DE4121277C2

DE4121277C2 - Vorrichtung und Verfahren zur selbsttätigen Überwachung der Betriebssicherheit und zur Steuerung des Prozeßablaufs bei einem Vakuum-Wärmebehandlungsofen

Info

Publication number: DE4121277C2
Application number: DE4121277A
Authority: DE
Inventors: Paul Heilmann; Peter Minarski; Friedrich Preiser
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2011-06-28
Also published as: ATE117791T1; US5225142A; DE59201267D1; EP0524368B1; ES2067260T3; US5362031A; DE4121277A1; EP0524368A1

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen nach den Oberbegriffen der Patentan sprüche 1 und 2 und Verfahren nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 11 und 12. Diese dienen zur selbständigen Überwachung der Betriebssicher heit und zur Steuerung des Prozeßablaufs bei einem Vakuum-Wärmebehand lungsofen, insbesondere bei einem mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke.

Industrieöfen hierzu sind aus der DE-PS 28 44 843 bekannt. Sie werden insbe sondere benutzt, um Teile aus Schnellarbeitsstählen und anderen Werkzeug stählen härten zu können. Sie sind aber auch für andere Wärmebehandlungen geeignet, beispielsweise zum Blankglühen. Ein solcher Ofen besteht aus einem hohlzylindrischen Stahlgehäuse mit einer zu öffnenden Fronttür, die den Zu gang zur Heizkammer ermöglicht. Die Heizkammer ist aus einem Stahlmantel gefertigt, der mit einer Wärmeisolierung ausgekleidet ist. Am Boden und an der Decke ist die Heizkammer mit einer großen Gasdurchtrittsöffnung versehen. Diese Öffnungen sind während der Heiz- und Halteperiode durch isolierte Sperrschieber verschlossen. Beim Abkühlvorgang wird die in der Heizkammer befindliche Charge von kaltem Gas umströmt, welches durch die Heizkammer hindurch umgewälzt wird. Die Umwälzgeschwindigkeit und die Stärke der Rückkühlung des Gases ist dabei allein einstellbar durch die Auslegung der zum Ofen zugehörigen Wärmeaustauscher und Gebläse.

Eine hohe Gasgeschwindigkeit ist die Voraussetzung, um eine schnelle Abküh lung der Charge zu erreichen. Nur mit einer ausreichend schnellen Wärmeab führung ist die Durchführung beispielsweise einer Härtung möglich. Es besteht daher die Forderung, zwecks Erzielung einer schnellen Kühlung der Charge, das in die Heizkammer eingeblasene Abschreckgas mit hoher Geschwindigkeit umzuwälzen.

Das Härten von Stählen erfordert eine Abkühlung der Werkstücke von der Austenitisierungstemperatur (900°C) auf Raumtemperatur mit definierten Ab kühlraten. Je nach Stahlsorte ist eine Wärmeabfuhr nötig, die nur durch be stimmte Umgebungsmedien erreicht werden kann. Die höchsten Abkühlraten werden mit Flüssigkeiten erzielt. Gase haben eine niedrigere Wärmeleitfähig keit. Durch Steigerung des Gasdrucks und der Umwälzleistung ist eine Erhö hung der Wärmeabfuhr bis in den Bereich von Flüssigkeiten erreichbar. Nach teil der Flüssigkeitsabschreckung ist die ungeregelte Abschreckung, die Kon tamination der Oberfläche mit Zersetzungsprodukten, die ein aufwendiges Reinigen nach sich ziehen, sowie die aufwendige Anlagentechnik, wenn die Werkstücke im Vakuum geglüht werden müssen.

Die Gasabschreckung wird üblicherweise mit N₂ durchgeführt, das außer Helium und Wasserstoff die beste Wärmeabfuhr bewirkt. Die Druckerhöhung ist bei Verwendung von Stickstoff bis 10 bar möglich. Mit Helium ist eine weitere Steigerung auf 20 bar möglich. Allerdings wird bei Verwendung dieser inerten Gase auch die Verunreinigung im Ofen auf das Vielfache des Druckes erhöht. Eine weitere Steigerung der Abkühlgeschwindigkeit im Gas ist nur durch Verwendung von H₂ als Wärmeübertragungsmedium möglich, da Wasserstoff die höchste Wärmeleitfähigkeit aller Gase aufweist und außerdem wegen seiner geringen Dichte mit geringer Leistung umgewälzt werden kann. Hiermit wären alle Werkstücke, die bisher in Flüssigkeiten abgeschreckt werden, im Gas abschreckbar. Ein weiterer gravierender Vorteil ist die Mög lichkeit, diese Abschreckung geregelt durchzufahren, was in Flüssigkeiten wegen des Leidenfrost-Effekts nicht möglich ist.

Trotz dieser offensichtlichen Vorteile ist eine Wasserstoffabschreckung im Hochdruck bisher nicht realisiert worden, da die Verwendung von Wasserstoff bei hohem Druck ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, durch eine sinnvolle Ver knüpfung bekannter Anlagenelemente eine sichere Prozeßführung zu ermög lichen und einen Verfahrensablauf bzw. ein Flußdiagramm anzugeben, nach dem diese Wasserstoffabschreckung durchführbar ist. Die Abfolge der einzel nen Schritte soll so gewählt sein, daß zu keinem Zeitpunkt des Prozesses ein explosionsfähiges Gemisch in der Anlage entstehen kann, sowie, daß bei Aus fall einzelner Komponenten die Entstehung eines Sicherheitsrisikos sicher vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei den Vorrichtungen nach den Ober begriffen der Patentansprüche 1 und 2 durch die Merkmale in den Kennzeichen dieser Ansprüche und bei den Verfahren nach den Oberbegriffen der Patent ansprüche 11 und 12 durch die Merkmale in den Kennzeichen dieser Patent ansprüche gelöst.

