PL235229B1 - Przyłącze termoparowe do pieca próżniowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyłącze termoparowe do pieca próżniowego, znajdujące zastosowanie zwłaszcza w piecu hartowniczym dwukomorowym do obróbki cieplnej wyrobów ze stali i jej stopów, w temperaturach o zakresie roboczym od -190°C do 1800°C. Powszechnie znane są złącza termoparowe niskotemperaturowe, pracujące w temperaturach do 600°C, bez możliwości automatycznego ich załączania i rozłączania w warunkach pieców próżniowych.

Z niemieckiego opisu patentowego DE3741436A1 znane jest rozwiązanie pieca do obróbki cieplnej, w którym temperaturę w trakcie procesu mierzy się termoparami umieszczonymi na obrabianym przedmiocie. Termopary przyłączone są przewodami metalowymi ze stałymi stykami, zlokalizowanymi we wnętrzu komory roboczej pieca, a te z kolei współpracują z ruchomymi stykami przyłączonymi do układu pomiarowego, zlokalizowanego na zewnątrz pieca. Styki ruchome po zwarciu ze stykami stałymi zamykają obwody termopar, umożliwiając dokonanie pomiarów temperatury we wnętrzu komory roboczej pieca. Rozdzielenie układu pomiarowego temperatury na część połączoną z termoparami i część związaną z miernikami pozwala na łatwe wprowadzanie do i wyjmowanie obrobionych przedmiotów z komory roboczej pieca, oraz pomiar temperatury w komorze roboczej w trakcie trwania procesu obróbki cieplnej. Przedstawione rozwiązanie przeznaczone jest do obróbki cieplnej stosunkowo niedużych elementów, dla których należy zachować reżim temperaturowy w różnych miejscach obrabianego przedmiotu, a więc zasadniczym jest wykorzystanie wielu termopar na przykład przy obróbce płytek półprzewodnikowych. Temperatura we wnętrzu komory roboczej mierzona jest okresowo poprzez zwieranie styków ruchomych ze stykami stałymi termopar.

Przy obróbce cieplnej elementów o większych gabarytach stosuje się hartownicze piece próżniowe zwłaszcza dwukomorowe, znane przykładowo z polskiego opisu patentowego PL225317B1, które realizują zarówno proces nagrzewania jak i schładzania przedmiotu obrabianego. Dla ciągłego monitorowania temperatury obrabianego wsadu, w poszczególnych fazach obróbki, na wózku transportowym wsadu zabudowane jest złącze termoelementów wsadowych z przewodami kompensacyjnymi, wyprowadzonymi na zewnątrz obudowy pieca i zamocowanymi przesuwnie w konstrukcji pieca. Wózek transportowy wsadu wyposażony jest w najazdowe złącza z termoelementami dla ustalonej pozycji wózka w komorze roboczej pieca, w trakcie nagrzewania i/lub chłodzenia obrabianego przedmiotu. Umieszczone na wsadzie termoelementy połączone są, poprzez cięgna zawieszenia, elementami stykowymi na wózku i dalej, za pośrednictwem przewodów kompensacyjnych z kompensacją ich długości dla dwóch pozycji wózka, i ułożeniem tychże przewodów na gąsienicach prowadzących, połączone są z bazą podłączeniową w części hartowniczej. Podłączenie termoelementów do złącza przewodów kompensacyjnych realizowane jest każdorazowo przez obsługę pieca w trakcie przygotowywania wsadu do umieszczenia w komorze roboczej, a także każdorazowo rozłączane w trakcie cyklu wyładunku wsadu z pieca. Niedogodnością takiego rozwiązania jest to, że dla uruchomienia pomiarów temperatury w piecu za pomocą termoelementów niezbędna jest interwencja obsługi, co zwiększa pracochłonność obróbki i stanowi zagrożenie wypadkowe dla obsługi pieca.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji przyłącza termoparowego do pieca próżniowego, które umożliwi samoczynne łączenie styków termopar mierzących temperaturę obrabianego wsadu, bez konieczności kompensowania wydłużeń i skurczów cieplnych styków, które to łączenie uzależnione jest od zajęcia przez wsad określonej pozycji w komorze roboczej pieca.

Istota wynalazku polega na tym, że każdy ze styków stałych i każdy ze styków ruchomych ma postać podłużnego rdzenia ceramicznego, na który nawinięty jest ściśle drut termoparowy, przy czym odpowiadające sobie styki stałe i styki ruchome usytuowane są względem siebie poprzecznie i zachodzą nad siebie w pionie, zaś styki ruchome są ruchome w kierunku pionowym.

W korzystnym wykonaniu każdy rdzeń ceramiczny styków stałych i styków ruchomych ma postać walcowego pręta, zaś osie rdzeni ceramicznych styków stałych usytuowane są obok siebie we wspólnej płaszczyźnie poziomej, przechodzącej przez te osie, a osie rdzeni ceramicznych styków ruchomych usytuowane są również obok siebie we wspólnej płaszczyźnie poziomej, przechodzącej przez te osie, przy czym odległości między stykami stałymi a stykami ruchomymi są równe odległości obniżenia stołu do posadowienia elementu nośnego wsadu.

