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Verfahren und Vorrichtung zur Inbetriebnahme und bzw. oder zum Betriebe von elektrischen Glimmentladungsanlagen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Werkstücken in elektrischen Glimmentladungsprozessen, beispielsweise zur Oberflächenveredelung, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung und Überwachung der Anlaufperiode und des Betriebes der- artiger Prozesse.
Es ist bekannt, dass zur einwandfreien Durchführung von Glimmentladungsprozessen an Werkstücken, jedenfalls bei den für technische Zwecke erforderlichen Entladungsenergien, die als Elektroden geschalteten Werkstücke an ihren Oberflächen sorgfältig von allen, den Entladungsvorgang möglicherweise nachteilig beeinflussenden Unvollkommenheiten befreit werden müssen. Meist handelt es sich hiebei um die Beseitigung von Verunreinigungen, die anlässlich der Montage dieser Werkstücke im Entladungsgefäss an deren Oberfläche entstanden sind, aber auch um Rückstände und andere Unvollkommenheiten der Oberfläche, die von einer vorausgehenden mechanischen oder chemischen Behandlung herrühren können. Dabei handelt es sich in Wirklichkeit um eine Oberflächenzone einer gewissen Schichtdicke und nicht etwa nur um die äusserste Fläche.
Alle derartigen Unvollkommenheiten der Oberflächenzone führen bei der Einleitung des Glimmentladungsprozesses in einer Atmosphäre verminderten Druckes, und insbesondere bei zunehmender Werkstücktemperatur, zur Dampf- und Gasbildung, zu Reduktions- oder Oxydationsvorgängen, zu stellenweiser starker Emission von Ladungsträgern, und zu andern Erscheinungen, die eine unerwünschte Ungleichmässigkeit der Glimmentladung längs der Werkstückoberfläche zur Folge haben. Da hiebei immer Stellen mit höherer Energiedichte der Entladung auftreten, besteht eine Tendenz zur stellenweisen stärkeren Erhitzung der Oberfläche und damit eine Neigung zur zunehmenden Energiekonzentration hierauf, was wegen der Gefahr einer Lichtbogenbildung und einer bleibenden Ungleichmässigkeit der veredelten Werkstückoberfläche unbedingt vermieden werden muss.
Das wirksamste Mittel zur Beseitigung derartiger Unvollkommenheiten der Werkstückoberfläche besteht in der Durchführung eines Anlaufvorgangs, bei welchem die Werkstücke im Entladungsgefäss betriebsmässig in einer Atmosphäre verminderten Druckes angeordnet sind, um vorerst mit relativ niedriger Spannung aus einem mit stabilisierenden Mitteln für die Entladung versehenen Stromkreis gespeist zu werden, so dass eine Glimmentladung geringen Energieumsatzes an möglichst allen Werkstückoberflächen entsteht.
Dieser Anfangszustand wird solange aufrechterhalten, bis durch die Wirkung der Glimmentladung die bei diesem Energieniveau auftretenden Unvollkommenheiten beseitigt sind und der Entladungsvorgang längs der gesamten Werkstückoberfläche, sowie eventuell an gefährdeten Stellen des Entladungsgefässes, etwa an den isolierten Stromeinführungen, gleichmässig stattfindet. Daraufhin wird die Energie der Glimmentladung stetig um einen gewissen Betrag erhöht, was erfahrungsgemäss zum Auftreten neuer Unvollkommenheiten führt, und dieser Zustand wird wieder bis zur Beseitigung derselben aufrechterhalten, um dann denselben Vorgang mit abermals vergrösserter Entladungsenergie zu wiederholen.
Der Anlaufvorgang wird solange fortgesetzt, bis der erwünschte Entladungsendzustand mit vorgegebenem Energieumsatz an den am Prozess beteiligten Flächen erreicht ist, woraufhin die eigentliche Behandlungperiode des Glimmentladeprozesses beginnt.
Je nach dem Zustand der zu behandelnden Werkstücke kann diese Anlaufperiode des Glimmentladungsprozesses kürzere oder längere Zeit in Anspruch nehmen, bei ausgedehnten Oberflächen gelegent-
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lich bis zu zehn Stunden und mehr, und bedarf einer sorgfältigen Überwachung, wobei meist eine opti- sche Kontrolle des Entladungszustandes wenigstens eines Teils der Werkstückoberfläche vorgenommen wird. Dieser Anlaufvorgang, der im Interesse der gleichmässigen Qualität der Werksttickbehandlung von grösster Bedeutung und unerlässlich ist, bedingt bisher einen höchst unerwünschten Personalaufwand und hängt von der Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals ab, was bei der Anwendung solcher Prozesse in industriellem Massstab als grosser Mangel empfunden wird.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung dieses Mangels und betrifft ein Verfahren zur
Inbetriebnahme und bzw. oder zum Betriebe von elektrischen Glimmentladungsanlagen, insbesondere zur
Oberflächenbehandlung von Werkstücken, bei dem bei Inbetriebnahme die Energiezufuhr zur Glimment- ladung zunächst fortschreitend erhöht wird, jede weitere Erhöhung jedoch erst dann vorgenommen wird, wenn die bei dem jeweiligen Energieniveau aufgetretenen Unvollkommenheiten der Glimmentladung be- seitigt sind, und bei Auftreten von spontanen Änderungen die Energiezufuhr unterbrochen wird und dann eine neuerliche Inbetriebnahme erfolgt.
Kennzeichnend hiebei ist, dass jede Erhöhung der dem Entla- dungsgefäss zugeführten Energie unter normalen Betriebsverhältnissen nach einem selbsttätig ablaufenden, vorbestimmten Programm erfolgt, hingegen im Falle des Auftretens von Unvollkommenheiten in der
Glimmentladung z. B. zufolge Verunreinigungen der Werkstückoberfläche selbsttätig eine Unterbrechung des Ablaufes des Programmes erfolgt und im Falle des Auftretens von spontanen Änderungen der Ablauf des Programmes unterbrochen und nach einem vorbestimmten Intervall mit verminderter Energie weiter fortgesetzt wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Programmsteuergerät mit einer selbständig ablaufenden Speichereinrichtung für ein Steuerprogramm, das aus einzelnen aufeinanderfolgenden Programmabschnitten gebildet ist und aus einer vom Programmsteuergerät regelbaren Strom- versorgungseinrichtung zur Speisung der Glimmentladungsanlage über fernsteuerbare Schaltorgane ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch ein seitens spontaner Änderungen der Entladung in der Glimmentladungsanlage erregbares und Steuersignale lieferndes Überwachungsgerät zur Betätigung eines auf diese Steuersignale ansprechenden Arretierorgans für die Speichereinrichtung und zur Öffnung der Schaltorgane,
sowie durch eine Steuerschaltung mit Zeitverzögerung zur Schliessung der Schaltorgane nach Ablauf eines zwischen 0, 05 und 0, 5 Sekunden einstellbaren Zeitintervalls nach erfolgter Öffnung.
Es sind natürlich in der Technik automatischer Regelungen bereits Verfahren bekannt, bei welchen ein Prozess nach einem vorgegebenen Programm gesteuert wird. Derartige Programmsteuerungen arbeiten aber entweder gemäss einem festen zeitlichen Ablauf, beispielsweise vorgegeben durch die Kontur einer durch ein Uhrwerk verdrehbaren Steuerscheibe, oder das Programm wird abhängig von einer, mit dem Ablauf des Prozesses veränderlichen Grösse, entweder Temperatur oder dem pH-Wert, durchgeführt. Von diesen bekannten Programmsteuerungen unterscheidet sich das erfindungsgemässe Verfahren insofern grundsätzlich, als hier keine beim Fortschreiten des Prozesses veränderliche Grösse den vorgegebenen Programmablauf beeinflusst und noch die Zeitdauer zum Durchlaufen des ganzen Programms weitgehend von den am Prozess beteiligten Werkstücken bestimmt wird.
