DE69510143T2 - Vakuumofen mit bewegbarer Heizzone - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Wärmebehandlungsofen mit Vakuum- oder Schutzatmosphäre, der ein sehr rasches Abkühlen der Beladung in der heißen Zone erlaubt.
• Vakuumöfen sind bereits bekannt. Häufig ist es wünschenswert, Metallteile, insbesondere Stahlteile, im Vakuum wärmezubehandeln. Das Vakuum bildet einen Schutz für die Teile, deren Oberfläche bei hohen Temperaturen mit atmosphärischen Gasen reagieren und verunreinigt werden könnte. Das Vakuum schützt auch die elektrischen Heizelemente im Ofen. Außerdem werden durch Einsatz eines Vakuums bei hohen Temperaturen Wärmeverluste verringert und damit Heizkosten gespart.
• Damit das Metall, das im folgenden als "Beladung" bezeichnet wird, die gewünschten Eigenschaften erhält, ist es in vielen Fällen erforderlich, die Beladung abzuschrecken, um ihre Temperatur rasch herabzusetzen. Wenn Teile an Luft erhitzt werden, kann das Abschrecken mit Wasser, Öl oder geschmolzenem Salz erfolgen.
• Alternativ dazu kann die Beladung bei Erhitzung in einem Vakuumofen aus einer Vakuumkammer in eine gesonderte Kammer, die das Abschreckmittel enthält, bewegt werden. Wenn jedoch eine Beladung aus Stahlteilen auf über ca. 1200ºC erhitzt wird, können die Stahlteile bei der Überführung aus der heißen Zone des Ofens in eine gesonderte Abschreckzone leicht verformt werden.
• Eine andere Technik besteht darin, die Teile mit einem Schwall kaltem Inertgas abzuschrecken, das am Ende der Aufheizphase in den Vakuumofen geleitet wird. Dabei kann die Abschreckung jedoch unzureichend sein, weil zusätzlich zur Beladung auch Teile des Ofens, beispielsweise die Heizelemente, die Isolierung und andere Bauteile der heißen Zone des Ofens abgekühlt werden müssen.
• Eine Technik, unzureichendes Abschrecken im Vakuumofen zu vermeiden, besteht darin, die Beladung vor dem Abschrecken mit Gas aus der heißen Zone herauszunehmen. Dies kann durch den Bau eines Vakuumkessels mit zwei miteinander verbundenen Kammern geschehen. Die heiße Zone ist in der ersten Kammer untergebracht, wo die Beladung erhitzt wird. Nach dem Erhitzen wird die Beladung in eine der ersten Kammer benachbarte zweite Kammer überführt und die Tür zwischen den beiden Kammer geschlossen. Die Beladung wird dann in der zwei ten Kammer mit Gas abgeschreckt. Bei manchen Legierungen sind jedoch Erhitzungstemperaturen erforderlich, die nahe am Schmelzpunkt des Metalls liegen, so daß die Festigkeit der Teile stark verringert ist. Wird die Beladung in diesem Zustand von einer Kammer in eine andere überführt, können sich die Metallteile verformen. Es ist somit wünschenswert, eine Technik bereitzustellen, die das rasche Abschrecken einer Beladung mit Gas erlaubt, ohne daß die Beladung davor aus der heißen Zone herausgebracht werden muß.
• Die beim Abschrecken mit Gas erreichte Abkühlgeschwindigkeit ist eine Funktion des Drucks sowie der Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Um unzureichendes Abschrecken zu vermeiden, wurden Vakuumöfen gebaut, die Überdruck standhalten. Ein typischer Vakuumofen kann bei einem absoluten Druck von bis zu zwei Atmosphären betrieben werden, damit die Stahlteile bei höherem Gasdruck abgeschreckt werden können.
• Es sind auch Vakuumöfen zur Wärmebehandlung entwickelt worden, die bei absoluten Drücken zwischen fünf und zehn Atmosphären arbeiten, um ein noch rascheres Abkühlen zu erreichen, ohne die Beladung zu bewegen. In derartigen Öfen können gegebenenfalls zwei Zoll starke Stahlteile gehärtet werden, während in Öfen, die bei Drücken von bis zu zwei Bar absolut betrieben werden, nur ein Zoll starke Stahlteile gehärtet werden können.
