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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Drehherdofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, insbesondere zum Glühen von metallischen Werkstücken, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Wärmebehandlung.
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Zum Glühen von Werkstücken sind beispielsweise aus der
WO 2015/128416 A1 Ringöfen bekannt, bei denen ein statisches Außengehäuse und ein statisches Innengehäuse vorhanden sind und ein entsprechender Ringboden zur Aufnahme der Werkstücke zwischen Innengehäuse und Außengehäuse ausgebildet ist, der gegen Außengehäuse und Innengehäuse drehbar ist. Im Außengehäuse und im Innengehäuse sind Schlitzdüsen ausgebildet, durch die Ofenluft in den Raum zwischen Innengehäuse und Außengehäuse zur Aufheizung der Werkstücke einbringbar ist, die durch Rotation des Ringbodens an den Schlitzdüsen vorbeitransportierbar sind. Aus der Wo 2006/050209 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Ofenluft ohne Düse über das Werkstück geführt wird.
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Diese Verfahrensführung hat den Nachteil, dass es zu einer ungleichförmigen Wärmebehandlung der Werkstücke kommen kann, da diese an den Schlitzdüsen vorbeibewegt werden beziehungsweise die Ofenluft ohne Düsen über das Werkstück geführt wird und so folglich eine inhomogene Aufheizung der Werkstücke erfolgen kann.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen Drehherdofen und ein Verfahren zur Wärmebehandlung in einem Drehherdofen bereitzustellen bei dem eine zeitlich und örtlich homogene Aufheizung der Werkstücke erfolgt.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Drehherdofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, umfasst ein um eine Drehachse drehbares Innengehäuse zur Beaufschlagung von Wärmebehandlungsplätzen mit einem Ofengas, wobei das Innengehäuse radial außen Wärmebehandlungsplätze für die Werkstücke aufweist, die drehfest mit dem Innengehäuse verbunden sind und außerhalb des Innengehäuses liegen, wobei das Innengehäuse Düseneinrichtungen aufweist, durch die Ofengas aus dem Inneren des Innengehäuses zu den Wärmebehandlungsplätzen führbar ist und jedem Wärmebehandlungsplatz eine Düseneinrichtung zugeordnet ist, die drehfest mit dem Innengehäuse verbunden ist, wobei mindestens eine Strömungsmaschine ausgebildet ist, durch die Ofengas an mindestens einer Wärmequelle vorbei in das Innere des Innengehäuses führbar ist.
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Das Innengehäuse wird auch als Düsenplenum bezeichnet. Die Erfindung beruht somit auf einer festen Zuordnung der Düseneinrichtung zum Wärmebehandlungsplatz und der drehfesten Verbindung des Wärmebehandlungsplatzes und der Düseneinrichtung mit dem drehbaren Innengehäuse. Im Betrieb wird das zu bearbeitende Werkstück auf einen Wärmebehandlungsplatz gelegt und durch Rotation des Innengehäuses durch den Drehherdofen geführt. Durch die Festlegung der Düseneinrichtung zum Wärmehandlungsplatz stehen die Düseneinrichtung und der Wärmebehandlungsplatz in einer konstanten Relation. Es kommt zu keiner Relativbewegung zwischen Düseneinrichtung und Wärmebehandlungsplatz, so dass bei der gesamten Reise durch den Drehherdofen eine konstante Beaufschlagung des Werkstücks auf dem Wärmebehandlungsplatz erfolgen kann, so dass eine deutlich homogenere Aufheizung im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen erfolgen kann.
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Die mindestens eine Wärmequelle ist dabei bevorzugt als Gasbrenner, insbesondere umfassend ein Strahlrohr oder ein Flammleitrohr und/oder als elektrisches Heizelement ausgebildet. Unter einem Strahlrohr wird ein Element verstanden, bei dem ein Gasbrenner in ein geschlossenes Gehäuse brennt und die Rauchgase so abgeführt werden, dass sie nicht in das Innengehäuse eintreten. Unter einem Flammleitrohr wird dabei bevorzugt ein perforiertes Metallrohr verstanden, bei dem die Verbrennungsabgase des im Gasbrenner verbrannten Gases in gewünschter Weise außerhalb des Brenners verteilt werden.
