DE102007029038A1 - Vakuumofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Vakuumofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken und Verfahren zu dessen Betrieb Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Vakuumofen (1) zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke mit einem in einem Stahlgehäuse (3) angeordneten, als Ofeninnenraum (5) ausgebildeten Nutzraum, Einrichtungen zum Beheizen (7) und Abkühlen des Ofeninnenraumes (5) und Mitteln zum Zirkulieren von Gas (11) im Ofeninnenraum (5). Der erfindungsgemäße Vakuumofen (1) ist gekennzeichnet durch Einspritzdüsen (9) zum Einspritzen von Flüssiggas in den Ofeninnenraum (5), wobei die Einspritzdüsen (9) im Saugbereich der Mittel zum Zirkulieren von Gas (11) im Ofeninnenraum (5) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, insbesondere zur Materialhärtung. Ein derartiger Vakuumofen besitzt im Allgemeinen einen in einem Stahlgehäuse angeordneten, als Ofeninnenraum ausgebildeten Nutzraum, Einrichtungen zum Beheizen und Abkühlen des Ofeninnenraumes und Mittel zum Zirkulieren von Gas im Ofeninnenraum.
  • Vakuumöfen mit Gasabschreckung werden heutzutage in der Regel zur Wärmebehandlung für metallische Werkstücke eingesetzt. Die Werkstücke werden hierzu innerhalb einer Heizkammer unter neutraler Atmosphäre auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und anschließend nach werkstoffbedingten Vorgaben und/oder nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten wieder abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt zumeist über eine in den Vakuumofen integrierte Gaskühlung. Das im Aligemeinen in gasförmiger Form zugeführte Kühlgas dient dabei zur Schaffung einer neutralen Atmosphäre im Ofen und als Wärmeträger für die Heißgas- und Kühlgasumwälzung. Bei zahlreichen vorbekannten Vakuumöfen werden zirkulierende Gasströmungen, die über Gas-Wasser-Wärmetauscher geführt werden, zur Abkühlung eingesetzt. Dabei dient ein motorgetriebenes Gebläse als Antrieb. Diese Kühlsysteme sind vor allem im unteren Temperaturbereich ab ca. 200°C bis zur Entnahmetemperatur von ca. 40 bis 50°C relativ langsam und träge.
  • Es ist bekannt, dass für einen optimalen Härtevorgang materialabhängige Abkühlkurven eingehalten werden müssen. D. h. nicht nur das Erreichen einer Endtemperatur ist für die Härtequali tät von Bedeutung, sondern insbesondere in welcher Zeit welche Temperaturbereiche durchlaufen werden. Für das Härten von Stahl werden daher vom Hersteller sogenannte Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder bereitgestellt, aus den die optimalen Zeit-Temperatur-Verläufe, die im Härteprozess einzuhalten sind, abgelesen werden können. Die Abkühlbedingungen lassen sich unter Normaldruckbedingungen häufig nur durch Anwendung eines Wasser- oder Ölbades einhalten. Bei der Gaskühlung bereitet der schlechte Wärmeübergang vom Werkstück zum Kühlmedium erhebliche Probleme. Bei z. B. oxidationsempfindlichen Materialien können jedoch Flüssigkeitsbäder nicht für die Abkühlung dienen. Vielmehr verlangen viele moderne Werkstoffe eine inerte Umgebung während der Wärmebehandlung. Die dafür nötigen Vakuumanlagen werden sehr aufwendig und teuer, wenn während der Abkühlung ein hoher Druck erzeugt werden soll, um die Abkühlung durch ein unter Druck stehendes Inertgas zu bewirken.
