DE2106850C3

DE2106850C3 - Verfahren zur Behandlung von Werkstücken in einer Glimmentladung und Apparatur zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2106850C3
Application number: DE2106850A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 5039 Koeln Keller
Original assignee: ELEKTROPHYSIKALISCHE ANSTALT BERNHARD BERGHAUS VADUZ
Current assignee: ELEKTROPHYSIKALISCHE ANSTALT BERNHARD BERGHAUS VADUZ
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1971-02-13
Publication date: 1974-01-31
Also published as: AT303904B; SE358907B; DE2106850A1; CH555898A; JPS5118895B1; LU62593A1; DE2106850B2; NL7101947A; CA970327A; CH519588A; FR2078067A5; BE762430A; US3730863A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Werkstücken, insbesondere aus Eisen und Stahl, in einem Metallbehälter in einer Gasatmosphäre mittels einer Glimmentladung, in welcher wenigstens zeitweise die Werkstücke die Kathode und der Metallbehälter die Anode bilden und zwischen Behälter und Werkstükken eine die Werkstücke vom Behälter abschirmende zusätzliche metallische Elektrode angeordnet ist.

Ferner betrifft die Erfindung eine Apparatur zur Durchführung des obengenannten Verfahrens.

Es sind bereits eine ganze Anzahl von Verfahren zur Behandlung von Werkstücken in einer Glimmentladung in einer Gasatmosphäre bekannt, beispielsweise zur Nitrierung von Werkstücken aus Eisen und Stahl in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre. Die Werkstücke bilden dabei die Kathode und sind mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden, die beispielsweise im Bereich von 400 bis 1500VoIt Spannung geregelt werden kann und mit ihrem positiven Pol am metallischen Behälter liegt.

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tier ajso die Anode bildet. Wird zur Erzeugung der ülcktriich verbunden wird und die zwischen ihr und Glimmentladung eine Wechsel- uder eine Drehstrom- den \V~ikstikken bestehende Glimmentladung mit quelle benutzt, so bieten die Werkstücke wenigstens der erforderlichen höheren Energie betrieben wird,
zeitweise die Kathode der Glimmentladung. Die Ferner betrifft die Erfindung eine Apparatur zur Werkstücke nehmen normalerweise bei einer derarli- 5 Durchführung dieses Verfahrens unter Verwendung gen Behandlung eine Temperatur, beispielsweise im eines Behälters aus Metall, in welchem die y.u behan-Bereich von 45ü bis 55ü^J C oder auch höher an, so delnden Werkslücke isoliert angeordnet und über daß es sich als vorteilhaft erwiesen hat, die von der eine isolierte Stromdurchführung mit dem mindemeist rauhen Innenseite der ßehälterwandüng absor- stens zeitweise negativen Pol einer Spannungsquelle bierte Temperaturstrahlung zu vermindern, indem >° verbunden sind, deren anderer Pol am Behälter aneine zusätzliche metallische Elektrode innerhalb des geschlossen ist. Die Apparatur ist gekennzeichnet Behälters angeordnet und mit diesem verbunden durch eine zusätzliche, zwischen den Werkstücken wird, um eine bessere Reflexion der auftreffenden und der Behälterwandung angeordnete und die Wärmestrahlung zu gewährleisten. Natürlich besitzt Werkstücke abschirmende metallische Elektrode, die diese, die Werkstücke gegenüber der Behältcrwan- 15 vom Behälter isoliert ist und über eine isolierte dung abschirmende Elektrode das gleiche Potential Stromeinführung mit einer außerhalb des Behälters wie dci Behälter selbst. . befindlichen Schalteinrichtung verbunden ist.

Es hat sich für die Behandlung von Werkstücken Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausfüh-

bei erhöhter Temperatur in einer Glimmentladung rungsbeispiclen an Hand de· Zeichnungen F i g. 1

als notwendig erwiesen, zunächst in einer ersten Zeit- =>° bis 4 näher erläutert. Es zeigt

penode einen sogenannten Anlaufvorgang durchzu- Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungs-

führen, wie er· von der Anmelderin ausführlich beispiel einer Apparatur,

beschrieben wurde (schweizerisches Patent 349 283). F i g. 2 ein weiteres Ausfübrungsbeispiei einer Ap-

Dabei wurde zunächst mit relativ niedriger Spannung paratur.

