DE4110114C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Stahlteilen.

Aus der JP-PS 62-21 866 und der JP-GM 62-1 18 167 sind Vorrichtun­ gen zum Wärmebehandeln von Stahlteilen bekannt, bei denen die Stahlteile unter einer hohen Temperatur mit einem Aufkohlungsgas behandelt und anschließend abgeschreckt werden. Dabei sind bei der Vorrichtung nach der JP-PS 62-21 866 eine Einlaßzone, eine Aufkohlungzone, eine Abkühlzone und eine Abschreckzone in Reihe hintereinander angeordnet, wobei die einzelnen Zonen durch Türen gegeneinander abgetrennt sind. Bei der Vorrichtung nach der JP-GM 62-1 18 167 ist ein zur Aufkohlung der Stahlteile mit einem Aufkohlungsgas vorgesehener Abschnitt mit einer Aufheizzone, einer Aufkohlungszone und einer Diffusionszone ausgebildet, während ein zum anschließenden Abschrecken der Stahlteile vorge­ sehener Abschnitt mit Kühlrohren und einem Abschreckbehälter ausgebildet ist. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist auf ein Karbonitrieren der Stahlteile verzichtet, wobei an dieser Stelle aber gleichzeitig erwähnt sein sollte, daß auf ein solches Karbo­ nitrieren von Stahlteilen im Anschluß an das Abschrecken häufig nicht verzichtet werden kann, weil bei einem solchen mittels eines Nitriergases durchgeführten Karbonitrieren die mit dem Abschrecken der Stahlteile zusammenhängenden Maßnahmen verbessert werden können.

Aus der JP-PS 63-2 10 287 ist ein Karbonitrieren von Stahlteilen mit den Maßnahmen bekannt, daß die Stahlteile zuerst in einem Einsatzofen erwärmt werden, wobei das Aufkohlungsgas ein Kohlen­ stoffpotential haben kann. Die Stahlteile werden danach abgekühlt und anschließend in einem Nitrierofen wieder erwärmt, wobei das Nitriergas ein vorbestimmtes Kohlenstoffpotential und ein Stick­ stoffpotential aufweisen kann. Nach dieser Nitrierung werden die Stahlteile abgeschreckt. Zu diesem noch bekannten Verfahren ist mit der grafischen Darstellung in Fig. 20 gezeigt, daß dabei die Stahlteile zunächst auf etwa 800° bis 900°C aufgewärmt und danach in dem Einsatzofen aufgekohlt werden, wobei dafür die Temperatur auf etwa 900° bis 950°C gehalten wird. Die Stahlteile werden danach noch während ihrer Aufenthaltsdauer in dem Einsatz­ ofen auf etwa 350°C abgekühlt und mit dieser Temperatur dem Ofen entnommen. Gemäß der grafischen Darstellung in Fig. 21 werden die Stahlteile anschließend wieder auf etwa 850° bis 870°C erwärmt und bei dieser Temperatur über eine längere Zeit gehalten, bis sie gut durchgewärmt sind und dann auf etwa 820° bis 840°C gekühlt zu werden. Mit dieser Temperatur werden die Stahlteile dann in einem Ofen karbonitriert und unmittelbar danach abge­ schreckt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der schlechte Wirkungsgrad, der hauptsächlich wegen des Abkühlens und wiederhol­ ten Erwärmens der Stahlteile zwischen dem Aufkohlen und dem Karbonitrieren erhalten wird. Dabei kann und sollte gleichzeitig das dem anfänglichen Aufkohlen nachfolgende Abkühlen deshalb etwas verlangsamt werden, weil bei einem statt dessen vorgesehe­ nen Abschrecken der Stahlteile durch das mehr oder weniger rasch aufeinanderfolgende zweite Abschrecken nach dem Karbonitrieren sonst die Gefahr eines Verformens der Stahlteile besteht.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Stahl­ teilen derart auszubilden, daß damit ein Abkühlen der Stahlteile nach einem vorausgehenden Aufkohlen und ein Abschrecken der Stahlteile nach einem vorausgehenden Karbonitrieren mit einem hinsichtlich des Energieverlustes verbesserten Wirkungsgrad durchgeführt werden kann, wobei gleichzeitig Vorkehrungen dahin getroffen sein sollen, eine Qualitätsverschlechterung der Stahl­ teile vorrangig während ihrer Überführung aus der Aufkohlungszone in die Kühlungszone zu vermeiden, indem dabei der Zutritt von Luft, die eine Entkohlung der Stahlteile verursachen könnte, verhindert wird.

Durch die nach dem Hauptmerkmal der Erfindung vorgesehene Zwangs­ kühlung der Stahlteile innerhalb der Kühlungszone kann für die Stahlteile eine kontinuierliche Wärmebehandlung mit einem Durch­ gang durch die einzelnen aneinandergereihten Zonen erhalten werden, wobei deren gegenseitige Abtrennung durch Türen sicher­ stellt, daß für jede Zone optimale Voraussetzungen der damit jeweils vorgesehenen Behandlung der Stahlteile eingehalten werden können. Für die Einhaltung solcher optimaler Voraussetzungen sind dabei insbesondere die für die Kühlungszone vorgesehene Druck­ reguliereinrichtung und ergänzend dazu auch die Temperaturregelung maßgebend, wobei mit diesen Vorkehrungen hauptsächlich die Beibe­ haltung einer gesteuerten Gasdichte innerhalb der zwischen die Kühlungszone und die Nitrierzone zwischengeschalteten Wiederauf­ wärmezone bei gleichzeitiger Verhinderung eines Zutritts von Außenluft bezweckt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A und 1B Schemaansichten der Vorrichtung mit einer Darstellung der Reihenanordnung ihrer einzelnen Zonen,

Fig. 2 eine Schemadarstellung der Kühlungszone und der verschiedenen zugehörigen Einrichtungen,

Fig. 3 eine Schemadarstellung einer Druckregelein­ richtung der Kühlungszone gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 und 5 grafische Darstellungen zum Verlauf der Druckregelung des Massenflusses des Kühlgases innerhalb der Kühlungszone bei Verwendung der Druckregeleinrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 6 eine grafische Darstellung zum Temperatur­ verlauf über die gesamte Dauer der Wärmebe­ handlung der Stahlteile innerhalb der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 7 eine grafische Darstellung zur Veranschauli­ chung des während des Nitrierens der Stahl­ teile in der Nitrierzone zeitabhängig vorhande­ nen restlichen Ammoniakgases,

Fig. 8 und 9 Querschnitte der Vorrichtung im Bereich der Aufkohlungszone mit einer Darstellung der zugehörigen Einrichtungen,

Fig. 10 eine Schnittdarstellung einer in Fig. 9 gezeigten Einzelheit,

Fig. 11, 12 und 13 verschiedene Darstellungen, teilweise im Schnitt der Kühlungszone der Vorrichtung,

Fig. 14 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases innerhalb der Kühlungszone gemäß dem in Fig. 11 gezeigten Querschnitt,

Fig. 15 eine der Fig. 12 entsprechende Darstellung der Kühlungszone gemäß einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 16 eine weitere Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Kühlungszone gemäß Fig. 15,

Fig. 17 eine Schnittansicht nach der Linie I-I in Fig. 16,

Fig. 18 und 19 grafische Darstellungen zur Veranschaulichung der Behandlungsdauer für das Abkühlen der Stahlteile unter Verwendung einer Kühlungszone der Ausbildung gemäß den Fig. 15 bis 17 im Vergleich mit einer herkömmlichen Abkühlung während der Wärmebehandlung von Stahlteilen und

Fig. 20 und 21 grafische Darstellungen zur Wärmbehandlung von Stahlteilen nach dem Ausgangspunkt der Erfindung.

