DE8422370U1 - Drehherdofen in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 841/4

Stuttgart 9. Juli 1984

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Drehherdofen in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken

Die Erfindung betrifft einen Drehherdofen in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er aus der industriellen Praxis als. allgemein bekannt hervorgeht. Als Literaturhinweis sei in diesem Zusammenhang aus der Buchreihe "Werkstattbücher" der Band Nr. 8, "Die Härterei", Seite 40 erwähnt.

Derartige öfen besitzen eine zumindest angenäherte ebene ringförmige Herdplatte, die drehbar gelagert und kontinuierlich langsam drehangetrieben ist. Der Drehherd läuft in einer U-förmigen, einen Ringkanal umschließenden Ofenummauerung. An einer bestimmten Umfangsstelle ist eine verschließbare Be- und Entladeöffnung vorgesehen, durch die das zu behandelnde Gut in den Ofen eingebracht bzw. entnommen werden kann. Es sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen in dichtem Abstand nebeneinander gesonderte öffnungen bzw. Klappen zum Beladen des Ofens bzw. zum Entnehmen des Behandlungsgutes vorgesehen sind. Die gesonderte Anordnung von Belade- und Entnahmeklappen bietet die Möglichkeit, eine feststehende Trennwand radial in den Ringraum einzuziehen, um so einen Tempa: a tür sprung zwischen Beginn und Ende der Umlaufstrecke leichter aufrechterhalten zu können.

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Nachteilig an dieser stillstehenden Trennwand ist, daß das Behandlungsgut nach einem Umlauf vollständig entnommen werden muß. In jedem Fall wird jedoch der Drehherd mit kontinuierlichen Umlauf seiner Herdplatte betrieben. Bei Drehherdöfen mit fest- Ϊ' stehender Trennwand in der Be- und Entladezone entspricht die

* Behandlungszeit einem Drehherdumlauf _r wogegen ein Drehherd-·

iofen ohne Zwischenwand beliebig lange Behandlungszeiten und auch unterschiedliche Behandlungszeiten für das Härtereigutauläßt. Die Behandlung sollte tunlichst nicht bei Stillstand des Drehherdes erfolgen, um für alle eingebrachten Werkstücke gleiche Wärmebe-₍j; handlungsbedingungen durch ein Umlaufen des Drehherdes zu gewähr-

* leisten. Nachteilig an den Drehherden ist, daß mit ihnen keine

* hinsichtlich Temperatur oder Zusammensetzung unterschiedliche

Ofenatmosphäre über den Umfang des ringförmigen Behandlungsraumes | hinweg aufrechterhalten werden kann. Auch eine stillstehende '.'■ Zwischenwand im Bereich der Be- und Entlade zone ändert hieran nur sehr wenig; es kann dadurch bestenfalls ein Temperatursprung von 20 - 3O⁰C aufrechterhalten werden. Durch die Lade- bzw. Entnahmevorgänge wird im übrigen die Ofenatmosphäre laufend gestört, so daß der an sich beabsichtigte kleine Temperatursprung dadurch mehr oder weniger "verschliffen" wird.

Daneben kennt man auch die sogenannten Durchstoßöfen, bei denen das Behandlungsgut auf feuerfesten Paletten gestapelt wird, die anschließend mit einer Durchstoßeinrichtung als aufgeblockte Kolonne durch den geraden Behandlungsraum zwangsweise und gleitend suczessive hindurchgeschoben werden, wobei nach jedem Takt vorne eine neue Palette hinzugefügt und am Ende eine behandelte Palette entnommen wird. Die Zuführung bzw. Entnahme von Paletten erfolgt quer zur Durchstoßrichtung; wegen dieses umständlichen und relativ lang dauernden Einwechseins bzw. Herausziehens von Paletten in bzw. aus der Kolonne, sind an diesen' Zufuhrbzw. Entnahmestellen Schleusen vorgesehen. Unter Verwendung dieses

