DD230564A3

DD230564A3 - THERMOELECTRIC TEMPERATURE CONTROL DEVICE FOR HEAT TREATMENT OVEN

Info

Publication number: DD230564A3
Application number: DD25192383A
Authority: DD
Inventors: Roland Scholl; Herbert Poeschl; Dieter Fischer
Original assignee: Immelborn Hartmetallwerk
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1985-12-04
Also published as: CS258042B1; SU1416844A1; HUT35718A; BG44795A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Temperaturregeleinrichtung fuer die Aufheizung von Waermebehandlungsoefen, insbesondere zur isothermen Magnetfeldbehandlung von anisotropen Dauermagneten. Es ist das Ziel der Erfindung, eine thermoelektrische Temperaturregeleinrichtung fuer Waermebehandlungsoefen zu entwickeln, mit der es moeglich ist, die Behandlungszone gleichzeitig mit dem Behandlungsgut in einen isothermen Zustand zu bringen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer durch thermoelektrische Temperaturmessung in den Vorheiz- und Waermebehandlungszonen geregelten Aufheizung eines Waermebehandlungsofens, das Prinzip zur Ermittlung und Verwertung der Regelgroessen zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass in der Mitte der Behandlungszone am Aktionsrohr ein Thermopaar fuer eine erste Regeleinheit mit Sollwertgeber sowie Leistungseinheit und seitlich davon mit Beruehrungskontakt am Behandlungsgut je ein Thermopaarreferenzelement angeordnet ist, wobei das eine Thermopaarreferenzelement mit einem Thermopaar an der ersten Vorheizzone ueber eine zweite Regeleinheit und das andere Thermopaarreferenzelement mit einem Thermopaar an der anderen Vorheizzone ueber eine dritte Regeleinheit temperaturdifferenzabhaengige Thermostromkreise bilden, die jeweils an Leistungseinheiten fuer die Regelung der Temperatur in den Vorheizzonen angeschlossen sind.The invention relates to a thermoelectric temperature control device for the heating of heat treatment furnaces, in particular for the isothermal magnetic field treatment of anisotropic permanent magnets. It is the object of the invention to develop a thermoelectric temperature control device for heat treatment furnaces, with which it is possible to bring the treatment zone simultaneously with the material to be treated in an isothermal state. The invention is based on the object, starting from a controlled by thermoelectric temperature measurement in the preheating and heat treatment zones heating a heat treatment furnace to improve the principle for the determination and utilization of the controlled variables. This object is achieved according to the invention in that in the middle of the treatment zone on the action tube a thermocouple for a first control unit with setpoint generator and power unit and the side of it with Berwührungskontakt the item to be treated per a thermocouple reference element is arranged, wherein a thermocouple reference element with a thermocouple on the first preheating above a second control unit and the other thermocouple reference element with a thermocouple at the other preheating via a third control unit temperature difference-dependent Thermostromkreise form, which are each connected to power units for controlling the temperature in the preheating.

Description

-2- 519 23-2- 519 23

Essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer durch thermoelektrische Temperaturmessung in den Vorheiz- und Wärmebehandlungszonen geregelten Aufheizung eines Wärmebehandlungsofens, das Prinzip zur Ermittlung undThe invention is based on the object, starting from a regulated by thermoelectric temperature measurement in the preheating and heat treatment zones heating a heat treatment furnace, the principle of determination and

Verwertung der Regelgrößen zu verbessern. —Utilization of the controlled variables . -

