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EP3397782B1 - Vorrichtung zur behandlung von metallischen werkstücken mit kühlgas - Google Patents

Vorrichtung zur behandlung von metallischen werkstücken mit kühlgas Download PDF

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Publication number
EP3397782B1
EP3397782B1 EP16766466.3A EP16766466A EP3397782B1 EP 3397782 B1 EP3397782 B1 EP 3397782B1 EP 16766466 A EP16766466 A EP 16766466A EP 3397782 B1 EP3397782 B1 EP 3397782B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guiding
cooling gas
quenching chamber
guide
box
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP16766466.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3397782A1 (de
Inventor
Torsten Hesse
Marc Warmbold
Rolf Sarres
Matthias Rink
Markus Reinhold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ipsen International GmbH
Original Assignee
Ipsen International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ipsen International GmbH filed Critical Ipsen International GmbH
Publication of EP3397782A1 publication Critical patent/EP3397782A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3397782B1 publication Critical patent/EP3397782B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D15/00—Handling or treating discharged material; Supports or receiving chambers therefor
    • F27D15/02—Cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/04—Circulating atmospheres by mechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/007—Cooling of charges therein
    • F27D2009/0072—Cooling of charges therein the cooling medium being a gas

Definitions

  • the invention relates to a device for treating metallic workpieces with cooling gas, consisting of a horizontally arranged cylindrical housing with at least one closable opening for inserting and removing the workpieces to be treated, with a quenching chamber located within the housing for receiving the workpieces to be treated two fans arranged laterally and outside the quenching chamber for guiding a cooling gas through the quenching chamber and typically with two heat exchangers for cooling the cooling gas.
  • Both can essentially be determined by the flow rate of the cooling gas, its thermophysical properties and the achievable heat removal from the hot workpieces and the heat release define in the heat exchangers.
  • the position of the heat exchangers in the cooling gas circuit as well as their structure and the resulting minimum pressure loss are crucial for the heat dissipation and thus the cooling rate of the workpieces as well as the temperature homogeneity in the cooling gas during quenching.
  • a generic device for treating metallic workpieces with cooling gas is known.
  • two fans are provided in a lying cylindrical housing on the right and left of a centrally arranged quenching chamber.
  • a heat exchanger is arranged in the flow path of the cooling gas above and below the quenching chamber.
  • the direction of flow of the cooling gas through the quenching chamber can be reversed using four switchable reversing flaps in channels for guiding the cooling gas.
  • This known arrangement has the disadvantage that the two heat exchangers are located one behind the other in the flow path of the cooling gas and thus significantly increase the flow resistance. Their size also depends on the size of the quenching chamber.
  • the invention is based on the knowledge that a heat exchanger is assigned to each fan and that lockable guide devices are arranged above and below the quenching chamber. Due to this arrangement, the flow resistance for the cooling gas is reduced considerably, as only half of it is left of the cooling gas must flow through a heat exchanger. Since the heat exchangers are no longer located directly above and below the quenching chamber, they can have a significantly larger surface area with a larger degree of gap, which further contributes to reducing the flow resistance. This arrangement can also be used to create large-volume flow channels in the housing. This further reduces the flow resistance. These measures also lead to an increase in the achievable heat transfer coefficient and thus to a significantly higher transferable heat flow. This results in a shortening of the quenching time.
  • the helium commonly used as a cooling gas can be replaced by the much cheaper nitrogen.
  • nitrogen has more turbulent flow properties, so that there is improved mixing of the cooling gas as it flows around the workpieces to be quenched and thus faster heat exchange between different cooling gas areas. This improves heat transfer and the local homogeneity of the heat flows dissipated.
  • the use of nitrogen as a cooling gas also significantly reduces operating costs. The usual helium recovery process is also no longer necessary.
  • the heat exchangers are particularly advantageous to design the heat exchangers as ring heat exchangers. This allows large cooling surfaces to be realized with relatively low flow resistance at the same time.
  • each ring heat exchanger encloses the impeller of its respective fan.
  • a simply constructed and robust guide device consists of a guide box and a guide element assigned to it. It is easily possible to install appropriate guide plates for the cooling gas in the guide boxes, so that a targeted and uniform flow is achieved when entering the quenching chamber.
  • Each guide element serves, on the one hand, to divert the partial cooling gas flow to the quenching chamber and, on the other hand, to alternately close the associated guide box.