Massgebend ist hier für den Programmablauf nur das Auftreten oder Nichtauftreten spontaner unerwünschter Ereignisse, ein Steuerkriterium, das in der Regeltechnik bisher nicht verwendet wird.
Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungsbeispiel, an Hand der Fig. l - 3, näher erläutert, u. zw. zeigt : Fig. 1 ein Prinzipbild eines Ausführungsbeispieles einer Anlage zur Durchführung technischer Glimmlichtprozesse mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur automatischen Steuerung und Überwachung des Anlaufvorgangs, Fig. 2 ein Beispiel eines Diagramms für ein bei der Anlage nach Fig. 1 verwendbares Steuerprogramm, Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Diagramm eines Steuerprogramms mit der Beeinflussung desselben durch die erfindungsgemässe Überwachungseinrichtung und die Fig. 4-6 Einzelheiten eines Ausführungsbeispieles für eine Anlage zur elektrischen Glimmnitrierung.
Bei der im Prinzipschema nach Fig. 1 dargestellten Apparatur ist ein Entladungsgefäss 1 vorgesehen, in welchem über das Absaugrohr 2 und die Pumpe 3 ein Unterdruck hergestellt werden kann. Die für den jeweiligen Prozess erwünschte Gasatmosphäre wird mittels Zufuhr entsprechender Gasarten und Gasmengen durch das Rohr 4 über das Regel-und Umschaltventil 5 hergestellt. Im Entladungsgefäss 1 sind beispielsweise die beiden zu behandelnden Werkstücke 6a und 6b angeordnet und über isolierte Stromdurchführungen mit den Anschlüssen 7a bzw. 7b verbunden. Eine Gegenelektrode 8 liegt, ebenfalls über eine isolierte Stromdurchführung, am Anschluss 9. Das Entladungsgefäss 1, das meist aus Metall besteht, ist hier beispielsweise mit keiner der Elektroden verbunden, sondern geerdet..
Im Entladungsgefäss 1 ist ferner ein Fühler 10 eines Überwachungsorgans 11 vorgesehen, das der Kontrolle des Glimmentladungszustandes an den Werkstücken 6a, 6b dient.
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Die Speisung der zwei Anschlüsse 7a, 7b erfolgt über je einen Hochleistungsschalter 12a bzw. 12b, die einzeln oder gemeinsam vom Schalterantrieb 13 betätigt werden, von der Stromquelle 14, die ihrerseits über den Anschluss 15 von einem geeigneten Kraftnetz, beispielsweise einem Drehstromnetz, mit Energie versorgt wird. Die Stromquelle ist im angegebenen Beispiel in bezug auf die den Anschlüssen 7a und 7b zugeführten Spannungen getrennt regelbar. Die gemeinsame Rückleitung vom Anschluss 9 des Entladungsgefässes 1 führt hier über eine Stabilisierungseinrichtung 16, beispielsweise eine stetig oder stufenweise veränderbare Induktivität. Zur Veränderung der von der Stromquelle 14 an die Anschlüsse 7a und 7b abgegebenen Spannungen ist je ein Regelorgan 17a bzw. 17b vorhanden.
Ebenso erfolgt die Ver- änderung der Stabilisierungsmittel 16 über ein geeignetes, stufenweise oder kontinuierlich arbeitendes Verstellorgan 18.
Mit den bisher beschriebenen Anlageteilen lässt sich in der bisher üblichen Weise die Anlaufperiode des Glimmentladungsprozesses mit Handbetrieb durchführen, indem beispielsweise der Schalterantrieb 13 betätigt und die Schalter 12a, 12b geschlossen würden, dann beispielsweise mit dem Regelorgan 17a zuerst der Anlaufvorgang für das Werkstück 6a, und anschliessend mit dem Regelorgan 17b der entsprechende Anlaufvorgang beim Werkstück 6b durchgeführt wird, wobei die Stabilisierungsvorrichtung 16 geeignet gewählt würde. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass zur Durchführung derartiger Anlaufvorgänge hohe Anforderungen an das Bedienungspersonal gestellt werden.
Dagegen wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren der gesamte Anlaufvorgang vollständig automatisch und in der kürzestmöglichen Zeit durchgeführt. Zur Erläuterung sei angenommen, dass der An- laufvorgang die in Fig. 2 dargestellten sechs Abschnitte T.-T umfasst-in der Praxis sind normalerweise wesentlich mehr Programmabschnitte vorgesehen-, u. zw. stellen die Linienzüge A und B den vorgesehenen Spannungsverlauf an den Werkstücken 6a bzw. 6b dar. Die Programmabschnitte sind : Abschnitt T = Beim Werkstück 6a wird die Anfangsspannung U. bis auf die Endspannung U erhöht, während die Spannung am Werkstück 6b den Wert U behält. Nach dem Erreichen von U wird die Spannung am Werkstück 6a auf einen Wert U, gesenkt, bei welchem die Glimmentladung erloschen ist ; der Wert der Stabilisierungsimpedanz ist hiebei Z., wie der Linienzug C anzeigt.
Abschnitt T = Das Werkstück 6a behält seine Spannung U, während am Werkstück 6b die Spannung vom Anfangswert U bis auf den Endwert U. gesteigert und dann auf einen tieferenwert U gebracht wildf die Stabilisierungsimpedanz hat weiterhin den Wert Z.
Abschnitt Ts = Die Stabilisierungsimpedanz weist den niedrigeren Wert Z, auf, während die Spannung am Werkstück 6a von U, ab wieder auf den Endwert U. gesteigert wird und auf demselben verbleibt.
Die Spannung am Werkstück 6b bleibt dabei auf dem Wert U.
Abschnitt T4 = Die Spannung am Werkstück 6a behält den Wert U, ebenso die Stabilisierungsimpedanz den Wert Z., während die Spannung am Werkstück 6b von U auf den Wert U6 gesteigert wird.
Abschnitt T = Die Stabilisierungsimpedanz behält weiterhin den Wert Z und die Werkstücke 6a und 6b werden mit den Spannungen Us bzw. U betrieben. Während dieses Intervalls wird aber die Gasatmosphäre in bezug auf die dominierende Gasart gewechselt.
Abschnitt T6 = Nach erfolgtem Austausch der Gasatmosphäre wird die Stabilisierungsimpedanz auf den betriebsmässigen Wert Z3 erniedrigt, womit der Entladungszustand erreicht ist und der eigentliche Behandlungsvorgang beginnen kann.
Der in Fig. 2 wiedergegebene zeitliche Ablauf dieses beispielsweisen Programms würde natürlich nur dann erzielbar sein, wenn an keiner Stelle irgendwelche Unregelmässigkeiten in der Entladung auftreten würden, zu deren Beseitigung der jeweils gerade erreichte Entladungszustand längere Zeit hindurch unverändert aufrechterhalten werden muss. Ein solcher Fall wird weiter unten noch ausführlich dargestellt.
Die Vorrichtung zur automatischen Durchführung des angegebenen Programms ist in Fig. 1 schematisch wiedergegeben und umfasst das eigentliche Programmsteuergerät 19, das Speisegerät 20 zur Fortschaltung des Programmsteuergerätes 19, einen Steuerempfänger 21 und einen Taktgeber 22 für die Betätigung der Regelorgane 17a und 17b. Der Programmablauf wird beispielsweise durch Betätigung des Schalters 23 des Steuerempfängers 21 gesteuert, wodurch ein Steuerkontakt 24 kurzzeitig geschlossen und iamit das Speisegerät 20 über den geschlossenen Ruhekontakt 25 mit dem Fortschaltmechanismus 26 des Programmsteuergerätes verbunden wird, so dass dasselbe aus seiner Ruhestellung in seine erste Steuerstellung gebracht wird.
Der gesamte weitere Ablauf des vorgegebenen Programms erfolgt nach diesem Start automatisch und wird nachstehend-stets unter der Voraussetzung, dass das Überwachungsgerät 11 nicht anspricht-kurze erläutert.
