CS260491B1

CS260491B1 - Wiring for process control for equipment with two or more vacuum / chemical heat treatment vessels, especially for ion nitriding

Info

Publication number: CS260491B1
Application number: CS863497A
Authority: CS
Inventors: Blanka Routnerova; Petr Routner; Oldrich Rybar; Milan Exner; Vladimir Michna; Jan Jakes
Original assignee: Blanka Routnerova; Petr Routner; Oldrich Rybar; Milan Exner; Vladimir Michna; Jan Jakes
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS349786A1

Abstract

Zapojení zařízení pro iontovou nitridaci se dvěma či více vakuovými nádobami, které umožňuje společné využívání transformátoru, usměrňovače, ovládacích a regulačních panelů, vakuového systému, plynového hospodářství a okruhu chladicí vody. Zapojení řeší rozdvojování přívodních potrubí v místech před měřicími a regulačními elementy a možnost střídavě otevírat a uzavírat příslušná potrubí při současném střídavém napojování elektrických signálů z čidel a snímačů na regulační a řídicí panel. Řešení lze použít u všech zařízení na iontovou nitridaci s více vakuovými nádobami.Connection of ion nitriding equipment with two or more vacuum vessels, which allows the joint use of the transformer, rectifier, control and regulation panels, vacuum system, gas management and cooling water circuit. The connection solves the bifurcation of supply pipes in places before the measuring and regulating elements and the possibility of alternately opening and closing the relevant pipes while simultaneously alternately connecting electrical signals from sensors and transducers to the regulation and control panel. The solution can be used for all ion nitriding equipment with multiple vacuum vessels.

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci procesu u zařízení se dvěma či více vakuovými nádobami pro chemicko-tepelné zpracování, zejména pro iontovou nitridaci.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a process control circuitry in apparatus with two or more vacuum vessels for chemical-thermal treatment, in particular for ion nitriding.

V současné době se každé zařízení na iontovou nitridaci skládá z jedné vakuové nádoby, transformátoru, usměrňovače, ovládacího a regulačního panelu, vakuového systému, plynového hospodářství a okruhu chladicí vody.At present, each ion nitriding device consists of one vacuum vessel, transformer, rectifier, control panel, vacuum system, gas management and cooling water circuit.

'Proces iontové nitridace má tři fáze — — náběh na nitridační teplotu, který podle velikosti a čistoty povrchu vsázky trvá 4 až 6 hodin, nitridaci, která podle požadavku na hloubku nitridační vrstvy trvá 4 až 40 hodin a ochlazování, které podle hmotnosti vsázky trvá 16 až 24 hodiny.The ion nitriding process has three phases - a rise to a nitriding temperature which takes 4 to 6 hours depending on the size and purity of the charge surface, a nitriding which takes 4 to 40 hours depending on the depth of the nitriding layer and cooling which takes 16 up to 24 hours.

Při náběhu na teplotu při nitridaci jsou v činnosti všechny prvky, které jsou součástí zařízení na iontovou nitridaci.Upon rising to the nitriding temperature, all elements that are part of the ion nitriding device are operated.

Při ochlazování je téměř celé zařízení na iontovou nitridaci vypnuté. Vsázka je odpojena od transformátoru, usměrňovače i od ovládacího a regulačního panelu a plynového hospodářství. V činnosti zůstává pouze vývěva, regulace vakua je také vypnuta, a okruh chladicí vody a případně i zapisovač, který však zapisuje pouze pokles teploty, protože ostatní zapisované hodnoty jsou nulové. Činnost vývěvy v průběhu chlazení však není nutná. Vývěva je ponechána v chodu v domnění, že by při ev. netěsnosti nádoby odsávala vzduch, vnikající do vakuové nádoby. Toto opatření je však zbytečné, protože v případě netěsné nádoby nebude kvalitní ani předcházející nitridace.During cooling, almost the entire ion nitriding device is turned off. The charge is disconnected from the transformer, rectifier, control panel and gas management. Only the pump remains in operation, the vacuum control is also off, and the cooling water circuit and possibly the recorder, which only records the temperature drop, because the other recorded values are zero. However, operation of the pump during cooling is not necessary. The vacuum pump is left running, believing that it would be evacuated. the leak of the vessel sucked out the air entering the vacuum vessel. However, this measure is unnecessary, as in the case of a leaking container, the previous nitriding will not be of good quality.