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Als Ofengas kann insbesondere die Ofenatmosphäre zum Einsatz kommen, die insbesondere Luft und gegebenenfalls Verbrennungsabgas eines Gasbrenners umfasst. Hierzu wird die Atmosphäre im Ofen insbesondere umgewälzt. Der Drehherdofen weist mindestens eine Zugangsöffnung auf, durch die Werkstücke in die Wärmebehandlungsplätze eingelegt oder aus diesen entnommen werden können. Hierbei kann während des Ein- und Auslegens die Einleitung des erwärmten Ofengases und damit die Wärmebehandlung durch die Düseneinrichtungen ununterbrochen weitergeführt werden. Durch die Strömungsmaschine wird dabei im Inneren des Innengehäuses ein Überdruck im Vergleich zur Umgebung des Innengehäuses erzeugt, welcher zur Durchströmung der Düseneinrichtungen mit dem Ofengas aus dem Innengehäuse durch die Düseneinrichtungen zu den Wärmebehandlungsplätzen führt.
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Die metallischen Werkstücke sind bevorzugt Werkstücke aus Aluminium, einer Aluminiumbasierten Legierung, einem Buntmetall und/oder einer Buntmetallbasierten Legierung. Bei den Werkstücken handelt es sich bevorzugt um Felgen, Motorblöcke, Fahrwerksteile und ähnliches für Kraftfahrzeuge.
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Bevorzugt weist der Drehherdofen eine Gasrückführung von den Wärmebehandlungsplätzen zur Strömungsmaschine auf. Bevorzugt ist die mindestens eine Wärmequelle in der Gasrückführung saugseitig vor der Strömungsmaschine angeordnet, um eine gleichmäßige Temperierung der Ofengase zu bewirken. Der Drehherdofen ist also bevorzugt als Umluftofen ausgebildet.
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Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass die mindestens eine Wärmequelle in der Gasrückführung ausgebildet ist. Dies bewirkt eine weitere Vergleichmässigung der Temperatur des Ofengases vor Eintreten in das Innengehäuse durch die Strömungsmaschine.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als Strömungsmaschine ein Ventilator ausgebildet.
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Insbesondere ein Ventilatorbevorzugt ein Axialventilator hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da dieser einfach zu realisieren und zu betreiben ist. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung bei der der Ventilator so angeordnet ist, dass das Ofengas axial in Bezug auf die Drehachse in den Innenraum geführt wird. Bevorzugt ist dabei der Ventilator auf der gegenüberliegenden Seite eines die Drehung bewirkenden Motors ausgebildet. Besonders bevorzugt wird als Ventilator ein Halbaxialventilator, bei dem Luft radial angesaugt und axial in den Innenraum des Innengehäuses ausgeblasen wird, eingesetzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist stromabwärts der Strömungsmaschine ein Strömungsvergleichmäßiger zum verteilenden Einbringen des Ofengases in das Innengehäuse ausgebildet. Durch einen Strömungsvergleichmäßiger wird erreicht, dass der gesamte Innenraum mit einer möglichst gleichmäßigen Strömung des Ofengases beaufschlagt wird. Ein Strömungsvergleichmäßiger ist beispielsweise als ein Rohr ausgebildet, in welches im Inneren der Ofengasstrom vom Ventilator strömt und der das Rohr über Löcher im Umfang des Rohres verlässt. Die Löcher können dabei insbesondere in ihrer Größe und Form variieren, insbesondere in Abhängigkeit vom Abstand zum Ventilator. Bevorzugt kann dabei ein sich verjüngendes Rohr zum Einsatz kommen. Bevorzugts sind die Löcher so ausgebildet, dass sich über die Länge des Rohres eine gleichmäßige Strömung aus dem Rohr ergibt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung jede Düseneinrichtung mindestens eine erste Düsenteileinrichtung mit einer ersten Blasrichtung und eine zweite Düsenteileinrichtung mit einer zweiten Blasrichtung auf, wobei erste Blasrichtung und zweite Blasrichtung einen von null verschiedenen Winkel miteinander einschließen.
