Wenn Sie eine Wärmebehandlungsabteilung betreten und Ihre erste vertikale Vakuumofenkann man sich den Anblick nicht entgehen lassen, der einem den Atem raubt.
Dort thront ein gigantischer Vakuumdruckbehälter auf Metallbeinen ein Stockwerk oder mehr in der Luft. Drähte und Schläuche, Pumpen und Steuerungen - alles in verschiedenen Winkeln angebracht - könnten Vergleiche mit Science-Fiction-Ikonen wie dem Eiserner Riese oder das außerirdische Raumschiff aus H.G. Wells' Krieg der Welten.
Es sind großartige Maschinen. Ehrfurcht gebietend. Und, was am wichtigsten ist, sehr nützlich.
Näher betrachtet - Warum einen vertikalen Vakuumofen kaufen?
Abar Gesellschaft begann in den 1960er Jahren mit der Herstellung großer vertikaler Vakuumöfen mit Bodenbeschickung und baute 1969 den damals größten seiner Art mit einer gigantischen Arbeitszone von 96 Zoll mal 96 Zoll (siehe Abbildung oben). "Luft- und Raumfahrt begannen Unternehmen an der Ostküste, mehrere Abar-Vertikalöfen zu kaufen und sie in einer Reihe aufzustellen, um den Anforderungen des Wettlaufs um die Weltraumfahrt und des wachsenden Geschäfts mit Verkehrsflugzeugen gerecht zu werden", so Mark Heninger, Ipsens Director of Equipment Sales. Als Abar und Ipsen 1985 fusionierten, war die Nachfrage nach vertikalen Vakuumöfen ungebrochen.
Während diese Öfen so ziemlich alles konnten, was ihre horizontalen Gegenstücke auch konnten - Glühen, Aufkohlen, Härten, Anlassen usw. -, konnten die vertikalen Öfen in einzigartiger Weise die Wärmezufuhr und Abschrecken mit einem hohen Maß an Kontrolle für sehr große oder sehr lange zylindrische Teile mit unterschiedlichen Dicken. Stellen Sie sich den Querschnitt eines Flugzeugrumpfes oder die Triebwerksdüse einer Orbitalrakete vor.
"Die Wärmebehandler suchten nach mehr Kapazität eines Ofens bei einer einzigen Beladung. Der Versuch, ein großes oder tiefes Teil in einen Horizontalofen zu laden, wird zu einem Problem", fügt Jim Grann, der technische Direktor von Ipsen, hinzu. "Wie soll man ein Teil mit einem Durchmesser von sechs Fuß und einer Tiefe von 25 Fuß in einen Horizontalofen laden und entladen?
Vertikale Vakuumöfen mit Bodenbeschickung ermöglichten es, große Teile wie dieses flach auf dem Herd zu platzieren oder von oben auf einer Vorrichtung in der heißen Zone aufzuhängen. Dadurch konnten die Ingenieure die Geometrie des gesamten Durchmessers der Kammer nutzen und waren nicht durch die Querschnittsbreite des Druckbehälters auf verschiedenen Höhen über dem Herd eingeschränkt, wie es bei einem Horizontalofen der Fall war.
"Wenn ich ein Teil in einer Wiege auf einen Herd lege und es in einer Weise wächst, bei der ich den Ausdehnungskoeffizienten nicht kontrollieren kann, kann das Gewicht dazu führen, dass sich das Teil verzieht. Wenn ich das Teil jedoch aufhängen kann und es durch die Schwerkraft bei neutraler Belastung nach unten wachsen lasse, erhalte ich eine gleichmäßigere Ausdehnung sowohl während des Erhitzungs- als auch des Abkühlungsprozesses."
Jim Grann, Technischer Direktor
Ipsen MetalMaster Modell VR 120×72
"Wenn es um die Handhabung dieser großen Teile geht, können die Besitzer von Vertikal-Vakuumöfen oft auf die vorhandene Infrastruktur von Brückenkränen zurückgreifen, um die Teile auf den auf dem verfahrbaren Bodenkopf montierten Herd zu be- und entladen", erklärt Heninger.
