PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006044626C5 28.04.2011
Titel Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung und -verfahren
Anmelder Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd., Tokyo, JP
Erfinder Katsumata, Kazuhiko, Tokyo/Tokio, JP
Vertreter Lorenz & Kollegen Patentanwälte Partnerschaftsgesellschaft, 89522 Heidenheim
DE-Anmeldedatum 19.09.2006
DE-Aktenzeichen 102006044626
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.03.2009
Date of publication of amended patent 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse C23C 8/20  (2006.01)  A,  F,  I,  20061214,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung und ein Aufkohlungsbehandlungsverfahren.

Beschreibung des Standes der Technik

Sogenannte Aufkohlungsbehandlungen, bei denen der Kohlenstoffgehalt eines aus Metallwerkstoffen bestehenden, zu behandelnden Gegenstandes innerhalb einer Oberflächenschicht erhöht wird, um nur die Oberflächenschicht abzuschrecken und zu härten, werden bei verschiedenen Behandlungsprozessen wie zum Beispiel Paketaufkohlung, Gasaufkohlung und Vakuumaufkohlung und dergleichen verwendet. Von diesen Prozessen wird die Vakuumaufkohlung oftmals in Fällen verwendet, in denen der zu behandelnde Gegenstand fotolumineszent sein muss.

Die Vakuumaufkohlung ist ein Prozess, bei dem der Kohlenstoffgehalt eines aus Metallwerkstoffen bestehenden, zu behandelnden Gegenstandes innerhalb der Oberflächenschicht durch einen Prozess erhöht wird, so dass, nachdem das Innere einer Behandlungskammer unter Vakuumbedingungen gesetzt ist, ein leicht zerlegtes Aufkohlungsgas in die Behandlungskammer geliefert wird und der zu behandelnde Gegenstand erwärmt wird, während dieser Zustand aufrecht erhalten wird.

So wurde zum Beispiel in dem Patentdokument JP 2004-27299 AA und Patentdokument JP 2002-357389 AA ein Vakuumafkohlungsofen offenbart, durch den der oben beschriebene Vakuumaufkohlungsprozess zur Bereitstellung einer Aufkohlungsbehandlung für den zu behandelnden Gegenstand verwendet wird.

Übrigens ist bei dem oben beschriebenen Vakuumaufkohlungsofen der Umfang, in dem die Aufkohlungsbehandlung an dem zu behandelnden Gegenstand durchgeführt wird, von der Erwärmungstemperatur, der Heizdauer und der Temperaturhaltezeitdauer und dergleichen des zu behandelnden Gegenstandes abhängig. Deshalb ist es in einem Fall, in dem eine gewünschte Aufkohlungsbehandlung an dem zu behandelnden Gegenstand durchgeführt wird, notwendig, die Temperatur innerhalb der Behandlungskammer genau zu steuern.

Aus diesem Grund wird bei einem herkömmlichen Vakuumaufkohlungsofen die Temperatur innerhalb der Behandlungskammer mittels einer Temperaturmesseinrichtung wie zum Beispiel einem Thermopaar gemessen, wodurch eine Ausgabe eines innerhalb der Behandlungskammer angeordneten Heizelementes auf der Grundlage der Messergebnisse der Temperaturmesseinrichtung so gesteuert wird, dass eine gewünschte Temperaturumgebung innerhalb der Behandlungskammer erreicht wird.

Bei dem herkömmlichen Vakuumaufkohlungsofen werden Temperaturen jedoch nur an einem Punkt in der Behandlungskammer gemessen, um die Ausgabe des Heizelementes auf der Grundlage der Messergebnisse zu steuern. Daher kann gemäß einer Ausgestaltung des zu behandelnden Gegenstandes und Varianz bei einer geladenen Menge des zu behandelnden Gegenstandes innerhalb der Behandlungskammer ein Fall vorhanden sein, bei dem ein Versagen in Bezug auf die einheitliche Erhöhung von Temperaturen des zu behandelnden Gegenstandes innerhalb der Behandlungskammer eintritt.

In diesem Fall wird eine Varianz bei dem Aufkohlungsbehandlungsfortschritt in dem zu behandelnden Gegenstand erzeugt, was ein Versagen in Bezug auf die Bereitstellung einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung für den zu behandelnden Gegenstand zum Ergebnis hat.

