DE4229803A1 - Kontrolle und Steuerung von Nitrier- bzw. Nitrocarburieratmosphären - Google Patents

Description

Die Nutzung von Sauerstoffsonden zur Steuerung und Regelung von Aufkohlungs- und Carbonitrieratmosphären ist bekannt. Bekannt ist auch die Nutzung von Sauerstoffsonden zur Kontrolle und Steuerung von Nitrieratmosphären. In Öfen, die sowohl zur Aufkohlung und Carbonitrierung als auch zur Nitrierung und Nitrocarburierung verwendet werden, verbleiben die Sauerstoffsonden im allgemeinen fest installiert im Ofen, wenn nitriert bzw. nitrocarburiert wird. Eine Nutzung dieser Sonden zur Kontrolle und Steuerung der Nitrier- und Nitrocarburierprozesse entfiel, da nicht bekannt war, in welcher Weise dies geschehen könnte.

Es ist nunmehr gelungen, einen nicht erwartet einfachen und ein­ deutigen rechnerischen Zusammenhang zwischen einem Sondensignal (in mV) und der Eigenschaft einer Nitrier- bzw. Nitrocarburierat­ mosphäre herzustellen, die das Nitrier- bzw. Nitrocarburierergeb­ nis am stärksten beeinflußt, nämlich der Nitrierkennzahl. Dieser Zusammenhang ist in Abb. 1 für unterschiedliche Begasungssysteme dargestellt. Der ermittelte Zusammenhang ist frei von jeder empi­ rischen Annahme bzw. empirisch bestätigten Vereinfachung. Damit ist erstmalig eine eindeutige Handlungsvorschrift gegeben, die in dieser Form und zudem für unterschiedliche Begasungssysteme bis­ her nicht bekannt und vermutet war. Der Praktiker kann nunmehr die Einhaltung der gewünschten Nitrierkennzahl durch an sich bekannte Veränderung der Begasungsvorgänge sicherstellen, indem er auf die Konstanz des zugehörigen Sondensignals achtet.

Um die bislang für den Aufkohlungs- und Carbonitrierprozeß ver­ wendeten Sauerstoffsonden auch für die Nitrier- und Nitrocarbu­ rierprozesse zu nutzen, muß ein Teilstrom des Abgases (vorzugs­ weise zwischen 5 und 20 l/h) aus dem Reaktionsraum abgeleitet und durch einen kleinen Spaltofen geführt werden, wo der restliche Ammoniakanteil vollständig gespalten wird. Das kann in einer besonders beheizten Kammer innerhalb des Ofenraumes oder vorzugs­ weise in einer zusätzlichen kleinen Spaltenanlage außerhalb des Ofenraumes geschehen. Von dort wird das Gas in das Innere der Sauerstoffsonde geleitet, in dem sich normalerweise Luft als Ver­ gleichsgas befindet.

Weitere Einzelheiten, mit welchen technischen Hilfsmitteln zwi­ schen den Vergleichsgasen Luft - bei Aufkohlungs- und Carboni­ trierprozessen - bzw. aufbereitetes (nach Ammoniakspaltung) Reak­ tionsgas - bei Nitrier- und Nitrocarburierprozessen - hin- und hergeschaltet werden kann, sind nicht Bestandteil dieser Paten­ tanmeldung. Dafür sind dem Fachmann ausreichende Vorschriften bekannt. Das gilt auch für eine Sicherheitsspülung des Sondenin­ neren, damit es bei der Umschaltung der Vergleichsgase nicht zu einer unerwünschten Reaktion zwischen Luft und Wasserstoff-halti­ gem Reaktionsgas kommt.

Natürlich muß auch die nachgeschaltete Meßeinrichtung zur Regi­ strierung der Sondensignale sowohl auf die Erfordernisse bei Auf­ kohlungs- und Carbonitrierprozessen (Größenordnung 1100 mV, nie­ derohmig) als auch auf die Erfordernisse beim Nitrieren und Nitrocarburieren (Größenordnung 30 mV, sehr hochohmig) angepaßt werden. Aber auch hierfür liegen bekannte technische Vorschriften vor.

Diese Anmeldung betrifft aber nicht nur die Erweiterung des Anwendungsbereiches von bereits vorhandenen Sauerstoffsonden auf die Kontrolle und Steuerung von Nitrier- und Nitrocarburierat­ mosphären, die in vielseitig nutzbaren Öfen durchgeführt werden, sondern auch die Installation von Sauerstoffsonden in Ofenanla­ gen, die ausschließlich zum Nitrieren und Nitrocarburieren benutzt werden. Auch in diesen kann selbstverständlich das zuvor geschilderte Meßprinzip genutzt werden.

Bei den bisher bekannten Anwendungsfällen in Nitrieratmosphären werden speziell modifizierte Sauerstoffsonden eingesetzt. In diese Sonden ist die Spalteinrichtung für Ammoniak bereits inte­ griert. Das Reaktionsgas wird dabei ofenseitig in die Sonde ein­ geführt und tritt erst nach Spaltung als Vergleichsgas aus der Sonde wieder aus. Dieses Prinzip hat sicher einige Vorteile, jedoch auch die Nachteile, daß auf vergleichsweise kleinem Raum nicht sichergestellt werden kann, daß der Ammoniak vollständig gespalten wird, und daß ferner die Temperatur, die für die Erzeu­ gung des Sondensignales relevant ist und mit der Temperatur des Nitrier- bzw. Nitrocarburierprozesses übereinstimmen muß, nicht durch die erhöhte Spalttemperatur verfälscht wird. Beides aber sind wesentliche Voraussetzungen für die Gültigkeit des in Abb. 1 dargestellten Zusammenhanges. Auch ist für derartige Sonden keine Handlungsvorschrift bekannt, wenn außer Ammoniak noch weitere Gase zur Erzeugung der Reaktionsatmosphäre benutzt werden.

Claims (4)

1. Kontrolle und Steuerung von Nitrier- bzw. Nitrocarburie­ ratmosphären durch eine Sauerstoffsonde, wobei als Vergleichsgas nicht Luft sondern die Nitrier- bzw. Nitrocarburieratmosphäre selbst nach vollständiger Spaltung des Ammoniaks verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dafür der in Abb. 1 dargestellte Zusammenhang benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsgas außerhalb des Ofenraumes gespalten und von außen in die Sauerstoffsonde eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieselben Sauerstoffsonden verwendet werden, die auch zur Kontrolle und Steuerung von Aufkohlungs- und Carbonitrieratmosp­ hären benutzt werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß in Mehrzwecköfen grundsätzlich Luft und gespaltene Reak­ tionsatmosphäre als Vergleichsgase an die Sauerstoffsonde ange­ schlossen sind, von denen aber über vom Prozeß aus gesteuerte Ventile je nach Prozeßart nur das eine oder andere freigegeben wird.