  • the two guide boxes are connected to each other using connecting elements.
  • a single moving device is then sufficient to move the two control boxes from one position to the other.
  • This arrangement also simplifies the control effort for the traversing device.
  • An electric motor with an adjusting device or a pneumatic or hydraulic cylinder can be used as the traversing device.
  • This traversing device is preferably arranged outside the housing.
  • a structurally simple arrangement of the suction opening for each fan is achieved when it is arranged above and below and to the side of the quenching chamber. Short flow paths are achieved here. Large-volume flow channels can also be created in this way. This means that the hot cooling gas leaving the quenching chamber can flow directly into the two fans without major flow losses and from there to the ring heat exchangers in order to be recooled again.
  • a structurally simple design of the guide elements provides for them to be V-shaped in cross section and for the associated guide box to have a congruent cross-sectional shape on the side facing the guide element. Then the guide element can serve to close the guide box and thus to prevent the flow through the quenching chamber from this side without any further structural design. This in turn further reduces the flow resistance in the cooling gas circuit and thus increases the homogeneity of the cooling temperature and the cooling rate of the workpieces.
  • heat exchangers mean not only individual heat exchangers, but also heat exchanger packages, as are also common in such devices.
  • blower also refers to blowers in the power range from 1 KW to 1 MW, including high-performance blowers.
  • the device according to the invention consists of a cylindrical, single-walled, horizontal housing 1, on at least one of the end faces, not shown here, a door or a slide for closing is provided.
  • the quenching chamber 2 Centrally within the housing 1 is the quenching chamber 2, which is delimited on its two long sides by baffles 3 and 4. Two laterally arranged support strips are provided in the quenching chamber 2, onto which the workpieces to be quenched are placed. These support strips allow a maximum flow cross section to the workpieces.
  • the quenching chamber itself is dimensioned so that it encloses the workpieces to be quenched as tightly as possible.
  • the drive motors 7 and 8 (only partially visible) of which are connected directly to the housing 1 via gas-tight flange connections.
  • the drive shafts of the two fans are aligned with each other.
  • the impellers of the high-performance blowers 5 and 6 are labeled 9 and 10.
  • the fans 5 and 6 are designed as high-performance fans.
  • a ring heat exchanger 11 and 12 is attached around the impellers 9 and 10. These ring heat exchangers can be constructed in one or more parts, round or crescent-shaped. In the exemplary embodiment shown, the ring heat exchangers are in four parts built up.
  • a baffle housing, not shown here, is arranged around the ring heat exchanger for guiding the cooling gas with low pressure losses.
  • Each guide device 17 and 18 is provided over the entire width and length of the quenching chamber.
  • Each guide device 17 and 18 consists of a guide box 19 and 20 and an associated guide element 21 and 22.
  • the guide elements 21 and 22 are V-shaped in cross section and are rigidly attached to the inside of the housing 1.
  • Each guide box 19 and 20 has closed side walls 23 and 24. Parallel and perpendicular to the side walls 23 and 24, guide plates 25 are arranged in each guide box 19 and 20, so that honeycomb-like rectangular guide channels 26 ( Figure 2 ) for the cooling gas.
  • the guide plates 25 are designed so that they have a cross section ( Figure 1 ) correspond to the shape of the guide elements 21 and 22.
  • Both guide boxes 19 and 20 are connected to each other by side connecting struts 27 and 28. These connecting struts are arranged in such a way that they allow an almost lossless flow connection from the quenching chamber to the intake tracts 13 and 14.
  • a traversing device not shown, allows the two guide boxes to be moved, as will be explained further below.
  • Figure 2 showed a perspective longitudinal section through the device according to the invention.
  • the structure and arrangement of the guide channels 26 can be seen very clearly and, on the other hand, one of the four suction openings 29 of the suction tract 14. It is located above the quenching chamber 2. Another invisible suction opening is located below the quenching chamber.
  • the intake tract 13 has corresponding intake openings.
  • the quenching chamber 2 is loaded through the front opening using an external device with a batch of workpieces that have previously been heated and optionally carburized in a separate device.
  • the quenching chamber 2 is unloaded either through the front opening or through a rear opening if it is a continuous quenching chamber.
  • the cooling gas flows through the quenching chamber from bottom to top. This is indicated by a flow arrow 31.
