DE69104377T2

DE69104377T2 - Steuersystem zur planung der werkstückbehandlung in einem wärmebehandlungsverfahren.

Info

Publication number: DE69104377T2
Application number: DE69104377T
Authority: DE
Inventors: Gregory Holloway; Gary Keil
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1991-02-04
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2011-02-05
Also published as: EP0556176B1; EP0556176B2; US5187670A; EP0556176A1; DE69104377T3; JP3238149B2; DE69104377D1; AU7445991A; JPH06501288A; WO1992008180A1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Steuersystem zur Zeitabstimmung oder Planung von Teilen, die in einer Ofenstruktur bearbeitet werden sollen, und insbesondere auf ein Steuersystem, das die Bearbeitungszeit eines Teils bestimmt, bevor das Teil in die Ofenstruktur eintritt, und den Eintritt des Teils in die Ofenstruktur zeitlich abstimmt bzw. plant.

Stand der Technik

Vorhandene kontinuierliche Karburierungs- bzw. Aufkohlungsofensysteme umfassen häufig verschiedene Abschnitte oder Kammern zum Trennen der verschiedenen Behandlungen, die in den Karburierungs- bzw. Aufkohlungsvorgängen verwendet werden, insbesondere Erwärmen, Karburieren bzw. Aufkohlen, Diffundieren bzw. Diffusionsglühen und Härten oder Ausgleichskühlen. Beispielsweise beschreiben die US- Patente 3 598 381 und 3 662 996 eine Vorrichtung mit getrennten Ofenstufen zum Heizen, Karburieren bzw. Aufkohlen und Diffundieren bzw. Diffusionsglühen von Metallteilen bei ausgewählten Temperaturen und in unterschiedlichen Gasatmosphären für bestimmte Zeitperioden. In solchen Systemen werden Tabletts mit Teilen nacheinander in einer festgelegten Folge durch jeden Ofen geschoben oder gezogen, wobei jedes Tablett in der gleichen relativen Position in der Linie während seines gesamten Durchlaufs durch das System bleibt. Jedes Teil erhält eine identische Bearbeitungszeit.
Obwohl die obengenannten Systeme breite Verwendung gefunden haben für kontinuierliche Durchläufe von ähnlichen Teilen, sind sie dort nicht gut geeignet, wo es notwendig ist, eine Vielzahl verschiedener Metallteile zu bearbeiten, die unterschiedliche Zyklus- oder Durchlaufzeiten und/oder unterschiedliche Abschreck-/Kühlzeiten benötigen, und wo es gewünscht ist, eine Vielzahl verschiedener Teile nach Bedarf herzustellen ("manufacture-on-demand"), uin niedrige Lagerbestände zu halten.
Es wurden Versuche gemacht, eine größere Flexibilität der Bearbeitung von Teilen in Ofensystemen vorzusehen durch die Verwendung doppelter Drehgestell-Karburierungs- oder -Aufkohlungsöfen, wie es im US-Patent 4 622 006 gezeigt ist. Das US-Patent 4 622 006 zeigt eine Drehgestell-Karburierungs- oder Aufkohlungsvorrichtung und -Diffusionsvorrichtung, die eine Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammer und eine Diffusionskammer getrennt von einer herkömmlichen Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammer vorsieht.
Andere Beispiele umfassen das deutsche Patent DE 35 06 131, das ein Drehgestell zum Karburieren bzw. Aufkohlen von Teilen zeigt. Die Bearbeitungszeiten der Teile werden durch einen Computer gesteuert, basierend auf Informationen, die bisherige Erfahrung enthalten. Ein Artikel "Extending Carburizing-Process Capabilities" von E. Kubel in Advanced Materials and Processes, Band 137, Nr. 3, März 1990 zeigt ein Mehrkammer-Drehgestell- Karburierungs- bzw. -Aufkohlungssystem. Ein Computer wird verwendet zum Verfolgen der Arbeit in dem Karburierungsbzw. Aufkohlungssystem.