Vorzugsweise sind hierfür in die vom Gehäuse des Vakuumwärmebehand lungsofens zur Vakuumpumpe führende Saugleitung ein Evakuierventil und mindestens ein Gas-Sensor eingeschaltet, wobei ein erster Druckfühler, der den Druck im Innenraum des Gehäuses, und ein zweiter Druckfühler, der den Druck in der Kühlgaseinlaßleitung ermittelt, vorgesehen sind und mindestens ein in unmittelbarer Nähe des Vakuum-Wärmebehandlungsofen ein die Ofen umgebung prüfender Gas-Sensor und ein in die Kühlgasauslaßleitung einge schalteter Gas-Sensor, wobei nach dem Schließen des Evakuierventils zu Be ginn des Abschreckvorgangs eine erste Messung der beiden Druckfühler für den Druck im Innenraum des Gehäuses und für den Druck in der Kühlgasein laßleitung entweder den Abbruch des Abschreckvorgangs oder aber das Öff nen des Kühlgas-Einlaßventils bewirkt, bis der Druck im Gehäuse einen Soll wert (z. B. p = 20 bar) erreicht hat, der vom ersten Druckfühler sensiert wird, oder aber zum Abbruch des laufenden Abschreckvorgangs führt, wenn der Gas-Sensor für die Gaskonzentration in der Umgebung einen vorgegebenen Wert (z. B. H₂ < 2%) verfehlt, und daß schließlich nach dem Schließen des Kühlgas-Einlaßventils und einer zulässigen Gaskonzentration (z. B. H₂ < 2%) in der Ofenumgebung der Abschreck-Vorgang beendet wird und nach Druckent lastung des Gehäuses durch Öffnen des Kühlgasauslaßventils ein Befüllen des Gehäuses mit Spülgas (z. B. N₂) durch Öffnen des Spülgaseinlaßventils erfolgt, bis die vom Gas-Sensor überwachte Kühlgaskonzentration am Gasauslaß un kritisch geworden ist (z. B. H₂ Gehalt < 1).

Mit Vorteil wirkt ein zwischen Vakuumpumpe und Gehäuse in die Saugleitung eingeschaltetes Evakuierventil gleichzeitig mit einem in die Kühlgaseinlaßlei tung eingeschalteten Kühlgasauslaßventil und einem ersten Druckfühler, der den Druck im Innenraum des Gehäuses mißt, zusammen und bewirkt bei ge schlossenem Evakuierventil bei einem vorgegebenen Gehäusedruck und gleichzeitig geschlossenem Kühlgaseinlaßventil das Signal zur Abschaltung des Heizaggregats mit anschließendem Öffnen des Kühlgaseinlaßventils und ermöglicht in Abhängigkeit des Druckanstiegs im Gehäuse und/oder des Druckabfalls in der Zuleitung die Sicherheitsspülung des Gehäuses mit Spül gas und den anschließenden Druckausgleich des Gehäuses, wobei bei ge öffnetem Kühlgaseinlaßventil über den Druckfühler nach Erreichen eines vor bestimmten Kühlgas-Anfangsdrucks die Einschaltung des Gebläses zur Kühl gas-Umwälzung erfolgt, wobei der Fühler für den Gehäuseinnendruck nur bei Erreichen eines vorbestimmten Arbeitsdrucks im Gehäuse die Kühlgas-Um wälzung bis zur gewünschten Abschrecktemperatur in Gang hält und bei einem über einen Sensor ermittelten Anstieg der Kühlgas-Konzentration in der Um gebung des Wärmebehandlungsofens auf einen vorbestimmten Wert ein Sicherheitsprogramm einschaltet, das mit dem Schließen des Kühlgaseinlaß ventils und dem Öffnen des Gasauslaßventils beginnt und über ein an schließendes vollständiges Fluten des Gehäuses mit Spülgas fortläuft, bis der Gehalt an Kühlgas im Bereich des Gasauslaßventils auf einen zulässigen Wert abgesunken ist, was dann zum Schließen des Spülgasventils bei anschließen dem Druckausgleich mit Spülgas bis auf Atmosphärendruck führt und schließ lich nach einer Überprüfung der Kühlgaskonzentration am Gasauslaß mit Hilfe des in die Zweigleitung eingeschalteten Gas-Sensors auf einen vorbestimmten Wert zum Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebungsluft führt.

Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteran sprüchen näher beschrieben.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine da von ist in den anhängenden Zeichnungen beispielhaft näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 den Schnitt durch den Vakuum-Wärmebehandlungsofen und die mit diesem verbundenen Aggregate, stark vereinfacht und rein schematisch,

Fig. 2 ein Flußdiagramm des Abschreckvorgangs und

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Sicherheitsprogramms.