"Vergleichen Sie das mit einem Horizontalofen, für den ein Lader mit langen Gabeln erforderlich wäre, der diese riesigen Teile tief in die heiße Zone befördert. Die Sicherstellung, dass die Gabeln über einen langen Verfahrweg starr und parallel bleiben, um die Ladung zu platzieren, ohne mit Elementen der heißen Zone zu kollidieren, kann teuer werden", fügte Grann hinzu. Die Anschaffung oder der Bau eines Ladesystems, das diese Steifigkeit über eine lange Strecke gewährleisten kann, kann die Kosten für die Einrichtung erheblich erhöhen. Die Lagerung eines solchen Ladegeräts, wenn es nicht in Gebrauch ist, vergrößert den Gesamtplatzbedarf zusätzlich.
Auf der Suche nach mehr - jenseits großer Teile
Aber nicht jeder, der einen vertikalen Vakuumofen kauft, hat einen ständigen Strom von riesigen Teilen. "Wir gingen von einer Annahme aus, die wir vor etwa drei Jahren änderten. Wir glaubten, dass die Leute diese Vertikalöfen kaufen würden, damit sie große Teile einlegen können. Jetzt sehen wir, dass die Anwender Vorrichtungen mit großen runden Platten darauf bauen, wie einen Pizzaofen", erklärt Grann den Trend. Die Nachfrage nach der Handhabung kleinerer Teile zwischen den Aufträgen für die größere Stückarbeit trieb die systemische Innovation im Vorrichtungsbau voran. Zusätzlich zu den mehrstöckigen Plattformen nutzten Korbsysteme und hängende Gestelle das größere nutzbare Gesamtvolumen, das in einem vertikalen Vakuumofen für Teile mit ungewöhnlichen Abmessungen zur Verfügung steht.
"Diese Forderung nach Vorrichtungen zur Handhabung kleinerer Teile veränderte die Art und Weise, wie wir das Design der Kontrollzonen betrachteten", so Grann. Aufgrund der Nachfrage in der Luft- und Raumfahrtindustrie nach genauen Temperaturmesswerten und Prozessüberwachung ermöglichten zusätzliche Positionen für die Thermoelementüberwachung in den Konstruktionen der vertikalen Vakuumöfen die Steuerung von Prozessen, die gleichzeitig Teile mit einer Vielzahl von Geometrien handhaben.
"Auch wenn ein Vertikalofen sehr hoch ist, kann sich ein Großteil der Teilemasse am Boden der Kammer befinden, mit dem Herd und der Vorrichtung", erklärt Heninger. "Die Kunden können eine Teillast fahren, bei der die Teile nur so weit in die Kammer hineinreichen. Es ist also wahrscheinlicher, dass Sie obere und untere Elemente und Ringelemente für eine bessere Temperaturkontrolle in der gesamten Kammer sehen."
Unternehmen an globalen Standorten, bei denen der Platz auf dem Boden knapp war, sahen in Vertikalöfen eine Möglichkeit, nach oben statt nach außen zu bauen und so die Stellfläche jedes Ofens zu verringern, während sie gleichzeitig in der Lage waren, große Arbeitsmengen zu bewältigen.
Vorsicht, unten! Was sind von oben beschickbare Vertikalöfen?
Als selteneres Gegenstück zum vertikalen Vakuumofen mit Bodenbeladung hat sich der VTL-Ofen von Ipsen mit Oberbeladung ebenfalls als Lösung für unglaublich lange Teile herausgestellt. "Top-Loader und Bottom-Loader sind unterschiedliche Ofentypen. Top-Loader eignen sich hervorragend für besonders lange Bauteile, wie z. B. Rohre mit einer Länge von über 300 Zoll", so Heninger.