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Mitte der Behandlungszone am Aktionsrohr ein Thermopaar für eine erste Regeleinheit mit Sollwertgeber sowie Leistungseinheit und seitlich davon mit Berührungskontakt am Behandlungsgut je ein Thermopaarreferenzelement angeordnet ist, wobei das eine Thermopaarreferenzelement mit einem Thermopaar an der ersten Vorheizzone über eine zweite Regeleinheit und das andere Thermopaarreferenzelement mit einem Thermopaar an der anderen Vorheizzone über eine dritte Regeleinheit temperaturdifferenzabhängige Thermostromkreise bilden, die jeweils an Leistungseinheiten für die Regelung der Temperatur in den Vorheizzonen angeschlossen sind. Die erfindungsgemäße Temperaturregeleinrichtung regelt den Wärmebehandlungsofen mit einer hohen Aufheizgeschwindigkeit, wodurch ein entsprechend großer Produktionsdurchsatz des Behandlungsgutes erzielt wird. Neben dieser Leistungssteigerung wird vor allem eine Erhöhung der Temperaturkonstanz in der Behandlungszone erreicht, die ein gleichmäßiges Anheben des Wärmepotentials unter isothermen Bedingungen auf die durch den Werkstoff des Behandlungsgutes vorgegebene Behandlungstemperatur ermöglicht. Durch den Einsatz von Thermopaarreferenzelementen mit Temperaturmeßkontakt direkt am Behandlungsgute werden die besonders schädlichen Überhitzungen, die bei den bekannten Temperaturregeleinrichtungen an den Randzonen des Behandlungsraumes auftreten können, mit Sicherheit vermieden.This object is achieved in that in the middle of the treatment zone on the action tube a thermocouple for a first control unit with setpoint generator and power unit and the side of it with touching contact on the item to be treated each a thermocouple reference element is arranged, wherein a thermocouple reference element with a thermocouple on the first preheating over a second control unit and the other thermocouple reference element with a thermocouple at the other preheat zone via a third control unit form temperature difference-dependent Thermostromkreise, each connected to power units for controlling the temperature in the preheating zones. The temperature control device according to the invention controls the heat treatment furnace with a high heating speed, whereby a correspondingly large production throughput of the material to be treated is achieved. In addition to this performance increase especially an increase in the temperature stability is achieved in the treatment zone, which allows a uniform increase in the heat potential under isothermal conditions to the predetermined by the material of the material to be treated treatment temperature. The use of thermocouple reference elements with temperature measuring contact directly on the treated good, the particularly harmful overheating, which can occur in the known temperature control devices at the edges of the treatment room, avoided with certainty.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing shows:

Fig. 1: Eine schematische Darstellung einer thermoelektrischen Temperaturregeleinrichtung eines Wärmebehandlungsofens zur Wärmebehandlung von Dauermagneten im MagnetfeldFig. 1: A schematic representation of a thermoelectric temperature control device of a heat treatment furnace for heat treatment of permanent magnets in the magnetic field

Der Wärmebehandlungsofen besteht aus einem Aktionsrohr 1, das außen von Heizleitern 2 umgeben ist, die so geschaltet sind, daß sie getrennte Heizstromkreise bilden, von denen sich einer im Bereich der Behandlungszone I und je einer im Bereich jeder der beiden Vorheizzonen Il und III befindet. Das Aktionsrohr 1 mit den Heizleitern 2 ist im Luftspalt eines Elektromagneten 3 angeordnet und nimmt in der im Bereich des Luftspaltes liegenden Behandlungszone I das Behandlungsgut 4 auf, das aus Dauermagneten besteht, die in einen Behälter gerichtet eingeschichtet sind.The heat treatment furnace consists of an action tube 1 surrounded on the outside by heating conductors 2 which are connected so as to form separate heating circuits, one of which is in the region of the treatment zone I and one in the region of each of the two preheating zones II and III. The action tube 1 with the heating conductors 2 is arranged in the air gap of an electromagnet 3 and receives in the lying in the region of the air gap treatment zone I, the material to be treated 4, which consists of permanent magnets, which are coated in a container.

