DE3007420C2 - Vorrichtung zur chemisch-thermischen Behandlung metallischer Werkstücke mittels einer Glimmentladung - Google Patents

Vorrichtung zur chemisch-thermischen Behandlung metallischer Werkstücke mittels einer Glimmentladung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur chemisch-thermischen Behandlung metallischer Werkstücke mittels Glimmentladung der aus der FR-OS 22 97 927 bekannten Art gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Die bekannte Vorrichtung zur chemisch-thermischen Behandlung von metallischen Werkstücken mittels Glimmentladung besteht aus einer Arbeitskammer, die mit einem Gas-Vakuumblock, einem Kühlblock für die Kammer und der Stromversorgung verbunden ist Die
ίο Anode und Kathode der Arbeitskammer sind mit der Stromversorgung verbunden, die aus einem Schalter besieht, dessen eines Ende mit dem Versorgungsnetz und dessen anderes Ende mit der Primärwicklung des Transformators über einen Magnetverstärker verbunden ist Die Ausgänge der Sekundärwicklung des Transformators sind mittels eines Umschalters mit einem dreiphasigen Stromrichter verbunden. An die positive Klemme des Stromrichters ist das eine Ende einer Glättungsdrosse! angeschlossen, das andere Ende ist an Erde und an eine Strommeßeinrichtung an der Anode der Arbeitskammer angeschlossen. Die Minus-Klemme des Dreiphasen-Stromrichters ist mit der Kathode der Arbeitskammer verbunden. Die Anode eines Thyristors ist an den gemeinsamen Punkt der Drossel und die Strommeßeinrichtung angeschlossen, seine Kathode ist an die Kathode der Arbeitskammer angeschlossen. Mit dem Thyristor ist ein Thyristor-Steuergerät verbunden. Das Thyristor-Steuergerät ist an die Strommeßeinrichtung angeschlossen. Sein erster Ausgang ist mit einer Vorrichtung zum Abschalten des Thyristors, sein zweiter Ausgang ist mit einem Relais zur Herabsetzung des Stromes des Magnetverstärkers verbunden. Der Kontakt des Relais ist mit einem Widerstand verbunden, wobei das eine Ende des Widerstandes mit der Steuer-Spannungsquelle des Magnetverstärker und das andere Ende des Widerstandes über die Leitungswicklungen des Magnetverstärkers mit dem anderen Ende der Steuerspannungsqueile verbunden ist Der Arbeitszustand der Anlage wird durch den Strom des Magnetverstärkers festgestellt Wenn sich der Regulierbereich als nicht ausreichend erweisen sollte, wird das Übersetzungsverhältnis des Transformators mittels des Umschalters verändert
Ein Nachteil der Vorrichtung ist daß die Wiederher-Stellung der elektrischen Festigkeit der Arbeitskammer verhältnismäßig langsam vor sich geht wie auch der Umstand, daß die Erregung der Glimmentladung nach dem Abschalten mit bedeutender Verzögerung (bis zu 4 Sekunden) erfolgt Diese Verzögerung bewirkt eine Herabsetzung der Produktivität der Anlage, besonders bei hoher Frequenz des Lichtbogens.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur chemisch-thermischen Behandlung von Metall-Werkstücken bei elektrischer Glimmentladung zu schaffen, deren Glimmentladungsleistung sich unbedeutend von
Ae^r KlannlAicfliner Aa* Artiger** tinlöM/ihoi/la* Alt* x/r\n Aaf
maximalen Leistung der Glimmentladung bestimmt wird, um die Zeitdauer des Prozesses zur Reinigung der Werkstücke und der Arbeitskammer bei der erstmali-
so gen Inbeti iebnahrn« herabzusetzen. Die Wiederherstellung der elektrischen Festigkeit der Arbeitskammer und die Erregung der Glimmentladung nach dem Abschalten soüep. beschleunigt werden, wodurch die Produktiv!' tat der Anlage erhöht wird.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von der gattungsgemäßen Vorrichtung, erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung be-
ruhen darauf, de 3 dk dem Versorgungsnetz entnommene Gesamtleistung sich nicht fühlbar von der Nennleistung der Anlag«; unterscheidet, die von der Maximalkapazität der Glimmentladung bestimmt wird.