Systeme dieser Bauart gestatten nicht, daß Teile in einer effizienten und durchgängigen oder glatten Art und Weise bearbeitet werden, ohne ein spezielles Verfahren zur Zeitabstimmung oder Planung der Teile. Beispielsweise ist es sehr wahrscheinlich, daß zufällig geladene Teile Zugang zu der gleichen Kammer zur gleichen Zeit benötigen werden. Dies ergibt, daß mindestens ein Teil eine übermäßige Zeitdauer in einer Kammer verbringen muß, während es auf den Zugang zu der nächsten Kammer wartet. Da das Teil üblicherweise in einer heißen Kammer wartet, schreitet die Aufkohlung fort und der Grad der Aufkohlung kann übermäßig werden und die Teilequalität nachteilig beeinflussen. Zusätzlich kann der Durchsatz des Ofensystems beeinflußt werden, was einen Produktionsverlust ergibt.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu lösen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem zur Zeitabstimmung oder Planung von Teilen in einer kontinuierlichen Ofenstruktur vorgesehen. Eine Vielzahl von Behandlungs- bzw. Bearbeitungskammern ist miteinander verbunden und besitzt eine Vielzahl von Teilepositionen. Die Bearbeitungskammern umfassen zwei Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammern des Rotationsbzw. Drehtyps. Die Drehaufkohlung verwendet Gase bei erhöhten Temperaturen und gibt die Teile unabhängig von der Aufeinanderfolge bzw. Sequenz ab, in der die Teile in die drehenden Aufkohlungskammern eintreten. Die Bearbeitungskammern sind geeignet, mindestens zwei Teile mit einzigartigen Bearbeitungszeiten simultan bzw. gleichzeitig zu behandeln bzw. bearbeiten. Eine Speichervorrichtung speichert erste Aufzeichnungen, die Bearbeitungszeiten jedes Teils bezüglich jeder Bearbeitungskammer repräsentieren, und zweite Aufzeichnungen, die einen gewünschten Bearbeitungspfad repräsentieren, der mit jedem Teil assoziiert wird. Der gewünschte Bearbeitungspfad repräsentiert die Aufeinanderfolge jeweiliger Bearbeitungskammern, in die ein Teil zum Bearbeiten eintritt. Die Speichervorrichtung speichert auch dritte Aufzeichnungen, die die Gesamtzahl und Lage besetzter Teilepositionen innerhalb jeder Bearbeitungskammer repräsentieren. Eine Rezept- bzw. Anweisungsvorrichtung bestimmt einen gewünschten Bearbeitungspfad, einen bestimmten (Einsatz-)Härtetiefenbereich der Karburierung bzw. Aufkohlung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert und vorbestirnznte Bearbeitungszeiten, die init den nicht aufkohlenden Bearbeitungskammern assoziiert werden ansprechend auf den gewünschten Bearbeitungspfad des weiteren Teils. Jede Bestimmung entspricht einem weiteren Teil, das in der Ofenstruktur bearbeitet wird. Eine Aufreihung bzw. Anordnung speichert Zeitfensteraufzeichnungen ansprechend auf die ersten, zweiten und dritten Aufzeichnungen. Die Zeitfensteraufzeichnungen repräsentieren die Anzahl der Teilepositionen, die innerhalb jeder Bearbeitungskammer während vorbestimmter Zeitperioden verfügbar sind. Die Anordnung bestimmt auch Zeitfenster für das Eintreten von Teilen in jede Bearbeitungskammer ansprechend auf die Zeitfensteraufzeichnungen. Das Zeitfenster repräsentiert eine vorbestimmte Zeitspanne, während der das weitere Teil in eine jeweilige Bearbeitungskammer eintreten kann zum vollständigen Bearbeiten. Eine (Zeit-)Planungs-Vorrichtung stellt einen gegenwärtigen (Einsatz-)Härtetiefenwert, der mit dem weiteren Teil assoziiert wird, auf den Minimalwert ein, berechnet die gewünschten Bearbeitungszeiten, die mit den Drehaufkohlungskammern assoziiert werden, für das weitere Teil ansprechend auf den gegenwärtigen Härtentiefenwert und berechnet eine Ankunftszeit, die mit den jeweiligen Bearbeitungskammern assoziiert wird, ansprechend auf den gewünschten Bearbeitungspfad und die gewünschten Bearbeitungszeiten. Die (Zeit-)Planungsvorrichtung vergleicht ferner den gegenwärtigen Härtetiefenwert mit dem maximalen Härtetiefenwert und inkrementiert bzw. erhöht den gegenwärtigen Härtentiefenwert um einen vorbestimmten Wert bzw. eine vorbestimmte Größe ansprechend auf das Fehlen eines assoziierten Zeitfensters, das mit der Ankunftszeit einer jeweiligen Bearbeitungskammer assoziiert wird, und darauf, daß der gegenwärtige Härtetiefenwert geringer ist als der Maximalwert, und berechnet erneut die gewünschten Bearbeitungszeiten ansprechend darauf, daß der Härtetiefenwert inkrementiert bzw. erhöht wird. Schließlich bestimmt die (Zeit-)Planungsvorrichtung eine Eintritts- oder Eingangszeit, zu der das weitere Teil in die Ofenstruktur eintreten soll, ansprechend auf die gewünschten oder Soll-Bearbeitungszeiten.
