DE10038782C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen, insbesondere zum Abschrecken und Härten von metallischen Werkstücken - Google Patents

Abstract

Beim Abkühlen, insbesondere beim Abschrecken und Härten von metallischen Werkstücken, insbesondere von Stählen, in einer Kühlkammer (1) durch Umwälzen von Kühlgas im Kreislauf über die Werkstücke und mindestens einen Wärmetauscher (8), wird zur Vergleichmäßigung der Abkühlung großer Chargen von Werkstücken so verfahren, daß mindestens zwei zumindest im wesentlichen parallele Kühlgasströme über die Werkstücke und den mindestens einen Wärmetauscher (8) geleitet werden. Dabei wird das Kühlgas über externe Kreislaufleitungen umgewälzt, in denen sich je ein Gebläse (14, 15) befindet. Eine hierfür besonders geeignete Vorrichtung besitzt mindestens zwei externe Kreislaufleitungen mit je einem Gebläse (14, 15), durch die mindestens zwei zumindest im wesentlichen parallele Kühlgasströme über die Werkstücke und den mindestens einen Wärmetauscher (8) leitbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen, insbesondere zum Abschrecken und Härten von metallischen Werk­ stücken, insbesondere von Stählen, nach den Oberbegriffen der Patent­ ansprüche 1 und 8.

Durch die DE 28 44 843 A1 ist es bei einem Einkammer-Ofen mit einem Heiz- und Abschreckbereich und mit einem Gebläse und einem Kühler bekannt, in der Abschreckphase einen Teil der den Heizbereich umge­ benden Wärmedämmung zu verlagern, um nach dem Anlaufen des Gebläses einen einzigen Kreislauf von Kühlgas über die Charge und den Kühler zu erzwingen. Eine in diesem Kreislauf vor der Charge angebrachte schwenkbare Klappe dient durch ihre periodische Bewegung nur zur Kühlgasverteilung über die ausgebreitete Charge. Dadurch werden aber alternierend Teile der Charge gekühlt und nicht gekühlt, was sich bei einer Reihe von Stählen durch die Verzögerung der Abschreckung schädlich auswirkt.

Durch die DE 35 36 155 A1 ist ein ähnlicher Einkammer-Ofen bekannt, der zum Zwecke der Wärmebehandlung von langen Werkstücken an beiden Enden je einen Kühler und ein Gebläse aufweist, wobei beide Gebläse ständig in Betrieb gehalten werden. Zur Erzwingung einer raschen Umkeh­ rung der Strömungsrichtung sind Steuerschieber vorgesehen, und der jeweils nicht benötigte Kühler wird vollständig aus dem Gaskreislauf zurückgezogen, während der jeweils andere Kühler vollständig im Gas­ kreislauf gehalten wird. Dadurch steht jeweils die Hälfte der Kühlfläche bzw. der entsprechenden Kühlleistung nicht zur Verfügung.

Durch die EP 0 313 888 B2 ist es bekannt, Werkstücke aus Stahl, insbe­ sondere aus schwer härtbaren, niedrig legierten Stählen, und/oder Werk­ stücke mit großer oder komplizierter Form zunächst aufzuheizen und anschließend durch Gase aus der Gruppe Helium, Wasserstoff und Stick­ stoff und durch Gasgemische aus mindestens zwei Gasen dieser Gruppe bei Drücken zwischen 10 und 40 bar abzuschrecken und zu härten. Dadurch sollen die klassischen Härteverfahren mit Wasser, Ölen und Salzbädern mit ihren Umweltbelastungen abgelöst werden. Die Härtung geschieht mittels dieser Gase, die mit hoher Geschwindigkeit knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit mittels eines Gebläses über die Werkstücke bzw. Werkstückchargen und einen Wärmetauscher innerhalb der Anlage umgewälzt werden. Die Härtung kann dabei in einem beheiz­ baren Ein-Kammer-Ofen oder in einer zur Ofenanlage gehörenden nachge­ schalteten besonderen Abschreckkammer durchgeführt werden. In der genannten Schrift sind auch die Hintergründe für die Ablösung der bekannten Härteverfahren angegeben.

