DE1169977B

DE1169977B - Process for operating a high vacuum furnace and device for carrying out this process

Info

Publication number: DE1169977B
Application number: DEI17150A
Authority: DE
Inventors: Dr Reinhard Straumann; Kurt Karpf
Original assignee: Institut Straumann AG
Current assignee: Institut Straumann AG
Priority date: 1958-11-19
Filing date: 1959-09-29
Publication date: 1964-05-14

Description

Verfahren zum Betrieb eines Hochvakuumofens und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hoclivakuumofens zum Vergüten von Metallgegenständen, insbesondere von Spiralfedern, mit einem evakuierbaren Rezipienten und einem relativ zu diesem verschiebbaren Heizaggregat, mit einem Thermostat zur Steuerung der Vergütungstemperatur.Method for operating a high vacuum furnace and devices for Implementation of this method The invention relates to a method of operation a Hoclivakuumofen for tempering metal objects, especially spiral springs, with an evacuable recipient and a heating unit that can be moved relative to this, with a thermostat to control the tempering temperature.

Der Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß mit einem zweiten, dem Heizaggregat zugeordneten Thermostat eine oberhalb der Vergütungstemperatur liegende Bereitschaftstemperatur einzustellen ist, und das Heizaggregat erst nach Erreichen dieser Bereitschaftstemperatur und nach Erreichen eines einstellbaren Vakuums im Rezipienten über den Rezipienten geschoben wird.The proposal of the invention is that with a second, the Thermostat associated with the heating unit is a temperature above the remuneration temperature The standby temperature must be set, and the heating unit only after it has been reached this standby temperature and after reaching an adjustable vacuum in Recipient is pushed over the recipient.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen mit Deckel versehenen, vertikal verschiebbaren Topf als Heizaggregat, wobei Steuermittel die erforderlichen selbsttätigen Deckelbewegungen bewirken.Contains a preferred device for performing the method a vertically movable pot provided with a lid as a heating unit, whereby Control means cause the necessary automatic lid movements.

Das Glühen im-Schutzgas bei reduziertem Druck (2 bis 20 Torr) ist bekannt, und es sind auch Hochvakuumöfen bekannt, die mit einem Vakuum zwischen 1 und 10-e Torr arbeiten. Ebenso sind bekannt Meß- und Regeleinrichtungen für Schmelz- und Wärmebehandlungsöfen und weiter sind bekannt Haubenblankglühöfen mit Wärmerückgewinnung, wobei die Wirkungen der Wärmerückgewinnungen ausführlich beschrieben sind, die zurückzuführen sind auf die Energieersparnis, freilich unter einem ungünstigen recht langsamen Aufheizen auf den einzelnen Glühplätzen.The glow in the protective gas at reduced pressure (2 to 20 Torr) is known, and there are also known high vacuum furnaces with a vacuum between 1 and 10-e Torr work. Also known are measuring and control devices for melting and heat treatment furnaces and hood-type bright annealing furnaces with heat recovery are also known, the effects of the heat recovery that can be traced back are described in detail are on the energy saving, admittedly under an unfavorable quite slow Heating up on the individual annealing stations.

Dadurch daß nach der Erfindung eine durch Thermostate gehaltene, oberhalb der Vergütungstemperatur liegende Bereitschaftstemperatur geschaffen wird, d. 1i. dem bekannten Thermostat zur Konstanthaltung der Vergütungstemperatur ein weiterer Thermostat für die darüberliegende Bereitschaftstemperatur zugeordnet wird, wird ein noch -rascheres Aufheizen erzielt, als bei einer Haubenblankglühanlage ohne Wärmerückgewinnung. Wird der Ofen nach der Erfindung über den kalten Rezipienten geschoben, so erfolgt keine Abkühlung unter die Vergütungstemperatur, und es wird die zur Qualitätsverschlechterung führende lange Anheizzeit - bei Abkühlung unter Vergütungstemperatur und bei Wärmerückgewinnung - vermieden, wobei gemäß der Erfindung überdies der Vorteil erreicht wird, daß mit dem Vergüten erst begonnen werden kann, wenn das für die Vergütung erforderliche Hochvakuum vorliegt, während nach dem Stand der Technik nachteiligerweise mit dem Erwärmen der Werkstücke begonnen wird, bevor das Hochvakuum erreicht ist. Nachfolgend wird an Hand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hoch-. vakuumvergütungs-Aparatur beschrieben. In der Zeichnung zeigt Die F i g. 1 eine schematische Ansicht von Teilen der Anlage, von welchen die F i g. 1 a bis 1 f die Stellung der Ventile während des Programmablaufes zeigen, während die F i g. 2 den Druck- und Temperaturverlauf des Heizaggregates zeigt.Characterized in that, according to the invention, one held by thermostats, above the stand-by temperature lying around the remuneration temperature is created, d. 1i. the well-known thermostat to keep the tempering temperature constant is another Thermostat is assigned for the standby temperature above it an even faster heating is achieved than with a hood-type blank annealing system without Heat recovery. If the oven according to the invention is over the cold recipient pushed, there is no cooling below the tempering temperature, and it is the long warm-up time leading to the deterioration in quality - when cooling below Remuneration temperature and heat recovery - avoided, according to the invention In addition, the advantage is achieved that the tempering can only be started, if the high vacuum required for the remuneration is present, while after the state the technique disadvantageously is started with the heating of the workpieces before the high vacuum is reached. An exemplary embodiment is shown below with reference to a drawing a high according to the invention. vacuum coating apparatus described. In the drawing shows The F i g. 1 is a schematic view of parts of the plant, of which the F i g. 1 a to 1 f show the position of the valves during the program sequence, while the F i g. 2 shows the pressure and temperature curve of the heating unit.