Aus der DE 101 97 283 T5 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vakuumwärmebehandlung bekannt. Das Verfahren wird während der Zufuhr eines gemischten Gases aus Ethylengas und Wasserstoffgas in einem evakuierten bzw. drucklosen Vakuumwärmebehandlungsofen durchgeführt. Das Verfahren umfasst das Detektieren einer Menge an Ethylengas und der Menge an Wasserstoffgas in dem Vakuumwärmebehandlungsofen, das Berechnen einer äquivalenten Kohlenstoffkonzentration der Atmosphäre auf der Basis der detektierten Menge Ethylengas und der Menge an Wasserstoffgas, und das Vergleichen des berechneten Werts mit dem Zielwert, welcher auf der Basis der Materialspezifikation und der erforderlichen Wärmebehandlungsqualität eines zu behandelnden Gegenstands angesetzt wurde, so dass die in den Vakuumwärmebehandlungsofen zugeführten Mengen an Ethylengas und Wasserstoffgas auf der Basis des Unterschieds zwischen dem berechneten Wert und dem Zielwert reguliert werden. Hierbei wird die Vorheiztemperatur gesteuert, welche auf einer vorherbestimmten Tabelle gemäß den Abmessungen des zu behandelnden Materials basiert.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufkohlen sind in der US 2002/0179187 A1 beschrieben. Hierbei wird die Temperatur eines in dem Verfahren verwendeten Ofens von einem Temperaturfühler gemessen und die Ofentemperatur wird durch ein Heizaggregat gesteuert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf die oben beschriebenen Probleme gemacht, wobei eine Aufgabe derselben in der Bereitstellung einer weiteren einheitlichen Aufkohlungsbehandlung für den zu behandelnden Gegenstand besteht.

Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, besteht ein erster Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung, die eine Aufkohlungsbehandlung durch Erwärmung eines in einer Behandlungskammer zu behandelnden Gegenstandes durchführt, deren Innenseite unter verringertem Druck steht, sowie in einer Aufkohlungsgasatmosphäre, die eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen von Temperaturen in einer Mehrzahl von Bereichen innerhalb der Behandlungskammer und eine Temperatureinstelleinrichtung zur individuellen Einstellung von Temperaturen in der Mehrzahl von Bereichen auf der Grundlage von Messergebnissen der Temperaturmesseinrichtung umfasst, so dass der zu behandelnde Gegenstand mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen wird.

Ein zweiter Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in dem ersten Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung beschriebene Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung, wobei die Mehrzahl von Bereichen mindestens einen vorderen Bereich in einer Richtung des Tragens des zu behandelnden Gegenstandes in Richtung der Behandlungskammer umfasst, einen hinteren Bereich, und einen Zwischenbereich, der zwischen dem vorderen Bereich und dem hinteren Bereich angeordnet ist.

Ein dritter Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung beschriebene Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung, wobei die Temperatureinstelleinrichtung aus einem Heizelement besteht, welches an jedem der Bereiche angeordnet ist, und aus einer Steuereinrichtung zur individuellen Steuerung des Heizelementes auf der Grundlage der Messergebnisse der Temperaturmesseinrichtung.

Ein vierter Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in dem dritten Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung beschriebene Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung, wobei die Steuereinrichtung das Heizelement einzeln durch Verwendung von PID-Werten (Steuerparameter der PID-Steuerung: „Proportional Integral and Derivative Control”/Proportionale Integral- und Derivativsteuerung) in Abhängigkeit von einer geladenen Masse des zu behandelnden Gegenstandes an jedem der Mehrzahl von Bereichen steuert.

Ein fünfter Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in dem dritten Aspekt oder dem vierten Aspekt der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung beschriebene Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung, wobei das Heizelement so angeordnet ist, dass es den zu behandelnden Gegenstand an jedem der Mehrzahl von Bereichen umgibt.

Ein Aspekt des Aufkohlungsbehandlungsverfahrens besteht in einem Aufkohlungsbehandlungsverfahren zur Durchführung von Aufkohlungsbehandlung durch Erwärmung eines in einer Behandlungskammer zu behandelnden Gegenstandes, deren Innenseite unter verringertem Druck steht, sowie in einer Aufkohlungsgasatmosphäre, wobei Temperaturen in einer Mehrzahl von Bereichen innerhalb der Behandlungskammer gemessen werden, und Temperaturen in der Mehrzahl von Bereichen einzeln auf der Grundlage der Messergebnisse gesteuert werden, so dass der zu behandelnde Gegenstand mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen werden kann.

Gemäß der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung und des Aufkohlungsbehandlungsverfahrens der vorliegenden Erfindung werden die Temperaturen in der Mehrzahl von Bereichen innerhalb der Behandlungskammer gemessen, um die Temperaturen in der Mehrzahl von Bereichen auf der Grundlage der Messergebnisse einzeln einzustellen.

Daher ist es möglich, eine einheitliche Anhebung von Temperaturen in jedem der Mehrzahl von Bereichen zu erreichen und mögliche Fluktuationen in Bezug auf die Temperatur des zu behandelnden Gegenstandes auf Grund von Bereichen des zu behandelnden Gegenstandes zu verhindern, auf Grund einer Ausgestaltung des zu behandelnden Gegenstandes oder eine Varianz einer geladenen Menge des zu behandelnden Gegenstandes innerhalb der Behandlungskammer, wodurch die zur Erhöhung von Temperaturen erforderliche Zeit abnimmt.