  • the guide device 17 is in its upper end position, ie the upper guide box 19 rests on its guide element 21. As a result, its guide channels 26 are closed and therefore cannot be flowed through.
  • the lower guide box 20 is spaced apart from its guide element 22 so that flow can flow freely through its guide channels 26. Due to this position of the two guide elements 17 and 18, the two upper suction openings 29 are released to the two suction tracts 13 and 14, while the side walls 23 and 24 of the lower guide box 20 close the two lower suction openings 29.
  • the cooling gas heated by the hot workpieces in the quenching chamber is divided into two partial streams through the two upper suction openings 29 and sucked in, led to the two high-performance fans 5 and 6 and pressed radially by them through the ring heat exchangers 11 and 12, whereby it cools down becomes. It then flows through the spiral guide housing running around the ring heat exchangers 11 and 12 and is deflected via the guide element 22 through the lower guide box 20 from below into the quenching chamber 2. The two partial flows of the cooling gas are brought together again in front of and in the guide box 20.
  • the guide channels 26 align the flow of the cooling gas vertically again.
  • the traversing device for the both control boxes 19 and 20 activated. This moves the guide boxes from their upper position ( Figure 1 , 2 , 3a ) via a middle position ( Figure 3b ), in which both guide boxes are removed from their guide elements, to the lower position ( Figure 3c ). In this position, the guide channels 26 in the lower guide box 20 are closed by the guide element 22. At the same time, the upper suction openings 29 are closed by the side walls 23 and 24 of the upper guide box 19, while the lower suction openings 29 are opened to the suction tracts 13 and 14. Since the upper guide box 19 is now positioned away from its guide element 21, the guide channels 26 in this guide box 19 are open.
  • the cooling gas now flows via the two lower intake openings 29 into the intake tracts 13 and 14. From here it flows further via the impellers 9 and 10 of the high-performance blowers 5 and 6 radially through the ring heat exchangers 11 and 12. Flows over the spiral guide housings the now re-cooled cooling gas now vertically downwards through the quenching chamber 2, after the two partial flows have previously been deflected through the guide element 21 and guided together and directed through the guide channels 26 in the guide box 19. This is in Figure 3c represented by the flow arrow 32.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von metallischen Werkstücken mit Kühlgas, bestehend aus einem liegend angeordneten zylindrischen Gehäuse mit mindestens einer verschließbaren Öffnung zum Ein- und Ausbringen der zu behandelnden Werkstücke, mit einer innerhalb des Gehäuses liegenden Abschreckkammer zum Aufnehmen der zu behandelnden Werkstücke, mit zwei seitlich und außerhalb der Abschreckkammer angeordneten Gebläsen zum Führen eines Kühlgases durch die Abschreckkammer und mit typischerweise zwei Wärmetauschern zum Kühlen des Kühlgases.
    • Stand der Technik
  • Es ist allgemein bekannt, wärmebehandelte metallische Werkstücke nach der Wärmebehandlung mit einem Kühlgas abzuschrecken, um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erzielen. Hierzu werden liegende Gehäuse mit mindestens einer Öffnung zum Zuführen der heißen Werkstücke in die im Gehäuse angeordnete Abschreckkammer verwendet. Das Kühlgas wird über ein im Gehäuse angeordnetes Gebläse und einen Wärmetauscher in die Abschreckkammer geführt und dann wieder aus ihr durch das Gebläse abgesaugt. Derartigen Vorrichtungen sollen möglichst energieeffizient arbeiten und eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung der Werkstücke gewährleisten, damit sich die abzukühlenden Werkstücke nicht verziehen. Auch kann eine zu langsame Abkühlung zu unerwünschten Werkstoffeigenschaften führen. Damit sind die Abkühlgeschwindigkeit und die Temperatur-Homogenität im Kühlgas während des Abschreckprozesses Kriterien, die die Qualität und Effizienz des Abschreckprozesses bestimmen. Beide lassen sich im Wesentlichen durch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases, seine thermophysikalischen Eigenschaften und durch die erzielbare Wärmeabfuhr von den heißen Werkstücken und die Wärmeabgabe in den Wärmetauschern definieren. Damit ist die Lage der Wärmetauscher im Kühlgaskreislauf sowie ihr Aufbau und der damit angestrebte minimal Druckverlust mit entscheidend für die Wärmeabfuhr und damit die Abkühlgeschwindigkeit der Werkstücke wie auch die Temperatur-Homogenität im Kühlgas während des Abschreckens.