• Es können unschwer Vakuumöfen gebaut werden, die einem Druck von zwei Atmosphären standhalten, d. h. einem Druck, der um eine Atmosphäre über dem normalen Atmosphärendruck liegt. Derartige Öfen werden oft als Zwei-Bar-Öfen bezeichnet. Für einen Zwei-Bar-Ofen können die gleichen Bautechniken eingesetzt werden wie für einen Vakuumofen, der nicht einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck ausgesetzt wird. Wenn jedoch ein Ofen für einen Innendruck von mehr als zwei Bar ausgelegt wird, muß er nach den ASME-Vorschriften für Boiler bzw. Kessel gebaut, inspiziert und zertifiziert werden, was die Herstellungskosten für den Vakuumkessel beträchtlich erhöhen kann.
• Daher ist es wünschenswert, einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung mit höherer Abkühlgeschwindigkeit als bei einem Zwei-Bar-Ofen ohne Auslegung des Ofenmantels auf einen Wert von über zwei Bar zur Verfügung zu stellen.
• Das deutsche Patent 21 02 693 offenbart einen Zweikammer-Vakuumofen mit feststehender Barriere zwischen der Heizkammer und der Kühlkammer.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Vakuumofen und ein verbessertes Verfahren zur Wärmebehandlung zur Verfügung zu stellen.
• Mit der Erfindung wird ein Vakuumofen zur Verfügung gestellt, der folgendes umfaßt: einen Vakuumkessel, eine bewegbare heiße Zone, welche Heizelemente aufweist, wobei die heiße Zone innerhalb des Vakuumkessels zwischen einem Erhitzungsort und einem davon beabstandeten Abkühlort bewegbar ist, Mittel zum Evakuieren des Vakuumkessels, Mittel zum Halten einer Beladung in dem Erhitzungsort des Vakuumkessels, ein Mittel zum Abstrahlen eines Kühlgases in Richtung der Beladung, Mittel zum Zurückziehen der Heizelemente aus dem Erhitzungsort zu dem Abkühlort, bevor das Kühlgas abgestrahlt wird, und ein Tor, das Wärmeisoliermaterial enthält und das zwischen einer Position, in der es sowohl zu dem Erhitzungs- als auch zu dem Abkühlort beabstandet ist, und einer Position, die zwischen dem Erhitzungs- und dem Abkühlort liegt, bewegbar ist.
• Mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Metall durch schnelles Gasabschrecken zur Verfügung gestellt, das folgende Schritte enthält: Bereitstellen eines Vakuumkessels mit einer heißen Zone, die innerhalb des Kessels zwischen dem Erhitzungsort und dem Abkühlort, die voneinander beabstandet sind, bewegbar ist, Anordnen einer wärmezubehandelnden Metalladung in der heißen Zone, Evakuieren des Kessels, Erhitzen der Beladung, Bewegen der heißen Zone zu dem Abkühlort innerhalb des Vakuumkessels, der sich entfernt von dem Erhitzungsort befindet, Bewegen eines wärmeisolierten Tores zwischen dem Erhitzungsort und dem Abkühlort, nachdem die heiße Zone zu dem Abkühlort bewegt worden ist, Zuführen eines Kühlgases in den Kessel und Zirkulieren des Kühlgases auf der Beladung, Abziehen des Kühlgases aus dem Kessel, das sich nächst der heißen Zone in dem Abkühlort befindet, externes Kühlen des Kühlgases und Zuführen des Kühlgases in den Kessel benachbart der Beladung in dem Erhitzungsort.
• Im folgenden werden ein erfindungsgemäßer Vakuumofen und ein erfindungsgemäßes Wärmebehandlungsverfahren anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Schemazeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 einen nach den Grundsätzen der Erfindung gebauten Vakuumofen von hinten;
• Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Vakuumofen;
• Fig. 3 einen Querschnitt durch den Vakuumofen;
• Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform des Vakuumofens;
• Fig. 5 einen Querschnitt durch die zweite Ausführungsform des Vakuumofens; und