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Ofenprinzips lassen sich auch Behandlungsöfen mit stark unterschiedlichen Ofenatmosphären erstellen, wobei für jede Behandlungszone mit einer anderen Ofenatmosphäre ein gesondertes Durchstoßtrum vorgesehen werden muß, welches rechtwinklig unter Zwischenschaltung einer entsprechenden Schleuse an das vorausgehende Trum anschließt. Derartige Durchstoßofen mit unterschiedlichen Ofenatmosphären sind aus diesem Grunde sehr bauaufwendig, teuer und störanfällig. Nachteilig ist außerdem der laufende Bedarf an teuren, feuerfesten Paletten, die während des Betriebes einem laufenden Verschleiß unterliegen. Nachteilig an der Verwendung von Paletten ist außerdem, daß diese laufend mit aufgeheizt werden müssen, wodurch vermehrt Energie verbraucht wird. Ein weiterer Nachteil der Durchstoßöfen mit mehreren voneinander abgesonderten Behandlungszonen besteht darin, daß mit ihnen nicht beliebig kurze Taktzeiten ermöglichst werden können. Die vielen Schleusen und Durchstoßstrecken bedingen eine zeitliche Aufeinanderfolge von öffnungs- , Schließ- und Verschiebevorgängen, die sich insgesamt zu einer relativ langen Gesamtzeit aufsummieren. Diese Zeitsumme stellt gewissermaßen das untere Limit der kürzesten realisierbaren Taktzeit dar. Bei geringen Einhärtetiefen sind jedoch häufig kürzere Taktzeiten erwünscht, die jedoch mit einem derartigen Ofen nicht oder nur unter Inkaufnahme von Nachteilen, wie z.B. unvollständige Ausnutzung der Ofenkapazität, realisiert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen bekannten Drehherdofen dahingehend auszugestalten, daß mit ihm bei relativ geringem Bauaufwand Härteverfahren mit stark unterschiedlichen Ofenatmosphären ausgeübt werden können, wobei auch sehr kurze Taktzeiten oder Behandlungszeiten realisierbar sind.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der Unterteilung des | Ofenringraumes in mehrere Behandlungszonen durch bewegliche | Schotten können stark unterschiedliche Ofenatmosphären \

eingehalten werden. Dabei ist der Förderhub des taktweise angetriebenen Drehherdes auf den Abstand der Schotten ab- \ gestimmt. Für den Durchlauf der Teile durch die ringförmige Behandlungsstrecke ist lediglich ein einziger einfach und leicht aufgebauter Antrieb für den Drehherd vorgesehen, so daß die aufwendigen und störanfälligen Durchsto'ßer sowie Schleusen entfallen können. Gesonderte Paletten sind nicht mehr nötig, weil das Behandlungsgut unmittelbar auf den Herd oder auf im Ofen verbleibende Stapeldorne oder dergleichen aufgelegt werden kann. Es entfallen dadurch nicht nur die Kosten für teure Paletten bzw. Stapelroste, sondern auch die Energiekosten für deren ständiges Wiederaufheizen. Die Teile haben im übrigen ohne weiteres eine definierte Lage innerhalb des Ofens, die sie während der gesamten Behandlung beibehalten, so daß ohne weiteres eine automatische Be- und Entladung mittels Industrierobotern möglich ist. Nachdem die verschiedenen Schotten, die die diversen Behandlungszonen voneinander trennen, alle gleichzeitig betätigt werden, sind die für ein Weitertakten des Ofens um ein Segment erforderlichen Gesamtzeiten relativ kurz, so daß extrem kurze Takzeiten und somit Behandlungszeiten mit einem solchen Ofen realisierbar sind. Es können daher unter voller Ausnutzung der Ofenkapazität auch geringe Einhärtetiefen gefahren werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

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Figur 1 einen Grundriß eines Drehherdofens mit mehreren voneinander abgeschotteten Behandlungsζonen,

Figur 2 einen Querschnitt durch den ringförmigen Drehherdofen nach Figur 1 entlang der Schnittlinie H-II und

Figur 3 eine Grundrißdarstellung einer automatisierten Härteanlage mit automatischer Be- und Entladung des Drehherdofens und einer anschließenden Abschreckung in Härtepressen, Werkstückreinigung und Entspannungsglühen.

