heizraum 1 ist. am einen Ende eine V akutunkammer 6 vorgeschaltet, die mit einer ebenfalls von aussen zu betätigenden Beschik- kungsvorrichtung 7 versehen ist. .Diese er möglicht es; einen Beschickungsbehälter 8, z: B. einen Tiegel mit Schmelzgut, nach Öffnung des Schleusenventils 9 in die Heizkammer 1 einzuführen. Es ist vorteilhaft, die Beschik- hing in der Vorkammer 6 zunächst weitgehend zu entgasen, -um mit ihr keine grösseren Gas mengen in die unter Vakuum oder sogar unter Hochvakuum stehende Heizkammer 1 einzu schleppen.
Auch am andern Ende der Heiz- kammer 1. befindet sich ein Schleusenventil 10, das eine Entnahmekammer 11 verschliess bar mit der Heizkammer 1 verbindet. Die Ent nahmekammer '11 ist mit einer Entnahme vorrichtung 12 versehen, beispielsweise in Ge stalt eines von aussen absenkbaren Kolbens, der zur Entnahme durch das geöffnete Schleu senventil 10 in die Heizkammer 1 eingeführt werden kann und dort den Beschickungsbehäl ter aufnimmt. Die Halterung und .Zentrie rung des Beschickungsbehälters 8 im Heiz raum kann in beliebiger Weise, z.
B. durch eine ebenfalls von aussen zu betätigende Halte- v orrichtung 13, vorgenommen werden. Die Heizkammer 1 ist ebenso wie die Vorkammer 6 und die Entnahmekammer 11 mit Anschlüs sen 15, 14 und 16 für den Anschluss von Va- kuumpiunpen versehen. Zur Beobachtung des Chargier- bzw. Entnahmevorganges und zur Durchführung von Temperaturmessungen be findet sich am Ofenkessel ein Schauloch 17.
Nach der in Fig. 2 veranschaulichten Aus führungsform kan der Ofen auch derart aus gestaltet werden, dass die Beschickung, z. B. das Schmelzgrit, das periodisch in den Heiz- raum eingeführt wird, in diesem in eine Ko kille vergossen werden kann. Auch die Ko kille kann periodisch in eine entsprechend dimensionierte Vakuimikammer ausgefahren und nach Belüftung aus dieser entnommen werden. Als Wärmebehandlungsraum ist eine Heizkammer 18 vorgesehen, die mit einer Heiz- vorrichtung 19 versehen ist.
Die. Heizvorrich- tung 19 umschliesst einen Schmelztiegel 20 und ist gegen den Wärmebehandlungsraum in an sich bekannter Weise isoliert. Sie ist an einer waagrechten, drehbaren Achse 21 befestigt -und mitsamt dem Schmelztiegel 20 durch Dre hen der Achse 21 kippbar angeordnet. Das Drehen der Achse 21 erfolgt von aussen mit Hilfe eines an der Achse 21 befestigten Schneckenrädsegmentes 22 über eine mit die sem in Eingriff stehende Schneckenspindel 23.
Unterhalb der Heizvorrichtung 19 befin det sich eine senkrechte Kokille 24, die er forderlichenfalls mit Hilfe der Heizvorrich- tung 25 erhitzt und gegen den Ofenraum durch die Ummantelung 26 isoliert sein kann. Die Einbringung des Schmelzgutes in die Heizvorrichtung erfolgt nach vorherigem Evakuieren einer Vorkammer 27 mit Hilfe einer Beschickungsvorrichtung 28 nach öff nen eines von aussen betätigbaren Schleusen ventils 29, wobei das Schmelzgut in den um 90 gekippten Schmelztiegel 20 eingeschoben wird.
Nach Beendigung des Gusses und ge gebenenfalls Erkalten des Kokilleninhaltes wird die Kokille 24 nach Ausschwenken einer von aussen bewegbaren Blende 30 und Öffnen eines Schleusenventils 31 in eine evakuierte Entnahmekammer 32 ausgefahren, wozu eine Entnahmevorrichtung 33 dient, die in ähn licher Weise ausgestaltet sein kann, wie in Fig. 1 bezüglich der Vorrichtung 12 beschrie ben wurde. Aus der Entnahmekammer 32 kann die Kokille mit dem Gussstück nach Ab kühlung und Belüftung der Kammer ent nommen werden.
Darauf wird diese wiederum evakuiert und auf umgekehrtem Wege eine frische Kokille für einen neuen Güss in den Heizraum eingeführt, nachdem die Kammer 27 ebenfalls erneut mit frischem Schmelzgut beschickt ist. Stattdessen kann auch der ent leerte Schmelztiegel 20 über die Beschickungs vorrichtung 28 durch die Vorkammer 27 ent- nommeu und ein neuer Tiegel mit Schmelzgut umgekehrt in die Heizvorrichtung 19 einge- führt werden.
Diese Arbeitsweise empfiehlt sich besonders bei pulverförmigem oder klein- stückigem Schmelzgut. Der Schmelz- und Giessvorgang lässt sich auch bei dieser Aus führungsform des Ofens durch in geeigneter Weise angebrachte Schaulöcher 34 beobachten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 be deutet 35 den untern Teil einer evakuierbaren Vorkammer, wie z. B. der Entnahmekammer 11 oder 32 der Ausführungsformen nach den Fig. 1 bzw. 2. Innerhalb dieser Vorkammer befindet sich ein Hubstempel 36, der zur Ent nahme einer Kokille oder eines Schmelztiegels aus dem Ofenraum oder auch zur Durch- führung entsprechend umgekehrter Arbeits gänge dienen kann.
