EP0748882A1 - Verfahren zum Reinigen von ölbenetzten Bauteilen - Google Patents

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EP0748882A1
EP0748882A1 EP96107249A EP96107249A EP0748882A1 EP 0748882 A1 EP0748882 A1 EP 0748882A1 EP 96107249 A EP96107249 A EP 96107249A EP 96107249 A EP96107249 A EP 96107249A EP 0748882 A1 EP0748882 A1 EP 0748882A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
oil
pressure
components
inert gas
heating
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EP96107249A
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English (en)
French (fr)
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EP0748882B1 (de
Inventor
Franz Hugo
Erwin Wanetzky
Albrecht Dr. Melber
Manfred Dr. Raschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
ALD Vacuum Technologies GmbH
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Publication date
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Application filed by ALD Vacuum Technologies GmbH filed Critical ALD Vacuum Technologies GmbH
Publication of EP0748882A1 publication Critical patent/EP0748882A1/de
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Publication of EP0748882B1 publication Critical patent/EP0748882B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0064—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by temperature changes
    • B08B7/0071—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by temperature changes by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents

Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning oil-wetted components in a vacuum oven, which is first evacuated to a predetermined first pressure by a vacuum pump to remove the residual air as far as possible, and in the following to accelerate the heating of the components, an inert gas until a second is reached is introduced under atmospheric pressure, which is above the first pressure, the inert gas is circulated through the components and a heat source and the pressure is reduced to evaporate the oils to a value which is below the same vapor pressure curve, so that the oils evaporate and be condensed in a condenser.
  • oils or oil-containing liquids are, for example, cooling liquids that are used in machining and grinding processes or hardening or quenching oils. In any case, these liquids have to be removed again, since they are not only annoying in subsequent processing processes, but also cause disposal problems.
  • the release of vapors in downstream production systems, such as in hardening or tempering furnaces, is particularly disruptive. This can not only contaminate these ovens come, but environmental toxins can also be formed by the temperature treatment.
  • the low heating-up speed caused by the vacuum proves to be extremely disruptive in production processes. For example, it is extremely time-consuming to heat up fillings or packs of gearwheels, tools, etc. sufficiently quickly to a sufficiently high temperature at which evaporation of the adhering oils is economically possible.
  • a method of the type described in the introduction is known from US Pat. No. 4,141,373 C, but only for the de-oiling of scrap Improvement of the heat transfer from an internal heat source to the components during the heating and evaporation period continuously supplied with inert gas and circulated via a condenser and a vacuum pump and / or pumped to the atmosphere.
  • the heating-up period is 5.5 hours and the final temperature is only 371 ° C or 343 ° C.
  • the supply of inert gas is halved, but not completely interrupted.
  • the open process is necessary because otherwise at the high final temperatures for most of the oils in question, their vapor pressure significantly exceeds atmospheric pressure. At these high final temperatures, thermal damage to most oils is inevitable and their reuse is impossible.
  • the components are workpieces for mechanical engineering, such high final temperatures are also detrimental to most workpieces, since the temperatures are, for example, above the normal tempering temperature of hardened workpieces, especially if the workpieces are surface-hardened.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a vacuum method of the type described at the outset, by means of which temperature-sensitive workpieces, in particular surface-hardened workpieces, with a relatively large density can be heated as uniformly as possible to a temperature in the shortest possible time, at which deoiling by a greater reduction in pressure is possible and which is already in the range of temperatures for a subsequent machining operation.
  • “Flooding” means a one-time filling of the vacuum furnace with the relevant gas and no ongoing gas supply from the outside. After flooding and until the evacuation again, it is a closed atmosphere with an internal cycle.
  • the inert gas is briefly sucked off at the start of evaporation and condensation and not constantly in the circuit passed through the condenser.
  • much smaller condensation areas are required, for example only one tenth of the condensation areas in the generic method.
  • the evaporation process is particularly intensive when the pressure after the end of the heating period for evaporating the oils is reduced to a value below 100 mbar, preferably below 10 mbar.
  • the heating-up period is ended at a temperature of at most 350 ° C., preferably at most 300 ° C.
  • Such a vacuum cleaning can be easily integrated into a manufacturing process.
  • metal workpieces are completely freed from quenching oils and cooling lubricants.
  • aqueous alkaline solutions are required for cleaning, nor solvents of the type specified above.
  • Costly preparation processes are superfluous, and only extremely small amounts of gas reach the ambient air via the vacuum pumps.
  • a condenser is installed upstream of these vacuum pumps in which the oil vapors released are condensed.
  • a particularly advantageous procedure is characterized in the course of a further embodiment of the invention, that for starting components wetted by a quenching oil, the vacuum furnace is flooded during heating and cleaning of the components to a pressure which is above the evaporation pressure of the quenching oil concerned at the following applied tempering temperature of the component material, and that after reaching this tempering temperature, the total pressure is lowered and kept down until the quenching oil is at least largely evaporated and the tempering process is complete.
  • This process allows the quenching oil to be cleaned and the starting process to be carried out immediately in succession and without interruption in the same vacuum.
  • the de-oiling and the starting process merge practically into one another, which results in a huge saving of time within a manufacturing process. In this case, upstream or intermediate cleaning units are not required.
  • FIG. 2 shows the process flow according to example 2 in diagram form in an analogous representation as in FIG. 1. Reference is made to this example 2 with regard to the individual process parameters.
  • the vacuum furnace was evacuated to a pressure of 25 mbar, and was immediately flooded to 950 mbar by letting in nitrogen.