Registrace poklesu teploty též není nutná a je používána pouze pro informaci, kdy se vsázka může z vakuové nádoby vyvézt. Dobu potřebnou pro ochlazení vsázky však dokáže obsluha zařízení s dostačující přesností odhadnout.The registration of the temperature drop is also not necessary and is used only to indicate when the charge can be removed from the vacuum vessel. However, the operator can estimate the time needed to cool the charge with sufficient accuracy.

V průběhu ochlazování je tedy nutné pouze ponechat protékat chladicí vodu pláštěm vakuové nádoby. Přenos signálu čidel průtoku vody je v průběhu ochlazování bezpředmětný, protože tato čidla mají v případě, že při nitridaci chladicí voda neprotéká pláštěm vakuové nádoby, odpojovat vsázku od elektrického proudu a při chlazení je vsázka od elektrického proudu jíž odpojena.Thus, during cooling, it is only necessary to allow cooling water to flow through the jacket of the vacuum vessel. The signal transmission of the water flow sensors is irrelevant during cooling, since these sensors have to disconnect the charge from the electric current during the nitriding process, and if the cooling water does not flow through the jacket of the vacuum vessel, the cooling charge is disconnected from the electric current.

Jednoznačně lze tedy konstatovat, že pro ochlazování vsázky postačí, aby byla v činnosti pouze cirkulace chladicí vody. Přesto je v tomto dlouhém čase blokováno veškeré zařízení na iontovou nitridaci. Doba potřebná pro ochlazování by v mnoha případech postačila na provedení další iontové nitridace nebo alespoň na ohřev další vsázky, čímž by se kapacita zařízení na iontovou nitridaci téměř zdvojnásobila.It can therefore be unambiguously stated that it is sufficient for cooling of the charge only that the cooling water circulation be operated. Nevertheless, all the ion nitriding device is blocked in this long time. The cooling time would in many cases be sufficient to carry out further ionic nitriding or at least to heat the next charge, almost doubling the capacity of the ion nitriding device.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení pro regulaci procesu u zařízení se dvěma i více vakuovými nádobami pro chemicko-tepelné zpracování, zejména pro iontovou nitridaci podle vynálezu, které umožňuje nepřetržitě využívání zdroje stejnosměrného proudu, řídících obvodů, vakuového systému, plynového hospodářství a okruhu chladicí vody i nepřetržité využívání veškerého příslušenství.These disadvantages are overcome by the process control circuitry of two or more vacuum vessels for chemical-heat treatment, in particular for ionic nitriding according to the invention, which allows continuous use of the direct current source, control circuits, vacuum system, gas management and cooling water circuit use of all accessories.

Podstata zapojení podle vynálezu je v tom, že potrubí vakuového systému je rozvětveno v místě mezi vakuovou měrkou a vakuovou nádobou a v každé větvi je elektromagnetický ventil. Potrubí plynového hospodářství je rozvětveno mezi směšovací trubkou a vakuovou nádobou a v každé větvi je též elektromagnetický ventil.The principle of the invention is that the vacuum system piping is branched at a point between the vacuum gauge and the vacuum vessel, and there is an electromagnetic valve in each branch. The gas management pipe is branched between the mixing pipe and the vacuum vessel and there is also a solenoid valve in each branch.

V okruhu chladicí vody je potrubí přivádějící chladicí vodu k vakuovým nádobám rozvětveno v místě mezí filtrem a vakuovými nádobami a v každé větvi je elektromagnetický ventil a v každém z potrubí odvádějících chladicí vodu od vakuových nádob k chladicí mikrověži je zabudováno čidlo průtoku vody.In the cooling water circuit, the line supplying the cooling water to the vacuum vessels is branched at the point between the filter and the vacuum vessels, and there is an electromagnetic valve in each branch and a water flow sensor is installed in each of the cooling water lines from the vacuum vessels to the cooling micro tower.