In der ersten Steuerstellung wird über die Leitung 27 vom Programmsteuergerät 19 der Antrieb 13 für Sie Schalter 12a. 12b erregt und diese geschlossen. Die erfolgte Betätigung wird über die Leitung 28 zum
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Steuerempfänger 21 durch ein Freigabesignal gemeldet, das denselben veranlasst, den Steuerkontakt 24 kurzzeitig zu schliessen, so dass vom Speisegerät 20 der Fortschaltmechanismus 26 das Programmsteuerge- rät 19 auf seine zweite Steuerstellung weiterschaltet. In dieser wird über die Leitung 29 und das Verstel- organ 18 die Stabilisierungsimpedanz 16 auf den Wert Z gebracht und über die Leitung 31 das Regelorgan 17a freigegeben zur Ausführung des Spannungsanstiegs am Werkstück 6a gemäss dem Programmaschnitt Tl in Fig. 2.
Die Betätigung des Regelorgans 17a wird nach erfolgter Freigabe vom Taktgeber 22 stufenweise oder kontinuierlich derart durchgeführt, dass der vorgesehene zeitliche Spannungsanstieg gemäss dem Linienzug A in Fig. 2 erzielt wird. Nach dem Erreichen der Endstellung entsprechend der Spannung Ut des Werkstücks 6a wird über die Leitung 32 ein Freigabesignal zum Steuerempfänger 21 geleitet, der über den Steuerkontakt 24 die Fortschaltung des Programmsteuergerätes 19 auf die dritte Steuerstellung bewirkt, wobei gleichzeitig über die Leitung 31 das Regelorgan 17a ruckartig oder stetig in eine der Spannung U2 entsprechende Lage zurückgestellt wird. Damit ist der Programmabschnitt T. beendet.
In der dritten Steuerstellung wird vom Programmsteuergerät 19 über die Leitung 33 das Regelorgan 17b freigegeben, so dass dasselbe, gesteuert vom Taktgeber 22, den im Programmabschnitt T ; vor-
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Fig. 2 durchführen kann. Beim Erreichen der dem Spannungswert Us entsprechenden Lage sendet das Regelorgan 17b über die Leitung 34 ein Freigabesignal zum Steuerempfänger 21, damitderselbe überden Steuerkontakt 24 das Programmsteuergerät 19 auf die vierte Steuerstellung weiterschaltet. Gleichzeitig wird das Regelorgan 17b ruckartig oder stetig in die dem Spannungswert Us entsprechende Lage zurückgestellt, womit der Programmabschnitt T beendet ist.
In der vierten Steuerstellung wird über die Leitung 29 das Verstellorgan 18 für die Stabilisierungsimpedanz 16 betätigt und dieselbe auf den niedrigeren Wert Z gebracht. Gleichzeitig wird das Regelorgan 17a wieder freigegeben, so dass die Spannung am Werkstück 6a entsprechend dem Linienzug A in Fig. 2 den im Programmabschnitt T, vorgesehenen Anstieg vom Wert U2 auf den Endwert U. durchführt, indem der Taktgeber 22 das Regelorgan 17a entsprechend beeinflusst. Beim Erreichen der dem Endwert Us entsprechenden Stellung wird vom Regelorgan 17a über die Leitung 32 wieder ein Freigabesignal zum Steuerempfänger 21 gesendet, über den Steuerkontakt 24 das Programmsteuergerät 19 auf die fünfte Steuerstellung umschaltet, während das Regelorgan 17a in der erreichten Endstellung verbleibt.
Hiemit ist der Programmabschnitt T, beendet.
In der fünften Steuerstellung wird seitens des Programmsteuergerätes 19 wieder über die Leitung 33 das Regelorgan 17b freigegeben, so dass dasselbe vom Taktgeber 22 betätigt werden kann und gemäss dem
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des Werkstücks 6b von U auf den Endwert Uhöht, Das Freigabesignal des Regelorgans 17b beim Erreichen dieses Endwertes U6 bewirkt über den Steuerempfänger 21 die Fortschaltung des Programmsteuergerätes 19 auf die sechste Steuerstellung, während das Regelorgan 17b auch nach Beendigung dieses Programmabschnittes T, in der dem Spannungswert U6 entsprechenden Endstellung verbleibt.
Im nunmehr beginnenden Programmabschnitt Ts soll ein Wechsel der Gasatmosphäre im Entladungsgefäss 1 erfolgen, in dem beispielsweise ein während des Anlaufvorgangs zweckmässigerweise vorgesehenes reduzierend wirkendes Gas, etwa Wasserstoff, durch das für die eigentliche Werkstückbehandlung vorgesehene Gas ersetzt wird. Hiezu wird in der sechsten Steuerstellung des Programmsteuergerätes i9 über die Leitung 35 das Umschalt- und Regelventil 5 betätigt, so dass nunmehr eine andere Gasart über die Leitung 4 in das Entladungsgefäss 1 strömt.
Nach einer dem Programmabschnitt Ts entsprechenden Zeit ist der Gasaustausch erfolgt und ein auf diese Zeitdauer eingestelltes Uhrwerk 36 sendet über die Leitung 37 ein Freigabesignal zum Steuerempfänger 21, zwecks Fortschaltung des Programmsteuergerätes 19 auf die siebente Steuerstellung.
In der siebenten Steuerstellung wird vom Programmsteuergerät 19 über die Leitung 29 das Verstellorgan 18 der Stabilisierungsimpedanz 16 betätigt und dieselbe auf ihren Betriebswert ; umgestellt, was über die Leitung 30 ein Freigabesignal zum Steuerempfänger 21 auslöst. Dieser bewirkt die Fortschaltung des Programmsteuergerätes 19 auf die achte Steuerstellung, womit das Programmintervall T6 beendet ist.
Die achte Steuerstellung des Programmsteuergerätes 19 bewirkt beispielsweise die Umschaltung der Steuerleitungen 32 und 3S für die Regelorgane 17a bzw. 17b auf ein Drucktasten-Bedienungsgerät 38, von dem aus nunmehr die zur vorgesehenen Werkstückbehandlung erwünschte Spannung an den Anschlüssen 7a und 7b von Hand einstellbar ist, während das Programmsteuergerät 19 und der Steuerempfänger 21 unwirksam sind. Falls erwünscht, kann natürlich an Stelle des Bedienungsgerätes 38 auch in dieser achten Steuerstellung ein automatisches Betriebssteuergerät eingeschaltet werden, das während der nunmehr be-
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ginnenden Behandlungsperiode des Prozesses, die sich meist auf viele Stunden bzw. mehrere Tage erstreckt, die erwünschten Entladungsbedienungen einregelt und konstant hält.
Der beschriebene Programmablauf wäre zwar beim praktischen Betrieb durchaus erwünscht, ist jedoch kaum jemals erreichbar, da die Werkstücke an ihren Aussenseiten bzw. der hier wirksamen Ober- flächenzone. stets irgendwelche Unvollkommenheiten der oben beschriebenen Art aufweisen. Infolgedessen spricht das die Gleichmässigkeit der Glimmentladung im Entladungsgefäss 1 kontrollierende Überwachungsgerät 11 häufig an und beeinflusst den Programmablauf in der nachstehend beschriebenen Weise.
Die den Fühler 10 des Überwachungsgerätes 11 beeinflussenden, spontan und willkürlich auftretenden Änderungen des Glimmentladungszustandes beginnen meist sofort nach erstmaliger Zündung der Glimment-
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laufen eines derartigen Steuerprogramms festgestellt, dass das Überwachungsgerät 11 in mehreren Tausend Einzelfällen angesprochen und den Programmablauf beeinflusst hat. Ferner ist die jeweilige Dauer einer derartigen spontan auftretenden Änderung des Entladungszustandes völlig ungewiss, und es kann lediglich eine durch die erforderliche Entionisierung bedingte Mindest-Abklingzeit in der Grössenordnung von etwa 10 bis 20 Millisekunden vorausgesetzt werden. Es wurden aber anderseits solche unerwünschten Ereignisse mit einer Abklingzeit bis zu einer Minute und darüber beobachtet.