Der Vakuum-Wärmebehandlungsofen besteht im wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 4, dessen eine Stirnwand von einem Deckel 3 ver schließbar ist, einem an der anderen Stirnwand des Gehäuses 4 angeordne tem Gebläsemotor 12 mit Gebläserad 13, einer im Gehäuseinneren angeordne ten hohlzylindrischen Chargenkammer 2 mit einem in diese einsetzbaren Chargenkorb 1, in den wiederum die zu behandelnden Werkstücke 5 einlegbar sind, mehreren sich bis in die unmittelbare Nachbarschaft des Chargenkorbs 1 erstreckenden, parallel zu Gehäuselängsachse ausgerichteten Heizrohren 15, 15a, ..., einem zwischen dem Gebläsemotor 12 und dem Chargenkorb 1 im Innenraum des Gehäuses 4 vorgesehenen Gebläsegehäuse 27 und einem im Ringraum zwischen der Innenwand des Gehäuses 4 und der Außenwand der Chargenkammer 2 untergebrachten, aus einer von einem Kältemittel durch strömten Rohrschlange bestehenden, Wärmetauscher 16.

Der Wärmebehandlungsofen ist über eine Saugleitung 17 an eine Vakuum pumpe 8 angeschlossen, deren Absaugstutzen 23 in einen Kamin 22a einmün det, wobei die Saugleitung 17 durch ein Evakuierventil 18 absperrbar ist. Eine Saugleitung 17 steht mit einem Gasauslaß 11 in Verbindung, der über ein Gasauslaßventil 28 absperrbar ist und der in einen Kamin 22 einmündet. In das hohlzylindrische Gehäuse 4 münden Einlaßleitungen 9, 10 ein, die mit Gasbe hältern 14, 29 verbunden sind und in die Ventile 25, 30 eingeschaltet sind, über die die beiden Leitungen 9, 10 absperrbar sind. Sowohl die Saugleitung 17, als auch die Gasauslaßleitung 11 stehen über Zweigleitungen 31, 32 mit elektrischen Prüf- und Auswerteeinheiten bzw. deren Gas-Sensoren 24, 42, 45 in Verbindung, über die die jeweiligen Gaskonzentrationen in den beiden Lei tungen 11 und 17 ermittelt und zu entsprechenden elektrischen Steuerimpulsen bzw. Steuersignalen verarbeitet werden können, die in einer zentralen Steuer einheit bzw. einem Rechner 41 mit einem vorgeprägten Programm verglichen werden können.

Es sei noch erwähnt, daß in diese beiden Zweigleitungen 31, 32 jeweils noch ein Durchflußwächter 33, 34, ein Prüfgashahn 35, 36 und ein Membranfilter 37, 38 eingeschaltet sind, über die die Gassensoren 24, 42 bzw. weitere zu diesen Gassensoren 24, 42 in Reihe geschaltete Auswerteeinheiten 39, ..., die gegenüber anderen Gasarten (wie beispielsweise Sauerstoff) sensibel sind, auf den Verfahrensablauf genau einstellbar sind.

Um den Innendruck des hohlzylindrischen Gehäuses 4 messen zu können, ist das Gehäuse 4 über eine Prüfleitung 40 mit einem Druckfühler 19 verbunden. Schließlich ist ein Gassensor 21 in der unmittelbaren Nähe des Gehäuses 4 angeordnet, über den die Kühlgaskonzentration in der Ofen-Umgebung geprüft werden kann, die dann über die zentrale Auswerteeinheit 41 zu entsprechen den elektrischen Signalen verarbeitbar ist.

Der vorstehend beschriebene Vakuum-Wärmebehandlungsofen eignet sich insbesondere zum Härten von Werkstücken 5 aus Stahl in einer Wasserstoff atmosphäre von beispielsweise 40 bar Druck. Um die beim Umgang mit Was serstoff notwendige Betriebssicherheit zu gewährleisten ist der in Fig. 2 dar gestellte Verfahrensablauf vorgesehen, wobei die einzelnen Verfahrensschritte jeweils automatisch erfolgen und zwar in Abhängigkeit der von den Gas-Senso ren 21, 24, 39 bzw. den Druckfühlern 19, 20 ermittelten Werte.

Wie das Flußdiagramm gemäß Fig. 2 zeigt, beginnt der eigentliche Abschreck- Prozeß (Härtevorgang) mit dem Schließen des Evakuierventils 18 und nach dem Aufheizen der Charge 7 mit Hilfe der Heizaggregate 15, 15a, nachdem sich im Gehäuse 4 ein vorbestimmter Unterdruck eingestellt hat. Es ist klar, daß während dieser Phase auch die Ventile 28, 25 und 30 geschlossen sein müssen. Nach dem Schließen des Evakuierventils 18 wird zunächst geprüft, ob die Kühlgasleitung 10 dicht ist, d. h. der Druck am Druckfühler 20 muß konstant bleiben; gleichzeitig darf auch der Druck im Gehäuse 4 den vorbestimmten Wert (dp < x mbar) nicht überschritten haben. Nur wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird über die nur schematisch dargestellte Zentral-Einheit 41 der Heiz-Strom abgeschaltet und der Abschreck-Prozeß durch Öffnen des Kühl gas-Einlaßventils 25 gestartet. Nach Erreichen des vorbestimmten Drucks p < 800 mbar wird der Gebläsemotor 12 gestartet und ein Umlauf des Kühlgases in Pfeilrichtung durch das Gehäuse 4 bzw. dem Gebläsegehäuse 27, der Charge 7, den Heizrohren 15, 15a, .... und dem Wärmetauscher 16, der aus mit kaltem Wasser durchströmten Rohren gebildet ist, bewirkt. Gleichzeitig wird der Druck im Gehäuse 4 bis auf z. B. p = 20 bar (oder auch auf vorgegebene 40 bar) ge steigert und die Gaskonzentration in der Umgebung des Ofens mit Hilfe des Gas-Sensors 21 überwacht. Nach Erreichen des Gehäusedrucks p = 20 bar wird das Kühlgaseinlaßventil 25 geschlossen und die Charge durch Umwälzen des Kühlgases abgekühlt.