Elektromagnetické ventily vakuového systému, plynového hospodářství a chladicího okruhu jsou elektricky zapojeny na přepínací skříňku společně s katodami, termočlánky, snímači propojení a čidly průtoku vakuových nádob.Vacuum system, gas management and refrigeration circuit solenoid valves are electrically connected to the junction box together with cathodes, thermocouples, interconnect sensors, and vacuum vessel flow sensors.

Odvod chladicí vody lze řešit i tak, že potrubí odvádějící chladicí vodu od vakuových nádob k chladicí mikrověži jsou rozdvojena v místě mezi společným čidlem průtoku a vakuovými nádobami. Ve větvi, odvádějící chladicí vodu k chladicí mikrověži přes společné čidlo průtoku je elektromagnetický ventil v místě před tímto čidlem průtoku, ve druhé větvi, odvádějící chladicí vodu přímo k chladicí mikrověži je též elektromagnetický ventil. Ventily obou větví jsou napojeny na přepínací skříňku. Čidlo průtoku se využívá společně pro všechny vakuové nádoby a proto není elektricky spojeno s přepínací skříňkou, ale je přímo spojeno s regulačním panelem.The cooling water outlet can also be designed so that the pipes leading the cooling water from the vacuum vessels to the cooling micro tower are bifurcated at a location between the common flow sensor and the vacuum vessels. There is a solenoid valve at a point upstream of the flow sensor in the branch that directs the cooling water to the cooling micro tower through the common flow sensor. In the second branch, the cooling water directly to the cooling micro tower is also a solenoid valve. The valves of both branches are connected to the switch box. The flow sensor is used together for all vacuum vessels and is therefore not electrically connected to the switch box but directly connected to the control panel.

Vynález umožňuje 'nepřetržité využívání zařízení na iontovou nitridaci, čímž se kapacita zařízení na iontovou nitridaci téměř zdvojnásobí, neboť v době, kdy v jedné nádobě bude probíhat ochlazování vsázky nebo zakládání vsázky nové, může ve druhé nádobě probíhat iontová nitridace.The invention allows the continuous use of the ion nitriding device, whereby the capacity of the ion nitriding device almost doubles, since ion nitriding may take place in the second vessel while cooling or charging a new batch.

Tím se ušetří cca 90 % pořizovací ceny zařízení na iontovou nitridaci, která činí více než 2 milióny Kčs, přičemž cena vakuové nádoby činí necelých 10 °/o z celkové ceny zařízení.This saves about 90% of the cost of the ion nitriding device, which is more than 2 million Kcs, while the vacuum vessel costs less than 10% of the total cost of the device.

Současně se uspoří náklady na stavební připravenost, protože se využije stávajících rozvodů elektrické energie, plynů i chladicí vody, dále se uspoří náklady na montáž a oživování elektrického zdroje, ovládacích a regulačních panelů, plynového hospodářství a vakuového systému — v dalším popise tyto části nazýváme jen příslušenství. Sníží se tak o 90 °/o náklady na výrobní plochu potřebné pro instalaci dalšího zařízení na iontovou nitridaci, tj. cca 40 m² výrobní plochy. Dále se uspoří — u výrobce — 90 % elektrické energie, materiálu a pracovní síly, potřebné pro výrobu dalšího· zařízení na iontovou 'nitridaci.At the same time, the cost of building readiness will be saved by utilizing existing electricity, gas and cooling water, as well as saving on the installation and commissioning of the power supply, control panels, gas management and vacuum system - these are referred to as accessories. This reduces by 90 ° / the cost of the production area required for the installation of additional ion nitriding equipment, ie approx. 40 m ^{2 of} production area. Furthermore, 90% of the electrical energy, material and manpower required to produce additional ion nitriding devices are saved.

Zapojení podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde znaěí obr. 1 — funkční schéma zapojení pro regulaci procesu v zařízení na iontovou nitridaci se dvěma vakuovými nádobami. Obr. 2 — schematické znázornění dalšího způsobu kontroly průtoku a teploty chladicí vody. Obr. 3 — časový harmonogram procesu iontové nitridace u zařízení se dvěma vakuovými nádobami.The circuit according to the invention is illustrated in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a functional circuit diagram for controlling the process in an ion nitriding device with two vacuum vessels. Giant. 2 is a schematic illustration of another method for controlling the flow and temperature of cooling water. Giant. 3 - Time schedule of the ion nitriding process for two vacuum vessel equipment.