Die Steuereinrichtung, die entsprechend dem vorliegenden Verfahren arbeitet, ist in der Lage. derartige spontan auftretende Änderungen des Entladungszustandes unschädlich zu machen. Hiezu wird beim Ansprechen des Überwachungsgerätes 11 mit geringstmöglicher Zeitverzögerung von höchstens einigen wenigen Millisekunden, über die Leitung 39 der Antrieb 13 für die Schalter 12a und 12b betätigt und die Stromzuführung zu den Anschlüssen 7a und 7b unterbrochen. Gleichzeitig wird mit der Betätigung des Schalterantriebs 13 das einstellbare Zeitverzögerungsglied 40 erregt, das über die Leitung 41 die Wiedereinschaltung der Schalter 12a, 12b bestimmt, ganz unabhängig davon, ob das Überwachungsgerät 11 noch erregt ist oder nicht.
Das Zeitverzögerungsglied 40 ist vorzugsweise auf ein solches Zeitintervall V 1 ein- gestellt, dass die Unterbrechung der Stromzufuhr durch die Schalter 12a, 12b nicht länger als etwa 20 bis 100 Millisekunden dauert, also wenn es sich um ein einmaliges Auftreten einer Störerscheinung in der Entladung gehandelt hat, beim Wiedereinschalten die Entionisierung dieser Störstelle bereits stattgefun- den hat. Spricht nach erfolgtem Wiedereinschalten das Überwachungsgerät 11 erneut an, so wiederholt sich der beschriebene Abschaltvorgang jeweils für die gleiche Unterbrechungsdauer V.
Beim Ansprechen des Überwachungsgerätes 11 wird aber auch über die Leitung 42 das Zeitverzogerungsglied 43 erregt, das seinerseits für ein einstellbares Zeitintervall V über die Leitung 44 den Kontakt 25 und über die Leitung 45 den Kontakt 46 öffnet. Hiedurch wird während des Zeitintervalls V, sowohl eine Fortschaltung des Programmsteuergerätes 19 als auch eine Verstellung der Regelorgane 17a und 17b durch den Taktgeber 22 verhindert. Somit ist der Ablauf des Steuerprogramms für die Zeitdauer V gestoppt und der zuletzt erreichte Betriebszustand bleibt erhalten. Für das Zeitintervall V hat sich beispielsweise eine Grösse von 30 bis 300 Sekunden als zweckmässig herausgestellt. Nach Ablauf dieser Zeit wird das Programm in der vorgesehenen Weise fortgesetzt.
Das Zeitverzögerungsglied 43 ist aber vorteilhafterweise derart eingerichtet, dass beim erneuten Ansprechen des Überwachungsgerätes 11 während des Zeitinte. rvalls V2 ein Rückstellen des Zeitverzögerungsgliedes 43 auf seine Anfangsstellung erfolgt, also die Kontakte 25 und 46 erst dann geschlossen werden und der programmgemässe Ablauf weitergehen kann, wenn seit dem letzten Ansprechen des Überwachungsgerätes 11 das Zeitintervall V, verstrichen ist.
Mit dem Überwachungsgerät 11 ist ferner eine Zähleinrichtung 11a verbunden, in welcher die Ansprechhäufigkeit des Überwachungsgerätes 11 ermittelt wird. Bei einer vorgegebenen und einstellbaren Anzahl von Störungsereignissen pro Zeiteinheit, beispielsweise 10 pro Sekunde, wird von dieser Zählenrichtung lla über die Leitung 47 ein Zeitverzögerungsglied 48 zum Ansprechen gebracht. Das Zeitverzögerungsglied 48 betätigt über die Leitung 49 den Schalterantrieb 13 und öffnet für das Zeitintervall V, beispielsweise für 30 Sekunden, die Schalter 12a und 12b, so dass die Glimmentladung an den Werkstück- ken 6a und 6b erlischt. Falls erwünscht, kann auch an Stelle einer Unterbrechung eine entsprechende Spannungsreduzierung auf einen geringen Wert erfolgen.
Gleichzeitig wird über die Leitung 50 das RUckstellgerät 51 betätigt, das seinerseits über die Leitung 52 auf das Programmsteuergerät 19 einwirkt und eine Rückstellung desselben auf einen bereits durchlaufenden Programmabschnitt veranlasst. Diese Massnahme ermöglicht es erfahrungsgemäss, durch grössere Gasausbrüche an den Werkstückoberflächen verursachte heftige Änderungen des Entladungszustandes unschädlich zu machen und das Entstehen eines unerwünschten Überschlages zu verhindern.
Die eben beschriebene Beeinflussung des Programmablaufs durch das Überwachungsgerät 11 ist im
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Diagramm nach Fig. 3 wiedergegeben, wobei der Linienzug D beispielsweise den Spannungsanstieg am
Werkstück 6a im Programmabschnitt T, also entsprechend dem Linienzug A im Diagramm der Fig. 2, in stark vergrössertem Zeitmassstab zeigt. Hiebei ist angenommen, dass der Taktgeber 22 in Zeitabständen von jeweils to = 10 Sekunden das Regelorgan 17a um die Teilspannung Us verstellt. Der Linienzug E gibt über dem gleichen Zeitmassstab das impulsartige Ansprechen des Überwachungsgerätes 11 wieder, wobei angenommen ist, dass jeder Impuls dieses Linienzuges zu einer Öffnung des Schalters 12a für das Zeitin- tervall V. von 20 Millisekunden führt.
Nach etwa 10 Regelschritten des Regelorganes 17a ist die Zündspannung für die Glimmentladung er- reicht, was zum erstmaligen Ansprechen des Überwachungsorganes 11 führt, was zur Abschaltung der
Stromzufuhr zum Werkstück 6a während desZei. tintervallsV führt, und ausserdem eine weitere Betäti- gung des Regelorgans 17a durch den Taktgeber 22 während eines Zeitintervalls Z2 = 60 Sekunden verhin- dert, so dass während dieser Zeit die Spannung am Werkstück 6a praktisch konstant bleibt. Nach Beendi- gung des Zeitintervalls Vs geht der Programmablauf weiter.
Falls, wie im Diagramm nach Fig. 3 ange- deutet, beim nächsten Ansprechen des Überwachungsgerätes 11 während des Zeitintervalls V, weitere An- sprechimpulse seitens des Überwachungsgerätes 11 zum Zeitverzögerungsglied 43 gelangen, so wird dieses jeweils in seinen Anfangstellungen zurückgestellt. Erst wenn nach einem Ansprechen des Überwachungs- gerätes 11 während des Zeitintervalls V2 keine weitere spontane Änderung des Entladungszustandes auf- tritt, kann das Programm in der vorgegebenen Weise weiter durchgeführt werden. Hiedurch wird gewähr- leistet, dass die jeweils erreichte Einstellung des Entladungsvorgangs nur dann verlassen werden kann, wenn eine Beruhigung eingetreten ist.
Immerhin wird in der Praxis beobachtet, dass der Anlaufvorgang während längerer Zeit im gleichen Zustand verweilt, da beispielsweise stärkere Verunreinigungen erst durch die Wirkung der Glimmentladung beseitigt werden müssen.
Wird beim weiteren Ablauf des Programms aber ein Zustand erreicht, bei welchem eine heftige Stö- rung an der Werkstückoberfläche, etwa ein Gasausbruch, auftritt, die zum rasch aufeinanderfolgenden
Ansprechen des Überwachungsgerätes 11 führt, so erfolgt bei genügend grosser Ansprechhäufigkeit die Be- tätigung des Zeitverzögerungsgliedes 48 und eine Abschaltung der Spannung vom Werkstück 6a für die
Dauer des Zeitintervalls V. von beispielsweise 30 Sekunden. Gleichzeitig erfolgt eine Rückstellung des Regelorganes 17a in seine Anfangsstellung, so dass am Ende des Zeitintervalls V das Programm wieder an der gleichen Stelle, wie zu Beginn im Diagramm in Fig. 3, also bei der Spannung U beginnt.