Durch die EP 0 727 498 A1 ist es bekannt, einer unbeheizten Kühlkammer eine einzige großvolumige Kreislaufleitung zuzuordnen, in der ein ständig laufendes Gebläse und ein Wärmetauscher angeordnet sind. In der Kreis­ laufleitung wird eine solche Kühlgasmenge unter Druck und in einem Nebenkreislauf über den Wärmetauscher bereit gehalten, daß das Kühlgas nach den öffnen eines oberen und eines unteren Kammerventils, zwischen denen sich die Charge befindet, schlagartig durch die Charge geleitet wird.

Bei den beschriebenen bekannten Lösungen besteht nach wie vor das Problem, die Kühl- und/oder Abschreckwirkung gleichmäßig über alle Werkstücke einer Charge zu verteilen. Dies gelingt in ausreichendem Maß weder durch bewegliche noch durch stationäre Leiteinrichtungen, weil ganz einfach die Querschnitte der Gasführungseinrichtungen kleiner sind als der Querschnitt der Charge, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen.

Ein weiteres Problem besteht darin, die für große Chargen benötigten großen Gasmengen mit hohen Geschwindigkeiten umzuwälzen. Bei Versuchen, die Durchsätze von Gebläsen entsprechend zu steigern ist man sehr schnell an technische Grenzen hinsichtlich Durchmesser und Drehzahl der Gelbläseräder gestoßen, wobei das Problem der Mengen­ verteilung über die geforderten Querschnitte zusätzlich ungelöst blieb.

Durch die DE 15 83 424 A ist es bekannt, einzelne Werkstücke durch Gasströmungen in einem Ofen abzuschrecken, indem die Gasmenge innerhalb des Ofens derart aufgeteilt wird, daß einer zur Werkstück­ oberfläche parallelen Gasströmung (Primärströmung) eine Vielzahl von hierzu senkrecht verlaufenden Gasstrahlen (Sekundärströmungen) überlagert wird, um die resultierende Gasströmung auf die Werkstück­ oberfläche zu richten. Dabei soll die Geschwindigkeit der Sekundär­ strömungen mindestens das Fünffache der Primärströmung betragen, und das Verhältnis soll veränderbar sein. Hierfür kann entweder außerhalb des Ofens ein einziges Gebläse mit einer verstellbaren Verteileinrichtung vorgesehen sein, oder es können innerhalb des Ofens zwei Gebläse vorgesehen sein, die sowohl in Reihen- als auch in Parallelschaltung arbeiten und unterschiedliche Drücke erzeugen. An dem einzelnen Werkstück wird also nur ein einheitliches Strömungsmuster erzeugt. Außerdem ist die bekannte Vorrichtung ein Ofen, in dem sowohl die Aufheizung als auch die Abkühlung durchgeführt werden, so daß beim Abkühlen auch die aufgeheizten Ofenteile, insbesondere die Heizeinrich­ tung, mit abgekühlt werden muß, was den Abkühlvorgang verzögert und die besagten Ofenteile stark belastet. Damit ist es jedoch nicht möglich, zwei oder mehr in parallelen Gasströmen angeordnete Werkstücke oder eine vielteilige Werkstückcharge oder parallel angeordnete Werkstück­ chargen gleichzeitig und mit gleichen Abkühlbedingungen gleichmäßig und dosiert abzukühlen und die Erfindungsaufgabe zu lösen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen auch große Chargen mit hoher Geschwindigkeit gleichmäßig abgekühlt oder abgeschreckt und ggf. gehärtet werden können. Dabei soll insbesondere der jeweilige Wärme­ übergang von den Werkstücken oder der Charge von Werkstücken an das Kühlgas vergleichmäßigt werden, um schädliche Wärmespannungen und/oder ungleichmäßige Produkteigenschaften zu vermeiden, und ferner soll auch der jeweilige Wärmeübergang vom Kühlgas an den Wärme­ tauscher vergleichmäßigt werden, weil die Vorgänge an den Werkstück­ oberflächen und an den Oberflächen des Wärmetauschers sich wiederum gegenseitig beeinflussen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 und bei der eingangs angegebenen Vorrichtung erfin­ dungsgemäß durch die Merkmaie im Kennzeichen des Patentanspruchs 8.

Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, insbesondere können auch große Chargen mit hoher Geschwindigkeit gleichmäßig abgekühlt oder abgeschreckt und ggf. gehärtet werden. Dabei wird insbesondere der jeweilige Wärmeübergang von den Werk­ stücken oder der Charge von Werkstücken an das Kühlgas vergleich­ mäßigt, und schädliche Wärmespannungen und/oder ungleichmäßige Produkteigenschaften werden vermieden. Schließlich wird auch der jeweilige Wärmeübergang vom Kühlgas an den Wärmetauscher vergleich­ mäßigt, weil die Vorgänge an den Werkstückoberflächen und an den Oberflächen des Wärmetauschers sich wiederum gegenseitig beeinflus­ sen. Es handelt sich also um einen synergistischen Effekt. Weitere Vorteile werden in der Detailbeschreibung geschildert.

Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination:

• - das Kühlgas aus mindestens einem Gas aus der Gruppe Stickstoff, Helium und Wasserstoff oder aus einem Gemisch aus mindestens zwei dieser Gase besteht,
• - das Kühlgas in der Kühlkammer unter einem Druck von mindestens 0,5 MPa, vorzugsweise von mindesten 1,0 MPa, gehalten wird,
• - Volumenselemente des Kühlgases alternierend durch die Kreislauf­ leitungen hindurchgeleitet werden,
• - unter Druck gespeichertes Kühlgas beim Fluten der Kühlkammer gerichtet gegen mindestens eines der Gebläse strömt, um dessen Drehzahl zu beschleunigen,
• - das Kühlgas koaxial gegen die Ansaugseite des Gebläses gerichtet wird, und/oder, wenn
• - das Kühlgas im wesentlichen tangential in Drehrichtung gegen den Außenumfang des Gebläses gerichtet wird.

Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination:

• - die Gebläse als Radialgebläse ausgeführt und mit senkrechten Drehachsen mit ihren Ansaugöffnungen auf den oberen Enden der externen Kreislaufleitungen angeordnet sind,
• - die Gebläse über abwärts gerichtete Eintrittskrümmer mit der Ober­ seite der Kühlkammer verbunden sind,
• - die Eintrittskrümmer Rechteckquerschnitte aufweisen und unmittelbar nebeneinander in die Kühlkammer einmünden,
• - die Eintrittskrümmer mit Leiteinrichtungen versehen sind,
• - die gebogenen Wände der Eintrittskrümmer und die Leiteinrichtungen konzentrisch ausgebildet und angeordnet sind,
• - die Unterseite der Kühlkammer mit entgegensetzt seitwärts gerichte­ ten Austrittskrümmern verbunden ist, die Teile der Kreislaufleitungen sind,
• - die Austrittskrümmer Rechteckquerschnitte aufweisen und unmittelbar nebeneinander mit der Kühlkammer verbunden sind,
• - die Austrittskrümmer mit Leiteinrichtungen versehen sind,
• - die Austrittsquerschnitte der Eintrittskrümmer und die Eintrittsquer­ schnitte der Austrittskrümmer derart seitlich versetzt angeordnet sind, daß jedes Volumenselement des Kühlgases die Kreislaufleitun­ gen alternierend durchströmt,
• - der mindestens eine Wärmetauscher im unteren Bereich der Kühlkam­ mer und oberhalb der Eintrittsöffnungen der Austrittskrümmer ange­ ordnet ist,
• - mindestens einem der Gebläse eine Mündung zugeordnet ist, mittels welcher unter Druck gespeichertes Kühlgas beim Fluten der Kühl­ kammer gegen mindestens eines der Gebläse führbar ist, um dessen Drehzahl zu beschleunigen.
• - die Mündung koaxial auf die Ansaugseite des Gebläses ausgerichtet ist, und/oder, wenn
• - die Mündung im wesentlichen tangential in Drehrichtung auf den Außenumfang des Gebläses ausgerichtet ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert,