Na obr. 1 je znázorněno zapojení dvou vakuových nádob 1 s horními katodami 18 a jejich termočlánky 15, spodními katodami 19 a jejich termočlánky 16. Kontrola zemnícího propojení vík a válcové části vakuové nádoby 1 je prováděna snímači propojení 17. Přívod elektrického proudu na horní katodu 18 neibo spodní katodu 19 je proveden přes přepínací skříňku 14, propojenou s regulačním panelem 4, napájeným přes tyristorový usměrňovač 3 z transformátoru 2.Fig. 1 shows the connection of two vacuum vessels 1 with the upper cathodes 18 and their thermocouples 15, the lower cathodes 19 and their thermocouples 16. The earth connection of the lids and the cylindrical part of the vacuum vessel 1 is checked by interconnection sensors 17. 18 or the lower cathode 19 is provided via a switch box 14, connected to a control panel 4, fed via a thyristor rectifier 3 from the transformer 2.

Na obr. 1 není podrobně znázorněno vzájemné propojení elektrickými vodiči, protože by tím byl obraz 1 nepřehledný. Vakuový systém 5 je na vakuovou nádobu 1 napojen potrubím, které je na vakuovou měrku 20 rozdvojeno a směrem do vakuové nádoby 1 je uzavíratelné ventilem 21. Pracovní plyny jsou do vakuové nádoby 1 přiváděny z panelu plynu 6 potrubím, které je směšovací trubkou 22 rozdvojeno a směrem do vakuové nádoby 1 je uzavíratelné ventilem 23.The interconnection by electrical conductors is not shown in detail in FIG. 1, as this would make the picture 1 opaque. The vacuum system 5 is connected to the vacuum vessel 1 by a pipe which is bifurcated to the vacuum gauge 20 and closed to the vacuum vessel 1 by a valve 21. Working gases are fed to the vacuum vessel 1 from the gas panel 6 through a pipe which is bifurcated in the direction of the vacuum vessel 1 it can be closed by a valve 23.

Chladicí voda je do· vakuových nádob 1 přiváděna z chladicí mikrověže 7 potrubím, které je za filtrem 24 rozdvojeno· a směrem k vakuovým nádobám je uzavíratelné ventilem 25. Odvod chladicí vody od vakuových nádob 1 je veden přes čidla průtoku 26, která jsou zabudována v každém potrubí odvádějícím chladicí vodu k chladicí mikrověži 7.Cooling water is fed to the vacuum vessels 1 from the cooling micro-tower 7 via a line which is bifurcated behind the filter 24 and can be closed towards the vacuum vessels by a valve 25. The cooling water is drained from the vacuum vessels 1 via flow sensors 26 which are each pipe carrying cooling water to the cooling micro tower 7.

Na obr. 2 je znázorněn jiný způsob odvádění chladicí vody z vakuových nádob 1, kde je každé potrubí, odvádějící chladicí vodu rozdvojeno, v jedné z větví je elektromagnetický ventil 28, přes který je chladicí voda odváděna přímo do· chladicí mikrověže 7, ve druhé větvi je ventil 27, za kterým se tato větev napojuje na společné potrubí, se zabudovaným čidlem průtoku 26, přes které je chladicí voda odváděna do chladicí mikrověže.FIG. 2 shows another way of draining cooling water from vacuum vessels 1, wherein each cooling water outlet pipe is bifurcated, in one branch there is a solenoid valve 28 through which the cooling water is discharged directly to the cooling micro tower 7, in the other The branch is a valve 27, behind which this branch connects to a common pipe, with a built-in flow sensor 26 through which the cooling water is discharged into a cooling micro tower.

Zapojení podle vynálezu, znázorněné na obr. 1 pracuje takto:The circuit according to the invention shown in Fig. 1 operates as follows:

Společného využívání vakuového systému 5 se docílí rozdvojením vakuové cesty za vakuovou měrkou 20 a napojením signálu z ventilů 21, na přepínací skříňku 14.The common use of the vacuum system 5 is achieved by splitting the vacuum path downstream of the vacuum gauge 20 and connecting the signal from the valves 21 to the switch box 14.

