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Anordnung zur Temperaturregelung an Elektrodensalzbadöfen Beim Härten
von Schnellstahl in Elektrodensalzbadiö@fen kommt es in ganz besonderem Maße darauf
an, die Temperatur im Härtebad konstant zu halten (auf r o°). Dieser Anforderung
entsprechen die bisher bekannten Temperaturregelanlagen für Salzbadhärteöfen nicht.
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Nach den gemachten Erfahrungen sind sehr viele Fehler, die beim S,chnellstahlhärten
auftreten, auf Temperaturschwankungen zurückzuführen, die durch unvollkommene Regelung
der Salzbadöfen hervorgerufen werden, in. denen die Stahlteile behandelt wurden.
Durch das eigentümliche physikalische Verhalten der Schnellstähle bei der Wärmebehandlung
ist ies jedoch schwierig, die Ursache von auftretenden Fehlern zu erkennen. Es wird
daher vielfach übersehen, da0 diese Fehler auf Temperaturschwankungen der Härtebäder
zurückzuführen sind.
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Bei den meisten Härtec,fen wird die B!adtemperatur mittels eines optischen
Pyrometers selbsttätig gesteuert. E!iese Regelung genügt aus folgendem Grunde nicht:
r. Die Anzeige des optischen Pyrometers wird durch die vom Blad aufsteigenden Dämpfe
und von oft schwer vermeidbaren Verschmutzungen -der Bädoberfläche beeinträchtigt;
die Anzeige wird durch das beim Einbringen von Härtegut unvermeidliche Abdecken
der anvisierten Badoherfläche gestört; 3. es braucht nicht immer das Strahlungsvermögen
der Badoberfläche mit der Höhe derTemperatur in denTeilen des Bades übereinzustimmen,
in
denen das Schnellstahlwerkzeug auf Härtetemperatur erwärmt wird. Bei Temperaturänderungen
kann sich also das Strahlungsvermögen der Oberfläche in einem anderen Verhältnis
ändern als die Temperatur im Innern des Bades.
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Es ist an sich auch bekannt, die selbsttätige Temperaturregelung mittels
eines Tauchpyrometers zu steuern; mit dem die Temperatur sehr genau gemessen werden
kann. Der Regelvorgang wird allerdings hierbei durch die Trägheit des T-auchpyrometers
gestört.
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Dlie Eifindung bezweckt, die Badtemperatur in einem Elektrodensalzbadofen
mit :der für die Wärmebehandlung von Stählen, insbesondere von Schnellstählen, erforderlichen
Genauigkeit gegenüber einer Bezugstemperatur selbsttätig zu regeln. Die Energiezufuhr
zum Bade erfolgt hierbei über einen entsprechend abgestuften Transformator.
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Temperaturen in der Höhe von r2bG, bis 130o°; wie sie insbesondere
für das Schnellstahlharten erforderlich sind, lassen sich bei Salzbädern einwandfrei
nur mit Platin-Platinrhodium-Thermoelementen messen. Diese müssen jedoch mit mehreren
Schutzrohren armiert sein, um wirtschaftlich tragbare Lebenszeiten für die teuren
Elementdrähte zu erreichen. Diese Armierung- hat eine erhebliche Trägheit der Temperaturanzeige
zur Folge, so daß auf diese M@essüng keine selbsttätige Regelung der Bäder aufgebaut
werden kann. _ Die für die Zwecke der selbsttätigen Regelung häufig benutzten '
Nickel-Nickelchrom-Thermoelemente sind gegen Angriffe der Salzbäder wesentlich weniger
empfihdlich, so daß sie nur einfach armiert oder unmittelbar als Rohrelemente verwendet
werden können. Sie folgen daher den Temperaturänderungen im Bade schnell. Sie lassen
sich aus diesem Grunde sehr gut dazu benutzen, eine konstante Temperatur des Bades
einzusteuern. Leider sind sie mit dem Nachteil behaftet, daß: sie nicht mit der
gleichen Meßigenauigkeit wie Platinelemente hergestellt werden können und daß sie
sich während der Benutzung bei den hohen Temperaturen in ihrer Thermokraft ändern
können. Aus diesem Grunde lassen sich Elektrodensalzbadhärteöfennicht so genau mitNickel-Nickelchrom-Therrnoelementen
steuern, wie dies insbesondere beim Härten von Schnellstählen erforderlich ist.
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Gemäß der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Temperaturregelanordnungen
bei Elektrodensalzbad5fen dadurch vermieden, daß zur Regelung der Energiezufuhr
zum Bade ein unedles Thermoelement (Nickel-Nickelchrom-Element od. dgl.) als Temperaturfühler
dient, mit dessen Hilfe ein-Kompensations- oder ähnlicher Regler gesteuert wird;
und daßi zur laufenden Kontrolle der Badtemperatur ein edles Thermoelement (z. B.