Natürlich kann die Rückstellung des Programmsteuergerätes 19 auch um mehr als einen Programmabschnitt erfolgen. Ferner kann beispielsweise vorübergehend die Stabilisierungsimpedanz 16 auf ihren Höchstwert Z1 umgeschaltet werden.
Wie ersichtlich, ist das Überwachungsgerät 11 und das zugehörige Fühlorgan 10 von entscheidender Wichtigkeit für die Durchführung der Anlaufperiode derartiger Glimmentladungsprozesse. Bei der in Fig. 1 angedeuteten Anordnung der FUhlsonde 10 innerhalb des Entladungsgefässes 1 handelt es sich beispielsweise um eine Antenne oder ein anderes geeignetes Kopplungsglied zur Aufnahme von elektromagnetischen Wellen, die erfahrungsgemäss bei spontanen Änderungen des Entladungszustandes an den Werkstückoberflächen auftreten. In diesem Fall besteht dann das Überwachungsgerät 11 aus einem Verstärker für diese hochfrequenten Schwingungen und geeigneten nachgeschalteten Signaleinrichtungen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Lichtintensität oder die einzelnen Spektralanteile des Glimmlichts zu ermitteln, beispielsweise über geeignete Fenster 4n Entladungsgefäss, und die spontan auftretenden Änderungen im Glimmlicht in ein geeignetes Steuersignal zu verwandeln. Natürlich wirken sich solche unèrwünschte spontane Änderungen des Entladungszustandes auch im Energiebedarf an den Anschlüssen 7a bzw. '7b. oder 9 aus, und können durch genügend empfindliche Messeinrichtungen an den Speiseleitungen bzw. den Stromversorgungsvorrichtungen festgestellt und in Steuersignale verwandelt werden.
Wenn auch das vorliegende Verfahren vor allem zur Gewährleistung einer gleichmässigen Behandlung der am Prozess beteiligten Werkstückoberflächen dient, so erfolgt doch eine Überwachung des gesamten Entladungsvorgangs innerhalb des Entladungsgefässes. Beispielsweise wird durch die beschriebene Steuerapparatur auch das Auftreten von Überschlägen an den hierauf besonders empfindlichen isolierten Stromeinführungen unterdrückt, da solche Ereignisse vom Überwachungsgerät angezeigt werden und eine kurzzeitige Abschaltung verursacht.
Das in Fig. 4 wiedergegebene vereinfachte Schaltbild stellt ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dar, u. zw. für den Fall, dass im metallischen Rezipienten 101 die Nitrierung von drei Stahlrohren 102a, 102b, 102c erfolgt, oder ein Vielfaches dieser Anzahl, wobei dann drei Gruppen gebildet und 102a, 102b, 102c je eine solche Gruppe darstellen. Die Rohre 102a, 102b. 102c sind über je eine isolierte Stromeinführung mit den Anschlüssen
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103a, 103b, 103c verbunden. Innerhalb jedes einzelnen Rohres ist, isoliert von demselben, je ein Innen- leiter angeordnet, beispielsweise ein 3 ìI1m dicker Stahldraht.
Sämtliche Innenleiter sind im Rezipienten parallelgeschaltet und über eine isolierte Stromeinführung an den Anschluss 104 gelegt. Am Rezipienten ist eine Absaugleitung 105 vorgesehen, die an einer Pumpe angeschlossen ist, sowie eine GaszufUhrungs- leitung 106.
Der Glimmprozess erfolgt hier beispielsweise mittels Dreiphasen-Wechselstrom von 50 Hz, u. zw. über einen Dreiphasenregeltransformator 107, der die Anschlüsse 103a, 103b, 103c speist, und einen zweiten Dreiphasenregeltransformatorl08, von dem jeweils eine der drei Wicklungen an den Anschluss 104 angeschaltet wird. Beide Regeltransformatoren 107 und 108 sind in Fig. 4 nur mit ihren Sekundärwick- lungen gezeichnet. Die Primärwicklungen können in Stern- oder Dreieckschaltung mit dem Drehstrom- netz verbunden werden. Jeder Regeltransformator 107,108 ist mit einem für alle drei Abgriffe an den
Wicklungen gemeinsamen Verstellmechanismus 109 bzw. 110 versehen, der durch die reversiblen Moto- re 111 bzw. 112 nach höheren oder niedrigeren Sekundärspannungen verstellt werden kann.
An jedem
Verstellmechanismus 109. 110 ist ferner ein Stellungsanzeiger 113 bzw. 114 angebracht, der für die An- fangs-und Endstellung je einen Kontakt betätigt und, falls erwünscht, auch entsprechende Zwischenstellungen signalisieren kann. An Stelle je eines getrennten Regeltransformators 107 und 108 könnten na- türlich sämtliche Sekundärwicklungen auf dem gleichen Kern angeordnet oder nur drei gemeinsame
Wicklungen mit je zwei Verstellmechanismen vorgesehen werden.
Die drei Sekundärwicklungen des Regeltransformators 107 sind über je ein Schaltschütz 115a bzw.
115b bzw. 115c mit den Anschlüssen 103a bzw. 103b bzw. 103c verbunden, die über ihre Antriebsmagnete 116a bzw. 116b bzw. 116c unabhängig voneinander vom Relaissatz 117 aus betätigt werden kön- nen. Dagegen sind die drei Schaltschutz 118a bzw. 118b bzw. 118c in den Verbindungsleitungen von den Sekundärwicklungen des Regeltransformators 108 zum Anschluss 104 seitens des die Antriebsmagnete 119a bzw. 119b bzw. 119c steuernden Relaissatzes 120 derart gegeneinander verriegelt, dass jeweils höchstens ein SchUtz einschaltbar ist. Der Relaissatz 120 ist mit einem Taktgeber 121 verbunden. der in einem einstellbaren Rhythmus, beispielsweise mit Intervallen von je 1 Sekunde, den gerade eingeschalteten Schütz 118 aus und einen andern einschaltet, so dass die drei Sekundärwicklungen des Regeltransformators 108 abwechselnd die Innenleiter über den Anschluss 104 speisen.
Die Sekundärwicklungen des Regeltransformators 108 werden in Sternschaltung betrieben und sind am Nulleiter 122 angeschlossen. Auch die Sekundärwicklungen des Regeltransformators 107 werden in Sternschaltung betrieben, jedoch ist hier in den Verbindungsleitungen vom Nulleiter 122 zu den drei Sekundärwicklungen je eine Drosselspule 123a bzw. 123b bzw. 123c eingeschaltet. Sämtliche drei Drosselspulen sind regelbar und mit einem gemeinsamen Verstellmechanismus 124 versehen, der seinerseits vom Motor 125 reversibel betätigt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt eine stufenweise Verstellung des Impedanzwertes der Drosseln 123, u. zw. sind vier Stufen mit den Impedanzen 30 bzw. 15 bzw. 5 bzw. 1 Ohm vorgesehen.
Der Nulleiter 122 ist ferner am sogenannten Symmetriewächter 126 angeschlossen, der ausserdem mit einem durch die drei Widerstände 127 geschaffenen Sternpunkt 128 der drei sekundären Phasenspannungen verbunden ist. Dieser Symmetriewächter 126. der ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Steuerverfahrens darstellt, spricht auf jede, einen einstellbaren Mindestwert überschreitende Spannungamplitude zwischen dem Nulleiter 122 und dem Sternpunkt 128 an, u. zw. unabhängig vom zeitlichen Spannungsverlauf, von dessen Phasenlage und Polarität.
. Die Steuerung der gesamten Regel- und Schalteinrichtungen erfolgt zentral von einem Steuergerät 129 aus, an dem ein Taktgeber 130 angeschlossen ist. Das Steuergerät 129 ist über die Steuerleitung 131 mit dem Speisegerät 132 des Verstellmotors 111 des Regeltransformators 107 verbunden und erhält über die Leitung 133 die Rückmeldung des Stellungsanzeigers 113. Das Steuergerät 129 kann ferner über die Steuerleitung 134 und das Speisegerät 135 den Verstellmotor 112 des Regeltransformators 108 betätigen, und über die Leitung 136 die Rückmeldung von dessen Stellungsanzeiger 114 empfangen. Ausserdem wird über die Steuerleitung 137 das Speisegerät 138 für den Verstellmotor 125 der Drosseln 123 in der einen oder andern Richtung betätigt.