Nach dem Abkühlen wird der Gebläsemotor 12 abgeschaltet und anschließend das Gasauslaßventil 28 geöffnet, um das Gas über den Gasauslaß 11 in den Kamin 22 abzuleiten, der im übrigen während des gesamten Prozeßablaufs vom Spülgas (bevorzugt von N₂) durchspült wird um sicher zu stellen, daß sich zu keinem Zeitpunkt in ihm ein kritisches Gemisch aus O₂ und H₂ bilden kann. Sobald der Druck im Innenraum des Gehäuses 4 auf p < = 2 bar abgesunken ist, wird das Spülgasventil 30 geöffnet, so daß das Spülgas (bevorzugt N₂) aus dem Vorratsbehälter 29 über den Gaseinlaß 9 in das Gehäuse 4 einströmen kann, bis das Volumen N₂ < x V erreicht und die Gaskonzentration am Gasauslaß 11 < 1% ist und sich ein vollständiger Druckausgleich eingestellt hat.

Erfindungswesentlich ist nun die Zuordnung eines Sicherheitsprogramms, des sen Flußdiagramm in Fig. 3 näher dargestellt ist und durch das in jeder Phase des Abschreckvorgangs sicher gestellt ist, daß bei Auftreten einer Leckage im Bereich des Ofens oder bei der Ansammlung eines explosionsfähigen Gasge mischs in Teilen der Anlage oder in der Umgebung des Ofens der Prozeß selbsttätig unterbrochen wird bzw. solange ausgesetzt wird, bis die Gefahren stelle beseitigt ist bzw. sich aufgelöst hat.

Das in Fig. 3 dargestellte Sicherheitsprogramm startet automatisch, wenn sich in der Umgebung des Ofens eine Kühlgaskonzentration H₂ < 2% angesammelt hat, sensiert durch den Gasfühler 21. Es beginnt mit dem sofortigen Schließen des Kühlgaseinlaßventils 25, dem Öffnen des Gasauslaßventils 28, dem Öff nen des Spülgaseinlaßventils 30. Das Spülgaseinlaßventil 30 bleibt dann so lange geöffnet, bis das Gehäuse 4 des Ofens vollständig mit Spülgas N₂ gefüllt ist und die Kühlgaskonzentration am Gasauslaßventil 28 H₂ < 1% beträgt. Bei dem nun folgenden Druckausgleich mit dem Spülgas muß sich der Gehäuse druck auf p < p atm einstellen, damit das Gasauslaßventil 28 weiter geöffnet bleibt und die Kühlgaskonzentration auch am Gasauslaßventil 28 H₂-Gehalt < 1% ist.

Wie aus dem in Fig. 2 gezeigten Flußdiagramm ersichtlich ist wird nach dem Einführen der Charge bzw. des Chargenkorbs 1 in das Gehäuse 4, nach dem Schließen des Gehäuses 1, dem Abpumpen des Gehäuses 1 über die Leitung 17 und dem Aufheizen der Charge das Evakuierventil 18 automatisch auf ein Signal der Auswerteeinheit 41 hin geschlossen. Vorausgesetzt, daß der ge wünschte Gehäusedruck erreicht ist und daß die H₂ Leitung 10 dicht ist wird nun das Heizaggregat 15a, 15b, ... abgeschaltet und die Motor-Gebläseeinheit 12, 13 eingeschaltet, dann das H₂-Ventil 25 geöffnet und H₂-Gas in das Ge häuse eingelassen; dabei wird der Druckanstieg im Gehäuse 4 mit Hilfe des Sensors 19 kontrolliert, bis der Druck schließlich 20 bar erreicht hat. Das H₂- Ventil 25 wird nun geschlossen und der Abschreckvorgang beendet, vorausge setzt, daß die H₂-Gaskonzentration in der Umgebung unter 2% bleibt; nun wird der Spülvorgang mit N₂-Gas eingeleitet und dann die Motor-Gebläseein heit 12, 13 abgeschaltet und anschließend das Gasauslaßventil 18 geöffnet, bis der Druck im Gehäuse 4 vollständig abgesunken ist. Schließlich wird das N₂-Ventil 30 nochmals geöffnet, bis der H₂-Gasgehalt im Kamin 22, 22a < 1% beträgt und der vollständige Druckausgleich mit der Umgebungsluft erreicht ist.

Das in Fig. 3 als Flußdiagramm dargestellte, in der zentralen Auswerteeinheit gespeicherte Sicherheitsprogramm beginnt mit dem Schließen des H₂-Ventils 25, dem Öffnen des Gasauslasses 28 und dem Öffnen des N₂-Ventils 30. Das N₂-Ventil 30 bleibt dann solange geöffnet, bis der H₂-Gehalt am Gasauslaß 11 vom Sensor 42 auf < 1% gemessen wird; sobald dieser Wert erreicht ist, wird das N₂-Ventil 30 geschlossen und der Druckausgleich mit N₂ herbeigeführt (p < p atm); anschließend wird das Gasauslaßventil 28 geöffnet bis der H₂-Gas gehalt am Gasauslaß 13 völlig unkritisch geworden ist und sich ein Druckaus gleich mit der Umgebungsluft eingestellt hat.