Der Übergang von der Reinigung der Kathodenoberfläche zur chemisch-thermischen Behandlung erfordert keine zusätzlichen Kontakte im Stromkreis. Die Reinigungsdauer der Kathodenoberfläche ist abgekürzt Die elektrische Festigkeit der Arbeitskammer wird in kürzerer Zeit wiederhergestellt. Die Erregung einer Glimmentladung nach dem Abschalten wird praktisch ohne Verzögerung wiederhergestellt, wodurch die Produktivität der A nlage erhöht wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels zeigenden Zeichnung näher erläutert.
Die Vorricht jng besteht aus einem Wetzti tnsformator 1, dessen Pr imärwicklung mit dem Versorgungsnetz 2 mittels eines Netzschalters 3 verp„,iden ist Die eine Sekundärwicklung des Netzirans'- -mators 1 ist mit einem ersten Briickengleichrr n»er 4 verbunden. Die andere Sekundärwicklung ist übt. einen Widerstand 5 an einen zweiten Brückengleichrichter 6 angeschlossen. Parallel zum zweiten Brückengleichnchter 6 liegt eine Diode 7, deren Kathode mit der positiven Lnd deren Anode mit der negativen Klemme des zweiten Brückengleichrichters 6 verbunden ist Die negative Klemme des zweiten Brückengleichrichters 6 ist über eine Glättungsdrossel 8 an die Kathode einer Arbeitskammer 9 angeschlossen. Die Anode der Arbeitskammer 9 ist geerdet und über ein Strommeßgerät 10 mit der positiven Klemme des ersten Brückengleichrichters 4 verbunden. Parallel zur Anode und Kathode der Arbeitskammer 9 sind in Reihe die Primärwicklung eines sättigbaren Transformators ίί und ein Kondensator s2 geschähet Der Eisenkern des sättigbaren Transformators 11 hat einen scharf ausgeprägten Sättigungsknick; der magnetische Widerstand des sättigbaren Transformators 11 soll möglichst gering sein. Die Kathode eines Thyristors 13 ist mit der Anzapfung der Primärwicklung des sättigbaren Transformators 11 verbunden, seine Anode mit der Anode der Arbeitskammer 9. Zur Steuerung des ersten Brückelgleichrichters 4 dient ein erstes Steuergerät 16, zur Steuerung des zweiten Brückengleichrichters 6 ein zweites Steuergerät 15 und zur Steuerung des Thyristors 13 ein Thyristor-Steuergerät 14. Die beiden Eingänge des ersten Steuergeräts 16 sind mit der Anode und der Kathi de der Arbeitskammer 9 verbunden. Sein dritter Eingang steht mit dem Strommeßgerät 10 in Verbindung, sein Ausgang ist an den ersten Brückengleichrichter 4 angeschlossen. Das Thyristor-Steuergerät 14 des Thyristors» 13 ist mit der Sekundärwicklung des sättigbaren Transformators 1I. mit Anode und Kathode der Diode 7, -ier Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 13 und mit dem zweiten Steuergerät 15 verbunden, das seinerseits an den zweiten Brückengleichrichter 6 und m das e/ste Stenprcrprä? |ft sngeEchlcEss" ist An die Arbeitskammer 9 sind ein gasbildender Block 17 und ein Kühlblock 1» angeschlossen.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Die Arbeitskammer 9 ist mit zu behandelnden Metall-Werkstücken gefüllt end hermetisch abgeschlossen. Die Versorgungsspannüng wird mit dem Netzschalter 3 eingeschaltet Durch das zweite Steuergerät 15 kann die gesamte Vorrichtung auf Automatik- oder Handbetrieb geschaltet werden. Auf einer Befehl vom zweiten Steuergerät 15 wird eine Gas- und Vakuumquelle betrieben, die nach einer bestimmton Zeit den für den Beginn des Behandlungsprozesses notwendigen Druck erzeugt Über den Netztransformator 1 wird die Spannung an den ersten Brückengleichnchter 4 und den zweiten Brückeng'eichrichter 6 geführt, die so hintereinandergeschaltet sind, daß ihre Spannungen addiert werden.