Der in den Figuren dargestellte Drehherdofen 24 besteht im wesentlichen aus einem Außenring 1, einem Innenring 2 und einem Ringdeckel 3 aus jeweils feuerfestem Mauerwerk, die mit einer Stützkonstruktion 6 zusammengehalten werden. Im Inneren des solcherart gebildeten, im Querschnitt U-förmigen Ofens ist der ringförmige Drehherd 4 angeordnet, der sich auf feststehenden Stützrollen 5 abstützt und mittels ringförmiger Sandtassen gasdicht zu der feststehenden Ofenummauerung abgedichtet ist. Unterseitig ist ein Klintenzahnkranz 15 angebracht, in den ein hydraulischer Arbeitszylinder eingreift. Durch den solcherart geschaffenen Drehantrieb kann der Drehherd 5 taktweise um einen definierten Förderhub h in Drehrichtung 14 weitergedreht werden. Der Förderhub h entspricht einen ganzzahligen Bruchteil des gesamten Drehherdumfangs. Entsprechend diesem Förderhub ist der ürehherd 4 in Segmente 8 unterteilt.

An einer Umfangsstelle des Außenringes 1 ist eine Ofenklappe zum Verschließen einer Be- und Entladeöffnung vorgesehen.

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Mit flanmbeheizten oder elektrisch beheizten Strahlrohren 20 kann der Ofenraum auf Temperatur gebracht werden. Die Ofenatmosphäre kann mit Gebläsen 21 ungewälzt werden. Um in dem Ofenringraum Behandlungszonen mit stark unterschiedlicher Ofenatmosphäre hinsichtlich Temperatur und/oder Zusammensetzung aufrechterhalten zu können, sind am Umfang des Ringraumes mehrere bewegliche Schotten 9 bis 12 vorgesehen, deren umfangsmäßiger Abstand untereinander einem ganzzahligen Vielfachen eines Förderhubes h entspricht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schotten vertikal anhebbar, und der entsprechende Schacht ist, durch eine gasdichte, wärraeisolierende, haubenartige Schottenabdeckung 22 nach oben verschlossen. Der Antrieb kann über Ketten seitens eines Hubzylinders erfolgen.

Unmittelbar hinter der Be- und Entladeöffnung ist beiderseits je ein Schott 9 bzw. 12 angebracht, um eine schleusenartige Be- und Entladezone zu schaffen; allerdings beträgt-hier der Umfangsabstand der beiden Schotten 9 und 12 lediglich einen einzigen Förderhub. In Drehrichtung hinter dem ersten Schott 9 ist eine Aufheizzone 17 angeordnet, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel drei Segmente umfaßt. In diese Zone sollen die Werkstücke zunächst energiesparend und Behandlungsgas-sparend bis nahe an den Bereich der Aufkohlungstemperaturen angewärmt werden. In dieser Aufheizzone herrscht eine sich inert verhaltende Ofenatmosphäre. Das Ende der Aufheizzone ist durch ein weiteres Schott bestimmt. Daran schließt sich die Aufkohlungszone 18 an, die sich über mehr als den halben Ofenumfang erstreckt. In ihr herrscht eine aufkohlende Ofenatmosphäre; die Ofentemperaturen liegen hier relativ hoch innerhalb des Bereiches für Aufkohlungstemperaturen, um eine rasche Kohlenstoffaufnahme zu ermöglichen. Am Ende der Aufkohlungszone 18 ist ein

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weiteres Schott 11 angebracht. Aufgrund der raschen Aufkohlung liegt in der äußeren Randschicht der Werkstücke ein starkes Konzentrationsgefälle von Kohlenstoff vor, was unerwünscht ist. Um diese Kohlenstoffkonzentration im Randbereich zu vergleichmäßigen, schließt sich noch eine Diffusionsglühzone 19 an, die sich bis zu dem letzten Schott 12 vor der Be- und Entladezone hin erstreckt. In dieser Diffusionsglühzone herrschen zwar niedrigere Temperaturen, die aber noch innerhalb des aufkohlungswirksamen Temperaturbereiches liegen; im übrigen ist das Kohlenstoffpotential in der Ofenatmosphäre ebenfalls etwas abgesenkt (ca. 0,8 I C). Dank dieser Zonenunterteilung der Behandlung kann zum einen bei relativ geringen Aufkohlungszeiten viel Kohlenstoff in das Werkstück eingetragen werden; andererseits kaiin im äußersten Rand der Aufkohlungsschicht eine annähernd konstante Kohlenstoffkonzentration erreicht werden. Diese Behandlung ist energiesparend und schont außerdem das Werkstoffgefüge, d.h., · es verhindert eine Grobkornbildung.