Bezugszeichenliste

1

Chargenkorb

2

Chargenkammer

3

Gehäusedecke

4

Gehäuse

5

Werkstück

6

Heizkammer

7

Werkstück-Charge

8

Pumpe

9

Gaseinlaß (N₂

), Spülgaseinlaßleitung

10

Gaseinlaß (H₂

), Kühlgaseinlaßleitung

11

Gasauslaß, Gasauslaßleitung

12

Gebläsemotor

13

Gebläserad

14

Kühlgasvorratsbehälter

15

,

15

a Heizaggregat, Heizrohr

16

Wärmetauscher

17

Saugleitung

18

Evakuierventil

19

erster Druckfühler

20

zweiter Druckfühler

21

Gas-Sensor

22

,

22

a Kamin

23

Absaugstutzen

24

Gas-Sensor

25

Kühlgaseinlaßventil

27

Gebläsegehäuse

28

Gasauslaßventil

29

Spülgasvorratsbehälter

30

Spülgaseinlaßventil

31

Zweigleitung

32

Zweigleitung

33

Durchflußwächter

34

Durchflußwächter

35

Prüfgashahn

36

Prüfgashahn

37

Membranfilter

38

Membranfilter

39

Auswerteeinheit

40

Prüfleitung

41

Auswerteeinheit, zentrale Auswerteeinheit

42

Gas-Sensor

43

Durchflußwächter

44

Durchflußwächter

45

Durchflußwächter

Claims

1. Vorrichtung zur selbständigen Überwachung der Betriebssicherheit und zur Steuerung des Prozeßablaufs bei einem Vakuum-Wärmebehand lungsofen, insbesondere bei einem mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke (5), mit einem die Heizkammer (6) zur Aufnahme der Werkstück-Charge (7) ein schließenden, an eine Vakuumpumpe (8) angeschlossenen Gehäuse (4), mit in die Heizkammer (6) einmündenden Gaseinlaß- (9, 10) und Gasaus laßleitungen (11), einer Motor-Gebläse-Einheit (12, 13), durch deren Ge bläserad (13) das Kühlgas umwälzbar ist, einem Kühlgasvorratsbehälter (14), einem Heizaggregat (15, 15a, ...) und mit einem Wärmetauscher (16) im Kühlgaskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Druck im Gehäuse (4) des Ofens messender Druckfühler (19) und mindestens ein in der unmittelbaren Umgebung des Ofens angeordneter Gas-Sensor (21) vorgesehen sind, durch die jeweils in Verbindung mit einer Auswerteein heit (41) bei Nicht-Erreichen eines vorbestimmten Drucks im Innenraum des Gehäuses (4) (z. B. p = 20 bar) und einer sich gleichzeitig einstellen den Gaskonzentration in der Ofen-Umgebung (von z. B. H₂ < 2%) ein Sicherheitsprogramm einleitbar ist, durch das ein sofortiges Schließen des Kühlgaseinlaßventils (25), ein Öffnen des Gasauslaßventils (28) und ein Öffnen eines Spülgaseinlaßventils (30) herbeiführbar ist, das in eine Leitung (9) eingeschaltet ist, die einen Spülgasvorratsbehälter (29) mit dem Innenraum des Ofengehäuses (4) verbindet, so daß in Abhängigkeit der von einem in eine Zweigleitung (32) zur Gasauslaßleitung (11) eingeschalteten Gas-Sensor (42) registrierten Kühlgaskonzentration am Gasauslaßventil (28) der Druckausgleich von Gehäuseinnenraum und Ofenumgebung herbeiführbar ist.

