DE1063006B

DE1063006B - Elektrisches Entladungsgefaess zur Behandlung von in das Entladungs-gefaess eingebrachten Werkstuecken mittels elekttrischer Glimmentladung, a. B. zur Nitrierung von Stahlkoerpern

Info

Publication number: DE1063006B
Application number: DED22786A
Authority: DE
Original assignee: Dortmund Hoerder Huettenunion AG
Current assignee: Dortmund Hoerder Huettenunion AG
Priority date: 1956-04-18
Filing date: 1956-04-18
Publication date: 1959-08-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Entladungsgefäß zur Behandlung von in sein Inneres eingebrachten Werkstücken mittels elektrischer Glimmentladung, insbesondere zur Nitrierung von Stahlkörpern, mit im Innern vorgesehenen, das Werkstück umgebenden Abschirmmitteln. Bei der Benutzung derartiger Gefäße entstehen häufig Schwierigkeiten dadurch, daß das zu behandelnde Werkstück keine regelmäßige Gestalt hat. Dies hat zur Folge, daß die Temperatur an der zu behandelnden Oberfläche nicht an allen Stellen gleich ist. Handelt es sich z. B. um das Nitrieren von Stahlkörpern, so soll bekanntlich durch die Glimmentladung bewirkt werden, daß ionisierte Moleküle aus dem das Werkstück umgebenden Gas auf die Werkstückoberfläche transportiert werden. Zugleich erzeugt die Entladung die Wärme, die nötig ist, den Körper auf Diffusionstemperatur zu bringen. Da die Stärke der Diffusionsschicht von der Temperatur abhängt, entstehen durch ungleiche Oberflächentemperaturen unerwünschte Unterschiede in der Güte der Behandlung. Soll z. B. die Innenfläche eines rohrförmigen Werkstückes nitriert werden, dessen Wandstärke, vom einen zum anderen Ende hin abnimmt, so ist die von der Glimmentladung der Innenfläche pro Flächeneinheit zugeführte Wärmemenge überall gleich. Sie ist im stationären Fall außerdem gleich der von der Außenfläche des Rohres abgestrahlten Wärmemenge. Da aber an Stellen großer Wandstärke eine größere strahlende Außenfläche vorhanden ist, nimmt der Körper an diesen Stellen eine niedrigere Temperatur an als an Stellen geringerer Wandstärke, wo eine entsprechend kleinere strahlende Fläche zur Verfügung steht. Entsprechendes gilt für alle Körper, ausgenommen solche, die zufällig so regelmäßig geformt sind, daß sich aus der Form allein eine überall gleiche Oberflächentemperatur ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinreichend gleichförmige Temperaturverteilung auch dann zu erhalten, wenn der zu behandelnde Körper keine regelmäßige Gestalt im vorstehenden Sinne hat. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung derart geformte und angeordnete Abschirmmittel vor, daß die vom .Werkstück durch Strahlung und Leitung abgeführte Wärmemenge so gesteuert wird, daß Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Stellen der Werkstückoberfläche im wesentlichen ausgeglichen werden.

Es ist bekannt, bei der Metallisierung von Körpern nach dem Verfahren der Kathodenzerstäubung oder Metallverdampfung dem zu metallisierenden Körper durch wärmeisolierende Abschirmung oder durch zusätzliche Beheizung eine verhältnismäßig hohe Temperatur zu geben, da die nach diesen Verfahren aufgebrachten Metallüberzüge häufig größere Haft-Elektrisches Entladungsgefäß
zur Behandlung von in das Entladungsgefäß eingebrachten Werkstücken
mittels elektrischer Glimmentladung,
z.B. zur Nitrierung von Stahlkörpern

Anmelder:

Dortmund-Hörder Hüttenunion

Aktiengesellschaft,
Dortmund, Rheinische Str. 173

festigkeit zeigen, wenn das Werkstück während der Aufbringung des Überzuges relativ heiß ist. Diese Maßnahme beeinflußt die- örtliche Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Werkstückes nicht und vermag daher Temperaturunterschiede, die sich aus den genannten Gründen ergeben, nicht auszugleichen.