zwar die Glimmentladung gezündet, die Entladungs- 25 Fig. 3 einen schematischen Grundriß der Elek-

energie aber stark reduziert und geeignete Maßnah- trode 10 in Fi g. 2,

men getroffen, damit die Glimmentladung nicht in F ig. 4 einen schematischen Aufriß eines weiteren

einen Lichtbogen umschlagen konnte, zwecks Ver- Ausführungsbeispiels der Elektrode 10 in Fi g. 2.

meidung der vom Brennfleck eines solchen Lichtbo- Die Apparatur gemäß F i g. 1 besteht aus einem

gens auf der Werkstückoberfläche erzeugten Bre.in- 30 metallischen, vorzugsweise aus Eisen bestehenden

und Schmelzspuren. Der Anlaufvorgang muß mit Behälter 1, im Längsschnitt schematisch dargestellt,

langsam steigernder Energie so lange fortgesetzt wer- der mit einem ebenfalls metallischen Deckel 2 und

den, bis alle an der Oberfläche der Werkstücke vor- einer Bodenplatte 3 abgeschlossen ist. An einem mit

handenen Unvollkommenheiten wie Fett- und dem Behälterinnenraum in Verbindung stehenden

Schmutzspuren, Gaseinschlüsse Luncker usw. besei- 35 Absaugstutzen 4 ist eine Pumpeinrichtung ange-

tigt sind und die Werkstücke jene Temperatur er- schlossen, die einen vorgeschriebenen Unterdruck,

reicht haben, die zur Durchführung der gewünschten beispielsweise kleiner als 10 mm Hg aufrecht erhält.

Behandlung erforderlich ist. Erst nach dem Abschluß während durch eine Gaszuführung S das für die jc-

dieser ersten Zeitperiode erfolgt dann üblicherweise weils vorgesehene Behandlung Jer Werkstücke er-

die vorgesehene Behandlung mit der vollen Entla- 40 wünschte Gasgemisch in den Behälter eingeleitet

dungsenergie während einer zweiten Zeitperiode, wird. Im Deckel 2 ist als Stromeinführung ein. von

dem eigentlichen Behandlungsvorgang. der Isolierhülse 6 umgebener, gegen den Deckel 2

Die Durchführung derartiger Verfahren, besonders isolierter Metallstab 7 vorgesehen, der das Werk-

zur metallurgischen Behandlung von Werkstücken, stück 8. hier beispielsweise eine Walze aus Eisen

erfolgt nach den obengenannten Gesichtspunkten in 45 oder Stahl, trägt. Der in den Behälter hineinragende

großindustriellem Umfange und mit befriedigendem Teil der Isolierhülse 6 ist in bekannter W'ise mit

Ergebnis. Der Aufwand zur vollautomatischen Steue- einer metallischen Abschirmung 9 versehen, die ei-

rung des Anlauf- und Behandlungsvorgangs ist aller- nerseits mit dem Deckel 2 in Verbindung steht, an-

dings beträchtlich, da insbesondere die stufenweise dererseits mit dem Metallstab? zusammen in bc-

Erhöhuiig von Spannung und Energie während des 50 kannter Weise einen Schutzspalt bildet, der das Ein-

Anlaufvorgangs, die Schuvzmaßnahmen im Speise- Jringen einer Glimmentladung bis zur Isolierung 6

Stromkreis zur Stabilisierung der Entladung und zur verhindert. Natürlich ist diese Stromeinführung 6.7

Verhinderung von Lichtbogenüberschlägen sowie und 9 gasdicht im Deckel 2 angebracht,

die kurzzeitige Abschaltung der Stromquelle beim Innerhalb des Behälters 1 ist eine zusätzliche me-

