DE4220183C2

DE4220183C2 - Verfahren zur Regelung eines Durchlauf-Einsatzhärteofens

Info

Publication number: DE4220183C2
Application number: DE4220183A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Uno; Makoto Sumitomo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2012-06-20
Also published as: US5231645A; JPH05230527A; JP3038992B2; DE4220183A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Durchlauf-Einsatzhärteofens und insbe sondere auf ein Verfahren zur Regelung des Durchlauf-Ein satzhärteofens, wenn einer Einsatzhärtung zu unterwerfende Bauteile gegen Bauteile einer anderen Art, welche eine un terschiedliche Einsatzhärtungsbedingung erfordern, ausge tauscht oder ausgewechselt werden.

Üblicherweise wird an Bauteilen oder Konstruktionselementen ein Oberflächenhärtungsprozeß, der als Einsatzhärtungspro zeß bezeichnet wird, ausgeführt, so daß eine Außen- oder Einsatzschicht gehärtet wird, der Kern jedoch zäh bleibt. Dieser Prozeß erzeugt eine Antistoß- oder Antischockeigenschaft insofern, als daß die innere Zähigkeit die Sprödigkeit der gehärteten Oberfläche ausgleicht und deren Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Abrieb verstärkt.

Aus der DE 36 40 325 C1 ist ein Einsatzhärteofen bekannt, der einen Kohlungsofen mit einem Drehteller zur Aufnahme von Chargen zu behandelnder Werkstücke aufweist. Die von einem Anwärmofen angelieferten Werkstückchargen werden bei konstanten Bedingungen Aufkohlungsofen behandelt, und nach Verstreichen der erforderlichen Verweilzeit mittels des Drehtellers zu einem mehrere getrennte Kammern aufweisenden Diffusionsofen geführt. Dort wird die einzelne Charge bei gezielt eingestellten Bedingungen fertig behandelt. Bei dem beschriebenen Ofen werden die Werkstücke chargenweise behandelt, so daß die mindestens zu wechselnde Anzahl der Werkstücke jeweils der Anzahl der Werkstücke entsprechen muß, um die Kapazität des Ofens voll auszuschöpfen.

Ferner zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Durchlauf-Einsatzhärtestoßofens herkömm licher Art, um den Einsatzhärtungsprozeß unter Verwendung eines für ein Aufkohlen oder Einsatzhärten geeigneten Gases durchzuführen. Der Durchlauf-Einsatzhärteofen wird normaler weise durch Trennbogen W in Zonen unterteilt, um eine Tempe raturen und Ofenatmosphären voneinander zu trennen. Der Ofen umfaßt eine Temperatur-Anstiegszone oder Aufheizzone, eine Einsatz härtungs- oder Aufkohlungszone, eine Diffusionszone und eine Abschreckhärtungszone. Das aufkohlend zu behandelnde Bauteil wird auf eine Schale TR durch eine Einspannvorrich tung usw. aufgebracht und anschließend in den Ofen von einem Einlaß her mittels des Schubelements P1 eingeführt. Beispielsweise sind bei dem in Fig. 1 gezeigten Ofen 13 Schalen von der Temperatur-Anstiegszone zur Diffusionszone des Ofens vorgesehen und werden von dem Schubelement P1 einem Vorschub ausgesetzt, um sich jedesmal über eine vorbestimmte Strecke im Ofen zu bewegen, wenn die vorgegebene Zeit verstreicht, und um an den 13 Aufkohlpositionen wäh rend der vorangehenden vorbestimmten Zeitspanne stillzuste hen, wodurch die Einsatzhärtung bewerkstelligt wird. Die aus der Diffusionszone ausgeschobenen Schalen TR werden durch das Schubelement P2 in die Abschreckhärtungszone eingeführt und durch das Schubelement P3 in der Abschreck härtungszone weiterbewegt, um einen Austritt zu erreichen.

In dem Einsatzhärteofen mit dem oben beschriebenen Aufbau wird eine An- und Aus-Schaltregelung der Heizvorrichtung H durch eine Beheizungssteuerung oder eine Regulierung der Butangaszuführung zum Gas im Ofen von einem Gaseinlaß G mittels einer atmosphärischen Gasregelung durchgeführt, so daß die vom Fühler S ermittelte Temperatur und das von diesem ermittelte Kohlenstoffpotential erhalten wer den, die die in Fig. 2 und 3 gezeigten Kennlinien erfül len, wodurch das Kohlenstoffpotential (eine einsatzgehärtete Tiefe) des aufzukohlenden Bauteils gere gelt wird. Beispielsweise ist für Nockenwellen und Kolbenbolzen die einsatzgehärtete Tiefe 1,5 mm oder darüber, für Ringräder, Lagerrollen sowie Getrieberäder liegt diese in der Größenordnung von 1,0 bis 1,5 mm und für Stößelstangen und Verbindungsbolzen ist sie ferner 0,5 mm oder darunter.

Bei der Regelung des herkömmlichen Durchlauf-Einsatzhär teofens werden die Arbeitsbedingungen der jeweiligen Zonen so ge regelt, daß die Temperatur und das Aufkohlungspoten tial einen konstanten Wert annehmen und werden nicht auf der Grundlage der von jeder Schale empfangenen Information bezüglich des Temperatur- oder atmosphärischen Zustandes geregelt, so daß Änderungen der Betriebsbedingungen Zustandsschwankungen in den Einsatzhärtungstiefen hervorrufen.

Um Schwankungen in den Einsatzhärtungstiefen der auf jeder Schale angeordneten Bauteile zu verhindern, wird bei dem herkömmlichen Verfahren bestimmt, ob die Einsatzhärtungs tiefe auf jeder Schale ausreichend ist oder nicht, indem Prüfbauteile verwendet werden. Die Einsatzhärtungstie fe eines zu bestimmenden Objekts, das auf jeder Schale ange ordnet ist, wird durch Messen der Einsatzhärtungstiefen der Prüfbauteile bestimmt, die sich auf den Schalen befinden und unter denselben Bedingungen aufgekohlt werden. Dieses herkömmliche Verfahren erfordert zusätzli che Prüfbauteile und eine Menge an Zeit, um den Aufkohlungs grad der Prüfbauteile zu messen; dieses Verfahren hat oft fehlerhafte Produkte zum Ergebnis.

Zusammfassend läßt sich der herkömmliche Durchlauf-Einsatzhärteofen wie folgt darstellen: Bei diesem Ofen passiert ein getaktet durch den Ofen bewegtes Werkstück nacheinander eine Aufwärm-, eine Aufkohlungs- und eine Diffusionszone. Die verschiedenen Ofenzonen weisen jeweils mehrere Bearbeitungspositionen, d. h. Halteplätze der getaktet bewegten Werkstücke auf. Bevor dieser Ofen mit Werkstücken mit anderen Härtungsbedingungen beschickt werden kann, muß der Durchlauf der noch im Ofen befindlichen, unter anderen Bedingungen zu härtenden Werkstücke abgewartet werden, so daß durch diese Wartezeiten Produktionsausfallzeiten entstehen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die Produktivität eines herkömmlichen Durchlauf-Härteöfen zu verbessern, so daß der Ofen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstücke in dichter zeitlicher Folge beschickt werden kann.