Diese Öfen, die manchmal in eine Grube unter dem Boden eingelassen werden, können massive Antriebswellen für alles Mögliche härten, von großen Lastwagen bis zu Hochseeschiffen. "Für einen Toplader braucht man einen Bereich für den Ofen, aber auch einen Bereich für das Teil, das in den Ofen abgesenkt wird", so Heninger.
Stellen Sie sich gigantische Kolben von der Größe eines Sattelschleppers vor, die Nockenwellen über die gesamte Länge eines Schiffes antreiben. Für jedes Schiff, das den Ozean überquert, muss jeder Kolben und jede Welle wärmebehandelt werden. In solchen Fällen sind vertikale Vakuumöfen mit oberer Beladung oft die Lösung.
Einbau eines Ipsen TurboTreaters Modell GV4860
Ein kritischer Blick - Wann man sich nicht für einen Vertikalofen entscheiden sollte
"Vertikalöfen sind flexibel, aber das bedeutet nicht, dass sie eine Universallösung sind", erklärt Janusz Kowalewski, Ipsens Vertriebsleiter für Südostasien. Vor allem die Wartung in der heißen Zone ist komplizierter, wenn die Techniker ein oder zwei Stockwerke über dem Werksgelände stehen müssen, um Verschleißteile auszutauschen. Es müssen zusätzliche Überlegungen angestellt werden, um die menschliche Schnittstelle zu managen - Leitern, Laufstege und Handläufe. Und natürlich begrenzt die Höhe des Gebäudedachs die Größe des Ofens. "Eine warnende Geschichte lehrte die Installateure und Takler, auf die Position des Brückenkrans zu achten, damit er nicht auf der falschen Seite eines vertikalen Ofens stecken bleibt oder die Hälfte seiner Bewegungsspanne verliert", erinnert sich Kowalewski.
Die Einbauten in einem vertikalen Vakuumofen sind in der Regel aufwändiger, um den Platz optimal zu nutzen, und kosten in der Regel mehr als die in einem horizontalen Ofen verwendeten. Und obwohl Öfen mit Bodenbeladung während des Betriebs weniger Platz benötigen, gibt es immer noch einen zusätzlichen Platzbedarf. "Vertikale Öfen mit Bodenbeladung benötigen immer noch Platz für den Herd, der zum Be- und Entladen der Teile vom Boden des Ofens weggefahren werden kann", so Kowalewski.
"Außerdem sind die Rezepte für vertikale und horizontale Maschinen nicht unbedingt austauschbar. Die Umstellung eines Prozesses von einer horizontalen auf eine vertikale Maschine kann eine Neuzertifizierung des Prozesses erfordern, bevor die Produktion fortgesetzt werden kann", so Grann weiter.
Blick in die Zukunft - Vertikale Vakuumtrends
"Während unsere Kunden traditionell unsere vertikalen Vakuumöfen zum Glühen und Löten von Teilen verwenden, die nur eine 2-Bar-Abschreckung erfordern, wenden sich Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie zunehmend an uns, um Lösungen für die Abschreckung bei höherem Druck zu erhalten", so Heninger. "Wir verzeichnen eine steigende Nachfrage nach 6- bis 15-bar-Öfen von Luft- und Raumfahrtunternehmen und wir bauen mehr davon, da die Nachfrage steigt."
Ipsen hat im Laufe der Jahre festgestellt, dass Kunden, die einen vertikalen Vakuumofen kaufen, im Laufe der Zeit weitere Öfen in ihre Flotte aufnehmen. Sobald das Wartungsteam geschult ist, die Rezepte genehmigt sind, die Vorrichtungen und Verfahren vorhanden sind und die ersten Aufträge eingehen, bleibt die Nachfrage nach vertikalen Vakuumöfen hoch.
Wenn Sie mehr über vertikale Vakuumöfen erfahren möchten oder herausfinden wollen, ob ein solcher Ofen für Ihren Prozess die richtige Wahl sein könnte, füllen Sie unser Anfrageformular oder senden Sie uns eine E-Mail an sales@ipsenusa.com.