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Insbesondere sind erste Blasrichtung und zweite Blasrichtung entgegengesetzt zueinander. Durch die Aufteilung jeder Düseneinrichtung in jeweils zumindest zwei Düsenteileinrichtungen kann eine Beaufschlagung des Werkstücks von zumindest zwei Seiten, bevorzugt auch von drei Seiten durch drei Düsenteileinrichtungen, erreicht werden. Bevorzugt liegen die erste Düsenteileinrichtung und die zweite Düsenteileinrichtung einander gegenüber. Bevorzugt weist jede Düsenteileinrichtung mindestens eine Düse auf, die mit dem Inneren des Innengehäuses verbunden ist. Sofern mehrere Düsen pro Düsenteileinrichtung ausgebildet sind, wird unter der der Blasrichtung die Vektorsumme der Austrittsrichtungen der einzelnen Düsen verstanden. Insbesondere umfasst die Düsenreinrichtung mindestens eine Düse und jede Düsenteileinrichtung mindestens eine Düse. Die Düseneinrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie Düsen umfasst, die das Werkstück von mehreren Seiten, insbesondere von mindestens zwei Seiten beblasen werden kann. Insbesondere kann die Düseneinrichtung so ausgebildet sein, dass ein Beblasen des Werkstücks von oben, unten und seitlich, erfolgen kann. Die Anzahl, Position und/oder Art der Düse, beispielsweise im Hinblick auf den Öffnungsquerschnitt, die Größe der Öffnung und/oder der Ausblasrichtung der Düse, wird dabei bevorzugt angepasst auf die Form, das Material und/oder die Masse des Werkstücks.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mindestens zwei Ebenen von Wärmebehandlungsplätzen ausgebildet, die in Richtung der Drehachse unterschiedliche Positionen aufweisen.
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Bevorzugt weist der Drehherdofen eine Ebene von Wärmebehandlungsplätzen aufweisen, die eine bestimmte Position in Richtung der Drehachse aufweist. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn vergleichsweise hohe Werkstücke wärmebehandelt werden sollen. Durch die Ausbildung von zwei oder mehr solcher Ebenen kann die Zahl der gleichzeitig zu behandelnden Werkstücke erhöht werden und so der Durchsatz des Drehherdofens erhöht werden.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines metallischen Werkstücks in einem Drehherdofen, insbesondere einem erfindungsgemäßen Drehherdofen, vorgeschlagen, bei dem das Werkstück in einem Wärmebehandlungsplatz mit mindestens einer dem Wärmebehandlungsplatz zugeordneten Düseneinrichtung auf einer Kreisbahn durch den Drehherdofen bewegt und durch die Düseneinrichtung mit einem Ofengas einer vorgebbaren Temperatur beaufschlagt wird.
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Erfindungsgemäß wird also das Werkstück gemeinsam mit der ihm zugeordneten Düseneinrichtung in dem Wärmebehandlungsplatz durch den Drehherdofen transportiert. Es liegt also immer eine definierte Beziehung zwischen Düseneinrichtung und Werkstück vor, insbesondere ein konstanter Abstand und ein konstantes Strömungsprofil, mit dem das Ofengas auf das Werkstück trifft. Hierdurch kann eine gleichmäßige und homogene Aufheizung des Werkstücks erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Werkstück durch die Düseneinrichtung aus zumindest zwei Richtungen mit dem Ofengas beaufschlagt, bevorzugt aus zwei entgegengesetzten Richtungen. So können auch asymmetrische Werkstücke effizient mit Ofengas beströmt und damit temperiert werden..