Gemäß den Fig. 1A und 1B besteht eine Vorrichtung A zum Wärmebe­ handeln von Stahlteilen, die auf Paletten 12 angeordnet sein können, aus einem tunnelförmigen Ofen 10, über dessen Länge der Transportweg für die Stahlteile vorgegeben ist. Der Ofen 10 ist durch einzelne Türen 14, welche geöffnet und geschlossen werden können, in einzelne Kammern unterteilt, in welchen aufeinander­ folgend verschiedene Behandlungen der Stahlteile durchgeführt werden. Die einzelnen Kammern sind eine Enfettungskammer 16, eine Aufwärmkammer 18, eine zum Aufkohlen und Aufwärmen vorgesehene Kammer 20, eine Kühlungskammer 22, eine zum Wiederaufwärmen vorgesehene Kammer 24, eine Abkühlungskammer 26 und schließlich eine Kammer 28, die beide zum Karbonitrieren der Stahlteile vorgesehen sind und an welche sich dann noch eine Entnahmekammer 30 anschließt. Im Übergang der Kühlungskammer 22 zu der Wieder­ aufwärmekammer 24 ist dabei eine Doppeltür angeordnet, um so eine entsprechend sichere Abdichtung zwischen den beiden Kammern zu erhalten. Schließlich ist für die Vorrichtung noch ein externer Vorratsspeicher 32 für Salz vorgesehen, das bei dem abschließen­ den Abschrecken der karbonitrierten Stahlteile verwendet wird.

Das in der Entfettungskammer 16 durchgeführte Entfetten der Stahlteile dient primär dem Zweck, deren ungleichförmige Wärme­ behandlung vorrangig während des anfänglichen Aufkohlens zu verhindern. Mit dem Entfetten, das mittels eines elektrischen Heizrohres 34 bei einer Temperatur von etwa 700° bis 800°C durchgeführt wird, wobei ein Lüfter 36 eine Umwälzung der erwärm­ ten Luft innerhalb der Kammer 16 besorgt und ein Thermoelement 38 die Einhaltung der vorgegebenen Temperatur überwacht, wird also bezweckt, jede unnötige Verunreinigung der Atmosphäre innerhalb der nachfolgenden Kammern zu verhindern.

Die innerhalb der Kammer 18 durchgeführte Aufwärmung der entfette­ ten Stahlteile wird ebenfalls unter Verwendung von elektrischen Heizrohren 34 auf eine Temperatur von etwa 900° bis 950°C vorge­ nommen, wobei über einen Einlaß 40A ein Gasgemisch zugeleitet wird, das aus Luft und Butan besteht. Bei diesem Gasgemisch handelt es sich um ein durch Umwandlung erhaltenes Aufkohlungsgas, mit dem eine Oxydation und Entkohlung der Stahlteile verhindert werden soll, wobei die Kammer 18 mit einem Probenrohr 42 ausge­ rüstet ist, mit welchem ein Sauerstoffsensor zur Anordnung ge­ bracht wird, mit welchem die Sauerstoffdichte der Gasatmosphäre innerhalb der Kammer 18 überwacht wird. Im übrigen ist auch die Kammer 18 mit einem Lüfter 36 zur Umwälzung der Gasatmosphäre innerhalb der Kammer 18 und mit einem Thermoelement 38 für eine Überwachung ihrer Temperatur ausgerüstet.

In der Aufkohlungskammer 20 wird ein Aufkohlen der Stahlteile mit einer Verpackungs-Zementation von Kohlenstoff an ihrer Oberfläche vorgenommen. Es wird dafür die Temperatur innerhalb der Kammer 20 ebenfalls mittels elektrischer Heizrohre 34 auf etwa 900° bis 950°C erhöht, wobei das umgewandelte Aufkohlungsgas über einen Einlaß 40B zugeleitet und innerhalb der Kammer mittels eines Lüfters 36 umgewälzt wird. Im übrigen ist auch die Kammer 20 mit einem Thermoelement 38 und wenigstens einem Probenrohr 42 ausge­ rüstet, welche funktionsgleich mit den entsprechenden Einrichtun­ gen der Kammer 18 sind.

In der anschließenden Kühlungskammer 22 wird eine Zwangskühlung der zuvor aufgekohlten Stahlteile durchgeführt. Die Kammer 22 ist dafür mit einer Liefereinrichtung 44 für ein Kühlgas verbunden, wobei es sich bei diesem Kühlgas um ein mittels einer Kühlein­ richtung 46 zwangsgekühltes Gas handelt, welches unter Vermittlung einer Druckreguliereinrichtung 48 gegen die durch die Kühlungs­ kammer 22 hindurchbewegten Stahlteile geblasen wird. Die Liefer­ einrichtung 44 besteht aus einer Versorgungsquelle 44a für Druck­ luft und einer Versorgungsquelle 44b für Butan, die beide an einem Mischventil 44c unter Vorgabe eines Luftüberschusses ver­ mischt werden. Mittels eines Ringbrenners 44d wird aus dem mit dem Mischventil 44c erhaltenen Gasgemisch aller Sauerstoff ent­ fernt, so daß es also in der Kühlungskammer 22 zu keiner Ansammlung von Sauerstoff kommen kann, wenn das Gasgemisch über ein seinen Massenfluß regelndes Ventil 44e und ein Druckreduzierventil 44f der Kammer 22 zugeleitet wird. Durch das Vorsehen der Lieferein­ richtung 44 für ein aus Luft und Butan bestehendes Gasgemisch, bei dem die Vorkehrung für eine Entfernung von Sauerstoff getrof­ fen ist, wird daher innerhalb der Kühlungskammer 22 eine Gas­ atmosphäre für die Zwangskühlung geschaffen, mit der jede Oxyda­ tion und Entkohlung der Stahlteile wirksam verhindert werden kann.

Die für eine Zwangskühlung des Kühlgases vorgesehene Einrichtung 46 umfaßt eine Lieferquelle 46a für ein Stickstoffgas, welches das eigentliche Kühlgas bildet. Dieses Kühlgas wird über einen Blaskanal 46b in die Kühlungskammer 22 zugeleitet und über einen Sammelkanal 46c wieder gesammelt, wobei diese beiden Kanäle über einen Umlaufkanal 46d miteinander verbunden sind, der eine Umwälz­ pumpe 46p aufweist und mit einem Bypass 46q in Bezug auf einen Wärmetauscher 46e versehen ist, an welchem das über den Sammel­ kanal 46c gesammelte Kühlgas gekühlt werden kann. Der Wärme­ tauscher 46e ist dafür an eine Lieferquelle 46f für ein Kühlmittel angeschlossen, das durch einen Kühlmittelkreislauf 46g fließt, wobei dieser Kühlmittelkreislauf ebenfalls mit einem Bypass 46h vesehen ist, der mit mehreren Passagen unterschiedlichen Durch­ messers ausgebildet wird, um damit den Massenfluß des Kühlmittels auf unterschiedliche Werte regeln zu können.

Durch die Eingliederung der für eine Zwangskühlung der Stahlteile vorgesehenen Einrichtung 46 kann die Kühlung der zuvor in der Aufkohlungszone 20 aufgekohlten Stahlteile innerhalb der Kühlungs­ zone 22 auf eine Kühlungsrate von etwa 108°C bis etwa 30°C pro Minute erhöht werden, was gegenüber der herkömmlichen Kühlungsrate von etwa 6°C pro Minute eine doch sehr beträchtliche Steigerung ergibt. Es werden daher auch nur etwa 4 bis 11 Minuten benötigt, um die Stahlteile von der für das Aufkohlen eingehaltenen Tempera­ tur von etwa 900° bis 950°C auf etwa 500°C zu kühlen. Wegen dieser durch die Zwangskühlung somit relativ kurzen Aufenthalts­ dauer der Stahlteile innerhalb der Kühlungszone 22 kann damit auch auf ein Abschrecken der Stahlteile im Anschluß an ihre Aufkohlung verzichtet werden, was somit den Vorteil der Verhinde­ rung einer Verformung der Stahlteile ergibt.

