DE10062862C2 - Vorrichtung zur gleichmässigen thermochemischen Behandlung von metallischen Werkstücken mit einem Reaktivgas - Google Patents
Vorrichtung zur gleichmässigen thermochemischen Behandlung von metallischen Werkstücken mit einem ReaktivgasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen thermochemischen
Behandlung von metallischen Werkstücken mit einem Reaktivgas in einer
Wärmebehandlungskammer mit einer in dieser angeordneten Anode mit
mindestens einer als Chargenträger ausgebildeten Kathode und mit einer mit
dem Behandlungsraum verbundenen Saugpumpe und einer in den
Behandlungsraum einmündenden Gaszufuhrleitung mit in die Zufuhrleitung
eingeschalteten Durchflußmesser und mit einer mit den Elektroden
verbundenen elektrischen Stromquelle.
Die thermochemische Behandlung von metallischen Bauteilen zur Herstellung
von verschleiß- und korrosionsbeständigen Randschichten ist im Maschinen-
und Getriebebau weit verbreitet. Mit fortschreitender technischer Entwicklung
werden jedoch an die Bauteile immer höhere Anforderungen hinsichtlich
Verschleiß-, Korrosions- und Schwingfestigkeit gestellt.
In vielen Fällen sind diese Anforderungen unter ökonomischen Aspekten auf
legierungstechnischem Wege nicht mehr zu erfüllen, weshalb
thermochemische Behandlungen unerläßlich sind. Neben den ökonomischen
Gesichtspunkten treten bei der Wahl der einzusetzenden
Behandlungsverfahren auch ökologische Gesichtspunkte in den Vordergrund.
Beiden Forderungen wird das Aufkohlen im Plasma einer
Gleichstromglimmentladung gerecht.
Bei einem bekannten Verfahren (Rother/Vetter,
"Plasmabeschichtungsverfahren und Hartstoffschichten", Deutscher Verlag für
Grundstoffindustrie, 1992, Seiten 120 ff) erfolgt das Plasmaaufkohlen in
Druckbereichen zwischen 10 Pa und 1000 Pa, wobei als Behandlungsgase
Wasserstoff, Propan oder Methan als Spendermedium für Kohlenstoff
Verwendung findet. In der Behandlungskammer ist eine Heizung installiert
mittels der während des Plasmaaufkohlungsprozesses die Chargentemperatur
zwischen 900°C bis 1300°C geregelt wird. Die Wand der Kammer ist
anodisch geschaltet und liegt auf Erdpotential, während die zu behandelnden
Werkstücke elektrisch von der Kammerwand isoliert aufgestellt sind. Durch
das Anlegen einer Gleichspannung im Bereich zwischen 350 V und 1000 V
wird zwischen der Kammerwand (Anode) und den Werkstücken (Kathode)
eine Glimmentladung gezündet, wobei vorzugsweise Stromversorgungen
verwendet werden, die eine gepulste Gleichspannung mit Frequenzen bis in
den KHz-Bereich hinein liefern. Neben den fest eingestellten
Prozeßparametern die vom Werkstoff und der Werkstückgeometrie abhängen,
gibt es Parameter die zum Erreichen der gewünschten Spezifikationen variiert
werden. Diese variierbaren Parameter betreffen das Aneinanderreihen
mehrerer Parametersätze mit bestimmten Spannungen, Pulsdauern und
Pausendauern.
Für eine Glimmentladung wurden auch Drücke von 0,1 bis 20 mbar
vorgeschlagen, wobei die zwischen den Elektroden erforderliche
Potentialdifferenz einige hundert Volt (U = 500 V) betragen kann. (Vorlesung
"Plasmatechnische Verfahren im Maschinenbau", Rie/Wöhle, Institut für
Oberflächentechnik und plasmatechnische Werkstoffentwicklung Technische
Universität Braunschweig, Wintersemester 1999/2000).
Es ist weiterhin ein Verfahren zur gleichmäßigen thermochemischen
Behandlung von Hohlkörpern und Bohrungen oder von außen schwer
zugänglichen Oberflächen aufweisenden Bauteilen aus Stahl mit
Reaktivgasen bei Temperaturen oberhalb von 450°C bekannt (DE 41 15 135 C1),
bei der die Behandlung bei Drücken oberhalb 0,2 MPa durchgeführt wird,
wobei als Reaktivgas Ammoniak oder Methan oder ein Gemisch aus
Ammoniak mit 5 bis 95 Vol.% Stickstoff verwendet wird.