Der Funktionsablauf des Steuergerätes 129 ist durch geeignete Relais, Schrittschalteinrichtungen oder elektronische Mittel derart eingerichtet, dass die erforderlichen Steuervorgänge jeweils nacheinander abgewickelt werden, aber der nächstfolgende nur dann eingeleitet wird, wenn der vorausgehende durch ein Quittungssignal als beendet dem Steuergerät 129 zurückgemeldet wird. Wird also seitens eines vom Steuergerät 129 unabhängigen Kontrollorganes der gerade ablaufende Steuervorgang gestoppt, so kann der nächstfolgende Steuervorgang nicht beginnen, bis nach erfolgter Freigabe des gestoppten Steuervor-
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ganges seitens des Kontrollorgans derselbe beendet wurde und sein Quittungssignal am Steuergerät 129 eingegangen ist.
Ein derartiges Kontrollorgan stellt der Symmetriewächter 126 dar, der beim Ansprechen über das Steuergerät 129 die Speisegeräte 132, 135, 138 für die Verstellmotoren der Regeltransformato- ren 107 und 108, sowie der Drosseln 123 in geeigneter, noch näher zu beschreibender Weise beeinflusst.
Ferner werden über den Zeitschalter 126a und die Leitung 142 der Relaissatz 117 und durch denselben die
Schützen 115 betätigt.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Nitrierung von Stahlrohren hat es sich als zweckmässig herausgestellt, den Anlaufvorgang in 112 aufeinanderfolgende Teilvorgänge zu unterteilen.
Das Steuergerät 129 ist dementsprechend ausgebildet und ermöglicht die vollautomatische Durchführung aller Teilvorgänge. Die einzelnen Teilvorgänge und deren normaler Ablauf seien nachstehend an Hand der beiden Diagramme in Fig. 5 näher erläutert. Dabei sei vorerst angenommen, dass beim gesamten
Anlaufvorgang der Symmetriewächter 126 nicht anspricht. Der Einfluss einer zum Ansprechen des Symmetriewächters 126 führenden Störung während des Anlaufvorgangs wird weiter unten ebenfalls noch erläutert.
Die Fig. 5 zeigt im unteren Diagramm über der Zeitabszisse t aufgetragen den Linienzug 160, der die Spannung Ui am Anschluss 104 der Innenleiter darstellt, sowie den gestrichelten Linienzug 161. welcher der an einer der Anschlüsse 103 gelegenen Phasenspannung Ua an den Rohren 102 entspricht. Im darüber befindlichen Diagramm ist über einer gleichen Zeitabszisse t der jeweilige Impedanzwert der einzelnen Drosseln 123 angegeben.
Nach dem Einschalten der Anlage samt der Steuerautomatik ist zunächst, entsprechend dem Punkt A, sowohl die Spannung Ua als auch Ui angenähert Null, und die Impedanz der Drosseln 123 besitzt den höchsten Wert Z1 (30 Ohm). Vom Steuergerät 129 wird nunmehr über die Steuerleitung 134 das Speisegerät 135 betätigt und der Motor 112 mit maximaler Geschwindigkeit in Betrieb gesetzt. Die Spannung Ui der Innenleiter steigt an, während Ua = 0 bleibt. Sobald die Zündspannung erreicht ist, entsteht im Rezipienten zwischen den Innenleitern und den Rohren 102 eine Glimmentladung, was meist ein erstmaliges Ansprechen des Symmetriewächters 126 bewirkt, der über die Leitung 140 das Steuergerät 129 derart beeinflusst, dass das Speisegerät 135 nunmehr den Motor 112 nur noch impulsartig entsprechend dem Rhythmus des Taktgebers 130 speist (Punkt B).
Der Vorschub des Verstellmechanismus 110 erfolgt also jetzt ruckweise in Abständen von beispielsweise 0,5 bis 1 Sekunde, so dass der zeitliche Anstieg der Spannung Ui ab dem Punkt B weniger steil ist und eigentlich im Diagramm als Stufenlinie darzustellen wäre. Beim Erreichen der maximalen Spannung Ui am Punkt C ist der erste Teilvorgang beendet, der Stellungsanzeiger 114 meldet dies über die Leitung 136 an das Steuergerät 129, das daraufhin den zweiten Teilvorgang beginnen lässt.
Hiebei läuft der Motor 112 mit höchster Geschwindigkeit rückwärts, so dass die Spannung Ui abnimmt und am Ende beim Punkt D praktisch zu Null wird. Der Punkt D könnte auch bei höherer Spannung Ui, aber jedenfalls unterhalb der Zündspannung für die Glimmentladung, gelegen sein. Die Beendigung dieses Teilvorgangs wird durch einen Endkontakt im Stellungsanzeiger 114 dem Steuergerät 129 übermittelt, das auf den nächsten Teilvorgang umschaltet.
Die Umschaltung auf den dritten Teilvorgang verursacht über die Steuerleitung 137 eine Betätigung des Speisegerätes 138 für den Verstellmotor 125 der Drosseln 123 und schaltet diese auf den nächstniedri- gerenWertZ (15 Ohm) um. Gleichzeitig wird der Motor 112 wieder mit voller Geschwindigkeit in Gegenrichtung in Betrieb gesetzt, die Spannung Ui erhöht sich wieder und bewirkt beim Punkt E erneut ein Zünden der Glimmentladung. In gleicher Weise wie beim Punkt B erfolgt hierauf eine Umschaltung im Steuergerät 129, so dass der Motor 112 weiterhin nur noch impulsartig betätigt wird. Beim Erreichen des Punktes F und der Spannung (U1 > max ist dann der dritte Teilvorgang beendet. was der Stellungsanzeiger 114 dem Steuergerät 129 meldet.
Es sei hier erwähnt, dass die Werte (Ui) max und (Ua) max nur je- weils die Spannungen bei den Endstellungen der Regeltransformatoren angeben. Für die Klemmenspannung an den Anschlüssen 103, 104 muss jeweils der Spannungsabfall an den Drosseln 123 berücksichtigt werden.
Beim nunmehr beginnenden vierten Teilvorgang wird der Verstellmechanismus 110 des Regeltransformators 108 unverändert in der erreichten Endlage belassen, so dass bis auf weiteres an den Innenleitern die Spannung (Ui) max liegt. Gleichzeitig werden aber vom Steuergerät 129 aus die Drosseln 123 über die Leitung 137, das Speisegerät 138 und den Verstellmotor 125 zurückgeschaltet in ihre Stellung mit dem
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im Rhythmus des Taktgebers 130 betätigt, so dass der Motor 111 den Verstellmechanismus 109 ruckweise vorwärts bewegt. Somit beginnt vom Punkt G aus die Spannung Ua an den drei Anschlüssen 103 stufen-
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weise anzusteigen, während gleichzeitig die Glimmentladung im Inneren der Rohre 102 weitergeht.
Da die Spannungen Ui und Ua aus dem gleichen Drehstromnetz stammen, ergibt sich natürlich beim Ansteigen der Spannung Ua an den Rohren 2 eine Rückwirkung auf die Glimmentladung zwischen den Innenleitern und der. Rohren, u. zw. immer an jener Werkstuckgruppe 102a bzw. 102b bzw. 102c, bei welcher die gleiche Wechselspannungsphase am Rohr und am Innenleiter liegt. Bei dieser Werkstückgruppe nimmt mit steigender Spannung Ua die Spannungsdifferenz zwischen Aussen- und Innenleiter ab, so dass von einem bestimmten Ua-Wert ab die Glimmentladung im Rohrinnenraum erlischt.
