DE2455280A1 - Controlled cooling of induction-heated components - by immersion in a fluidised bed of copper powder in air - Google Patents

Abstract

Process for the dry thermal treatment of heated work-pieces by controlled heat-extn., using a good thermally conducting mixt. of gas and a powdered solid directed onto the surface of the workpiece. The novelty is that the powder is fluidised in a rising current of gas and is in the fluidised state when it impinges upon the workpiece. The pref. device uses a container fitted with a porous insert through which the gas flows to fluidise the powder, and a heat-exchanger is used to cool the hot powder. Provides a high rate of heat extn. only requiring a small amount of gas, and the high noise level, involved when using a gas or air jet for cooling, is greatly reduced.

Description

Verfahren zur trockenen Wärmebehandlung erhitzter Werkstücke durch gesteuerten Wärmeentzug und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Process for dry heat treatment of heated workpieces controlled heat extraction and device for carrying out this process.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur trockenen Wärmebehandlung erhitzter Werkstücke durch gesteuerten Wärmeentzug mittels eines der Werkstückoberfläche zugeführten gut wärmeleitenden Gemischs aus einem Gas und einem pulverisierten Feststoff, bei dem der als Wärmeträger dienende Feststoff im Strom des strömenden Gases mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gebracht wird, und auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for dry heat treatment heated workpieces through controlled heat extraction by means of one of the workpiece surface supplied, good heat-conducting mixture of a gas and a pulverized solid, in which the solid serving as a heat transfer medium is included in the flow of the flowing gas the workpiece surface is brought into contact, and on a device for implementation this procedure.

Zur Wärmebehandlung von insbesondere induktiv erhitzten metallischen Werkstücken, deren Oberfläche durch nachfolgendes Abschrecken zu härten ist, ist es bekannt, den Wärmeentzug durch stehende oder fließende Flüssigkeitsbäder, in die die Werkstücke eingetaucht werden, vorzunehmen. Auch ist es bekannt, die Werkstücke mit einem flüssigen Kontaktmittel zum Zweck des Wärmeentzugs mittels Duschvorrichtungen, die das flüssige Kontaktmittel versprühen, zu behandeln.For the heat treatment of, in particular, inductively heated metallic ones Workpieces, the surface of which is to be hardened by subsequent quenching it is known to remove heat by standing or flowing baths of liquid, in which the workpieces are immersed. It is also known the workpieces with a liquid contact agent for the purpose of extracting heat by means of shower devices, which spray the liquid contact agent to treat.

Zur trockenen Abkühlung zu behandelnder Werkstücke ist es bekannt, die Oberfläche des Werkstücks mit dem Einfluß eines kühlenden Gasstroms, der dem Werkstück unter Druck ebenfalls mittels Duschvorrichtungen zugeführt wird, auszusetzen.For dry cooling of workpieces to be treated, it is known the surface of the workpiece with the influence of a cooling gas flow that the Workpiece is also fed under pressure by means of shower devices to suspend.

Sind dabei dem Werkstück in kürzeren Zeitabschnitten grRere Wärmemengen zu entziehen, ist es üblich, entweder eine Flüssigkeitskiihlung vorzunehmen, oder aber ein Gemisch aus einer versprühten Flüssigkeit mit Luft oder einem anderen Tra$ergas zu benutzen.If the workpiece is exposed to greater amounts of heat in shorter periods of time to withdraw, it is common to either carry out a liquid cooling, or but a mixture of a sprayed liquid with air or another Tra $ ergas to use.

In Fällen, bei denen das Material des metallischen Werkstüclcs ausdrücklich eine trockene Kühlung verlangt, ist es üblich, die Kühlung im Luft- bzw. Gasstrom vorzunehmen. Müssen dabei große Wärmemengen in kürzerer Zeit abgeführt werden, so werden dazu Gasmengen benötigt, die dem Werkstück bzw. seiner Oberfläche über Düsenvorrichtungen unter hohem Druck zugeführt werden. Der dabei entstehende Lärm ist beträchtlich.In cases where the material of the metallic workpiece is expressly If dry cooling is required, it is common practice to use air or gas flow for cooling to undertake. If large amounts of heat have to be dissipated in a shorter time, see above gas quantities are required for this, which the workpiece or its surface via nozzle devices fed under high pressure. The resulting noise is considerable.