  • Aus der DE 102 10 952 B4 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von metallischen Werkstücken mit Kühlgas bekannt. Hier sind in einem liegenden zylindrischen Gehäuse rechts und links neben einer zentral angeordneten Abschreckkammer zwei Gebläse vorgesehen. Weiterhin ist im Strömungsweg des Kühlgases oberhalb und unterhalb der Abschreckkammer jeweils ein Wärmetauscher angeordnet. Durch vier schaltbare Reversierklappen in Kanälen zum Leiten des Kühlgases kann die Strömungsrichtung des Kühlgases durch die Abschreckkammer umgedreht werden. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, dass die beiden Wärmetauscher hintereinander im Strömungsweg des Kühlgases liegen und somit den Strömungswiderstand erheblich erhöhen. Auch ist ihre Größe abhängig von der Größe der Abschrecckammer.
  • Weitere Gasabschreckanordnungen mit Strömungsmkehr durch Reversierklappen sind aus jedem von US-A 2014 284 851 oder WO-A 2014 114 881 bekannt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Behandlung von metallischen Werkstücken mit Kühlgas energieeffizienter auszugestalten und eine und schnellere Abkühlung der Werkstücke bei hoher Temperatur-Homogenität des Kühlgases zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass jeweils einem Gebläse ein Wärmetauscher zugeordnet ist und dass oberhalb und unterhalb der Abschreckkammer verschließbare Leiteinrichtungen angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung verringert sich der Strömungswiderstand für das Kühlgas ganz erheblich, da nur noch jede Hälfte des Kühlgases durch einen Wärmetauscher strömen muss. Da die Wärmetauscher nun nicht mehr direkt oberhalb und unterhalb der Abschreckkammer liegen, können sie eine deutlich vergrößerte Oberfläche mit einem größeren Lückengrad aufweisen, was nochmals zur Verringerung des Strömungswiderstandes beiträgt. Auch können durch diese Anordnung großvolumige Strömungskanäle im Gehäuse realisiert werden. Damit wird nochmals eine Verringerung des Strömungswiderstandes erzielt. Diese Maßnahmen führen darüber hinaus zu einer Steigerung des erreichbaren Wärmeübergangskoeffizienten und damit zu einem deutlich höheren übertragbaren Wärmestrom. Dies hat eine Verkürzung der Abschreckzeit zur Folge. Hieran hat das Vorsehen einer verschließbaren Leiteinrichtung für das Kühlgas, mit der eine gezielte Vergleichmäßigung des Kühlgasstromes vor dem Eintritt in die Abschreckkammer erreicht wird, einen nicht unerheblichen Einfluss, da auch sie Druckverluste weiter reduziert und somit die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases höher als im Stand der Technik bleibt.
  • Aufgrund dieser Maßnahmen kann das üblicherweise verwendete Helium als Kühlgas durch den wesentlich preiswerteren Stickstoff ersetzt werden. Für den Betreiber der erfindungsgemäßen Vorrichtung bedeutet dies eine beträchtliche Senkung der Investitionskosten. Auch wird damit eine Verbesserung der Abschreckgleichmäßigkeit im Vergleich zur Verwendung von Helium oder Öl als Kühlmittel erzielt. Im Vergleich mit Helium besitzt Stickstoff turbulentere Fließeigenschaften, so dass es zu einer verbesserten Durchmischung des Kühlgases bei der Umströmung der abzuschreckenden Werkstücke kommt und damit zu einem rascheren Wärmeaustausch von unterschiedlichen Kühlgasbereichen. Dies verbessert den Wärmeübergang und die lokale Homogenität der abgeführten Wärmeströme. Auch werden durch die Verwendung von Stickstoff als Kühlgas deutlich verringert Betriebskosten erzielt. Ebenfalls entfällt der sonst übliche Helium-Rückgewinnungsprozess..
  • Besonders vorteilhaft ist es, die Wärmetauscher als Ringwärmetauscher auszubilden. Hiermit können große Kühlflächen realisiert werden bei gleichzeitig relativ niedrigen Strömungswiderständen.
  • Bauraumsparend ist es, wenn jeder Ringwärmetauscher das Laufrad seines jeweiligen Gebläses umschließt.