Die Aufgabe wird mit einem Regelverfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß können Werkstücke mit gegenüber den zuvor in den Ofen aufgegebenen Werkstücken veränderten Härtungsbedingungen mit einem kurzen zeitlichen Abstand dem Ofen zugeführt werden, wobei eine erfindungsgemäße Regelung mindestens dann die Bezugsdaten, d. h. die Härtungsbedingungen, der jeweiligen Werkstücke einliest, und die an jeder Halte- oder Bearbeitungsposition einer Vielzahl von Bearbeitungspositionen in jeder Ofenzone separat verstellbaren Parameter wie beispielsweise das Kohlenstoffpotential und die Temperatur einstellt. Die Einstellung der Parameter an jeder Bearbeitungsposition erfolgt derart, daß das Werkstück beim Durchlaufen mehrerer aufeinanderfolgender Bearbeitungspositionen eine Teilbehandlung erhält, die über den Ofenweg, bzw. die Zahl der Bearbeitungspositionen aufintegriert, eine aus mehreren Teilbehandlungen bestehende Gesamtbehandlung erfährt, die den Härtungsbedingungen für dieses Werkstück entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Durchlauf-Einsatzhärteofens;

Fig. 2 einen Temperaturübergang in jeder Zone des herkömm lichen Durchlauf-Einsatzhärteofens;

Fig. 3 eine Änderung eines Kohlenstoffpotentials in jeder Zone des herkömmlichen Durchlauf-Einsatzhärteofens;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Durchlauf-Ein satzhärteofens, bei dem ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Regelung dieses Ofens durchgeführt wird;

Fig. 5 eine Einsatzhärtungstiefe und einen Kohlenstoff- Integrationswert mit Bezug auf jeweils eine Schalen position;

Fig. 6 einen Übergang eines aufzukohlenden Bauteils inner halb des Einsatzhärteofens, wenn eine Einsatzhär tungsbedingung einer Änderung unterliegt;

Fig. 7 einen Flußplan einer Zykluszeit-Regelung;

Fig. 8A und 8B Flußpläne zur Regelung einer Beheizungs temperatur und eines Kohlenstoffpotentials in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 9 einen Flußplan zur Regelung einer Beheizungs temperatur und eines Kohlenstoffpotentials der ersten Ausführungsform jeweils an der Position 5 in der Fig. 8;

Fig. 10 einen Flußplan zur Regelung einer Beheizungstem peratur und eines Kohlenstoffpotentials der ersten Ausführungsform jeweils an der Position 6 in der Fig. 8;

Fig. 11 einen Flußplan zur Regelung einer Beheizungstem peratur und eines Kohlenstoffpotentials der ersten Ausführungsform jeweils an den Positionen 7 bis 12 in der Fig. 8;

Fig. 12 einen Flußplan zur Regelung einer Beheizungstem peratur und eines Kohlenstoffpotentials der ersten Ausführungsform jeweils an der Position 13 in der Fig. 8;

Fig. 13 einen Flußplan zur Regelung des Kohlenstoffpoten tials bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 14 ein Kennliniendiagramm zur Darstellung einer Koh lenstoffquantität mit Bezug zu einer Tiefe von der Oberfläche eines Einsatzhärtungsbauteils;

Fig. 15A und 15B Flußpläne zur Regelung einer Beheizungs temperatur und eines Kohlenstoffpotentials einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 16 einen Flußplan zur Regelung der Beheizungstempera tur und des Kohlenstoffpotentials der zweiten Ausführungsform jeweils an der Position 5 in der Fig. 8;

Fig. 17A und 17B Flußpläne zur Regelung der Beheizungstem peratur und des Kohlenstoffpotentials der zweiten Ausführungsform jeweils an der Position 6 in der Fig. 8;

Fig. 18A und 18B Flußpläne zur Regelung der Beheizungstem peratur und des Kohlenstoffpotentials der zweiten Ausführungsform jeweils an den Positionen 7 bis 12 in der Fig. 8;

Fig. 19 einen Flußplan zur Regelung der Beheizungstem peratur und des Kohlenstoffpotentials jeweils an der Position 13 in der Fig. 8;

Fig. 20 einen Flußplan zur Regelung des Kohlenstoffpoten tials bei der zweiten Ausführungsform;

Fig. 21 ein Kennliniendiagramm zur Darstellung einer Randschicht- oder Oberflächen-Kohlenstoffvertei lung des aufzukohlenden Bauteils in jeder Zone gemäß einem Verfahren zur Regelung des Einsatz härteofens nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 22 ein Beispiel für eine einsatzgehärtete Tiefe (Strecke) des aufzukohlenden Bauteils in jeder Zone gemäß einem Verfahren zur Regelung des Einsatzhärteofens nach der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Durchlauf- Einsatzhärteofens zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Regelung eines solchen Ofens, wobei in der Beschreibung verwendete gleiche Bezugszeichen der Zeich nungen gleichartige Bestandteile oder Elemente wie bei dem herkömmlichen Einsatzhärteofen der Fig. 1 bezeichnen.

Bei dem Durchlauf-Einsatzhärteofen der Fig. 4 sind eine Temperatur-Anstiegszone, eine Einsatzhärtungszone und eine Diffusionszone jeweils durch einen Trennbogen W voneinander getrennt, um zu verhindern, daß Atmosphärengas zwischen den einzelnen Zonen ausgetauscht wird. Die Strömung des Atmosphärengases in jede Zone erfolgt durch einen Gaseinlaß, wobei das Atmosphärengaspotential in jeder Zone durch eine Atmosphä rengas-Regelvorrichtung G1-G3 eingestellt wird. Eine Heizvorrichtung H wird individuell durch Beheizungsregelvor richtungen HC1-HC13 geregelt, die an jeder Halteposition der Schalen TR, die einem Einsatzhärtungsvorgang zu unterwer fende Bauteile tragen, angeordnet sind.

Die Atmosphärengas-Regelvorrichtungen G1-G3 und die Be heizungsregelvorrichtungen HC1-HC13 werden von einem Steuergerät CONT geregelt, welchem eine Temperaturinforma tion sowie eine Kohlenstoffpotentialinformation von Fühlern S1-S13 eingegeben wird, die an jeder Halteposition der Schalen TR vorge sehen sind. Auf der Grundlage der Tempera tur- sowie der Kohlenstoffpotentialinformation bestimmt das Steuergerät CONT eine Temperatur einer jeden Heizvor richtung und ein Atmosphärengaspotential einer jeden Zone, um eine optimale Einsatzhärtungsbedingung oder einen optima len Einsatzhärtungszustand für das jeweils einer Einsatzhär tung unterliegende Bauteil zu erzeugen; es gibt die Regelinformation an die Atmosphärengas- sowie die Behei zungsregelvorrichtungen G1-G3 bzw. HC1-HC13 ab.

Die Fig. 4 zeigt Schubelemente P1, P2 und P3, wobei jede Schale TR nacheinander in den Ofen durch einen Einlaß hin durch mittels des Schubelements P1 eingeführt wird. Bei dem als Beispiel angegebenen Ofen sind 13 einzelne Schalen TR von der Temperatur-Anstiegszone zur Diffusionszone in nerhalb des Ofens vorgesehen. Die Schalen TR werden durch das Schubelement P1 jedesmal vorgeschoben, wenn die vorbestimmte Zeitspanne verstreicht, um dementsprechend jedesmal eine vorbestimmte Strecke innerhalb des Ofens bewegt zu werden. Auf diese Weise halten die Schalen TR an jeder der 13 Einsatzhärtungspositionen jeweils eine vor bestimmte Zeitspanne an, so daß die Einsatz härtung dementsprechend durchgeführt wird. Die aus der Diffusionszone ausgestoßenen Schalen TR werden durch das Schubelement P2 in die Abschreckhärtungszone eingeführt, von der sie durch das Schubelement P3 weiterbewegt werden, um, wie im Fall des herkömmlichen Ofens, einen Auslaß zu erreichen.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Rege lung des Einsatzhärtungsofens mit dem vorstehend beschrie benen Aufbau erläutert. Zuerst wird ein Verfahren einer historischen, d. h. integrierenden Regelung gemäß der Erfindung erläutert, wobei das zu bearbeitende Bauteil geändert wird und demzufolge der Zustand in jeder Zone im Fall eines Durchlauf-Einsatz härtungsofens verändert werden muß, welcher den Ein satzhärtungsprozeß fortlaufend wie bei dem herkömmlichen Ofen durchführt. Anschließend wird ein weiteres Verfahren einer historischen, d. h. integrierenden Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung erläu tert, wobei eine Einsatzhärtung immer unter Berücksichti gung des Zustands des einsatzgehärteten Bauteils ohne Rücksicht auf die Arten der einsatzgehärteten Bauteile durchgeführt wird.

Der erste Fall, in dem die historische Regelung nur dann durchge führt wird, wenn das aufzukohlende Bauteil geändert wird.

Bei dieser Regelung wird eine kontinuierliche Betriebsweise durchgeführt, um das Einfügen einer leeren Schale soweit wie möglich zu verhindern, wenn der Einsatzhärtungszustand verändert wird. Die Regelung wird unter Bezugnahme auf je de mit einer Änderung einer Einsatzhärtungstiefe und eines Kohlenstoff-Integrationswerts verbundene Schalenposition (s. Fig. 5), auf einen Durchlauf der Schale, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, und auf die Flußpläne, die in Fig. 7-13 gezeigt sind, be schrieben.