TIm durch die Be- und Entladevorgänge die in den eigentlichen Behandlungszonen anstehende Ofenatmosphäre weder hinsichtlich ihrer Temperatur noch hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zu. beeinträchtigen, ist - wie gesagt - im 3e- und Entladebereich eine schleusenartige Zone 16 geschaffen, die nach außsn durch eine Ofenklappe 7 verschließbar ist. Zweckmäßigei^eise ist diese Zone auch beheizbar, was den Vorteil hat, daß die Temperatureinbrüche beim Weitertakten des Drehherdes in den angrenzenden Eehandlungszonen 17 bzw. 19 weniger stark sind. Eine Beheizung der Be- und Entladezone ist vor allen Dingen auch dann zweckmäßig, wenn die aus der Diffusions.zo:ie kommenden Werkstücke einzeln zum Abschrecken in einer Härtepresse entnommen werden sollen; sie können dann in der Be- und Entladezone auf Glühtemperatur

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• t · · B

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gehalten werden.

Wie bereits erwähnt, ist der Drehherd mit einem taktweise arbeitenden Antrieb versehen, der den Drehherd jeweils um einen definierten Förderhub h weiterdreht, wobei dieses Maß ein ganzzahliger Bruchteil eines ganzen Kreisumfanges ist. Beispielsweise beträgt bei dem in Figur 1 dargestellten Drehherdofen ein Förderhub h 1/24 eines Kreisumfanges, was einem Winkel von 15° entspricht. Entsprechend diesem Förderhub h ist der Drehherd 4 in entsprechende Segmente 8 unterteilt, die an ihren gegenseitigen Stoßstellen mit Mitteln zur dichtenden Aufnahme oder Auflage der Unterkante der Schotten 9 bis 12 versehen sind. Und zwar sind zweckmäßiger Weise die Mittel zum Abdichten in Form von radiallaufenden Stegen 23 ausgebildet, auf deren Oberseite die Schotten mit ihrer Unterkante dichtend aufliegen. Die Stege können auch als U-förmiges Profil ausgebildet sein, um eine noch bessere Abdichtung zu erzielen. Um die Aufnahmefähigkeit des Drehherdofens für Werkstücke zu vergrößern, kann der Drehherd mehrere Beschickungsebenen nach Art eines Regales aufweisen. Die obere bzw. die oberen Beschickungsebenen sind zwischen den einzelnen Segmenten jeweils mit einem Schlitz zum Durchlaß der Schotten versehen. Die Schotten können an der betreffenden Stelle winkelförmige Dichtleisten aufweisen, die in eine entsprechende Aussparung oder über eine entsprechende Gegendichtleiste an dem Segment ein- bzw. hinweggreifen. Die Schotten selber sind zweckmäßigerweise als abriebfeste Keramikplatte aus hoch-temperaturbeständigem Material gebildet.

Die in Figur 3 gezeigte automatisch arbeitende Härteanlage weist als wesentlichen Bestandteil einen nach den Figuren 1 und 2 ausgebildeten Drehherdofen 24 mit Aufheizzone, Auf-