Korzystnie jest również, gdy osie rdzeni ceramicznych styków stałych położone są niżej niż osie odpowiadających im rdzeni ceramicznych styków ruchomych.

Także korzystnym jest, gdy styki stałe zabudowane są na wspornikach podpartych od dołu sprężynami rozprężnymi.

PL 235 229 B1

Dzięki takiemu temu ułożeniu osi rdzeni styków stałych i osi rdzeni styków ruchomych możliwe jest wykorzystanie wiele termopar rozmieszczonych na wsadzie, przy czym styki ruchome są łączone ze stykami stałymi w jednym momencie, po obniżeniu elementu nośnego do powierzchni stołu. Podstawową korzyścią przyłącza termoparowego według wynalazku jest pewność zwierania i rozłączania styków ruchomych i styków stałych w sposób samoczynny, będący skutkiem ruchu najazdowego elementu nośnego wsadu w komorze grzejnej. Ponieważ styki stałe i poprzeczne do nich styki ruchome mają pewne określone długości, zwieranie względnie rozwieranie ich nie wymaga wysokiej precyzji ustawiania elementu nośnego wsadu. Ma to również skutek pozytywny przejawiający się zmianą położenia punktu zwarcia styków, co wpływa na ich żywotność. Poziome rozmieszczenie par styków umożliwia dokonywanie pomiarów większą ilością termopar z jednoczesnym wykonywaniem wielu pomiarów. Takie rozwiązanie przyłącza, ze względu na swoją odporność mechaniczną, umożliwia dokonywanie p omiarów temperatur we wnętrzu komory grzejnej, a także we wnętrzu komory hartowniczej w zakresie temperatur od -190°C do 1800°C. Pomiary temperatury mogą być przy tym dokonywane, w miarę potrzeb, tylko w komorze grzejnej albo w wybranych miejscach pieca poza komorą grzejną, co wymaga jedynie usytuowania w tychże miejscach styków stałych i przyłączenia ich do urządzenia pomiarowego. Dodatkowo, przyłącze według wynalazku jest bardzo bezpieczne dla obsługi pieca.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie na fig. 1 pokazano schematyczny widok pieca dwukomorowego z różnymi położeniami elementu nośnego obrabianego wsadu i przyłączem termoparowym usytuowanym w komorze grzewczej pieca, na fig. 2 - widok czołowy na zwarte styki ruchome przyłącza termoparowego, na fig. 3 - fragment wyposażenia komory grzejnej i elementu nośnego wsadu z dwiema parami styków w widoku przestrzennym, a na fig. 4 - fragment komory grzejnej i elementu nośnego wsadu ze zwartymi ze sobą stykami stałymi i ruchomymi w widoku przestrzennym.

Piec próżniowy dwukomorowy 1 (fig. 1) ma we wspólnej obudowie 2 komorę grzejną 3 i komorę hartowniczą 4. We wnętrzu komory grzejnej 3 znajduje się strefa próżniowa 3a, podzielona na strefę gorącą 3b i strefę zimną 3c. Z kolei komora hartownicza 4 ma strefę zimną 4a, która wypełniona jest chłodziwem olejowym 4b. Do strefy gorącej 3b doprowadzone jest torowisko 5, które służy do przemieszczania elementu nośnego 6 z obrabianym wsadem 7 między komorą grzejną 3 a komorą hartowniczą 4. Na wsadzie 7, przed rozpoczęciem obróbki cieplnej, mocowane są termopary 8, zaznaczone na schemacie jako jedna termopara 8, służące dokładnemu określaniu temperatury obróbki cieplnej w strefie gorącej 3b komory grzejnej 3. Termopary 8 mają elektrody połączone przewodami 9a, 9b z odpowiadającą im parą styków ruchomych 10a, 10b zamocowanych na konstrukcji elementu nośnego 6, przykładowo w postaci ramy. Zatem styki ruchome 10a, 10b przemieszczają się wraz z elementem nośnym 6 wsadu 7, a ich połączenie z termoparami 8 realizowane jest przed wprowadzeniem wsadu 7 do strefy próżniowej 3a, a następnie do strefy gorącej 3b komory grzejnej 3. Element nośny 6 wraz z wsadem 7 wprowadzany jest po torowisku 5 i po osiągnięciu pozycji roboczej w komorze grzejnej 3 opuszczany jest na stół 11, w związku z czym styki ruchome 10a, 10b obniżają swe położenie, wspierając się grawitacyjnie na stykach stałych 12a, 12b zabudowanych we wnętrzu strefy gorącej 3a komory grzejnej 3 na wspornikach 13, które mogą być podparte sprężynami rozprężnymi 14. Styki stałe 12a, 12b połączone są przewodami 15a, 15b poprzez wtyczkę 16 z przedłużką termoparową 17 zlokalizowaną w strefie próżniowej 3a komory grzejnej 3, a dalej przewodami 18 wyprowadzonymi z obudowy 2 połączone są z układem pomiarowym 19. Po nagrzaniu wsadu 7 do temperatury przewidzianej procesem technologicznym następuje wyprowadzenie elementu nośnego 6 z wsadem 7 z komory grzejnej 3, a w trakcie ruchu wyprowadzającego następuje rozłączenie styków stałych 12a, 12b i styków ruchomyc h 10a, 10b w momencie uniesienia w górę elementu nośnego 6 w początkowej fazie wycofywania. Po wycofaniu z komory grzejnej 3 element nośny 6 wraz z wsadem 7 wprowadzany jest do komory hartowniczej 4 napełnionej w strefie zimnej 4a chłodziwem olejowym 4b. Przez cały cykl technologiczny wraz z wsadem 7 porusza się jego element nośny 6 ze stykami ruchomymi 10a, 10b, a więc istnieje możliwość zainstalowania również w komorze hartowania 4 styków stałych 12a, 12b dla przyłączenia termopar 8 i dokładnego określenia temperatury chwilowej wsadu 7. W konkretnym wykonaniu przyłącza termoparowego (fig. 2), każdy ze styków stałych 12a, 12b i styków ruchomych 10a, 10b ma postać podłużnego rdzenia ceramicznego 20, na który nawinięty jest ściśle drut termoparowy 15a’, 15b’, przy czym każdy rdzeń 20 osadzony jest w odpowiadającym mu U-kształtnym uchwycie 21. Osie wzdłużne O1, O2 rdzeni ceramicznych 20 w każdej odpowiadającej sobie parze styków ruchomych 10a, 10b i styków stałych 12a, 12b są względem siebie usytuowane prostopadle z tym, że styki ruchome 10a, 10b położone są powyżej styków stałych 12a, 12b, dzięki czemu obniżenie elementu nośnego 6 przy osadzaniu