In den Fig. 5 und 6 bezeichnen Symbole B jeweils 21-min- Zyklusbauteile, die mit jeweils einem 21-min-Intervall be wegt werden, und Symbole A bezeichnen 33-min-Zyklusbauteile, die jeweils mit einem 33-min-Intervall bewegt werden. Wenn die 21-min-Zyklusbauteile mit dem jeweiligen Soll-lntervall bewegt werden, um die Einsatzhärtung durchzufüh ren, sind die Einsatzhärtungstiefe und der Kohlenstoff- Integrationswert diejenigen, die in Fig. 5 durch ausgezoge ne Linien dargestellt sind. Werden die 33-min-Zyklusbauteile mit dem jeweiligen Soll-Intervall fortbewegt, um die Einsatzhärtung durchzuführen, so sind die Einsatzhär tungstiefe und der Kohlenstoff-Integrationswert diejeni gen, die durch strich-punktierte Linien in Fig. 5 ange geben sind. Es ist das Verfahren der vorliegenden Erfin dung, daß dann, wenn die Einsatzhärtung im Verlauf des 21-min-Zyklusbetriebs durch Einführen des 33-min-Bauteils A durchgeführt wird, die Einsatzhärtungtiefe und der Koh lenstoff-Integrationswert eines jeden 33-min-Zyklusbauteils A so geregelt werden, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 5 angegeben ist. Die drei leeren Schalen werden, wie vorausgesetzt wird, eingefügt, wie in Fig. 6 gezeigt ist, wenn die Einsatzhärtungsbedingung oder der Einsatzhärtungs zustand geändert wird.

Die Fig. 7 zeigt in einem Flußplan eine Zykluszeit-Regelung. Im Schritt 401 wird ein Ausgangswert STO (z. B. 21 min) in eine Zykluszeit ST geändert, und ein Zykluszeit-Ände rungsflag STCF wird auf "0" gesetzt. Im nächsten Schritt 402 wird entschieden, ob das Bauteil in ein solches mit einer unterschiedlichen Zykluszeit geändert wird oder nicht. Ob das Bauteil in ein solches mit einer unterschiedlichen Zykluszeit geändert wird oder nicht, wird durch eine Ein gabe von einer den Ofen bedienenden Person bestimmt.

Falls die Zykluszeit ST nicht verändert wird, geht der Steu erungsablauf zum Schritt 404 über, in welchem entschieden wird, ob das Zykluszeit-Änderungsflag STCF auf "0" ist oder nicht. In diesem Fall soll die Zykluszeit ST nicht geän dert werden, und der Ablauf geht zum Schritt 408, um ein Zählwerk N zu löschen, und dann zum Schritt 409 weiter. Im Schritt 409 wird die Zeit "t" gezählt, und im Schritt 410 wird bestimmt, ob die gezählte Zeit die Zykluszeit ST erreicht oder nicht. Wird die Zykluszeit ST nicht erreicht, so wird das Zählen der Zeit im Schritt 409 wiederholt, wäh rend bei Erreichen der Zykluszeit ST der Steuerungsablauf zum Schritt 411 übergeht, um ein Schubelement-Antriebssi gnal auszugeben. Im Schritt 412 wird entschieden, ob alle Einsatzhärtungsprozesse beendet sind oder nicht. Wenn der Betrieb noch im Gang ist, so kehrt der Steuerungsablauf zum Schritt 402 zurück, um die vorstehend beschriebene Pro zedur zu wiederholen. Auf diese Weise wird durch die Steu erung der Betrieb des Schubelements bei jeder Zykluszeit ST bewirkt, und es werden die Bewegung der Schale sowie die Bewegung des der Einsatzhärtung zu unterwerfenden Bau teils innerhalb des Ofens herbeigeführt.

Wenn die Zykluszeit für ein anderes Bauteil geändert wird, so kann, selbst wenn das Bauteil mit einer unterschiedlichen Zykluszeit in den Ofen eingeführt wird, die Zykluszeit nicht sofort geändert werden, weil diejeni gen Bauteile, die eine alte Zykluszeit haben, noch im Ofen verbleiben, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Solche Prozeduren zur Änderung sind in den Schritten 403 und 405 bis 407 ge zeigt. Wird die Zykluszeit ST geändert, so geht der Steu erungsablauf vom Schritt 402 zum Schritt 403, um das Zyk luszeit-Änderungsflag STCF auf "1" zu setzen, und im näch sten Schritt 405 wird das Zählwerk N um "1" erhöht, worauf zum Schritt 406 weitergegangen wird. In diesem Schritt 406 wird entschieden, ob der gezählte Wert des Zählwerks N über 9 hinausgeht oder nicht, und es wird ferner entschie den, ob alle der Einsatzhärtung unterworfenen Bauteile der alten Zykluszeit aus der Diffusionszone ausgetragen sind oder nicht. Beträgt der festgestellte Wert des Zählwerks N nicht 10, so sind dem Einsatzhärten unterworfene Bau teile der alten Zykluszeit im Ofen verblieben, und die Steuerung geht zum Schritt 409 über, um denselben Prozeß, wie er oben beschrieben wurde, ohne eine Änderung der Zyk luszeit durchzuführen. Wenn dagegen im Schritt 406 der Wert des Zählwerks N größer als 9 ist, so erfolgt ein Über gang zum Schritt 407, um die Zykluszeit ST durch eine neue Zykluszeit STN (z. B. 33 min) zu ersetzen sowie ein Einstel len des Zykluszeit-Änderungsflags STCF auf "0" zu erlauben, worauf die Steuerung zum Schritt 409 weitergeht. Demzufolge wird bei jeder neuen Zykluszeit STN zum Schritt 411 weiter gegangen, um das Antriebssignal für das Schubelement auszu geben.

Die Flußpläne der Fig. 8A und 8B zeigen eine Regelung der Beheizungstemperatur T und des Kohlenstoffpotentials CP. Im Schritt 501 sieht der Betrieb das Lesen der Einsatzhär tungsbedingung an den Einsatzhärtungspositionen oder Bearbeitungspositionen 5-13 vor, und gleichzeitig wird ein Wert "0" für ein Aufkohlungszu stand-Änderungsflag CCCF geliefert. Dieser Einsatzhärtungs zustand oder diese Einsatzhärtungsbedingung schließt Ein satzhärtungstiefe-Bezugswerte Dcr1-Dcr13 des der Einsatz härtung unterworfenen Bauteils, Kohlenstoff-Integration- Bezugswerte Icr1-Icr13, Heiztemperatur-Bezugswerte Thr1-Thr13, Kohlenstoffpotential-Bezugswerte CPr1-CPr13, eine Kohlenstoffpotentialverteilung C4 der Bauteile bis zur Einsatzhärtungs- oder Bearbeitungsposition 4 und einen Reaktionsfaktor K ein. lm Schritt 502 wird entschieden, ob die Einsatzhärtungsbe dingung einer Änderung unterliegt oder nicht, d. h., ob eine Änderung zu einem Bauteil, das einen unterschiedlichen Einsatzhärtungszustand erfordert, vorliegt oder nicht.

Wenn die Einsatzhärtungsbedingung nicht verändert wird, geht die Steuerung zum Schritt 503 über, und da das Einsatz härtungszustand-Änderungsflag CCCF gleich "0" ist, wird im Schritt 504 das Zählwerk CN gelöscht, um zum Schritt 508 überzugehen, in welchem in zum herkömmlichen Ofen gleichartiger Weise eine Steuerung durchgeführt wird, um die Temperatur und das Kohlenstoffpotential auf einem kon stanten Wert in jeder Zone zu halten. Im Schritt 509 wird entschieden, ob alle Einsatzhärtungsprozesse beendet sind (ob der Betrieb endet) oder nicht. Wird der Betrieb beendet, so läuft die Routine im Schritt 510 aus, wird der Betrieb jedoch nicht beendet, so geht die Steuerung zum Schritt 502 zurück, um den Steuerungsablauf zu wieder holen.