Die Erfindung umfaßt auch weitere Merkmale und Vorteile, die aus einem genaueren Studium der Zeichnung und der Beschreibung deutlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und zeigt eine Ofenstruktur;
Fig. 2 ist ein Blockdiagrarnin des Steuersystems, das die funktionellen Beziehungen des computerisierten Steuerzentrums zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Elemente der Aufreihung bzw. Anordnung zeigt; und
Fig. 4A bis 4E sind Flußdiagramme, die das Verfahren und den Betrieb des Steuersystems beschreiben.

Hestes Verfahren zur Ausführung der Erfindung

Unter Bezugnahme nun auf Fig. 1 ist ein Steuersystem 100 dargestellt zum Wärmebehandeln von Teilen in einer Ofenstruktur 102. Die Ofenstruktur 102 umfaßt mehrere, miteinander verbundene Bearbeitungskammern 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128, die jeweils eine getrennte Ofenkammer bilden, in der Teile bearbeitet und während eines Karburierungs- bzw. Aufkohlungszyklus gehärtet werden. Die Bearbeitungskammern besitzen jeweils eine Vielzahl von Teilepositionen. Die Bearbeitungskammern sind auch geeignet, simultan bzw. gleichzeitig eine Vielzahl von Teilen zu bearbeiten, und zwar jeweils für eine jeweilige vorbestimmte Bearbeitungszeit. Der Ausdruck Karburieren bzw. Aufkohlen soll eine Bearbeitung nicht nur in kohlenstoffreichen Gasatmosphären, sondern auch in Kohlenstoff/Stickstoff-Atmosphären umfassen. Die Bearbeitungskammern 102 umfassen: eine Vorheizkammer 106, Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammern 110, 112, eine Härtkammer 122, eine Langsamkühlkammer 124, eine Chargenabschreckkammer 126 und eine Preßabschreckkammer 128. Diese Kammern und weitere Bauteile bzw. Komponenten der kontinuierlichen Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammerstruktur werden nun beschrieben in der Reihenfolge, in der die Teile während eines typischen Aufkohlungszyklus bearbeitet werden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vorzugsweise zum Karburieren bzw. Aufkohlen verwendet, die Erfindung ist jedoch auch gut geeignet für derartige Verfahren wie Carbonitrieren, Nitrieren oder Härten.
Tabletts, die mit aufzukohlenden Teilen beladen sind, beispielsweise Zahnrädern, Wellen und anderen Stahlteilen, bei denen es wünschenswert ist, die Oberfläche zu härten, werden zuerst von einem Beladungs-/Entladungsbereich 104 zu einer Ladevorrichtung 105 des Magazintyps bewegt. Die Ladevorrichtung 105 des Magazintyps lädt selektiv die Teile in die Vorheizkammer 106 entweder durch zufälliges Laden der Teile oder durch Laden nach der FIFO-Art (FIFO = first in, first out = als erstes hinein, als erstes heraus). Die Teile, die in die Vorheizkammer 106 geladen sind und zwischen den darauffolgenden Kammern bewegt bzw. manövriert werden, werden typischerweise mit einer (nicht gezeigten) motorgetriebenen Schiebevorrichtung bewegt. Motorgetriebene Schiebevorrichtungen sind in der Technik bekannt und ihr Betrieb wird nicht beschrieben. Die Vorheizkammer 106 ist geeignet, die Teile auf eine vorbestimmte Temperatur aufzuheizen, beispielsweise auf 1700 ºF. Typischerweise ist die Vorheizkammer 106 eine herkömmliche Einheit, durch die Teile oder Tabletts mit Teilen in der Reihenfolge transportiert werden, in der sie hereinkommen bzw. eintreten. Die Vorheizkammer 106 kann eine gewisse Flexibilität der Bearbeitungsreihenfolge erreichen durch die Verwendung von doppelten bzw. zweifachen Reihen, wobei jede Reihe in der Lage ist, mit einer unterschiedlichen Rate geschoben oder vorwärtsbewegt zu werden, oder die Vorheizkammer kann von dem Rotations- oder Drehtyp sein. Der Ausgang der Vorheizkammer 106 ist verbunden mit den Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammern 110, 112. Wenn es gewünscht ist, ein Tablett mit Teilen in die Aufkohlungskammern 110, 112 zu bewegen, werden die Türen angehoben und das Tablett mit Teilen tritt ein. Die Aufkohlungskammern 110, 112 sind geeignet, die vorgeheizten Teile reaktiven bzw. reaktionsfreudigen Kohlenstoffgasen bei erhöhten Temperaturen auszusetzen. Vorzugsweise sind die Aufkohlungskammern 110, 112 in Reihe verbundene Drehkammern mit drehbaren Gestellen (nicht gezeigt), wobei die Drehkammern einen veränderlichen Zyklus besitzen. Drehkammern gestatten, daß Teile in irgendeiner ausgewählten Reihenfolge abgegeben oder ausgestoßen werden, und zwar unbhängig von der Zeit und der Eingabe- oder Eingangsreihenfolge. Vorzugsweise werden die Gestelle kontinuierlich gedreht, außer dann, wenn sie angehalten werden, um Teile aufzunehmen oder abzugeben.