  • the diagram shows that in this time span t 1 to t 2 the workpiece temperature rose rapidly to a value of 80 ° C. In this operating phase, there is rapid heating, but no significant evaporation of water takes place.
  • t 2 By reducing the pressure in the operating phase t 2 to t 3 , a pressure of 120 mbar was initially achieved, at which the water is evaporated very quickly at the specified workpiece temperature of 80 ° C.
  • a vacuum furnace 1 which consists of an oven chamber 2 and a door 3, both of which are each surrounded by thermal insulation 4.
  • the vacuum furnace has an inner surface 5.
  • the furnace atmosphere can be circulated by a fan 6, which consists of a fan wheel 7 and a drive motor 8.
  • the heating device via which the furnace atmosphere is circulated, is not shown for the sake of simplicity. It is arranged as a heating resistor between the heat insulation 4 and the furnace chamber 2, the inner surface 5 of which thereby becomes the heat exchange surface.
  • Temperature sensors T 1 and T 2 serve to control and, if necessary, regulate the wall temperature of the vacuum furnace and the batch; the pressure of the furnace atmosphere is detected by a pressure sensor P and regulated if necessary.
  • the condenser 11 is connected to a coolant circuit, of which only the two lines 14 and 15 are shown here, to which the vacuum furnace 1 and the motor 8 are also connected.
  • a template 16 is provided for collecting the condensate or condensates.
  • the individual associated shut-off valves are not numbered for the sake of simplicity.
  • the shut-off valve 10 is an important prerequisite for the rapid heating of the components: it is decided after the respective evacuation and before flooding through the inert gas source N 2 (nitrogen) and remains closed during the individual heating periods, so that during this time (s) there can be no pressure and temperature drop to the condenser 11. It is only opened again for a sudden drop in pressure to pressures below the respective vapor pressure curve (s), so that the flooded and limited amount of inert gas can be sucked off briefly and then the evaporation of the condensable components can be brought to an end by boiling without supplying inert gas. There is no external circuit for the continuous return of the inert gas to the furnace chamber 2. The condenser 11 and the amount of heat dissipated therein can thereby be kept very small.
  • FIG. 4 shows a diagram in which the temperature in ° C. is plotted on the abscissa and the pressure in mbar on the ordinate.
  • Curve 17 indicates the thermodynamic data of water
  • curve 18 indicates the thermodynamic data of a possible quenching oil.
  • the furnace was first evacuated to a vacuum of 4 mbar without the addition of nitrogen.
  • the shut-off valve 10 was then closed and the furnace was immediately flooded with nitrogen to a pressure of 700 mbar.
  • the nitrogen supply was then shut off.
  • the heating power was 90 kW.
  • Gearwheels made of the alloy 16MnCr5 with a total weight of 400 kg and room temperature wetted with a water-oil emulsion as a coolant were introduced after the emulsion had drained off in a basket into the system shown in FIG. 3, the vacuum chamber furnace of which had an internal volume of 2. 4 m 3 .
  • the furnace was first evacuated to a vacuum of 25 mbar and the shut-off valve 10 was closed.
  • the furnace was immediately flooded with nitrogen to a pressure of 950 mbar, and then the nitrogen supply was shut off.
  • the nitrogen in the inner circuit was passed through the blower over the heater of the furnace and over the gearwheels with a heating power of 90 kW and a temperature of 80 ° C was reached.
  • the vapor pressure of the water was 473 mbar, ie the nitrogen pressure was above this vapor pressure, so that no significant evaporation of the water was observed.
  • the shut-off valve 10 was opened again and the furnace was now evacuated to a pressure of 120 mbar, which was below the said vapor pressure of the water at the gear temperature, so that the evaporation of the water but not the oil of the emulsion began.
  • the temperature of the gears dropped slightly. A total of 1800 g of water was collected as condensate within 10 minutes.
  • the furnace was then evacuated to a pressure of 1 mbar in order to remove all water vapor from the furnace.
  • the furnace was again flooded with nitrogen to a pressure of 700 mbar.
  • the nitrogen supply was then switched off and the nitrogen was passed in a closed, internal circuit by means of the blower while the heating was continued, with the same output, over the gearwheels until after 30 minutes the temperature had reached 180.degree.
  • the vapor pressure of the oil was 1 mbar below the nitrogen pressure, so that no significant oil evaporation by boiling was observed.
  • the shut-off valve 10 was opened again and the furnace was evacuated to a pressure of 0.1 mbar, which was below the vapor pressure of the oil. Oil evaporation started immediately.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Reinigen von ölbenetzten Bauteilen wird ein Vakuumofen (1) zur Beseitigung von Restluft zunächst auf einen vorgegebenen ersten Druck evakuiert. Nachfolgend wird ein Inertgas bis zum Erreichen eines zweiten unteratmosphärischen Drucks eingeleitet, der über dem ersten Druck liegt, und das Inertgas wird im Vakuumofen umgewälzt. Zur Verkürzung der Aufheizzeiten und zur Einsparung von Energie und Inertgas wird: a) der zweite Druck oberhalb der Dampfdruckkurve des benetzenden Öles gewählt und durch Fluten des Vakuumofens (1) eingestellt, b) die Inertgaszufuhr und die Evakuierung werden nach dem Fluten unterbrochen, und das Inertgas und die Öldämpfe werden ausschließlich im Innern des Vakuumofens (1) umgewälzt, und c) nach Beendigung der Aufheizperiode wird eine Verbindung vom Vakuumofen (1) zu einem Kondensator (11) und zu einer Vakuumpumpe (12) hergestellt, und der Druck wird auf einem Wert unterhalb der Dampfdruckkurve abgesenkt, und die hierbei verdampften Öle werden abgezogen und kondensiert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen Von ölbenetzten Bauteilen in einem Vakuumofen, der zur möglichst weitgehenden Beseitigung der Restluft zunächst auf einen vorgegebenen ersten Druck durch eine Vakuumpumpe evakuiert wird, und in den nachfolgend zur Beschleunigung des Aufheizens der Bauteile ein Inertgas bis zum Erreichen eines zweiten unteratmosphärischen Drucks eingeleitet wird, der über dem ersten Druck liegt, wobei das Inertgas über die Bauteile und eine Wärmequelle im Kreislauf umgewälzt und zum Verdampfen der Öle der Druck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der gleichen Dampfdruckkurve liegt, so daß die Öle verdampft und in einem Kondensator kondensiert werden.