  • Eine einfach aufgebaute und robuste Leiteinrichtung besteht aus einem Leitkasten und einem diesem zugeordneten Leitelement. Hierbei ist es leicht möglich, in den Leitkästen entsprechende Führungsbleche für das Kühlgas einzubauen, so dass eine gezielte und gleichmäßige Strömung beim Eintritt in die Abschreckkammer erreicht wird. Jedes Leitelement dient hierbei zum Einen zum Umlenken des Teil-Kühlgasstromes zur Abschreckkammer und zum Anderen zum wechselweisen Verschließen des zugeordneten Leitkastens.
  • Um eine baulich einfache Verstellung der Leitkästen zu erreichen, werden die beiden Leitkästen über Verbindungselemente miteinander verbunden. Dann reicht eine einzige Verfahreinrichtung aus, um die beiden Leitkästen von einer in die andere Position zu verfahren. Auch wird durch diese Anordnung der Steuerungsaufwand für die Verfahreinrichtung vereinfacht. Als Verfahreinrichtung kann ein Elektromotor mit Stelleinrichtung oder ein Pneumatik- oder Hydraulikzylinder verwandt werden. Diese Verfahreinrichtung wird bevorzugt außerhalb des Gehäuses angeordnet.
  • Eine baulich einfache Anordnung der Ansaugöffnung für jedes Gebläse wird dann erreicht, wenn sie oberhalb und unterhalb und seitlich neben der Abschreckkammer angeordnet ist. Hierbei werden kurze Strömungswege erzielt. Auch können dadurch großvolumige Strömungskanäle realisiert werden. Dadurch kann das die Abschrecckammer verlassende heiße Kühlgas direkt ohne große Strömungsverluste in die beiden Gebläse strömen und von dort aus zu den Ringwärmetauschern, um wieder rückgekühlt zu werden.
  • Dabei ist es sinnvoll, den Verfahrweg der Leitkästen so zu bemessen, dass eine der beiden Ansaugöffnungen der beiden Gebläse immer dann verschlossen ist, wenn der der verschlossenen Ansaugöffnung benachbarte Leitkasten vom Kühlgas durchströmt wird. Dadurch wird durch das Verfahren der Leitkästen gleichzeitig eine Steuerung der Ansaugöffnungen erzielt, ohne dass mehrere mit Antriebseinrichtungen versehene Klappen synchron verstellt werden müssen. Somit kann auf einfache Art und Weise eine Richtungsumkehr des Kühlgasstromes erzielt werden.
  • Eine einfache Anbringung der Leitelemente wird dann erreicht, wenn diese am Gehäuse befestigt werden.
  • Eine baulich einfache Ausgestaltung der Leitelemente sieht vor, diese im Querschnitt v-förmig auszubilden und dass der zugeordnete Leitkasten eine kongruente Querschnittsform auf der dem Leitelement zugewandten Seite aufweist. Dann kann das Leitelement ohne weitere bauliche Ausgestaltung zum Verschließen des Leitkastens und damit zur Unterbindung der Durchströmung der Abschreckkammer von dieser Seite aus dienen. Dadurch wird wiederum der Strömungswiderstand im Kühlgaskreislauf weiter reduziert und damit die Homogenität der Abkühltemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit der Werkstücke erhöht.
  • Unter Wärmetauscher im Sinne der vorliegenden Erfindung werden nicht nur einzelne Wärmetauscher verstanden, sondern auch Wärmetauscherpakete, wie sie bei derartigen Vorrichtungen auch üblich sind.
  • Unter dem Begriff "Gebläse" werden auch Gebläse im Leistungsbereich von 1 KW bis zu 1MW verstanden, also auch Hochleistungs-Gebläse.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 mit den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der mehrere unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung zur Behandlung metallischer Werkstücke,
    Figur 2
    ein Längsschnitt in perspektivischer Ansicht der Vorrichtung nach Figur 1,
    Figur 3a bis c
    einzelne Positionen der Leitkästen zur Erzielung einer Strömungsumkehr des Kühlgases.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen, einwandigen, liegenden Gehäuse 1, an dessen zumindest einer der hier nicht dargestellten Stirnseite eine Tür oder ein Schieber zum Verschließen vorgesehen ist.