Daher ist es gemäß der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung und dem Aufkohlungsbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung möglich, den mit einer Aufkohlungsbehandlung zu behandelnden Gegenstand mit einer weiteren Einheitlichkeit zu versehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Schnittansicht einer vereinfachten Konstruktion der Aufkohlungsvorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

2 ist eine perspektivische Ansicht eines Heizelementes;

3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die schematisch eine Isolationskammer veranschaulicht; und

4 ist ein Blockdiagramm, welches die funktionelle Konstitution eines Temperatureinstellsystems veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nachfolgend wird eine Erklärung einer Ausführungsform der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung und des Aufkohlungsbehandlungsverfahrens der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. Es ist zu bemerken, dass Elemente im Maßstab passend verändert werden, um ihnen eine erkennbare Abmessung in den nachfolgenden Zeichnungen zu geben.

1 ist eine Schnittansicht, die eine vereinfachte Zusammensetzung einer Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in dieser Zeichnung veranschaulicht, handelt es sich bei der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform um eine Mehrkammer-Wärmebehandlungsvorrichtung mit einer Kühlkammer 20 zum Kühlen des zu behandelnden Gegenstandes W und eine Heizkammer 30 zum Erwärmen des zu behandelnden Gegenstandes W, die zusätzlich eine Zwischenkammer 40 aufweist, die zwischen der Kühlkammer 20 und der Heizkammer 30 angeordnet ist.

Die Kühlkammer 20 besteht aus einem Wärmebehandlungsofen 1, bei dem ein Kühlgas X zirkuliert wird, und aus einer Windofenkammer 2, die innerhalb des Wärmebehandlungsofens 1 angeordnet ist.

Zusätzlich zu der Windofenkammer 2 ist ein Wärmetauscher 3 zum Kühlen des Kühlgases X und ein Ventilator 4 zum Zirkulieren des Kühlgases X innerhalb des Wärmebehandlungsofens 1 innerhalb des Wärmebehandlungsofens 1 angeordnet.

Der Wärmebehandlungsofen 1 ist in einer annähernd zylindrischen Form ausgebildet, um dem Druck auch dann zu widerstehen, wenn sich die Druckbedingungen innerhalb des Wärmebehandlungsofens 1 verändern, und ist so positioniert, dass die Mittelachse der zylindrischen Form horizontal gehalten wird.

Weiterhin ist ein Endabschnitt des Wärmebehandlungsofens 1 in Form einer Vakuumabschirmungstür 80 ausgestaltet. Die Innenseite der Vakuumabschirmungstür 80 ist mit einem abnehmbaren Seitenwandabschnitt 21 der Windofenkammer 2 verbunden. Durch Öffnen der Vakuumabschirmungstür 80 wird der Seitenwandabschnitt 21 abgenommen, und der zu behandelnde Gegenstand W kann zwischen der Kühlkammer 20 und der Zwischenkammer 40 bewegt werden.

Es ist zu bemerken, dass innerhalb des Wärmebehandlungsofens 1 ein Außenraum der Windofenkammer 2 durch eine Unterteilungsplatte (nicht veranschaulicht) in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt unterteilt wird. Weiterhin trägt die Unterteilungsplatte die Windofenkammer 2.

Die Windofenkammer 2 ist zum Erwärmen oder Abkühlen des zu behandelnden Gegenstandes W innerhalb der Kammer vorgesehen. Eine Basis 22 zum Positionieren des zu behandelnden Gegenstandes W ist innerhalb der Windofenkammer 2 angeordnet und die Basis 22 ist mit einer Mehrzahl freier Rollen 23 versehen, die es ermöglichen, dass sich der zu behandelnde Gegenstand W leichter hinein- und hinausbewegt. Weiterhin ist die Basis 22 so strukturiert, dass sie es ermöglicht, dass Gas nach oben oder nach unten hindurchgeht (zum Beispiel eine Gitterstruktur).

Zusätzlich sind die oberen und unteren Wandabschnitte der Windofenkammer 2 in Form von homogenisierten Gleichrichterabschnitten 7 (7a, 7b) ausgeführt, um den Strom des Kühlgases X zu homogenisieren und gleichzurichten. Genauer ausgedrückt wird eine Kombination einer Gitterbox, die in einer Gitterform mit einem Stanzmetall beabstandet ist, und dergleichen, als homogenisierter Gleichrichterabschnitt 7 verwendet.