  • Aus der DE 102 24 129 B4 ist eine Wärmebehandlungsanlage zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken bekannt. Der Ofeninnenraum ist mit einem Einlass für eine Leitung für ein Flüssiggas versehen, welcher in einem als Verdampfungsrohr ausgebildeten sowie Düsenauslässe aufweisenden Verdampfungselement im Ofeninnenraum endet. Zur Abkühlung der Werkstücke werden flüssige inerte Stoffe oder Reaktionsstoffe ins Innere des Ofeninnenraumes geleitet und dort verdampft. Das entstehende Gas wird dazu flüssig in den Ofeninnenraum eingeleitet und dort verdampft und nicht mehr gasförmig zugeführt. Mit der anfangs sehr großen Temperaturdifferenz zwischen verdampften Flüssiggas, zum Beispiel bei Stickstoff –196°C, und den heißen Werkstücken kann neben einer Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit auch eine Zeitverkürzung des gesamten Chargenzyklusses erreicht werden. Als weiterer Vorteil wird angeben, dass durch die Behandlung im Tieftemperaturbereich eine Umwandlung von Restaustenit in den stabileren harten Martensit erfolgt. Bei dieser Umwandlung werden weitere kleinere Kohlenstoffteilchen in Form von Carbiden freigesetzt und in der Werkstoffmasse gleichmäßig verteilt. Diese tragen zur Abstützung der Martensit-Grundmasse bei. Die inneren Spannungen im behandelten Werkstück nehmen dadurch ab. Mit dieser vorbekannten Wärmebehandlungsanlage können zwar bereits relativ hohe Kühlleistungen erreicht werden, es gelingt aber nicht, derart hohe Kühlleistungen zu erreichen, wie sie mit Öl als Abschreckmittel erzielt werden können. Der Abkühlprozess lässt sich außerdem nicht in dem gewünschten Maß hinsichtlich Temperatur-Zeit-Verlauf steuern, so dass die für verschiedene Materialien erforderlichen variablen Kühlbedingungen nicht eingestellt werden können.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit ausgehend von der DE 102 24 129 B4 darin, einen verbesserten Vakuumofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken zur Verfügung zu stellen, mit welchem durch einen vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand eine wesentliche Erhöhung der Kühlleistung erreicht werden kann. Außerdem soll ein Verfahren zur Wärmebehandlung in einem derartigen Vakuumofen zur Verfügung gestellt werden, welches die gewünschten Kühlbedingungen variabel verändern kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient zunächst ein Vakuumofen gemäß dem beigefügten Anspruch 1. Der erfindungsgemäße Vakuumofen zeichnet sich dadurch aus, dass er Einspritzdüsen zum Einspritzen von Flüssiggas, vorzugsweise von Inertgas, in den Ofeninnenraum aufweist. Weiterhin ist charakteristisch, dass die Einspritzdüsen im Wirk- oder Strömungsbereich der Mittel zum Zirkulieren von Gas im Ofeninnenraum angeordnet sind.
  • Entscheidend ist dabei, dass durch das gesteuert eingespritzte Flüssiggas ein Gemisch aus Flüssiggaströpfchen und Gas erzeugt wird, womit als Kühlmedium ein Nebelgemisch bereitsteht.
  • Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass das eingespritzte Flüssiggas eine wesentlich höhere Dichte als das in der DE 102 24 129 B4 verwendete verdampfte Flüssiggas aufweist. Auf diese Weise kann eine deutliche Erhöhung der Kühlleistung erreicht werden. Außerdem kommt es dadurch auch zu einer Erhöhung des Wämeübergangskoeffizienten.
  • Versuche haben ergeben, dass in dem erfindungsgemäßen Vakuumofen ähnliche Kühlleistungen, wie sie aus der Verwendung von Öl als Abschreckmittel bekannt sind, erreicht werden können, ohne dass die derzeit üblichen Ofenüberdrücke von etwa 20 bar überschritten werden müssen. Denkbar wäre jedoch auch, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung sogar die Kühlleistungen von Wasser erreicht werden können.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Vakuumofen mit einer Dosiereinrichtung zum dosierten Einspritzen von Flüssiggas versehen. Durch die Verwendung einer Dosiereinrichtung, ist sichergestellt, dass nur die jeweils erforderliche Flüssiggasmenge in den Ofeninnenraum gelangt. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn mittels Dosiereinrichtung die Flüssigkeitströpfchengröße und die Flüssigkeitsnebelmenge einstellbar sind. Auf diese Weise kann die Beschaffenheit und die Menge des zugeführten Flüssiggases an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Unterschiedliche Flüssigkeitströpfchengrößen beeinflussen beispielsweise die durchschnittliche Dichte des Nebels und damit auch die Kühlleistung. Durch Anpassung dieser Parameter wird eine gezielte Einhaltung der gewünschten Martensitumwandlung nach dem Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild der jeweiligen Chargen-Stahlsorte ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass eine Möglichkeit geschaffen wird, die Abkühlkurve so zu modifizieren, dass die Werkstückgeometrie, die Rand-Kernhärte, die Chargenbelegung sowie der Verzug gezielt beeinflusst werden können. In diesem Zusammenhang hat es sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn mittels Dosiereinrichtung Sprühdauer und Sprühpausen einstellbar sind.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Mittel zum Zirkulieren von Gas im Ofeninnenraum mindestens einen Umwälzventilator. Umwälzventilatoren sind besonders gut zum Verteilen des Kühlmediums im Ofeninnenraum geeignet.
  • Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform steht die Dosiereinrichtung mit einem Flüssiggasspeicher in Verbindung.
  • Von Vorteil ist es, wenn das Flüssiggas ein Inertgas ist. Dabei hat sich die Verwendung von Stickstoff, Argon, Helium, Neon oder Krypton als besonders günstig erwiesen. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Inertgase erfolgen.
  • Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ebenfalls ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 10.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in einem Vakuumofen werden in einem ersten Schritt metallische Werkstücke in den Ofeninnenraum eingebracht. Anschließend wird der Ofeninnenraum auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt. Im nachfolgenden Schritt erfolgt – nach Verstreichen einer vorbestimmten Wartezeit bei hoher Temperatur – ein Abkühlen der Werkstücke auf eine vorgegebene Temperatur durch Einspritzen von Flüssiggas in den Ofeninnenraum, wobei das Flüssiggas in den Strömungsbereich von Mitteln zum Zirkulieren von Gas, welche im Ofeninnenraum angeordnet sind, eingespritzt wird. Im letzten Schritt können die Werkstücke entnommen werden sobald eine vorgegebene Entnahmetemperatur erreicht ist. Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ofen ausgeführt wurde, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Erhöhung der Kühlleistung im Vergleich zu den vorbekannten Lösungen erreicht werden. Dies führt zum einen zur Verkürzung der Chargenzykluszeit und zum andern auch zu finanziellen Einsparungen.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführung erfolgt eine dosierte Einspritzung des Flüssiggases. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Flüssigkeitströpfchengröße und die Flüssigkeitsnebelmenge des eingespritzten Flüssiggases einstellbar sind. Außerdem hat sich noch die Möglichkeit der Einstellbarkeit von Sprühdauer und Sprühpausen als günstig erwiesen. Durch die Anpassbarkeit dieser Parameter können Werkstückeigenschaften gezielt beeinflusst werden, indem die Abkühlkurven entsprechend modifiziert werden.
  • Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
  • 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Vakuumofens im Längsschnitt;
  • 2 eine vereinfachte Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Vakuumofens.
  • Der in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vakuumofen 1 dient zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken. Er umfasst einen in einem Stahlgehäuse 3 angeordneten, als Ofeninnenraum 5 ausgebildeten Nutzraum. Innerhalb des Ofeninnenraums 5 befinden sich Einrichtungen zum Beheizen 7 des Ofeninnenraums 5. Zum Beheizen des Offeninnenraums 5 können beispielsweise Widerstandsheizelemente 7 eingesetzt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Heizelemente 7 im oberen und unteren Bereich angeordnet. Die Heizelemente können jedoch auch um das Werkstück verteilt angeordnet sein.
  • Im Ofeninnenraum 5 sind weiterhin Einspritzdüsen 9 zum Einspritzen von Flüssiggas angeordnet. Die Einspritzdüsen 9 sind dabei derart angeordnet, dass sie sich im Strömungs- bzw. Wirkbereich eines Umwälzventilators 11 befinden. Die dargestellte Anordnung der Einspritzdüsen 9 und des Umwälzventilators 11 stellt lediglich eine Möglichkeit der Positionierung dar. Andere Anordnungen im Strömungsbereich sind durchaus denkbar. Mittels Umwälzventilator 11 wird das eingespritzte Flüssiggas im Ofeninnenraum 5 gleichmäßig verteilt. Der Umwälzventilator kann bei abgewandelten Ausführungsformen durch andere geeignete Umwälzmittel, wie z. B. Rohrgehäusepumpe, Propellerpumpe, Turbine ersetzt sein. Das Umwälzmittel wird mit hoher Leistung ausgelegt werden, um eine gute Umwälzung zu gestatten.