Eine der Aufkohlungskammern ist eine Verstärkungs- oder Boostkammer. Die Boostkammer 110 besitzt eine gesteuerte, kohlenstoffangereicherte Gasatmosphäre, und zwar typischerweise mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von ungefähr 1-3,5 Gew.% bei einer gewünschten erhöhten (Soll-)Temperatur von ungefähr 1700 ºF. Da jeder Punkt der Boostkammer 110 zu einer Ausgabeposition 109 gedreht werden kann, kann jegliches Tablett mit Teilen zu jeder Zeit zu der Ausgabeposition gebracht werden, und zwar unabhängig davon, wie lang das Tablett in der Boostkammer 110 geblieben ist. Dies gestattet, daß eine Mischung von Teilen, von denen einige längere Aufkohlungszeiten benötigen als andere - beispielsweise um größere Karburierungs- oder Einsatzhärtetiefen zu erreichen - simultan bzw. gleichzeitig in der Kammer 110 karburiert bzw. aufgekohlt werden. Temperatursensoren (nicht gezeigt) überwachen und steuern die Temperatur der Bearbeitungskammern 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128. Wenn die Karburierung bzw. Aufkohlung eines Tabletts mit Teilen in der Boostkammer 110 sich der Beendigung nähert, wird das Gestell gedreht, um das Tablett in die Abgabe- oder Auslaßposition 111 zu plazieren. Türen (nicht gezeigt), die die Aufkohlungskammern 110, 112 trennen, werden geöffnet und das Tablett mit Teilen wird dann in die Diffusionskammer 112 gebracht.
Die Diffusionskammer 112 besitzt eine ähnliche Struktur wie die Aufkohlungskammer, besitzt aber normalerweise kleinere Kammern. Beispielsweise kann die Diffusionskammer 112 acht Tablettpositionen besitzen, verglichen mit vierzehn Positionen, die in der Boostkammer 110 vorgesehen sein können. Dies ist möglich, weil die Verweildauern der Teile in der Diffusionskammer 112 wesentlich kürzer sind als die in der Boostkammer 110 und daher werden weniger Tablettpositionen benötigt, um die gleiche Anzahl von Teilen zu bearbeiten, wie sie in der Boostkammer 110 behandelt werden. Die Diffusionskammer 112 funktioniert zum Anpassen oder Einstellen des Kohlenstoffgehalts in den äußeren Lagen oder Schichten der Teile, wobei vorteilhafterweise ein gleichförmiges Kohlenstoffniveau von der Oberfläche der Teile bis in eine vorbestimmte Tiefe erzeugt wird. Um dies zu erreichen, wird eine gasförmige Atmosphäre mit einem etwas geringeren Kohlenstoffgehalt wie derjenige, der in der Boostkammer 110 verwendet wird, beispielsweise 0,9 %, in der Diffusionskammer 112 bei einer ausgewählten Diffusionstemperatur von ungefähr 1700 ºF vorgesehen. Die Diffusionskammer 112 gestattet ähnlich wie die Boostkammer 110, daß Teile, die unterschiedliche Diffusionszeiten benötigen, gemeinsam zur gleichen Zeit in der Diffusionskammer 112 bearbeitet werden. Nachdem ausgewählte Teile in der Diffusionskammer 112 für eine vorbestimmte Zeit wärmebehandelt wurden, dreht sich das Gestell, um das Tablett mit den Teilen in eine Auslaß- oder Abgabeposition 113 zu bewegen. Türen (nicht gezeigt), die die Diffusionskammer 112 und eine Härtkammer 122 trennen, werden geöffnet und das Tablett mit Teilen wird in die Härtkammer 122 geschoben.