Auf Befehl vom zweiten Steuergerät 15 wird der zweite Brückengleichrichter 6 eingeschaltet und über die Anoden-Kathoden-Strecke der Arbeitskammer 9 fließt ein Gleichstrom. Später wird, ebenfalls auf Befehl
ίο von den manuellen Reglern oder vom Programmgeber, der sich im zweiten Steuergerät 15 befindet, der erste Brückengleichrichter 4 bis zur Erregung der Glimmentladung eingeschaltet Bei Erhöhung des Glimmentiadungsstromes vermindert sich die Klemmenspannung des zweiten Brückengleichrichters 6, weil er bei Verbindung mit dem Widerstand 5 eine fallende Strom-Spannungs-Kennlinie enthält. Wenn der Entladungsstrom den Kurzschlußstrom des zweiten Brückengleichrichters 6 überschreitet beginnt die Diode 7 zu leiten, wobei eine Information in das Thyristor-Steuergerät i4 gelangt durch die die Sekundärwicklung des säitigbaren Transformators 11 zur Steuerung des Thyristors 13 eingeschaltet wird. Gleichzeitig wird auf c.:i Signal, das im zweiten Steuergerät 15 einläuft, der zwelie Brückengleichrichter 6 abgeschaltet und die Glimmentladung wird nur vom ersten Brückengleichrichter 4 ge' peist
Die chemisch-thermische Behandlung der Werkstükke mittels elektrischer Glimmentladung beginnt bei geringem Druck in der Arbeitskammer 9. Hochspannung zwischen Anode und Kathode und geringem Ent'.adungsstrom, womit die Voraussetzungen zur Reinigung der Kathodenoberfläche bzw. der zu behandelnden Werkstücke geschaffen werden. Die Reinigung ist mit sehr häufigen Übergängen der Glimmentladung in einen Lichtbogen verbunden. Die Information für diesen Übergang wird durch die Sekundärwicklung des sättigbaren Transformators 11 eingegeben. Wenn der Entladungsstrom geringer ist als der Strom, bei dem die Diode 7 einschaltet, oder wenn die Bedienungsperson die entsprechende Weisung über das zweite Steuergerät 15 gegeben hat dann schaltet das Signal der Sekundärwicklung des sättigbaren Transformators 11 den Thyristor 13 bei Auftreten einer Glimmentladung nicht ein. In diesem Falle tritt ein Einschwingvorgang zwischen dem Kondensator 12 und der Primärwicklung deb sättigbaren Transformators 11 auf. Dieser Prozeß verläuft in vier Etappen.
In der ersten Etappe, deren Dauer gleich ist mit der zum Wiederaufmagnetisieren des Magnetpfades des
so sättigbaren Transformators 11 erforderlichen Zeit, sinkt die Spannung des Kondensators 12 kaum. In der zweiten Etappe bilden der Kondensator 12 und die Primärwicklung des sättigbaren Transformators 11 einen Schwingkreis, in dem eine Schwingung mit der Dauer einer rialbDeriode erfolgt, deren Dauer bedeutend kürzer ist als die Zeit 7ur Sättigung des Magnotpfades des sättigbares Transferüvüüis ίί. Jn diese.- Periode wird der Kondensator 12 wieder aufgeladen, wobei der Strom zum Wiederaufladen eine bedeutende Amplitude aufweist und durc'- den Kanal des Lichtbogens fließt Infolgedessen vermindert der Lichtbogenkanal jäh seinen Querschnitt und trägt damit zu einer intensiveren Reinigung der Oberflächen der zu behandelnden Werkstücke bei.
In der dritten Etappe, deren Zeitdauer gleich der Zeit zur Wiederaufmagnctisierung des sättigbaren Transformators 11 in umgekehrter Richtung ist, sinkt die Spannung des Kondensators 12 kaum ab.