• Fig. 6 eine Teilansicht der Mittel zur Zuleitung von elektrischer Energie zur heißen Zone des Ofens.
• Der Vakuumofen zur Wärmebehandlung umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Vakuumkessel bzw. Mantel 10 mit Doppelwand, wobei zwischen den beiden Wänden Kühlwasser umgewälzt werden kann, um den Ofenmantel zu kühlen. An einem Ende des Mantels ist ein wassergekühltes, großes Türschott 1 l schwenkbar angebracht. Wenn die Tür geschlossen ist, bildet sie eine Abdichtung gegenüber dem Ende des Ofenmantels und wird mittels eines bekannten umlaufenden Spannrings 12 arretiert. Als Anmerkung sei darauf hingewiesen, daß es beim praktischen Einsatz dieser Erfindung nicht erforderlich ist, an jedem Ende des zylindrischen Mantels eine teure Tür vorzusehen, wenngleich an der Rückseite des Mantels eine zweite Tür angebracht werden kann, wenn dies gewünscht ist.
• Zur raschen Evakuierung sind herkömmliche mechanische Vakuumpumpen 13, von denen eine abgebildet ist, und eine Diffusionspumpe 14 mit dem Mantel verbunden. Zur Isolierung der heißen Diffusionspumpe bei Aufhebung des Vakuums kann ein pneumatisch betätigtes Vakuumventil 16 verwendet werden. Damit wird ein rasches Abkühlen der Beladung mittels Gas ermöglicht, ohne daß die Pumpeinrichtungen beschädigt werden, und es wird das rasche Leerpumpen des Ofens nach erneuter Beladung erleichtert.
• Auf der der Evakuierungseinrichtung gegenüberliegenden Seite des Ofenmantels ist eine Kühlgasfördereinrichtung angeordnet. Dazu gehören ein herkömmlicher Wärmetauscher 15 und ein Gasgebläse 17, das über eine Gasrückführleitung (Rohr) 18 mit dem Ofenmantel verbunden ist. (Der zylindrische Mantel des Wärmetauschers ist in der rückseitigen Ansicht von Fig. 1 vom Gebläsegehäuse verdeckt.) Gas aus dem Gebläse wird durch einen Nachkühler 19 und durch eine Gaseinlaßleitung 21 zurück in den Ofenmantel geführt.
• Weitere herkömmliche Zusatzeinrichtungen sind an der Außenseite des Vakuumofenmantels vorhanden, die weder beschrieben noch in der Zeichnung dargestellt sind. Beispielsweise können am Ofen oder in der Nähe des Ofens Instrumente zur Temperatur- und Drucküberwachung, Meßgeräte, Vorrichtungen zum Materialtransport, Zylinder für Kühlgase und dergleichen angebracht sein.
• Im Inneren des Ofenmantels sind mehrere vertikale Tragsäulen 22 festgeschweißt, um eine Beladung 23 zu tragen, die schematisch in einem Beladungsraum in der Nähe des zu öffnenden Vorderendes des Ofenmantels dargestellt ist. Beispielsweise kann eine Beladung aus Metallteilen, die einer Wärmebehandlung zu unterziehen sind, durch die offene Tür (in Fig. 2 und 3 nicht dargestellt) mittels eines Gabelstaplers oder einer ähnlichen Einrichtung in den Beladungsraum eingebracht werden.
• Der Beladungsraum ist auf drei Seiten von einer heißen Zone 25 umgeben, wobei mit diesem Begriff hier ein Teil der Ofenkonstruktion, nicht nur lediglich ein beheizter Raum innerhalb des Ofens bezeichnet ist. Der beheizte Raum wird generell auch als Beladungsraum bezeichnet. Bei diesem Ofen weist die "heiße Zone" einen rechteckigen Stahlrahmen 24 aus U-Profilen auf. Die Wärmeisolierung 26 ist innerhalb des Stahlrahmens an mehreren nach innen ragenden Stiften angebracht. Die Rückseite der heißen Zone (d. h. die von der Ofentür entfernte Seite) ist ebenfalls isoliert. Als geeignete Wärmeisolierung kommen Kohlenstofffaserplatten und/oder Blechabschirmplatten in Betracht.