Um die Geräuschbildung in solchen Fällen zu reduzieren, ist es bereits vorgeschlagen worden, zur Kühlung ein Gemisch zu benutzen, das aus einem Gas und einem pulverisierten Feststoff, z.B. Kupferpulver, besteht. Dem an der Düsenvorrichtung entströmenden Gas, vorzugsweise Luft, wird der pulverförmige Kontaktwerkstoff zugemischt, und es wird dieses Gemisch der Oberfläche des Werkstücks zugeführt. Wenngleich die Gasmengen, die zur Kühlung des Werkstücks erforderlich sind, bei einem derartigen Vorgehen ebenso wie der zugehörige Lärm beträchtlich reduziert werden können, läßt sich die Kühlung des Werkstücks dennoch nicht geräuscharm vornehmen.In order to reduce the noise in such cases, it is already have been proposed to use a mixture for cooling, which consists of a gas and a powdered solid such as copper powder. The one on the nozzle device escaping gas, preferably air, is mixed with the powdery contact material, and this mixture is fed to the surface of the workpiece. Although the Amounts of gas that are required to cool the workpiece in such a Procedure as well as the associated noise can be reduced considerably Nevertheless, the cooling of the workpiece is not undertaken with a low level of noise.

Die Erfindung bezweckt es, bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art die Anordnung derart zu treffen, daß bei Anwendung geringer Gasmengen eine hohe Leistung bei der Wärmeabführung erreichbar ist. Dabei sollte gleichzeitig die Geräuschbildung weiter vermindert werden.The aim of the invention is to provide a method of the above in more detail designated type to make the arrangement in such a way that when using small amounts of gas high performance in terms of heat dissipation can be achieved. It should be done at the same time the noise generation can be further reduced.

Diese Aufgabe wird unter Anwendung eines Verfahrens der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kontaktfeststoff im aufsteigenden Strom des Gases nach Art eines Fließbettes verwirbelt und im verwirbelten Zustand mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gebracht wird.This task is explained in more detail using a method from the introduction designated type according to the invention solved in that the contact solid in the ascending Flow of the gas swirled in the manner of a fluidized bed and in the swirled state is brought into contact with the workpiece surface.

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich bei extrem großer Wärmeabführung eine nahezu geräuschfreie Werkstückabkühlung erzielen.Using the method according to the invention can be extremely large heat dissipation an almost noise-free Workpiece cooling achieve.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert.The invention is explained below on the basis of a preferred exemplary embodiment a device for carrying out the method explained.

Die Einrichtung nach dem Ausführungsbeispiel dient zur Oberflächenhärtung an Kurbelwellen, Nockenwellen, Drehachsen oder dergleichen, durch induktives Erhitzen der metallischen Werkstücke und nachfolgendes Abschrecken dieser Werkstücke im Bad eines Kühlmittels.The device according to the embodiment is used for surface hardening on crankshafts, camshafts, axes of rotation or the like, by inductive heating of the metallic workpieces and subsequent quenching of these workpieces in the bath a coolant.

In der Fig. bezeichnen 1 einen doppelwandigen Behälter, 2 eine den Behälterinnenraum in horizontaler Lage völlig durchsetzende und diesen Raum in zwei getrennte Teilräume zerlegende gasdurchlässige poröse Einlage, 3 den unterhalb der Einlage 2 angeordneten Teilraum des Behälters 1, 4 den oberhalb der Einlage 2 angeordneten Teilraum, 5 und 6 in den Teilraum 3 einmündende Rohrleitungen, iiber die dem Teilraum 3 mittels Pumpen 7 und 8 ein gasförmiges Kühlmittel, insbesondere Luft, zuführbar ist, und 9 eine auf die Einlage 2 aufgebrachte Menge feinkörnigen Kupferpulvers, die bis zur Standhöhe lo aufgeschüttet ist Der obere Rand des beckenförmigen Behälters 1 dient zur Lagerung einer Werkstückaufnahme 11, 12 und eines entlang der hinteren Wandung des Behälters 1 in Richtung der Behälterlängsachse auf Schienen 13 und Rollen 14 verfahrbaren Härtewagen 15.In the figure, 1 denotes a double-walled container, 2 denotes the Container interior in a horizontal position completely penetrating and this space in two separate sub-spaces dividing gas-permeable porous insert, 3 below the Insert 2 arranged subspace of the container 1, 4 arranged above the insert 2 Partial space, 5 and 6 pipes opening into partial space 3, over which the partial space 3 a gaseous coolant, in particular air, can be supplied by means of pumps 7 and 8 and 9 an amount of fine-grain copper powder applied to the insert 2, which is heaped up to the level lo. The upper edge of the basin-shaped container 1 is used to support a workpiece holder 11, 12 and one along the rear Wall of the container 1 in the direction of the longitudinal axis of the container on rails 13 and rollers 14 movable hardening trolleys 15.

