Kammeröfen: TQ vs. RTQ

Von Dirk Joritz - Ipsen International GmbH

An metallische Bauteile werden heute immer höhere Anforderungen gestellt, zum Beispiel hinsichtlich der Verschleiß- oder Korrosionsbeständigkeit. Um eine entsprechende Qualität auch bei vergleichsweise preiswerten Rohstoffen zu gewährleisten, werden die Bauteile häufig einer industriellen Wärmebehandlung unterzogen. Je nach Menge der zu behandelnden Bauteile und der geforderten Flexibilität der Anlage werden entweder kontinuierlich betriebene oder chargenweise arbeitende Öfen eingesetzt.

Kontinuierlich betriebene Öfen eignen sich für die Massenproduktion z.B. in der Automobilindustrie. Chargenanlagen, auch (Einzel-)Kammeröfen genannt, zeichnen sich durch ihre hohe Flexibilität aus: Nach jeder Charge kann das Programm und damit das zu behandelnde Bauteil ausgetauscht werden. Dies macht diese Anlagen z.B. bei gewerblichen Wärmebehandlungsbetrieben sehr beliebt.

Kammeröfen zum Härten und Einsatzhärten (Aufkohlung mit anschließender Ölabschreckung) bestehen aus einer Heizkammer und einem direkt anschließenden Ölbad. Je nach Bauart werden zwei Gruppen unterschieden:

1. Öfen nach dem Prinzip der Durchlaufabschreckung (TQ-Öfen)
2. Öfen nach dem Prinzip der Rückführung durch Abschrecken (RTQ-Öfen)

In TQ-Öfen, die nach dem Prinzip der Durchlaufabschreckung arbeiten, werden die zu behandelnden Bauteile direkt in die über 750 °C heiße Heizkammer chargiert, wo sie aufgeheizt und gegebenenfalls aufgekohlt werden. Anschließend werden die Bauteile in die Abschreckkammer transportiert, wo sie in der Regel in einem Ölbad abgeschreckt werden. Dabei wird auch die Oberflächenschicht gehärtet. Anschließend werden die Bauteile aus dem Ofen entnommen.

In RTQ-Öfen, die nach dem Prinzip der Rückführung durch Abschreckung arbeiten, werden die zu behandelnden Bauteile zunächst für einige Minuten in die relativ kalte (ca. 120 °C bis 140 °C) Abschreckkammer gebracht. Danach wird die Charge in die über 750 °C arbeitende Heizkammer geladen, wo sie erwärmt und gegebenenfalls aufgekohlt wird. Anschließend werden die Bauteile in der Abschreckkammer wie im TQ gehärtet. Anschließend werden die Bauteile aus dem Ofen entnommen.

Auch wenn die Chargengrößen identisch sind, das eigentliche Wärmebehandlungsprogramm in beiden Öfen gleich ist und die erzielten Ergebnisse nur minimal variieren, gibt es einige Unterschiede, die bei der Auswahl des geeigneten Ofensystems berücksichtigt werden müssen.

Platzbedarf und Kosten:

Der TQ-Ofen hat sowohl eine Be- als auch eine Entladetür, so dass geeignete Beladesysteme sowohl vor als auch hinter dem Ofen installiert werden müssen. Dementsprechend benötigt dieser Ofentyp mehr Platz als der RTQ-Ofen, der mit nur einem kombinierten System zum Be- und Entladen auskommt. Kostentechnisch unterscheiden sich die beiden Öfen nur unwesentlich; da aber bei einem TQ-Ofen zwei Chargiersysteme hinzukommen, ist die Anschaffung zunächst etwas teurer. Wenn jedoch eine Linie mit mindestens drei TQ-Öfen für die Wärmebehandlung eingesetzt wird, amortisiert sich diese Investition schnell und das TQ-Verfahren wird langfristig günstiger als das RTQ-Verfahren.