• Innerhalb der Wärmeisolierung sind zu beiden Seiten des Beladungsraums elektrische Heizelemente 27 aufgehängt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Heizelemente aus Graphit, es liegt jedoch auf der Hand, daß auf Wunsch auch Heizelemente aus Metall verwendet werden können. Aus naheliegenden Gründen ist Graphit wünschenswert, da seine Festigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Beschädigungen mit steigender Temperatur zunehmen. Die Heizelemente sind oben und unten in geeigneter Weise mittels Verbindungselementen 28 elektrisch angeschlossen. Stromanschlüsse 29 am Rahmen 24 stellen elektrische Energie für die Heizelemente bereit. Diese Merkmale der heißen Zone sind im wesentlichen herkömmlicher Art, können jedoch von der herkömmlichen Konstruktion insoweit abweichen, als die heiße Zone bei dieser Erfindung bewegbar ist.
• Die heiße Zone ist auf mehreren Transporträdern 31 entlang jeder Bodenkante montiert. Räder rollen in U-Profilschienen 32, die die heiße Zone den Mantel entlang führen und dazu beitragen, daß eine temperaturbedingte Verwölbung der heißen Zone beim Aufheizen und Abkühlen verhindert wird.
• Die heiße Zone ist zwischen einem Erhitzungsort, der den Beladungsraum zumindest teilweise umgibt, wie auf der linken Seite von Fig. 2 eingezeichnet, und einem Abkühlort, der mit gestrichelten Linien auf der rechten Seite von Fig. 2 eingezeichnet ist, bewegbar. Allgemein gesagt, befindet sich die heiße Zone in ihrer Abkühlposition zur Rückseite des Ofens hin, während die Beladung in den Ofen eingebracht oder aus diesem herausgenommen wird. Dadurch hat die Bedienperson sehr wenig Gelegenheit, beim Bewegen der Beladung die Heizelemente zu beschädigen.
• Nachdem die Beladung im Beladungsraum richtig plaziert ist, wird die heiße Zone aus der zurückgezogenen Abkühlposition zur Erhitzungsposition im Beladungsraum bewegt. Beim typischen Betriebsablauf wird dann die Tür geschlossen, der Ofen mit der Vakuumeinrichtung evakuiert und den Heizelementen Strom zugeführt, um die Beladung zu erhitzen. Wenn die Beladung bei der gewünschten Temperatur das Gleichgewicht erreicht hat, wird die heiße Zone aus dem Erhitzungsort in den Abkühlort zurückgezogen, Kühlgas in den Vakuumkessel geleitet und die Beladung mit Gas abgeschreckt, wie im folgenden noch näher ausgeführt wird. Wenn die Beladung und die heiße Zone eine ausreichend niedrige Temperatur erreicht haben, wird der Mantel wieder auf Atmosphärendruck gebracht und die Tür geöffnet, und die Beladung kann herausgenommen werden.
• Bei der dargestellten Ausführungsform wird die heiße Zone zwischen Erhitzungsort und Abkühlort mittels einer oben am Rahmen 24 befestigten Zahnstange bewegt. Zum Bewegen der heißen Zone wird die Zahnstange von einem motorisch angetriebenen Ritzel 34 verfahren. Zahnstange und Ritzel sind geradverzahnt, so daß sie sich durch die Wärmeausdehnung nicht verhaken. Es liegt auf der Hand, daß auch andere Einrichtungen zum Bewegen der heißen Zone möglich sind, beispielsweise eine pneumatische Betätigungseinrichtung, ein Endloskettenantrieb über Kettenräder oder andere gleichwertige mechanische Einrichtungen.
• Ungefähr über der Mitte des Ofenmantels erhebt sich ein im wesentlichen rechteckiger Haubenaufbau 36. In der Haube hängt ein ungefähr quadratisches Tor 37 an Seilen 38. Die Seile sind um Trommeln 39 gelegt, die auf einer Achse 41 sitzen, die zum Anheben oder Absenken des Tors in Drehung versetzt werden kann. Das Tor hat entlang seiner Seitenkanten Räder 42, die in vertikalen Führungen 43 laufen.
• Wie in Fig. 3 gezeigt, umgibt ein Kühlgasplenum 44 einen großen Teil des Beladungsraums außerhalb der heißen Zone. Entlang der zylindrischen Innenseite des Ofenmantels auf jeder Seite der heißen Zone wird das Kühlgasplenum von einem gekrümmten Blech 46 gebildet, das mit dem Mantel konzentrisch ist. Am Boden des Beladungsraums kann das Kühlgasplenum parallele horizontale Bleche 47 haben. Aus dem Plenum ragen mehrere Kühlgasdüsen 48 in den Beladungsraum, um auf die Beladung Kühlgas abzugeben.