Die Werkstückaufnahme 11., -12 besteht aus zwei mittels einer gemeinsamen Drehachse 16 verbundenen Lagerplatten 17 und 18, deren einander zugewandte Oberflächen winkelig um die Drehachse 16 herumversetzt jeweils mehrere Vorrichtungen, z.B. 19 und 20, aufnehmen, die auf beiden Platten paarweise einander zugeordnet zur Lagerung einer Kurbelwelle, z.B. 21, dienen. Die Aufnahmevorrichtungen der Platten 17 und 18 erlauben das Einspannen mehrerer winkelig um die Drehachse 16 versetzt gegeneinander angeordneter Kurbelwellen.The workpiece holder 11., -12 consists of two by means of a common Axis of rotation 16 connected bearing plates 17 and 18, their mutually facing surfaces Several devices, e.g. 19, offset at an angle around the axis of rotation 16 and 20, which are assigned to one another in pairs on both plates for storage a crankshaft, e.g. 21. The receptacles for the panels 17 and 18 allow the clamping of several angularly offset from one another about the axis of rotation 16 arranged crankshafts.

Mittels eines Motors 22 und eines mit ihm gekuppelten Getriebes 23, das seinerseits auf die drehbar gelagerten Werkstückaufnahmen, z.B. 20, der Platte 17 einwirkt und diese in Drehungen versetzt, können die in den Werkstückaufnahmen eingespannten Kurbelwellen um ihre Längsachse in Rotation versetzt werden.By means of a motor 22 and a gear 23 coupled to it, this in turn on the rotatably mounted workpiece holders, e.g. 20, of the plate 17 acts and this is set in rotation, the in the workpiece holders clamped crankshafts are set in rotation about their longitudinal axis.

Mittels eines mit der Platte 18 verbundenen Getriebemotors 24 läßt sich die Gesamtanordnung bestehend aus der Drehachse 16, den, Platten 17 und 28 und den zwischen diesen Platten eingespannten Kurbelwellen jeweils um bestimmte Winkelbeträge absatzweise verdrehen, so daß jedes der eingespannten Werkstücke in die in der Zeichnung dargestellte Position der Kurbelwelle 21 gedreht werden kann.By means of a gear motor 24 connected to the plate 18 can the overall arrangement consisting of the axis of rotation 16, the, plates 17 and 28 and the crankshafts clamped between these plates by certain Rotate angular amounts step by step so that each of the clamped workpieces is in the position of the crankshaft 21 shown in the drawing can be rotated.

Der Härtewagen 15, der entlang der Richtung des Doppelpfeils 15A verfahrbar ist, trägt auf seiner Vorderfront in Richtung des Doppelpfeils 30 höhenverstellbar einen mit einer Mittelfrequenzstromquelle 31 über einen Transformator verbundenen Induktor 32, der durch Verfahren des Härtewagens 15 entlang der Beckenwandung des Behälters 1 in die zu den Lagerflächen 33 bzw. 34 der Kurbelwelle 21 gehörige axiale Position gebracht werden kann. Durch Absenken des Induktors 32 in Richtung des Doppelpfeils 30 nach unten ist die Induktoroberfläche auf die Oberfläche der Lagerflächen, z.B. 33, absenkbar und durch Einschalten des Induktorstromes die jeweilige Lagerflächelinduktiv erhitzbar.The hardening carriage 15, which can be moved in the direction of the double arrow 15A is, carries on its front face in the direction of the double arrow 30 adjustable in height one connected to a medium frequency power source 31 through a transformer Inductor 32, which by moving the hardening carriage 15 along the basin wall of the Container 1 in the axial belonging to the bearing surfaces 33 and 34 of the crankshaft 21 Position can be brought. By lowering the inductor 32 in the direction of the double arrow 30 down is the inductor surface onto the surface of the bearing surfaces, e.g. 33, can be lowered and the respective bearing surface is inductive by switching on the inductor current heatable.

