CS260491B1 - Zapojení pro regulaci procesu u zařízení se dvěma či více vakuovými nádobami pro chemicko-tepelné zpracování, zejména pro iontovou nitridaci - Google Patents

Abstract

Zapojení zařízení pro iontovou nitridaci se dvěma či více vakuovými nádobami, které umožňuje společné využívání transformátoru, usměrňovače, ovládacích a regulačních panelů, vakuového systému, plynového hospodářství a okruhu chladicí vody. Zapojení řeší rozdvojování přívodních potrubí v místech před měřicími a regulačními elementy a možnost střídavě otevírat a uzavírat příslušná potrubí při současném střídavém napojování elektrických signálů z čidel a snímačů na regulační a řídicí panel. Řešení lze použít u všech zařízení na iontovou nitridaci s více vakuovými nádobami.

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci procesu u zařízení se dvěma či více vakuovými nádobami pro chemicko-tepelné zpracování, zejména pro iontovou nitridaci.

V současné době se každé zařízení na iontovou nitridaci skládá z jedné vakuové nádoby, transformátoru, usměrňovače, ovládacího a regulačního panelu, vakuového systému, plynového hospodářství a okruhu chladicí vody.

'Proces iontové nitridace má tři fáze — — náběh na nitridační teplotu, který podle velikosti a čistoty povrchu vsázky trvá 4 až 6 hodin, nitridaci, která podle požadavku na hloubku nitridační vrstvy trvá 4 až 40 hodin a ochlazování, které podle hmotnosti vsázky trvá 16 až 24 hodiny.

Při náběhu na teplotu při nitridaci jsou v činnosti všechny prvky, které jsou součástí zařízení na iontovou nitridaci.

Při ochlazování je téměř celé zařízení na iontovou nitridaci vypnuté. Vsázka je odpojena od transformátoru, usměrňovače i od ovládacího a regulačního panelu a plynového hospodářství. V činnosti zůstává pouze vývěva, regulace vakua je také vypnuta, a okruh chladicí vody a případně i zapisovač, který však zapisuje pouze pokles teploty, protože ostatní zapisované hodnoty jsou nulové. Činnost vývěvy v průběhu chlazení však není nutná. Vývěva je ponechána v chodu v domnění, že by při ev. netěsnosti nádoby odsávala vzduch, vnikající do vakuové nádoby. Toto opatření je však zbytečné, protože v případě netěsné nádoby nebude kvalitní ani předcházející nitridace.

Registrace poklesu teploty též není nutná a je používána pouze pro informaci, kdy se vsázka může z vakuové nádoby vyvézt. Dobu potřebnou pro ochlazení vsázky však dokáže obsluha zařízení s dostačující přesností odhadnout.

V průběhu ochlazování je tedy nutné pouze ponechat protékat chladicí vodu pláštěm vakuové nádoby. Přenos signálu čidel průtoku vody je v průběhu ochlazování bezpředmětný, protože tato čidla mají v případě, že při nitridaci chladicí voda neprotéká pláštěm vakuové nádoby, odpojovat vsázku od elektrického proudu a při chlazení je vsázka od elektrického proudu jíž odpojena.

Jednoznačně lze tedy konstatovat, že pro ochlazování vsázky postačí, aby byla v činnosti pouze cirkulace chladicí vody. Přesto je v tomto dlouhém čase blokováno veškeré zařízení na iontovou nitridaci. Doba potřebná pro ochlazování by v mnoha případech postačila na provedení další iontové nitridace nebo alespoň na ohřev další vsázky, čímž by se kapacita zařízení na iontovou nitridaci téměř zdvojnásobila.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení pro regulaci procesu u zařízení se dvěma i více vakuovými nádobami pro chemicko-tepelné zpracování, zejména pro iontovou nitridaci podle vynálezu, které umožňuje nepřetržitě využívání zdroje stejnosměrného proudu, řídících obvodů, vakuového systému, plynového hospodářství a okruhu chladicí vody i nepřetržité využívání veškerého příslušenství.

Podstata zapojení podle vynálezu je v tom, že potrubí vakuového systému je rozvětveno v místě mezi vakuovou měrkou a vakuovou nádobou a v každé větvi je elektromagnetický ventil. Potrubí plynového hospodářství je rozvětveno mezi směšovací trubkou a vakuovou nádobou a v každé větvi je též elektromagnetický ventil.

V okruhu chladicí vody je potrubí přivádějící chladicí vodu k vakuovým nádobám rozvětveno v místě mezí filtrem a vakuovými nádobami a v každé větvi je elektromagnetický ventil a v každém z potrubí odvádějících chladicí vodu od vakuových nádob k chladicí mikrověži je zabudováno čidlo průtoku vody.

Elektromagnetické ventily vakuového systému, plynového hospodářství a chladicího okruhu jsou elektricky zapojeny na přepínací skříňku společně s katodami, termočlánky, snímači propojení a čidly průtoku vakuových nádob.