Fig. 1 eine "durchsichtige" und teilweise vertikal geschnittene Seiten­ ansicht einer vollständigen Vorrichtung,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht von oben auf den Gegen­ stand von Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Gegenstandes nach Fig. 1 in verkleinertem Maßstab.

Fig. 4 das Strömungsmuster des Kühlgases in schematischer, perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem linken Teil der Fig. 3 mit einer Einrichtung zur Beschleunigung der Drehzahl des Gebläses durch axiale Beaufschlagung des Gebläserades mit unter Druck stehendem Kühlgas,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem rechten Teil der Fig. 3 mit einer Einrichtung zur Beschleunigung der Drehzahl des Gebläses durch tangentiale Beaufschlagung des Gebläserades mit unter Druck stehendem Kühlgas und

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Gegenstand von Fig. 6.

Zentraler Teil der Vorrichtung ist eine Kühlkammer 1, die in den Fig. 1 bis 3 durch dicke Linien hervorgehoben ist. Die Wände dieser Kühlkam­ mer 1 sind durch entsprechende äußere Verstrebungen versteift, damit die Kühlkammer 1 Innendrücken bis zu 5 MPa standhalten kann.

In Fig. 1 ist in der Kühlkammer 1 mit strichpunktierten Linien eine Charge 2 angedeutet, die nahezu den gesamten oberen Teil des Kammervolumens ausfüllt und auf Tragstützen 3 ruht. Auf der Beschickungsseite ist in einer Schleusenkammer 4 ein druckfester und in Horizontalführungen 5 geführ­ ter Ventilschieber 6 angeordnet, der durch einen Antrieb 7 verfahrbar ist. Im unteren Bereich der Kühlkammer 1 (oder in einem gleichfalls druck­ festen Fortsatz dieser Kühlkammer) ist ein gleichfalls den waagrechten Kammerquerschnitt ausfüllender Wärmetauscher 8 angeordnet, der aus einem Röhrenbündel mit Kühlrippen besteht und von einer virtuellen Quaderfläche umschrieben ist. Ein Kältemittel wird über Anschlüsse 9 und 10 zu- und abgeführt.

Im dargestellten Fall ist die Kühlkammer 1 über die Schleusenkammer 4 mit einer Vorkammer 11 verbunden, die ein Tunnel mit einer weiteren Chargierschleuse, ein Wärmebehandlungsofen oder dergleichen sein kann. Die Kühlkammer 1 kann aber auch als Durchlaufkammer ausgebildet sein. In diesem Falle wäre dann auf der der Schleusenkammer 4 gegen­ über liegenden Seite eine weitere, analoge Schleusenkammer anzuordnen.

Im Innern der Kühlkammer 1 werden auf die nachstehend näher beschrie­ bene Weise zwei parallele Strömungswege 12 und 13 für das Kühlgas gebildet, die durch Pfeile angedeutet sind. Diese Strömungswege, zwi­ schen denen keine Trennwand liegt, setzen sich mit im wesentlichen den gleichen Querschnitten in den Bereich des Wärmetauschers 8 fort. (Siehe hierzu auch die Fig. 4).