In der vierten Etappe, die analog ist der zweiten Etappe, beginnt ein Einschwingvorgang, jedoch in umgekehrter Phase. Infolge der Schwingungen zwischen dem sättigbaren Transformator 11. dem Kondensator 12 und der Arbeitskammer 9 wird bei sich umkehrender Spannung, die bis zur neuen Erregung der Glimmentladung linear ansteigt, der Lichtbogenstrom unterbrochen.
Wenn der Glimmentladungsstrom größer ist als der Kurzschlußstrom des zweiten Brückengleichrichters 6t öffnet das Signal der Sekundärwicklung des sältigbaren Transformators 11 mittels des Thyristor-Steuergeräts •14 den Thyristor 13 beim Auftreten des Lichtbogens, wenn dafür ein zusätzlicher Befehl vom zweiten Steuergerät !5 eintrifft In diesem Falle wisd beim Übergang der Glimmentladung in einen Lichtbogen der Unterschied von der Spannung der Entladung bis zur Spannung der soeben bestehenden Glimmentladung, des kommutierenden Kondensators 12 und des bereits erhaltenen Lichtbogens auf die Primärwicklung des sättigbaren Transformators 11 gegeben. Seine Sekundärwicklung gibt ein Signal zum Einschalten des Thyristors 13 durch das Thyristor-Steuergerät 14. Nach dem Einschalten des Thyristors 13 werden ein Teil der Primärwicklung des sättigbaren Transformators 11 und der hiermit in Reihe liegende Kondensator 12 vom Thyristor 13 überbrückt Durch den nicht parallel zum Thyristor 13 liegenden Teil der Primärwicklung des sättigbaren Transformators 11 wird auf die Anoden-Kathoden-Strecke der Arbeitskammer 9 eine umgekehrte Spannung gegeben, weiche die Unterbrechung des Stromes des Lichtbogens beschleunigt und zur intensiveren Wiederherstellung ihrer elektrischen Festigkeit führt Nach Ablauf einer bestimmten Zeit die von der Dauer der Sättigung des Magnetpfades des sältigbaren Transformators 11 abhängt wird der Kondensator 12 durch die Primärwicklung des sättigbaren Transformators 11 und den Thyristor 13 neu aufgeladen. Nach dem Wiederaufladen des Kondensators 12 wird der Thyristor 13 abgeschaltet und auf die Anoden-Kathoden-Strecke der Arbeitskammer 9 wird eine nunmehr umgekehrte Spannung für eine Zeit aufgegeben, die von der für die Sättigeng des Eisenkerns des sättigbaren Transformators 11 benötigten Zeit bestimmt wird. Danach wird auf die Anoden-Kathoden-Strecke der Arbeitskammer 9 abermals die ganze Spannung des Kondensators 12 gebracht und zwar mit umgekehrtem Vorzeichen. Diese Spannung beginnt ungefähr linear anzuwachsen, bis abermals eine Glimmentladung in der Arbeitskammer 9 auftritt
Auf diese Weise wird der Lichtbogen, der zwischen der Anode und Kr:hode auftreten kann, praktisch sofort unterbrochen, während auf die Arbeitskammer 9 für eine bestimmte Zeit eine bestimmte Spannung einwirkt welche ihre Vorzeichen viermal ändert und eine schnelle Wiederherstellung ihrer elektrischen Festigung begünstigt
So erfolgt in Abhängigkeit von der Größe des Entiadestroms eine kurz andauernde Erhöhung des Stromes durch einen engen, sich schnell verengenden Kanal der Glimmentladung zur beschleunigten Reinigung der Kathodenoberfläche bzw. der zu behandelnden Werkstükke, oder der Lichtbogen wird schnell, praktisch augenblicklich, unterbrochen, automatisch oder manuell durch Befehle, die vom zweiten Steuergerät 15 ausgehen.