Die Härtkammer 122 ist in ihrer Struktur ähnlich wie die Drehaufkohlungskaflern 110, 112. Die Härtkammer 122 umfaßt drei Auslässe oder Ausgänge 131, 133, 135, um je nach Bedarf zu gestatten, daß verschiedene Abschreck- und Kühlbehandlungen verwendet werden. Die Härtkammer 122 dient somit als eine Transporteinrichtung mit beträchtlicher Flexibilität bei der Bewegung von Teilen zu verschiedenen Abschreckstationen. Zusätzlich hält die Härtkammer 122 eine kohlenstoffreiche Gasatmosphäre, beispielsweise 0,9 %, aufrecht und funktioniert auch zum Absenken der Temperatur der Teile auf eine Härttemperatur, typischerweise 1550 ºF, vor dem Abschrecken. Zusätzlich ist die Härtkammer 122 geeignet, Teile, die von der Langsamkühlkammer benachbart zu dem Auslaß 131 in die Härtkammer 122 wieder eingeführt wurden, auf eine Härttemperatur wieder aufzuheizen, und zwar vor dem Abschrecken.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, führt ein Auslaß 132 der Härtkammer 122 zu der Chargenabschreckkammer 126. Teile werden zu der Auslaßposition 133 der Härtkammer 122 und auf das Hebewerk (nicht gezeigt) der Chargenabschreckvorrichtung gedreht. Die Teile werden in einen Tank abgesenkt, der mit einem Abschreckmedium, wie beispielsweise Öl, gefüllt ist und werden durch Eintunken abgeschreckt, dann angehoben und zu einer nach dem Abschrekken angeordneten Transportlinie 140A bewegt.
Für Teile, die langsam auf Temperaturen von ungefähr 700º bis 800 ºF abgekühlt werden, wird die Härtkammer 122 in eine Position benachbart zu dem Auslaß 131 vor der Langsamkühlkammer 124 gedreht. Teile können sich entweder entlang der Transportlinie 140B bewegen oder zu der Härtkammer 122 zurückkehren. Teile, die zu der Härtkammer 122 zurückkehren, werden wieder aufgeheizt und dann abgeschreckt.
Für Teile, die preßabgeschreckt werden, wird die Härtkammer 122 in eine Position benachbart zu dem Auslaß 135 vor der Preßabschreckkammer 128 gedreht. Teile werden dann manuell aus der Preßabschreckkammer 128 entfernt, um in einer Presse 129 abgeschreckt zu werden, wobei Halterungen oder Formen vorgesehen sind, die die Teile festhalten, während ein Abschreckmedium angewandt wird.
Wahlweise können Teile, die nur langsam abgekühlt werden, durch eine Tür 141 hindurchgehen zu einem Förderer bzw. einer Fördervorrichtung und zu einer Ruheposition 142 bewegt werden. Dann werden die Teile durch eine Tür 143 geschoben, die die Langsamkühlkammer 124 von der Ruheposition 142 trennt, und die Teile treten in die Langsamkühlkammer 124 ein. Die Teile werden in die Härtkammer 122 gebracht, bis eine Härttemperatur erreicht ist, und werden dann entweder zum Preßabschrecken 128 oder zum Chargenabschrecken 126 bewegt.
Nachdem sie abgeschreckt wurden, werden die Teile durch andere herkömmliche Komponenten oder Bauteile der Kammerstruktur 102 tranportiert für nach dem Abschrecken erfolgende Bearbeitung. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden abgeschreckte Teile in der Reihenfolge, in der sie an einer nach dem Abschrecken befindlichen Position ankommen, durch eine Waschvorrichtung 145 und dann wahlweise durch eine Temperkammer 150 bewegt. Falls notwendig, werden Teile an einer Station 155, 160 nahe dem Auslaß der Temperkammer 150 manuell begradigt oder ausgerichtet. Reinigen der Teile kann durchgeführt werden in einer Sand- oder Kugelstrahl- oder Entzunderungsstation 170.
Während eines Bearbeitungsszyklus bleiben die Teile typischerweise für ungefähr 1-40 Stunden in der Boostkammer 110, und für ungefähr 0,1-10 Stunden jeweils in der Diffusionskammer 112 und der Härtkammer 122, abhängig von der Art des Teils, das wärmebehandelt wird, und von der gewünschten Härtetiefe.