Seitlich oberhalb der Kühlkammer 1 sind zwei Gebläse 14 und 15 mit Gebläserädern 14a und 15a und Antriebsmotoren 14b und 15b angeord­ net, die über nach unten gerichtete Eintrittskrümmer 16 und 17 (Fig. 3) in die Oberseite der Kühlkammer 1 einmünden. Die waagrechten Eintritts­ querschnitte an den Übergangsstellen von Krümmer 16 und 17 und Kühl­ kammer 1 sind rechteckig ausgebildet, liegen unmittelbar nebeneinander und füllen den waagrechten Querschnitt der Kühlkammer zumindest weitgehend aus. Dadurch werden die beiden oben beschriebenen Strö­ mungswege 12 und 13 gebildet.

Fig. 2 zeigt, daß die Gebläse 14 und 15 mit ihren spiralförmigen und gleichfalls druckfesten Gehäusen und die Eintrittskrümmer 16 und 17 gewissermaßen ineinander "verschachtelt" sind, um die enge Nachbar­ schaft der Eintrittsquerschnitte zu ermöglichen.

Aus Fig. 3 geht zusätzlich folgendes hervor: In den Eintrittskrümmern 16 und 17 sind Leiteinrichtungen 18 angeordnet, die nur für den Eintrittskrüm­ mer 16 dargestellt sind und konzentrisch zu den gebogenen Außenwänden 16a und 16b der Eintrittskrümmer verlaufen. An die Unterseite der Kühl­ kammer 1 (oder an einen entsprechenden Kammerabschnitt mit dem Wärmetauscher 8) sind unterhalb des Wärmetauschers 8 zwei Austritts­ krümmer 19 und 20 angesetzt, und zwar in entgegengesetzten Richtungen wie die senkrecht darüber angeordneten Eintrittskrümmer 16 und 17. Die waagrechten Krümmerquerschnitte an den Übergangsstellen von Kühlkam­ mer 1 und den Autrittskrümmern 19 und 20 sind gleichfalls rechteckig ausgebildet, liegen unmittelbar nebeneinander und füllen den waagrechten Querschnitt der Kühlkammer 1 bzw. des Wärmetauschers 8 zumindest weitgehend aus. Auch dadurch werden die beiden oben beschriebenen parallelen und senkrechten Strömungswege 12 und 13 gebildet oder gestützt. Eine Leiteinrichtung 21 ist nur für den Austrittskrümmer 19 gezeigt.

Wie die Fig. 3 zeigt, sind die als Radialgebläse mit senkrechten Drehach­ sen A1 und A2 ausgeführten Gebläse 14 und 15 mit ihren Ansaugöffnun­ gen 14c und 15c auf die oberen senkrechten Enden externer Kreislauf­ leitungen 22 und 23 aufgesetzt, die die Austrittskrümmer 19 und 20 mit den Gebläsen 14 und 15 verbinden.

Aus den Darstellungen in den Fig. 3 und 4 ist folgendes zu ersehen, wobei sich die Schilderung auf die Bewegung eines Volumenelements des Kühlgases bezieht:

Das Kühlgas strömt vom rechten Gebläse 15 durch den Eintrittskrümmer 16 in die Kühlkammer 1 und dort entlang dem (vorderen) Strömungsweg 12 durch den vorderen Bereich der Charge von Werkstücken, danach durch den vorderen Bereich des Wärmetauschers 8, von hier durch den nach links gerichteten Austrittskrümmer 19 in die Kreislaufleitung 22 und von hier zum linken Gebläse 14.

Anschließend strömt das Kühlgas vom linken Gebläse 14 durch den Ein­ trittskrümmer 17 in die Kühlkammer 1 und dort entlang dem (hinteren) Strömungsweg 13 durch den hinteren Bereich der Charge von Werk­ stücken, danach durch den hinteren Bereich des Wärmetauschers 8, von hier durch den nach rechts gerichteten Austrittskrümmer 20 in die Kreis­ laufleitung 23 und von hier zum rechten Gebläse 15, worauf sich das Spiel für jedes Volumenelement des Kühlgases beliebig oft wiederholt.