  • Mit Öl benetzte Bauteile treten in Zwischenstadien von Fertigungsprozessen häufig auf. Die betreffenden Öle oder ölhaltigen Flüssigkeiten (Emulsionen) sind beispielsweise Kühlflüssigkeiten, die bei Zerspanungs- und Schleifprozessen verwendet werden oder Härte- bzw. Abschrecköle. In jedem Falle müssen diese Flüssigkeiten wieder entfernt werden, da sie bei nachfolgenden Bearbeitungsprozessen nicht nur störend sind, sondern auch Entsorgungsprobleme verursachen. Besonders störend ist hierbei die Freisetzung von Dämpfen in nachgeschalteten Produktionsanlagen, wie beispielsweise in Härte- oder Anlaßöfen. Hierbei kann es nicht nur zu Verschmutzungen dieser Öfen kommen, sondern es können durch die Temperaturbehandlung auch Umweltgifte gebildet werden.
  • Es ist bekannt, Zwischenreinigungen mit alkalischen Reinigungsmitteln oder mit Lösungsmitteln aus der Gruppe Chlorkohlenwasserstoffe, Fluorchlorkohlenwasserstoffe, TRI und PER durchzuführen. In allen Fällen bleiben nach längerem Gebrauch verunreinigte Reinigungsmittel zurück, die auf kostspielige Weise entsorgt werden müssen. Außerdem gehen dadurch die von den Bauteilen durch den Reinigungsprozeß entfernten Öle verloren.
  • Es ist auch bereits bekannt, ölbenetzte oder ölgetränkte Feststoffe durch Vakuumprozesse von Ölrückständen zu befreien. Zu diesem Zweck werden die betreffenden Feststoffe in eine beheizbare Vakuumkammer eingebracht und bei sinkenden Drücken und steigenden Temperaturen nach und nach von den Ölen und Fetten befreit, wobei ggf. auch einzelne Fraktionen der Kondensate anfallen. Diese sogenannte Vakuumdestillation gestaltet sich zeitaufwendig, weil es schwierig ist, das zu entölende oder zu entfettende Gut hinreichend schnell auf eine ausreichende Verdampfungstemperatur zu bringen. Der Zeitaufwand mag noch annehmbar sein, wenn es sich um die Entölung oder Entfettung von Abfällen handelt, die zudem noch eine relativ geringe Dichte haben, wie z.B. Ölfilter und Blechdosen.
  • Die durch das Vakuum bedingte geringe Aufheizgeschwindigkeit erweist sich jedoch innerhalb von Produktionsprozessen als außerordentlich störend. So ist es beispielsweise äußerst zeitraubend, Schüttungen oder Packungen von Zahnrädern, Werkzeugen, etc. hinreichend schnell auf eine genügend hohe Temperatur aufzuheizen, bei der ein Verdampfen der anhaftenden Öle wirtschaftlich möglich ist.
  • Durch die US 4 141 373 C ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, allerdings nur zum Entölen von Schrott, bei dem zur Verbesserung des Wärmeübergangs von einer inneren Wärmequelle auf die Bauteile während der Aufheiz- und Verdampfungsperiode laufend Inertgas zugeführt und über einen Kondensator und eine Vakuumpumpe im Kreislauf geführt und/oder an die Atmosphäre abgepumpt wird. Als Temperaturbereich ist hierfür eine Spanne von 65 °C bis 593 °C und als Druckbereich eine Spanne von 564 mbar bis 691 mbar (während des Aufheizens) und bis minimal 173 mbar (während des Hauptphase der Ölverdampfung) angegeben. Dabei verdampft von Anfang an Öl in einer mit der Temperatur zunehmenden Menge.
  • Diese Verfahrensweise führt zu einem hohen Verbrauch an Inertgas, wenn es laufend an die Atmosphäre abgeführt wird, aber auch bei Führung im Kreislauf zu einem hohen Energieverbrauch durch ständige Aufheizung des Inertgases, da dieses mit den Öldämpfen im Kondensator auch laufend wieder abgekühlt wird. Dies liegt auch daran, daß die Verbindung zwischen dem Vakuumofen und dem Kondensator nicht unterbrochen werden kann, so daß ein laufendes Energiegefälle zum Kondensator besteht. Ein Gemisch aus Öl und Inertgas ist kontinuierlich nur mit sehr großem Wärmetauscher- bzw. Kondensationsflächen zu entölen. Sowohl im Durchlauf als auch im Kreislauf wird eine sehr große Energiemenge verschwendet.