Das Steuersystem 100 umfaßt ein computerisiertes Steuerzentrum 180. Vorzugsweise umfaßt das Steuerzentrum 180 eine Vielzahl von Mikrocomputern (nicht gezeigt). Das Steuerzentrum 180 umfaßt eine programmierbare Logiksteuerung (PLC = Programmable Logic Controller) 182, die mit Codierern verbunden ist, welche mit jeder der Kammern 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128 verbunden sind, um die Position und die Bearbeitungsbedingungen jedes Tabletts mit Teilen innerhalb jeder der Kammern 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128 zu verfolgen. Zusätzlich können Grenz- oder Grenzwertschalter von der PLC verwendet werden, um bei der Verfolgung der Teile zu helfen. Grenzschalter sind in der Technik bekannt und werden nicht weiter beschrieben. Das kontinuierliche Verfolgen der Teile gestattet die Bestimmung des Ortes oder der Lage jedes Tabletts innerhalb der Ofenstruktur 102 und gestattet, daß Bearbeitungsaufzeichnungen für jedes Tablett angesammelt werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Tabletts beschränkt, sondern es kann vorteilhaft sein, Teile ohne Tabletts zu haben; wenn daher auf ein Teil Bezug genommen wird, ist es selbstverständlich, daß es entweder ein Teil ohne Tablett, ein Teil innerhalb eines Tabletts oder viele in Bezug stehende Teile innerhalb eines Tabletts sind - das Steuersystem 100 behandelt vorteilhafterweise alle gleich. Die Bearbeitungsaufzeichnungen werden in Dateien (files) gespeichert, die in der PLC 182 in einem RAM-Speicher gespeichert sind, der als Speichermittel 184 bezeichnet wird. Zusätzlich umfaßt das Steuerzentrum 180 Menues und Befehle zum Steuern der verschiedenen Türen, Schiebevorrichtungen und der Drehung der Kammern sowie zum Voreinstellen der Ofentemperaturen und der Kohlenstoffatmosphärengehalte, wie sie durch die PLC 182 in einer Weise diktiert werden, wie es in der Technik bekannt ist.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt das Steuersystem 100 die PLC 182 und die Speichermittel 184 zum Speichern erster Aufzeichnungen, die Bearbeitungszeiten repräsentieren, die mit jedem der Teile innerhalb jeder Bearbeitungskammer 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128 assoziiert werden, zweite Aufzeichnungen, die einen gewünschten Bearbeitungspfad durch mindestens eine Bearbeitungskammer repräsentieren, der mit jedem Teil assoziiert wird, und dritter Aufzeichnungen, die die Anzahl und Lage besetzter Teilepositionen innerhalb jeder der Bearbeitungskammern 106. 110, 112, 122, 124, 126, 128 repräsentieren. Die ersten Aufzeichnungen repräsentieren vergangene, berechnete gewünschte, und assoziierte vorbestimmte Bearbeitungszeiten. Die zweiten Aufzeichnungen repräsentieren den Bearbeitungspfad für jedes Teil, das durch die Ofenstruktur bearbeitet werden soll. Möglicherweise braucht ein Teil nicht durch alle Bearbeitungskammern bearbeitet werden. Beispielsweise braucht ein Teil möglicherweise nur langsam abgekühlt werden; daher wird der Abschreckvorgang für dieses Teil nicht eingeplant. Auch ist die Bearbeitung teilespezifisch. Die dritten Aufzeichnungen werden durch Dateien in den Speichermitteln 184 dargestellt und werden durch die verschiedenen Codierer aktualisiert, die mit der Ofenstruktur 102 verbunden sind. Daher wird die Lage und Position eines Teils innerhalb der Ofenstruktur 102 durch die dritten Aufzeichnungen reflektiert. Aufreihungs- bzw. Anordnungsmittel 186 sind in dem Steuersystem 100 umfaßt zum Speichern von Zeitfensteraufzeichnungen ansprechend auf die ersten, zweiten und dritten Aufzeichnungen. Die Zeitfensteraufzeichnungen repräsentieren die Anzahl von Teilepositionen, die innerhalb jeder der Bearbeitungskammern 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128 während vorbestimmter Zeitperioden verfügbar sind. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Anordnungsmittel 186 eine zweidimensionale Anordnung, die aus einer vielzahl von Speicherzellen 187 aufgebaut ist. Jede Zelle 188 in den Anordnungsmitteln 186 entspricht der Anzahl von Teilen in einer vorbestimmten diskreten Zeitperiode in einer bestimmten Bearbeitungskammer 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128. Wie gezeigt ist, sind 3000 Minuten die vorbestimmten Zeitperioden, wobei die O-te Minute die gegenwärtige oder tatsächliche Zeit ist, und die anderen Zeiten (1 - 2999) sind Minuten in der Zukunft. In dem Diagramm der Fig. 3 ist oben die maximal verfügbare Tablett- oder Teileposition für jede Bearbeitungskammer gezeigt.