Der gesamte Strömungsweg hat - in der Vorderansicht nach Fig. 3 - die Form einer liegenden Acht mit einem "Kreuzungsbereich" innerhalb von Kühlkammer und Wärmetauscher. Dieser "Kreuzungsbereich" hat natur­ gemäß eine waagrechte Ausdehnung gemäß den Pfeilen 12 und 13 in den Fig. 1 und 4, wobei auch lokale Durchmischungen möglich sind. Natürlich laufen alle diese Vorgänge gleichzeitig ab.

Ein wesentlicher Vorteil liegt somit darin, daß Eintrittskrümmer 16 bzw. 17 und Austrittskrümmer 20 bzw. 19, die dem gleichen Gebläse zugeordnet sind, an unterschiedliche Kammerbereiche angeschlossen sind, so daß es zur permanenten Durchmischung der Teilströme kommt. Jedes Volumen­ element des Kühlgases durchläuft also alternierend die Strömungswege 12 und 13, was zur Vergleichmäßigung des Abkühlvorgangs auch bei asymmetrisch verteilten Chargen führt.

Die Fig. 4 zeigt in schematischer und perspektivischer Darstellung das vorstehend beschriebene Strömungsprinzip innerhalb und außerhalb von Charge 2 und Wärmetauscher 8. Die beiden dicken Pfeile stehen für die Strömungswege innerhalb der Charge, wobei es sich natürlich versteht, daß diese Strömungswege eine gleichmäßige Strömungsverteilung über den Querschnitt des jeweiligen Chargenteils einschließen.

Anhand der Fig. 5 bis 7 werden - unter Verwendung der bisherigen Bezugszeichen - vorteilhafte weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung erläutert:

Fig. 5 zeigt - vergrößert - das in Fig. 3 links angeordnete Gebläse 14 mit der Kreislaufleitung 22 und der Ansaugöffnung 14c. Ferner ist darge­ stellt ein Druckkessel 24, in den das Kühlgas nach Vollendung seines Zwecks mittels eines nicht gezeigten Kompressors zurückgepumpt und auf einen entsprechend hohen Druck komprimiert wird. Dieser Druck­ kessel 24 ist über ein Absperrventil 25 mit einem Stellglied 26 mit einem Einlaßstutzen 27 verbunden, der die Wand der Kreislaufleitung 22 durch­ dringt und dort in einen Rohrkrümmer 28 übergeht, dessen Mündung 29 koaxial zur Achse A1 angeordnet und auf die Ansaugöffnung 14c ausge­ richtet ist. Damit hat es folgende Bewandnis: Beim Fluten des Systems von Normaldruck (beim Chargieren) auf den vorgegebenen Abschreck­ druck wird das Gebläse 14 axial angeblasen und durch die Krümmung der Gebläseradschaufeln beschleunigt auf seine Betriebsdrehzahl gebracht. Dadurch kann einmal die volle Kühlleistung schneller erreicht und der Abkühlprozess beschleunigt werden, und zum andern werden der Anlauf­ strom und die Anlaufdauer des Gebläsemotors 14b deutlich verringert. Dadurch sinkt die Spitzenbelastung des elektrischen Versorgungssystems beträchtlich, und teure Steuerungselemente für die Begrenzung des Anlaufstroms können vermieden werden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen im Vertikalschnitt und in der Draufsicht - ver­ größert - das in Fig. 3 rechts angeordnete Gebläse 15 mit der Kreislauf­ leitung 23 und der Ansaugöffnung 15c. Ferner ist auch hier - nicht darge­ stellt ein analoger Druckkessel vorhanden, in den das Kühlgas nach Voll­ endung seines Zwecks mittels eines nicht gezeigten Kompressors zurück­ gepumpt und auf einen entsprechend hohen Druck komprimiert wird. Dieser Druckkessel ist über ein Absperrventil mit einem Einlaßstutzen 30 verbunden, der die Gehäusewand des Gebläses durchdringt und dort in einen Rohrstutzen 31 übergeht, dessen Mündung 32 mit ihrer Achse etwa tangential auf den Außenumfang des Gebläserades 15a ausgerichtet ist. Auch dadurch wird eine zusätzliche Beschleunigungswirkung auf das Gebläserad 15a mit den gleichen Vorteilen ausgeübt, wie sie bezüglich der Fig. 5 beschrieben sind.