2. Vorrichtung zur selbständigen Überwachung der Betriebssicherheit und zur Steuerung des Prozeßablaufs bei einem Vakuum-Wärmebehand lungsofen, insbesondere bei einem mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke (5), mit einem die Heizkammer (6) zur Aufnahme der Werkstück-Charge (7) um schließenden, an eine Vakuumpumpe (8) angeschlossenen Gehäuse (4), mit in die Heizkammer (6) einmündenden Gaseinlaß- (9, 10) und Gasaus laßleitungen (11), einer Motor-Gebläse-Einheit (12, 13) durch deren Ge bläserad (13) das Kühlgas umwälzbar ist, einem Kühlgasvorratsbehälter (14), einem Heizaggregat (15, 15a, ...) und mit einem Wärmetauscher (16) im Kühlgaskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß in die vom Gehäuse (4) des Vakuum-Wärmebehandlungsofens zur Vakuumpumpe (8) führen de Saugleitung (17) ein Evakuierventil (18) und mindestens ein Gas-Sen sor (24, 39) eingeschaltet sind und daß ein erster Druckfühler (19), der den Druck im Innenraum des Gehäuses (4) und ein zweiter Druckfühler (20), der den Druck in der Kühlgaseinlaßleitung (10) ermittelt, vorgesehen sind, und daß mindestens ein in unmittelbarer Nähe des Vakuum-Wär mebehandlungsofens die Ofenumgebung prüfender Gas-Sensor (21) und ein in die Kühlgasauslaßleitung (11) eingeschalteter Gas-Sensor (42) an geordnet sind, und daß nach dem Schließen des Evakuierventils (18) zu Beginn des Abschreckvorgangs eine erste Messung der beiden Druck fühler (19 bzw. 20) für den Druck im Innenraum des Gehäuses (4) und für den Druck in der Kühlgaseinlaßleitung (10) durchführbar sind, durch die entweder der Abbruch des Abschreckvorgangs oder aber das Öffnen des Kühlgaseinlaßventils (25) herbeiführbar ist, bis der Druck im Gehäuse (4) einen Sollwert (z. B. p = 20 bar) erreicht hat, der vom ersten Druckfühler (19) sensiert wird, oder aber ein Abbruch des laufenden Abschreckvor gangs herbeiführbar ist, wenn der Gassensor (21) für die Gaskonzentra tion in der Umgebung einen vorgegebenen Wert (z. B. H₂ < 2%) verfehlt, wobei nach dem Schließen des Kühlgaseinlaßventils (25) und einer zu lässigen Gaskonzentration in der Ofenumgebung (z. B. H₂ < 2%) der Ab schreckvorgang beendbar ist und nach Druckentlastung des Gehäuses (4) durch Öffnen des Kühlgasauslaßventils (28) ein Befüllen des Ge häuses (4) durch Öffnen des Spülgaseinlaßventils (30) mit Spülgas (z. B. N₂) herbeiführbar ist, bis die vom Gas-Sensor (42) überwachte Kühlgas konzentration in der Gasauslaßleitung (11) unkritisch geworden ist (z. B. H₂ Gehalt < 1%).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich net, daß ein zwischen Vakuumpumpe (8) und Gehäuse (4) in die Sauglei tung (17) eingeschaltetes Evakuierventil (18) gleichzeitig mit einem in die Kühlgaseinlaßleitung (10) eingeschalteten Kühlgasauslaßventil (25) und einem ersten Druckfühler (19), der den Druck im Innenraum des Gehäu ses (4) mißt, zusammenwirkt, wobei bei geschlossenem Evakuierventil (18) bei einem vorgegebenem Gehäusedruck und gleichzeitig geschlos senem Kühlgaseinlaßventil (25) das Signal zur Abschaltung des Heiz aggregats (15, 15a, ...) mit anschließendem Öffnen des Kühlgaseinlaß ventils (25) herbeiführbar ist und wobei in Abhängigkeit des Druckan stiegs im Gehäuse (4) und/oder Druckabfalls in der Zuleitung (10) die Sicherheitsspülung des Gehäuses (4) mit Spülgas (N₂) und den an schließenden Druckausgleich des Gehäuses (4) herbeiführbar ist, wobei bei geöffnetem Kühlgaseinlaßventil (25) über den Druckfühler (19) nach Erreichen eines vorbestimmten Kühlgas Anfangsdrucks (von beispiels weise P < 800 mbar) die Einschaltung der Motor-Gebläse-Einheit (12, 13) zur Kühlgasumwälzung herbeiführbar ist, wobei der Fühler (19) für den Gehäuseinnendruck nur bei Erreichen eines vorbestimmten Arbeitsdrucks im Gehäuse (4) (z. B. p = 20 bar) die Kühlgasumwälzung bis zur ge wünschten Abschrecktemperatur in Gang hält und bei einem Über einen Sensor (21) ermittelten Anstieg der Kühlgaskonzentration in der Um gebung des Wärmebehandlungsofens auf einen vorbestimmten Wert (von z. B. < 2%) ein Sicherheitsprogramm einschaltet, das mit dem Schließen des Kühlgaseinlaßventils (25) und dem Öffnen des Gasauslaßventils (28) beginnt und über ein anschließendes vollständiges Fluten des Gehäuses (4) mit Spülgas (N₂) fortläuft, bis der Gehalt an Kühlgas (H₂) im Bereich des Gasauslaßventils (28) auf einen zulässigen Wert (< 1%) abgesunken ist, was dann zum Schließen des Spülgasventils (30) bei anschließendem Druckausgleich mit Spülgas bis auf Atmosphärendruck führt, und schließ lich nach einer Überprüfung der Kühlgaskonzentration am Gasauslaß mit Hilfe des in die Zweigleitung (32) eingeschalteten Gas-Sensors (42) auf einen vorbestimmten Wert (von < 1%) zum Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Gehäuses (4) und der Umgebungsluft führt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gehäuseinnenraum ver bundene Gasauslaßleitung (11) in einen nach außen fahrenden Kamin (22) einmündet, wobei der die Spülgaskonzentration am Gasauslaß prüfende Gas-Sensor (42) über die Zweigleitung (32) mit dem Abschnitt der Gasauslaßleitung (11) verbunden