  • Dies dürfte auch der Grund dafür sein, daß die Aufheizperiode mit 5,5 Stunden angegeben ist und die Endtemperatur doch nur 371 °C bzw. 343 °C beträgt. Nach der Aufheizperiode und bei Beginn der Hauptphase der Ölverdampfung wird zwar die Zufuhr von Inertgas halbiert, aber nicht völlig unterbrochen. Der offene Prozeß ist schon deswegen erforderlich, weil ansonsten bei den hohen Endtemperaturen für die meisten der in Frage kommenden Öle deren Dampfdruck den Atmosphärendruck deutlich übersteigt. Bei diesen hohen Endtemperaturen ist aber eine thermische Schädigung der meisten Öle unvermeidlich und deren Wiederverwendung ausgeschlossen.
  • Sofern die Bauteile Werkstücke für den Maschinenbau sind, sind derart hohe Endtemperaturen auch für die meisten Werkstücke schädlich, da die Temperaturen beispielsweise über der üblichen Anlaßtemperatur gehärteter Werkstücke liegen, insbesondere dann, wenn es sich um oberflächengehärtete Werkstücke handelt.
  • Aufgrund des angegebenen Druck- und Temperaturverlaufs führt auch der hohe Druck unvermeidlich in den Bereich unterhalb der jeweiligen Dampfdruckkurve, so daß etwaige Ölansammlungen auf oder in den Bauteilen zum Sieden der Öle und dadurch zur Ausbildung von Wärmesenken und ungleichmäßigen Temperaturzonen führen, die erst durch die lange Prozeßdauer wieder ausgeglichen werden können.
  • Durch die gleiche US 4 141 373 C ist es auch bekannt, auf den Einsatz von Inertgas zu verzichten, wenn der Schrott durch elektrische Kontaktheizer aufgeheizt wird. Diese Maßnahme ist aber für die Aufheizung von Werkstück-Packungen völlig unbrauchbar, weil sie erhebliche Temperaturungleichmäßigkeiten zur Folge hat, die nur beim Entölen von Schrott tolerierbar sind.
  • Durch die EP 0 541 892 A2 ist es bekannt, Bauteile für den Maschinenbau auf 200 °C aufzuheizen und den Druck auf 10 hPa (10 mbar) abzusenken, um übergangslos eine Entölung bzw. Entfettung zuzuführen. Ein Fluten mit Inertgas zum Verkürzen der Aufheizzeiten ist nicht offenbart.
  • Durch die nicht vorveröffentlichte DE 44 15 093 gehört es zum Stande der Technik, Schrott mit Anteilen an organischen Stoffen, darunter Altölen, auf Temperaturen bis zu 450 °C aufzuheizen und den Druck bis 10-3 mbar abzusenken, um übergangslos z.B. geschlossene Schrotteile zu öffnen und zu entölen. Ein Fluten mit Inertgas zum Verkürzen der Aufheizzeiten ist nicht offenbart.
  • Durch die JP 5-78875 ist es bekannt, Teile zunächst in einer Stickstoffatmosphäre und anschließend durch Hochdruck-Heißdampf zu entölen. Das Verfahren ist aufwendig, und es fällt eine entsprechende Menge an kondensiertem Wasser an, das von dem gleichfalls kondensierten Öl getrennt werden muß.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumverfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, durch das auch temperaturempfindliche Werkstücke, insbesondere oberflächengehärtete Werkstücke, mit einer relativ großen Dichte in kürzester Zeit möglichst gleichmäßig auf eine Temperatur aufgeheizt werden können, bei der eine Entölung durch stärkere Druckabsenkung möglich ist und die auch bereits im Bereich von Temperaturen für einen nachfolgenden Bearbeitungsvorgang liegt.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß
    • a) der zweite Druck oberhalb der Dampfdruckkurve des benetzenden Öles gewählt und durch Fluten des Vakuumofens eingestellt wird,
    • b) die Inertgaszufuhr und die Evakuierung nach dem Fluten unterbrochen und das Inertgas und die sich bildenden Öldämpfe innerhalb einer Aufheizperiode ausschließlich im Innern des Vakuumofens über die Bauteile geleitet werden, bis eine vorgegebene Endtemperatur der Bauteile erreicht ist, und daß
    • c) nach Beendigung der Aufheizperiode eine Verbindung vom Vakuumofen zum Kondensator und zur Vakuumpumpe hergestellt und der Druck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der Dampfdruckkurve liegt, und die hierbei verdampften Öle abgezogen und kondensiert werden.
  • Unter "Fluten" versteht man eine einmalige Füllung des Vakuumofens mit dem betreffenden Gas und keine laufende Gaszufuhr von außen. Es handelt sich nach dem Fluten und bis zum erneuten Evakuieren also um eine abgeschlossene Atmosphäre mit einem inneren Kreislauf.
  • Durch das Fluten des Vakuumofens mit Inertgas auf einen Druck, der deutlich höher ist als der Anfangsdruck im Vakuumofen und beispielhaft zwischen 500 und 1000 mbar liegen kann, sowie durch die Umwälzung von Inertgas innerhalb des nach außen abgeschlossenen Vakuumofens über die Bauteile und eine Wärmequelle im geschlossenen Kreislauf wird eine außerordentlich rasche Aufheizung der Bauteile ermöglicht, und zwar mit einem deutlich steileren Temperaturanstieg als bei dem gattungsgemäßen Verfahren. Die Umwälzung des entsprechend aufgeheizten Inertgases mit laufenden steigenden Ölanteilen durch Verdunsten ermöglicht aber nicht nur eine schnellere Aufheizung der Bauteile, der sogenannten Charge, sondern auch der Innenflächen des Vakuumofens, auf denen andernfalls die freigesetzten Dämpfe kondensieren könnten. Während der Aufheizphase unter Inertgas erfolgt zunächst noch keine Verdampfung der Öle durch Sieden. Diese Verdampfung setzt in dem Augenblick ein, in dem der Druck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der betreffenden Dampfdruckkurve liegt. In diesem Augenblick beginnt gewissermaßen schlagartig die Verdampfung des Öles, das kondensiert und praktisch quantitativ aufgefangen und wiedergewonnen werden kann.