Společného využívání plynového hospodářství 6 se docílí rozdvojením plynové cesty za směšovací trubkou 22 a napojením signálu z ventilů 23 na přepínací skříňkuThe shared use of gas management 6 is achieved by splitting the gas path downstream of the mixing tube 22 and connecting the signal from the valves 23 to the switch box.

14.14.

Společného využívání okruhu chladicí vody 7 se docílí rozdvojením přívodního potrubí za filtrem 24 a napojením signálu z čidel průtoku 26 a ventilů 25 na přepínací skříňku 14. K ventilům 21, 25, 23, 27, 28 uvádíme, že se zde jedná o elektromagnetické ventily, které v· dalším textu uvádíme zkráceně jako ventily. Na výkrese jsou označeny značkou pro elektromagnetické ventily.Common use of the cooling water circuit 7 is achieved by splitting the supply line downstream of the filter 24 and connecting the signal from the flow sensors 26 and the valves 25 to the switch box 14. The valves 21, 25, 23, 27, 28 indicate that these are solenoid valves, which in the following are abbreviated as valves. They are marked with a mark for solenoid valves in the drawing.

Společného využívání transformátoru 2, tyristorového usměrňovače 3 a regulačního panelu 4 se docílí napojením horních katod 18, spodních katod 19, termočlánků 15, 16, snímačů propojení anod 17 a čidel průtoku 26 na přepínací skříňku 14.The use of the transformer 2, the thyristor rectifier 3 and the control panel 4 is achieved by connecting the upper cathodes 18, the lower cathodes 19, the thermocouples 15, 16, the anode connection sensors 17 and the flow sensors 26 to the switch box 14.

Pomocí přepínací skříňky 14 bude s regulačním panelem 4 elektricky propojena, v případě nitridace ve vakuové nádobě 1, buď horní katoda 18 s termočlánkem 15, nebo spodní katoda 19 s termočlánkem 16 a dále snímač propojení anod 17 a čidlo průtoku 26. Současně se pomocí této přepínací skříňky 14 přivede proud na ventily 23, 21, 25 a v případě souběžného ochlazování vsázky v obou vakuových nádobách i na oba ventily 25.By means of the switch box 14, either the upper cathode 18 with the thermocouple 15 or the lower cathode 19 with the thermocouple 16 and the anode connection sensor 17 and the flow sensor 26 are electrically connected to the control panel 4 in the case of nitriding in the vacuum vessel 1. The switch boxes 14 supply current to the valves 23, 21, 25 and, in case of simultaneous cooling of the charge in both vacuum vessels, to both valves 25.

Regulační panel 4 podle zadaných požadavků automaticky řídí celý proces iontové nitridace a registruje nejdůležitější parametry procesu napětí, proud, teplotu, čas, vakuum.The control panel 4 automatically controls the entire ion nitriding process and registers the most important parameters of the voltage, current, temperature, time, vacuum process.

Vakuový systém 5 na obr. 1 je znázorněn pouze schematicky. Skládá se z dvoustupňové rotační olejové vývěvy, regulačních a uzavíracích ventilů, filtru tlumiče a z vaPlynové hospodářství 6 je znázorněno také jen schematicky. Skládá se z baterie plynových lahví, ze štěpiče čpavku, z desoxidace a sušení plynů a z regulace průtoku plynů.The vacuum system 5 of FIG. 1 is shown only schematically. It consists of a two-stage rotary oil pump, control and shut-off valves, a silencer filter and the gas management 6 is also shown only schematically. It consists of a gas cylinder battery, an ammonia splitter, deoxidation and drying of gases, and gas flow control.

Okruh chladicí vody je znázorněn také jen schematicky. Tvoří ho nádrž s chladicí vodou, chladicí mikrověž s čerpadly, zásobník vody a přívod vody.The cooling water circuit is also shown only schematically. It consists of a tank with cooling water, cooling micro-tower with pumps, water tank and water supply.