Das Steuersystem 100 umfaßt auch Status- bzw. Zustandsmittel 190 zum periodischen Aktualisieren der Zeitfensteraufzeichnungen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, übertragen die Zustandsmittel 190 Information von den Aufzeichnungen, die in den Speichermitteln 184 gespeichert sind, um die Anordnungsmittel 186 zu besetzen. Daher sehen die Anordnungsmittel 186, wenn sie von den Zustandsmitteln 190 aktualisiert wurden, eine akkurate Repräsentation oder Wiedergabe der Inhalte jeder Bearbeitungskammer 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128 vor, und zwar entsprechend der tatsächlichen oder Ist-Zeit und der zukünftigen Zeit, die mit jeder Bearbeitungskammer assoziiert wird.
Das Steuersystem 100 umfaßt (Zeit-)Planungsmittel 192 zum Berechnen der gewünschten oder Soll-Bearbeitungszeiten, die mit mindestens einer Bearbeitungskammer assoziiert werden, für ein neues zu bearbeitendes Teil. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel berechnen die (Zeit-) Planungsmittel 192 die gewünschten Bearbeitungszeiten, die mit den Boost- und Diffusionskammern 110, 112 assoziiert werden, für jedes neue Teil. Zusätzlich bestimmen die (Zeit-)Planungsmittel 192 eine Eintritts- oder Eingangszeit für das neue Teil, zu der es in die Ofenstruktur 102 eintreten soll, und zwar in die Vorheizkammer 106 oder in die Langsamkühlkammer 124. Das Steuersystem 100 umfaßt auch Rezept- bzw. Anweisungsmittel 194 zum Bestimmen bzw. Zuweisen eines vorbestimmten (Einsatz-) Härtetiefenbereichs zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert für jedes neue Teil. Die gewünschten Bearbeitungszeiten des neuen Teils sind ansprechend auf den vorbestimmten Härtentiefenbereich bzw. hängen davon ab. Die Berechnung von Bearbeitungszeiten, um einen akzeptablen Härtentiefenwert der Karburierung bzw. Aufkohlung zu erreichen, ist in der Technik bekannt und Berechnungen, die beim Bestimmen der Bearbeitungszeiten verwendet werden, werden nicht beschrieben. Vorzugsweise sind die Rezept- bzw. Anweisungsmittel 194 eine Datenbank, die innerhalb der PLC 182 enthalten ist und die den vorbestimmten Härtetiefenbereich der Karburierung bzw. Aufkohlung und die vorbestimmten Bearbeitungszeiten für die Härt-, Langsamkühl-, Chargenabschreck- und Preßabschreckkammern 124, 126, 128 für jedes Teil anzeigt. Zusätzlich zeigen die Rezept- bzw. Anzeigemittel 194 die Art des Abschreckens für das Teil an und ob das Teil langsam abgekühlt werden soll oder nicht. Vorzugsweise assoziieren die Anweisungsmittel vorbestimmte Bearbeitungszeiten mit den Vorheiz-, Härt-, Kühl- und Abschreckkammern 106, 122, 124, 126, 128 in Übereinstimmung mit dem Pfad jedes Teils durch die Ofenstruktur 102, wie es durch die dritte Aufzeichnung angezeigt wird. Die Eintrittszeit ist ansprechend auf die gewünschten und vorbestimmten Bearbeitungszeiten.