Natürlich können die Systeme nach Fig. 5 und nach den Fig. 6 und 7 auch symmetrisch und/oder gemeinsam eingesetzt werden. In Weiterfüh­ rung der Erfindung kann man die Zahl der Strömungswege und der Gebläse auch noch weiter vergrößern.

Ausführungsbeispiele

Durch Abschrecken gehärtet wurden in einer Anlage nach den Fig. 1 bis 4 Chargen mit folgenden Daten:
Chargenabmessungen:
Breite: 600 mm
Höhe: 600 mm
Länge 1000 mm.
Chargengewicht: 250 kg
Chargenoberfläche: max. 7,5 m²
Abschreckung:
Druck: 2,0 MPa
Medium: Helium
Gebläseleistung (beide Gebläse):
2,0 MPa He: 132 kW
(Vergleich: 2,0 MPa N₂: 250 kW)
Temperaturen:
Anfangstemperatur: 930°C
Gleichmäßigkeit: ±5 K
Kühlwasser: max. 25°C
Ausgang: +15 bis +40°C
Stähle:

• 1. EHT 0,3 + 0,2 (Einsatzstahl ähnlich 16MnCr5) Werkstücke: Stationäre Getriebe, Zahnräder, Ritzel, Wellen,
• 2. EHT 0,5 + 0,3 (Einsatzstahl ähnlich 16MnCr5) Werkstücke: PKW-Getriebe, Zahnräder, Ritzel, Wellen, Schiebemuffen,
• 3. EHT 1,5 + 0,5 (Einsatzstahl ähnlich 16MnCr5) Werkstücke: Transporter-Getriebe, Zahnkränze, Wellen,
• 4. 42CrMo4 Werkstücke: Einspritzsysteme).

Die Zeiten zum Einschleusen und Abschrecken dauerten in allen Fällen jeweils 5 Minuten. Die Zeiten für die Rückgewinnung des Abschreckgases betrug jeweils zwischen 11 und 18 Minuten und für den Transport jeweils 10 Minuten.

Bezugszeichenliste

1

Kühlkammer

2

Charge

3

Tragstützen

4

Schleusenkammer

5

Horizontalführungen

6

Ventilschieber

7

Antrieb

8

Wärmetauscher

9

Anschluß

10

Anschluß

11

Vorkammer

12

Strömungsweg

13

Strömungsweg

14

Gebläse

14

a Gebläserad

14

b Antriebsmotor

14

c Ansaugöffnung

15

Gebläse

15

a Gebläserad

15

b Antriebsmotor

15

c Ansaugöffnung

16

Eintrittskrümmer

16

a Außenwand

16

b Außenwand

17

Eintrittkrümmer

18

Leiteinrichtungen

19

Austrittskrümmer

20

Austrittskrümmer

21

Leiteinrichtung

22

Kreislaufleitung

23

Kreislaufleitung

24

Druckkessel

25

Absperrventil

26

Stellglied

27

Einlaßstutzen

28

Rohrkrümmer

29

Mündung

30

Einlaßstutzen

31

Rohrstutzen

32

Mündung
A1 Drehachse
A2 Drehachse

Claims (21)