  • Dadurch sinken gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik nicht nur der Verbrauch an Inertgas, sondern auch der Energieverbrauch, da das Inertgas nicht laufend wieder von der Temperatur im Kondensator auf eine zur Werkstückerwärmung geeignete Temperatur aufgeheizt werden muß.
  • Außerdem wird das Inertgas bei Verdampfungs- und Kondensationsbeginn kurzfristig abgesaugt und nicht ständig im Kreislauf durch den Kondensator geführt. Infolgedessen werden auch wesentlich kleinere Kondensationsflächen benötigt, die beispielsweise nur ein Zehntel der Kondensationsflächen beim gattungsgemäßen Verfahren betragen.
  • Der Verdampfungsvorgang ist dann besonders intensiv, wenn der Druck nach Beendigung der Aufheizperiode zum Verdampfen der Öle auf einen Wert unterhalb von 100 mbar, vorzugsweise unterhalb von 10 mbar, abgesenkt wird.
  • Zur Schonung der Bauteile ist es besonders vorteilhaft, wenn die Aufheizperiode bei einer Temperatur von maximal 350 °C, vorzugsweise von maximal 300 °C, beendet wird.
  • Eine solche Vakuumreinigung läßt sich ohne weiteres in einen Fertigungsprozeß integrieren. So werden beispielsweise metallische Werkstücke restlos von Abschreckölen und Kühlschmierstoffen befreit. Zur Reinigung werden weder wäßrige alkalische Lösungen benötigt, noch Lösungsmittel der weiter oben angegebenen Art. Kostspielige Aufbereitungsprozesse sind überflüssig, und an die Umgebungsluft gelangen nur noch äußerst geringe Gasmengen auf dem Wege über die Vakuumpumpen. Diesen Vakuumpumpen ist jedoch ein Kondensator vorgeschaltet, in dem die freigesetzten Öldämpfe kondensiert werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Verfahrensführung ist im Zuge einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlassen von durch ein Abschrecköl benetzten Bauteilen der Vakuumofen bei der Aufheizung und Reinigung der Bauteile bis auf einen Druck geflutet wird, der oberhalb des Verdampfungsdrucks des betreffenden Abschrecköls bei der nachfolgend angewandten Anlaßtemperatur des Bauteilwerkstoffs liegt, und daß nach Erreichen dieser Anlaßtemperatur der Gesamtdruck wieder abgesenkt und abgesenkt gehalten wird, bis das Abschrecköl zumindest weitgehend verdampft und der Anlaßvorgang beendet ist.
  • Durch dieses Verfahren lassen sich die Reinigung vom Abschrecköl und der Anlaßvorgang unmittelbar nacheinander und ohne Unterbrechung in dem gleichen Vakuum durchführen. Das Entölen und der Anlaßvorgang gehen praktisch ineinander über, wodurch sich eine ganz enorme Zeitersparnis innerhalb eines Fertigungsprozesses ergibt. Vor- oder zwischengeschaltete Reinigungsaggregate sind in diesem Falle nicht erforderlich.
  • Beim Reinigen von Bauteilen, die mit Öl-Wasser-Emulsionen benetzt sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn
    • a) die anfängliche Druckabsenkung zur weitgehenden Beseitigung der Restluft auf einem Wert erfolgt, der oberhalb der Dampfdruckkurve des Wasser liegt,
    • b) in einem folgenden Verfahrensschritt zur Beschleunigung des Aufheizens der Bauteile der Vakuumofen mit einem Inertgas bis auf einen Druck geflutet wird, der oberhalb der Dampfdruckkurve von Wasser liegt, wenn das Inertgas hierbei umgewälzt wird, und wenn zum Verdampfen des Wassers der Gesamtdruck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der Dampfdruckkurve des Wassers, aber oberhalb der Dampfdruckkurve des Öls liegt, und wenn
    • c) in einem weiteren Verfahrensschritt zur weiteren Beschleunigung des Aufheizens der Bauteile der Vakuumofen erneut mit einem Inertgas bis zu einem Druck geflutet wird, der oberhalb der Dampfdruckkurve des Öls liegt, wenn das Inertgas hierbei umgewälzt wird, und wenn zum Verdampfen des Öls der Gesamtdruck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der Dampfdruckkurve des Öls liegt.
  • Durch diese Maßnahme ist es möglich, Öl und Wasser zumindest weitgehend voneinander zu trennen und auch in Form getrennter Kondensate aufzufangen. Lediglich beim Verfahrensschritt b) gehen nach Maßgabe der Partialdruckverhältnisse geringe Menge von Öldämpfen bereits mit dem Wasserdampf in das Kondensat über.
  • Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und eine Vorrichtung zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Diagramm über den zeitlichen Ablauf eines kombinierten Reinigungs-Anlaßverfahrens,
    Figur 2
    ein Diagramm eines zeitlichen Ablaufs des Verdampfens von Wasser und Öl als Vorstufe für einen Härteprozeß,
    Figur 3
    einen Vertikalschnitt durch einen Vakuumofen in Verbindung mit einem Fließschema für die Erzeugung der verschiedenen Prozeßparameter und
    Figur 4
    ein Diagramm mit den Dampfdruckkurven für Wasser sowie für Abschrecköl.