Bekannt ist schließlich ein Vakuumofen zur Plasmaaufkohlung metallischer
Werkstücke in einem künstlich erzeugten elektrischen Feld mittels eines
kohlenstoffhaltigen Gases mit einer elektrischen Heizeinrichtung, einer
Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Vakuums in der Heizkammer, sowie
einer Mehrzahl von Düsen, mittels derer von einem Gebläse gefördertes und
über einen Wärmetauscher geführtes Kühlgas der Charge zugeführt wird,
wobei das als Druckbehälter ausgebildete Ofengehäuse hinsichtlich seiner
zulässigen Druckbelastung, sowie der Antrieb des Gebläses hinsichtlich des
beim Kühlen der Charge erreichbaren Gasdrucks auf einen Druck von
mindestens 20 bar ausgelegt sind und die das Kühlgas führenden Düsen
allseitig um die Heizkammer herum angeordnet und mit ihren
Austrittsöffnungen auf die Charge ausgerichtet sind (DE 91 17 052 U1). Auch
diese Bauweise löst in keiner Weise das Problem, nämlich ein gleichmäßiges
Aufkohlungsergebnis über die gesamte Charge bei einer höheren
Prozeßstabilität zu erzielen.
Vielmehr wurde festgestellt, daß die mangelhafte Aufkohlung in den mittleren
Partien der Chargen darauf zurückzuführen ist, daß in diesen Partien eine
geringere Feldlinienkonzentration und somit keine ausreichende Beglimmung
vorliegt. Aufgrund dieser nicht ausreichenden Beglimmung ist kein
ausreichender Kohlenwasserstoffübergang vorhanden. Darüber hinaus
können Werkstücke mit tiefen Sacklochbohrungen nur einlagig bearbeitet
werden, mit der Folge, daß bei der Aufkohlung von Werkstücken in mehreren
Lagen die Sacklochbohrungen der Teile, die sich nicht in der oberen Lage
befinden unbehandelt bleiben.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein
gleichmäßiges Aufkohlungsergebnis über die gesamte Charge während eines
Plasmaaufkohlungsprozesses zu erzielen, insbesondere auch bei mehrlagiger
Chargierung. Darüber hinaus besteht die Aufgabe darin, eine höhere
Prozeßstabilität zu erzielen, indem die Anzahl der Lichtbogenabschaltungen
verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils in
unmittelbarer Nachbarschaft jedes Werkstückes oder jeder Werkstücklage
oder Werkstückgruppe eine stabförmige Hilfsanode angeordnet ist. Jede
Hilfsanode ist dazu zweckmäßigerweise so ausgerichtet, daß sich die
Längsachse der Hilfsanode jeweils parallel zu den Seitenflächen eines
Werkstücks oder parallel zu der Seelenachse der Werkstückbohrung
erstreckt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung und
in den Patentansprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine
davon ist anhand der anhängenden Zeichnung die den Schnitt quer durch
eine Wärmebehandlungskammer rein schematisch zeigt, näher beschrieben.
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Behandlungsraum (2) mit
dem auf dem Isolatorblock (3) abgestützten Chargenträger (4) mit drei sich
übereinander erstreckenden Trägerplatten (5, 6, 7) mit einer Vielzahl auf
diesen gelagerten Werkstücken (8, 8', . . .).
Der Chargenträger (4) ist über einen elektrischen Leiter (9) mit der nicht näher
dargestellten Stromquelle verbunden - ebenso wie die anodisch geschaltete
Behälterinnenwand (10) die an den elektrischen Leiter (11) angeschlossen ist.
Von der anodisch geschalteten Innenwand (10) aus erstrecken sich jeweils
parallel zu den Trägerplatten (5, 6, 7) kamm- oder bürstenförmig ausgebildete
Hilfsanoden (12, 13, 14) wobei jede Hilfsanode mit lotrecht ausgerichteten
Anodenstäben (12a, 12a', . . .) bzw. (13a, 13a', . . .) bzw. (14a, 14a', . . .) versehen
ist. Diese Anodenstäbe sind jeweils einem Werkstück 8, 8', 8", . . .) zugeordnet;
es ist jedoch auch möglich jeweils einem Paar oder einer Gruppe von
Werkstücken jeweils einen Anodenstab (12a, 13a, 14a) zuzuordnen.