1. Verfahren zum Abkühlen, insbesondere zum Abschrecken und Härten von metallischen Werkstücken, insbesondere von Stählen, in einer Kühlkammer (1) durch Umwälzen von Kühlgas im Kreislauf über die Werkstücke und mindestens einen Wärmetauscher (8), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zumindest im wesentlichen parallele Kühlgasströme über die Werkstücke und den mindestens einen Wärmetauscher (8) geleitet werden und daß das Kühlgas über externe Kreislaufleitungen (22, 23) umgewälzt wird, in denen sich je ein Gebläse (14, 15) befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas aus mindestens einem Gas aus der Gruppe Stickstoff, Helium und Wasserstoff oder aus einem Gemisch aus mindestens zwei dieser Gase besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas in der Kühlkammer (1) unter einem Druck von mindestens 0,5 MPa, vorzugsweise von mindesten 1,0 MPa, gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Volumens­ elemente des Kühlgases alternierend durch die Kreislaufleitungen (22, 23) hindurchgeleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man unter Druck gespeichertes Kühlgas beim Fluten der Kühlkammer (1) gerichtet gegen mindestens eines der Gebläse (14, 15) strömen läßt, um dessen Drehzahl zu beschleunigen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlgas koaxial gegen die Ansaugseite des Gebläses (14, 15) richtet.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlgas im wesentlichen tangential in Drehrichtung gegen den Außenumfang des Gebläses (14, 15) richtet.

8. Vorrichtung zum Abkühlen, insbesondere zum Abschrecken und Härten von metallischen Werkstücken, insbesondere von Stählen, in einer Kühlkammer (1) durch Umwälzen von Kühlgas im Kreislauf über die Werkstücke und mindestens einen Wärmetauscher (8), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei externe Kreislaufleitungen (22, 23) mit je einem Gebläse (14, 15) vorgesehen sind, durch die mindestens zwei zumindest im wesentlichen parallele Kühlgasströme über die Werkstücke und den mindestens einen Wärmetauscher (8) leitbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (14, 15) als Radialgebläse ausgeführt und mit senkrechten Drehachsen (A1, A2) mit ihren Ansaugöffnungen (14c, 15c) auf den oberen Enden der externen Kreislaufleitungen (22, 23) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (14, 15) über abwärts gerichtete Eintrittskrümmer (16, 17) mit der Oberseite der Kühlkammer (1) verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskrümmer (16, 17) Rechteckquerschnitte aufweisen und unmittelbar nebeneinander in die Kühlkammer (1) einmünden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskrümmer (16, 17) mit Leiteinrichtungen (18) versehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogenen Wände (16a, 16b) der Eintrittskrümmer (16, 17) und die Leiteinrichtungen (18) konzentrisch ausgebildet und angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Kühlkammer (1) mit entgegengesetzt seitwärts gerichteten Austrittskrümmern (19, 20) verbunden ist, die Teile der Kreislaufleitungen (22, 23) sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskrümmer (19, 20) Rechteckquerschnitte aufweisen und unmittelbar nebeneinander mit der Kühlkammer (1) verbunden sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß, die Austrittskrümmer (19, 20) mit Leiteinrichtungen (21) versehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsquerschnitte der Eintrittskrümmer (16, 17) und die Eintritts­ querschnitte der Austrittskrümmer (19, 20) derart seitlich versetzt angeordnet sind, daß jedes Volumenselement des Kühlgases die Kreislaufleitungen (22, 23) alternierend durchströmt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmetauscher (8) im unteren Bereich der Kühl­ kammer (1) und oberhalb der Eintrittsöffnungen der Austritts­ krümmer (19, 20) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einem der Gebläse (14, 15) eine Mündung (29, 32) zuordnet, mittels welcher unter Druck gespeichertes Kühlgas beim Fluten der Kühlkammer (1) gegen mindestens eines der Gebläse (14, 15) führbar ist, um dessen Drehzahl zu beschleunigen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (29) koaxial auf die Ansaugseite des Gebläses (14, 15) ausgerichtet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (32) im wesentlichen tangential in Drehrichtung auf den Außenumfang des Gebläses (14, 15) ausgerichtet ist.