Auftreten stärkerer Störungen der Entladung durch 55 tallische Elektrode 10 angeordnet, die das Wcrk-

die Steuerungsautomatik aufeinander abgestimmt stück 8 gegenüber der Behälterwandung abschirmt

sein müssen. und hier beispielsweise eine zylindrische Gestalt be-

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vereinfa- sitzt und koaxial zur Walze 8 angeordnet ist. Diese chung der Durchführung solcher Prozesse. Das Ver- zusätzliche Elektrode 10 ist allseitig von der Behälfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe ist erfin- 60 tenvandung isoliert. Beispielsweise ruht die Elekdungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß diese zu- trode 10 auf mehreren isolierenden Stücken auf der sätzliche Elektrode während einer ersten Zeitperiode Bodenplatte 3 des Behälters 1. von denen in der mit einem niedrigeren Potential als der Behälter be- Zeichnung lediglich i;wei angedeutet sind. Derartige trieben und zwischen ihr und den Werkstücken eine isolierende Stützglieder sind bekannt (schweizeri-Glimmentladung so lange aufrechterhalten wird, bis 65 schcs Patent 354 871) und bestehen beispielsweise an den Werkstücken die Unvollkommenheiten der aus einer metallischen Hülse 11, die auf der Boden-Oberflächen beseitigt sind, woraufhin während einer platte 3 befestigt ist und ein Isolierrohr 12 trägt, das zweiten Zeitperiode die Elektrode mit dem Behälter über den oberen Rand der Metallhülse Il hinausragt

und einen Metallstab 13 hält, der un der Elektrode 10 befestigt ist. Dieser Metallstab 13 bildet mit dem oberen Kund der Melallhülse 11 in bekannter Weise einen Spalt, um das Lindringen der Glimmentladung bis zum Isolierrohr 12 zu verhindern. IJa derartige Isolierstüt/en bekannt sind, erübrigt sich eine nähere Beschreibung. Die hier zylindrisch ausgebildete Elektrode 10. die am oberen und unteren linde offen ist, um den Gaszulritt zum Werkstücke zu erleichtern, wird /weckmäßigcrwcise am oberen linde mittels isolierter Hallcgliecier 14. 15 gegen die Innenwandung des Behälters I abgestützt. Auch derartige isolierende Hallcglicdcr sind bekannt (schweizerisches Patent 373 114;, so dall auf eine nähere Beschreibung vcrziehtet werden kann. Jedenfalls muß die Elektrode 10 allseits sowohl gegenüber dem Behälter 10 als auch gegenüber dem Werkstücke elektrisch isoliert sein.

Diese zusätzliche metallische Elektrode 10 ist an einer aus der Melallhülse 16. dem Isolierrohr 17 und dem Metallslab 18 bestehenden Slromcinfüh-1 ung angeschlossen, die gasdicht im Deckel 2 des Bchälters I angeordnet ist.

ZurErzcugung und Aufrechlerhaltung cinerGlimmentladung im Behälter 1 ist eine Stromquelle 19 vorgcschcn, die beispielsweise eine zwischen 400 und 15(U)VoIt stufenweise oder kontinuierlich legclbare Gleichspannung liefert und zur Behandlung von Werkstückcn mit einer Oberllache mit bis zu 5000cm^:l eine Leistung von etwa 50kW liefern M)IlIe. Der positive Ρ0Γ2Ο dieser Stromc|uelle 19 ist üblicherwcise mit dem Gehäuse, hier mit dem Dekkel2 verbunden, während der negative Pol 21 über den Metallstab? am Werkstücke liegt, das im vorliclenden Falle also dauernd die Kathode der cntsteheiulen Glimmentladung 'bildet. Im vorliegenden Auslülmiiigsbeispiel ist an den Anschlüssen 20 und 21 der Stromquelle 19 außerdem ein aus den Widerständen 22 und 23 bestehender Spannungsteiler vorssenen und an dem mit der zusätzlichen Elektrode Io verbundenen Metallstab 18 ein Schalter 24 mit den drei Stellungen a. b und c angeschlossen. In der SleUungfl des Schalters 24 ist die zusätzliche Elcktrodc 10 ohne äußere Verbindung, befindet sich also allseitig isoliert im Behälter I. Dagegen ist in der Stellung/? des Schalters 24 die Elektrode 10 mit dem Mittelabgriff des Spannungsteilers 22. 23 verbunden, besitzt also ein niedrigeres Potential als der am positiven Pol 20 der Stromquelle 19 angeschlossene Behalter 1. In der Stellung c des Schahers 24 liegt die Elektrode 10 ebenfalls am positiven Pol 20 der Stromquelle 19, besitzt also das gleiche Potential wie der Behälter 1.