Für die thermoelektrische Temperaturmessung sind-mit Berührungskontakt am Aktionsrohr 1 in der Mitte der Behandlungszone I ein Thermopaar 5 und im Bereich der Vorheizzonen Il und III Thermopaare 6 und 7 angebracht. Das Thermopaar 5 an der Behandlungszone I ist mit einer Regeleinheit 8 verbunden, die nach einer von einem Sollwertgeber 9 entsprechend der für die Behandlungszone I eingestellten Temperatur über eine Leistungseinheit 10 den Heizstrom für die Behandlungszone I regelt. Die Thermopaare 6 und 7 der Vorheizzonen Il und III sind jeweils mit einem Thermopaarreferenzelement 11 bzw. 12 gegeneinandergeschaltet und mit einer Regeleinheit 13 bzw. 14 verbunden, wobei dieThermopaarereferenzelemente 11 und 12 durch Bohrungen im Aktionsrohr 1 in die Behandlungszone I hineinragen und mit dem Behandlungsgut 4 zum Zwecke der unmittelbaren Temperaturmessung Berührungskontakt haben. In den Regeleinheiten 13 und 14 wird die sich aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen Behandlungszone I einerseits und den Vorheizzonen Il bzw. Ill einstellende Thermospannung ausgewertet und als Regelgröße den angeschlossenen Leistungseinheiten 15 bzw. 16 zur Regelung der Heizströme für die Vorheizzonen Il und III zugeführt. Beim Betrieb des Wärmebehandlungsofens wird zunächst die Behandlungszone I über den Sollwertgeber 9, die Regeleinheit 8 sowie die Leistungseinheit 11 auf die vorgegebene Temperatur gebracht. Das Thermopaar 5 für den Sollwertvergleich dient der Meldung der aktuellen Temperatur in der Behandlungszone I. Die Vorheizzonen Il und III werden durch das Gegeneinanderhalten der Thermopaare 6 und 7 mit den Thermopaarreferenzelementen 11 und 12 über die zuständigen Regeleinheiten 13 und 14 derart eingestellt, daß über die Leistungseinheiten 15 und 16 ein definiertes Anheben der Temperatur am Rande der Behandlungszone I eingeregelt wird. Während der Einstellung des leeren Wärmebehandlungsofens befinden sich dieThermopaarreferenzelemente 11 und 12 in der Mitte des Aktionsrohres 1. Durch die Wahl einer technologisch unkritischen Haltetemperatur am Sollwertgeber 9 wird die vorher auf Behandlungstemperatur eingestellte Behandlungszone I auf diese Haltetemperatur heruntergeregelt. Ist dann das erforderliche Temperaturprofil (± 2°C) bei der Haltetemperatur erreicht, beginnt der Behandlungszyklus mit dem zügigen Einbringen des extern auf die Haltetemperatur vergewärmten Behandlungsgutes 4. Hierbei ist es im Sinne der Erfindung von besonderer Bedeutung, daß die Thermopaarreferenzelemente 11 und 12 nach dem Einbringen des Behandlungsgutes 4 mit diesem in Berührungskontakt gebracht werden und ihre Vergleichstemperatur unmittelbar vom Behandlungsgut 4 erhalten. Wird das Einbringen des Behandlungsgutes 4 ausreichend schnell vorgenommen, kann der Sollwertgeber 9 sofort auf Behandlungstemperatur umgeschaltet werden. Anderenfalls ist der thermische Ausgleich, gemessen am Behandlungsgut 4, abzuwarten.For the thermoelectric temperature measurement, a thermocouple 5 and, in the region of the preheating zones II and III, thermocouples 6 and 7 are provided with contact on the action tube 1 in the middle of the treatment zone I. The thermocouple 5 at the treatment zone I is connected to a control unit 8, which regulates the heating current for the treatment zone I via a power unit 10 according to a temperature set by a setpoint generator 9 in accordance with the temperature set for the treatment zone I. The thermocouples 6 and 7 of the preheating zones II and III are each connected to each other with a thermocouple reference element 11 and 12 and connected to a control unit 13 and 14, wherein the thermocouple reference elements 11 and 12 protrude through holes in the action tube 1 in the treatment zone I and the treated 4 for the purpose of direct temperature measurement have contact. In the control units 13 and 14, the resulting due to the temperature difference between the treatment zone I on the one hand and the preheating Il or Ill adjusting thermoelectric voltage is evaluated and the connected power units 15 and 16 for controlling the heating currents for the preheating zones II and III supplied. During operation of the heat treatment furnace, the treatment zone I is first brought to the predetermined temperature via the desired value generator 9, the control unit 8 and the power unit 11. The thermocouple 5 for the setpoint comparison is used to report the current temperature in the treatment zone I. The Vorheizzonen Il and III are set by the juxtaposition of the thermocouples 6 and 7 with the thermocouple reference elements 11 and 12 on the appropriate control units 13 and 14 such that on Performance units 15 and 16 a defined raising the temperature at the edge of the treatment zone I is adjusted. During the setting of the empty heat treatment furnace, the thermocouple reference elements 11 and 12 are in the middle of the action tube 1. By selecting a technologically non-critical holding temperature at the setpoint generator 9, the previously set to treatment temperature treatment zone I is down-regulated to this holding temperature. Then, when the required temperature profile (± 2 ° C) is reached at the holding temperature, the treatment cycle begins with the rapid introduction of externally heated to the holding temperature 4. In this context, it is of particular importance that the thermocouple reference elements 11 and 12 after the introduction of the material to be treated 4 are brought into contact with this and get their reference temperature directly from the item 4. If the introduction of the material to be treated 4 made sufficiently fast, the setpoint generator 9 can be switched immediately to treatment temperature. Otherwise, the thermal compensation, measured on the item to be treated 4, to wait.