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Ofengas rückgeführt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Ofengas stromabwärts des Wärmebehandlungsplatzes und stromaufwärts der Düseneinrichtung an mindestens einer Wärmequelle zur Einstellung der vorgebbaren Temperatur vorbeigeführt wird.
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Die Wärmequelle ist bevorzugt ein Gasbrenner, insbesondere ein Strahlrohr, und/oder eine elektrische Heizquelle.
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Die für den Drehherdofen offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf das Verfahren übertragen und anwenden und umgekehrt.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vor-geben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1 ein erstes Beispiel eines Drehherdofens im Längsschnitt;
- 2 das erste Beispiel eines Drehherdofens im Querschnitt;
- 3 ein Beispiel für eine Düsenteileinrichtung in perspektivischer Ansicht; und
- 4 ein zweites Beispiel eines Drehherdofens im Längsschnitt.
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Gleiche Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen. 1 zeigt schematisch einen Drehherdofen 1 im Längsschnitt. Der Drehherdofen 1 weist ein um eine Drehachse 2 drehbares Innengehäuse 3 auf, welches in einem statischen Außengehäuse 4 mit verschließbaren Zugangsöffnungen 5 ausgebildet ist. Der Dreherdofen 1 weist mehrere Wärmebehandlungsplätze 6 auf, die in einer ersten Ebene 7 und einer zweiten Ebene 8 angeordnet sind. Die Wärmebehandlungsplätze 6 sind dabei als Auflagen oder Träger für Werkstücke 9 ausgebildet. Die Wärmebehandlungsplätze 6 sind dabei drehfest mit dem Innengehäuse 3 verbunden. Die Wärmebehandlungsplätze 6 sind dabei radial außen am Innengehäuse 3 ausgebildet. Die Wärmebehandlungsplätze 6 liegen damit außerhalb des Innengehäuses 3 zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 4. wobei das Innengehäuse 3 Düseneinrichtungen 10 aufweist, durch die Ofengas 16 aus dem Inneren des Innengehäuses 3 zu den Wärmebehandlungsplätzen 6 führbar ist. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Bezugszeichen der Düseneinrichtungen 10 ausgeführt. Jedem Wärmebehandlungsplatz 6 ist eine Düseneinrichtung 10 zugeordnet ist, die drehfest mit dem Innengehäuse 3 verbunden ist. In diesem Beispiel weist jede Düseneinrichtung 10 jeweils eine erste Düsenteileinrichtung 11 und eine zweite Düsenteileinrichtung 12 auf, die einander gegenüberliegen und somit eine Beaufschlagung des Werkstücks 9 im Wärmebehandlungsplatz 6 aus zwei Richtungen (oben und unten im vorliegenden Beispiel) ermöglichen.
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Weiterhin ist mindestens eine Strömungsmaschine 13 ausgebildet, durch die Ofengas 16 an mindestens einer Wärmequelle 14 vorbei in das Innere des Innengehäuses 3 führbar ist. Hierdurch entsteht im Inneren 15 des Innengehäuses 3 ein Überdruck im Vergleich zu dem Bereich zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 4. Hierdurch wird das Ofengas 16 durch die ersten Düsenteileinrichtungen 11 und die zweite Düsenteileinrichtungen 12 aus dem Innenraum 15 des Innengehäuses 3 hin zu den Wärmebehandlungsplätzen 6 gedrängt. Die Wärmequellen 14 sind dabei in diesem Beispiel als Gasbrenner, bevorzugt mit Flammleitrohr ausgebildet. Der Drehherdofen 1 wird somit direkt gasbeheizt. Die Strömungsmaschine 13 ist als Halbaxialventilator ausgebildet.