Zapojení podle vynálezu znázorněné na obr. 2 ukazuje jiný způsob kontroly průtoku oteplené chladicí vody, při kterém se společného využívání okruhu chladicí mikrověže 7 a čidla průtoku 26 docílí rozdvojením potrubí pro odvod oteplené chladicí vody a vakuových nádob 1, a to· před čidlem průtoku 26 a napojením ventilů 27 pro přívod oteplené vody k čidlu průtoku 26 a ventilů 28 pro obtok čidla průtoku 26 na přepínací skříňku 14.The circuit according to the invention shown in Fig. 2 shows another method of controlling the flow of warmed cooling water, in which the shared use of the cooling micro-circuit 7 and the flow sensor 26 is achieved by bifurcation of the warming cooling water outlet and vacuum vessels 1 upstream of the flow sensor 26. and connecting the heated water supply valves 27 to the flow sensor 26 and the valves 28 to bypass the flow sensor 26 to the switch box 14.

V případě nitridace ve vakuové nádobě 1 se pomocí přepínací skříňky 14 přivede elektrický proud na ventily 25 a 27 a v případě souběžného ochlazování vsázky ve vakuové nádobě 1 i na obě dvojice ventilů 25 a na ventil 28 vakuové nádoby 1, v níž se pouze ochlazuje vsázka.In the case of nitriding in the vacuum vessel 1, an electric current is applied to the valves 25 and 27 by means of the switch box 14 and in case of simultaneous cooling of the charge in the vacuum vessel 1 to both pairs of valves 25 and to the valve 28 of the vacuum vessel 1 .

280491280491

Vynález lze použít u všech zařízení na iontovou nitridaci bez ohledu na velikost vakuové nádoby, pokud bude povrch vsázky v souladu s elektrickým příkonem zařízení. V případě provádění krátkých procesů iontové nitridace do 10 hodin, je výhodné tento způsob přepínání použít pro iontovou nitridaci pro 3 vakuové nádoby.The invention can be applied to all ion nitriding devices irrespective of the size of the vacuum vessel, as long as the charge surface is in accordance with the electrical input of the device. In the case of performing short ion nitriding processes within 10 hours, it is preferable to use this switching method for ion nitriding for 3 vacuum vessels.

Způsob změny elektrického propojení katod, snímačů, čidel a ventilů může být libovolný, buď pomocí tlačítek, nebo přepínačů, automatický či programově řízený.The method of changing the electrical connection of cathodes, sensors, sensors and valves can be any, either by means of buttons or switches, automatic or program-controlled.

Claims

1. Process control wiring for devices with two or more vacuum vessels for chemical-thermal treatment, in particular for ion nitriding consisting of vacuum vessels in which cathodes are fed from a transformer via a controlled rectifier through a control panel, with thermocouples for temperature monitoring charge and anode connection sensors, characterized in that the vacuum system piping is branched downstream of the vacuum gauge (20) and each of these pipeline branches is separated from the vacuum vessels (1) by valves (21) as well as gas management piping (6) ), which is branched downstream of the mixing tube (22) and separated from the vacuum vessels (1) by valves (23), at the same time the vacuum vessel shells (1) being connected via a cooling circuit pipe to a cooling micro tower (7) and cooling water supply to vacuum vessels (1) are branched downstream of the filter (24) and each of these branches is closed by valves (25) BACKGROUND OF THE INVENTION wherein all valves (21, 23, 25) are connected to a switch box (14), together with cathodes (18, 19), thermocouples (15, 16), and anode junction sensors (17) that are part of vacuum vessels (1).

Wiring according to claim 1, characterized in that a flow sensor (26) is integrated in each cooling water outlet from the vacuum vessels (1) and is electrically connected to the switch box (14).

Connection according to claim 1, characterized in that the cooling water outlet from each of the vacuum vessels (1) is bifurcated and the ducts leading the cooling water to the cooling mist (7) via the flow sensor (26) is closed by valves (27) upstream. by means of this flow sensor (26) and the conduit leading the cooling water directly into the cooling micro tower (7), the valves (28) are closed, the flow sensors (26) and the valves (27, 28) being electrically connected to the switch box (14).