1
2
Behandlungsraum
3
Isolatorblock
4
Chargenträger
5
Trägerplatte
6
Trägerplatte
7
Trägerplatte
8
,
8
',
8
" Werkstück
9
Elektrischer Leiter
10
Behälterinnenwand
11
Elektrischer Leiter
12
Hilfsanode
13
Hilfsanode
14
Hilfsanode
12
a,
12
a', . . . Anodenstäbe
13
a,
13
a', . . . Anodenstäbe
14
a,
14
a', . . . Anodenstäbe
Claims (4)
1. Vorrichtung zur gleichmäßigen thermochemischen Behandlung von
Werkstücken (8, 8', 8", . . .) aus Metall mit Reaktivgasen in einer
Wärmebehandlungskammer (2) mit einer in dieser angeordneten
Anode (10) und einer als Chargenträger ausgebildeten Kathode (4
bzw. 5, 6, 7) und mit einer mit der Behandlungskammer (2)
verbundenen Saugpumpe, einer in die Kammer einmündenden
Gaszufuhrleitung mit in diese eingeschalteten Durchflußmesser, mit
einer an die Elektroden (4 bzw. 5, 6, 7) und (10) angeschlossenen
Stromversorgung und mit einer Heizquelle zum Aufheizen der
Werkstücke (8, 8', 8", . . .), gekennzeichnet durch jeweils einen in
unmittelbarer Nachbarschaft jedes Werkstücks (8, 8', 8", . . .)
vorgesehenen Anodenstab (12a, 12a', . . .; 13a, 13a', . . .; 14a, 14a', . . .)
bzw. einer Hilfsanode (12, 13, 14).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Längsachse jedes Anodenstabs (12a, 12a', . . .; 13a, 13a', . . .; 14a, 14a',
. . .) sich etwa parallel zu den Seitenflächen der Werkstücke (8, 8', 8",
. . .) erstreckt dem die Hilfsanode (12, 13, 14) zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein Anodenstab (12a, 12a', . . .; 13a, 13a', . . .; 14a, 14a', . . .)
einer Gruppe von Werkstücken (8, 8', 8", . . .) zugeordnet ist, wobei der
Anodenstab jeweils etwa auf das Zentrum der die Werkstückgruppe
tragenden Partie des Chargenträgers (4) ausgerichtet ist.
4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anodenstäbe (12a, 12a', . . .; 13a, 13a', . . .;
14a, 14a', . . .) nach Art von Borsten einer Bürste an einer platten- oder
maschenförmigen Hilfsanode (12, 13, 14) befestigt sind, wobei die
Hilfsanode elektrisch leitend mit der Hauptanode (10) verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000162862 DE10062862C2 (de) | 2000-12-16 | 2000-12-16 | Vorrichtung zur gleichmässigen thermochemischen Behandlung von metallischen Werkstücken mit einem Reaktivgas |
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Publications (2)
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DE10062862A1 DE10062862A1 (de) | 2002-06-27 |
DE10062862C2 true DE10062862C2 (de) | 2003-03-27 |
Family
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Family Applications (1)
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DE2000162862 Expired - Lifetime DE10062862C2 (de) | 2000-12-16 | 2000-12-16 | Vorrichtung zur gleichmässigen thermochemischen Behandlung von metallischen Werkstücken mit einem Reaktivgas |
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DE (1) | DE10062862C2 (de) |
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Citations (2)
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DE4115135C1 (de) * | 1991-05-08 | 1992-02-27 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt, De | |
DE9117052U1 (de) * | 1991-10-01 | 1995-05-18 | Ipsen Industries International GmbH, 47533 Kleve | Vakuumofen zur Plasmaaufkohlung metallischer Werkstücke |
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2000
- 2000-12-16 DE DE2000162862 patent/DE10062862C2/de not_active Expired - Lifetime
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DE4115135C1 (de) * | 1991-05-08 | 1992-02-27 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt, De | |
DE9117052U1 (de) * | 1991-10-01 | 1995-05-18 | Ipsen Industries International GmbH, 47533 Kleve | Vakuumofen zur Plasmaaufkohlung metallischer Werkstücke |
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