Wenn andererseits eine Änderung zu einem Bauteil mit un terschiedlichen Einsatzhärtungsbedingungen vorliegt, so geht die Steuerung vom Schritt 502 zum Schritt 505 über, in welchem ein Lesen der Einsatzhärtungsbedingungen des nächsten Bauteils, das unterschiedliche Einsatzhärtungsbe dingungen in den Einsatzhärtungspositionen 5-13 erfordert, be wirkt wird, und im Schritt 505 wird das Einsatzhärtungszu stand-Änderungsflag CCCF auf "1" gesetzt. Dieser Einsatz härtungszustand schließt Einsatzhärtungstiefe-Bezugswerte Dcr1N-Dcr13N des nächsten Bauteils, Kohlenstoff-Integra tion-Bezugswerte Icr1N-Icr13N, Heiztemperatur-Bezugswerte Thr1N-Thr13N und Kohlenstoffpotential-Bezugswerte CPr1N-CPr13N ein. Im Schritt 506 wird der Wert des Zählwerks CN um 1 erhöht und im Schritt 507 wird entschieden, ob der gezählte Wert des Zählwerks CN über 4 hinausgeht oder nicht. Diese Entscheidung ist gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich, weil die Regelung nicht in der Tempe ratur-Anstiegszone bewirkt wird. Deshalb geht, bis der gemes sene Wert des Zählwerks CN zu 5 wird, die Steuerung zum Schritt 508 über, um eine Einstellung vorzunehmen, damit die Temperatur und das Kohlenstoffpotential auf einem kon stanten Wert in jeder Zone gehalten werden, was zum herkömmlichen Beispiel gleichartig ist, und wenn der gemes sene Wert des Zählwerks CN die 5 übersteigt, so geht die Steuerung zum Schritt 511 und die folgenden Schritte über. Der Schritt 511 ist für einen Betrieb in der Position 5 vorgesehen, während die Schritte 512-519 die Steuerung der Heiztemperatur T und des Kohlenstoffpotentials CP je weils an den Einsatzhärtungspositionen 5-13 zeigen. Ein zelheiten werden im folgenden mit Bezug auf jede Position beschrieben.

Nachdem die Prozesse der Schritte 511-519 beendet sind, wird im Schritt 520 entschieden, ob die Zykluszeit ST ver strichen ist oder nicht. Wenn die Zykluszeit ST nicht verstrichen ist, so geht die Steuerung zum Schritt 524 über und kehrt nach Einstellung eines Zeitintervalls Δt zum Schritt 511 zu rück, um die Schritte 511-519 erneut abzuarbeiten. Wenn dagegen im Schritt 520 die Zykluszeit ST verstrichen ist, so geht die Steuerung zum Schritt 521 über, in welchem der in den Schritten 511-519 bearbeitete Wert ausgegeben wird, und im Schritt 522 wird entschieden, ob der Wert des Zähl werks CN über 13 hinausgeht oder nicht. Die Entscheidung im Schritt 522 dient der Bestimmung, ob die Diffusionszone mit dem neuen, der Einsatzhärtung zu unterwerfenden Bauteil gefüllt ist. Ist CN kleiner als oder gleich 13, so geht die Steuerung zum Schritt 502 zurück, während, wenn CN grö ßer als 13 ist, die Steuerung zum Schritt 523 übergeht, um das Einsatzhärtungszustand-Änderungsflag CCCF auf "0" zu setzen. Als Ergebnis dessen liefert die Steuerung dann im Schritt 503 ein JA, um eine Einstellung vorzunehmen, damit die Temperatur und das Kohlenstoffpotential auf einem konstanten Wert in jeder Zone entsprechend den Bedingungen des neuen, einer Einsatzhärtung zu unterwerfenden Bauteils gehalten wird, was zum herkömmlichen Ofen gleichartig ist.

Die Fig. 9 ist ein Flußplan, der eine Funktion eines Koh lenstoff-Integrationswerts Ic5 und einer Einsatzhärtungstie fe Dc5 für ein Probestück oder Muster an der Einsatzhär tungsposition 5, wie im Schritt 511 der Fig. 8 gezeigt ist, veranschaulicht. Im Schritt 601 führt die Steuerung ein Lesen des ermittelten Werts der Temperatur T und des Koh lenstoffpotentials CP, die vom Fühler S in der Einsatzhär tungsposition 5 gemäß der Fig. 4 festgestellt werden, aus, und im nächsten Schritt 602 wird ein Kohlenstoff-Diffusions faktor D innerhalb der Probe als eine Funktion einer Koh lenstoffpotentialverteilung Fc4 und einer Temperatur T an der Einsatzhärtungsposition 4 berechnet. Ein Koh lenstoffpotential Cs, das mit dem Atmosphärengas im Gleich gewicht ist, wird als eine Funktion des Kohlenstoffpoten tials CP, der Temperatur T und der Kohlenstoffpotentialvertei lung Fc4 berechnet. Ferner wird eine neue Kohlenstoff potentialverteilung Fc5 nach der Zeit Δt an der Einsatz härtungsposition 5 als eine Funktion des Diffusionsfaktors D innerhalb der Probe, der neuen Kohlenstoffpotentialvertei lung Fc5 und einer Strecke "x" von der Oberfläche des der Einsatzhärtung unterliegenden Bauteils berechnet. Die Verarbeitungsformel in diesem Fall ist die folgende:

dC/dt = (d/dx) (D dc/dx) (1)

hierin ist

D = exp [-0,64 - 1,58C] exp[1/T (0,33 C-1,88) 104] (2)

und "t" gibt die Zeit an.

Da eine allgemeine Lösung aus der Gleichung (1) nicht erhal ten werden kann, wird die Operation unter Verwendung einer Differenzmethode im Schritt 602 ausgeführt. Das bedeutet, daß ein Abstand L von der Oberfläche der Probe genommen und in "n" äquivalente Teile geteilt wird, die in Aufeinan derfolge von der Oberfläche als Säule 1, Säule 2, . . ., Säule n bezeichnet werden. Wenn angenommen wird, daß Ci ein Kohlenstoffpotential der Säule "i" zu einer wahlfreien Zeit "t", Di einen Kohlenstoff-Diffusionsfaktor bei diesem Kohlenstoffpotential und C′i ein Kohlenstoffpotential der Säule "i" vor der sehr kleinen Zeit (Δt) wiedergeben, dann werden (N-2) Glieder der Gleichungen folgendermaßen erstellt, worin "i" die Bedeutung von 2 bis (n-1) hat.

Δt/2Δx (Ci - 1 - Ci) (Di - 1 + Di) + (Di - 1 -Di) (Di - 1 + Di) = (Di - C′i)Δx (3)

In der Säule 1 ist eine Summe eines von der Säule 2 strömen den Kohlenstoffvolumens und eines anderen, von dem die Ober fläche berührenden Atmosphärengas strömenden Kohlenstoff volumens gleich einem Anstieg der Kohlenstoffmenge bei der Säule 1, und demzufolge wird die folgende Gleichung erfüllt:

Δt (CS - C1) K + Δt/2Δx (C2 - C1) (D2 + D1) = (C1 - C′1)Δx (4)

Ferner wird in der Säule N die folgende Gleichung aufgestellt:

Δt/2Δx (CN - 1 - CN) (DN - 1 + DN) + 4 (CO - CN)DN = (CN - C′N)Δx (5)

Da die Gleichungen (3) bis (5) N Glieder von gleichen Glei chungen sind, die auf Unbekannte C1-CN bezogen sind, kön nen die Gleichungen gelöst werden, indem ein Ausgangswert des Kohlenstoffpotentials Ci und die erforderlichen Kon stanten vorgesehen werden. Die dann erforderlichen Konstan ten schließen Δx (einen Abstand von der Oberfläche des Bauteils), Δt (Zeit), CO (ein ursprüngliches Kohlenstoff potential des Materials), Di (einen Diffusionsfaktor inner halb der Probe, der durch die Gleichung (2) geliefert wird), CS (das mit der Atmosphäre ausgeglichene Kohlenstoffpoten tial) und K (einen Reaktionsfaktor) ein. Die Konstanten Δx und Δt können vorzugsweise als sehr kleine geeignete Werte jeweils gegeben werden.

Das Kohlenstoffpotential CS im Fall eines Bauteils nach SCr420 gemäß JIS (Japanese Industrial Standard) ist

CS = CP 10^V/W

<es gilt die Annahme:
V = 2300/T - 2,24 + 180C1/T.
{-(102/T - 0,33) - 0,85 21,8/T + 0,25 [(62,5/T + 0,041) + 8,9 C1/T]},
W = 2300/T - 2,24 + 180/T CP,
Reaktionsfaktor K = 21,6 10 - 6<

Im Schritt 603 wird entschieden, ob die Zykluszeit ST ver streicht oder nicht. Im negativen Fall (NEIN) geht die Steu erung zum Schritt 606 über, um diese Routine zu beenden. Im Fall des Ablaufs der Zykluszeit ST (JA) geht die Steue rung zum Schritt 604, um den Kohlenstoff-Integrationswert Ic5 an der Einsatzhärtungsposition 5 zu verarbeiten, und nach der Berechnung der Einsatzhärtungstiefe Dc5 im Schritt 605 wird diese Routine im Schritt 606 abgeschlos sen.