Weiterhin ist der hintere Endabschnitt der Kühlkammer 20 (wobei der Endabschnitt den Wärmetauscher 3 und den Ventilator 4 umfasst) in Form einer Tür 50 vorhanden, die geöffnet und geschlossen werden kann. Dann ist ein Seitenwandabschnitt 25, der dem Seitenwandabschnitt 21 der Windofenkammer 2 gegenüberliegt und der auch geöffnet oder geschlossen werden kann, mit der Tür 50 verbunden, welche den Wärmetauscher 3 und den Ventilator 4 aufweist und welche geöffnet und geschlossen werden kann.

Daher ist es durch das Öffnen der Tür 50 möglich, den zu behandelnden Gegenstand W zwischen der Kühlkammer 20 (Windofenkammer 2) und außerhalb der Vorrichtung zu bewegen. Die Tür 50 ist durch einen Stützfuß 51 getragen und der Stützfuß 51 ist an einer auf dem Boden positionierten Gleitvorrichtung 52 befestigt. Wenn die Gleitvorrichtung 52 aktiviert ist, wird die Tür 50, wie in der Zeichnung veranschaulicht, in einer Horizontalrichtung näher zu oder weg von der Kühlkammer 20 gebracht. Durch die Verwendung der oben beschriebenen Gleitvorrichtung 52 wird es leicht, die Tür 50 zu öffnen oder zu schließen. Ein Mechanismus zum leichten Öffnen oder Schließen der Tür 50 ist nicht auf die Gleitvorrichtung 52 beschränkt, kann jedoch eine Scharniervorrichtung oder solche Vorrichtungen umfassen.

Die Heizkammer 30 ist auch annähernd in einer zylindrischen Form ausgebildet, wie im Falle der Kühlkammer 20, und ist so angeordnet, dass sie der Kühlkammer 20 gegenüberliegt, wie in der Zeichnung veranschaulicht. Weiterhin ist eine Trägerstange 61 zum Tragen des zu behandelnden Gegenstandes W innerhalb der vorliegenden Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 innerhalb einer die Trägerstange aufnehmenden Aufnahmekammer 62 vorgesehen, die mit der Heizkammer 30 verbunden ist.

Eine Isolationskammer 31 (Behandlungskammer), die annähernd in einer Rechteckform ausgebildet ist, ist innerhalb der Heizkammer 30 vorgesehen. Eine Isolationstür 32 ist auf der Seitenfläche auf einem Ende der Isolationskammer 31 (der Seite, die der Kühlkammer 20 gegenüberliegt) vorgesehen, und eine Trägerstangentür 33, die als ein Auslass oder ein Einlass einer Trägerstange 61 agieren wird, ist auf der Seitenfläche an dem anderen Ende vorgesehen. Die Trägerstangentür 33 ist zum Öffnen oder Schließen durch einen Hubabschnitt 27 reguliert, der so angebracht ist, dass er von einer Außenwand der Heizkammer 30 hervorsteht. Die Trägerstangentür 33 ist auch so konstruiert, dass sie Isolation bietet, wie dies auch bei der Isolationstür 32 der Fall ist. Eine Basis 34 zur Positionierung des zu behandelnden Gegenstandes W ist innerhalb der Isolationskammer 31 vorgesehen. Die Basis 34 ist in einer Rahmenform ausgebildet, zum Beispiel so, dass der zu behandelnde Gegenstand W einheitlich erwärmbar ist, und ist auch mit eine freien Rolle 35 versehen, um den zu behandelnden Gegenstand W angemessen zu bewegen. Weiterhin ist die Basis 34 innerhalb der Isolationskammer 31 in derselben Höhe wie die innerhalb der Windofenkammer 2 vorgesehene Basis 22 angeordnet.

Weiterhin ist eine Mehrzahl von Heizelementen 10 zum Erwärmen des zu behandelnden Gegenstandes W innerhalb der Isolationskammer 31 vorgesehen. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Heizelementes, und 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche die Isolationskammer 31 schematisch veranschaulicht. Wie in den Zeichnungen veranschaulicht, bestehen die Heizelemente 10 der vorliegenden Ausführungsform aus einer Gesamtheit von 6 Heizelementen 11 bis 16, nämlich Heizelemente 11 und 12, die in einem vorderen Bereich R1 angeordnet sind, wobei es sich um eine Auslass- und eine Einlassseite der Isolationskammer 31 handelt (vorderer Bereich in einer Richtung der darin erfolgenden Bewegung des zu behandelnden Gegenstandes W), in einem Zwischenbereich R2 der Isolationskammer 31 angeordnete Heizelemente 13 und 14 (ein Bereich zwischen dem vorderen Bereich und dem hinteren Bereich in einer Richtung der darin erfolgenden Bewegung des zu behandelnden Gegenstandes W), und in einem hinteren Bereich R3 angeordnete Heizelemente 15 und 16, wobei es sich um einen hinteren Bereich der Isolationskammer 31 handelt (hinterer Bereich in einer Richtung der darin erfolgenden Bewegung des zu behandelnden Gegenstandes W). Wie in 2 veranschaulicht, ist jedes dieser Heizelemente 11 bis 16 so angeordnet, dass es den zu behandelnden Gegenstand W umgibt.

