DE2630676A1

DE2630676A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der ofentemperatur eines waermebehandlungsofens

Info

Publication number: DE2630676A1
Application number: DE19762630676
Authority: DE
Inventors: Alfons Knieriem
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1976-07-08
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1978-01-12

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der
Ofentemperaturen eines Wärmebehandlungsofens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Ofentem.
peraturen eines Wärmebehandlungsofens, insbesondere Vakuumofens, während der Aufheizphase,sowie eine Heizeinrichtung zur DurchfUhrung des Verfahrens.
Bei elektrisch beheizten oder gasbeheizten Wärmebehandlungsöfen stellt sich in der Aufheizphase eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über den Ofenraum in Abhängigkeit von der Lage der Heizeinrichtungen und der vorhandenen und gegebenen Wärmeverluststellen, wie TUreg, ein . Die ungleichmäßige Temperaturverteilung bewirkt eine Uberhitzung von zu behandelnden Werkstücken und bei größeren Bauteilen ein Verziehen dieser,wodurch sich je nach Ausgangstemperatur des Werkstücks unterschiedliche Behandlungsergebnisse zum Beispiel beim Aufkohlen ergeben. Die Folge dieser Nachteile war, daß man Teile des Ofens unbeschickt ließ oder Leitbleche zur besseren Atmosphärenverteilung im Ofen vorsah,was aber zum Beispiel beim Vakuumofen selbstverständlich keine Lösung darstellt. Darüber hinaus ist nachteilig, daß trotz großen apparativen Aufwands eine akzeptierbare Beseitigung der ungleichmäßigen Temperaturverteilung über den Ofenraum während der Aufheizphase nicht erzielt werden konnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den Ofenraum während der Aufheizphase sicherzustellen und eine Uberhitzung bestimmter Werkstückteile, zum Beispiel im oberen Ofenraum, zu vermeiden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufheizung nach Temperatur und Zeit in mehreren Ofenzonen separat voneinander vorgenommen wird, daß hierbei eine erste Ofenzone gemäß einem von außen vorgegebenen Sollwert aufgeheizt waird, daß der Temperatur-Intwert der ersten Orenzone laufend erfaßt wird und daß dieser Istwert als Sollwert für die Aufheizung der restlichen Ofenzone verwendet wird. Zweckmäßigerweise ist der von außen vorgegebene Sollwert der ersten Ofenznne ein veränderlichen Temperatur-Zeitprogramm. Der Sollwert kann aber auch einem oder mehreren Temperatur-Fesrwerten entsprechen. Bei mehreren Fentwerten erfolgt die Anwahl in entsprechenden Zeitstufen.
Die Heizeinrichtung zur Durchfürung des erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Ofentemperaturen eines Wärmebehandlungsofens ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Ofenzone eigene, sepabat regelbare Heizelemente und eigene Temperaturmeßeinrichtungen, insbesondere Thermoelemente aufweist und daß die Regeleinriähtung für 3ede Ofenzone aus einem eigenen Temperatur-lMeßwertumformer, einem eigenen Regler und einem eigenen Verstärker besteht.
Mit der Erfindung wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung wäh rend der Aufheizphase in einem Ofenraum unter Vermeidung 3eder Überhitzung von Werkstückteilen erreicht. Die erste Ofenzone ist hierbei zweckmäßigerweise eine mittlere oder zentral ausgewählte Zone des Ofenraums, da deren erfaßte Temperatur-Istwerte zur Regelung der anderen Ofenzonen dienen. Bei entsprechender Regeloptimierung wird eine gleichmäßige Temperatur innerhalb des gesamten Ofenraumes gewährleistet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigsen Zeichung, deren einzige Figur schematisch einen Vakuum-Ofen mit Regelkreis zeigt.
Auf einem Traggestell 1 mit Stützen 2 ist ein vakuumdichter Behälter 3 angeordnet, der über ein Eckventil 4 an ein Vakuumpumpensystem 5 angeschlossen ist. Der Behälter 3 weist einen Chargenraum 6 auf, dessen Wände aus einer dicken Schicht von wärmeisolierendem Material 7 bestehen. Die Unterseite 8 des Chargenraums 6 kann zusanden mit der Unterseite des Behälters 3 abgesenkt werden, wenn die Behandlung einer Charge abgeschlossen ist.
Zwischen der Wärme isolierung 7 und dem Behälter 3 sind Wärmeaustauscher 9 verteilt angeordnet, während innerhalb der/Wärmeizlierung 7 verschiedene Heizelemente zur Erhitzung der Charge angeordnet sind. An der Oberseite 11 befindet sich oberhalb eines Deckenschiebers 12 ein Umwälzventilator 13 mit einem auf dem Behälter 3 befestigten Antrieb 14. Durch den Ventilator 13 wird eine Atmosphären-Zwangsumwälzung ermöglicht, die durch die Charge verläuft.
Im Bester 3 ist vorne ein Eckventil 15 angeordnet, das der Einführung von inertem Gas dient.