Die vorerwähnte Druckregeleinrichtung 48 umfaßt neben dem vorer­ wähnten Druckreduzierventil 44f, welches entweder unmittelbar nach der Überführung der Stahlteile in die Kühlungszone 22 auf einen vorbestimmten Wert über eine vorbestimmte Zeitdauer einge­ stellt werden kann oder welches durch einen eigenen Drucksensor innerhalb der Kühlungszone gesteuert wird, eine Druckeinrichtung 50, welche primär eine Lieferquelle 50a für ein Endogas umfaßt. Mit dem durch die Lieferquelle 50a der Druckeinrichtung an einen Einlaßkanal 50b gelieferten Endogas wird das eigentliche Aufkoh­ lungsgas bereitgestellt, das somit auch in die Kühlungszone 22 überführt wird. Der Einlaßkanal 50b ist dafür mit einem Druckver­ stärker 50c, einem Regelventil 50d zur Regulierung des Massen­ flusses des Endogases durch den Einlaßkanal 50b, und einem Druck­ speicher 50e versehen, welcher ein Sicherheitsventil 50f zur Begrenzung des Speicherdruckes für das Endogas auf einen vorbe­ stimmten Wert versehen ist. Weiterhin ist an dem Druckspeicher 50e ein Drucksensor 50g für die Anzeige des Speicherdruckes an einem Meßgerät 50h und ein Sauerstoffsensor 50i angeschlossen, welcher die Sauerstoffdichte innerhalb des Druckspeichers erfaßt. Durch einen direkten Anschluß des Druckspeichers 50e an die Kühlungszone 22 wird der dafür aufrecht erhaltene Kammerdruck verstärkt.

Durch die Druckregeleinrichtung 48 wird somit unter Mitwirkung des Druckreduzierventils 44f bezweckt, daß beim Überführen der Stahlteile aus der Aufkohlungszone 20 eine deshalb unerwünschte Druckerhöhung innerhalb der Kühlungszone 22 auftritt, weil mit einem zu großen Kammerdruck in der Kühlungszone die Qualitäts­ eigenschaften der zuvor aufgekohlten Stahlteile nachteilig beein­ flußt werden könnten. Es ist dabei vorauszusetzen, daß bei der Überführung der Stahlteile in die Kühlungszone das Kühlgas in die Aufkohlungszone überströmt und dabei die Dichte des Aufkohlungs­ gases innerhalb der Aufkohlungszone verändern könnte, was somit unter Mitwirkung dieser Druckregeleinrichtung verhindert wird. Andererseits wird unter Mitwirkung der Druckeinrichtung 50 auch verhindert, daß bei dem Temperaturabfall der Stahlteile während der Zwangskühlung in der Kühlungszone 22 auch ein Druckabfall auftritt, so daß damit auch jede Explosionsgefahr in der Kühlungs­ zone verhindert wird, deren Ursache auf eine Leckage des Aufkoh­ lungsgases in der Aufkohlungszone oder auch auf ein Eindringen von Sauerstoff in die Kühlungszone zurückzuführen wäre. Es ver­ steht sich, daß ähnlich wie das Druckreduzierventil 44f auch die Druckeinrichtung 50 für ein Arbeiten über eine vorbestimmte Zeitdauer eingestellt sein kann oder dafür eine Steuerung mittels desselben oder mittels eines weiteren Drucksensors mit einer Anordnung innerhalb der Kühlungszone 22 vorgesehen wird.

In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Druckregel­ einrichtung gezeigt. Die Druckregeleinrichtung 52 benutzt als Kühlgas das durch Kühlung erhaltene Aufkohlungsgas und weist dafür einen Umlaufkanal 52a auf, welcher an den Blaskanal 46b und an den Sammelkanal 46c für das Kühlgas angeschlossen ist. Der Umlaufkanal ist mit einem Gebläse 52b und einem Wärmetauscher 52c versehen, welcher das über den Sammelkanal 46c gesammelte Kühlgas erneut kühlt, bevor es dem Blaskanal 46b zugeführt wird. Die Druckregeleinrichtung 52 ist daneben mit einer Gasauslaßleitung 52e der Kühlungszone 22 ausgebildet, welche ein Auslaßventil 55d aufweist, das durch eine Steuereinrichtung in der Ausbildung eines in der Kühlungszone angeordneten ersten Druckschalters 52f gesteuert wird. Weiterhin ist an den Umlaufkanal 52a ein Reserve­ speicher 52g für das Kühlgas über eine Anschlußleitung 52h ange­ schlossen, wobei der Reservespeicher mit einem zweiten Druckschal­ ter 52i und einer Gaseinlaßleitung 52l versehen ist, die ein Einlaßventil 52j und eine Druckpumpe 52k aufweist, um unter Mitwirkung des zweiten Druckschalters den Reservespeicher mit dem Kühlgas unter einem vorbestimmten Druck füllen zu können. Die Anschlußleitung 52h des Reservespeichers 52g an den Umlaufkanal 52a der Druckregeleinrichtung ist im übrigen in eine erste Zweig­ leitung 52n für die Zuleitung einer großen Masse des Kühlgases unter Vermittlung eines Lieferventils 52m und in eine zweite Zweigleitung 52p für die Zuleitung einer kleinen Masse des Kühl­ gases unter Vermittlung eines Lieferventils 52o aufgeteilt, wobei die beiden Ventile durch die Steuereinrichtung 52f respektive den damit verbundenen ersten Druckschalter in der nachfolgend näher beschriebenen Weise gesteuert werden.

Mit dem ersten Druckschalter 52f wird immer dann das Auslaßventil 52d geöffnet, wenn der Kammerdruck der Kühlungszone 22 einen oberen Grenzwert L1 erreicht. Wenn andererseits der Kammerdruck in der Kühlungszone 22 erniedrigt wird und sich einem unteren Grenzwert L3 nähert, der im Gegensatz zu dem positiven oberen Grenzwert L1 ein negativer Druckwert ist, dann wird dabei durch den Druckschalter 52f das Auslaßventil 52d geschlossen und gleich­ zeitig das Lieferventil 52n für die Einlaßmöglichkeit einer großen Masse des Kühlgases geöffnet. Dieses Lieferventil 52n wird durch den Druckschalter 52f wieder geschlossen, sobald der Kammer­ druck in der Kühlungszone 22 einen mittleren Druckwert L2 erreicht, der einen minimalen positiven Druckwert darstellt. Durch den Druckschalter 52f wird alternativ das Lieferventil 52o für den Einlaß einer kleinen Masse des Kühlgases geöffnet, wenn der Kammerdruck in der Kühlungszone eine ansteigende Tendenz von einem Druckwert nur etwas niedriger als der mittlere Druckwert L2 aufweist.

Durch den zweiten Druckschalter 52i wird ein Öffnen des Liefer­ ventils 52j immer dann gesteuert, wenn der Druck in dem Reserve­ speicher 52g reduziert wird. Das Lieferventil 52j bleibt anderer­ seits geschlossen, solange der Reservespeicher 52g unter einem vorbestimmten Gasdruck steht.