Weiterhin ist ein Thermopaar 71 zum Messen von Temperaturen in dem vorderen Bereich R1, ein Thermopaar 72 zum Messen von Temperaturen in dem Zwischenbereich R2, und ein Thermopaar 73 zum Messen von Temperaturen in dem hinteren Bereich R3 innerhalb der Isolationskammer 31 angeordnet.

4 ist ein Blockdiagramm, welches die funktionelle Ausgestaltung eines Temperatureinstellsystems 100 in der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in der Zeichnung veranschaulicht, sind die oben beschriebenen Heizelemente 11 bis 16 und die Thermopaare 71 bis 73 als Komponenten des Temperatureinstellsystems 100 enthalten. Genauer ausgedrückt ist das Temperatureinstellsystem 100 mit einem Messsystem 110 zum Messen von Temperaturen in den Bereichen R1 bis R3 (vorderer Bereich R1, Zwischenbereich R2 und hinterer Bereich R3) vorgesehen, wobei es sich um eine Mehrzahl von Bereichen innerhalb der Isolationskammer 31 handelt, und mit einem Einstellsystem 120 zur individuellen Einstellung von Temperaturen in den Bereichen R1 bis R3 auf der Grundlage der Messergebnisse des Messsystems 110, so dass der zu behandelnde Gegenstand W mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen ist. Dann ist das Messsystem 110 mit Thermopaaren 71 bis 73 und mit einem Berechnungsteil 111 zur Berechnung der Messergebnisse der Thermopaare 71 bis 73 als gemessene Ergebnisse versehen. Weiterhin ist das Einstellsystem 120 mit Heizelementen 11 bis 16 und einem Steuerteil 121 zur Einstellung von Ausgaben der Heizelemente 11 bis 16 auf der Grundlage der zuvor festgelegten PID-Werte und der gemessenen Werte versehen, die von dem Messsystem 110 eingegeben werden.

Dann stellt das Steuerteil 121, welches in der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform vorhanden ist, Ausgaben der Heizelemente 11 und 12, die in dem vorderen Bereich R1 angeordnet sind, auf der Grundlage der Messergebnisse des Thermopaares 71, Ausgaben der Heizelemente 13 und 14, die in dem Zwischenbereich R2 angeordnet sind, auf der Grundlage der Messergebnisse des Thermopaares 72, und Ausgaben der Heizelemente 15 und 16, die in dem hinteren Bereich R3 angeordnet sind, auf der Grundlage der Messergebnisse des Thermopaares 73 bereit.

Mit anderen Worten ausgedrückt werden bei der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform Temperaturen in jedem der Bereiche R1 bis R3 einzeln gemessen und Temperaturen in jedem der Bereiche werden entsprechend diesen einzeln gemessenen Ergebnissen einzeln eingestellt.

Genauer ausgedrückt werden bei der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform Temperaturen in jedem der Bereiche R1 bis R3 einzeln eingestellt, so dass die Bereiche R1 bis R3 einheitlich erwärmt werden.

Weiterhin ist es bei der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform möglich, PID-Werte in dem Steuerteil 121 entsprechend der Masse des zu behandelnden Gegenstandes W einzustellen, der in den betroffenen Bereich zu laden ist. Daher kann die Ausgabe von Heizelementen 11 bis 16 in jedem der Bereiche R1 bis R3 auf der Grundlage der PID-Werte entsprechend der Masse des zu behandelnden Gegenstandes W eingestellt werden, der in jeden der Bereiche R1 bis R3 zu laden ist.

Zurückkommend auf 1 ist die Zwischenkammer 40 annähernd in Form einer hohlen Rechteckform ausgebildet und zwischen der Kühlkammer 20 und der Heizkammer 30 angeordnet. Ein Abschirmungstürhubabschnitt 41 zum Anheben der Vakuumabschirmungstür 80 und ein Isolationstürhubabschnitt 42 zum Anheben der Isolationstür 32 sind in dem oberen Abschnitt der Zwischenkammer 40 vorgesehen.

Die Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 ist auch mit einer Druckminderungsvorrichtung (nicht veranschaulicht) zur Verringerung des Druckes innerhalb der Heizkammer 30 und mit einem Aufkohlungsgaslieferelement (nicht veranschaulicht) zur Lieferung eines Aufkohlungsgases (wie zum Beispiel Azetylengas) in die Isolationskammer 31 versehen.