.ein Platin-Platinrhod'ium-Element) vorgesehen ist,' dessenAnzeige durch Signaleinrichtungen
kenntlich -gemacht wird. Durch die Verwendung dieser beiden Thermoelemente lassen
sich deren spezifischeFehler aufheben, die eine befriedigende Radregelung unmöglich
machen, wennsieeinzelnverwendetwerden.
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Das unedle Thermoelement ist beim Dauergebrauch nur zum Messen von
Temperaturen bis zu i(ooio° geeignet. Blei höheren Temperaturen tritt, wie bereits
oben erwähnt, eine unberechenbare Änderung der Thermokraft ein. Wenn sich diese
auch erst nach Verlauf von mehreren Stunden bemerkbar macht, so bringt sie doch
eine erhebliche Unsicherheit in die Temperaturmessung.
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Das unedle Thermoelement andererseits ist aber gegen äußere Angriffe
durch die Salzbäder sehr unempfindlich, so daß- es mit einem einzigenSchutzrohr
bewehrt oder auch als Rohrelement direkt in das Blad getaucht werden kann. Es kann
daher auch einer Temperaturänderung schnell folgen, so daß es mit Vbrteil als Temperaturfühler
zur Steuerung eines Kompensations- od. dgl. -Regler, der seinerseits die Energiezufuhr
zum Bade steuert, benutzt werden kann.
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Das edle Thermoelemen:t dagegen mißt die in Frage kommenden Temperaturen
bis über 1300° mit großer Genauigkeit. Es ist jedoch sehr empfindlich, besonders
gegen den Angriff der Salzdämpfe, so- däßr es für den Dauerbetrieb mehrfach armiert
sein muß. Dadurch entsteht eine erhebliche Trägheit der Temperaturanzeige in der
Größe von ii/2 bis z,. Minuten. Da beim Schnellstählhärten mit mittleren Tauchzeiten
von q:0 bis 8,o Sekunden gearbeitet wird und die Wärmekapazität des Bades sehr gering
ist, verhindert dieTrägheit des Elements eine befriedigende Temperaturregelung des
Bades.
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Wenn nun gemäß der Erfindung das Riad durch das unedle Thermoelement
gesteuert wird, nimmt es schnell -eine -konstante Temperatur an, die sich lediglich
durch die erwähnte Abwertung des Elementes im Verlauf von Stunden ändern kann. Einer
solchen Änderung folgt aber das gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehene edle Element
sicher, 'so daß mit ihm die herrschende Pfadtemperatur genau erkannt und gegebenenfalls
eine Korrektur in der Einstellung des von dem unedlen Element gesteuerten Reglers
vorgenommen werden kann. Die Notwendigkeit einer solchen Korrektur kann z. B. durch
von dem edlen Element gesteuerte Signallampen erkennbar gemacht werden.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung sind beispielsweise zwei Schütze
vorgesehen, die die Energiezufuhr zu dem Biad in Abhängigkeit von dem unedlen Thermoelement
steuern. Das erste Schütz, das Starkschütz, muß' dem Bad so viel Strom zuführen,
daß die höchsten Bladtemperaturen (z. B. i,3!2io') erreicht und überschritten werden
können. Über das zweite Schütz, das Schwachschütz, erhält das Bad dagegen nur so
viel Strom, daß der dem Leerlauf des Bades entsprechende Wert nicht ganz erreicht
wird und dieTemperatur langsam abnimmt.
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Die Schütze, deren Steuerstrom von dem durch das: unedle Thermoelement
beeinflußten Kompensationsregler geschaltet wird, müssen gegeneinander -vorblockt
sein.
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Für die Inbetriebnahme des Bades mußc noch eine Handregelung vorgesehen
sein, die mittels eines Sterndreieckschaiters und derAnzapfung amTransformatar.
.:gestattet, .das Bad-:auf eine Temperatur zu bringen, die ungefähr der Härtetemperatur
entspricht.
Die genaue Einregelung erfolgt dann durch den von dem
unedlen Thermoelement gesteuerten Kompensationsregler.
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Der Steuerstrom für die Schütze darf erst freigegeben werden, wenn
der Sterndreieckschalter sich in der Nullage befindet. Dies wird mit einer mit einem
Endschalter verbundenen mechanischen Verriegelung erreicht.
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Eine Erfolg versprechende Durchführung der beschriebenen Regelung
erfordert es, daß, das edle Thermoelement in geeigneter Weise armiert wird. Zweckmäßig
wird der Elementdraht in einem hochhitzebeständigen Keramikrohr untergebracht, das
in ein stählernes Schutzrohr gesteckt wird. Über dieses Schutzrohr wird ein weiteres
stählernes Außenrohr gezogen, das nach 24. ständiger Benutzung ausgewechselt werden
muß:.