• Der Kühlgaseinlaß 21 verbindet die außenliegende Kühleinrichtung mit dem Inneren des Kühlgasplenums. Die Gasrückführleitung 18 dagegen ist durch den Ofenmantel hindurch nächst dem rückseitigen oder geschlossenen Ende des Mantels benachbart zum Abkühlort der heißen Zone angeschlossen.
• Am Ende der Erhitzungszeit wird die heiße Zone in die Abkühlposition zurückgezogen. Das Tor 37 wird dann an eine Position zwischen der heißen Zone und dem Beladungsraum abgesenkt. Das Tor weist eine Wärmeisolierung auf, um die heiße Zone von der Beladung im Beladungsraum zu isolieren. Löcher (nicht abgebildet) im Tor ermöglichen das Hindurchströmen von Gas durch das Tor. Gas kann auch um das Tor herumströmen. In den Ofen wird ein inertes Kühlgas wie Helium oder Stickstoff eingeleitet, bis der gewünschte Innendruck, beispielsweise bis zu zwei Bar absolut bei einem Ofenmantel, der nicht für höhere Drücke ausgelegt ist, erreicht ist.
• Das Gebläse bewirkt, daß das durch die Düsen ausgestoßene Kühlgas in einem Schwall auf die Beladung im Beladungsraum gelangt, um die Wärme rasch abzuführen. Das Gas strömt durch das Tor hindurch und um das Tor herum an der heißen Zone entlang durch diese hindurch, bevor es den Ofenmantel durch die Rückführleitung verläßt. Dann strömt das Gas durch den Wärmetauscher zum Gebläseeinlaß, durch den Nachkühler und zurück ins Kühlgasplenum. Der Nachkühler dient der Abfuhr der Wärme, die das Kühlgas im Gebläse aufgenommen hat, und erleichtert das rasche Abkühlen der Beladung. Eine gewisse Abkühlung des Gases erfolgt auch, während es durch den Bereich des Plenums strömt, der den wassergekühlten Wänden des Vakuumkessels benachbart ist.
• Bei dieser Strömungsanordnung ist das Gas am kältesten, wenn es von den Plenumdüsen auf die Beladung ausgestoßen wird. Da die heiße Zone zurückgezo gen worden ist, kann das Kühlgas eine rasche Abkühlung der Beladung bewirken, ohne daß auch noch die Heizelemente und die Wärmeisolierung der heißen Zone gekühlt werden müßten. Nach Erfüllung seiner Hauptabkühlaufgabe strömt das Kühlgas jedoch entlang der heißen Zone durch diese hindurch und führt damit Wärme aus der heißen Zone ab, damit diese auf eine Temperatur abgekühlt wird, die ein sicheres Öffnen des Ofenmantels ermöglicht.
• Da die heiße Zone aus dem Beladungsraum zurückgezogen worden ist und nicht gleichzeitig mit der Beladung abgekühlt werden muß, kann eine erheblich höhere Abkühlgeschwindigkeit erreicht werden als bei einem herkömmlichen Vakuumofen, bei dem die heiße Zone an Ort und Stelle bleibt. Beispielsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Zwei-Bar-Vakuumofen eine Abkühlgeschwindigkeit erreicht werden, die fast so hoch ist wie bei einem herkömmlichen Vakuumofen mit Vier- Bar-Abkühlung.
• Es liegt auf der Hand, daß mit der Bezugnahme auf einen Zwei-Bar-Ofen lediglich ein Beispiel gegeben werden soll. Ein solcher Ofen ist bevorzugt, weil er ohne Sonderinspektionen und Zertifizierung nach den Boiler- bzw. Kessel-Vorschriften gebaut und betrieben werden kann. Wenn es jedoch gewünscht wird, kann der Ofenmantel auch auf Drücke von vier Bar oder höher ausgelegt werden. Es zeigt sich, daß die bei für höhere Drücke ausgelegten erfindungsgemäßen Öfen erreichbaren Abkühlungsgeschwindigkeiten fast doppelt so hoch sind wie bei einem herkömmlichen Ofen ohne bewegbare heiße Zone, der bei gleichem Druck betrieben wird. Es liegt auf der Hand, das die erreichte Verbesserung in gewissem Grad von der Beladung abhängig ist. Eine leichte Beladung, die vergleichsweise weniger Wärme gespeichert hat, läßt sich wirksamer abkühlen als eine massivere Beladung, die mehr Wärme gespeichert hat.