Der Obergang vom Reinigungsbetrieb der zu behandelnden Werkstücke mittels kurz andauernder Lichtbogen mit einer bestimmten Stromdichte zum zusätzlichen stabilen Betrieb der Glimmentladung mit großen Werten des Entladestromes erfolgt ohne zusätzliche spezielle Steuerung dank der Diode 7 und des Widerstandes allmählich. Mittels automatischer oder manueller Abschaltung des zweiten Brückengleichrichters 6 durch
5 das zweite Steuergerät 15 wird auch eine Verminderung der vom Versorgungsnetz 2 eingespeisten Leistung erzielt. Die Glättungsdrossel 8 hat die Aufgabe, die Putsierungen des Entladestroms zu vermindern und gleichzeitig den Betrieb des ersten Brückengleichrichters 4 wan-
lo rend der sich schnell verändernden Prozesse in der Arbeitskammer 9 zu vermindern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. 30 07 4°O
    Patentanspruch:
    Vorrichtung zur chemisch-thermischen Behandlung metallischer Werkstücke mittels einer Glimmentladung in einer Arbeitskammer (9), mit einem wechselstromseitig über einen Netztransformator
    (I) an ein Versorgungsnetz (2) angeschlossenen ersten Brückengleichrichter (4), dessen negative Klemme über eine Giättungsdrossel (8) an die Kathode und dessen positive Klemme an die Anode der Arbeitskammer (9) angeschlossen sind, mit einem zur Arbeitskammer (9) parallelgeschalteten steuerbaren Thyristor (13), wobei die Anoden und Kathoden von Thyristor(13) und Arbeitskammer(9) jeweils miteinander verbunden sind und das Thyristor-Steuergerät (14) mit je einem seiner Ausgänge mit der Steuerelektrode des Thyristors (13) bzw. seiner Kathode verbunden ist. und rr.it einem zur Arbeitskammer (9) in Reihe liegenden StrommeOgerät (10), gekennzeichne* durch einen gleichstromseitig r Reihe zwischen den steuerbaren ersten Brückeng, hrichter (4) und die Giättungsdrossel (8) geschalteten iteuerbaren zweiten Brückengleichrichter (6), der wechselstromseitig über einen Widerstand (5) an eine Sekundärwicklung des Netztransformators (1) angeschlossen ist, durch einen sättigbaren Transformator (11), dessen Primärwicklung mit einem Kondensator (12) einen Reihenschwingkreis bildet, der zur Arbeitskammer (9) parallel geschaltet ist, wobei die Kathode des Thyristors (13) an eine Anzapfung der Primärwicklung des sättigbaren Transformators
    II1) angeschlossen ist, und dadurch der leitende Thyristor (13) den Kondensator ,*2) und einen Teii der Primärwicklung überbrückt, lurch eine zum zweiten Brückengleichrichter gleichsinr*ig parallelgeschaltete Diode (7), deren Anode an die negative und deren Kathode an die positive Klemme des zweiten Brükkengleichrichters (6) angeschlossen sind, und deren Innenwiderstand kleiner ist als der des paraiielliegenden zweiten Bröckengleichrichters (6), durch ein erstes Steuergerät (i6) für den ersten Brückengleichrichter (4), das einen an das Strommeßgerät (10) und zwei an Anode und Kathode der Arbeitskammer (9) angeschlossene Eingänge aijfwejst lind dessen Ausgänge an die Steuerelektroden des ersten Brückengleichrichters (4) und an einen Eingang eines für den zweiten Stromrichter (6) vorgesehenen zweiten Steuergeräts (15) angeschlossen sind, dessen Ausgänge mit den Steuerelektroden des zweiten Brückengieichrichters (6) und mit einem Eingang des Thyristor-Steuergeräts (14) verbunden sind, wobei je zwei Eingangsklemmen des Thyristor-Steuergeräts (14) an die Diode (7) und die Sekundärwicklung des sättigbaren Transformators (11) angeschlossen cin/4 iin/4 Hoc TTnvrictrfcr
    ί\Δ\
    stor (13) dann sperrt, wenn der Strom durch die Arbeitskammer (9) kleiner ist als der Strom, bei dem die Diode (7) die Stromleitung übernimmt, ι nd den Thyristor (13) dann öffnet, wenn der Strom durch die Arbeitskammer (9) größer ist als der Kurzschlußstrom des zweiten Brückengleichrichters (6) und die Diode (7) den Strom übernimmt
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