Eine Kohlenstoffpotential-Verteilungskurve kann aus dem berechneten Wert, der vorher beschrieben wurde, erzeugt werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Die Einsatzhärtungstie fe Dc5 an der Einsatzhärtungsposition 5 kann aus der Ma terialtiefe erhalten werden, die der spezifizierten Kohlen stoffquantität mit Bezug auf die Kohlenstoffpotential-Ver teilungskurve in Fig. 14 entspricht. Im einzelnen zeigt die Fig. 14 eine Beziehung zwischen der Einsatzhärtungs tiefe von einsatzgehärteten Konstruktionselementen (Mu stern oder Proben) und der Kohlenstoffmenge, wobei C1 das Kohlenstoffpotential an der Oberfläche des Musters wieder gibt und Fc die Kohlenstoffpotentialverteilung Fc5 dar stellt. Gemäß der Kurve der Kohlenstoffpotentialverteilung Fc5 liefert der Anstieg in der Tiefe von der Oberfläche eine Annäherung der ursprünglich in der Probe enthaltenen Kohlenstoffmenge CO. Der durch schräge Linien schraffierte Bereich ist an der unteren Kurve der Kohlenstoffpotential verteilung Fc5 dargestellt und gleicht dem Kohlenstoff- Integrationswert Ic5. Im Fall eines Bauteils nach JIS SCr420 (siehe oben) wird eine dem Kohlenstoffpotential von 0,4% entsprechende Materialtiefe durch eine Einsatzhär tungstiefe Dc wiedergegeben.

Die Fig. 10 ist ein Flußplan, der eine Regelung der Tem peratur T (K) des Musters und des Kohlenstoffgehalts CP an der Einsatzhärtungsstelle 6, wie im Schritt 512 von Fig. 8 dargestellt ist, zeigt. Im Schritt 701 wird bestimmt, ob ein Wert des Zählwerks CN größer als 5 ist oder nicht, und wenn der Wert 5 nicht überschritten wird, so geht die Steuerung zum Schritt 712, um diese Routine zu beenden. Wird der Wert 6 überschritten, so wird nur in diesem Fall diese Routine abgearbeitet, da die herkömmliche Regelung während derjenigen Zeit ausgeführt wird, wenn CN von 1 bis 4 reicht, und wenn CN gleich 5 ist, so ist die Schale in der Position 6 leer, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Überschreitet CN den Wert 6, so werden eine Beheizungstem peratur Th6 und ein Kohlenstoffpotential CP6 jeweils in der Position 6 im Schritt 702 berechnet. Diese Berechnung wird auf der Grundlage des Kohlenstoff-Integrations werts Ic5 und der Einsatzhärtungstiefe Dc5, die jeweils an der Position 5 berechnet werden, wenn CN gleich 5 ist, eines Kohlenstoff-Integration-Bezugswerts Icr5N und eines Einsatzhärtungstiefe-Bezugswerts Dcr5N an der Einsatzhärtungsposition 5 des Bauteils sowie eines Heiz temperatur-Bezugswerts Thr6N und eines Kohlenstoffpotential- Bezugswerts CPr6N an der Position 6, zu der das Bauteil als nächstes geführt wird, durchgeführt. Die Operation wird auf der Grundlage der folgenden Glei chung ausgeführt:

In den Schritten 703 bis 706 werden die Heiztemperatur Th6 und das Kohlenstoffpotential CP6, die jeweils an der Posi tion 6 berechnet wurden, gespeichert, um zu verhindern, daß der Heiztemperatur-Bezugswert Thr6N und der Kohlenstoffpo tential-Bezugswert CPr6N jedes Bauteils an der Position 6 überschritten wird. Im Schritt 707 wird der vom Fühler in der Einsatzhärtungsposition 6, die in Fig. 4 ge zeigt ist, ermittelte Wert der Temperatur T und des Kohlen stoffpotentials CP gelesen; im Schritt 708 wird der Diffusionsfaktor D des Kohlenstoffs innerhalb der Probe als eine Funktion der Kohlenstoffpotentialverteilung Fc5 und der Temperatur der Proben bis zur Einsatzhärtungspo sition 5 berechnet. Ebenfalls werden das mit Atmosphären gas im Gleichgewicht stehende Kohlenstoffpotential Cs als eine Funktion des Kohlenstoffpotentials CP, die Temperatur T und die vor ausgehende Kohlenstoffpotentialverteilung Fc5 sowie ferner die Kohlenstoffpotentialverteilung Fc6 nach der Zeit Δt als eine Funktion des Diffusionsfaktors D innerhalb der Probe, der vorausgehenden Kohlenstoffpotentialverteilung Fc5 und des Abstandes "x" von der Oberfläche des der Ein satzhärtung unterworfenen Bauteils verarbeitet. Die Berechnungsgleichungen sind beschrieben worden und werden des wegen im folgenden weggelassen. Im Schritt 709 wird entschie den, ob die Zykluszeit ST verstrichen ist oder nicht. Wenn die Zykluszeit ST nicht verstrichen ist (NEIN), so geht die Steue rung zum Schritt 712 über, um diese Routine zu beenden, und wenn die Zykluszeit ST ausläuft (JA), so geht die Steu erung zum Schritt 710 über, um den Kohlenstoff-Integrations wert Ic6 an der Einsatzhärtungsposition 6 zu berechnen, und im Schritt 711 wird die Einsatzhärtungstiefe Dc6 berechnet. Die Berechnung der Einsatzhärtungstiefe Dc6 an der Einsatzhärtungsposition 6 ist dieselbe wie an der Einsatzhärtungsposition 5, weshalb sie ebenfalls weggelas sen wird. Die Routine wird dann im Schritt 712 abgeschlossen.

Die Fig. 11 zeigt in einem Flußplan eine Regelung der Tem peratur T (K) und des Kohlenstoffpotentials CP einer jeden Probe an den Einsatzhärtungspositionen 7-12 gemäß den Schritten 513-516, die in Fig. 8 angegeben sind. Jedoch ist die Regelung der Temperatur T und des Kohlenstoffpo tentials CP für jede Probe an den Einsatzhärtungspo sitionen 7 bis 12 dieselbe wie der Regelungsvorgang an der Einsatzhärtungsposition 6, so daß folglich eine Erläute rung hierfür im folgenden unterbleiben soll.

Die Fig. 12 ist ein Flußplan einer Regelung der Temperatur T (K) und des Kohlenstoffpotentials CP für jede Probe an der Einsatzhärtungsposition 13, die in Fig. 8 gezeigt ist. Da die Einsatzhärtungsposition 13 die letzte Position der Diffusionszone ist, ist es nicht erforderlich, die Tem peratur T und das Kohlenstoffpotential CP für jede Probe an der nächsten Position zu berechnen. In diesem Zusammenhang schließt die Regelung an der Einsatzhärtungs position 13 nicht nur eine Regelung an den Schritten 807 bis 811 im Vergleich mit Fig. 11 ein und ist deshalb im wesentlichen gleich dem in Fig. 11 gezeigten Flußplan. Die Erläuterung hierfür wird deshalb im folgenden weggelassen.

Die Fig. 13 zeigt eine Regelung des Kohlenstoffpotentials CP des Einsatzhärteofens, der in Fig. 4 gezeigt ist. Das Kohlenstoffpotential CP wird an jeder der Einsatzhärtungspo sitionen 5 bis 13 berechnet, jedoch wird bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ein Atmosphärengaspotential inner halb der Temperaturanstiegszone, der Einsatzhärtungszone und der Diffusionszone nicht an jeder Einsatzhärtungsposi tion geändert, so daß innerhalb jeder Zone der gleiche Wert vorhanden ist. Bei der Regelung von Fig. 13 wird im Schritt 1001 entschieden, ob das Zählwerk CN den Wert 5 überschrei tet, und wenn der Wert von CN einem solchen von 1-5 gleich ist, wird eine Einregelung des Atmosphärengases in der Ein satzhärtungszone nicht durchgeführt, während, wenn der Wert CN gleich oder größer als 6 ist, im Schritt 1002 die Ein regelung des Gaspotentials durch eine Atmosphärengas-Regel einrichtung G2 durchgeführt wird, und zwar im Hinblick auf den gesamten Betrieb auf der Grundlage von berechneten Wer ten CPr, CP6-CP9 des Atmosphärengaspotentials an den Einsatzhärtungspositionen 5 bis 9. Im Schritt 1003 wird entschieden ob das Zählwerk CN den Wert 10 überschreitet, und wenn der Wert CN gleich 1-10 ist, so erfolgt keine Einregelung für das Atmosphärengas der Einsatzhärtungszone.