Nach dem Umschalten des Sollwertgebers 9 auf Behandlungstemperatur wird an die Behandlungszone I die maximale Heizleistung abgegeben. Die beiden Vorheizzonen Il und III, die thermische Puffer bilden, werden mit einer Heizleistung beaufschlagt, die geringfügig über der Regel-Halte-Leistung liegt. Die Ursache dafür ist, daß den Regelkreisen für die Vorheizzonen Il und III nur die tatsächlich am Behandlungsgut 4 vorhandene Temperatur angeboten wird. Während der größten Aufheizgeschwindigkeit, die bei etwa 60 bis 80% der zu überwindenden Temperaturdifferenz liegt, bleibt die Temperaturdifferenz innerhalb des Behandlungsgutes 4 unterhalt ± 5°C, was sich bei Näherung an die Behandlungstemperatur vollkommen wieder ausgleicht. Mittels eines in Fig. 1 nicht dargestellten Reglers wird bei der eingestellten Behandlungstemperatur das für die thermomagnetische Behandlung erforderliche Magnetfeld am Elektromagnet 3 zugeschaltet.After switching the setpoint generator 9 to treatment temperature, the maximum heating power is delivered to the treatment zone I. The two preheating zones II and III, which form thermal buffers, are supplied with a heating power which is slightly above the control-holding power. The reason for this is that the control circuits for the preheating zones II and III only the actually present at the material to be treated 4 temperature is offered. During the highest heating rate, which is about 60 to 80% of the temperature difference to be overcome, the temperature difference within the material to be treated 4 is maintained at ± 5 ° C, which completely compensates itself when approaching the treatment temperature. By means of a regulator, not shown in Fig. 1, the magnetic field required for the thermomagnetic treatment is switched on the electromagnet 3 at the set treatment temperature.

Claims

Invention claim:

Thermoelectric temperature control device for heat treatment furnaces, in particular for heat treatment of permanent magnets in the magnetic field, in which an isothermal state in the entire treatment zone under the action of provided on both sides of the treatment zone preheating by temperature measurements in the three heating zones and comparison of the thermoelectric voltages, the heating power is controlled, characterized in that in the middle of the treatment zone (1) on the action tube (1) there is a thermocouple (5) for a first control unit (8) with setpoint generator (9) and power unit (10) and laterally thereof with physical contact with the material to be treated (4) per one thermocouple reference element ( 11 and 12), the thermocouple reference element (11) having a thermocouple (6) on the preheating zone (II) via a second control unit (13) and the thermocouple reference element (12) with a thermocouple (7) on the preheating zone (III) via a third control unit (14) temperature difference-dependent Thermostrom circles form, which are each connected to power units (15 and 16) for controlling the temperature in the preheating zones (Il or Ill).