Der Hubstempel ist au einer Wandermutter 37 befestigt, die mit zwei senkrechten, innerhalb des Vorkammer teils 35 gelegenen Spindeln 38 und 39 im Ein griff steht. Die Spindeln sind durch den Boden des Kammerteils 35 drehbar aber luft dicht schliessend hindurchgeführt und über ein Zahnradgetriebe 40 gemeinsam mit einem Mo tor 41 verbunden, so dass durch Laufenlassen des Motors im einen oder andern Drehsinn der Stempel 36 gehoben oder gesenkt werden kann.
Vermöge dieser Anordnung der Spindeln kann das eigentliche Transport- oder Beschickungs element, welches mit dem Stempel verschoben werden soll, wesentlich kürzer gehalten wer den, als wenn der gesamte Spindelantrieb ausserhalb der Vorkammer angeordnet und nur der Hubstempel durch deren Wand hin- durchgeführt wäre.
Die Folge davon ist, dass eine wesentlich bessere und sichere Führung des Hubstempels gewährleistet werden kann, die gerade bei der Beschickung verhältnis mässig empfindlicher Apparaturen, wie sie derartige Hochvakuumöfen darstellen, eine wesentliche Rolle spielt. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist wieder im Vorkammerteil 35 ein Hubstempel angeordnet, dessen Schaft irrmittelbar als Schraubenspindel ausgebildet ist, welche mit einer drehbar, aber unverschiebbar innerhalb des Kammerteils 35 gelagerten #vf.utter 43 in Eingriff steht.
Die Mutter 43 ist als Schnek- kenrad ausgebildet und steht mit einer Schnek- kenspindel 44 in Eingriff, welche von der Kammeraussenseite in nicht dargestellter Weise drehbar ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist wiederum. im Vorkammerteil 35 ein Hubstem pel 45 heb- und senkbar gelagert und mittels seitlichen Rollen 46 geführt.
Am intern Ende des Stempels greift ein Seilzug 47 an, der über Umlenkrollen 48 zu einer Winde 49 ge- führt ist. Die Winde ist von der Kammer- aussenseite drehbar, so dass durch deren Be tätigung der Stempel gehoben und gesenkt werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6, die sich durch besondere Einfachheit auszeichnet, lässt sich die Bewegung eines Hubstempels 50 im Vorkammerteil 35 hydraulisch bewerkstel- ligen, indem dieser Vorkammerteil 35 als dop pelseitig wirksamer Zylinder ausgebildet ist, in welchem ein am untern Schaftende des Stempels 50 sitzender Kolben 51 gelagert ist. Oben ist der Zylinder durch eine Querwand 52 nach dem Ofenraum hin verschlossen, durch welehe der Hubstempelschaft hindurchgeführt ist.
Das Druckmedium kann durch Rohrstut zen 53 und 54 in den Zylinder eingelassen bzw. aus diesem ausgelassen werden, so dass der Stempel 50 wahlweise gehoben und ge senkt werden kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 be steht der besondere Vorteil, dass jegliche öff- nung in der Vorkammerwand für die Durch führung bewegter Teile fortfallen kann.
Bei dieser Ausführungsform ist. ein Hubstempel 55 im Vorkammerteil 35 durch elektromagne tische Einwirkung bewegbar, indem aussen ein den Vorkammerteil 35 umgebender, ringförmi ger Elektromagnet 56 mit nicht gezeichnetem Rückschliiss auf- und abwärts bewegbar ge führt ist. Dieser Elektromagnet 56 wirkt auf ein mit dem Hubstempelschaft fest verbun denes Kernstüek 57 ein und vermittelt so die Bewegung des Hubstempels. Diese Ausbildung der Transport- bzw. Beschiekungsvorrichtung zeichnet sich durch hervorragende Betriebs sicherheit aus.
In Verbindung mit den Beschickungs- und Transporteinrichtungen hat es sich als zweck mässig erwiesen, in den Öfen feststellbare Vor richtungen, wie z. B. Klapptische, zum Auf setzen bzw. Halten des Glühgutes vorzusehen, wie eine solche beispielsweise in Fig. 8 darge stellt ist. Hier bedeutet 58 den Ofenkörper, in dessen Innern sich die Heizvorrichtung 59 befindet. Unterhalb des Heizraumes ist ein hufeisenförmiger Klapptisch 60 angeordnet, der eine Aussparung für den Durchgang des Hubstempels 61 trägt und das im Glühraum befindliche Gut aufnehmen und haltern kann.
Die Beschickung des Tiegels kann entgegen der Darstellung in Fig. 2 auch durch eine auf dem Deckel des Ofens oder einer andern geeigneten Stelle desselben angebrachte Be schickungskammer erfolgen.
Das in Fig. 9 dargestellte Schleusenventil weist einen quer zuun Durchschleusumgskanal 62 angeordneten Absperrschieber 63 auf, der fliegend an einer Zahnstange 64 sitzt. Letztere ist längsverschiebbar in einem Querkanal 65 gelagert und steht mit einem Zahnritzel 66 in Eingriff. Dieses sitzt auf einer drehbar ge lagerten Welle 67, die durch eine Stoffbüchse 68 hindurch nach aussen geführt ist und am .freien Ende eine Handkurbel 69 trägt.
Durch Drehen der Handkurbel 69 lässt sich der Absperrschieber 63 von der in Fig. 9 dar gestellten Schliesslage in eine, den Schleusen kanal 62 freigebende Offenlage verschieben und nach Durchschleusen des Gutes durch Drehen der Handkurbel 69 in der entgegen gesetzten Richtung wieder in die Schliesslage verbringen, in welcher der Schleusenkanal 62 luftdicht durch den Absperrschieber 63 ver schlossen ist.