Ist der Wert CN gleich oder größer als 11, so wird die Gas potentialeinregelung durch die Atmosphärengas-Regeleinrich tung G3 im Hinblick auf den Gesamtbetrieb auf der Grundla ge der berechneten Atmosphärengas-Potentialwerte von CP10-CP13 an den Einsatzhärtungspositionen 10 bis 13 im Schritt 1004 ausgeführt.

Auf diese Weise kann durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem Durchlauf-Einsatzhärteofen der Fig. 4, wenn das zu behandelnde Bauteil verändert wird, wodurch eine Änderung im Zustand einer jeden Zone hervorgerufen wird, die Einsatzhärtungsbedingungen in dem Einsatzhärtungsofen kontinuierlich und allmäh lich verändert werden, indem lediglich die minimale Anzahl von leeren Schalen ausgebracht wird. Somit kann die Produktivität im Einsatzhärten selbst bei einem Aus tausch des Bauteils ohne Stillstand des Einsatzhärtungspro zesses gesteigert werden.

Der zweite Fall, bei dem die historische, d. h. integrierende Regelung immer an dem aufzukohlenden Bauteil durchgeführt wird.

Die Regelung in diesem Fall, die eine Regelung zur Zeit einer Änderung des Einsatzhärtungszustandes einschließt, ist als ein kontinuierlicher Vorgang durchzuführen, wobei immer die Einsatzhärtungsgeschichte d. h. die Integration der zuvor durchlaufenen Härtungsschritte des dem Einsatzhärten unterworfenen Bauteils in Betracht gezogen wird. Diese Re gelung wird unter Bezugnahme auf die Flußpläne der Fig. 15A-20 beschrieben.

Die Fig. 15A und 15B sind Flußpläne, welche eine Regelung der Temperatur T und des Kohlenstoffpotentials CP zeigen. Im Schritt 1201 sieht die Regelung ein Lesen der Einsatz härtungsbedingung Q an den Einsatzhärtungspositionen 1-13 vor und liefert gleichzeitig einen Wert "0" für das Einsatz härtungszustand-Änderungsflag CCCF. Diese Einsatzhärtungs bedingung Q umfaßt die Einsatzhärtungstiefe-Bezugswerte Dcr1-Dcr13 des dem Einsatzhärten unterworfenen Bauteils, die Kohlenstoff-Integration-Bezugswerte Icr1-Icr13, die Heiztemperatur-Bezugswerte Thr1-Thr13, die Kohlenstoff potential-Bezugswerte CPr1-CPr13, die Kohlenstoffpotential verteilung Fc4 des Materials bis zur Einsatzhärtungsposi tion 4 und den Reaktionsfaktor K. Im Schritt 1202 wird be stimmt, ob das Bauteil in ein solches, das eine unterschied liche Einsatzhärtungsbedingung hat, geändert wird oder nicht.

Die vorliegende Erfindung wird für den Fall beschrieben, daß die Einsatzhärtungsbedingung keiner Änderung unter liegt. Wird die Einsatzhärtungsbedingung nicht verändert, so geht der Steuerungsablauf zum Schritt 1203, in welchem das Einsatzhärtungsbedingung-Änderungsflag CCCF zu "0" wird, worauf im Schritt 1204 die Steuerung den Wert des Zählwerks CN löscht, um vom Schritt 1205 zum Schritt 1213 weiterzugehen. Die Heiztemperatur T und das Kohlenstoffpo tential CP an den Einsatzhärtungspositionen 5-13 wird hier geregelt, was im einzelnen mit Bezug auf jede Position erläutert werden wird. Nach den Prozessen an den Schritten 1205-1213 wird im Schritt 1214 bestimmt, ob die Zyklus zeit ST verstrichen ist oder nicht. Wenn die Zykluszeit ST nicht abgelaufen ist, so geht die Steuerung zum Schritt 1205 nach dem Zeitintervall Δt im Schritt 1221 zurück, um ein Verar beiten der Schritte 1205-1213 zu wiederholen. Verstreicht die Zykluszeit ST, so werden die in den Schritten von 1205-1213 verarbeiteten Werte im Schritt 1215 ausgegeben, und im Schritt 1216 wird entschieden, ob der Wert des Zähl werks CN den Wert von 13 übersteigt oder nicht. Diese Ent scheidung muß getroffen werden, wenn das dem Einsatzhärten unterworfene Bauteil geändert wird. Wenn eine solche Änderung des Bauteils nicht vorliegt, dann geht die Rege lung zum Schritt 1218 weiter, weil der Wert CN im Schritt 1204 zu "0" gemacht wird. Im Schritt 1218 wird entschie den, ob der Einsatzhärtungsprozeß insgesamt beendet ist, d. h., die Operation abgeschlossen ist, und wenn die Prozesse be endet sind, so wird diese Routine im Schritt 1222 abge schlossen, während im Fall einer Nichtbeendigung die Routine zum Schritt 1202 zurückkehrt, um die Prozesse zu wiederholen.

In dem Fall, da das Bauteil zu einem solchen mit einer un terschiedlichen Einsatzhärtungsbedingung geändert wird, geht die Steuerung vom Schritt 1202 zum Schritt 1219 über, um die Einsatzhärtungsbedingung des nächsten, dem Einsatz härten zu unterwerfenden Bauteils, das die unterschiedliche Einsatzhärtungsbedingung an den Einsatzhärtungspositionen 1-13 hat, zu lesen, und gleichzeitig wird das Einsatzhär tungsbedingung-Änderungsflag CCCF auf "1" gesetzt. Diese Einsatzhärtungsbedingung umfaßt die Einsatzhärtungstiefe- Bezugswerte Dcr1N-Dcr13N des nächsten Bauteils, die Kohlenstoff-Integration-Bezugswerte Icr1N-Icr13N, die Heiztemperatur-Bezugswerte Thr1N-Thr13N und die Kohlen stoffpotential-Bezugswerte CPr1N-CPr13N. Im Schritt 1220 erhöht die Steuerung das Zählwerk CN in seinem Wert um "1", um zum Schritt 1205 überzugehen und anschließend das Verarbeiten der Schritte von 1205-1213 durchzuführen, wie vorher beschrieben wurde. Wenn das Bauteil in ein sol ches mit einer unterschiedlichen Zykluszeit verändert wird, so wird die Zykluszeit durch eine Prozedur, wie sie im Flußplan von Fig. 7 gezeigt ist, verändert.

Wenn das Bauteil in ein solches mit einer unterschiedlichen Einsatzhärtungsbedingung geändert wird, geht nach einer solchen Änderung des Bauteils die Steuerung vom Schritt 1216 zum Schritt 1218 über, bis der Wert CN über 13 hin ausgeht. Übersteigt das Zählwerk CN den Wert 13, d. h., der Ofen ist mit dem neuen, dem Einsatzhärten zu unterwerfen dem Bauteil beschickt, dann geht die Steuerung vom Schritt 1216 zum Schritt 1217 über, um das Einsatzhärtungsbedingung- Änderungsflag CCCF auf "1" zu setzen, und gleichzeitig wird die Einsatzhärtungsbedingung Q durch die neue Einsatzhär tungsbedingung R ersetzt. Als Ergebnis dessen entscheidet die Steuerung anschließend im Schritt 1203 auf JA, um zum Schritt 1204 überzugehen, in welchem dieselbe Steuerung ausgeführt wird, wie wenn das Bauteil nicht in ein solches mit der unterschiedlichen Einsatzhärtungsbedingung geändert wird.