ist, der das Gasauslaßventil (28) mit dem Kamin (22) verbindet, und daß der Gas-Sensor (42) Teil einer elektrisch arbeitenden Auswerteeinheit ist, über die eine Anzeigeeinheit und/oder die Gaseinlaßventile (25, 30) und/oder das Gasauslaßventil (18) und/oder das Evakuierventil (18) unmittelbar ansteuerbar sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein die Gaskonzentration in der unmittelbaren Umgebung des Gehäuses (4) prüfender Gas-Sensor (21) vorgesehen ist, der mit einer Auswerteeinheit (41) zusammenwirkt, über die eine Anzeigeeinheit und/oder eine elektrisch arbeitende Zen traleinheit ansteuerbar ist, die ihrerseits zum Zwecke der Auslösung eines Sicherheitsprogramms die Kühlgas- und Spülgasventile (25, 30), und das Gasauslaßventil (28) in einer vom Sicherheitsprogramm bestimmten Reihenfolge ansteuert und im übrigen auf dieses Sicherheitsprogramm schaltet, wenn der den Innendruck des Gehäuses (4) prüfende erste Druckfühler (19) dieser Auswerteeinheit (41) meldet, daß ein vorge gebener Mindestdruck (von z. B. p = 20 bar) in einer vorgegebenen Zeit einheit nicht erreichbar ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die von der Vakuumpumpe (8) zum Gehäuse (4) des Ofens führende Saugleitung (17) ein Evakuierventil (18) eingeschaltet ist und der Pumpenauslaß über einen Absaugstutzen (23) in einen Kamin (22a) einmündet, wobei der Absaugstutzen (23) mit der Zweigleitung (31) eines Kühlgas-Sensors (24) und/oder eines Sauerstoff- Sensors (39) verbunden ist, der seinerseits in den Schaltkreis der Aus werteeinheit (41) einbezogen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die vom Kühlgasvorratsbehälter (14) zum Gehäuse (4) des Ofens führende Gaseinlaßleitung (10) (z. B. für H₂) ein Kühlgaseinlaßventil (25) eingeschaltet ist, wobei an das Teilstück der Leitung zwischen Vorratsbehälter (14) und Ventil (25) ein Druckfühler (20) angeschlossen ist, der seinerseits mit der Auswerteeinheit (41) zusam menwirkt, die ihrerseits mit einem weiteren Druckfühler (19) verbunden ist, der über die Prüfleitung (40) mit dem Innenraum des Gehäuses (4) des Ofens in Verbindung steht, und die nach dem Aufheizen der Charge (7) und nach dem Evakuieren des Gehäuses (4) des Ofens den Abbruch des Wärmebehandlungsprozesses oder das Fluten des Gehäuses (4) mit Spülgas aus dem Spülgasvorratsbehälter (29) oder aber die Abschaltung des Heizaggregats (15, 15a, ...) mit einem anschließenden Öffnen des Kühlgaseinlaßventils (25) zum Zwecke des Abschreckens der Charge (7) bewirkt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Gas-Sensoren (24, 39, 42) Durchflußwächter (33, 34 bzw. 43, 44, 45) zugeordnet sind, durch die in Verbindung mit in die jeweilige Zweigleitung (31 bzw. 32) eingeschalteten Prüfgashähnen (35 bzw. 36) eine genaue Abstimmung der Gas-Sensoren (24, 35, 42) herbeiführbar ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Auswerteeinheit (41) einer seits mit den Gaseinlaßventilen (25, 30), dem Gasauslaßventil (28), dem Evakuierventil (18) dem Heizstrom-Schalter (47) und dem Gebläsemotor- Schalter (46) in Wirkverbindung steht und andererseits mit den Gas-Sen soren (24, 39, 42) und den Druckfühlern (19, 20), derart, daß bei über die vorgegebenen Werte für die Gaskonzentration im Gehäuse (4), im Ab saugstutzen (17), im Gasauslaß (11) oder der Ofenumgebung und/oder bei Druckabfall im Gehäuse (4) oder der Kühlgasleitung (10) ein Sicher heitsprogramm in Gang bringbar ist, bei dem das Kühlgaseinlaßventil (25) geschlossen, das Gasauslaßventil (28) geöffnet, das Spülgaseinlaßventil (30) geöffnet und anschließend wieder geschlossen, das Gasauslaßventil (28) wieder geöffnet und bei Erreichen der zulässigen Kühlgaskonzen tration in der Gasauslaßleitung (11) der Druckausgleich erzielbar ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Auswerteeinheit (41) zum Zwecke der selbständigen Steuerung des Prozesses zum Abschrecken der Charge (7) einerseits sowohl mit dem Drucksensor (19) zur Über wachung des Innendrucks des Gehäuses (4) und mit dem Drucksensor (20) zur Ermittlung des Druckes in der Kühlgasleitung (10) verbunden ist, als auch andererseits mit den Gas-Sensoren (24, 39, 42) zur Ermittlung der Gaskonzentrationen am Gasauslaß (11) und am Absaugstutzen (23), und auch mit mindestens einem Gas-Sensor (21) zur Ermittlung der Gas konzentration in der unmittelbaren Umgebung des Ofens und ebenso mit den Schaltern (46, 47) für den Gebläsemotor (12) und für das Heizaggre gat (15, 15a, ...) derart, daß nach dem Schließen des Evakuierventils (18) das Heizaggregat (15, 15a, ...) abgeschaltet, das Kühlgaseinlaßventil (25) geöffnet und die Motor-Gebläseeinheit (12, 13) gestartet wird, wobei nach Erreichen eines bestimmten Gehäuseinnendrucks (z. B. p = 20 bar) das Kühlgasventil (25) wieder geschlossen und nach abgeschlossener Ab schreckung der Charge (7) das Spülgas (z. B. N₂) in das Gehäuse (4) eingeleitet, die Motorgebläseeinheit (12, 13) wieder abgeschaltet und das Gasauslaßventil (28) geöffnet wird, bis ein Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Gehäuseinnenraum (4) erfolgt ist.