Der Chargenraum 6 ist in seiner Gesamtheit in V-Ofenzonen unterteilt. Jede Ofenzone I bis V weist eigene, separat regelbare Heizelemente 10 und eigene Thermoelemente 16 auf. Die schematische Darstellung der Anschlüsse der Heizelemente 10 und Thermoelemente 16 an den Regelkreis ergibt sich aus der Zeichnung. Die Regelt in richtung besteht für Jede Ofenzone I bis V/aus einem eigenen Temperatur-Meßawertumformer 17 bis 21, einem für jede Ofenzone separaten Regler 21 bis 25, Wechselstromsteller 26 bis 30 und Transduktor 31 bis 35. Mit diesem Regelkreis ist die separate temperatur/zeit-gesteuerte Aufheizung der Ofenzonen I bis V möglich.
Ist eine Charge in den Chargenraum 6 eingebracht, so wird der E*-hälter 3 mittels des Vakuumpumpensystems 5 evakuiert. Anschliessend wird der Behälter 3 mittels des Eckventils 4 von dem Vakuumpunpensystem 5 getrennt, das Schieberventil 15a und 15b geöffnet und inertes Gas in den Behälter 3 eingelassen. Der Ventilator 13 verteilt dann das Gas gleichmäßig und die Heizelemente 10 werden eingeschaltet. Die Erhitzung erfolgt, währed der Gasdruck im Behälter 3 konstant gehalten wird.Der Erhitzungsvorgang während der Aufheizphase erfolgt derart, daß die mittlere Ofenzone I entsprechend einem vom Ofen vorgegebenen temperatur/zeit-Sollwertprogramm aufgeheizt wird,welcher Sollwert dem Regler 25 zugeführt wird, der über den Wechselstromsteller 28 und den Transduktor 5) an seine Heizelemente angeschlossen ist. über ein Thermoelement 16 wird in der mittleren Ofenzone I ein Temperatur-Istwert erfaßt, der den Regler 2) als Istwert und den Reglern 21,22,24 und 25 als Sollwert für die Aufheizung der Ofenzonen II bis V zugeführt wird.
An diese Regler sind wiederum jeweils separate Heizelemente angeschlossen,die die getrennte Aufheizung der Ofenzonen II bis V ermöglichen. Die dort gemessenen Temperatur-Istwerte werden über Meßwertumformer 17,18,20,21 den Reglern 21,22,24,25 zugeführt.
Bei entspreehender Regeloptimierung und Abstimmung ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des gesamten Chargenraumes 6 gewährleistet.
Nach Durchführung der Wärmebehandlung bei der vorgegebenen Temperatur des Chargenraums 6 kann die Abkühlung mittels der Wärmeaustauscher 9 geregelt oder ungeregelt erfolgen.
Während der beschriebene Ablauf den Betrieb des Ofens als Atmosphären-Ofen darstellt, wird beim Betrieb als Vakuumofen nach dem Evakuieren des Behälters 3 das Eckventil 4 nicht geschlossen und es wird auch der Ventilator 15 nicht eingeschaltet. Schließlich wird auch kein inertes Gas zugeführt. Der Erhitzungsvorgang des Chargenraumes 6 erfolgt Jedoch in der beschriebenen Weise, so daß sich eine Wiederholung erübrigt. Während der Abkühlung kann auf Wunsch das Vakuum aufrechterhalten werden, oder eine Schnellkühlung durch Schließen des Eckventils 4, füllen mit Inertgas (druckgeregelt), OfNnen der Schieberventile 15a und 15b und Einschalten des Ventilators 13 erfolgen.
Bezugszeichenliste: 1 Traggestell 2 Stützfen 3 Behälter 4 Eckventil 5 Vakuumpumpensystem 6 Chargenraum 7 Wärmeisolierung 9 Wärmeastauscher 8 Unterseite 10 Heizelemente 11 Oberseite 12 Deckenschieber 13 Umwälzventilator 14 Antrieb 15 Eckventil 15a Schieberventil 15b Schieberventil 16 Thermoelemente 17-21 Temperatur-Meßawertumformer 21-25 Regler 26-30 Wechselstromsteller I-V Ofenzonen

Claims

Anspritche: Verfahren zur Regelung der Ofentemperaturen eines Wärmebehandlungsofens, insbesondere Vakuumofens, während der Aufheizphase, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aufheizung nach Temperatur und Zeit in mehreren Ofenzonen (I bis V) separat voneinander vorgenommen wird, daß hierbei eine erste Ofenzone (I) gemäß einem von außen vorgegebenen Sollwert aufgeheizt wird,daß der Temperatur-Istwert der ersten Ofenzone (I) laufend erfaßt wird und daß dieser Istwert als Sollwert für die Aufheizung der restlichen Ofenzonen (II bis V) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von außen vorgegebene Sollwert der ersten Ofenzone (I) ein veränderliches Temperatur-Zeitprogramm ist.
3. Heizeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für einen Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere einen Vakuumofen, mit Heizelementen und einer Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ofenzone (I bis V) eigene, separat regelbare Heizelemente (lo) und eigene Temperaturmeßeinrichtungen, insbesondere Thermoelemente (16), aufweist, und daß die Regeleinrichtung für jede Ofenzone (I bis V) aus einem eigenen Temperatur-Meßwertumformer (17 bis 21), einem eigenen Regler, (21 bis 25) und einem eigenen Verstärker (51 bis 35) besteht.