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to a thermoelectric temperature control device for the heating of heat treatment furnaces, in particular for isothermal magnetic field treatment of anisotropic permanent magnets, in which an isothermal state in the entire treatment zone under the action laterally adjacent to the treatment zone arranged preheating by thermoelectric temperature measurements within the individual heating zones and derived heating power control Preheating and treatment zones is generated.

Characteristic of the known technical solutions

The thermal treatment of certain ferromagnetic alloys, such as permanent magnets of the alloy types AINiCo or FeCrCo under the action of a strong magnetic field leads to the generation of an anisotropy of the magnetic properties with high magnetic parameters in the preferred direction determined by the applied magnetic field. It has been found in some of these materials that particularly high magnetic parameters are obtained by the action of the magnetic field at a constant temperature - ie by isothermal magnetic field treatment. It is important to produce isothermal conditions throughout the treatment zone during the heating and during the holding time of the treatment temperature. This is difficult with heat treatment furnaces operating in a magnetic field because the usable furnace cross-section is determined by the air gap of the electromagnet and therefore is relatively small. In order to achieve the required field strength of 80 to 240KA / m for the treatment, a great deal of effort in the form of a powerful electromagnet or a corresponding air coil must be operated. For reasons of economic dimensioning of corresponding magnetic systems, the installation of a heat treatment furnace in the magnetic field only small volumes are available. In practice, therefore, there are considerable problems in accommodating the treatment zone of the heat treatment furnace in the air gap (about 100 to 150 mm) of the electromagnet which is very small in length because, in addition to the actual space for receiving the material to be treated, there is room for the furnace body , heat conductors and for heat insulation is required, with treatment temperatures between 600 and 850 ° C must be kept with a high accuracy tolerance of ± 5 ° C in the entire treatment zone as an isothermal state. The maintenance of such an isothermal state is very difficult due to the limited possibilities of heat insulation and significantly disturbed due to the high degree of filling when introducing the material to be treated. Such disturbances of the thermal furnace system are mitigated in known heat treatment furnaces by the arrangement of Vorheizzonen next to the actual treatment zone. However, the complete elimination of these thermal disturbances under the structural conditions in the air gap of an electromagnet has so far not been successful, as the following known heat treatment furnaces and the methods of temperature control show.

In DE-OS 2630676 a method and an apparatus for controlling the furnace temperature of a heat treatment furnace has been described. The method involves controlling the furnace temperature during the heating phase and provides for separate control of the existing furnace zones by temperature and time, with the first furnace zone being heated according to an externally setpoint and the actual value of the first furnace zone forming the setpoint for heating the remaining furnace zones. The setpoint of the first furnace zone may also be a variable temperature program. As the heating means for applying this heating method, a heat treatment furnace is proposed, in which each furnace zone has separately controllable heating elements and own temperature measuring devices in the form of thermocouples and in which the control device for each furnace zone consists of its own temperature transducer, a separate controller and a separate amplifier , A disadvantage of this control of the furnace heating is the chain sequence prescribed sole dependence of the controlled variable of each heating zone from the actual temperature of the previous preheating, which is a lower temperature level, because in the controlled variables, the temperature of the treated material is received only indirectly as a relative temperature drop. If the temperature change in the material treated only slowly follows the existing in the oven zone temperature, the preheating and the treatment zone are driven depending on the degree of filling of the furnace with too high a temperature set point, which in both continuous and discontinuous furnace operation to temperature differences in the Transition areas leads and prevents the emergence of the desired isothermal state in the treatment zone.

Object of the invention " ^k

It is the object of the invention to develop a thermoelectric temperature control device for heat treatment furnaces, with which it is possible to bring the treatment zone simultaneously with the material to be treated in an isothermal state, which allows a temperature-constant heat treatment of the treated material, in particular of permanent magnets in the magnetic field with energy moderately economical furnace management and the production of special material properties, such as ensuring high magnetic parameters in the preferred magnetic direction.