Als Abschirmmittel kann in einer Ausführungsform der Erfindung ein die Wärmeabfuhr steuernder Schirm dienen, der mit Aussparungen versehen ist, die. der verlangten Verteilung der Wärmeabfuhr entsprechend bemessen und angeordnet sind. Statt dessen kann auch ein Schirm benutzt werden, der aus mehreren in Abstand voneinander liegenden Schichten verschiedener Ausdehnung besteht, die der verlangten Verteilung der Wärmeabfuhr entsprechend bemessen und angeordnet sind. Weiterhin kann der die Wärmeabfuhr steuernde. Schirm aus wärmeisolierendem Stoff bestehen, dessen veränderliche Wandstärke wiederum der verlangten Verteilung entsprechend bemessen ist. Schließlich kann die Abschirmung auch aus einem Heizkörper bestehen, und zwar insbesondere aus einer Heizwendel mit veränderlichem, der verlangten Wärmeabfuhr entsprechend bemessenem Windungsabstand.

Endlich ist es auch möglich, mindestens einen Teil der Abschirmung zwecks Regelung der Oberflächentemperatur während der Behandlung verstellbar anzuordnen. ■ -■ .

909 580/226

Die Zeichnung veranschaulicht vier Ausführungsbeispiele der Erfindung im Längsschnitt durch den zu behandelnden Körper und die ihn umgebenden Abschirmungen. In allen gezeichneten Beispielen besteht der zu behandelnde Körper aus einem Rohr 10 mit zylindrischer Bohrung .11 und von einem Ende zum anderen Ende hin abnehmenden Außendurchmesser und ■ entsprechender Verringerung der Wandstärke. Durch die Glimmentladung soll die Innenfläche 12 des Körpers behandelt, beispielsweise nitriert, werden. Zu diesem Zweck wird ein mit der Rohrachse zusammenfallender Stab 13 angeordnet, der als Anode der Glimmentladung dient, während das Rohr 10 als Kathode geschaltet wird. Die nötige Durchführung für die elektrischen Zuleitungen ist in der Zeichnung fortgelassen.

Die zwischen der Fläche 12 und der Anode 13 brennende Glimmentladung erhitzt den Körper auf die für die Behandlung nötige Temperatur, die beispieleweise 500° C betragen soll. Würde die Behandlung ohne weitere Umkehrungen geschehen, so würde zufolge der nicht überall gleichen Wandstärke des Rohres 10 die Temperatur an der zu behandelnden Fläche am oberen Ende des Rohres am kleinsten und am unteren Ende am größten sein, weil die zur Verfügung stehende abstrahlende Außenfläche 14 von oben nach unten abnimmt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird das so entstehende unerwünschte Temperaturgefälle dadurch beseitigt, daß das Behandltmgsgefäß 15 auf der Innenseite eine Auskleidung 16 aus wärmeisolierendem Stoff erhält, deren Wandstärke von oben nach unten nach einer bestimmten Funktion abnimmt. Diese Auskleidung wirkt als Abschirmung. Die von ihr nach außen abgeführte Wärmemenge ist in den Zonen großen Querschnitts am kleinsten, so daß das Rohr 10 in diesen Zonen eine höhere Temperatur annimmt als in dem anfänglich betrachteten Fall ohne Abschirmung. Die Funktion, nach der sich die Wandstärke der Auskleidung 16 ändert, kann durch Vorausberechnung oder experimentell leicht so bestimmt werden, daß die zu behandelnde Fläche 12 des Körpers .an allen Stellen die. gleiche Temperatur annimmt. ..