Als Nächstes wird eine Erklärung des Betriebes (Aufkohlungsbehandlungsprozess) der oben beschriebenen Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung gegeben.

Zuerst wird, während die Gleitvorrichtung 52 verwendet wird, um die Tür 50 von der Kühlkammer 20 getrennt zu halten, der zu behandelnde Gegenstand W auf der Basis innerhalb der Windofenkammer 2 positioniert. Dann wird die Gleitvorrichtung 52 verwendet, um die Tür 50 mit der Kühlkammer 20 in Kontakt zu bringen, wodurch die Kühlkammer 20 abgedichtet wird. Danach wird eine Druckmindervorrichtung (nicht veranschaulicht) aktiviert, um ein Vakuum in die Kühlkammer 20, die Heizkammer 30 und die Zwischenkammer 40 zu ziehen. Dann wird der Hubabschnitt 27, der Vakuumabschirmungstürhubabschnitt 41 und der Isolationstürhubabschnitt 42 aktiviert, wodurch die Trägerstangentür 33, die Vakuumabschirmungstür 80 und die Isolationstür 32 geöffnet wird.

In diesem Fall wird der zu behandelnde Gegenstand W durch die Trägerstange 61 auf die Basis 34 innerhalb der Isolationskammer 31 von der Basis 22 innerhalb der Windofenkammer 2 bewegt. Der Hubabschnitt 27 und der Isolationstürhubabschnitt 42 werden dann erneut aktiviert, um die Trägerstangentür 33 und die Isolationstür 32 zu schließen. Der zu behandelnde Gegenstand W wird durch das Heizelement 10 erwärmt, während derselbe Zustand aufrechterhalten wird.

Dann werden in der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform die Temperaturen in jedem der Bereiche R1 bis R3 innerhalb der Isolationskammer 31 einzeln durch das Temperatureinstellsystem 100 gemessen und die Temperaturen der Bereiche R1 bis R3 werden einzeln auf der Grundlage der Messergebnisse gesteuert, so dass der zu behandelnde Gegenstand W mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen wird.

Genauer ausgedrückt werden die Temperaturen in dem vorderen Bereich R1 durch das Thermopaar 71 des Temperaturmesssystems 110 gemessen, welches einen Teil des Temperatureinstellsystems darstellt, und das Berechnungsteil 111 des Messsystems 110 berechnet und gibt die gemessenen Werte auf der Grundlage der Messergebnisse aus. Weiterhin werden die Temperaturen in dem Zwischenbereich R2 durch das Thermopaar 72 des Temperaturmesssystems 110 gemessen und das Berechnungsteil 111 des Messsystems 110 berechnet und gibt die gemessenen Werte auf der Grundlage der Messergebnisse aus. Weiterhin werden die Temperaturen in dem hinteren Bereich R3 durch das Thermopaar 73 des Temperaturmesssystems 110 gemessen und das Berechnungsteil 111 des Messsystems 110 berechnet und gibt die gemessenen Werte auf der Grundlage der Messergebnisse aus.

Mit anderen Worten ausgedrückt misst das Temperaturmesssystem 110 die Temperaturen in einer Mehrzahl der Bereiche innerhalb der Isolationskammer 31.

Dann werden die gemessenen Werte, die durch das Temperaturmesssystem 110 erhalten wurden, in das Einstellungssystem 120 eingegeben, welches einen Teil des Temperatureinstellsystems 100 darstellt. In diesem Fall stellt das Steuerteil 121 des Einstellsystems 120 die Ausgaben von Heizelementen 11 bis 16 gemäß den gemessenen Werten ein, die eingegeben werden. Genauer ausgedrückt stellt das Steuerteil 121 Ausgaben der Heizelemente 11 und 12 ein, wenn auf der Grundlage von Temperaturen in dem vorderen Bereich R1 gemessene Werte eingegeben werden, es stellt Ausgaben der Heizelemente 13 und 14 ein, wenn auf der Grundlage von Temperaturen in dem Zwischenbereich R2 gemessene Werte eingegeben werden, und es stellt Ausgaben der Heizelemente 15 und 16 ein, wenn auf der Grundlage von Temperaturen in dem hinteren Bereich R3 gemessene Werte eingegeben werden.

Wie bis hierher beschrieben, wird die Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform durch das Temperatureinstellsystem 100 so gesteuert, dass die Temperatur in den Bereichen R1 bis R3 überall gleich ist. Wenn dann der zu behandelnde Gegenstand W, der innerhalb der Isolationskammer 31 positioniert wird, auf eine zuvor festgelegte Temperatur erwärmt wird, wird das Aufkohlungsgas durch den Aufkohlungsgasspender (nicht veranschaulicht) in die Isolationskammer 31 geliefert.