Aus der grafischen Darstellung der Fig. 4 und 5 ist ableitbar, daß vor der Überführung der in der Aufkohlungszone 20 aufgekohl­ ten Stahlteile in der Kühlungszone 22 ein Kammerdruck mit dem mittleren Druckwert L2 vorherrscht. Sobald nun für das Überführen der Stahlteile die Tür zwischen den beiden Kammern geöffnet wird, findet eine sehr rasche Erhöhung des Kammerdruckes in der Kühlungs­ zone 22 statt, wobei diese Druckerhöhung den oberen Grenzwert L1 bei weitem überschreitet, weil bei diesem Öffnen der Verbindungs­ tür eine plötzliche Erwärmung der für die Kühlungszone gesteuer­ ten Atmosphäre stattfindet. Um diese Druckerhöhung abzubauen, wird daher zunächst durch den Druckschalter 52f das Auslaßventil 52d geöffnet. Sobald nun die Stahlteile in die Kühlungszone überführt sind und die Verbindungstür zwischen den beiden Kammern wieder geschlossen ist, findet eine relativ rasche Druckerniedri­ gung statt, die schließlich ein Unterschreiten des unteren Grenz­ wertes L3 ergibt. Wenn der untere Grenzwert L3 des Kammerdruckes erreicht wird, wird durch den Druckschalter 52f ein Schließen des Auslaßventils 52d gesteuert und gleichzeitig ein Öffnen des Lieferventils 52m, so daß ab diesem Zeitpunkt eine große Masse des Kühlgases über den Blaskanal 46b in die Kühlungszone 20 zugelie­ fert wird. Der Kammerdruck wird damit also wieder auf den Mittel­ wert L2 eingepegelt, der dann über die Zeitdauer der Kühlung der Stahlteile bei wieder geschlossenem Lieferventil 52m gehalten wird. Während der Kühlung der Stahlteile in der Kühlungszone 22 findet nun auch eine Verringerung des Kammerdruckes statt, so daß zur Beibehaltung des Mittelwertes das Lieferventil 52o wiederholt kurzfristig geöffnet und dann wieder geschlossen wird, damit über die Einlaßleitung 52p wiederholt kleine Massen des Kühlgases in die Kühlungszone 22 angeliefert werden können. Es versteht sich, daß für diese Anlieferung zunächst einer großen Masse und später von wiederholt kleinen Massen des Kühlgases der Reservespeicher 52g allmählich geleert wird, so daß zu einem geeigneten Zeitpunkt durch den zweiten Druckschalter 52i das Lieferventil 52j geöffnet werden muß, damit unter Vermittlung der Druckpumpe 52k wieder neues Kühlgas in den Reservespeicher nachgefüllt werden kann und das nachgefüllte Kühlgas dabei dann auch auf einen gewünschten Speicherdruck gebracht wird, der für die gesamte Behandlungsdauer beibehalten wird. Es versteht sich auch, daß anstelle der beiden Zweigleitungen 52n und 52p auch zwei getrennte Leitungen vorge­ sehen werden können, um einen entsprechenden Anschluß des Reserve­ speichers an den Umlaufkanal 52a der Druckregeleinrichtung 52 zu erhalten.

Die hinter der Kühlungszone 22 folgende Wiederaufwärmezone 24 ist dafür vorgesehen, das Metallgefüge der Stahlteile zu einem auste­ nitischen Gefüge zu verfestigen. In der Wiederaufwärmezone 24 sind dafür wieder elektrische Heizrohre 34 vorgesehen, welche die Kammertemperatur auf etwa 850° bis 870°C erhöhen, wobei eine Oxydation und Entkohlung der Stahlteile damit verhindert wird, daß über einen Einlaß 40C das auch für die Aufwärmkammer 18 und die Aufkohlungskammer 20 benutzte umgewandelte Gas und über einen Einlaß 54C das aus der Lieferquelle 50a der Druckeinrichtung 50 zur Verfügung stehende Endogas zugeleitet wird. Außerdem sind auch hier wieder ein Ventilator 36, ein Thermoelement 38 und ein Probenrohr 42 mit denselben Funktionen wie bei den Kammern 18 und 20 vorgesehen.

Die Abkühlungskammer 26 ist der nachfolgenden Nitrierkammer 28 in der Absicht vorgeschaltet, damit die Stahlteile nach dem Verlas­ sen der Wiederaufwärmezone 24 auf etwa 820° bis 840°C abzukühlen. Dafür ist die Kammer ebenfalls wieder mit elektrischen Heizrohren 34, einem Ventilator 36, einem Thermoelement 38, einem Einlaß 40D für umgewandeltes Gas, einem Einlaß 54D für Endogas und einem Probenrohr 42 versehen. Zusätzlich ist an die Abkühlungskammer 26 noch eine Liefereinrichtung 56D für Ammoniakgas angeschlossen, das von einer Lieferquelle 56a über eine Einlaßleitung 56b ange­ liefert wird, welche für eine Regelung unterschiedlicher Liefer­ mengen des Ammoniakgases mit mehreren Zweigleitungen 56c unter­ schiedlichen Durchmessers und je einem Absperrventil versehen ist. Das Ammoniakgas erfährt somit in der Wiederaufwärmezone 26 eine Vermischung mit dem über den Einlaß 40D zugeleiteten umge­ wandelten Gas und/oder mit dem über den Einlaß 54D zugeleiteten Endogas, was zur Folge hat, daß in der Abkühlungskammer eine karbonitrierende Gasatmosphäre ausgebildet wird, mit welcher somit die Stahlteile bei der vorerwähnten Temperatur von etwa 820° bis 840°C karbonitriert werden.

In diesem Zusammenhang soll der Hinweis eingefügt werden, daß die Beibehaltung der niedrigeren Temperatur von etwa 820° bis 840°C den Umstand berücksichtigt, daß bei dieser Temperatur das dem Endogas beigemischte Ammoniakgas in Stickstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Andererseits wird bei dieser Temperatur das Metall­ gefüge der Stahlteile nicht zu einem autenitischen Gefüge ver­ festigt, weil dafür Temperaturen von etwa 850° bis 870°C benötigt werden. Die in der Abkühlungskammer 26 beibehaltene Atmosphäre ist daher eine ideale Vorstufe für das nachfolgende Nitrieren der Stahlteile in der Nitrierzone 28, für welche die Beibehaltung derselben Temperatur von etwa 820° bis 840°C gesteuert wird, wofür wieder elektrische Heizrohre 34, ein Ventilator 36, ein Thermoelement 38, ein Einlaß 40E für umgewandeltes Gas, ein Einlaß 54E für Endogas, ein Probenrohr 42 und sehr wesentlich eine eigene Liefereinrichtung 56E für Ammoniakgas vorgesehen sind.

Die durch eine Verbindungstür 14 gegen die Nitrierkammer 28 abgetrennte Entnahmekammer 30 soll einen Druck- und Temperatur­ abfall in der Nitrierkammer verhindern, bevor die nitrierten Stahlteile über eine Auslaßtür 14 dem externen Vorratsspeicher 32 für Salz übergeben werden. Auch die Entnahmekammer 30 ist daher mit elektrischen Heizrohren 34 und einem Thermoelement 38 versehen.

Die Wiederaufwärmekammer 24 ist über einen ersten Bypass 58 mit einem Absperrventil 58a an die Abkühlungskammer 26 angeschlossen, welche ihrerseits über einen zweiten Bypass 60 ebenfalls mit einem Absperrventil 60a an die Nitrierkammer 28 angeschlossen ist. Ein dritter Bypass 62 Mit einem Absperrventil 62a verbindet die Nitrierkammer 28 mit der Auslaßkammer 30. An die Wiederauf­ wärmekammer 24 ist außerdem eine Auslaßleitung 64 mit einem Absperrventil 64a angeschlossen, über welche das für diese Kammer benutzte Aufkohlungsgas abgeleitet werden kann. Auch die Abküh­ lungskammer 26 und die Entnahmekammer 30 sind mit entsprechenden Auslaßleitungen 66 und 68 mit je einem Absperrventil 66a bzw. 68a versehen, um das für diese Kammern benutzte Karbonitriergas nach außen abführen zu können.

Mit dem Schaubild der Fig. 6 ist der Temperaturverlauf der Wärme­ behandlung in den einzelnen Zonen der Vorrichtung gezeigt. In Übereinstimmung mit den vorstehenden Hinweisen werden die Stahl­ teile also zunächst in der Aufwärmkammer 18 auf etwa 800° bis 900°C erwärmt und werden während ihres Transports durch die Aufkohlungskammer 20 bei einer Temperatur von etwa 900° bis 950°C gehalten. In der anschließenden Kühlungskammer 22 wird eine Temperaturerniedrigung auf etwa 300° bis 500°C gesteuert, worauf sich wieder eine Temperaturerhöhung auf etw 870°C innerhalb der Aufwärmkammer 24 anschließt. Danach werden die Stahlteile in der Abkühlungskammer 26 auf etwa 820° bis 840°C gekühlt und mit dieser Temperatur in der Nitrierkammer 28 nitriert, um schließlich mit Salz auf etwa 210° bis 230°C abgeschreckt zu werden.