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 dient zur Abschirmung ein konzentrisch zum Körper 10 angeordneter Blechzylinder 17, der mit Aussparungen 18 versehen ist, deren Weite nach unten zunimmt. Diese Aussparungen setzen die abschirmende Wirkung, von oben nach unten gerechnet, stetig herab. Ihre Abmessungen können wiederum experimentell oder durch Vorausberechnung so bestimmt werden, daß die Temperatur an der zu behandelnden Fläche überall gleich ist. In Fig. 2 ist ferner ein den Zylinder 17 umgebender, in axialer Richtung verstellbarer zusätzlicher Zylinder 19 vorgesehen, der zur Feinregelung dient. Während der Behandlung kann die Temperatur des Körpers 10 durch geeignete Fenster in der Wandung des Entladungsgefäßes von außen, optisch überwacht werden. Zeigt sich an einzelnen Stellen eine zu, niedrige Temperatur, so wird der Zylinder 19 so verstellt, daß die Temperatur auf den nötigen Betrag ansteigt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 dient zur Abschirmung ein System ineinandergeschachtelter Blechzylinder 20, 21, 22 und 23 von verschiedener Länge. Die abschirmende Wirkung dieser Zylinder, die in kleinen radialen Abständen 25 voneinander liegen, ist dort, wo vier Zylinder ineinanderstecken, also vier abschirmende Schichten hintereinandergeschaltet. sind, am stärksten. In der gezeichneten Anordnung nimmt demgemäß die abschirmende Wirkung von oben nach unten ab. Die Funktion, nach der dies geschieht, ist zwar, streng genommen, nicht stetig. Doch hat sich gezeigt, daß die Temperatur an der zu behandelnden 5 Oberfläche 12 sich auf diese Weise gleichwohl innerhalb der zulässigen Grenzen halten läßt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der zu behandelnde Körper 10 von einer elektrisch geheizten Wendel 26 umgeben, deren Windungen in allmählich

ίο zunehmendem Abstand 27 voneinander liegen, so- daß die Heizwirkung der Wendel auf den Körper 10 von oben nach unten stetig abnimmt. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1. bis 3 ensteht die abschirmende Wirkung lediglich dadurch, daß ein Teil der vom behandelten Körper ausgestrahlten Wärme auf den Körper reflektiert wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist diese Wirkung ebenfalls vorhanden. Hauptsächlich aber sorgt die Wendel 26 für gleichmäßige Oberflächentemperatur dadurch, daß gesondert erzeugte Wärme auf den Körper gestrahlt wird. Die als Beispiel gewählte Widerstandsbeheizung kann auch durch eine andere Form der Heizung, etwa durch Induktion oder durch eine zusätzliche Glimmentladung, ersetzt werden.

'In der Erläuterung der Ausführungsbeispiele ist einfachheitshalber lediglich der Wärmeübergang durch Strahlung berücksichtigt worden. Entsprechendes gilt für die in geringem Maße neben der Strahlung auch bestehenden Wärmeleitung.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Entladungsgefäß zur Behandlung von in das Entladungsgefäß eingebrachten Werkstücken mittels elektrischer Glimmentladung, z. B. zur Nitrierung von Stahlkörpern, mit im Innern des Entladungsgefäßes vorgesehenen, das Werkstück umgebenden Abschirmmitteln, gekennzeichnet durch derart geformte und angeordnete Abschirmmittel, daß die vom Werkstück durch Strahlung und Leitung abgeführte Wärmemenge so gesteuert wird, daß Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Stellen der Werkstückoberfläche im wesentlichen ausgeglichen werden.

2. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Wärmeabfuhr steuernder Schirm (17) mit Aussparungen (18) versehen ist, die der verlangten Verteilung der Wärmeabfuhr bemessen und angeordnet sind.

3. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Wärmeabfuhr steuernder Schirm aus mehreren in Abstand voneinander liegenden Schichten (20, 21. 22, 23) verschiedener Ausdehnung besteht, die der verlangten Verteilung der Wärmeabfuhr entsprechend bemessen und angeordnet sind.

4. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Wärmeabfuhr steuernder Schirm.(16) aus wärmeisolierendem Stoff besteht, dessen veränderliche Wandstärke der verlangten Verteilung der Wärmeabfuhr entsprechend bemessen ist.

5. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine aus einem Heizkörper bestehende Abschirmung.

6. Entladungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper aus einer Heizwendel (26) mit veränderlichem, der ver-

langten Wärmeabfuhr entsprechend bemessenem Windungsabstand (27) besteht.

7. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil (19) der Abschirmung zwecks Regelung der Obernächentemperatur während der Behandlung verstellbar angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 679 051.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen