Kammeröfen von Ipsen: Bauarten und Unterschiede (Dirk Joritz)

February 15, 2021

In der heutigen Zeit müssen metallische Bauteile immer größeren Anforderungen gerecht werden, beispielsweise in Sachen Verschleiß- oder Korrosionsbeständigkeit. Um eine entsprechende Qualität auch bei vergleichsweise kostengünstigen Ausgangsmaterialien sicherzustellen, werden die betreffenden Bauteile häufig einer industriellen Wärmebehandlung unterzogen. Dabei kommen, je nach Menge der zu behandelnden Bauteile und der benötigten Flexibilität der Anlage, kontinuierlich oder chargenweise betriebene Ofenanlagen zum Einsatz. Kontinuierlich betriebene Öfen eignen sich z. B. für die Massenproduktion in der Automobilindustrie. Chargenweise betriebene Anlagen, auch (Ein-)Kammeröfen genannt, zeichnen sich durch ihre hohe Flexibilität aus: Nach jeder Charge kann das Programm und somit das zu behandelnde Bauteil gewechselt werden. Daher sind diese Anlagen z. B. bei kommerziellen Lohnwärmebehandlungsbetrieben sehr beliebt.

Kammeröfen, die zum Härten und Einsatzhärten (Aufkohlung mit darauffolgender Ölabschreckung) verwendet werden, bestehen aus einer Heizkammer und einem direkt daran anschließenden Ölbad. Je nach Bauart wird zwischen zwei Gruppen unterschieden:

  1. Öfen nach dem Durchstoßprinzip (TQ-Öfen)
  2. Öfen nach dem Rückholprinzip (RTQ-Öfen)

 

 

In den nach dem Durchstoßprinzip funktionierenden TQ-Ofenanlagen werden die zu behandelnden Bauteile direkt in die bei über 750 °C arbeitende Heizkammer geladen, dort aufgeheizt und gegebenenfalls aufgekohlt. Anschließend werden die Bauteile in die Abschreckkammer transportiert und dort meist im Ölbad abgeschreckt. Dadurch wird auch die Randschicht gehärtet. Danach werden die Bauteile dann aus dem Ofen entnommen.

Bei den RTQ-Ofenanlagen, die nach dem Rückholprinzip operieren, gestaltet sich der Ablauf wie folgt: Hier werden die zu behandelnden Bauteile zunächst für einige Minuten in die relativ kalte (ca. 120 °C bis 140 °C) Abschreckkammer gegeben. Erst dann wird die Charge in die bei über 750 °C arbeitende Heizkammer geladen, dort aufgeheizt und gegebenenfalls aufgekohlt. Danach kommen die Bauteile wie beim TQ-Ofen in die Abschreckkammer, werden dort abgeschreckt und anschließend entladen.

Auch wenn die Chargengrößen identisch sind, das eigentliche Wärmebehandlungsprogramm in beiden Öfen gleich abläuft und die erzielten Ergebnisse nur minimal variieren, so gibt es doch einige Unterschiede, die bei der Auswahl der geeigneten Ofenanlage zu beachten sind.

 

Benötigte Fläche und Kosten:

Der TQ-Ofen verfügt sowohl über eine Be- als auch eine Entladetür, daher müssen gleichermaßen vor und hinter der Ofenanlage geeignete Ladesysteme installiert werden. Demnach 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 selbst nur unwesentlich; da zu einer TQ-Anlage aber auch zwei Ladesysteme hinzukommen, ist die Anschaffung zunächst etwas teurer. Setzt man für die Wärmebehandlung jedoch eine Linie mit mindestens 3 TQ-Öfen ein, amortisiert sich diese Investition schnell und das TQ-Verfahren wird auf Dauer günstiger als die RTQ-Methode.

 

Behandlungsdauer und Durchsatz:

Das Wärmebehandlungsprogramm in der Heizkammer verläuft in beiden Ofenanlagen identisch. Der Unterschied zeigt sich in der Behandlungsdauer: Diese ist im RTQ-Ofen etwas länger, da die Charge über die Abschreckkammer beladen wird und dort für eine kurze Spülzeit (ca. 15 bis 20 Minuten) verbleibt. Das verschafft dem TQ-Ofen in puncto Durchsatz leichte Vorteile, da hier die nächste Charge schon in die Heizkammer geladen werden kann, während die vorlaufende Charge noch im Ölbad härtet. Auch bei der RTQ-Anlage kann eine Charge in die Abschreckkammer geladen werden, während die vorherige Charge noch im Ölbad verweilt (sogenannte Doppelbeladung). Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Abschreckzeit im Ölbad deutlich länger ist als die Spülzeit vor Beladung der Heizkammer. Bei kurzen Abschreckzeiten muss der Ofen also erst komplett entladen werden, bevor die nächste Charge behandelt werden kann.

 

Wartung und Kontrolle:

Auch hier punktet die TQ-Ofenanlage: Während des normalen Produktionsbetriebes ist es möglich, beim Be- und Entladen sowohl in die Heizkammer als auch in die Abschreckkammer zu schauen, um etwa den Zustand der Mauerung oder mögliche Verrußungen zu beobachten. Bei einem RTQ-Ofen lässt sich im laufenden Betrieb nur die Abschreckkammer begutachten; ein Blick in die Heizkammer ist nur möglich, wenn der Ofen aus der Produktion genommen wird. Der TQ-Ofen ist dank seiner beiden Türen zwar besser für die Wartung zugänglich, generiert aber auch leichten Mehraufwand, da zwei Türen beobachtet und geprüft werden müssen.

Wärmebehandlungsergebnisse und Prozessverlauf:

Wie bereits eingangs erwähnt, variieren die Wärmebehandlungsergebnisse bei TQ- und RTQ-Ofenanlagen nicht wesentlich. Dennoch sollten ein paar Details Erwähnung finden: Beim Beladen des TQ-Ofens gelangt 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 verweilt die Charge zunächst für eine kurze Spülzeit in der Abschreckkammer. Dort wird der negative Effekt der eingedrungenen Luft besser kompensiert. Beim Beladen der Heizkammer tritt keine weitere Luft in die Heizkammer ein und die Ofenatmosphäre ist schneller wiederhergestellt.

Um die Aufheizzeit in der Heizkammer zu minimieren, werden Chargen häufig auf eine Temperatur von 350 °C bis 450 °C vorgewärmt. Hier wäre die Verweildauer in der Abschreckkammer bei RTQ-Ofenanlagen dann eher abträglich, da die Chargen während dieser Zeit an Temperatur verlieren. Dies schmälert wiederum den gewünschten Vorwärmeffekt. 

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass beide Ofenanlagen in verschiedenen Bereichen punkten und grundsätzlich nicht ein Typ dem anderen vorzuziehen ist. Steht Ihnen z. B. nur wenig Platz zur Verfügung, bietet sich eine TQ-Anlage vermutlich weniger an. Ist das Vorwärmen für Sie von entscheidender Bedeutung, passt ein RTQ-Ofen nicht zwingend ins Konzept. Die individuellen Kundenanforderungen sind bei der Auswahl demnach ausschlaggebend.

Gern beraten wir Sie detaillierter zu den verschiedenen Ofentypen und ihren Einsatzmöglichkeiten, damit Sie garantiert die richtige Wahl treffen.

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