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Die Anordnung nach der Erfindung gestattet in Verbindung mit dem in
der Patentschrift 729 78$ beschriebenen Verfahren gegebenenfalls eine noch feinere
selbsttätige Temperaturregelung. Hierfür ist ein Transformator erforderlich, der
mit drei Schützen arbeitet. Das Schwachschütz würde genau so wirken wie in dem eingangs
beschriebenen Bleispiel. Dias Starkschütz dagegen würde nur so viel Energie dem
Bad zuleiten, daß: die Badtemperatur ganz langsam ansteigt, während das dritte Schütz
(das Zusatzschütz) dazu dient, etwa die doppelte Strommenge wie die über das Starkschütz-geleitete
dem Bad zuzuführen..Dadurch wird der beim Einbringen von Härtegut entstehende Wärmeentzug
schnell ausgeglichen.
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Die Betätigung des Zusatzschützes wird zweckmäißig, wie in der Patentschrift
729;,88 beschrieben, mit der Schaltung eines Zeitrelais, z. B. einer Stoppuhr, gekoppelt.
An der Haube des Bades ist ein Schalter befestigt, den der Härter beim Ein-und Ausfahren:
des Härtegutes betätigt, um die die Haltezeit anzeigende Stoppuhr in Tätigkeit zu
setzen bzw. anzuhalten.
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Stark- und Zusatzschütz sind nun so zu schalten, daß, der Steuerstrom
des Starkschützes auf das Zusatzschütz umgeleitet wird, solange der Schalter für
die Stoppuhr in Arbeitsstellung liegt, solange also sich Härtegut im Bad befindet.
Werden aber während dieser Zeit die Solltemperatur und vom Regler aus der Steuerstrom
auf das Schwachschütz umgeschaltet, so muß das Zusatzschütz ausfallen, auch wenn
der Stoppuhrschalter sich noch in Arbeitsstellung befindet.
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Die Figur veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung. An die übliche handbetätigte Schaltanlage, die- aus dem Transformator
2o (es ist lediglich die Primärseite. dargestellt), dem Stufenschalter v2 und dem
Stern dreieckschalter 13 besteht, ist die selbsttätige Temperaturregelungsanordnung
nach der Erfindung beispielsweise angebaut.
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Der Heizstrom wird durch das Nickel-Nickelchrom-Thermoelement 2r mit
Hilfe des Reglers 9 über die Schütze 23 oder 24. gesteuert. Blei der selbsttätigen
Steuerung mu_3 der Hebelumschalter 13 durch den Endschalter z-. in der Nullage verriegelt
werden. Von der Stufe .I des Stufenschalters 12 ist von jeder Phase eine feste Verbindung
zum Schütz 24 hergestellt, so dafi, beim Schalten dieses Schützes die Primärwicklung
des Transformators über die Schaltstellung 4 in Dreieck geschaltet ist. Der Sternpunkt
ist an das Schütz 213 gelegt. Xlit diesem Schütz kann daher jede durch den
.Stufenschalter v2 eingestellte Stufe geschaltet werden.
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Die im Salzbade herrschende Temperatur kann etwa 5 Minuten nach Beginn
der Steuerung durch das Nickel-Nickelchrom-Element an dem vom Platin-Platinrhodium-E1,ement
22 betätigten Regler 8 abgelesen werden. Ist dieser Regler auf Solltemperatur eingestellt
und hat das Bad infolge der Steuerung durch das Nickel-Nickelchrom-Element die .Solltemperatur
erreicht, so brennt die grüne S.ignällampe 2. Ist die Solltemperatur noch nicht
erreicht, leuchtet die weiße Lampe 2ü auf. Beim Überschreiten der Solltemperatur
spricht die rote Warnlampe 2c an.
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Beim Abweichen: von der Solltemperatur muß der Regler 9 so
lange nachgestellt werden, bis die grüne Lampe aufleuchtet und damit die Übereinstimmung
der Temperatur angezeigt wird. Ist einmal die Solltemperatur erreicht, so bleibt
sie bestehen solange die Thermokraft des Nickel-Nickelchrom-Elements nicht durch
Alterung herabgesetzt wird. Erfahrungsgemäß tritt dies im praktischen Betrieb, in
dem Zeitraum, in dem die gleiche Härtetemperatur gehalten werden mußi, nicht auf.
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Durch das Nickel-Nickelchrom-Element wird also über den Regler 9 je
nach dem Zeigerausschlag dem Transformator Strom über Schütz 23 oder 24 zugeführt.
Die Stufe Dreieck (Schalterstellung t). die das Schütz 2.:1. schaltet, ist so gewählt,
daß. die Badtemperatur dabei stets ansteigt, während der Strom, den das Schütz 23
schaltet, durch Einstellung des Stufenschalters 12 in der Stärke zu halten ist,
daß: der Leerlaufbedarf des Endes gerade nicht erreicht wird.
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In dem Ausführungsbeispiel ist die Dreieckschaltung der Primärseite
mittels des Schützes 24 bei der Schalterstellung .I durchgeführt. Selbstverständlich
sind auch andere Ausführungsformen der Dreieckschaltung unter Verwendung anderer
Abgriffe möglich. Bei Verwendung eines zusätzlichen Schützes können auch verschiedene
Dreieckschaltungen der Primärseite unter Benutzung verschiedener Abgriffe durchgeführt
werden.