Die Apparatur gemäß dem oben beschriebenen Auslührungsbeispiel ermöglicht die Behändlung von Werkstücken in jeder gewünschten Atmosphäre innerhalb des Behälters 1 nach einem vereinfachten Verfahren. Während der zur Einleitung der Behandlung erforderlichen ersten Zeitperiode, dem sogenannten Anlaufvorgang, kann beispielsweise der Schalter 24 in seine Stellung α gelegt werden. Dann ist die Elektrode 10 ohne jede elektrische Verbindung mit dem Behälter 1; zwischen der Behältcrwandung und dem Werkstücke entsteht aber trotzdem eine wenn auch schwache elektrische Glimmentladung, die ein Plasma innerhalb des Behällers erzeugt. Dieses Plasma bewirkt, daß die Elektrodc 10 ein gewisses positives Potential annimmt, und /wischen der Elektrode IO und dem Werkstück 8 eine Glimmentladung relativ geringer Energie entsteht. Die Entladungsstromslärkc für diese schwache Glimmentladung in der genannten ersten Zeitperiode ist aber dadurch begrenzt, daß die Elcktrodc 10 ihrerseits den Entladungsstrom über das Plasma von den Wandungen des Behälters 1 erhält. Falls also durch Unvollkommcnlieitcn der Obcrflüchcn an dem Werkstücke eine Tendenz der Glimmentladung zum Übergang in eine Bogenentladung entsteht, kann sich eine solche Bogenentladung nicht bilden, weil der hierzu erforderliche Strom von der Elektrode 10 nicht nachgeliefert wird, sondern das Potential der Elektrode 10 entsprechend absinkt, eventuell bis zur kurzzeitigen Unterbrechung der Glimmentladung. Dieses Verhalten der Elektrode 10, die lediglich über das Plasma im Behälter 1 gespeist wird, bewirkt während der ersten Zeitperiode, daß wegen der geringen Energie der Glimmentladung keine Lichtbogen oder Überschläge zum Werkstück 8 erfolgen können, vielmehr im Laufe der Zeit sämtliehe Unvollkommcnheiten der Oberflächen des Werkstückes beseitigt werden ohne die Gefahr, daß Brenn- oder Schmclzspurcn auftreten. Natürlich besitzt u;¹·- Vorhandensein der Elektrode 10, die vorzugsweisc auf der Innenseite mit einer polierten Überfläche versehen wird, daß abstrahlende Wärme vom Werkstücke weitgehend auf dieses zurück rcflektiert wird, so daß bereits die relativ geringere Lntladungsencrgic ausreicht, um das Werkstücke auf erhöhte Temperatur zu bringen. Falls die Entladungscncrgic aber nicht ausreicht, um die Behandlungstempcratur des Wcrkstücks8 zu erreichen, so kann beispielsweise der Schalter 24 in seine Stellung/) umgelegt werden, in welcher die Elektrode 10 ein \om Verhältnis der Widerstände 22, 23 abhängigcs. gegenüber dem Behälter 1 niedrigeres Potential erhält, wobei aber durch geeignete Wahl der Widerstände 22, 23 erreicht werden kann, daß die Entladungsencrgic ausreicht, um das Werkstücke auf die erforderliche Temperatur zu bringen.

Nach Abschluß der ersten Zeitperiode und Beseitigung der Unvollkommcnhe^;'en an der Werkstückoberfläche kann dann der Schalter 24 in seine Stellung c gelegt werden, in welcher die Elektrode 10 das gleiche Potential wie der Behälter 1 aufweist, und dirckt mit dem positiven Pol 20 der Stromquelle 19 verbunden ist. Nunmehr kann die Behandlung des Werkstücks 8 in der Glimmentladung mit voller Energie durchgeführt werden.

Erfahrungsgemäß muß auch in der zweiten Zeitperiode während der Behandlung des Werkstücks 8 mit voller Energie dafür Sorge getragen werden, daß beim plötzlichen Auftreten einer Störung in der Glimmentladung ein Umschlag in einen Lichtbogen vermieden, also die Stromquelle 19 kurzzeitig in ihrer Spannung reduziert oder ganz abgeschaltet wird. Hierzu sind verschiedene Bauarten sogenannter Schnellschalter bekannt, beispielsweise ein den Arbeitspunkt auf der StronVSpannungscharaktcristik des jeweiligen Entladungsvorgangs überwachende! Schnellschalter (schweizerisches Patent 499 825).