Behandlungsdauer und Durchsatz:

Das Wärmebehandlungsprogramm in der Heizkammer ist bei beiden Ofensystemen identisch. Der Unterschied liegt in der Behandlungszeit: Diese ist beim RTQ-Ofen etwas länger, da die Charge über die Abschreckkammer beladen wird und dort für eine kurze Spüldauer (ca. 15 bis 20 Minuten) verbleibt. Dies verschafft dem TQ-Ofen einen leichten Vorteil in Bezug auf den Durchsatz, da die nächste Charge bereits in die Heizkammer geladen werden kann, während die vorhergehende Charge noch im Ölbad aushärtet. Bei der RTQ-Anlage ist es möglich, dass eine Charge auch in die Abschreckkammer eingebracht werden kann, während sich die vorherige Charge noch im Ölbad befindet (sogenannte Doppelbeladung). Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Abschreckzeit im Ölbad deutlich länger ist als die Spülzeit vor dem Beladen der Heizkammer. Dies bedeutet, dass
bei kurzen Abschreckzeiten muss der Ofen erst vollständig entladen werden, bevor die nächste Charge behandelt werden kann.

Wartung und Kontrolle:

Auch hier punktet der TQ-Ofen: Während der normalen Produktion ist es möglich, beim Be- und Entladen sowohl in die Heiz- als auch in die Abschreckkammer zu schauen, um zum Beispiel den Zustand des Mauerwerks oder eine eventuelle Versottung zu beobachten. Bei einem RTQ-Ofen kann nur die Abschreckkammer während des Betriebs inspiziert werden; eine Inspektion der Heizkammer ist nur möglich, wenn der Ofen aus der Produktion genommen wird. Der TQ-Ofen ist dank seiner zwei Türen für die Wartung besser zugänglich. Allerdings bedeutet dies auch einen gewissen Mehraufwand, da zwei Türen überwacht und inspiziert werden müssen.

Ergebnisse der Wärmebehandlung und Prozessablauf:

Wie eingangs erwähnt, unterscheiden sich die Wärmebehandlungsergebnisse zwischen TQ- und RTQ-Öfen nicht wesentlich. Dennoch sollten einige Details erwähnt werden: Bei der Beladung des TQ-Ofens gelangt die Luft direkt in die Heizkammer. Das bedeutet, dass die Ofenatmosphäre gestört wird und sich erst nach dem Schließen der Tür wieder aufbaut. Beim RTQ-Ofen hingegen verbleibt die Charge zunächst für eine kurze Spülzeit in der Abschreckkammer. Dort wird die negative Wirkung der eingedrungenen Luft kompensiert. Beim Beladen der Heizkammer gelangt keine weitere Luft in die Heizkammer und die Ofenatmosphäre wird schneller wiederhergestellt.

Um die Aufheizzeit in der Heizkammer zu minimieren, werden die Chargen häufig auf eine Temperatur von 350 °C bis 450 °C vorgewärmt. In diesem Fall wäre die Verweilzeit in der Abschreckkammer von RTQ-Öfen eher nachteilig, da die Chargen in dieser Zeit an Temperatur verlieren. Dadurch wird der gewünschte Vorwärmungseffekt verringert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beide Ofensysteme in unterschiedlichen Bereichen gute Leistungen erbringen und dass man nicht einen Typ dem anderen vorziehen sollte. Wenn Sie z.B. nur wenig Platz zur Verfügung haben, ist ein TQ-System wahrscheinlich weniger geeignet. Wenn die Vorwärmung für Sie von entscheidender Bedeutung ist, passt ein RTQ-Ofen nicht unbedingt ins Konzept. Entscheidend für die Auswahl sind also die individuellen Kundenanforderungen.

Wir beraten Sie gerne und ausführlich über die verschiedenen Arten von Atmosphärenöfen und ihre Anwendungsmöglichkeiten, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Wahl treffen. Für weitere Informationen können Sie uns gerne kontaktieren unter marketing@ipsen.de.

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