Die Fig. 16 zeigt einen Flußplan zur Berechnung des Koh lenstoff-Integrationswerts Ic5 und der Einsatzhärtungstiefe Dc5 jeder Probe an der Einsatzhärtungsposition 5, wie im Schritt 1205 in Fig. 15 gezeigt ist. Bei dieser Verarbeitung sind die meisten Regelungen denjenigen, die in Fig. 9 gezeigt sind, gleich und demzufolge werden iden tische Schrittzahlen wie in Verbindung mit Fig. 9 verwendet, um gleichartige Elemente zu bezeichnen, wobei eine Wieder holung von deren Erläuterung unterbleibt. Unterschiedliche Regelpunkte gegenüber Fig. 9 sind in Fig. 16 lediglich die Schritte 1301 und 1302. Wenn die historische Regelung immer durchgeführt wird, so wird die Regelung in den Schritten 601-606 bewirkt, jedoch wird die Regelung nur dann nicht durchgeführt, wenn die leeren Schalen durchlaufen, nachdem das Bauteil in ein solches mit einer unterschiedlichen Ein satzhärtungsbedingung geändert worden ist. Somit läuft die leere Schale an der Position 5, wie in Fig. 6 gezeigt ist, durch, wenn der Wert des Zählwerks CN von 2-4 reicht, so daß die Steuerung im Schritt 1302 das bestimmt und zum Schritt 1303 übergeht, um das Verarbeiten der Schritte 601-606 während des Durchlaufs der Schalen zu verhindern.

Die Fig. 17A und 17B zeigen Flußpläne zur Regelung der Tem peratur T und des Kohlenstoffpotentials CP für jede Probe an der Einsatzhärtungsposition 6, die im Schritt 1206 in Fig. 15 angegeben ist. Bei dieser Operation sind die meisten der Regelungen denjenigen, die in Fig. 10 gezeigt sind, gleich und demzufolge werden im Zusammenhang mit Fig. 17 gleichartige Schrittzahlen verwendet, um gemeinsame Komponenten zu bezeichnen, wobei eine Erläuterung von die sen unterbleibt. Stellen der Regelung in Fig. 17A und 17B, die zu solchen in Fig. 10 unterschiedlich sind, sind nur die Schritte 1401 und 1402. Wenn die historische Regelung immer durchgeführt wird, so wird die Regelung in den Schrit ten 702-712 ausgeführt, jedoch wird die Regelung nicht ausgeführt, wenn die leeren Schalen durchlaufen, nachdem das Bauteil in ein solches mit einer unterschied lichen Einsatzhärtungsbedingung geändert worden ist. Somit geht in der in Fig. 6 gezeigten Position 6 die leere Schale durch, wenn der Wert des Zählwerks CN von 3-5 reicht, wobei die Steuerung diese Tatsache im Schritt 1402 feststellt und zum Schritt 1403 übergeht, um das Verarbeiten der Schritte 702-712 während des Durchlaufs der Schalen zu verhindern.

Die Fig. 18A und 18B sind Flußpläne einer Regelung der Tem peratur T und des Kohlenstoffpotentials CP für jede Probe in den Einsatzhärtungspositionen 7-12, wie in den Schritten 1207-1212 in Fig. 15 gezeigt ist. Bei dieser Operation sind die meisten der Regelungen zu solchen, die in Fig. 11 dargestellt sind, gleich und demzufolge werden identische Schrittzahlen in Verbindung mit Fig. 18 verwen det, um gemeinsame Komponenten zu bezeichnen, wobei eine Wiederholung einer Erläuterung dieser unterbleiben soll. Stellen einer Regelung in Fig. 18A und 18B, die zu solchen der Fig. 11 unterschiedlich sind, sind lediglich die Schritte 1501 und 1502. Wenn die historische Regelung immer ausge führt wird, so geschieht diese Regelung in den Schritten 802-812, jedoch wird die Regelung nicht ausge führt, wenn die leeren Schalen durchlaufen, nachdem das Bauteil in ein solches mit einer unterschiedlichen Einsatz härtungsbedingung geändert worden ist. Somit läuft die leere Schale in der Position M (s. Fig. 6) durch, wenn der Wert des Zählwerks CN von M-3 bis M-1 reicht, so daß die Steuerung das im Schritt 1502 entscheidet und zum Schritt 1503 übergeht, um das Abarbeiten der Schritte 802-812 während des Durchlaufs der Schalen zu verhindern.

Die Fig. 19 zeigt einen Flußplan einer Regelung der Tempera tur T und des Kohlenstoffpotentials CP für jede Probe an der Einsatzhärtungsposition 13 nach dem in Fig. 15 dar gestellten Schritt 1213. Bei dieser Operation sind die mei sten der Steuervorgänge zu denjenigen der Fig. 12 gleich artig, weshalb identische Schrittzahlen in Verbindung mit Fig. 19 verwendet werden, um gleichartige Komponenten zu bezeichnen, deren Erläuterung unterbleiben soll. Stellen der Regelung in der Steuerung in Fig. 19, die zu solchen der Fig. 12 unterschiedlich sind, sind lediglich die Schrit te 1601 und 1602. Wenn die historische Steuerung immer aus geführt wird, so wird die Steuerung unbedingt in den Schrit ten 902-907 durchgeführt, sie wird jedoch nur zu der Zeit nicht durchgeführt, wenn die leeren Schalen durchlaufen, nachdem das Bauteil in ein solches, das eine unterschied liche Einsatzhärtungsbedingung hat, verändert worden ist. Somit läuft die leere Schale an der in Fig. 6 gezeigten Position 13 durch, wenn der Wert des Zählwerks CN von 10-12 reicht, so daß die Steuerung das im Schritt 1602 erkennt und zum Schritt 1603 weitergeht, um das Abarbei ten der Schritte 902-907 während des Durchlaufs der Scha len zu verhindern.

Die Fig. 20 zeigt einen Flußplan zur Regelung des Kohlenstoff potentials CP der vorliegenden Ausführungsform gemäß der Erfindung. Das Kohlenstoffpotential CP wird in jeder der Einsatzhärtungspositionen 5-13 berechnet. In gleichartiger Weise sind bei dieser Ausführungsform, die in Fig. 4 gezeigt ist, das Atmosphärengaspotential inner halb der Temperatur-Anstiegszone, der Einsatzhärtungszone und der Diffusionszone nicht an jeder Einsatzhärtungsposi tion zu verändern, was folglich bedeutet, daß die Atmosphä rengaspotentiale innerhalb jeder Zone dieselben sind. Im Schritt 1701 wird dann ein Gaspotential durch die Atmosphärengas-Regeleinrichtung G2 unter Berücksichtigung eines Gesamtbetriebs auf der Grundlage der berechneten Atmosphärengaspotentialwerte CPr5, CP6-CP9 an den Ein satzhärtungspositionen 5-9 eingeregelt, und im Schritt 1702 wird ein Gaspotential durch die Atmosphärengasregel einrichtung G3 im Hinblick auf einen Gesamtbetrieb basierend auf den berechneten Atmosphärengaspotentialwerten CP10-CP13 an den Einsatzhärtungspositionen 10-13 eingeregelt.

Im Fall der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Durchlauf-Einsatzhärteofen von Fig. 4 wird die Ein satzhärtungsregelung auf der Grundlage der Information über die Temperatur und die Atmosphärenbedingung, die durch die Bauteile auf jeder Schale empfangen wird, ausgeführt, weshalb eine Schwankung in der Einsatzhärtungstiefe selbst während der Änderung der Arbeits- oder Betriebsbedingung nicht hervorgerufen wird. Auch wenn das zu bearbeitende Bauteil verändert wird, können die Einsatzhärtungsbedingungen im Einsatzhärteofen kon tinuierlich und allmählich allein durch Einbringen der mi nimalen Anzahl von leeren Schalen verändert werden. Demzu folge kann die Produktionsleistung im Einsatzhärten ohne einen Stillstand des Einsatzhärtungsprozesses auch bei einem Austausch der Bauteile gesteigert werden.