Odvod chladicí vody lze řešit i tak, že potrubí odvádějící chladicí vodu od vakuových nádob k chladicí mikrověži jsou rozdvojena v místě mezi společným čidlem průtoku a vakuovými nádobami. Ve větvi, odvádějící chladicí vodu k chladicí mikrověži přes společné čidlo průtoku je elektromagnetický ventil v místě před tímto čidlem průtoku, ve druhé větvi, odvádějící chladicí vodu přímo k chladicí mikrověži je též elektromagnetický ventil. Ventily obou větví jsou napojeny na přepínací skříňku. Čidlo průtoku se využívá společně pro všechny vakuové nádoby a proto není elektricky spojeno s přepínací skříňkou, ale je přímo spojeno s regulačním panelem.

Vynález umožňuje 'nepřetržité využívání zařízení na iontovou nitridaci, čímž se kapacita zařízení na iontovou nitridaci téměř zdvojnásobí, neboť v době, kdy v jedné nádobě bude probíhat ochlazování vsázky nebo zakládání vsázky nové, může ve druhé nádobě probíhat iontová nitridace.

Tím se ušetří cca 90 % pořizovací ceny zařízení na iontovou nitridaci, která činí více než 2 milióny Kčs, přičemž cena vakuové nádoby činí necelých 10 °/o z celkové ceny zařízení.

Současně se uspoří náklady na stavební připravenost, protože se využije stávajících rozvodů elektrické energie, plynů i chladicí vody, dále se uspoří náklady na montáž a oživování elektrického zdroje, ovládacích a regulačních panelů, plynového hospodářství a vakuového systému — v dalším popise tyto části nazýváme jen příslušenství. Sníží se tak o 90 °/o náklady na výrobní plochu potřebné pro instalaci dalšího zařízení na iontovou nitridaci, tj. cca 40 m² výrobní plochy. Dále se uspoří — u výrobce — 90 % elektrické energie, materiálu a pracovní síly, potřebné pro výrobu dalšího· zařízení na iontovou 'nitridaci.

Zapojení podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde znaěí obr. 1 — funkční schéma zapojení pro regulaci procesu v zařízení na iontovou nitridaci se dvěma vakuovými nádobami. Obr. 2 — schematické znázornění dalšího způsobu kontroly průtoku a teploty chladicí vody. Obr. 3 — časový harmonogram procesu iontové nitridace u zařízení se dvěma vakuovými nádobami.

Na obr. 1 je znázorněno zapojení dvou vakuových nádob 1 s horními katodami 18 a jejich termočlánky 15, spodními katodami 19 a jejich termočlánky 16. Kontrola zemnícího propojení vík a válcové části vakuové nádoby 1 je prováděna snímači propojení 17. Přívod elektrického proudu na horní katodu 18 neibo spodní katodu 19 je proveden přes přepínací skříňku 14, propojenou s regulačním panelem 4, napájeným přes tyristorový usměrňovač 3 z transformátoru 2.

Na obr. 1 není podrobně znázorněno vzájemné propojení elektrickými vodiči, protože by tím byl obraz 1 nepřehledný. Vakuový systém 5 je na vakuovou nádobu 1 napojen potrubím, které je na vakuovou měrku 20 rozdvojeno a směrem do vakuové nádoby 1 je uzavíratelné ventilem 21. Pracovní plyny jsou do vakuové nádoby 1 přiváděny z panelu plynu 6 potrubím, které je směšovací trubkou 22 rozdvojeno a směrem do vakuové nádoby 1 je uzavíratelné ventilem 23.

Chladicí voda je do· vakuových nádob 1 přiváděna z chladicí mikrověže 7 potrubím, které je za filtrem 24 rozdvojeno· a směrem k vakuovým nádobám je uzavíratelné ventilem 25. Odvod chladicí vody od vakuových nádob 1 je veden přes čidla průtoku 26, která jsou zabudována v každém potrubí odvádějícím chladicí vodu k chladicí mikrověži 7.

Na obr. 2 je znázorněn jiný způsob odvádění chladicí vody z vakuových nádob 1, kde je každé potrubí, odvádějící chladicí vodu rozdvojeno, v jedné z větví je elektromagnetický ventil 28, přes který je chladicí voda odváděna přímo do· chladicí mikrověže 7, ve druhé větvi je ventil 27, za kterým se tato větev napojuje na společné potrubí, se zabudovaným čidlem průtoku 26, přes které je chladicí voda odváděna do chladicí mikrověže.

Zapojení podle vynálezu, znázorněné na obr. 1 pracuje takto:

Společného využívání vakuového systému 5 se docílí rozdvojením vakuové cesty za vakuovou měrkou 20 a napojením signálu z ventilů 21, na přepínací skříňku 14.

Společného využívání plynového hospodářství 6 se docílí rozdvojením plynové cesty za směšovací trubkou 22 a napojením signálu z ventilů 23 na přepínací skříňku

14.

Společného využívání okruhu chladicí vody 7 se docílí rozdvojením přívodního potrubí za filtrem 24 a napojením signálu z čidel průtoku 26 a ventilů 25 na přepínací skříňku 14. K ventilům 21, 25, 23, 27, 28 uvádíme, že se zde jedná o elektromagnetické ventily, které v· dalším textu uvádíme zkráceně jako ventily. Na výkrese jsou označeny značkou pro elektromagnetické ventily.