Die in der F i g. 1 der Zeichnung schematisch dargestellte Hochvakuumvergütungsapparatur weist eine Vakuumanlage mit einer Vorvakuumpumpe 1 und einer Hochvakuumpumpe 2 und einem Vorvakuumrezipienten 3 auf. Diese Teile sind miteinander durch Rohrleitungen verbunden und können durch elektrisch gesteuerte Ventile miteinander verbunden und voneinander getrennt werden. In der Zeichnung sind diese Ventile vereinfacht als Dreiwegbahnen 4 und 5 dargestellt. Der Rezipient zur Aufnahme der zu vergütenden Gegenstände ist mit 6 bezeichnet. Er besitzt einen abnehmbaren, dicht schließenden Deckel 7 und enthält ein Gestell 8 für die Aufnahme der zu vergütenden Werkstücke. Die Leitung, die den Rezipienten 6 mit dem Ventil 4 verbindet, weist ein Einlaßventil 9 auf. Ein mit 10 bezeichnetes Meßgerät dient zum Messen des Druckes p im Rezipienten 6. Das Heizaggregat ist ein mit einem Deckel 11 versehener, vertikal verschiebbarer Topf 12, in welchem elektrische Heizwicklungen 13 untergebracht sind. Die Temperatur im Topfinnern kann mittels eines Fernthermometers 14 gemessen und mit Hilfe der beiden einstellbaren Thermostate 15 und 16 auf einem konstanten Wert T1 bzw. T2 gehalten werden. Zur Vertikalverschiebung des ganzen, an mit Gegengewichten 18 versehenen Ketten 17 aufgehängten Heizaggregates 11/12/13 dienen beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei elektrisch gesteuerte Antriebe 19. Mit 20 ist eine Kontrolleinrichtung bezeichnet, die die Lage des Heizaggregates feststellt und zur Steuerung jener Programmstufen dient, die von der Stellung des Heizaggregates 11/12/13 abhängig sind. Der Motor 21 dient zum Öffnen und Schließen des Deckels 11, der mittels der Welle 22 mit ihm verbunden ist.The in the F i g. 1 of the drawing, the high vacuum quenching and tempering apparatus shown schematically has a vacuum system with a fore-vacuum pump 1 and a high-vacuum pump 2 and a fore-vacuum recipient 3. These parts are connected to each other by pipelines and can be connected to and separated from each other by electrically controlled valves. In the drawing, these valves are shown in simplified form as three-way tracks 4 and 5 . The recipient for receiving the objects to be paid for is denoted by 6. It has a removable, tightly closing cover 7 and contains a frame 8 for receiving the workpieces to be remunerated. The line which connects the recipient 6 with the valve 4 has an inlet valve 9 . A measuring device denoted by 10 is used to measure the pressure p in the recipient 6. The heating unit is a vertically displaceable pot 12 provided with a cover 11 , in which electrical heating coils 13 are accommodated. The temperature inside the pot can be measured by means of a remote thermometer 14 and kept at a constant value T1 and T2 with the aid of the two adjustable thermostats 15 and 16. In the illustrated embodiment, two electrically controlled drives 19 are used for vertical displacement of the entire heating unit 11/12/13, which is suspended on chains 17 provided with counterweights are dependent on the position of the heating unit 11/12/13. The motor 21 serves to open and close the cover 11, which is connected to it by means of the shaft 22.