Für die beiden Kammern 24 und 26 ist bezüglich der dafür benutzten Gasvolumina vorauszusetzen, daß das über den Einlaß 40C in die Wiederaufwärmekammer 24 angelieferte Aufkohlungsgas und/oder das über den Einlaß 54C angelieferte Endogas mit einem Volumen V1 größer als das Gesamtvolumen V2 der Gasmengen angeliefert wird, die über die korrespondierenden Einlässe 40D und 54D in die Abkühlungskammer 26 zugeleitet werden und dabei noch eine Ergän­ zung mit dem durch die Liefereinrichtung 56D angelieferten Ammoniak­ gas erfahren. Wegen des größeren Gasvolumens in der Wiederaufwärme­ kammer 24 strömt daher das Aufkohlungsgas in die Abkühlungskammer 26 über, sobald die Verbindungstür 14 des betreffenden Übergangs 25 geöffnet wird, während ein analoges Überströmen alternativ auch über den ersten Bypass 58 erhalten werden kann, wenn statt dessen das Absperrventil 58a geöffnet wird. Mit den Einlässen 40C und 54C sind daher Vorkehrungen getroffen, die eine Luftströmung der Gasmengen in Richtung der Abkühlungskammer 26 ergeben, wobei diese Luftströmung wie gesagt durch das für die Wiederaufwärme­ kammer 24 benutzte größere Gesamtvolumen der über diese Einlässe zugeleiteten Gasmengen erreicht wird. Damit kann umgekehrt davon ausgegangen werden, daß für das in die Abkühlungskammer 26 zuge­ leitete Ammoniakgas durch diese Luftströmung eine Abschirmung gegen die Wiederaufwärmekammer 24 erhalten wird, die also ein Zurückströmen des Ammoniakgases auch bei geöffneter Verbindungs­ tür 14 verhindert, so daß damit auf jede nachteilige Qualitätsbe­ einflussung der Stahlteile verhindert wird, die sonst auf die Anwesenheit von Stickstoff in der Wiederaufwärmezone zurückzu­ führen wäre. Das für die Wiederaufwärmekammer 24 benutzte größere Gasvolumen kann dabei entweder über eine Vergrößerung des Gas­ druckes innerhalb der Kammer 24 im Vergleich zu der Kammer 26 erhalten werden oder auch durch eine Vergrößerung des Kammervolu­ mens, wobei im letzteren Fall für beide Kammern der gleiche Gasdruck beibehalten wird, unter welchem die einzelnen Gasmengen in die Kammern zugeleitet werden.

Solche unterschiedlich großen Gesamtvolumina der in Frage stehen­ den Gasmengen werden auch im Verhältnis der Abkühlungskammer 26 zu der nachfolgenden Nitrierkammer 28 vorgegeben. Das somit gegenüber der Abkühlungskammer 26 geringere Gesamtvolumen V3 der in die Nitrierkammer 28 zugeleiteten Gasmengen verhindert daher ebenfalls, daß das zum Nitrieren benutzte Ammoniakgas aus der Nitrierkammer zurück in die Abkühlungskammer strömt, wenn die Verbindungswand 14 zwischen den beiden Kammern oder alternativ das Absperrventil 60a im zweiten Bypass 60 geöffnet ist. Weil schließlich auch bezüglich der Entnahmekammer 30 dieselbe Vor­ kehrung getroffen ist, kann damit eine optimale Nutzung der verschiedenen Gasmengen erhalten werden, die für die einzelnen Behandlungszonen zwischen der Aufwärmkammer 18 und der Entnahme­ kammer 30 benutzt werden. Dabei versteht sich, daß das kleinere Gesamtvolumen V3 der für die Nitrierkammer 28 benutzten Gasmengen wieder mit denselben Maßnahmen erhalten werden kann, die auch für das seinerseits gegenüber der Wiederaufwärmekammer 24 kleinere Gesamtvolumen V2 der für die Abkühlungskammer 26 benutzten Gas­ mengen durchgeführt werden.

Für das aufeinanderfolgende Überführen der Stahlteile aus der Kammer 24 über die Kammer 26 in die Kammer 28 ist grundsätzlich davon auszugehen, daß bei geschlossener Verbindungstür 14A zu der Kammer 24 die Verbindungstür 14B der Abkühlungskammer 26 gegen die Nitrierkammer 28 geöffnet wird, sobald die Stahlteile inner­ halb der Abkühlungskammer die niedrigere Temperatur von 820° bis 840°C angenommen haben. Nach dem Weitertransport der Stahlteile in die Nitrierkammer 28 wird dann die Verbindungstür 14B wieder geschlossen. In der Abkühlungskammer 26 kommt es daher vorüber­ gehend zu einer plötzlichen Erhöhung der Restmenge des Ammoniak­ gases, was durch die erste Kurvenspitze des in Fig. 7 gezeigten Schaubildes verdeutlicht ist, wobei aber diese vergrößerte Rest­ menge des Ammoniakgases mit der Zeit wieder abgebaut wird, weil sich das Ammoniakgas in Stickstoff und Wasserstoff zerlegt. Eine entsprechende Vergrößerung der Restmenge des Ammoniakgases gemäß der zweiten Kurvenspitze des Schaubildes in Fig. 7 findet dann statt, wenn nach der abgeschlossenen Überführung der Stahlteile aus der Wiederaufwärmekammer 24 in die Abkühlungskammer 26 fri­ sches Ammoniakgas durch die Liefereinrichtung 56D an die Kammer 26 angeliefert wird. Bis zum Zeitpunkt des wiederholten Öffnens der Verbindungstüre 14B zerfällt dann wieder eine Teilmenge des Ammoniakgases in Stickstoff und Wasserstoff, sodaß sich die Restmenge des Ammoniakgases wieder erniedrigt. Beim anschließend wiederholten Öffnen und Schließen der Verbindungstür 14A wird dann wieder eine Vergrößerung der Restmenge des Ammoniakgases erhalten, wenn für ein Nitrieren der dabei in die Abkühlungs­ kammer 26 überführten Stahlteile wieder frisches Ammoniakgas zugeleitet wird, was mit der weiteren Kurvenspitze des Schaubildes der Fig. 7 gezeigt wird. Das Schaubild zeigt nun auch, daß sich die Restmenge des Ammoniakgases in der Abkühlungskammer 26 ständig erhöht, wenn nicht zwischen den zeitlich aufeinanderfolgenden Vergrößerungen der Restmenge des Ammoniakgases eine Vorkehrung zur Abführung des Ammoniakgases getroffen wird. Diese Vorkehrung ist mit dem Anschluß einer Auslaßleitung 66 an die Abkühlungs­ kammer 26 erkennbar, wobei die Auslaßleitung ein Absperrventil 66a aufweist, das somit kurzfristig geöffnet und wieder geschlos­ sen werden kann, sobald die Verbindunstür 14B zu der Nitrierkammer 28 geschlossen ist und mit dem Überführen der Stahlteile aus der Wiederaufwärmekammer 24 noch nicht begonnen wird. Das Ausspülen einer unerwünscht größeren Teilmenge des Ammoniakgases aus der Abkühlungskammer 26 bei geöffnetem Absperrventil 66a der Auslaß­ leitung 66 wird dabei durch die vermehrte Zuleitung von Endogas über den Einlaß 54D derart gesteuert, daß nach jedem wiederholten Überführen der Stahlteile in der Abkühlungskammer 26 im wesent­ lichen wieder dieselbe Restmenge des Ammoniakgases vorhanden ist, die ursprünglich vor dem vorhergehenden Überführen der Stahlteile in die Nitrierkammer 28 vorhanden war. Es kann somit vorausgesetzt werden, daß für die Abkühlungskammer 26 und damit auch für die Nitrierkammer 28 eine ständig unveränderte Behandlungsatmosphäre aufrecht erhalten wird, sodaß dadurch beim Nitrieren der Stahl­ teile keine Qualitätsnachteile erhalten werden. In Verbindung mit diesen Hinweisen soll hier noch festgehalten werden, daß die Zwischenschaltung einer besonderen Abkühlungskammer 26 zwischen die Wiederaufwärmekammer 24 und die Nitrierkammer 28 nicht unbe­ dingt erforderlich ist, jedoch müßte dann bei einem Wegfall dieser besonderen Abkühlungskammer 26 deren Auslaßleitung 66 mit dem Absperrventil 66a einen Anschluß an die Nitrierkammer 28 erfahren, um eine dafür dann vergleichbar auftretende ständige Vergrößerung der Restmenge des Ammoniakgases mit einer entsprechen­ den Steuerung zu verhindern.