Beim vorliegenden Verfahren kann ein solchci Schnellschalter zweckmäßigerweise dazu dienen, um den Schalter 24 aus seiner Stellung c in die Stellung b oder α umzulegen, womit dann die Energie der zwisehen dem Werkstück 8 und der Elektrode 1β bestehenden Entladung stark reduziert wird und der An-

stiei! des Fintladungsstroms auf den zum Entstehen ralur, wobei gleiche Teile jeweils mit gleichen Be-

eines Lichtbogens oder eines Überschlags erforderli- /ugszeiehcn verschen sind. Anders als in Fig. I ist

dien Wert verhindert wird. Diese Maßnahme, die Ic- die zusätzliche Elektrode 10 hier als Käfig ausgebil-

diglich eine Umschaltung des Anschlusses der Elek- det und besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel

trodc 10 erforderlich macht, ist wesentlich einfacher 5 aus dem oberen und unteren Metallring 30 bzw. 31,

durchzuführen als die Ausschaltung der Stromquelle die beide im Schnitt gezeichnet sind, und zwölf me-

uiiJ kann natürlich praktisch triighcitslos erfolgen. tallischen Verbindungsstäben 32, die drehbar in den

wenn an Stelle des schematise!! gezeichneten, media- beiden Metallringen 30, 31 gelagert sind. Jeder Ver-

nischcn Schalters 24 ein elektronischer Umschalter bindungsstab 32 trägt einen metallischen Flügel 33.

bekannter Bauart verwendet wird. io die in der in F i g. 2 angedeuteten Stellung der Ver-

Das vorliegende Verfahren unter Verwendung der bindungsstäbe 32 zusammen einen möglichst ge-/usätzlidicn Elektrode 10 ermöglicht aber auch eine schlossencn metallischen Zylinder bilden. Durch besonders einfache E^T.inrcgclung der Leistungsabgabe Verdrehung der Verbindungsstäbe 32 können die ;in das Werkstücke während des eigentlichen Bc- einzelnen Flügel 33 nach außen geklappt werden, hatullungsvorgangs. Üblicherweise wird durch einge- 15 Hierzu ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, jeder der baute Thermoelemente oder andere Meßorganc die zwölf Verbindungsstäbe 32 mit je einem starren He-Temperatur der Oberfläche des behandelten Werk- bei 34 und je einem Drehlager 35 mit dem Verstellstückes 8 überwacht und die Betriebsspannung der ring 36 beweglich gelagert, dessen Verstellung in Stromquelle 19 so beeinflußt, daß die vorgcschric- Pfeilrichtung 37 das Herausschwenken aller Flügel benc Temperatur innerhalb der gegebenen Toleran- " 33 bewirkt.

zen eingehalten wird. Diese Überwachung und Be- In der in F i g. 2 dargestellten Apparatur ist eine cinflussung der Werkstücktemperatur kann beim vor- Betätigung des Verstellrings 36 während des Betriebs liegenden Verfahren wesentlich einfacher dadurch vorgesehen, wozu am Verstellring 36 ein Stift angeerfolgcn, daß der Schalter 24. der während des bracht ist. der in den Spalt zwischen den beiden Zineigentlichcn Bchandlungsvorgangs auf seiner Stcl- 25 ken einer Gabel 38 hineinragt, die über eine gashing c liegt, dann, wenn die Temperatur des Werk- dichte und gegen den Behälter 1 elektrisch isolierte stücks unzulässig ansteigt, so lange auf die Stellrngfc Durchführung 40 mittels der Welle 41 verdreht wernder α umgelegt wird, bis die Temperatur wieder den den kann. Auf diese Weise kann während des Bevorgeschricbcncn Wert erreicht hat, woraufhin der triebs eine mehr oder weniger große Schwenkung der Schalter 24 wieder in die Stellung c zurückgelegt 30 Flügel 33 erfolgen, von der gezeichneten einen Exwird. Auch eine derartige Umschaltung kann mit be- tremstellung bis zur anderen Extremstellung, in der kannten elektronischen Mitteln praktisch träghcitslos alle Flügel 33 nahezu radial gerichtet sind,
und mit sehr geringem Aufwand durchgeführt wer- In der oben beschriebenen ersten Zeitperiode der ilen. Behandlung werden die Flügel 33 der zusätzlichen

Bei dem an Hand der Fig. I oben beschriebenen 35 Elektrode 10 zweckmäßigerweise tangential gestellt, Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens bilden also mit den Verbindungsstangen 32 zusam- und der Apparatur hierzu ist eine Gleichstromquelle men eine nahezu geschlossene zylindrische Fläche. 19 angegeben. Natürlich ist das Verfahren hierauf Da die Flügel 33 auf der Innenseite vorzugsweise nicht beschränkt, sondern auch unter Verwendung eine polierte Oberfläche besitzen, wird die vom einer Wcchselstromqucllc in gleicher Weise durch- 40 Werkstück 8 abstrahlende Wärme weitgehend auf führbar. Für gewisse Zwecke werden in einem ge- dieses zurück reflektiert, so daß bereits die relativ gemeinsamen Behälter gleichzeitig drei Werkstücke be- ringe Entladungsenergie ausreicht, um das Werkhandclt. die aus den drei Phasen einer Drehstrom- stück 8 auf erhöhte Temperatur zu bringen. Falls es quelle Gespeist werden, deren Sternpunkt mit dem sich als zweckmäßg erweist, die reflektierende Fläche Behälter verbunden ist: auch in diesem FaIk läßt 45 der Elektrode 10 zu verringern, können die Flügel 33 sich das vorliegende Verfahren durchführen, wobei aus der tangentialen Richtung mehr oder weniger uecebencnfalls nur eine einzige zusätzliche Elektrode weit herausgeschwenkt werden. Es sollte aber stets Im" Behälter angeordnet werden muß. die eine Ab- gewährleistet sein, daß die Glimmentladung weitgeschirmung der "drei Werkstücke gegenüber diesem hend zwischen dem Werkstück 8 und der Elektrode Behälter bewirkt und zur Steuerung der Entladungs- 50 10 und nicht etwa der Innenseite des Behälters 1 erenereie analog dem oben beschriebenen Verfahren folgt,
benutzt wird. Durch die in ihrer tangentialen Stellung stark wär-

Beim Ausführungsbeispiel der Apparatur gemäli merückstrahlenden Flügel 33 wird eine Behandlung

Fig.] ist zwischen den Polen 20, 21 der Stromquelle des Werkstücks 8 mit geringstmöglichem Energiever-

19 ein Spannungsteiler aus den Widerständen 22, 23 55 brauch durchgeführt, da nur so viel Energie zuge-

vorgesehen; falls crvünscht, kann auf eine Span- führt werden muß, daß für die Oberfläche des

nungsteilung verzichtet und der Widerstand 22 weg- Werkstücks 8 die vorgeschriebene erhöhte Temperatur

selassen werden, so daß lediglich der Vorwiderstand beibehalten wird. Es ist aber gelegentlich erwünscht.

23 im Stromkreis der Elektrode 10 liegt. Es sei auch die Energie zu steigern, ohne die Oberfiächentempe

darauf hingewiesen, daß beim Betrieb mit Gleich- 60 ratur über den erwünschten Wert zu erhöhen, um

strom, wie in F i g. 1 angedeutet, weder an der zu- durch ein gesteigertes Ionenbombardement auf die

sätzlichen Elektrode 10 noch an der Gehäusewan- Werkstückoberfläche besondere metallurgische Ef-

dung eine Glimmentladung auftritt, weshalb die Iso- fekte zu erzielen, beispielsweise ein erhöhtes Stick-

lierstützen 11, 12, 13 sowie 14, 15 auch vereinfacht Stoffangebot beim Ionitrieren zu erreichen. Dies wire und ohne schützendes Spaltsystem ausgebildet sein 65 durch die in ihrer Oberfläche veränderbare Elek-

können. trade 10 ermöglicht, indem die Flügel 33 durch Dre

Die F is. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel hung der Welle 41 aus ihrer tangentialen Stellung

der oben ün H2nd von Fig. 1 beschriebenen Appa- mehr oder weniger weit in die radiale Stellung ge

10

schwenkt werden. Je nach Stellung der Flügel 33 ver- wenn, wie oben bereits beschrieben, der Betrieb mit

ringert sich die Wärmerückstrahlung seitens der Wechsel- oder Dreiphasenstrom erfolgt.