• Bei einem Ofen, der als Beispiel dienen soll, wird die heiße Zone zwischen dem Erhitzungsort und dem Abkühlort um etwa 1,5 m verfahren. Dies kann innerhalb von etwa zehn Sekunden geschehen. Typischerweise dauert es fünf bis zehn Sekunden, den Ofen und die Kühlgasumwälzanlage mit inertem Kühlgas zu füllen. Damit kann das Abkühlen der Beladung ziemlich schnell beginnen. Weil das Gas die Elemente der heißen Zone nicht gleichzeitig mit der Beladung abkühlen muß, können höhere Abkühlgeschwindigkeiten und ein besseres Härten von Stahl erzielt werden.
• Ein anderes Erfordernis bei dem Vakuumofen mit bewegbarer heißer Zone ist eine geeignete Art der Stromzuleitung zwischen Durchführungsöffnungen 49 im Ofenmantel und den Stromanschlüssen 29 an der bewegbaren heißen Zone. Einfach und zweckmäßig ist die Verwendung flexibler Elektrokabel 51, die zwischen den Durchführungsöffnungen im Mantel und den Stromanschlüssen an der heißen Zone verlaufen. Diese Kabel werden in Kabelwannen (nicht abgebildet) oberhalb der heißen Zone geführt, so daß sie nicht in die heiße Zone hineinhängen, wenn diese zum Abkühlort verfahren wird.
• Auf Wunsch können die Stromanschlüsse auf den Seiten des Rahmens der heißen Zone angebracht werden, und flexible Kabel können so geführt werden, daß sie an den Seiten der heißen Zone herunterhängen. Bei diesen Anbringungen können die flexiblen Kabel ausreichend kühl gehalten werden, so daß eine herkömmliche elektrische Hochtemperaturisolierung ausreicht. Alternativ dazu können Ringe aus Keramik oder hochtemperaturbeständigem Kunststoff auf die flexiblen Kabel aufgeschoben werden, um die elektrische Isolierung zu bewirken.
• Eine alternative Stromzufuhr, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein Schalter. Ein Kupferblock 52 am Rahmen der heißen Zone nimmt einen Kupferblock 53 auf, der in einem Führungsmantel 54 im Ofenmantel montiert ist. Der äußere Block 53 ist elektrisch mit den Stromdurchführungsöffnungen verbunden. Eine Feder 56 am äußeren Block sorgt für eine gute Verbindung zwischen den beiden Kupferblöcken. Die Kupferblöcke greifen ineinander, wenn die heiße Zone zu ihrer Erhitzungsposition, die den Beladungsraum umgibt, verfahren wird. Sie trennen sich, wenn die heiße Zone zum Abkühlort zurückgezogen wird.
• Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform des Vakuumofens mit bewegbarer heißer Zone zur Wärmebehandlung. Während bei der in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsform die heiße Zone horizontal zwischen dem Erhitzungsort und dem Abkühlort verfahren wird, bewegt sich die heiße Zone bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform vertikal zwischen Erhitzungs- und Abkühlposition. In den Abbildungen dieser Ausführungsform sind die Bereiche, die beiden Ausführungsformen gemeinsam sind, jeweils mit Bezugszeichen versehen, die um 100 größer sind als die Bezugszeichen bei der ersten Ausführungsform. Beispielsweise ist der Ofenmantel bei der ersten Ausführungsform in den Zeichnungen mit Bezugszeichen 10 bezeichnet und bei der zweiten Ausführungsform mit Bezugszeichen 1 10. Nur ein Teil dieser Ausführungsform ist gezeigt, und die Bereiche sind nur schematisch dargestellt, weil dies für das volle Verständnis der Erfindung ausreicht.
• Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die heiße Zone 125 annähernd zylindrisch statt rechteckig. Diese Bauweise eignet sich für den Einsatz von Heizelementen aus Molybdänblech. Die heiße Zone ist nur schematisch dargestellt; es ist davon auszugehen, daß sie einen geeigneten Rahmen und eine geeignete Wärmeisolierung aufweist, die in der Geometrie etwas von der entsprechenden Konstruktion bei der Ausführungsform mit rechteckiger heißer Zone abweichen.
• Im Beladungsraum im unteren Teil des Ofenmantels 110, der zylindrisch ist, ist eine Beladung 123 aufgenommen. Der Mantel kann eine Tür (nicht abgebildet) an einem oder an beiden Enden haben, um das Beschicken und das Entladen zu erleichtern. Wenn sich die heiße Zone 60 am Erhitzungsort befindet, umgibt sie den Beladungsraum größtenteils. Die heiße Zone ist mit Seilen 62 verbunden, die auf Trommeln 63 liegen, die im oberen Bereich des großen Haubenaufbaus 136, der sich von Ofenmantel nach oben erhebt, auf einer drehbaren Achse 64 sitzen. Die Haube bei dieser Ausführungsform kann ein Zylinder sein, der an den zylindrischen Ofenmantel angeschweißt ist. Vertikale Führungsschienen 143 nehmen Räder 142 auf, die an der heißen Zone angebracht sind, um die heiße Zone zwischen einem untenliegenden Erhitzungsort, der in den Zeichnungen mit durchgezogenen Linien gezeichnet ist, und einem obenliegenden Abkühlort, der in den Zeichnungen mit gestrichelten Linien gezeichnet ist, zu führen.
• Ein bogenförmiges Tor 67 steht innerhalb des Ofenmantels neben dem Beladungsraum, wenn sich die heiße Zone in Erhitzungsposition befindet. Nachdem die heiße Zone in ihre weiter oben liegende Abkühlposition zurückgezogen worden ist, wird das bogenförmige Tor 67 in eine Position zwischen Erhitzungs- und Abkühlort gedreht, wie in Fig. 5 mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Das Tor bildet eine Wärmebarriere zwischen der Beladung beim Abkühlen und der heißen Zone.
• Ein Vorteil des Vakuumofens mit vertikal bewegbarer heißer Zone zur Wärmebehandlung kann darin liegen, daß er eine kleinere Stellfläche hat als ein Ofen mit horizontal bewegbarer heißer Zone. Der Ofen mit Vertikalbewegung beansprucht nicht mehr Kopfraum als der Horizontalofen, weil der Horizontalofen ebenfalls einen Haubenaufbau zur Aufnahme des vertikal bewegbaren Tors hat. Anzumerken ist auch, daß ein Ofen mit vertikal bewegbarer heißer Zone auf Wunsch auch so gebaut werden kann, daß er von unten anstatt von der Seite beschickt werden kann.
• Auch wenn nur zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vakuumofens zur Wärmebehandlung beschrieben und abgebildet worden sind, liegt es auf der Hand, daß zahlreiche Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind. Beispielsweise könnte die einfache, mit Schwerkraft und Seil arbeitende Anordnung zum Absenken und Anheben des Tors oder der heißen Zone leicht durch pneumatische Betätigungselemente, Kettenantriebe und dergleichen ersetzt werden.
• Bei Verwendung einer horizontal bewegbaren heißen Zone kann im unteren Teil der heißen Zone ein im wesentlichen E-förmiger Wärmeisolierungsboden vorgesehen werden. Schlitze in der E-förmigen Bodenplatte lassen Platz für die Stützen, die die Beladung im Beladungsraum tragen. Dadurch können Wärmeverluste durch den Boden der heißen Zone minimiert werden. Wenn zwischen den Seiten der heißen Zone eine derartige Bodenplattenbrücke vorhanden ist, kann es zweckmäßig sein, Schienen und Räder im oberen Bereich der heißen Zone statt am Boden vorzusehen. Ebenso können bei einer Anordnung, wie sie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, an beiden Enden der zylindrischen heißen Zone eine Wärmeisolierung und/oder Heizelemente vorgesehen werden, um den Beladungsraum vollständiger zu umgeben und Wärmeverluste zu minimieren.