  • Die Einspritzdüsen 9 stehen über eine Zuführleitung 13 mit einer Dosiereinrichtung 15 in Verbindung. Die Dosiereinrichtung 15 steht wiederum über eine Zuführleitung 13 mit einem Flüssiggasspeicher 17 in Verbindung. Als Flüssiggas kommt vorzugsweise ein Inertgas zum Einsatz. Typische Inertgase sind beispielsweise Stickstoff, Argon, Helium, Neon oder Krypton. Es kann jedoch auch ein Reaktionsstoff wie beispielsweise Wasserstoff verwendet werden, wenn dies für den Anwendungsfall gewünscht ist. Mit Hilfe der Dosiereinrichtung 15 erfolgt eine dosierte Einspritzung von Flüssiggas in den Ofeninnenraum 5. Die Dosiereinrichtung ist dabei bevorzugt so ausgelegt, dass die Flüssigkeitströpfchengröße und die Flüssigkeitsnebelmenge einstellbar sind. Weiterhin ist es wünschenswert, wenn auch die Parameter Sprühdauer und Sprühpausen anpassbar sind.
  • Um die Prozessparameter zu überwachen und Regelgrößen an die Dosiereinrichtung zu liefern, sind üblicherweise im Ofeninnenraum 5 ein oder mehrere Sensoren angeordnet (nicht gezeigt), welche z. B. die Temperatur, die Feuchtigkeit, den Druck, die Gaszusammensetzung und die Nebeldichte bestimmen.
  • Im Folgenden wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ofens beschrieben. Zunächst werden die einer Wärmebehandlung zu unterziehenden metallischen Werkstücke (nicht dargestellt) in den Ofeninnenraum eingelegt. Anschließend wird der Ofeninnenraum mit Hilfe der Heizelemente 7 auf eine vorgegebene Starttemperatur aufgeheizt. In den meisten Anwendungen werden die Werkstücke für eine vorgegebene Dauer auf der oberen Starttemperatur gehalten, damit die Umwandlungsvorgänge im Material ablaufen können. Im nachfolgenden Schritt werden die Werkstücke auf eine vorgegebene Endtemperatur abgekühlt. Dies kann in mehreren Schritten mit zwischenliegenden Haltephasen oder kontinuierlich erfolgen. Für die Erzielung optimaler Ergebnisse muss in jedem Fall eine materialbahängige Abkühlkurve durchlaufen werden. Zu diesem Zweck wird über die Einspritzdüsen 9 Flüssiggas in den Strömungsbereich des Umwälzventilators 11 eingespritzt. Das Flüssiggas gelangt dabei aus dem Flüssiggasspeicher 17 zunächst über die Zuführleitung 13 zur Dosiereinrichtung 15. Mittels der Dosiereinrichtung 15 wird das Flüssiggas über die Zuführleitung 13 den Einspritzdüsen 9 dosiert zugeführt. In Abhängigkeit von den jeweils zu erreichenden Werkstückeigenschaften und der Chargenbelegung werden die Dosierparameter Flüssigkeitströpfchengröße, Flüssigkeitsnebelmenge, Sprühdauer und Sprühpausen entsprechend angepasst. Durch Einstellung dieser Parameter kann die Abkühlkurve entsprechend modifiziert werden. Außerdem wird die Einhaltung der gewünschten Martensitumwandlung nach dem Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild der jeweiligen Chargen-Stahlsorte ermöglicht. Durch die Behandlung im Tieftemperaturbereich (z. B. flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur von –196°C) erfolgt eine Umwandlung von Restaustenit in den stabileren harten Martensit.
  • 2 zeigt in einer vereinfachten Schnittansicht eine abgewandelte Ausführungsform des Vakuumofens 1. Dies Ausführung zeichnet sich durch mehrere Kammern aus, in denen die einzelnen Wärmebehandlungsschritte ausgeführt werden. In einer heißen Kammer 19 sind innerhalb eines von einer Wärmeisolation 21 umgebenen Bereichs die Heizelemente 7 vorgesehen, sodass in diesem Bereich die Werkstücke erhitzt werden. Die gesamte Anordnung wird dabei verschlossen, um das Vakuum erzeugen zu können. Nach der ersten Evakuierung kann der Ofen mit einem Inertgas geflutet werden, um eine erste Erwärmungsphase durch Konvektion auszuführen. Nach erneutem Evakuieren des Ofens wird eine zweite Erwärmungsphase dann im Vakuum durch Wärmestrahlung vollzogen. Im Anschluss an die Erwärmung werden die erhitzten Werkstücke über eine ebenfalls evakuierte Schleuse 23 in eine kalte Kammer 25 verfahren, wo der Abkühlprozess durchlaufen wird. Die kalte Kammer 25 ist thermisch von der heißen Kammer abgeschottet und mit der Umwälzeinheit 11 ausgestattet, welche für einen großen Volumentransport mit ausreichendem Querschnitt ausgelegt ist. Im Ofen wird dazu der für die Abkühlphase gewünschte Überdruck aufgebaut, wobei in der kalten Kammer 25 die Vernebelung das Kühlgases erfolgt. Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass die Abkühlung schneller erfolgen kann, denn die Wärmekapazitäten der heißen Kammer müssen nicht abgekühlt werden. Außerdem ist diese Vorrichtung energieeffizienter.