Elektrode Γ0, so daß zur Aufrechterh-altung W vor- Ein weiteres Alisführungsbeispiel einer zusätzli-

geschriebencn Temperatur an der Werkstückober- chen Elektrode 10 mit einer Vielzahl von vcrstellba-

flächc die erwünschte Steigerung der Entiadungs- 5 rcn Flächenstücken zeigt schematisch die F i g. 4.

energie erfolgen muß. Hier besteht die zusatzliche Elektrode aus zwei über-

Beim Betrieb einer Apparatur der in F i g. 1 ange- einander angeordneten Gruppen 45 und 46 aus vcr-

dcuteten Bauweise hat sich herausgestellt, daß bei- stellbaren Flügeln, die ähnlich wie bei der Elektrode

spielsweise bei der lonitrierung großer Werkstücke 10 gemäß den Fig. 2 und "S ausgebildet sind, also

aus Eisen in einer stickstoffhaltigen Gasatniosphärc io aus an drehbaren Stäben befestigten Flügeln bestc-

die zur Aufrechterhaltung einer Oberflächentempera- hen. Bei dieser Bauart können die Flügel der Grup-

tur von 5l0^uC erforderliche Entladungscnergic im pen 45 und 46 mit unabhängig voneinander zu betä-

Bereich von I : 3 bis 1:5 variiert, je nach Stellung tigcndcn Verstelleinrichtungcn versehen sein. Auch

der Flügel 33 der Elektrode 10. Insbesondere bei können weitere, unabhängig von den beiden Griip-

großcn Behältern von 3 bis 5 m³ Volumen aufwärts 15 pen 45 bzw. 46 verstellbare Flügel 47 vorgesehen

und der Behandlung entsprechend großer einzelner sein, die eine mehr oder weniger große Rückstrah-

Werkstücke oder einer entsprechenden Anzahl klei- lung der von den Werkstücken in Richtung auf den

ncrer Werkstücke in solchen Behältern hat sich ge- Boden des Behälters abgestrahlten Wärme ermögli-

zeigt. daß es vorteilhaft ist, die durch Wärmestrah- chen.

lung von den ■ Werkstücken abgegebene Energie 20 In den beschriebenen Ausführungsbeispielen isl durch eine veränderbare zusätzliche Elektrode der die Verstellung der Flügel der zusätzlichen Elektrode vorliegenden Bauart auf einen konstanten Wert ein- über eine durch die Behälterwandung isoliert hinzustellen. Andernfalls können diese Wärmeverluste durchgeführte drehbare Gabel 38 an der Welle 41 sehr unterschiedlich sein, da sie vom Emissionsver- beschrieben. Es sind natürlich auch andere geeignete mögen der Werkstückoberflächen bzw. der Innen- 25 Betätigungseinrichtungen hierfür geeignet. Beispielsscitc des Behälters abhängen, so daß die Behandlung weise muß die Welle 1 gegen den Behälter I dammit entsprechend unterschiedlicher Entladungsener- elektrisch nicht isoliert sein, wenn der Stift 39 au> gic erfolgen muß, was Qualitätsunterschiede an den Isoliermaterial besteht oder die Gabel 38 durch eine Oberflächen der Werkstücke zur Folge haben kann. aus nichtleitendem Material bestehende, cxzentriscl Während bisher die Behandlung bei einer vorgc- 3" ausgebildete Scheibe ersetzt wird. Auch magnetisch schriebenen Oberflächentemperatur der Werkstücke zu betätigende Vcistelleinrichtungcn können angestattfand und die Entladungsenergic dcmcntspre- wendet werden.

chend eingeregelt wurde, kann mit der vorliegenden Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Flügel dei

Apparatur sowohl die Temperatur als auch die Ent- zusätzlichen Elektrode sind als gebogene Schalen gc

ladungsenergie vorgeschrieben und die Einhaltung 35 zeichnet, die in ihrer tangentialcn Endstellung zu-

der Temperatur durch Veränderung der Wärmerück- sammen eine weitgehend geschlossene Zylinderelek

strahlung an der zusätzlichen Elektrode bewirkt wer- trodc bilden. Bei einer genügend großen Zahl vor

den. Flügeln bzw. ausreichend großem Durchmesser de;

