Prototyp der universellen Nitrierofenanlage

Das konventionelle Gasnitrieren hat in den letzten Jahrzehnten eine Weiterentwick-lung durch modifizierte Arbeitsverfahren, die Entwicklung und Anwendung einer geeigneten Prozessüberwachung und die Anpassung bzw. Nutzung variabler einsetzbarer Anlagentechnik erfahren.
Dadurch ist die Menge der heute gasnitrierten Bauteile und Werkzeuge beträchtlich angestiegen und vergrößert sich ständig.
In kooperativer Zusammenarbeit zwischen
PADELTTHERM® GmbH und der Firma Stange Elektronik GmbH wurde eine universelle Horizontalretortenofenanlage unter Verwendung neuartiger Sensoren und Gerätetechnik entwickelt. Die neu-artige Horizontalretortenofenanlage ist für alle bekannten technologischen Verfahren

• klassisches Nitrieren
• Gasnitrocarburieren
• Gasoxinitrieren mit oder ohne Spaltgas
• Voroxidieren
• Nachoxidation/Wasserdampfbehandlung-
  geeignet.
Der Ablauf der Nitrierung wird im Retortenofen durch thermodynamische und kinetische Einflüsse bestimmt. Eine kontrollierte Nitrierung setzt die Beherrschung beider Gruppen von Einflussgrößen voraus. Es ist bekannt, dass eine gezielte Änderung der Werkstoffeigenschaften in den Rand-schichten einen gesteuerten Nitrierprozess voraussetzt. Die Basis für eine kontrollierte Prozessführung bildet die vom Kooperationspartner Stange Elektronik GmbH entwickelte Überwachung und Regelung der Nitrierbedingungen. Die Nitrierung nach der Nitrierkennzahl ermöglicht die Kontrolle des Aufbaus von Verbindungsschichten, die Qualitäts-sicherung und die Aktivierung von Werkstückoberflächen. Die entwickelte universelle Nitrierofenanlage ist in der Lage, den Prozess so zu regeln, dass die gewünschten Eigenschaften der behandel-

ten Werkstücke in möglichst kürzester Prozesszeit mit geringstem Aufwand an Energie und Prozessgas erreicht werden, bei einer hohen Anlagen-verfügbarkeit. Der Erfolg einer Nitrierung hängt im allgemeinen nicht nur von der Einhaltung einer sehr ge nauen Behandlungstemperatur, son-dern auch von der erzeugten Ofenatmosphäre und der gleich-mäßigen Verteilung der Reaktionsgase im Retortenraum ab, was letztendlich durch die Ofenkonstruktion bestimmt wird. Durch die neu entwickelte Atmosphärenwechseleinheit mit Vaku-umpumpe ist es möglicht, zur Minimierung der Prozesszeit bei Kurzzeitverfahren zu Beginn der Wärmebehandlung eine sauerstofffreie Ofenatmosphäre in kürzester Zeit zu erzeugen. Das neuartige interne Kühlsystem für die Ofenatmosphäre ermöglicht es, nach Abschluss des Nitrierprozesses das Einsatzgut unter Schutzgas möglichst rasch abzu-kühlen, wodurch es neben den materialtechnischen Effekten auch zu einer Verkürzung der Prozesszeit kommt. Zur Vervollständigung der technologischen Erfordernisse wurde ein Ammoniakspalter zur Verkürzung der Behandlungszeit entwickelt, mit dem gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen wird, auch Prozesse mit Nitrierkennzahlen <1 zu realisieren. Der Einsatz eines Verdamp-
 

Umsteuereinheit für internes Kühlsystem an der Rückwand des Horizontalretortenofens

fers zur gesteuerten Nachoxidation mit Wasserdampf trägt dabei wesentlich zur Verbessung der Oberflächenbeschaffenheit bei. Ein nicht unwesentliches Merkmal der neuen Ofenkonzeption besteht in der Möglichkeit, dem Reaktionsgas gezielt Luft zuzusetzen, um das Schichtwachstum durch Oxinitrieren zu beschleunigen. Bei der Bestimmung der Nitrieratmosphäre, ent- sprechend den technologischen Erfor-dernissen, kommt es durch den optimalen Einsatz von Sensor- bzw. Sondentechnik, abge- stimmt auf eine Mess- und Regeleinrichtung, zur präzisen und reproduzierbaren Messung und Dosierung der Frischgasmengen. All diese Erforder-nisse werden mit einem neuentwickelten Automatisierungsgerät SE-607, unter Ver-wendung eines Nitrierkennzahlmoduls, gesteuert, geregelt und archiviert.
Die Wärmebehandlungsdokumentation kann
mit herkömmlicher PC-Technik ausgedruckt
werden. De entwickelte Horizontal-retortenofenanlage ist auch aufgrund ihrer vielseitigen, technischen Möglichkeiten für die Entwicklung und Erprobung von neuen, materialbezogenen Technologien geeignet.

Kai Krüger
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Stefan Heineck
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