Aus dem Querschnitt der Aufkohlungskammer 20 gemäß Fig. 7 ist ableitbar, daß die für den Transport der Stahlteile B durch die einzelnen Behandlungszonen des Ofens 10 verwendete Transportein­ richtung mit Antriebsrollen 70 ausgebildet sein kann, welche durch Lagerbuchsen gelagert sind und für einen gemeinsamen An­ trieb an der Außenseite des Ofens nach außen über die Kammerwände 20a vorstehen. Aus dem Querschnitt der Fig. 8 ist auch ableitbar, daß die bei jeder Kammer für die Temperaturüberwachung benutzten Thermoelemente 38 paarweise vorgesehen sind und eine aufrechte Anordnung in dem Zwischenraum zwischen den ebenfalls paarweise angeordneten elektrischen Heizrohren 34 aufweisen, wobei sowohl die Thermoelemente wie auch diese Heizrohre durch sorgfältig abgedichtete Einstecköffnungen der Kammerwand 20a für eine in die jeweilige Behandlungszone vorstehende Anordnung hindurchgesteckt sind.

Eine weitere entsprechend dichte Steckanordnung ist für zwei Schutzrohre 72A und 72B vorgesehen, die mit einer geneigten Anordnung gegeneinander ausgerichtet sind. An diesen Schutzrohren sind photoelektrische Schalter 74 mit einem Projektor 74a und einem Empfänger 74b angeordnet, die somit eine Anwesenheit der Stahlteile mit einer Unterbrechung des Lichtstrahls anzeigen, der bei Abwesenheit der Stahlteile von dem Empfänger 74b empfangen wird. Über den Hohlraum 72a dieser Schutzrohre wird andererseits ein Inertgas in das Innere der Kammer 20 zugeleitet, wobei diese Inertgas von einer zugeordneten Lieferquelle 76a eines Lieferan­ ten 76 über eine Anschlußleitung 76b angeliefert wird, in welcher ein Absperrventil 76c angeordnet ist. Das Absperrventil 76c wird bei jedem Lieferanten 76 durch einen Zeitgeber 76d gesteuert, der das Absperrventil für die Zuleitung einer vorbestimmten Gasmenge bspw. über 5 Sekunden geöffnet hält, wobei dafür der Zeitgeber für die Verhältnisse der Aufkohlungskammer 20 entweder ein Signal S1 nach jeder Beendigung der Überführung der Stahlteile in die Kammer 20 oder ein Signal S2 erhält, mit welchem auch das Öffnen der Verbindungstür mit der Kühlungskammer 22 gesteuert wird. Mit der Zuleitung von Inertgas in das Innere der Kammer 20 wird ein Ausspülen von Fremdstoffen bezweckt, die sich in der Kammer mit der Zeit ansammeln können, wobei zur Optimierung dieser Maßnahme mit der Zuleitung des Inertgases erst dann begonnen wird, wenn nach der Überführung der Gegenstände in die Kühlungskammer 22 die Verbindungstür 14 wieder geschlossen ist. Die Zuleitung des Inertgases und damit das Ausspülen der Aufkohlungskammer 20 wird dann anschließend durchgeführt, solange die Verbindungstür 14 mit der Aufwärmkammer 18 geöffnet ist. Ein wiederholtes Ausspülen der Kammer 20 findet andererseits dann statt, wenn nach dem Schließen dieser Verbindungstür mit der Aufwärmekammer 18 die Stahlteile in die Kammer 20 überführt werden und bei dieser Überführung schließ­ lich von den Überwachungseinrichtungen 74 das Signal S1 über die Beendigung des Transportes der Stahlteile erhalten wird. Mit diesem Signal wird somit über eine durch den Zeitgeber 76d vorbe­ stimmte Zeitdauer gesteuerte Zulieferung von Inertgas ausgelöst, wobei sich während der dabei unterhaltenen Ausspülung der Aufkoh­ lungskammer die Verbindungstür zu der Aufwärmkammer 18 wieder schließt.

Als Inertgas zum Ausspülen der Aufkohlungskammer 20 wird vorzugs­ weise Stickstoff verwendet, jedoch kann auch beispielsweise Argon oder Helium verwendet werden sowie auch ein Karbonitriergas, sofern dabei vorausgesetzt ist, daß mit dem benutzten Gas die Wärmebehandlung der Stahlteile insbesondere während des späteren Nitrierens nicht benachteiligt wird. Die mit den Zeitgebern 76d vorgegebene Zeitdauer für das Ausspülen der Aufkohlungskammer 20 kann auch andere Zeitwerte annehmen, sofern dabei vorausgesetzt werden kann, daß mit einer unterschiedlichen Ausspülzeit die Dichte der für die Kammer gesteuerten Schutzatmosphäre nicht benachteiligt wird. Schließlich kann auch die Überwachungsein­ richtung mit den gegenüberliegenden photoelektrischen Schaltern 74 durch eine andere Ausbildung ersetzt werden, so bspw. durch einen photoelektrischen Schalter, der mit reflektierendem Licht arbeitet, womit dann auch der Vorteil erhalten würde, daß auf die Anordnung eines zweiten Schutzrohres verzichtet werden kann. Schließlich versteht sich, daß die Schutzrohre zweckmäßig an einem für das Ausspülen der Kammer strategisch günstigen Stelle angeordnet und dabei gleichzeitig auch mit einer Ausbildung versehen werden, welche das Inertgas auch in weiter entfernte Kammerbereiche ausströmen läßt, wobei für eine optimale Wirkung des Ausspülvorganges auch die zu den Schutzrohren relative Anord­ nung und Ausbildung der Probenrohre 42 maßgebend ist, mit denen die Schutzatmosphäre innerhalb jeder Kammer überwacht wird.