An Hand der F i g. 1 und der F i g. 1 a bis l f, in welchen weder alle Details des Programmsteuermechanismus 24 mit den verschiedenen Schaltrelais zur Steuerung der Ventile noch die dazugehörigen Leitungen, sondern nur der schematisch dargestellte Programmsteuermechanismus 24 und die Stellungen der hier als Zwei- und Dreiweghahnen ausgebildeten Ventile eingezeichnet sind, sowie der F i g. 2, die den Verlauf des Druckes p im Rezipienten und den Verlauf der Temperatur T im Heizaggregat darstellt und gleichzeitig die Lage xl- x2 des Heizaggregates 11/12 anzeigt, wird nun die Funktionsweise der ganzen Apparatur beschrieben.On the basis of FIG. 1 and FIG. 1 a to lf, in which neither all the details of the program control mechanism 24 with the various switching relays for controlling the valves nor the associated lines, but only the schematically illustrated program control mechanism 24 and the positions of the valves, which are designed here as two-way and three-way valves, are drawn, as well as the F i g. 2, which shows the course of the pressure p in the recipient and the course of the temperature T in the heating unit and at the same time shows the position xl-x2 of the heating unit 11/12, the mode of operation of the entire apparatus will now be described.

Solange die Apparatur nicht eingeschaltet ist, befindet sich das durch den Deckel n geschlossene Heizaggregat 11/12/13 in seiner untersten Stellung, wie es in der F i g. 1 dargestellt ist, d. h. bei x1 in F i g. 2: das Ventil 9 ist geöffnet, der Druck im Rezipienten 6 ist gleich dem Atmosphärendruck p,; die Ventile 4 und 5 sind vollständig geschlossen, wie es die F i g. 1 zeigt. Durch das Einschalten des Hauptschalters 24a/24b wird der Thermostat 16 in Betrieb gesetzt, der die Heizung der Heizwicklungen 13 derart steuert, daß die Temperatur des Heizaggregates um die einstellbare Bereitschaftstemperatur T2 pendelt (s. F i g. 2). Des weiteren werden die Vorvakuumpumpe 1 und die Hochvakuumpumpe 2 eingeschaltet. Die F i g. 1. a zeigt die zugehörige Stellung der Ventile, bei welcher der Vorvakuumrezipient 3 durch die Vorvakuumpumpe 1 evakuiert wird.As long as the apparatus is not switched on, that is through the lid n closed heating unit 11/12/13 in its lowest position, such as it in the fig. 1 is shown, i.e. H. at x1 in FIG. 2: the valve 9 is open, the pressure in the recipient 6 is equal to the atmospheric pressure p 1; the valves 4 and 5 are completely closed, as shown in FIG. 1 shows. By switching on the main switch 24a / 24b, the thermostat 16 is put into operation, the heating the heating coils 13 controls so that the temperature of the heating unit around the adjustable standby temperature T2 fluctuates (see Fig. 2). Furthermore will the backing pump 1 and the high vacuum pump 2 are switched on. The F i g. 1. a shows the associated position of the valves, in which the fore-vacuum recipient 3 through the backing pump 1 is evacuated.