In diesem Fall wird der zu behandelnde Gegenstand W in der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform einheitlich erwärmt, da die Temperaturen durch das Temperatureinstellsystem 100 so gesteuert werden, dass sie in den Bereichen R1 bis R3 dieselben sind. Daher ist es durch die Lieferung von Aufkohlungsgas in die Isolationskammer 31 möglich, dem zu behandelnden Gegenstand W eine einheitliche Aufkohlungsbehandlung zu geben.

Weiterhin ist es bei der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform möglich, PID-Werte in den Steuerteil 121 gemäß der Masse des zu behandelnden Gegenstandes W einzugeben, der in den betroffenen Bereich zu laden ist. Wenn die Masse des zu behandelnden Gegenstandes W, die in jeden der Bereiche R1 bis R3 zu laden ist, im Voraus bekannt ist, ist es möglich, Ausgaben der Heizelemente 11 bis 16 in jedem der Bereiche R1 bis R3 auf der Grundlage der PID-Werte gemäß der Masse des zu behandelnden Gegenstandes W einzustellen, die in jeden der Bereiche R1 bis R3 zu laden ist, nämlich PID-Werte gemäß der endothermischen Kapazität des zu behandelnden Gegenstandes W, die in jedem der Bereiche R1 bis R3 vorhanden ist. Daher ist es selbst dann, wenn die Temperaturen innerhalb der Isolationskammer 31 während der Aufkohlungsbehandlung verändert werden möglich, dieselbe Temperatur in derselben Geschwindigkeit des zu behandelnden Gegenstandes W zu verändern, die in jedem der Bereiche R1 bis R3 vorhanden ist, wodurch es möglich ist, weiterhin eine einheitliche Aufkohlungsbehandlung bereitzustellen.

Nach Vollendung der Aufkohlungsbehandlung des zu behandelnden Gegenstandes W wird das Aufkohlungsgas innerhalb der Heizkammer 30 (Isolationskammer 31) erneut durch eine Druckminderungsvorrichtung ausgestoßen, und die Diffusion wird für eine zuvor festgelegte Zeitdauer durchgeführt, wodurch durch die Aufkohlungsbehandlung erzeugtes Zementit zerstreut wird. Danach werden die Trägerstangentür 33 und die Isolationstür 32 geöffnet und der zu behandelnde Gegenstand W wird erneut durch die Trägerstange 61 zu der Basis 22 innerhalb der Windofenkammer 2 bewegt. Dann, wenn der zu behandelnde Gegenstand W zu der Basis 22 der Windofenkammer 2 bewegt wird, wird die Vakuumabschirmungstür 80 abgedichtet.

Dann wird das durch den Wärmetauscher 3 gekühlte Aufkohlungsgas X durch den Ventilator 4 zirkuliert und der Strom des zirkulierten Aufkohlungsgases X wird durch den homogenisierten Gleichrichterabschnitt 7 homogenisiert. Das so homogenisierte Aufkohlungsgas X wird auf den zu behandelnden Gegenstand W gesprüht, wodurch der zu behandelnde Gegenstand W einheitlich gekühlt wird.

Dann, wenn der zu behandelnde Gegenstand W auf eine zuvor festgelegte Temperatur heruntergekühlt wird, wird die Tür 50 von der Kühlkammer 20 entfernt und der zu behandelnde Gegenstand W wird nach außen bewegt.

Gemäß der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung und des Aufkohlungsbehandlungsverfahrens, die in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben sind, werden die Temperaturen in jedem der Bereiche R1 bis R3 innerhalb der Isolationskammer 31 einzeln gemessen und die Temperaturen in jedem der Bereiche R1 bis R3 werden einzeln auf der Grundlage der Messergebnisse gesteuert, so dass der zu behandelnde Gegenstand W mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen wird. Daher ist es möglich, eine einheitliche Anhebung von Temperaturen des zu behandelnden Gegenstandes W als Ganzes zu erreichen. Selbst in dem Falle, in dem ein hoch aufkohlendes Gas wie zum Beispiel Azetylengas verwendet wird, kann der zu behandelnde Gegenstand W mit einer weiteren einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen werden.

Es wurde bisher eine Erklärung bevorzugter Ausführungsformen der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung und des Aufkohlungsbehandlungsverfahrens der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben. Als eine Selbstverständlichkeit sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt sein. Verschiedene Ausgestaltungen und Kombinationen der in den Ausführungsformen gegebenen Komponenten sind nur beispielhaft und können in unterschiedlichen Abänderungen auf der Grundlage von Konstruktionsanforderungen und anderen Anforderungen verfügbar sein, solange sie nicht von dem Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung abweichen.

Bei der oben erwähnten Ausführungsform wird das Aufkohlungsgas zum Kühlen des zu behandelnden Gegenstandes W verwendet. Die vorliegende Erfindung soll nicht darauf begrenzt sein, wobei jedoch ein Kühlöl zum Abkühlen des zu behandelnden Gegenstandes W verwendet werden kann.

Weiterhin ist die Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 der oben beschriebenen Ausführungsform mit der Heizkammer 30, der Kühlkammer 20 und der zwischen denselben vorgesehenen Zwischenkammer 40 versehen. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht darauf begrenzt sein, kann jedoch auf die mit einer Mehrzahl von Heizkammern 30 oder mit einer Behandlungskammer versehene Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung S1 anwendbar sein, in der dem zu behandelnden Gegenstand eine andere Behandlung gegeben wird.


Anspruch[de]
Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung (S1), die eine Aufkohlungsbehandlung durch Erwärmung eines in einer Behandlungskammer (31) zu behandelnden Gegenstandes (W) durchführt, deren Innenseite unter verringertem Druck steht, sowie in einer Aufkohlungsgasatmosphäre, die Folgendes umfasst:

Eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen von Temperaturen in einer Mehrzahl von Bereichen (R1, R2, R3) innerhalb der Behandlungskammer (31), und

eine Temperatureinstelleinrichtung zur individuellen Einstellung von Temperaturen in der Mehrzahl von Bereichen (R1, R2, R3) auf der Grundlage von Messergebnissen der Temperaturmesseinrichtung, so dass der zu behandelnde Gegenstand (W) mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen wird, wobei die Temperatureinstelleinrichtung ein Heizelement (1116), welches an jedem der Bereiche (R1, R2, R3) angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung zur individuellen Steuerung des Heizelementes (1116) auf der Grundlage der Messergebnisse der Temperaturmesseinrichtung aufweist, wobei es selbst dann, wenn die Temperaturen innerhalb der Isolationskammer (31) während der Aufkohlungsbehandlung verändert werden, möglich ist, dieselbe Temperatur in derselben Geschwindigkeit des zu behandelnden Gegenstandes (W) zu verändern, die in jedem der Bereiche (R1, R2, R3) vorhanden ist.
Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung (S1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Bereichen (R1, R2, R3) mindestens einen vorderen Bereich (R1) in einer Richtung des Tragens des zu behandelnden Gegenstandes (W) in Richtung der Behandlungskammer (31) umfasst, einen hinteren Bereich (R3), und einen Zwischenbereich (R2), der zwischen dem vorderen Bereich (R1) und dem hinteren Bereich (R3) angeordnet ist. Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung (S1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung das Heizelement (1116) einzeln durch Verwendung von PID-Werten in Abhängigkeit von einer geladenen Masse des zu behandelnden Gegenstandes (W) an jedem der Mehrzahl von Bereichen (R1, R2, R3) steuert. Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung (S1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (1116) so angeordnet ist, dass es den zu behandelnden Gegenstand (W) an jedem der Bereiche (R1, R2, R3) umgibt. Aufkohlungsbehandlungsverfahren zur Durchführung von Aufkohlungsbehandlung durch Erwärmung eines in einer Behandlungskammer (31) zu behandelnden Gegenstandes (W), deren Innenseite unter verringertem Druck steht, sowie in einer Aufkohlungsgasatmosphäre, wobei Temperaturen in einer Mehrzahl von Bereichen (R1, R2, R3) innerhalb der Behandlungskammer (31) gemessen und Temperaturen in der Mehrzahl von Bereichen (R1, R2, R3) einzeln auf der Grundlage der Messergebnisse gesteuert werden, so dass der zu behandelnde Gegenstand (W) mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen werden kann, unter Verwendung der Aufkohlungsbehandlungsvorrichtung, welche Folgendes umfasst:

eine Temperaturmesseinrichtung zur Temperaturmessung in einer Vielzahl von Bereichen innerhalb der Behandlungskammer, und

eine Temperatureinstelleinrichtung zur individuellen Einstellung von Temperaturen in der Mehrzahl von Bereichen (R1, R2, R3) auf der Grundlage von Messergebnissen der Temperaturmesseinrichtung, so dass der zu behandelnde Gegenstand (W) mit einer einheitlichen Aufkohlungsbehandlung versehen wird, wobei die Temperatureinstelleinrichtung ein Heizelement (1116), welches an jedem der Bereiche (R1, R2, R3) angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung zur individuellen Steuerung des Heizelementes (1116) auf der Grundlage der Messergebnisse der Temperaturmesseinrichtung aufweist, wobei es selbst dann, wenn die Temperaturen innerhalb der Isolationskammer (31) während der Aufkohlungsbehandlung verändert werden, möglich ist, dieselbe Temperatur in derselben Geschwindigkeit des zu behandelnden Gegenstandes (W) zu verändern, die in jedem der Bereiche (R1, R2, R3) vorhanden ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com