Diese Probenrohre 42 weisen gemäß der vergrößerten Darstellung in Fig. 10 eine rechtwinklig zu der Rohrachse ausgebildete Anschluß­ leitung 42a auf und enthalten einen Kolben 42b, an dessen Ende ein Reiniger 42c angeordnet ist. Durch ein axiales Verschieben des Kolbens 42b kann also mit dem Reiniger 42c das Probenrohr 42 gereinigt werden. Mit dieser Ausbildung ist es anders als bei dem herkömmlich mit einem L-förmigen Ende ausgebildeten Probenrohren möglich, diese Reinigung auch während des Betriebs der Vorrichtung also nicht nur in deren Stillstand durchzuführen, womit eine weitere Vorkehrung dafür getroffen ist, eine verbesserte Qualität für die Wärmebehandlung der Stahlteile zu erhalten, indem die Schutzatmosphäre innerhalb der einzelnen Kammern im Betrieb der Vorrichtung mittels fehlerfreier Probenrohre überwacht wird. Mit den Probenrohren kann daher auch frühzeitig die Anwesenheit von Fremdstoffen insbesondere innerhalb der Aufkohlungskammer 20 ermittelt werden, so daß damit auch das Ausspülen mit dem Inertgas entsprechend optimiert werden kann.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 11 bis 13 ist für die Kühlungs­ kammer 22 davon auszugehen, daß der Blaskanal 46b über welchen das Kühlgas zugeführt wird, unterhalb der Transportrollen 70 angeordnet ist, so daß also die in der Kammer angeordneten Stahl­ teile B von unten her mit dem Kühlgas angeblasen werden. Der Blaskanal 46b ist mit fünf koaxial angeordneten Rohren ausgebildet, von denen das Außenrohr 46i eine Wandberührung mit einer Einlaß­ kammer hat, die über einen konischen Einlaßstutzen an den für die Zuleitung des Kühlgases maßgeblichen Umlaufkanal 78 angeschlossen ist. Das Innenrohr 46j des Blaskanals 46b steht gegen diesen Anschluß und damit die Zuströmseite des Kühlgases axial weiter vor als das Außenrohr 46i, wobei der axiale Abstand zwischen den beiden Rohren über die dazwischen angeordneten Rohre abgestuft wird. Die inneren Enden aller Rohre des Blaskanals 46b sind andererseits in einer gleichen Horizontalebene angeordnet, die somit parallel zu der Transportebene für die Stahlteile B verläuft. Mit dieser Ausbildung des Blaskanals 46b wird erreicht, daß das Kühlgas über das Innenrohr 46j mit einer größeren Strömungsge­ schwindigkeit und damit auch mit einer größeren Masse in das Innere der Kühlungskammer 22 zugeleitet wird als über das Außen­ rohr 46i, so daß mit dieser Maßnahme die gleichförmige Zwangsküh­ lung der Stahlteile gefördert wird, indem die Stahlteile zu ihrem Massenmittelpunkt hin einer intensiveren Kühlung ausgesetzt werden als an der mit dem Außenrohr angeblasenen Oberfläche. Mit dieser Ausbildung des Blaskanals 46b ist somit auch gewährleistet, daß sich die Stahlteile während der Zwangskühlung kaum verformen können. In Fig. 14 ist hierzu noch gezeigt, daß die Einzelrohre des Blaskanals 46b zweckmäßig einen elliptischen Querschnitt auf­ weisen, um damit diese für die Mitte der Kühlungskammer größere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases zu erhalten. Diese in der Mitte größere Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich dabei sowohl senkrecht zu der Transportebene der Stahlteile und damit in der axialen Ausrichtung des Blaskanals 46b als auch in der Transport­ richtung selbst, was mit den beiden Geschwindigkeitskurven des Schaubildes der Fig. 14 verdeutlicht ist.

Der Sammelkanal 46c weist eine mit dem Blaskanal 46b im wesent­ lichen übereinstimmende Ausbildung mit einzelnen koaxial angeordne­ ten Rohren auf, von welchen das dem Innenrohr 46j des Blaskanals gegenüberliegende Innenrohr 46m aber unterschiedlich zu dem Blaskanal gegen den Transportweg für die Stahlteile weiter vor­ steht als das Außenrohr 46l. Diese verschieden großen Abstände der Mündungen wird auch für die dem Transportweg abgewandte Seite eingehalten, so daß also das Innenrohr 46m über die Decke 46k der Kühlungskammer 22 weiter nach oben vorsteht als das Außenrohr 461. Damit wird für den Anschluß des Sammelkanals 46c an den Umlaufkanal 78 für das Kühlgas eine Vorkehrung getroffen, welche ein Einsammeln des Kühlgases aus der Kühlungskammer 22 durch eine Abstimmung der Absaugverhältnisse auf die Einblasverhältnisse für das Kühlgas optimiert. Durch das Innenrohr 46m des Sammelkanals 46c wird also für das Einsammeln des Kühlgases aus der Kühlungs­ kammer 22 eine höhere Saugkraft erzeugt als durch das Außenrohr 46l, so daß mit dieser Ausbildung des Sammelkanals eine ebenfalls die gleichmäßige Zwangskühlung der Stahlteile B unterstützende Maßnahme realisiert ist.

Diese Vergleichmäßigung der Zwangskühlung der Stahlteile B wird weiter dadurch gefördert, daß die Kühlungskammer 22 mit festen Wandteilen 80 und beweglichen Wandteilen 84, letztere an der Innenseite der Türen 14, versehen ist, die mit wärmereflektieren­ den Platten ausgebildet sind. Diese festen und beweglichen Wand­ teile begrenzen den Raum zwischen dem Blaskanal 42b und dem Sammelkanal 42c, womit erreicht wird, daß die mit dem Kühlgas verhältnismäßig leichter zu kühlenden Außenbereiche der Stahlteile B einer gewissen Strahlungswärme ausgesetzt sind, die durch das Reflektionsverhalten dieser festen und beweglichen Wandteile erreicht wird. Damit wird ein gewisser Ausgleich zu der verzöger­ ten Kühlung des zentralen Bereichs der Stahlteile geschaffen, was wiederum die Vergleichmäßigung der Kühlung fördert und damit auch jede Verformungsmöglichkeit der Stahlteile erschwert. Die festen und beweglichen Wandteile können bspw. aus rostfreiem Stahl bestehen, der eine hohe Wärmestrahlung ergibt und eine geringe Wärmekapazität entwickelt. Im übrigen ist in Fig. 12 noch gezeigt, daß die Türen 14 der Kühlungskammer 22 durch Hydraulikzylinder 82 bewegbar sind, wobei die an ihrer Innenseite angeordneten beweg­ lichen Wandteile 84 bei geschlossener Tür bis zu der Decke 46k der Kühlungskammer 22 reichen und damit die Sammelwirkung des Sammelkanals 46c unterstützen.