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kohlungszone und Diffusionsglühzone sowie gesonderter Be- und Entladungszone auf. Die Be- und Entladung erfolgt durch einen Beschickungs- und Entlade-Roboter 25. Die noch weichen Werkstücke werden in einen Rüttelbunker 26 geschüttet, von dem aus sie zunächst in gleiche geordnete Lage gebracht und auf einer Förderrinne 27 zu der Entnahmestelle 28 für den Roboter gebracht werden. Dort kann der Roboter die Werkstücke lagegerecht entnehmen und in die Beladungszone 16 definiert einlegen. Beim Einlegen können auch mehrere Werkstücke gleichzeitig übereinanderliegend auf oder zwischen entsprechende Aufnahmedorne eingelegt werden, so daß das Beschicken relativ schnell vonstatten geht. Bei der in Figur 3 gezeigten Härteanlage soll das Entnehmen der Werkstücke einzeln erfolgen, weil die Werkstücke einzeln in den Härtepressen 29 abgeschreckt werden sollen. Wie bereits angedeutet, können die Werkstücke dank der Beheizung der Be- und Entladezone 16 darin auf Glühtemperatur gehalten werden, so daß eine Einzelentnahme und Einzelabschreckung der Werkstücke in Härtepressen möglich ist. Selbstverständlich muß die Ofenklappe 7 nach jedem Entnahmevorgang wieder geschlossen werden. Denkbar wäre allenfalls, daß der Roboter zwei Werkstücke gleichzeitig entnimmt und diese beiden Werkstücke nacheinander auf die beiden parallel aufgestellten Härtepressen ablegt. Die Werkstücke werden in den Härtepressen formgerecht unter hohem Druck gehalten, so daß sie sich nicht verziehen können, und dabei abgeschreckt. Anschließend werden die gehärteten Werkstücke auf Rollengänge 30 ausgeworfen, von wo aus sie auf ein Förderband 31 gelangen. Dieses Förderband trägt die Werkstücke zunächst durch eine Waschmaschine 32 und anschließend durch einen Entspannungsofen 33 hindurch, in welchem den Werkstücken aufgrund mäßiger Erwärmung die Eigenspannungen genommen werden. Ober eine Rutsche 34 gelangen die Werkstücke

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schließlich in einen weiteren Rüttelbunker 35, von wo aus sie in geordneter Formation austreten; sie können dann leicht maschinell oder manuell für die Weiterbearbeitung der Werkstücke palettiert werden.

Claims (1)

1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 841/4

   Stuttgart 9. Juli 1984

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   ^nsprüche

   ί 1. Drehherdofen in Ringbauart, zur Wärmebehandlung von Werkstücken, mit einem Drehantrieb des Drehherdes und mit einer verschließbaren Be- und Entladeöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (13) für einen definierten, einem ganzzahligeA Bruchteil des Drehherdumfanges entsprechenden Förderhub Ch) taktweise arbeitend ausgebildet ist und daß der Ringraum des Drehherdofens (24) durch mehrere einschiebbare gleichzeitig antreibbare Schotten (9 bis 12', in mehrere gesonderte Behandlungszonen (16 bis 19) unterteilbar ist, wobei der umfangsmäßige Abstand der Schotten

   \ (9 bis 12) untereinander einem ganzzahligen Vielfachen

   eines Förderhubes (h) entspricht.

   [j 2. Drehherdofen nach Anspruch 1,

   { dadurch gekennzeichnet,

   |: daß unmittelbar hinter der Be- und Entladeöffnung (7) bei-

   derseits je ein Schott (9, 12) im gegenseitigen Umfangsab-

   |; stand eines Förderhubes (h) zur Schaffung einer schleusen-

   [i artigen Be- und Entladezone (16) angeordnet ist.

   • t ■ ■· · «····

   • · ·■· ·■·

   Daim 15 841/4

   3.Drehherdofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum in eine Aufheizzone (17), eine Aufkohlungszone C!8) und in eine Diffusionsglühzone CI93 unterteilt ist

   4. Drehherdofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Be- und Entladezone C16) beheizbar ist.

   5. Drehherdofen nacii einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehherd (4) entsprechend den Förderhüben Ch) in Segmente (8) unterteilt ist.

   6. Drehherdofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (8) jeweils an ihren gegenseitigen Stoßstellen mit Mitteln (23) zur dichtenden Aufnahme oder Auflage der Unterkante der Schotten (9 bis 12) versehen sind.

   7. Drehherdofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die segmentseitigen Mittel zum Abdichten gegen die Schotten (9 bis 12) in Form von radial verlaufenden Stegen (23) ausgebildet sind, auf denen die Schotten (9 bis 12) oberseitig mit ihrer Unterkante aufliegen.

   8. Drehherdofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehherd (4) mehrere Beschickungsebenen nach Art eines Regales aufweist und daß die den oberen Beschickungsebenen zugeordneten Segmente an ihren jeweiligen Stoßstellen Schlitze zum Durchlaß der Schotten (9 bis 12) aufweisen.

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   9. Drehherdofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (13) über wenigstens einen tangential am Drehherd (4) angreifenden Hydraulikzylinder erfolgt, wobei der Angriffspunkt nach Art eines Klinkenrades (15) nach jedem Förderhub (h) wechselt.