Vor oder während des Erhitzens der zu härtenden Lagerflächen 33 bzw. 34 der Kurbelwelle 21 wird durch Einschalten der Pumpe 7 und 8 Druckluft in den Teilraum 3 gepreßt, die durch die poröse Einlage 2 hindurch in den Teilraum 4 eintritt und dabei das auf der Einlage 2 angeordnete Kupferpulver bis zur eingezeichneten Behälterhöhe 4o in Form eines Fes-tstoff-Luft-Gemisches anhebt. Die Kupferpulverkörner werden dabei verwirbelt und nach Art eines Fließbettes in der Schwebe gehalten.Before or during the heating of the bearing surfaces 33 or 34 of the crankshaft 21 is by switching on the pump 7 and 8 compressed air into the Subspace 3 pressed, through the porous insert 2 into the Subspace 4 enters and thereby the arranged on the insert 2 copper powder to to the drawn container height 4o in the form of a solid-air mixture. The copper powder grains are swirled and in the manner of a fluidized bed held in limbo.

Nach der Erhitzung z.B. der Lagerfläche 33 wird durch Betätigen des Motors 24 die Kurbelwelle 21 in das Innere des Behälters 1 getaucht und gelangt dort in eine Lage, in der das Luft-Feststoff-Gemisch bestehend aus Luft und dem Kupferpulver die Oberfläche des Lagers 33 umspült. Die Werkstückwärme wird dabei schnell aus dem Werkstück abtransportiert.After the storage area 33, for example, has been heated, the Motor 24 immersed the crankshaft 21 in the interior of the container 1 and arrives there in a position in which the air-solid mixture consisting of air and the Copper powder washes around the surface of the bearing 33. The workpiece heat is thereby quickly removed from the workpiece.

Den Wärme transport übernehmen dabei zum größeren Teil die mit der Oberfläche in Kontakt gelangenden Kupferkörner. Ein anderer Teil der Wärme wird über den Gasstrom des Fließbettes abgeführt.The heat transport is largely carried out by those with the Surface of copper grains coming into contact. Another part of the heat will Discharged via the gas stream of the fluidized bed.

Zur Rückkühlung des Kupferpulvers 9 sind die Außenwandungen des Behälters - wie dargestellt - doppelwandig und als Wärmeaustauscher ausgebildet. Durch den Innenraum 41 der doppelwandigen Wände des Behälters 1 wird Kühlwasser geführt, das über nicht dargestellte Zu- bzw. Ableitungen sowohl die Behälterseitenwandungen als auch den Behälterboden durchfließt.The outer walls of the container are used for recooling the copper powder 9 - as shown - double-walled and designed as a heat exchanger. Through the Interior 41 of the double-walled walls of the container 1 is carried out cooling water, the Both the container side walls via feed and discharge lines, not shown as well as flowing through the bottom of the container.

Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung sind mannigfaltiger Abänderungen fähig. So ist es z.B.Means for carrying out the method according to the invention are capable of manifold changes. So it is e.g.

möglich, die Kühlung des Kontaktstoffes durch im Fließbett des Kontaktstoffes selbst angeordnete Wärmeaustauscher, die z.B. in Rohrform ausgebildet sind, vorzunehmen. Auch kann der Transportmechanismus, der das Werkstück in das Fließbett überführt, abweichend ausgebildet sein. Dabei ist es möglich, das Werkstück zwischen dem Spiegel 1o des pulverförmigen Kontaktwerkstoffes und dem Spiegel 4o des durchwirbelten Fließbetts ortsfest anzuordnen und das Werkstück mit dem Kontaktwerkstoff durch Aktivierung des Fließbetts in Kontakt zu bringen. In solchen Anordnungen wird also das Werkstück zunächst in passender Lage oberhalb des nichtaktivierten Fließbetts gelagert und das Fließbett danach durch Gaszuführung aktiviert.possible, the cooling of the contact material by in the fluidized bed of the contact material self-arranged heat exchangers, e.g. in the form of tubes, to make. The transport mechanism that transfers the workpiece into the fluidized bed can also be be designed differently. It is possible to place the workpiece between the mirror 1o of the powdery contact material and the level 4o of the fluidized bed to be arranged stationary and the workpiece with the contact material by activation of the fluidized bed to bring in contact. In such arrangements will so the workpiece initially in a suitable position above the non-activated fluidized bed stored and the fluidized bed is then activated by supplying gas.