  • Ergänzend zu den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Baueinheiten des Vakuumofens kann dieser alle dem Fachmann bekannten typischen Einheiten eines solchen Ofens besitzen. Beispielsweise sind Elemente zur Erzeugung des Vakuums während der Aufheizphase vorhanden sowie sonstige Kühlelemente, wie z. B. Gebläse vorgesehen, um den Ofen für unterschiedliche Einsatzfälle nutzbar zu machen.
  • 1
    Vakuumofen
    3
    Stahlgehäuse
    5
    Ofeninnenraum
    7
    Heizelemente
    9
    Einspritzdüsen
    11
    Umwälzventilator
    13
    Zuführleitung
    15
    Dosiereinrichtung
    17
    Flüssiggasspeicher
    19
    heiße Kammer
    21
    Wärmeisolation
    23
    Schleuse
    25
    kalte Kammer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10224129 B4 [0004, 0005, 0008]

Claims (14)

  1. Vakuumofen (1) zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke mit einem in einem Gehäuse (3) angeordneten, als Ofeninnenraum (5) ausgebildeten Nutzraum, Einrichtungen zum Beheizen (7) und Abkühlen des Ofeninnenraumes (5) und Mitteln zum Zirkulieren (11) eines Kühlmediums im Ofeninnenraum (5), dadurch gekennzeichnet, dass er Einspritzdüsen (9) zum Einspritzen und Vernebeln von Flüssiggas als Kühlmedium in den Ofeninnenraum (5) aufweist, wobei die Einspritzdüsen (9) im Strömungs- bzw. Wirkbereich der Mittel zum Zirkulieren (11) des Kühlmediums im Ofeninnenraum (5) angeordnet sind.
  2. Vakuumofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Dosiereinrichtung (15) zum dosierten Einspritzen und Vernebeln von Flüssiggas aufweist.
  3. Vakuumofen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Dosiereinrichtung (15) die Flüssigkeitströpfchengröße und die im Ofeninnenraum sich ausbildende Flüssigkeitsnebelmenge einstellbar sind.
  4. Vakuumofen (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Dosiereinrichtung (15) Sprühdauer und Sprühpausen einstellbar sind.
  5. Vakuumofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zirkulieren des Kühlmediums im Ofeninnenraum (5) mindestens einen Umwälzventilator (11) umfassen.
  6. Vakuumofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (15) mit einem Flüssiggasspeicher (17) in Verbindung steht.
  7. Vakuumofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssiggas ein Inertgas ist.
  8. Vakuumofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas Stickstoff, Argon, Helium, Neon oder Krypton ist.
  9. Vakuumofen (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Ofeninnenraum (5) Sensoren angeordnet sind, zur Bestimmung der Prozessbedingungen im Ofeninnenraum (5) und zur Bereitstellung von Stell- und/oder Regelgrößen an de Dosiereinrichtung (15).