  • In Figur 1 ist auf der Abszisse maßstabslos die Zeit aufgetragen; auf der Ordinate Druck und Temperatur. Der Druckverlauf ist durch ausgezogene Linien gekennzeichnet, der Temperaturverlauf durch einen gestrichelten Linienzug. Die einzelnen Verfahrensparameter ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen Beispiel 1. Es ist zu erkennen, daß innerhalb der Zeitspanne t1 bis t2 von 45 Minuten die Anlaßtemperatur von 180 °C bei einer Heizleistung von 90 kW erreicht wurde. Nach dieser Aufheizperiode wurde der Druck zum Zeitpunkt t2 rasch abgesenkt. Der sich hierbei ausbildende Strom an Öldampf ist durch das gepunktete Feld und die Pfeile symbolisch angedeutet. Zum Zeitpunkt t3, also nach einer Zeitdauer von weiteren 120 Minuten, waren sowohl der Reinigungsprozeß als auch der Anlaßprozeß beendet.
  • Figur 2 zeigt in Diagrammform in analoger Darstellung wie in Figur 1 den Prozeßablauf gemäß Beispiel 2. Bezüglich der einzelnen Verfahrensparameter wird auf dieses Beispiel 2 verwiesen. Zum Zeitpunkt t1 war der Vakuumofen auf einen Druck von 25 mbar evakuiert, und er wurde unmittelbar anschließend durch Einlassen durch Stickstoff auf einen Druck von 950 mbar geflutet. Das Diagramm läßt erkennen, daß in dieser Zeitspanne t1 bis t2 die Werkstücktemperatur rasch auf einen Wert von 80 °C angestiegen ist. In dieser Betriebsphase findet zwar eine rasche Aufheizung, aber keine nennenswerte Verdampfung von Wasser statt. Durch Druckabsenkung in der Betriebsphase t2 bis t3 wurde anfänglich ein Druck von 120 mbar erreicht, bei dem das Wasser bei der angegebenen Werkstücktemperatur von 80 °C sehr rasch verdampft wird. Dieser Vorgang wird durch die Pfeile und das Pünktchenfeld symbolisch angedeutet. Der geringe Temperaturabfall ist auf den Entzug der Verdampfungswärme zurückzuführen. Die Beendigung des Verdampfens von Wasser drückt sich bei laufenden Vakuumpumpen durch einen steilen Druckabfall bis auf einen Wert auf etwa 1 mbar an. Von diesem Zeitpunkt an war es erforderlich, die Werkstücke bzw. Bauteile weiter aufzuheizen, um auch das von der Emulsion verbliebene Öl zu verdampfen. Zu diesem Zweck wurde der Vakuumofen wieder mit Stickstoff bis zu einem Druck von 700 mbar geflutet, und zwar innerhalb der Zeitspanne von t3 bis t4. Es zeigt sich, daß während dieser Betriebsphase, in der der Stickstoff mittels des Gebläses über eine Heizeinrichtung geführt wird, sich der gestrichelt eingezeichnete steile Temperaturanstieg innerhalb der Charge ergab. Während der Zeitspanne zwischen t3 und t4 fand gleichfalls keine merkliche Verdampfung von Öl statt. Die Verdampfung von Öl setzte erst dann schlagartig ein, als zum Zeitpunkt t4 der Druck im Vakuumofen von 700 mbar rasch auf 0,1 mbar abgesenkt wurde. Der Strom des Öldampfes ist durch die Pfeile und das Pünktchenfeld symbolisiert. Kurz vor dem Zeitpunkt t5 war die Ölverdampfung beendet, die Werkstücke lagen also in sauberer, trockener Form vor und konnten jetzt einem Härteprozeß zugeführt werden, indem sie aufgeheizt und mit Abschrecköl abgeschreckt wurden. Die Reinigung der solchermaßen gehärteten Bauteile konnte jetzt wiederum gemäß dem Betriebsablauf nach Figur 1 durchgeführt werden.
  • In Figur 3 ist ein Vakuumofen 1 dargestellt, der aus einer Ofenkammer 2 und einer Tür 3 besteht, die beide von je einer Wärmeisolierung 4 umgeben sind. Der Vakuumofen besitzt eine innere Oberfläche 5. Die Ofenatmosphäre kann durch ein Gebläse 6 umgewälzt werden, das aus einem Gebläserad 7 und einem Antriebsmotor 8 besteht. Die Heizeinrichtung, über die die Ofenatmosphäre im Kreislauf geführt wird, ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Sie ist als Heizwiderstand zwischen der Wärmeisolierung 4 und der Ofenkammer 2 angeordnet, deren innere Oberfläche 5 dadurch zur Wärmeaustauschfläche wird. Temperaturfühler T1 und T2 dienen zur Kontrolle und ggf. Regelung der Wandungstemperatur des Vakuumofens und der Charge; der Druck der Ofenatmosphäre wird durch einen Drucksensor P erfaßt und ggf. geregelt.
  • Eine Saugleitung 9, in der ein Absperrventil 10 angeordnet ist, führt zu einem Kondensator 11, an den zwei Vakuumpumpen 12 und 13 angeschlossen sind. Der Kondensator 11 steht mit einem Kühlmittelkreislauf in Verbindung, von dem hier nur die beiden Leitungen 14 und 15 dargestellt sind, an die auch der Vakuumofen 1 und der Motor 8 angeschlossen sind. Für das Auffangen des Kondensats bzw. der Kondensate ist eine Vorlage 16 vorgesehen. Die einzelnen zugehörigen Absperrventile sind der Einfachheit halber nicht näher beziffert.
  • Das Absperrventil 10 ist eine wichtige Voraussetzung für die rasche Aufheizung der Bauteile: Es wird nach dem jeweiligen Evakuieren und vor dem Fluten durch die Inertgasquelle N2 (Stickstoff) beschlossen und bleibt während der einzelnen Aufheizperioden geschlossen, so daß während dieser Zeit(en) kein Druck- und Temperaturgefälle zum Kondensator 11 entstehen kann. Erst zur plötzlichen Druckabsenkung auf Drücke unterhalb der jeweiligen Dampfdruckkurve(n) wird es wieder geöffnet, so daß die geflutete und begrenzte Inertgasmenge kurzfristig abgesaugt und anschließend die Verdampfung der kondensationsfähigen Komponenten durch Sieden ohne Inertgaszufuhr zu Ende geführt werden kann. Es ist kein äußerer Kreislauf für die kontinuierliche Rückführung des Inertgases zur Ofenkammer 2 vorgesehen. Der Kondensator 11 und die darin abgeführte Wärmemenge können dadurch sehr klein gehalten werden.
  • Figur 4 zeigt ein Diagramm, in dem auf der Abszisse die Temperatur in °C und auf der Ordinate der Druck in mbar aufgetragen ist. Die Kurve 17 kennzeichnet die thermodynamischen Daten von Wasser, während die Kurve 18 die thermodynamischen Daten eines möglichen Abschrecköls bezeichnet. In den jeweils links bzw. oben von den Kurven liegenden Feldern findet keine merkliche Verdampfung der betreffenden Flüssigkeit statt; in den jeweils rechts bzw. unten liegenden Feldern liegen die Parameter für eine Verdampfung der betreffenden Flüssigkeit. Die Figur 4 dient insbesondere dazu, die Betriebsbedingungen in den Patentansprüchen und in den Beispielen zu verdeutlichen.
    • Beispiel 1:
  • Durch Ölabschreckung gehärtete Zahnräder aus der Legierung 16MnCr5 mit einem Gesamtgewicht von 400 kg und Raumtemperatur wurden nach dem Abtropfen des Abschrecköls in einem Korb zum Anlassen in die in Figur 3 dargestellte Anlage eingebracht, deren Vakuum-Kammerofen ein Innenvolumen von 2,4 m3 besaß. Der Ofen wurde ohne Stickstoffzufuhr zunächst auf ein Vakuum von 4 mbar evakuiert. Danach wurde das Absperrventil 10 abgeschlossen und der Ofen unmittelbar anschließend mit Stickstoff auf einen Druck von 700 mbar geflutet. Anschließend wurde die Stickstoffzufuhr abgestellt. Durch das Gebläse wurde der Stickstoff im Innern der Ofenkammer bei geschlossenem Absperrventil 10 im Kreislauf über die Heizeinrichtung des Ofens und über die Zahnräder geleitet. Die Heizleistung betrug 90 kW. Nach etwa 45 Minuten war die Anlaßtemperatur von 180 °C erreicht. Bei dieser Temperatur betrug der Dampfdruck des Abschrecköls 1 mbar, d.h. der Stickstoffdruck lag erheblich über diesem Dampfdruck, so daß ein nennenswertes Verdampfen des Abschrecköls durch Sieden nicht zu beobachten war. Durch die Umwälzung der abgeschlossenen Ofenatmospäre mit geringen, aber zunehmenden Anteilen an Öl wurde eine außerordentlich gleichmäßige Chargentemperatur erreicht. Das Absperrventil 10 wurde jetzt geöffnet, und der Ofen wurde jetzt auf einen Druck von 0,1 mbar evakuiert, der unter dem genannten Dampfdruck des Abschrecköls bei der Zahnradtemperatur lag, so daß das Verdampfen des Öls durch Sieden begann. Nach einer Dauer von 120 Minuten wurde die Beheizung beendet, der Ofen mit Stickstoff geflutet und die Zahnräder wurden abgekühlt. Die Zahnräder waren trocken, und es waren 9800 g Abschrecköl als wiederverwertbares Kondensat angefallen.
    • Beispiel 2:
  • Mit einer Wasser-Öl-Emulsion als Kühlmittel benetzte Zahnräder aus der Legierung 16MnCr5 mit einem Gesamtgewicht von 400 kg und Raumtemperatur wurden nach dem Abtropfen der Emulsion in einem Korb in die in Figur 3 dargestellte Anlage eingebracht, deren Vakuum-Kammerofen ein Innenvolumen von 2,4 m3 besaß. Der Ofen wurde zunächst auf ein Vakuum von 25 mbar evakuiert und das Absperrventil 10 geschlossen. Der Ofen wurde unmittelbar anschließend mit Stickstoff auf einen Druck von 950 mbar geflutet, und danach wurde die Stickstoffzufuhr abgestellt. Durch das Gebläse wurde der Stickstoff im inneren Kreislauf über die Heizeinrichtung des Ofens und über die Zahnräder bei einer Heizleistung von 90 kW geführt und eine Temperatur von 80 °C erreicht. Bei dieser Temperatur betrug der Dampfdruck des Wassers 473 mbar, d.h. der Stickstoffdruck lag über diesem Dampfdruck, so daß ein nennenswertes Verdampfen des Wassers nicht zu beobachten war. Das Absperrventil 10 wurde wieder geöffnet und der Ofen wurde jetzt auf einen Druck von 120 mbar evakuiert, der unter dem genannten Dampfdruck des Wassers bei der Zahnradtemperatur lag, so daß das Verdampfen des Wassers, nicht aber des Öls der Emulsion begann. Durch den Entzug der Verdampfungswärme des Wassers sank die Temperatur der Zahnräder hierbei leicht ab. Es wurden insgesamt innerhalb von 10 Minuten 1800 g Wasser als Kondensat aufgefangen. Anschließend wurde der Ofen auf einen Druck von 1 mbar evakuiert, um allen Wasserdampf aus dem Ofen zu entfernen.
  • Der Ofen wurde nach dem Abdampfen des Wassers und dem Schließen des Absperrventils 10 erneut mit Stickstoff bis auf einen Druck von 700 mbar geflutet. Hierauf wurde die Stickstoffzufuhr abgestellt und der Stickstoff wurde im geschlossenen, inneren Kreislauf mittels des Gebläses unter Fortsetzung der Beheizung bei gleicher Leistung über die Zahnräder geleitet bis diese nach 30 Minuten Dauer eine Temperatur von 180 °C hatten. Hierbei lag der Dampfdruck des Öls mit 1 mbar unter dem Druck des Stickstoffs, so daß keine nennenswerte Ölverdampfung durch Sieden zu beobachten war. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde das Absperrventil 10 wieder geöffnet, und der Ofen auf einen Druck von 0,1 mbar evakuiert, der unter dem Dampfdruck des Öls lag. Sofort setzte die Ölverdampfung ein. Nach einer Dauer von 120 Minuten wurde die Beheizung beendet, der Ofen mit Stickstoff geflutet und die Zahnräder wurden abgekühlt. Die Zahnräder waren trocken, und es waren 160 g Öl als wiederverwertbares Kondensat angefallen. Die solcherart getrockneten Zahnräder wurden jetzt auf Härtetemperatur aufgeheizt, mit einem Abschrecköl abgeschreckt und gemäß dem Verfahren nach Beispiel 1 vom Abschrecköl befreit und angelassen.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Reinigen von ölbenetzten Bauteilen in einem Vakuumofen (1), der zur möglichst weitgehenden Beseitigung der Restluft zunächst auf einen vorgegebenen ersten Druck durch eine Vakuumpumpe (12, 13) evakuiert wird, und in den nachfolgend zur Beschleunigung des Aufheizens der Bauteile ein Inertgas bis zum Erreichen eines zweiten unteratmosphärischen Drucks eingeleitet wird, der über dem ersten Druck liegt, wobei das Inertgas über die Bauteile und eine Wärmequelle im Kreislauf umgewälzt und zum Verdampfen der Öle der Druck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der gleichen Dampfdruckkurve liegt, so daß die Öle verdampft und in einem Kondensator kondensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) der zweite Druck oberhalb der Dampfdruckkurve des benetzenden Öles gewählt und durch Fluten des Vakuumofens (1) eingestellt wird,
    b) die Inertgaszufuhr und die Evakuierung nach dem Fluten unterbrochen und das Inertgas und die sich bildenden Öldämpfe innerhalb einer Aufheizperiode ausschließlich im Innern des Vakuumofens (1) über die Bauteile geleitet werden, bis eine vorgegebene Endtemperatur der Bauteile erreicht ist, und daß
    c) nach Beendigung der Aufheizperiode eine Verbindung vom Vakuumofen (1) zum Kondensator (11) und zur Vakuumpumpe (12) hergestellt und der Druck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der Dampfdruckkurve liegt, und die hierbei verdampften Öle abgezogen und kondensiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck nach Beendigung der Aufheizperiode zum Verdampfen der Öle auf einen Wert unterhalb von 100 mbar, vorzugsweise unterhalb von 10 mbar, abgesenkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizperiode bei einer Temperatur von maximal 350 °C, vorzugsweise von maximal 300 °C, beendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlassen von durch ein Abschrecköl benetzten Bauteilen der Vakuumofen (1) bei der Aufheizung und Reinigung der Bauteile bis auf einen Druck geflutet wird, der oberhalb des Verdampfungsdrucks des betreffenden Abschrecköls bei der nachfolgend angewandten Anlaßtemperatur des Bauteilewerkstoffs liegt, und daß nach Erreichen dieser Anlaßtemperatur der Gesamtdruck wieder abgesenkt und abgesenkt gehalten wird, bis das Abschrecköl zumindest weitgehend verdampft und der Anlaßvorgang beendet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reinigen von Bauteilen, die mit Öl-Wasser-Emulsionen benetzt sind,
    a) die anfängliche Druckabsenkung zur weitgehenden Beseitigung der Restluft auf einen Wert erfolgt, der oberhalb der Dampfdruckkurve des Wassers liegt,
    b) in einem folgenden Verfahrensschritt zur Beschleunigung des Aufheizens der Bauteile der Vakuumofen mit einem Inertgas bis auf einen Druck geflutet wird, der oberhalb der Dampfdruckkurve von Wasser liegt, daß das Inertgas hierbei umgewälzt wird, und daß zum Verdampfen des Wassers der Gesamtdruck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der Dampfdruckkurve des Wassers, aber oberhalb der Dampfdruckkurve des Öls liegt, und
    c) in einem weiteren Verfahrensschritt zur weiteren Beschleunigung des Aufheizens der Bauteile der Vakuumofen erneut mit einem Inertgas bis zu einem Druck geflutet wird, der oberhalb der Dampfdruckkurve des Öls liegt, daß das Inertgas hierbei umgewälzt wird, und daß zum Verdampfen des Öls der Gesamtdruck auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der Dampfdruckkurve des Öls liegt.
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