Die Fig. 21 und 22 sind Beispiele der Verteilung der Rand zonen- oder Oberflächen-Kohlenstoffmenge und der Ein satzhärtungstiefe (Strecke) eines jeden einsatzgehärte ten Bauteils in jeder Zone, wenn der Durchlauf-Einsatzhär teofen durch ein Regelverfahren für einen solchen Ofen gemäß der Erfindung geregelt wird.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegen den Erfindung die Bedingung oder der Zustand während des Betriebs an der nächsten Zielposition der Zufuhr mittels einer Simulation und eines Vergleichs mit dem Bezugswert, welcher einen klaren Einsatzhärtungszustand des Bau teils auf jeder Schale liefert, geregelt. Deshalb hat das dem Einsatzhärten unterworfene Bauteil eine verminderte Schwankung in der Einsatzhärtungstiefe. Die Regelung kann immer mit einer Abschätzung der Schwankungen der Kom ponenten oder der Materialqualität, die in nachteiliger Weise die Abschreckhärtungstiefe beeinflußt, durchgeführt werden. Ferner kann die Regelung mit einer Abschätzung der erhöhten Tiefe der Aufkohlungshärtung für das dünnere Bau teil ausgeführt werden. Darüber hinaus ist im Gegensatz zum herkömmlichen Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Prüfstücken für eine Messung der Ein satzhärtungstiefe an jeder Schale nicht erforderlich, wo durch auch eine Messung der Einsatzhärtungstiefe der Prüfstüc ke nicht notwendig ist, so daß das der Einsatzhärtung zu unterwerfende Bauteil mit einer hohen Produktionsleistung ohne Abfall oder Ausschuß erzeugt werden kann.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Heiztemperatur Th6 und das Kohlenstoffpotential CP6 je weils an der Position 6 auf der Grundlage des berechneten Werts eingestellt, der durch Berechnen des Kohlen stoff-Integrationswerts Ic5 und der Einsatzhärtungstiefe Dc5 eines jeden Bauteils oder Probe an der Position 5 erhalten wird, und die Heiztemperatur Th5 sowie das Kohlenstoffpotential CP5 in der Position 5 werden nicht verändert, selbst wenn die Einsatzhärtungsbedingung einer Änderung unterliegt. Wenn jedoch die Einsatzhärtungsbedingung geändert wird, so können bevorzugterweise das Atmosphärengas-Kohlenstoff potential CP5 und die Heiztemperatur Th5 an der Einsatzhär tungsposition 5 in Abhängigkeit von dem Unterschied so ein geregelt werden, daß der Kohlenstoff-lntegrationswert Ic5 und die Einsatzhärtungstiefe Dc5, die jeweils an den Schrit ten 604 und 605 berechnet werden, mit dem Kohlenstoff- Integration-Bezugswert Icr5N und dem Einsatzhärtungstiefe- Bezugswert Dcr5N an der Einsatzhärtungsposition des näch sten Bauteils verglichen werden. Diese Einregelung kann in derselben Weise wie der Vorgang für die Heiztemperatur Th6 und das Kohlenstoffpotential CP6 an der Position 6 auf der Grundlage des berechneten Werts an der Position 5 durchgeführt werden. Jedoch kann die Operation auch in einer einfachen Weise, wie folgt, bewirkt werden.

Das Atmosphärengas-Kohlenstoffpotential CP5 und die Tem peratur Th5 an der Einsatzhärtungsposition 5 können be vorzugterweise in Abhängigkeit von vier Fällen, die in der folgenden Tabelle angegeben sind, eingeregelt werden. Die Tabelle wird durch den Unterschied zwischen dem Kohlenstoff- Integrationswert Ic5 und der Einsatzhärtungstiefe Dc5, die an den Schritten 604 und 605 berechnet werden, sowie dem Kohlenstoff-Integration-Bezugswert Icr5N und dem Einsatz härtungstiefe-Bezugswert Dcr5N an der Einsatzhärtungs position des nächsten Bauteils erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Regelung eines Durchlauf-Einsatzhärteofens zum Einsatzhärten eines auf einer intermittierend durch den Ofen bewegten Schale (TR) gehaltenen Werkstücks, welches eine Vorheizzone, eine Aufkohlungszone und eine Diffusionszone des Ofens passiert, wobei mindestens in der Aufkohlungszone und in der Diffusionszone die Temperatur an jeder Halte- oder Bearbeitungsposition des Werkstücks regelbar ist und in welchem bei Änderung der Härtungsbedingungen einige leere Schalen in den Ofen eingeführt werden, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Einlesen von Bezugsdaten für das Einsatzhärten (Dcr_i, Icr_i, Thr_i, CP1_i, C4, K) an jeder Bearbeitungsposition (i) des Werkstücks,
- Entscheiden, ob die Härtungsbedingungen geändert sind oder nicht,
- Einregeln eines Kohlenstoffpotentials und einer Temperatur an jeder Bearbeitungsposition auf einen konstanten Wert, wenn die Härtungsbedingung unverändert ist,
- Einlesen von Bezugsdaten für das Einsatzhärten (Dcr_iN, Icr_iN, Thr_iN, CP1_iN) an jeder Bearbeitungsposition des zu härtenden Werkstücks, welches eine als nächstes umzusetzende, geänderte Härtungsbedingung hat, mindestens wenn die Härtungsbedingung geändert wird,
- Messen einer Temperatur (T) und eines Kohlenstoffpotentials (CP) an jeder Bearbeitungsposition innerhalb des Ofens und mindestens während des Aufkohlungs- und des Diffusionsvorgangs,
- Berechnen einer Aufkohlungsmenge (D) des Werkstücks an jeder Bearbeitungsposition unter Bezugnahme auf die gemessene Temperatur (T) und das Kohlenstoffpotential (CP),
- Berechnen eines Einsatzhärtezustands (Ic_i, Dc_i) des Werkstücks durch Integrieren der Aufkohlungsmenge (D) des Werkstücks an jeder Bearbeitungsposition (i), und
- Bestimmen einer Härtungsbedingung (Th_(i+1), CP_(i+1)) an der nächsten Bearbeitungsposition ((i+1)) in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem Einsatzhärtezustand (Ic_i, Dc_i) des Werkstücks zum Zeitpunkt der Beendigung des Einsatzhärtens an jeder Bearbeitungsposition (i) des Werkstücks und den Bezugsdaten für das Einsatzhärten an dieser Bearbeitungsposition.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt

- Ersetzen der Bezugsdaten für das Einsatzhärten (Dcr_i, Icr_i, Thr_i, CP1_i) durch die neuen Bezugsdaten (Dcr_iN, Icr_iN, Thr_iN, CP1_iN) wenn die Härtungsbedingungen geändert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte

- Ermitteln der Temperatur (T) und des Kohlenstoffpotentials (CP),
- Berechnen einer Aufkohlungsmenge (D) des Werkstücks,
- Berechnen eines Einsatzhärtezustands (Ic_i, Dc_i) des Werkstücks sowie
- Bestimmen einer Härtungsbedingung (Th_(i+1), CP_(i+1)) an der nächsten Bearbeitungsposition (i+1)

nicht ausgeführt werden, wenn sich eine leere Schale (TR) nach Änderung der Härtungsbedingungen an der Bearbeitungsposition (i) befindet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt

- Sichern der für die nächste Bearbeitungsposition festgelegten Härtungsbedingung (Th_(i+1), CP_(i+1)).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte

- Ermitteln der Temperatur (T) und des Kohlenstoffpotentials (CP),
- Berechnen einer Aufkohlungsmenge (D) des Werkstücks,
- Berechnen eines Einsatzhärtezustands (Ic_i, Dc_i) des Werkstücks
- Bestimmen einer Härtungsbedingung (Th_(i+1), CP_(i+1)) an der nächsten Bearbeitungsposition (i+1) sowie
- Sichern der für die nächste Bearbeitungsposition festgelegten Härtungsbedingung (Th_(i+1), CP_(i+1))

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizungstemperatur (Th5) und das Kohlenstoffpotential (CP5) an der ersten Bearbeitungsposition (5) der Aufkohlungszone konstant gehalten werden, wenn die Härtungsbedingungen verändert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizungstemperatur (Th5) und das Kohlenstoffpotential (CP5) an der ersten Bearbeitungsposition (5) der Aufkohlungszone in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem Kohlenstoff-Integrationswert (Ic5) sowie einer Aufkohlungstiefe (Dc5), die an der ersten Bearbeitungsposition in der Aufkohlungszone erhalten wurden, und einem Kohlenstoff-Integrationsbezugswert (Icr5N) sowie einem Aufkohlungstiefen-Bezugswert (Dcr5N) für ein nächstes an der gleichen Bearbeitungsposition (5) zu bearbeitendes Werkstück eingeregelt werden, wenn die Härtungsbedingungen geändert sind.