  • Zentral innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich die Abschreckkammer 2, die an ihren beiden Längsseiten durch Leitbleche 3 und 4 begrenzt ist. In der Abschreckkammer 2 sind zwei seitlich angeordnete Trägerleisten vorgesehen, auf die die abzuschreckenden Werkstücke abgelegt werden. Diese Trägerleisten lassen einen maximalen Strömungsquerschnitt zu den Werkstücken frei. Die Abschreckkammer selbst ist hierbei so dimensioniert, dass sie die abzuschreckenden Werkstücke möglichst eng umschließt.
  • Seitlich neben der Abschreckkammer 2 sind zwei horizontal liegend angeordnete Gebläse 5 und 6 vorgesehen, deren Antriebsmotoren 7 und 8 (nur teilweise sichtbar) über gasdichte Flanschverbindungen direkt mit dem Gehäuse 1 verbunden sind. Die Antriebswellen der beiden Gebläse sind fluchtend zueinander angeordnet. Die Laufräder der Hochleistungs-Gebläse 5 und 6 sind mit 9 und 10 bezeichnet. Die Gebläse 5 und 6 sind als Hochleistungs-Gebläse ausgebildet.
  • Um die Laufräder 9 und 10 ist jeweils ein Ringwärmetauscher 11 und 12 angebracht. Diese Ringwärmetauscher können ein- oder mehrteilig, rund oder halbmondförmig aufgebaut sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ringwärmetauscher vierteilig aufgebaut. Um die Ringwärmetauscher ist ein hier nicht dargestelltes Leitblechgehäuse zur druckverlustarmen Führung des Kühlgases angeordnet.
  • Zwischen den beiden Leitblechen 3 und 4 und dem Ansaugbereich der Gebläse 5 und 6 befindet sich jeweils ein Ansaugtrakt 13 und 14, der auf der Seite der Gebläse 5 und 6 durch ein inneres Abtrennblech 15 und 16 begrenzt wird.
  • Oberhalb und unterhalb der Abschreckkammer 2 ist auf der gesamten Breite und Länge der Abschreckkammer jeweils eine Leiteinrichtung 17 und 18 vorgesehen. Jede Leiteinrichtung 17 und 18 besteht aus einem Leitkasten 19 und 20 und einem zugeordneten Leitelement 21 und 22. Die Leitelemente 21 und 22 sind im Querschnitt v-förmig ausgestaltete und an der Innenseite des Gehäuses 1 starr befestigt.
  • Jeder Leitkasten 19 und 20 weist geschlossene Seitenwände 23 und 24 auf. Parallel und senkrecht zu den Seitenwänden 23 und 24 sind in jedem Leitkasten 19 und 20 Führungsbleche 25 angeordnet, so dass sich wabenartige rechteckige Führungskanäle 26 (Figur 2) für das Kühlgas bilden. Die Führungsbleche 25 sind so ausgestaltet, dass sie im Querschnitt (Figur 1) der Form der Leitelemente 21 und 22 entsprechen.
  • Beide Leitkästen 19 und 20 werden durch seitliche Verbindungsstreben 27 und 28 mit einander verbunden. Diese Verbindungsstreben sind derart angeordnet, dass sie eine nahezu verlustlose Strömungsverbindung von der Abschreckkammer zu den Ansaugtrakten 13 und 14 erlauben. Eine nicht gezeigte Verfahreinrichtung erlaubt es, die beiden Leitkästen zu verschieben, wie weiter unten noch erläutert werden wird.
  • Figur 2 zeigte einen perspektivischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Hier sind zum Einen sehr deutlich der Aufbau und die Anordnung der Führungskanäle 26 zu sehen und zum Anderen eine der vier Ansaugöffnungen 29 des Ansaugtraktes 14. Sie befindet sich oberhalb der Abschreckkammer 2. Eine nicht sichtbare weitere Ansaugöffnung befindet sich unterhalb der Abschreckkammer. Der Ansaugtrakt 13 hat entsprechende Ansaugöffnungen.
  • Weiterhin zeigt Figur 2 die Anordnung von Abschirmblechen 30, die oberhalb und unterhalb, auf der Vorderseite und der Rückseite der Abschreckkammer 2 angeordnet sind und von dieser bis zu der Innenseite des Gehäuse 1 reichen. Damit wird verhindert, dass Kühlgas unter Umgehung der Kühlkanäle 26 von der Vorderseite und Rückseite der Abschreckkammer in diese einströmt. Damit wird sichergestellt, dass die Abschreckkammer 2 immer nur vertikal durchströmt wird.