  10. Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in einem Vakuumofen (1) mit folgenden Schritten: – Einbringen metallischer Werkstücke in den Ofeninnenraum (5); – Aufheizen des Ofeninnenraums (5) auf eine vorgegebene Starttemperatur; – Abkühlen der Werkstücke auf eine vorgegebene Endtemperatur durch Einspritzen und Vernebeln von Flüssiggas in den Ofeninnenraum und Zirkulation des Kühlmediums im Ofeninnenraum (5); – Entnahme der Werkstücke nach Erreichen einer vorgegebenen Entnahmetemperatur.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssiggas dosiert eingespritzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitströpfchengröße und die Flüssigkeitsnebelmenge des eingespritzten Flüssiggases einstellbar sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Sprühdauer und Sprühpausen einstellbar sind.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulation des Kühlmediums mithilfe von Mitteln zum Zirkulieren (11) erfolgt, in deren Wirkbereich das Flüssiggas eingespritzt wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011116903A1 (de) * 2011-10-25 2013-04-25 IWT Bremen Stiftung Institut für Werkstofftechnik Verfahren und Vorrichtung zur kontrollierten Abschreckung durch Heißgas-Sprühkühlung in der Wärrnebehandlung
DE112009004328B4 (de) * 2009-02-10 2013-12-05 Ihi Corporation Wärmebehandlungsvorrichtung und wärmebehandlungsverfahren
EP2505676B1 (de) 2011-03-28 2017-03-01 Ipsen International GmbH Abschreckungsverfahren und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8820098B2 (en) 2011-05-17 2014-09-02 Air Products And Chemicals, Inc. Method and apparatus for quenching of materials in vacuum furnace

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6436722A (en) * 1987-07-30 1989-02-07 Kobe Steel Ltd Continuous heat treatment furnace
DE10224129B4 (de) 2002-05-29 2006-11-02 Schmetz Gmbh Wärmebehandlungsanlage zum Betreiben einer solchen Anlage
DE102005045783A1 (de) * 2005-09-23 2007-03-29 Sistem Teknik Endustriyel Elektronik Sistemler Sanayi Ve Ticaret Ltd. Sirketi Einkammer-Vakuumofen mit Wasserstoffabschreckung

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1452062A (en) * 1972-10-10 1976-10-06 Boc International Ltd Metal treatment
DE2461293B2 (de) * 1974-12-23 1977-12-08 Hilgeroth, Erich, 5630 Remscheid Verfahren zum kuehlen von gussteilen
FR2379607A1 (fr) * 1977-02-03 1978-09-01 Vide & Traitement Sa Procede pour le traitement thermique de metaux
DE3127606A1 (de) * 1981-07-13 1983-01-27 László von Dipl.-Phys. 4190 Kleve Körtvélyessy Schutzgasofen mit getrennter begasung
JPH0625376B2 (ja) * 1990-08-13 1994-04-06 岩谷産業株式会社 鋼材の冷却処理方法
DE4034085C1 (de) * 1990-10-26 1991-11-14 Degussa Ag, 6000 Frankfurt, De
DE19500019A1 (de) * 1995-01-03 1996-07-04 Hans Ruediger Dr Ing Hoffmann Evakuierbare und mit Sprühwasserduschen versehene Kühlkammer zum Abkühlen von metallischem Wärmebehandlungsgut
JP3946796B2 (ja) * 1996-08-22 2007-07-18 大陽日酸株式会社 サブゼロ処理装置
DE10054765A1 (de) * 2000-11-04 2002-05-16 Messer Griesheim Gmbh Wärmebehandlungsofen mit Tiefkühlsystem
FR2869046B1 (fr) * 2004-04-19 2007-08-31 Francis Pelissier Procede de trempe sous gaz
DE102005015450B3 (de) * 2005-04-04 2006-08-17 Ipsen International Gmbh Verfahren sowie Vorrichtung zur Gasabschreckung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6436722A (en) * 1987-07-30 1989-02-07 Kobe Steel Ltd Continuous heat treatment furnace
DE10224129B4 (de) 2002-05-29 2006-11-02 Schmetz Gmbh Wärmebehandlungsanlage zum Betreiben einer solchen Anlage
DE102005045783A1 (de) * 2005-09-23 2007-03-29 Sistem Teknik Endustriyel Elektronik Sistemler Sanayi Ve Ticaret Ltd. Sirketi Einkammer-Vakuumofen mit Wasserstoffabschreckung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patent Abstract of Japan [CD-ROM] & JP 01036722 A; *
Patent Abstract of Japan [CD-ROM]: JP 01-036 722 A

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112009004328B4 (de) * 2009-02-10 2013-12-05 Ihi Corporation Wärmebehandlungsvorrichtung und wärmebehandlungsverfahren
US9181600B2 (en) 2009-02-10 2015-11-10 Ihi Corporation Heat treatment apparatus and heat treatment method
EP2505676B1 (de) 2011-03-28 2017-03-01 Ipsen International GmbH Abschreckungsverfahren und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
DE102011116903A1 (de) * 2011-10-25 2013-04-25 IWT Bremen Stiftung Institut für Werkstofftechnik Verfahren und Vorrichtung zur kontrollierten Abschreckung durch Heißgas-Sprühkühlung in der Wärrnebehandlung

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