In den Fig. 15 bis 17 ist eine zur Zwangskühlung der Stahlteile vorgesehene Einrichtung 86 mit einer Ausbildung gezeigt, die anders als die Einrichtung 46 noch mit einer besonderen Temperatur­ steuereinrichtung 88 versehen ist. Für die Darstellung der Küh­ lungskammer 22 in den Fig. 15 und 16 ist dabei von denselben Gegebenheiten auszugehen wie für die vorstehend anhand der Fig. 11 bis 13 beschriebene Kühlungskammer, so daß an dieser Stelle auf eine wiederholte Beschreibung der übereinstimmenden Bauteile verzichtet wird. Die zur Zwangskühlung der Stahlteile B vorgesehe­ ne Einrichtung 86 ist nun mit einem ersten Temperatursensor 86a mit einer Anordnung innerhalb des Innenrohres 46j des Blaskanals 46b und mit einem zweiten Temperatursensor 86b innerhalb des Innenrohres 46m des Sammelkanals 46c ausgebildet. Die beiden Temperatursensoren sind mit der Temperatursteuereinrichtung 88 verbunden, welche in Abhängigkeit von den von den Temperatursen­ soren erhaltenen Steuersignalen den Massenfluß des Kühlgases durch den Umlaufkanal 78 steuert, in welchem die Kühlgase durch ein Gebläse 86c zirkuliert werden. Der Umlaufkanal 78 ist dabei in eine erste Zweigleitung 86e mit einem durch die Temperatur­ steuereinrichtung 88 gesteuerten Regelventil 86d und in eine zweite Zweigleitung 86g mit einem ebenfalls durch die Tempertur­ steuereinrichtung 88 gesteuerten Regelventil 86f aufgeteilt, wobei die erste Zweigleitung 86e noch mit einem Kühler 86h ausge­ rüstet ist. In Abhängigkeit davon, wie die beiden Regelventile 86d und 86f durch die Temperatursteuereinrichtung 88 eingestellt werden, wird damit also das aus dem Sammelkanal 46c herangeführte Kühlgas entweder durch den Kühler 86h gekühlt, bevor es an­ schließend an den Blaskanal 46b weitergeleitet wird, oder es bleibt ungekühlt, wenn mit dem Regelventil 86d eine Ausschaltung des Kühlers 86h aus dem Kreislauf der Kühlgase gesteuert ist. In diesem Zusammenhang sollte daher noch interessieren, daß bei der Öffnung der Verbindungstür 14 zwischen der Aufkohlungskammer 20 und der Kühlungskammer 22 eine hohe Temperatur der dann in die Kühlungskammer überführten Stahlteile der niedrigen Temperatur des durch den Umlaufkanal 78 zirkulierten Kühlgases gegenübertritt, so daß mit dem Temperatursensor 86a des Blaskanals 46b ein kleiner Temperaturwert und mit dem Temperatursensor 86b des Sammelkanals 86c ein großer Temperaturwert ermittelt wird. Es wird damit durch die Temperatursteuereinrichtung 88 ein Schließen des Regelventils 86d und ein Öffnen des Regelventils 86f gesteuert, so daß nach dem Schließen der Verbindungstür anfänglich nur ungekühltes Kühlgas über den Blaskanal 46b in die Kühlungskammer zugeleitet wird. Die Kühlung der Stahlteile wird dabei durch die mit den reflektieren­ den Wandteilen 80 und 84 erhaltene Wärmestrahlung vergleichmäßigt. Wenn daher zu einem späteren Zeitpunkt mit den beiden Temperatur­ sensoren etwa gleiche Temperaturwerte erfaßt werden, dann wird durch die Temperatursteuereinrichtung 88 auch das Regelventil 86d geöffnet, womit dann die über den Zweigkanal 86e abgezweigte Teilmenge des zirkulierten Kühlgases durch den Kühler 86h gekühlt wird. In Fig. 17 ist im übrigen noch gezeigt, daß die Einzelrohre des Blaskanals 46b anstelle eines elliptischen Querschnittes auch einen quadratischen Querschnitt aufweisen können, wobei dieser abweichende Querschnitt auch für die einzelnen Rohre des Sammel­ kanals 46c eingehalten werden kann. Schließlich ist noch durch die beiden Schaubilder der Fig. 18 und 19 verdeutlicht, daß diese mit den beiden Regelventilen 86d und 86f unter Einschluß des Kühlers 86h ermöglichte stufenweise Kühlung der Stahlteile B zweckmäßig derart gesteuert wird, daß über eine relativ kurze erste Zeitdauer T1 eine relativ rasche Kühlung der Stahlteile erhalten wird, während über eine längere zweite Zeitdauer T2 die Kühlung der Stahlteile verlangsamt wird. Dadurch ist es im Ver­ gleich zu der herkömmlichen Kühlung möglich, die Gesamtzeit T3 der Kühlung zu verkürzen, was in Fig. 19 mit der Gegenüberstellung der beiden Temperaturkurven gezeigt ist.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Stahlteilen, bestehend aus einer Aufkohlungszone (20), einer Kühlungszone (22) und einer Nitrierzone (28), die in Reihe ausgebildet sind und einen durch Türen (14) voneinander getrennten kontinuierlichen Durchgang für die mittels einer Transporteinrichtung (70) bewegten Stahlteile (B) bilden, wobei die Kühlungszone (22) eine Einrichtung (46, 86) zur Zwangskühlung der Stahlteile aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Einrichtung (46, 86) zur Zwangskühlung der Stahlteile (B) als eine Kühlgas gegen die Stahlteile blasende Einrichtung ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher in der Reihe zwischen der Kühlungszone (22) und der Nitrierzone (28) eine Wiederaufwärmezone (24) vorgesehen ist, um die Stahlteile (B) vor dem Nitrieren mit einem Aufkohlungsgas zu behandeln, wobei die Wiederaufwärmezone (24) über einen Bypass (58, 60) mit der Nitrierzone (28) verbunden ist, damit das Aufkohlungsgas zwischen den beiden Zonen überströmen kann, und wobei in der Wiederaufwärmezone (24) eine Einrichtung (36, 40C, 54C) zur Erzeugung einer Luftströmung vorgesehen ist, damit das Auf­ kohlungsgas wenigstens entweder über eine direkte Verbindung oder über den Bypass (58, 60) zu der Nitrierzone (28) über­ strömen kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Nitrierzone (28) mit einer ersten Einrichtung (56E) für einen Einlaß von Nitriergas und mit einer zweiten Einrichtung (40E, 54E) für einen Einlaß von Aufkohlungsgas in die Nitrierzone versehen ist und eine Auslaßeinrichung (62) aufweist, über welche restliches Ammoniakgas der Nitrierzone nach außen abgeführt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die einzelnen Behandlungszonen (20, 22, 24, 28) in einem tunnelförmi­ gen Ofen (10) ausgebildet sind, wobei in die Ofenwand (20a) Schutzrohre (72A, 72B) eingesetzt sind, an welchen Überwachungs­ einrichtungen (74) für eine Überwachung der Behandlungsatmo­ sphäre innerhalb des Ofens vorgesehen sind und über welche gleichzeitig ein Inertgas in das Innere des Ofens zugeleitet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Kühlungszone (22) mit einer Druckregeleinrichtung (48, 52) für eine Regulierung des Gasdruckes innerhalb der Kühlungszone versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Einrichtung (46, 86) zur Zwangskühlung der Stahlteile (B) innerhalb der Kühlungszone (22) mit einem Blaskanal (46b) und einem Sammelkanal (46c) ausgebildet ist, über welche das Kühlgas gegen die Stahlteile geblasen und von diesen wieder gesammelt wird, wobei jeder Kanal mit mehreren Rohren ausge­ bildet ist und die beiden Kanäle zueinander gegenüberliegend auf verschiedenen Seiten des Transportweges für die Stahlteile angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher als Kühlgas gekühltes Aufkohlungsgas verwendet wird und die Druckregeleinrichtung (52) mit einer ersten Einlaßleitung (52n) für die Zuleitung einer großen Masse des Kühlgases sowie mit einer zweiten Einlaßleitung (52p) für die Zuleitung einer kleinen Masse des Kühlgases in die Kühlungszone (22) ausgebildet ist, wobei ein Drucksensor für eine Messung des Gasdruckes innerhalb der Kühlungszone mit einer Steuereinrich­ tung (52f) verbunden ist, welche die Zuleitung des Kühlgases mit einer kleinen Masse über die zweite Einlaßleitung (52p) steuert, wenn der gemessene Druck innerhalb der Kühlungszone kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und welche die Zulei­ tung des Kühlgases mit einer großen Masse über die erste Einlaßleitung (52n) steuert, wenn der gemessene Druck inner­ halb der Kühlungszone nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher die einzelnen Rohre des Blaskanals (46b) koaxial angeordnet sind und dabei das Innenrohr (46j) in Richtung der Zuströmseite des Kühlgases stromaufwärts weiter vorsteht als das Außenrohr (46i) des Blaskanals.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welcher die einzelnen Rohre des Sammelkanals (46c) koaxial angeordnet sind und dabei das Innenrohr (46m) gegen den Transportweg für die Stahlteile (B) weiter vorsteht als das Außenrohr (46m) des Sammelkanals.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die Einrichtung (86) zur Zwangskühlung der Stahlteile (B) mit einer ersten Einrichtung (86d, 86e, 86h) versehen ist, welche das Kühlgas nach seiner Sammlung durch den Sammelkanal (46c) gekühlt an den Blaskanal (46b) liefert, sowie mit einer zweiten Einrichtung (86f, 86g), welche das durch den Sammel­ kanal (46c) gesammelte Kühlgas ungekühlt an den Blaskanal (46b) liefert, wobei ein wenigstens für den Blaskanal (46b) zur Messung der Temperatur des in die Kühlungszone (22) zuge­ leiteten Kühlgases vorgesehener Temperatursensor (86a) mit einer Temperatursteuereinrichtung (88) verbunden ist, welche die Zuleitung des ungekühlten Kühlgases über die zweite Einrichtung (86f, 86g) steuert, wenn die gemessene Temperatur nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, und welche die Zuleitung des gekühlten Kühlgases über die erste Einrichtung (86d, 86e, 86h) steuert, wenn die gemessene Temperatur größer als ein vorbestimmter Wert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher in der Kühlungszone (22) an der Innenseite von gegenüberliegen­ den Wänden feste Wandteile (80) und an der Innenseite der beiden längs des Transportweges für die Stahlteile (B) hinter­ einander angeordneten Türen (14) bewegliche Wandteile (84) vorgesehen sind, wobei diese festen und beweglichen Wandteile (80, 84) der Kühlungzone den Raum zwischen dem Blaskanal (42b) und dem Sammelkanal (42c) begrenzen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die festen und beweglichen Wandteile (80, 84) mit wärmereflektierenden Platten ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher in der Reihe zwischen der Wiederaufwärmezone (24) und der Nitrier­ zone (28) eine Abkühlzone (26) vorgesehen ist.