Nachdem die zu vergütenden Werkstücke auf dem herausnehmbaren Gestell 8 in den Rezipienten 6 eingebracht und dieser mittels des Deckels 7 wieder geschlossen wurde, kann der Auslöseschalter 25 betätigt werden, der den Ablauf des Vergütungsprogrammes auslöst; zuerst wird das Einlaßventil 9 geschlossen (F i g. 1 b), dann wird der Rezipient 6 an den Vorvakuumrezipienten 3 und die Vorvakuumpumpe 1 angeschlossen (F i g. 1 c). Nun beginnt der Druck p im Rezipienten 6 zu fallen (Punkt A in F i g. 2) bis der Wert pi erreicht wird, bei welchem die Hochvakuumpumpe angeschlossen wird (F i g.1 d). Wenn der Druck bis auf einen einstellbaren Wert p2 (s. F i g. 2) abgesunken ist, wird durch das Druckmeßgerät 10 der Motor 21 eingeschaltet, der den Deckel 11 des Heizaggregates öffnet. Sobald dieses offen ist, schaltet ein entsprechender Endschalter den Motor 21 wieder aus und die beiden Antriebe 19 ein, die das Heizaggregat 11/12/13 heben. Die Kontrolleinrichtung 20 trennt nun die Ofenheizung vom Thermostat 16 und verbindet sie mit dem Thermostat 15, der der Konstanthaltung der einstellbaren Vergütungstemperatur T, dient, die unterhalb der Bereitschaftstemperatur TZ liegt (s. F i g. 2). Des weiteren schaltet sie, sobald der Ofen seine unterste Stellung erreicht hat, die Antriebe aus und ein Zeitrelais 26 zur Steuerung der Vergütungszeit t, ein. Nach Ablauf der an diesem Relais einstellbaren Vergütungszeit t1 wird das Heizaggregat wieder gesenkt und nach Erreichen seiner Endlage durch den Dekkel 11 geschlossen. Es beginnt nun die Abkühlzeit t;" die sich an einem zweiten Zeitrelais 27 einstellen läßt und nach deren Ablauf die Heizung des Heizaggregates 11/12/13 wieder durch den Thermostat 15 gesteuert und die Hochvakuumpumpe 2 vom Rezipienten 6 durch das Ventil 4 getrennt wird. Die F i g. 1 e zeigt die diesbezügliche Ventilstellung. Alsdann wird das Einlaßventil 8 wieder geöffnet (s. F i g. 1 f), so daß sich im Innern des Rezipienten 6 der Atmosphärendruck po (s. F i g. 2) einstellt und der Deckel 7 geöffnet werden kann. Nun werden die vergüteten Werkstücke herausgenommen, neue Werkstücke eingelegt, und der Deckel 7 des Rezipienten 6 wird wieder geschlossen. Alsdann kann der Vergütungszyklus wieder beim Punkt A (s. F i g. 2) beginnen. Selbstverständlich könnte die Anlage in ihren Details auch anders ausgebildet sein. Im besonderen könnte die Anordnung der Pumpen und die Ausgestaltung der Ventile geändert werden, ohne daß das Wesen der erfindungsgemäßen Einrichtung geändert wird. Es ließe sich auch eine Mehrzahl fest eingestellter Zeitrelais verwenden, von denen durch einen Schalter jeweils das für die zu vergütenden Werkstücke passende eingeschaltet werden kann.After the workpieces to be remunerated have been placed on the removable frame 8 in the recipient 6 and the latter has been closed again by means of the cover 7, the trigger switch 25 can be actuated, which triggers the expiry of the remuneration program; first the inlet valve 9 is closed (FIG. 1 b), then the recipient 6 is connected to the fore-vacuum recipient 3 and the fore-vacuum pump 1 (FIG. 1 c). The pressure p in the recipient 6 now begins to fall (point A in FIG. 2) until the value pi is reached at which the high vacuum pump is connected (FIG. 1 d). When the pressure has dropped to an adjustable value p2 (see FIG. 2), the pressure measuring device 10 switches on the motor 21, which opens the cover 11 of the heating unit. As soon as this is open, a corresponding limit switch switches the motor 21 off again and the two drives 19 that lift the heating unit 11/12/13 on. The control device 20 now separates the furnace heater from the thermostat 16 and connects it to the thermostat 15, which is used to keep the adjustable remuneration temperature T, which is below the standby temperature TZ (see FIG. 2). Furthermore, as soon as the furnace has reached its lowest position, it switches off the drives and switches on a time relay 26 for controlling the remuneration time t. After the remuneration time t1 that can be set on this relay has elapsed, the heating unit is lowered again and closed by the cover 11 after it has reached its end position. The cooling time t now begins, which can be set on a second time relay 27 and after which the heating of the heating unit 11/12/13 is again controlled by the thermostat 15 and the high vacuum pump 2 is separated from the recipient 6 by the valve 4. The FIG. 1 e shows the valve position in this regard. Then the inlet valve 8 is opened again (see FIG. 1 f), so that the atmospheric pressure po (see FIG. 2) is increased inside the recipient 6. and the cover 7 can be opened. The tempered workpieces are now removed, new workpieces are inserted, and the lid 7 of the recipient 6 is closed again. The tempering cycle can then start again at point A (see FIG. 2). Of course, the details of the system could also be designed differently. In particular, the arrangement of the pumps and the design of the valves could be changed without changing the essence of the device according to the invention also use a plurality of permanently set time relays, of which the one suitable for the workpieces to be remunerated can be switched on by means of a switch.

Claims

Claims: 1. A method for operating a high vacuum furnace for Tempering of metal objects, in particular of spiral springs, with an evacuable Recipients and a heating unit that can be moved relative to this, with a thermostat for controlling the tempering temperature, characterized in that with a second The thermostat assigned to the heating unit is one above the remuneration temperature standby temperature is to be set and the heating unit only after Reaching this standby temperature and after reaching an adjustable Vacuum in the recipient is pushed over the recipient.

2. Device for implementation of the method according to claim 1, characterized by a cover (1l) provided, vertically movable pot (12) as a heating unit.

3. Device according to claim 2, characterized by control means (20, 21, 22) which cause the cover to be removed before it is lifted and which cause the cover to be put on when it has reached its lowest position. Documents considered: German Patent No. 970 372; Reprint from »Draht«, 1952, issue 7, »A new type of bell-type annealing furnace with heat recovery«; "Foundry Practice", 1957, pp. 354, 355; "Zeitschrift für Metallkunde", 1955, pp. 251, 252.