Da aber, wie oben bereits erwähnt, der Taktgeber 121 über den Relaissatz 120 die Schütze 118a, 118b, 118c der Reihe nach aus-und einschaltet, wird in regelmässigen Intervallen von beispielsweise 1 Sekunde die Glimmentladung im Rohrinneren einer andern der drei Werkstückgruppen auf diese Weise ausgeschaltet. Je nach Phasenlage der Spannungen von den Regeltransformatoren 107 und 108 kann die Spannungsdifferenz den Wert Null oder einen andern Wert annehmen. Es ist aber erwünscht, dass die Glimmentladung erlischt, da dies die Gaskonvektion im Rohrinneren begünstigt.
Die Spannung Ua steigt vom Punkt G bis zum Wert (Ua) max in der Endstellung des Regeltransformators 107 an. Beim Erreichen der Endstellung, die dem Punkt H entspricht, erfolgt vom Stellungsanzeiger 113 über die Leitung 133 eine Rückmeldung an das Steuergerät 129, das hierauf den Rücklauf des Verstellmechanismus am Regeltransformator 108 bewirkt, während der Ventellmechanismus des Regeltransformators 107 weiterhin in der erreichten Endstellung verbleibt. Die Spannung Ua an den Anschlüs- sen 103a, 103b, 103c behält also bis auf weiteres den Wert (Ua) max, während die Spannung Ui vom Punkt J aus auf den Wert von angenähert Ui = 0 beim Punkt K verringert wird.
Beim Erreichen des Punktes K bewirkt der Stellungsanzeiger 114 durch seine Rückmeldung an das Steuergerät 129 den Übergang zum nächsten Teilvorgang.
Hiebei veranlasst das Steuergerät 129 die Umschaltung der Drosseln 123 vom WertZ1 auf den nächstniedrigeren Wert Z2 (15 Ohm), und dann die Betätigung des Speisegerätes 135 für den Motor 112 im Rhythmus des Taktgebers 130, so dass die Spannung Ui wieder stufenweise ansteigt und beim Punkt L den Höchstwert (Uax erreicht. In dieser Endstellung erfolgt wieder eine Rückmeldung des Stellungsanzei- gers 114 zum Steuergerät 129, das den Rücklauf des Motors 112 mit Höchstgeschwindigkeit zum Punkt M mit Ui = 0 veranalsst. womit dieser Teilvorgang beendet ist.
Beim Erreichen des Punktes M erfolgt vom Steuergerät 129 die Umschaltung der Drosseln 123 auf den
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nmxTeilvorgang zu Ende Ist.
Nunmehr befinden sich die beiden Regeltransformatoren 107 und 108 in ihrer Endstellung und die Glimmentladungsenergie weist einen Höchstwert auf. Falls erwünscht, kann trotz des Spannungsabfalls an den Drosseln 123 durch geeignete Bemessung der Wicklungen 107, 108 dieser Höchstwert gleich der normalen Betriebsleistung gemacht werden. Je nach Einstellung des Taktgebers 130 kann am Steuergerät 129 die Zeitdauer für diesen ersten Abschnitt des Anlaufvorgangs verändert werden. Als zweckmässig hat & 1ch bei grösseren Werkstücken mit einigen Quadratmeter Oberfläche eine Zeit von etwa 20 Minuten ergeben.
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durch keine Störung während des ganzen Vorgangs zum Ansprechen gebracht wird.
Dieser erste Abschnitt des Anlaufvorgangs bis zum Zeitpunkt TN dient der Reinigung der Werkstückoberflächen von irgendwelchen störenden Unvollkommenheiten, weshalb das Entladungsgefäss 101 mit einem reduzierenden Gas, beispielsweise Wasserstoff, gefüllt ist, etwa mit einem Druck zwischen 1 und 10 mm Hg. Dabei steht aber der Rezipient 101 über die Leitung 105 ständig mit einer Pumpe in Verbindung und wird über das elektrisch betätigbare Ventil 145 mit H-Gas gespeist.
Nach Beendigung dieses ersten Abschnitts des Anlaufvorgangs erfolgt ein langsamer Austausch des Wasserstoffgases durch trockenes Ammoniakgas, welcher Vorgang etwa 30 Minuten in Anspruch nimmt, falls hiebei keine Störerscheinung ein Ansprechen des Symmetriewächters 126 zur Folge hat. Dabei ist ständig an den Anschlüssen 103 und 104 die Höchstspannung (Ua) max bzw. (Uj) max vorhanden. Der .-NH, -Gasaustausch wird vom Steuergerät 129 automatisch vorgenommen, indem das Ventil 145 geschlossen und das Ventil 146 geöffnet wird.
Nach Beendigung dieses Teilvorgangs, dessen Dauer von einem Zeitschalter 147 bestimmt wird, also vom Punkt 0 ab, wird vom Steuergerät 129 der Verstellmechanismus 110 des Regeltraaofornutm 108 wieder mit Höchstgeschwindigkeit in seine Anfangsstellung gesteuert, so dass die Spannung Ul am Punkt P ihren kleinsten Wert besitzt. Beim Erreichen des Punktes P des Linienzuges 160, dem zeitlich der Punkt Q des Linienzuges 161 entspricht, ist der Anlaufvorgang abgeschlossen und das Steuergerät 129 gibt die von
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und Schalteinrichtungen- frei.
Gleichzeitigspielsweise kann die Leistung am Instrument 148 abgelesen werden und die Werkstücktemperatur durch ein Strahlungspyrometer 149 mit dem Registriergerät 150 überwacht, falls erwünscht, auch automatisch konstant gehalten werden, beispielsweise über die Steuerleitung 151 durch Beeinflussung der Schalt- schütze 115, 116. Der Nitrierbetrieb kann ebenfalls je nach Wunsch vollautomat sch seitens eines beson- deren Steuergerätes oder mittels Handbedienung und Beobachtung der Instrumente durchgeführt werden.
Wie bereits erwähnt. ist der Verlauf der Linienzüge 160 und 161 in Fig. 5 für den Fall wiedergege- ben, dass vom Punkt B ab der Symmetriewächter 126 niemals mehr anspricht. In Wirklichkeit ist dies kaum je der Fall und dieses Kontrollorgan ist von grösster Bedeutung für den wartungsfreien, automatisch durchgeführten Anlaufvorgang, da nur mit Hilfe eines derartigen rasch ansprechenden Kontrollorgans die gleichmässige Behandlung der Werkstücke gewährleistet und das Entstehen von unerwünschten Oberflä- chendefekten sicher vermieden werden kann.
Es sei angenommen, dass beim schrittweisen Ansteigen der
Spannung Ui nach dem Punkt K der Symmetriewächter 126 beim Punkt K1 anspricht, weil am Werk- stück 102a beispielsweise ein geringfügiger Gasausbruch an einer Stelle der Oberfläche einen etwas grö- sseren Entladungsstrom verursacht, als an den Werkstücken 102b und 102c. In diesem Falle muss sofort die
Energiezufuhr über die drei Schütze 115a, 115b, 115c unterbrochen werden, um eine lokale Überhitzung der betreffenden Stelle am Werkstück 102a zu vermeiden. Diese sehr rasche Abschaltung bewirkt der
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renz am Sternpunkt 128 gegenüber dem Nulleiter 122 zur Folge hat. Der Symmetriewächter 126 besitzt eine sehr geringe Ansprechzeitkonstante. so dass die Schütze 115 sofort ausgeschaltet werden.
Die Betätigung der Schütze 115 erfolgt über den Zeitschalter 126a und die Leitung 142, wobei der Zeitschalter 126a das Zeitintervall T 10 bestimmt. während welchem die Schütze 115 ausgeschaltet bleiben. Als geeignet hat sich ein Zeitintervall T10 = 0, 2'Sekunden erwiesen. Ist seit dem letzten Ansprechen des Sym- metriewächters 126 dieses Zeitintervall T10 vergangen. so werden alle drei Schütze 115wiedereinge- schaltet. Erfahrungsgemäss genügt eine solche kurzzeitige Betriebsunterbrechung, um kleinere Gasausbrüche abklingen zu lassen.