PL 235 229 B1 elementu nośnego 6 na stole 11 powoduje oparcie się styku ruchomego 10a, 10b na odpowiadającym mu styku stałym 12a, 12b, co zamyka obwód elektryczny przypisanej im termopary 8. Wartość x obniżenia, wynikająca z różnicy poziomu torowiska 5 oraz stołu 11, jest tożsama z pionową odległością pomiędzy stykami ruchomymi 10a,10b a odpowiadającymi im stykami stałymi 12a, 12b.

Claims (4)

1. Przyłącze termoparowe do pieca próżniowego, na które składa się co najmniej jedna para styków stałych zainstalowanych we wnętrzu komory roboczej pieca, połączonych przewodami z układem pomiarowym usytuowanym na zewnątrz pieca, oraz przynajmniej jedna para odpowiadających im styków ruchomych zabudowanych na elemencie nośnym wsadu, połączonych przewodami z odpowiadającą im termoparą osadzoną na wsadzie, przy czym styki stałe zetknięte są ze stykami ruchomymi w określonej pozycji elementu nośnego wsadu, we wnętrzu komory roboczej pieca w pozycji najazdowej, znamienne tym, że każdy ze styków stałych (12a, 12b) i każdy ze styków ruchomych (10a, 10b) ma postać podłużnego rdzenia ceramicznego (20), na który nawinięty jest ściśle drut termoparowy (15a’, 15b’), przy czym odpowiadające sobie styki stałe (12a, 12b) i styki ruchome (10a, 10b) usytuowane są względem siebie poprzecznie i zachodzą nad siebie w pionie, zaś styki (10a, 10b) są ruchome w kierunku pionowym.

2. Przyłącze według zastrz. 1, znamiennie tym, że każdy rdzeń ceramiczny (20) styków stałych (12a, 12b) i styków ruchomych (10a, 10b) ma postać walcowego pręta, zaś osie (Oi) rdzeni ceramicznych (20) styków stałych (12a, 12b) usytuowane są obok siebie we wspólnej płaszczyźnie poziomej, przechodzącej przez osie (Oi), a osie (O2) rdzeni ceramicznych (20) styków ruchomych (10a, 10b) usytuowane są również obok siebie we wspólnej płaszczyźnie poziomej, przechodzącej przez osie (O2), przy czym odległości między stykami stałymi (12a, 12b) a stykami ruchomymi (10a, 10b) są równe odległości (x) obniżenia stołu (11) do posadowienia elementu nośnego (6) wsadu (7).

3. Przyłącze według zastrz. 2, znamienne tym, że osie (O1) rdzeni ceramicznych (20) styków stałych (12a, 12b) położone są niżej niż osie (O2) odpowiadających im rdzeni ceramicznych (20) styków ruchomych (10a, 10b).

4. Przyłącze według zastrz. 3, znamienne tym, że styki stałe (12a, 12b) zabudowane są we wspornikach (13) podpartych od dołu sprężynami rozprężnymi (4).