  • Beladen wird die Abschreckkammer 2 durch die vordere Öffnung mit Hilfe einer externen Vorrichtung mit einer Werkstückcharge, die zuvor in einer separaten Vorrichtung aufgeheizt und optional aufgekohlt wurde. Entladen wird die Abschreckkammer 2 entweder durch die vordere Öffnung oder durch eine hintere Öffnung, wenn es sich um eine Durchlauf-Abschreckkammer handelt.
  • In Figur 1 und 2 sowie 3a wird die Abschreckkammer vom Kühlgas von unten nach oben durchströmt. Dies ist durch einen Strömungspfeil 31 angedeutet. Hierzu befindet sich die Leiteinrichtung 17 in ihrer oberen Endstellung, d.h. der obere Leitkasten 19 liegt an seinem Leitelement 21 an. Dadurch werden seine Führungskanäle 26 verschlossen und können deshalb nicht durchströmt werden. Gleichzeitig ist der untere Leitkasten 20 von seinem Leitelement 22 beabstandet, so dass seine Führungskanäle 26 frei durchströmt werden können. Durch diese Position der beiden Leitelemente 17 und 18 werden die beiden oberen Ansaugöffnungen 29 zu den beiden Ansaugtrakten 13 und 14 freigegeben, während die Seitenwände 23 und 24 des unteren Leitkasten 20 die unteren beide Ansaugöffnungen 29 verschließen.
  • Deshalb wird das von den heißen Werkstücken in der Abschreckkammer erhitzte Kühlgas durch die beiden oberen Ansaugöffnungen 29 in zwei Teilströme aufgeteilt und angesaugt, zu den beiden Hochleistungs-Gebläsen 5 und 6 geführt und von diesen radial durch die Ringwärmetauscher 11 und 12 gedrückt, wobei es abgekühlt wird. Anschließend strömt es durch das um die Ringwärmetauscher 11 und 12 herum verlaufende Spiral-Leitgehäuse und über das Leitelement 22 umgelenkt durch den unteren Leitkasten 20 von unten in die Abschreckkammer 2. Vor und in dem Leitkasten 20 werden die beiden Teilströme des Kühlgases wieder zusammen geführt. Die Führungskanäle 26 richten die Strömung des Kühlgases wieder vertikal aus.
  • Soll nun die Strömungsrichtung des Kühlgases umgedreht werden (entgegen der Strömungsrichtung in den Figuren 1, 2 und 3a), so wird die Verfahreinrichtung für die beiden Leitkästen 19 und 20 aktiviert. Diese verschiebt die Leitkästen aus ihrer oberen Position (Figur 1, 2, 3a) über eine Mittelstellung (Figur 3b), in der beide Leitkästen von ihren Leitelementen entfernt sind, zu der unteren Position (Figur 3c). In dieser Position werden die Führungskanäle 26 im unteren Leitkasten 20 durch das Leitelement 22 verschlossen. Gleichzeitig sind die oberen Ansaugöffnungen 29 durch die Seitenwände 23 und 24 des oberen Leitkastens 19 verschlossen, während die unteren Ansaugöffnungen 29 zu den Ansaugtrakten 13 und 14 freigegeben sind. Da der obere Leitkasten 19 nun entfernt von seinem Leitelement 21 positioniert ist, sind die Führungskanäle 26 in diesem Leitkasten 19 geöffnet.
  • Damit strömt nun das Kühlgas über die beiden unteren Ansaugöffnungen 29 in die Ansaugtrakte 13 und 14. Von hieraus strömt es weiter über die Laufrädern 9 und 10 der Hochleistungs-Gebläse 5 und 6 radial durch die Ringwärmetauscher 11 und 12. Über die Spiral-Leitgehäuse strömt das nun rückgekühlte Kühlgas nun vertikal nach unten durch die Abschreckkammer 2, nachdem die beiden Teilströme zuvor durch das Leitelement 21 umgelenkt und durch die Führungskanäle 26 in dem Leitkasten 19 zusammen geführt und gerichtet wurde. Dies ist in Figur 3c durch den Strömungspfeil 32 dargestellt.