Tritt aber nach dem Weitereinschalten sofort eine weitere Störung auf, oder ist die vorausgegangene noch nicht abgeklungen, so spricht der Symmetriewächter erneut an und es erfolgt eine abermalige Abschaltung der Speiseströme seitens der Schütze 115.
Ausser dieser Betätigung der Schütze 115 bewirkt aber der Symmetriewächter 126 über die Leitung 140 ein Ansprechen des Zeitschalters 141 im Steuergerät 129, der für ein einstellbares Zeitintervall T. von beispielsweise 3 Minuten Dauer die Weiterschaltung der Speisegeräte 132, 135, 138 unterbricht, also jede weitere Veränderung der Regel- und Schalteinrichtungen für die Transformatoren 107 und 108. sowie der Drosseln 123 unterbindet.
Somit bleibt die Spannung Ui vom Punkt K1 ab konstant, wie in Fig. 5 gestrichelt angedeutet, u. zw. mindestens für das Zeitintervall T.. dia das Zeitintervall T10 sehr viel kleiner als T, ist. kann der Fall eintreten, dass noch vor dem Ablauf des Intervalls T, eine neue Störung auftritt, also der Symmetriewächter 126 abermals anspricht. Dies führt zu einer Rückstellung des Zeitschalters 141 in seine Anfangsstellung, so dass erneut das Zeitintervall T, beginnt und die Spannung Ui weiterhin beibehalten wird.
Erst wenn während eines Zeitintervalls von T. kein Ansprechen des) Symmetriewächters 126 erfolgt ist, gibt der Zeitschalter 141 das Steuergerät 129 frei (Punkt KJ und die seitens des Zeitschalters 141 unterbrochenen Steuervorgänge gehen weiter.
Durch diese Unterbrechung des normalen Ablaufs der Steuervorgänge bei jedem Ansprechen des Symmetriewächters 126 kann je nach dem Oberflächenzustand der zu behandelrden Werkstücke 102 der Anlauf Vorgang auf viele Stunden ausgedehnt werden. Es gelingt aber in jedem Fall, die Unvollkommen- heiten der Oberflächen zu beseitigen, ohne dass dabei örtliche Überhitzungen oder andere nachteilige Wirkungen feststellbar sind. In praktischen Fällen, beispielsweise bei der gleichzeitigen Nitrierung von mehreren Stahlrohren von je etwa 3 m Länge, wurde festgestellt, dass der Symmetriewächter 126 während des Anlaufvorgangs mehr als 10000mal anspricht und die Gesamtanlaufdauer zirka U... 8 Stunden beträgt.
Nach Abschluss eines derartigen Anlaufvorgangs kann. aber dann ein Nitrierbetrieb mit Entladungsleistungen von 40... 50 KW während etwa 50 Stunden praktisch wartungsfrei und ohne wesentliche Störungen durchgeführt werden.
Die Fig. 6 zeigt ein Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Symmetriewächten, der mit seinen beiden Eingangsklemmen am Nulleiter 122 bzw. Sternpunkt 128 (Fig. 4) angeschlossen Ist. Parallel zu den Klemmen 122, 128 liegt das als Empfindlichkeitsregler dienende Potentiometer 163, an
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dem die jeweilige Signalspannung für die Primärwicklung eines Eingangstransformators 164 abgegriffen wird. Dieser Transformator ist als Impulstransformator mit steiler Sättigungscharakteristik ausgebildet, der an seiner Sekundärwicklung steile Impulse liefert, sobald eine Wechselspannung an der Primärwicklung auftritt.
Diese sekundärseitigen Impulse gelangen je nach ihrer Polarität über einen der Gleichrich- ter 165 bzw. 166 an das Steuergitter der Röhren 167 bzw. 168 und bewirken einen Stromimpuls im zugehörigen Anodenstromkreis. Beiden Anodenstromkreisen gehört aber je eine Wicklung 169 bzw. 170 des gleichen Relais an. so dass jede Beaufschlagung der Primärseite des Transformators 164 zum kurzzeitigen Ansprechen dieses Wl1chterrelais führt. Die in den Gitterkreisen liegenden Kondensatoren 171 und 173 ergeben zusammen mit den Widerständen 172 bzw. 174 eine ausreichende Zeitkonstante, um beim Auftreten auch nur eines kurzen Impulses an der Sekundärwicklung des Transformators 164 das Wächterrelais zum Ansprechen zu bringen.
Durch die gegenseitige Kopplung der Röhren 167,168 ist gewährleistet, dass jeweils beim Ansprechen einer Röhre die andere Röhre ebenfalls einen Stromstoss im Anodenkreis erzeugt, der die Erregung des Wächterrelais vergrössert.
Mit dem Symmetriewächter 126 (Fig. 4) ist als Zeitschalter 126a eine elektronische Röhrenschaltung verbunden, die eine einstellbare Nachwirk-Zeitkonstante von etwa 0, 2 Sekunden besitzt. Auch der im Steuergerät 129 befindliche Zeitschalter 151 ist hier eine elektronische Röhrenschaltung.
Die oben an Hand der Fig. 4 - 6 beschriebene Steuerautomatik stellt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Steuerverfahrens dar. Das Hauptmerkmal dieses Steuerverfahrens besteht in der Tatsache, dass die zu behandelnden Werkstücke in zwei oder mehr, hier beispielsweise in drei Gruppen eingeteilt werden, die untereinander in bezug auf Energiebedarf möglichst gleichartig sein sollen. Diese Werkstückgruppen werden nach einem vorgegebenen Programm mit schrittweise oder kontinuierlich steigender Betriebsspannung gespeist, wobei aber durch ein Kontrollorgan der programmgemässe Ablauf gestoppt und der zuletzt erreichte Zustand für beliebig lange Zeit beibehalten werden kann.
Das Kontrollorgan überwacht dabei die Speiseleitungen der Werkstückgruppen auf symmetrische Energieaufnahme und spricht an, sobald eine anfangs einjustierte Symmetrie in der aufgenommenen Energie sich um einen vorbestimmten und einstellbaren Betrag ändert. Dabei ist die Richtung einer Symmetrieänderung ohne Einfluss auf die Ansprechempfindlichkeit des Kontrollorgans, ebenso die Höhe der von den Werkstückgruppen aufgenommenen Energie.
Demnach beruht diese Symmetrie-Überwachung der Speiseleitung auf der Erkenntnis, dass die spontan auftretenden Störungen der Glimmentladung praktisch niemals an den verschiedenen Werkstückgruppen gleichzeitig auftreten. Vielmehr ist mit grösster Wahrscheinlichkeit zu erwarten, dass ein derartiges spontanes Ereignis nur an einer Werkstückgruppe auftritt, also eine Symmetrieverschiebung der Energieaufnahme aus den Speiseleitungen zur Folge hat.
Das in Fig. 4 wiedergegebene Prinzipschaltbild ist für die Durchführung des Anlaufvorgangs bei einem Glimmentladungsprozess an gleichzeitig drei Werkstückgruppen und Speisung mittels Drehstrom bestimmt.
Dieses Steuerverfahren ist aber hierauf keineswegs beschränkt, und kann für jeden Entladungsprozess an mindestens zwei Werkstückgruppen im gleichen Rezipienten verwendet werden. Je nach Zahl der Werk-
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terbauart mit Nulleiter vorgesehen, dessen Speiseleitungen gegenüber dem Nulleiter symmetrische Spannungen führen. Dann ist stets eine Symmetriekontrolle zwischen diesem Nulleiter und einem an den Re- zipienten-Anschlüssen geschaffenen künstlichen Symmetriepunkt möglich.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass dieses Steuerverfahren nicht nur mit Zwei-oder Mehrphasenwechselstrom durchführbar ist. Beispielsweise kann dasselbe auch für Impulsströme und sogar für Gleichstrom verwendet werden, falls eine entsprechende, gegenüber einem Nulleiter symmetrische Zwei- oder Mehrleiterstromversorgung geschaffen wird.
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