Claims (6)

1. Vakuumofen, enthaltend:

einen Vakuumkessel (10),

eine bewegbare, heiße Zone (25), welche Heizelemente (27) aufweist, wobei die heiße Zone innerhalb des Vakuumkessels zwischen einem Erhitzungsort und einem beabstandeten Abkühlort bewegbar ist,

Mittel (13) zum Evakuieren des Vakuumkessels (10),

Mittel (22) zum Halten einer Beladung (23) in dem Erhitzungsort des Vakuumkessels (10),

Mittel (48) zum Abstrahlen eines Kühlgases in Richtung der Beladung (23),

Mittel (34) zum Zurückziehen der Heizelemente (27) aus dem Erhitzungsort zu dem Abkühlort, bevor das Kühlgas abgestrahlt wird, und

ein Tor (37), das Wärmeisoliermaterial enthält und das zwischen einer Position, in der es sowohl zu dem Erhitzungs- als auch zu dem Abkühlort beabstandet ist, und einer Position, die zwischen dem Erhitzungs- und dem Abkühlort liegt, bewegbar ist.

2. Vakuumofen nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zum Abstrahlen des Kühlgases einen außenliegenden Wärmetauscher (15) mit Gebläse (17) zum Abziehen des Kühlgases aus dem Kessel sowie einen Kühlständer (19) mit einer Kühlgas-Einlaßleitung (21) zum Zuführen des Kühlgases in den Kessel aufweist.

3. Vakuumofen nach Anspruch 2, bei dem das Mittel zum Abstrahlen des Kühlgases weiterhin ein Gasgebläse, ein Kühlplenum (44), das zumindest einen Teil des Erhitzungsortes umgibt, und Mittel zum Zirkulieren des Kühlgases darin enthält.

4. Vakuumofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem, wenn sich die heiße Zone in dem Abkühlort befindet, eine Rückführleitung (18) zum Abziehen des Gases aus dem Kessels (10) benachbart zu der heißen Zone (25) vorgesehen ist.

5. Vakuumofen nach Anspruch 1, bei dem Mittel zum Zuführen von Kühlgas auf die zum Erhitzungsort weisende Seite des Tores (37) und zum Abziehen von Gas von der zum Abkühlort weisenden Seite des Tores (37) vorgesehen sind.

6. Verfahren zum Wärmebehandeln von Metall durch schnelles Gasabschrecken, welches die Schritte enthält:

Bereitstellen eines Vakuumkessels mit einer heißen Zone, die innerhalb des Kessels zwischen dem Erhitzungsort und dem Abkühlort, die voneinander beabstandet sind, bewegbar ist,

Anordnen einer wärmezubehandelnden Metalladung in der heißen Zone,

Evakuieren des Kessels,

Erhitzen der Beladung,

Bewegen der heißen Zone zu dem Abkühlort innerhalb des Vakuumkessels, der sich entfernt von dem Erhitzungsort befindet,

Bewegen eines wärmeisolierten Tores zwischen den Erhitzungsort und den Abkühlort, nachdem die heiße Zone zu dem Abkühlort bewegt worden ist,

Zuführen eines Kühlgases in den Kessel und Zirkulieren des Kühlgases auf der Beladung,

Abziehen des Kühlgases aus dem Kessel, das sich nächst der heißen Zone in dem Abkühlort befindet,

externes Kühlen des Kühlgases, und

Zuführen des Kühlgases in den Kessel benachbart der Beladung in dem Erhitzungsort.