  • Durch diese einfache Verstellung der Leiteinrichtungen 17 und 18 wird schnell eine Strömungsumkehr des Kühlgases erzielt, wenn es die Kontur der abzuschreckenden Werkstücke erfordert.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse
    2
    Abschreckkammer
    3
    Seitenwand von 2
    4
    Seitenwand von 2
    5
    Gebläse
    6
    Gebläse
    7
    Antriebsmotor von 5
    8
    Antriebsmotor von 6
    9
    Laufrad von 5
    10
    Laufrad von 6
    11
    Ringwärmetauscher
    12
    Ringwärmetauscher
    13
    Ansaugtrakt von 5
    14
    Ansaugtrakt von 6
    15
    inneres Abtrennblech von 13
    16
    inneres Abtrennblech von 14
    17
    obere Leiteinrichtung
    18
    untere Leiteinrichtung
    19
    Leitkasten von 17
    20
    Leitkasten von 18
    21
    oberes Leitelement
    22
    unteres Leitelement
    23
    Seitenwände von 18, 19
    24
    Seitenwände von 18,19
    25
    Führungsbleche in 18, 19
    26
    Führungskanäle
    27
    Verbindungsstreben
    28
    Verbindungsstreben
    29
    Ansaugöffnungen
    30
    Abschirmbleche
    31
    Strömungspfeil
    32
    Strömungspfeil

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Behandlung von metallischen Werkstücken mit Kühlgas, bestehend aus einem liegend angeordneten zylindrischen Gehäuse (1) mit mindestens einer verschließbaren Öffnung zum Ein- und Ausbringen der zu behandelnden Werkstücke, mit einer innerhalb des Gehäuses (1) liegenden Abschreckkammer (2) zum Aufnehmen der zu behandelnden Werkstücke, mit zwei seitlich und außerhalb der Abschrecckammer (2) angeordneten Gebläsen (5 und 6) zum Führen eines Kühlgases durch die Abschreckkammer (2) und mit zwei Wärmetauschern (11 und 12) zum Kühlen des Kühlgases, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Wärmetauscher (11 bzw. 12) einem Gebläse (5 bzw. 6) zugeordnet ist und dass oberhalb und unterhalb der Abschrecckammer (2) Leiteinrichtungen (17 bzw. 18) angeordnet sind, die aus je einem Leitkasten (19 bzw. 20) und je einem diesem zugeordneten Leitelement (21 bzw. 22) bestehen, wobei die Leitkästen (19 und 20) über Verbindungsstreben (27 und 28) miteinander verbunden, von einer Verfahreinrichtung verfahrbar und zum Schließen und Öffnen von Ansaugöffnungen (29) für jedes Gebläse (5 und 6) vorgesehen sind, die oberhalb und unterhalb seitlich neben der Abschreckkammer (2) angeordnet sind, und dass das jeweils zugeordnete Leitelement (21 bzw. 22) zum Einen zum Umlenken eines Teils eines Kühlgasstromes zur Abschreckkammer (2) und zum Anderen zum wechselweisen Verschließen des zugeordneten Leitkastens (19 bzw. 20) dient.
  2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (11 und 12) als Ringwärmetauscher (11 und 12) ausgebildet sind.
  3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ringwärmetauscher (11 bzw. 12) das Laufrad (9 bzw. 10) des zugeordneten Gebläses (5 bzw. 6) umschließt
  4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leitkästen (19 bzw. 20) zwei Seitenwände (23 und 24) aufweist, zwischen denen Führungsbleche (25) angeordnet sind, die Führungskanäle (26) zum Leiten des Kühlgases bilden.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrweg der Leitkästen (19 und 20) derart bemessen ist, dass die dem Leitkasten (19 bzw. 20) benachbarten Ansaugöffnungen (29) des Gebläses (5 bzw. 6) von den Seitenwänden (23 und 24) des Leitkastens (19 bzw. 20) verschlossen sind, wenn die Führungskanäle (26) durch den Leitkasten (19 bzw. 20) geöffnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (21 und 22) an der Innenseite des Gehäuses (1) befestigt sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Leitelement (21 bzw. 22) im Querschnitt v-förmig ausgebildet ist, dass die dem Leitelement (21 bzw. 22) zugewandte Oberfläche des Leitkastens (19 bzw. 20) derart ausgestaltet ist, dass bei am Leitelement (21 bzw. 22) anliegenden Leitkasten (19 bzw. 20) dessen Führungskanäle (26) verschlossen sind.
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