Natürlich kann die in ihrer Oberfläche regelbare zusätzlichen Elektrode können naturlich auch ebene

zusätzliche Elektrode auch dann verwendet weiden, 4° Flügel verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ve; fahren zur Behandlung von Werkstücken, insbesondere aus Eisen und Stahl, in einem Metallbehälter in einer Gasatmosphäre mittels einer Glimmentladung, in welcher wenigstens zeitweise die Werkstücke die Kathode und der Metallbehälter die Anode bilden und zwischen Behälter und Werkstücken eine die Werkstücke vom Behälter abschirmende zusätzliche metallische Elektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzliche Elektrode während einer ersten Zeitperiode mit einem niedrigeren Potential· als der Behälter betrieben und zwischen ihr und den Werkstücken eine Glimmentladung so lange aufrechterhalten wird, bis an den Werkstücken die Unvollkommenheiten der Oberflächen beseitigt sind, woraufhin während einer zweiten Zeitperiode die Elektrode, mit dem Behällter elektrisch verbunden wird und die zwischen ihr und den Werkstücken bestehende Glimmentladung mit der erforderlichen höheren Energie betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß während der ersten Zeitperiode die zusätzliche Elektrode vom Behälter elektrisch getrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der zweiten Zeitperiode die elektrische Vcroindung zwischen der Elektrode und dem Behält r immer dann während eines einstellbaren Zeitintervalls unterbrochen wird, wenn die Energie der Glimmentladung zeitweise vermindert werden soll.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmerückstrahlende Oberfläche der zusätzlichen Elektrode verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode während der ersten Zeitperiode auf maximale wärmerückstrahlende Oberfläche eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Glimmentladung in der zweiten Zeitperiode mit einer vorgegebenen Energie betrieben und durch Veränderung der wärmerückstrahlenden Oberfläche die erwünschte Temperatur an der Werkstückoberfläche eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der wärmerückstrahlenden Oberfläche der zusätzlichen Elektrode durch eine Schwenkbewegung von Flächenstücken der Elektrode aus einer tangentialen in Richtung auf eine radiale Stellung bewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Flächenstükkcn der zusätzlichen Elektrode gleichzeitig und in gleicher Richtung verstellt wird.

9. Apparatur zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I unter Verwendung eines Behälters aus Metall, in welchem die zu behandelnden Werkstücke isoliert angeordnet und über eine isolierte Stromdurchführung mit dem mindestens zeitweise negativen Pol einer Spannungsuucllc verbunden sind, deren anderer Pol am Be-

halter angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, zwischen den Werkstücken und der Behälterwnmlup.g angeordnete und die Werkstücke abschirmende metallische. Elektrode, die vom Behälter isoliert ist und über eine isolicrie Stromeinführung mit einer außerhalb des Behälters befindlichen Schalteinrichtung verbunden ist.

10. Apparatur nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine aus einer Vielzahl von verstellbaren metallischen Fiächensiücken bestehende zusätzliche Elektrode.

11. Apparatu. nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine käfigartige zusätzliche Elektrode, die aus einem oberen (30) und einem unteren (31) Metallring sowie aus in den Meiallringen drehbar gelagerten metallischen Verbindungsstangen (32) dazwischen besteht, die ja einen seitlichen, über ihre ganze Länge sich erstreckenden metallischen Flügel (33) tragen, welche samt den Verbindungsstangen (32) aus einer tangcntialen in eine radiale Stellung schwenkbar sind.

12. Apparatur nach Anspruch 10 oder II, gekennzeichnet durch eine allen Flächenstücken (33) gemeinsame Verstelleinrichtung, in deren erster Endlage die Flächenstücke eine Stellung einnehmen, in der sie sich zu einer möglichst lückenlosen, den Werkstücken zugekehrten Metallische ergänzen, während in einer zweiten Endlage die einzelnen Flächenstücke von den Werkstücken abgekehrt sind.

13. Apparataur nach Anspruch 10 oder 11. gekennzeichnet durch eine zusätzliche Elektrode, die mehr als eine Gruppe von unabhängig voneinander verstellbaren Flächenstücken aufweist.

14. Apparatur nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch Flächenstücke, die sich in einer Stellung zu tir.ir möglichst lückenlosen zylindrischen Elektrode ergänzen.

15. Apparatur nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch weitere Flächenstücke, die sich in einer Stellung zu mindestens einer möglichst lückenlosen Stirnfläche der zylindrischen Elektrode ergänzen.