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Das Ofengas 16 strömt aus dem Innenraum 15 durch die Düseneinrichtungen 11 beziehungsweise die Düsenteileinrichtungen 11, 12 in den Raum zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 4, wobei das Ofengas 16 dabei die Werkstücke 9 umströmt. Aus dem Raum zwischen Innengehäuse 3 und Außengehäuse 4 strömt das Ofengas 16 durch eine Gasrückführung 17, in der die Wärmequellne 14 ausgebildet sind, die vom Ofengas 16 umströmt werden, wonach sie von der Strömungsmaschine 17 wieder in den Innenraum 15 des Innengehäuses 3 gefördert werden. Hierdurch wird das Ofengas 16 im Kreislauf durch den Drehherdofen 1 geführt. Das Innengehäuse 3 wird dabei durch einen Antrieb 18 gedreht.
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2 zeigt den Drehherdofen 1 aus 1 im Querschnitt. Dieser weist 8 Werkstücke 9 auf, die mit I bis VIII bezeichnet sind. Die Drehung des Innengehäuses 3 gegen das Außengehäuse 4 erfolgt um die Drehachse 2 in Drehrichtung 19.
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3 zeigt ein Beispiel einer ersten Düsenteileinrichtung 11 in perspektivischer Ansicht. Das Innengehäuse 3 weist einen Wärmebehandlungsplatz 6 auf, der zwei Halter 20 umfasst. Auf diese wird das Werkstück 9 (nicht gezeigt) aufgelegt. Die Düsenteileinrichtung weist in diesem Falle vier Düsen 21 auf, die in einem Winkel zur Senkrechten des Innengehäuses 3 in diesem Bereich ausgerichtet sind. Statt vier Düsen 21 pro Düsenteileinrichtung 11, 12 kann auch eine einzige Düse 21 ausgebildet sein. Insbesondere können erste Düsenteileinrichtungen 11 mit einer anderen Anzahl Düsen 21 ausgebildet sein als zweite Düsenteileinrichtungen 12. Der Wärmebehandlungsplatz 6 und die Halter 20 und gegebenenfalls die Düseneinrichtung 10 ist dabei bevorzugt an die zu behandelnden Werkstücke 9, insbesondere im Hinblick auf die Form, das Material und/oder die Masse des Werkstücks 9 angepasst.
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4 zeigt ein zweites Beispiel eines Drehherdofens 1. Es wird auf die oben angegebene Beschreibung zu 1 und 2 verwiesen, hier sollen nur die Unterschiede dargelegt werden. In Ergänzung zum ersten Beispiel weist der Drehherdofen 1 hier einen Strömungsvergleichmäßiger 22 zum verteilenden Einbringen des Ofengases 16 in das Innere 15 des Innengehäuses 3 auf. Der Strömungsvergleichmäßiger 22 ist als ein sich verjüngendes Rohr 23 mit Löchern 24 ausgebildet, durch die die Strömung des Ofengases 16 durch die einzelnen Düseneinrichtungen 10 mit erster Düsenteileinrichtung 11 und zweiter Düsenteileinrichtung 12 vergleichmässigt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Löcher 24 mit Bezugszeichen versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehherdofen
- 2
- Drehachse
- 3
- Innengehäuse
- 4
- Außengehäuse
- 5
- Zugangsöffnung
- 6
- Wärmebehandlungsplatz
- 7
- Erste Ebene
- 8
- Zweite Ebene
- 9
- Werkstück
- 10
- Düseneinrichtung
- 11
- Erste Düsenteileinrichtung
- 12
- Zweite Düsenteileinrichtung
- 13
- Strömungsmaschine
- 14
- Wärmequelle
- 15
- Innenraum
- 16
- Ofengas
- 17
- Gasrückführung
- 18
- Antrieb
- 19
- Drehrichtung
- 20
- Halter
- 21
- Düse
- 22
- Strömungsvergleichmäßiger
- 23
- Rohr
- 24
- Loch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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