Společného využívání transformátoru 2, tyristorového usměrňovače 3 a regulačního panelu 4 se docílí napojením horních katod 18, spodních katod 19, termočlánků 15, 16, snímačů propojení anod 17 a čidel průtoku 26 na přepínací skříňku 14.

Pomocí přepínací skříňky 14 bude s regulačním panelem 4 elektricky propojena, v případě nitridace ve vakuové nádobě 1, buď horní katoda 18 s termočlánkem 15, nebo spodní katoda 19 s termočlánkem 16 a dále snímač propojení anod 17 a čidlo průtoku 26. Současně se pomocí této přepínací skříňky 14 přivede proud na ventily 23, 21, 25 a v případě souběžného ochlazování vsázky v obou vakuových nádobách i na oba ventily 25.

Regulační panel 4 podle zadaných požadavků automaticky řídí celý proces iontové nitridace a registruje nejdůležitější parametry procesu napětí, proud, teplotu, čas, vakuum.

Vakuový systém 5 na obr. 1 je znázorněn pouze schematicky. Skládá se z dvoustupňové rotační olejové vývěvy, regulačních a uzavíracích ventilů, filtru tlumiče a z vaPlynové hospodářství 6 je znázorněno také jen schematicky. Skládá se z baterie plynových lahví, ze štěpiče čpavku, z desoxidace a sušení plynů a z regulace průtoku plynů.

Okruh chladicí vody je znázorněn také jen schematicky. Tvoří ho nádrž s chladicí vodou, chladicí mikrověž s čerpadly, zásobník vody a přívod vody.

Zapojení podle vynálezu znázorněné na obr. 2 ukazuje jiný způsob kontroly průtoku oteplené chladicí vody, při kterém se společného využívání okruhu chladicí mikrověže 7 a čidla průtoku 26 docílí rozdvojením potrubí pro odvod oteplené chladicí vody a vakuových nádob 1, a to· před čidlem průtoku 26 a napojením ventilů 27 pro přívod oteplené vody k čidlu průtoku 26 a ventilů 28 pro obtok čidla průtoku 26 na přepínací skříňku 14.

V případě nitridace ve vakuové nádobě 1 se pomocí přepínací skříňky 14 přivede elektrický proud na ventily 25 a 27 a v případě souběžného ochlazování vsázky ve vakuové nádobě 1 i na obě dvojice ventilů 25 a na ventil 28 vakuové nádoby 1, v níž se pouze ochlazuje vsázka.

280491

Vynález lze použít u všech zařízení na iontovou nitridaci bez ohledu na velikost vakuové nádoby, pokud bude povrch vsázky v souladu s elektrickým příkonem zařízení. V případě provádění krátkých procesů iontové nitridace do 10 hodin, je výhodné tento způsob přepínání použít pro iontovou nitridaci pro 3 vakuové nádoby.

Způsob změny elektrického propojení katod, snímačů, čidel a ventilů může být libovolný, buď pomocí tlačítek, nebo přepínačů, automatický či programově řízený.

Claims (3)

1. Zapojení pro regulaci procesu u zařízení se dvěma či více vakuovými nádobami pro chemicko-tepelné zpracování, zejména pro iontovou nitridaci sestávající z vakuových nádob, ve kterých jsou umístěny katody, napájené z transformátoru pomocí řízeného usměrňovače přes regulační panel, s termočlánky pro sledování teploty vsázky a snímači propojení anod, vyznačující se tím, že potrubí vakuového systému je rozvětveno za vakuovou měrkou (20) a každá z těchto větví potrubí je od vakuových nádob (1) oddělena ventily (21), právě tak, jako potrubí plynového hospodářství (6), které je rozvětveno za směšovací trubkou (22) a je odděleno od vakuových nádob (1) ventily (23), zároveň jsou pláště vakuových nádob (1) napojeny pomocí potrubí chladicího okruhu na chladicí mikrověž (7), a přívod chladicí vody k vakuovým nádobám (1) je rozvětven za filtrem (24) a každá z těchto větví je uzavřena ventily (25), přiYNÁLEZU čemž veškeré ventily (21, 23, 25) jsou zapojeny na přepínací skříňku (14), společně s katodami (18, 19), termočlánky (15, 16) a snímači propojení anod (17), které jsou součástí vakuových nádob (1).

2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že do každého odvodu chladicí vody od vakuových nádob (1) je zabudováno čidlo průtoku (26), které je elektricky zapojeno na přepínací skříňku (14).

3. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že odvod chladicí vody od každé z vakuových nádob (1) je rozdvojen a potrubí, odvádějící chladicí vodu do chladicí mlkrověže (7) přes čidlo průtoku (26) je uzavřeno ventily (27) před tímto čidlem průtoku (26) a potrubí odvádějící chladicí vodu přímo do chladicí mikrověže (7) je uzavřeno ventily (28), přičemž čidla průtoku (26) a ventily (27, 28) jsou elektricky zapojeny na přepínací skříňku (14).