11. Verfahren zur selbständigen Überwachung der Betriebssicherheit und zur Steuerung des Prozeßablaufs bei einem Wärmebehandlungsofen mit zwangsweiser Gasumwälzung für die Abkühlung von Werkstücken (5), insbesondere bei einem mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke, wobei ein Um schalten von einer Spülgaszufuhr auf eine Kühlgaszufuhr und umgekehrt möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Auswerteeinheit (41) und entsprechender Sensoren

a) die Gasdrücke im Ofen und in der Kühlgaszufuhr gemessen werden,
b) die Gaszusammensetzungen in der abgeführten Ofenatmosphäre und
c) die Gaszusammensetzungen in der unmittelbaren Umgebung des Ofens gemessen werden,

daß

a) bei Nicht-Erreichen eines vorbestimmten Drucks im Ofen und einer sich gleichzeitig einstellenden unzulässigen Gaskonzentration in der unmittelbaren Umgebung des Ofens ein Sicherheitsprogramm einge leitet wird, durch das die Kühlgaszufuhr sofort unterbrochen, die Ofenatmosphäre abgelassen und Spülgas eingelassen wird,

und daß

a) in Abhängigkeit von einer Gaszusammensetzung der abgeführten Ofenatmosphäre nach Maßgabe eines vorgegebenen Grenzwertes für die Kühlgaskonzentration ein Druckausgleich zwischen dem Ofen inneren und der Ofenumgebung herbeigeführt wird.

12. Verfahren zur selbständigen Überwachung der Betriebssicherheit und zur Steuerung des Prozeßablaufs bei einem Wärmebehandlungsofen mit zwangsweiser Gasumwälzung für die Abkühlung von Werkstücken (5), insbesondere bei einem mit Wasserstoffgas als Kühlgas unter Überdruck betriebenen Ofen zum Härten metallischer Werkstücke, wobei ein Um schalten von einer Spülgaszufuhr auf eine Kühlgaszufuhr und umgekehrt möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Auswerteeinheit (41) und entsprechender Sensoren

a) die durch Evakuieren abgeführte Ofenatmosphäre auf die Konzen tration des Kühlgases untersucht wird,
b) der Druck im Ofeninnern und im zugeführten Kühlgasstrom ermittelt wird,
c) die Gaszusammensetzung in der unmittelbaren Umgebung des Ofens ermittelt wird,
d) die durch eine weitere Leitung abgeführte Ofenatmosphäre auf die Konzentration des Kühlgases untersucht wird,

daß

a) nach Beendigung der Evakuierung durch Schließen eines Evakuier ventils (18) zu Beginn des Abkühlvorgangs die Drücke im Ofeninnern und im zugeführten Kühlgas ermittelt werden,

daß nach Maßgabe der gemessenen Werte

a) entweder der Abkühlvorgang abgebrochen wird, wenn die Konzentra tion an Kühlgas in der unmittelbaren Umgebung des Ofens einen vor gegebenen Grenzwert übersteigt,
b) oder beim Unterschreiten des vorgegebenen Grenzwerts nach f) die Kühlgaszufuhr eingeleitet wird, bis der Druck im Ofeninnern einen vor gegebenen Sollwert erreicht hat und die Abkühlung der Werkstücke (5) beendet ist, und daß
c) nach Druckentlastung des Ofens durch ein Kühlgasauslaßventil (28) ein Spülen des Ofens mit Spülgas durchgeführt wird bis die Konzentra tion des Kühlgases in den Ofenabgasen unkritisch geworden ist.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und/oder 12, dadurch gekennzeich net, daß

a) das zwischen der Vakuumpumpe (8) und dem Ofen in die Evakuie rungsleitung (17) eingeschaltete Evakuierventil (18) gleichzeitig mit einem in die Kühlgasleitung (10) eingeschalteten Kühlgaseinlaßventil (25) und einem den Druck im Ofeninnern messenden Druckfühler (19) derart zusammenwirkt, daß bei geschlossenem Evakuierventil (18) und bei einem vorgegebenen Druck im Ofeninnern ein Signal zur Ab schaltung von Heizaggregaten (15, 15a......) und zum Öffnen des Kühlgaseinlaßventils (25) gegeben wird,
b) in Abhängigkeit vom Druckanstieg im Ofeninnern und/oder vom Druckabfall in der Kühlgaszuleitung (10) die Sicherheitsspülung des Ofens mit dem Spülgas und der anschließende Druckausgleich des Ofens durchgeführt wird, und daß
c) einerseits bei geöffnetem Kühlgaseinlaßventil (25) mittels eines Druckfühlers (19) der Druck im Ofeninnern ermittelt und nach Er reichen eines vorgegebenen Anfangsdrucks für das Kühlgas die Zwangsumwälzung des Kühlgases eingeleitet wird, wobei die Kühl gasumwälzung nur beim Erreichen eines vorgegebenen Arbeitsdrucks im Ofeninnern bis zum Abkühlen der Werkstücke (5) aufrecht erhalten wird, während
d) andererseits bei einem Anstieg der Konzentration des Kühlgases über einen vorbestimmten Wert in der unmittelbaren Umgebung des Ofens das Sicherheitsprogramm eingeschaltet wird, durch das das Kühlgaseinlaßventil (25) geschlossen und das Gasauslaßventil (28) geöffnet wird, und durch das ein anschließendes vollständiges Fluten des Ofens mit dem Spülgas fortgeführt wird, bis die Konzentration an Kühlgas im Bereich des Gasauslaßventils (28) einen vorgegebenen, zulässigen Wert unterschreitet, worauf das Spülgaseinlaßventil (30) geschlossen und ein Druckausgleich bis auf Atmosphärendruck durchgeführt wird.