5 Ansprüche 1 Zeichnung5 claims 1 drawing

Claims (5)

Ansprüche 1. Verfahren zur trockenen Wärmebehandlung erhitzter Werkstücke durch gesteuerten Wärmeentzug mittels eines der Werkstückoberfläche zugeführten gut wärmeleitenden Gemischs aus einem Gas und einem pulver sierten Feststoff, bei dem der als Wärme träger dienende Kontaktfeststoff im Strom des strömenden Gases mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gebracht ist, dadurcll gekennzeichnet, daß der Kontaktfeststoff (9) im aufsteigenden Strom des Gases (3) nach Art eines Fließbetts verwirbelt und im verwirbelten Zustand mit der Oberfläche des Werkstücks (21) in Kontakt gebracht wird. Claims 1. A method for dry heat treatment of heated workpieces by controlled heat extraction by means of one supplied to the workpiece surface good heat-conducting mixture of a gas and a pulverized solid, at that of the contact solid serving as a heat carrier in the flow of the flowing gas is brought into contact with the workpiece surface, dadurcll characterized in that the contact solid (9) in the ascending flow of the gas (3) in the manner of a fluidized bed swirled and in the swirled state with the surface of the workpiece (21) in Contact is brought. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach % Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Behälter (1), einer in dem Behälter angeordneten Einlage (2) aus porösem gasdurchlässigen Material zur Lagerung des pulverisierten Feststoffes (9), Mitteln (5,6,3,7,8) zur Zuführung des Gases zur Rückseite der porösen Einlage, einer am Behälter vorgesehenen Vorrichtung (19,2o) zur Lagerung eines zu behandelnden Werkstücks (21) in einer Lage oberhalb der Einlage des Behälters im Abstand von der Oberfläche des pulverisierten Feststoffs und aus einer Vorrichtung (16,17,18,24) zur Kontaktierung der Werkstückoberfläche mit dem verwirbelten Feststoff.2. Device for carrying out the method according to% claim 1 characterized through a container (1), a porous insert (2) arranged in the container gas-permeable material for storing the pulverized solid (9), means (5,6,3,7,8) for supplying the gas to the back of the porous insert, one am Container provided device (19.2o) for storing a workpiece to be treated (21) in a position above the insert of the container at a distance from the surface of the pulverized solid and from a device (16,17,18,24) for contacting the workpiece surface with the swirled solid. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (16,17,18,24) zum Transport des Werkstückes (21) durch eine Lage im Behälter (1), der die Oberfläche des Werkstoffes mit dem verwirbelten Feststoff in Kontakt getangt, vorgesehen ist 3. Device according to claim 2, characterized in that a device (16,17,18,24) for transporting the workpiece (21) through a layer in the container (1), which the surface of the material comes into contact with the swirled solid, is provided 4, Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenazeichnet, daß der Behalter (1) einen mit dem Feststoff (9) im Kontakt stehenden Wärmeausitauscher (41) zur Feststoffkühlung aufweist 4, device according to claim 1 or 2, characterized in that that the container (1) has a heat exchanger which is in contact with the solid (9) (41) for cooling solids 5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einer Einrichtung nach Anspruch 1. 2, 3 oder 4 zur Wärmebehandlung vorzugsweise induktiv erhitzter Werkstücke zum Zweck der Oberflächenhärtung dieser Werkstücke durch Erhitzen und nachfolgendes Abschrecken5. Use of the method according to claim 1 or a device according to claim 1, 2, 3 or 4 for heat treatment, preferably inductively heated workpieces for the purpose of surface hardening of these workpieces by heating and subsequent quenching