Die (Zeit-)Planungsmittel 192 umfassen Mittel zum Bestimmen von Zeitfenstern für den Eintritt von Teilen in jede der Bearbeitungskammern 106, 110, 112, 122, 124, 126, 128 ansprechend auf die Zeitfensteraufzeichnungen. Das Zeitfenster repräsentiert eine bestimmte Zeit, wann ein Teil in eine bestimmte Bearbeitungskammer eintreten kann zur vollständigen Bearbeitung bezüglich dieser Kammer. Im wesentlichen ist das Zeitfenster eine Öffnung (der Zeit) von ausreichender Länge, um ein Teil zu bearbeiten. Daher entspricht das Zeitfenster der Verfügbarkeit einer bestimmten Kammer, um das Teil in der gewünschten oder vorbestimmten Bearbeitungszeit zu bearbeiten. Das Zeitfenster wird innerhalb der Aufreihungs- oder Anordnungsmittel 186 gefunden. Es sei beispielsweise angenommen, daß vier Teile sich in der Härtkammer 122 befinden, wobei für das erste Teil geplant ist, daß es die Härtkammer 122 in 2 Minuten verläßt und in die Langsamktihlkammer 124 für 3 Minuten übergeht. Für das zweite Teil ist geplant, daß es die Härtkammer in 6 Minuten verläßt und daß es für 2 Minuten zum Preßabschrecken 128 übergeht. Für das dritte Teil ist geplant, daß es die Härtkammer 122 in 10 Minuten verläßt und für 12 Minuten zu der Langsamkühlkammer übergeht. Für das vierte Teil ist geplant, daß es die Härtkammer 122 in 3 Minuten verläßt und für 6 Minuten Bearbeitung in die Langsamkühlkammer übergeht. Es sei bemerkt, daß die maximale Anzahl von Teilen, die in der Langsamkühlkammer bearbeitet werden können, zwei ist. Daher zeigt die Fig. 3, daß ein Zeitfenster von 6 Minuten in der Langsamkühlkammer existiert.
Sobald die gewünschten und vorbestimmten Bearbeitungszeiten für die Bearbeitungskammern für eine vorgegebene oder bestimmte Härttiefe ausgewertet wurden, kann das Teil dann in die Ofenstruktur 102 an der Vorheizkammer 106 eintreten. Somit ist die Eintrittszeit ansprechend auf die gewünschten und vorbestimmten Bearbeitungszeiten.
Die Speichermittel 184, die Anordnungsmittel 186, die Zustandsmittel 190, die (Zeit-)Planungsmittel 192 und die Anweisungsmittel 194 werden vorteilhafterweise in Software innerhalb des computerisierten Steuerzentrums 180 implementiert oder ausgeführt.
Das in den Fig. 4(A-E) gezeigte Flußdiagramm zeigt ein Computerprogramm, das mit dem computerisierten Steuerzentrum 180 arbeitet, und zwar vor dem Einsetzen eines Teils in die Vorheizkammer 106. Das Computerprogramm liefert die Information, die notwendig ist, damit das Steuersystem 100 die vollständige Bearbeitungszeit für die gesamte Bearbeitung eines Teils innerhalb der Ofenstruktur 102 plant, bevor das Teil in die Vorheizkammer 106 eintritt. Vorteilhafterweise kann das Steuerzentrum 180 die gesamte Bearbeitungszeit des Teils in der Ofenstruktur 102 in einer Weise planen, die einen glatten und ununterbrochenen Fluß durch die Ofenstruktur 102 vorsieht.
Das Element 200 des Flußdiagramms zeigt den Beginn des Computerprogramms. Eine Bedienungsperson gibt die Teilenummer eines zu bearbeitenden Teils in einen Terminal (nicht gezeigt) ein, der mit dem Steuerzentrum 180 verbunden ist. Entsprechend wird ein gewünschter (Einsatz-) Härtentiefenwert der Karburierung bzw. Aufkohlung entsprechend eines vorbestimmten Härtetiefenbereichs von den Anweisungsmitteln 194 im Block 205 bestätigt. Als nächstes befragt das Steuerzentrum 180 die Speichermittel 184 im Block 210, um zu bestimmen, ob eine Teileposition in der Vorheizkammer 106 verfügbar ist. In einem Ausführungsbeispiel bleibt jedes Teil für 90 Minuten in der vorheizkammer 106. Wenn keine Position verfügbar ist, geht das Computerprogramm zum Block 220, wartet 1 Minute und startet von Neuem. Wenn eine Position in der Vorheizkammer 106 unmittelbar verfügbar ist, geht das Computerprogramm weiter zum Block 230, in dem die Speichermittel 184 mit den Bearbeitungszeiten aller Teile und den besetzten Teilepositionen innerhalb der Ofenstruktur 102 aktualisiert werden. Der Härtetiefenwert wird dann im Block 235 auf den Minimalwert eingestellt entsprechend des vorbestimmten Härtetiefenbereichs.
Die Anweisungsmittel 194 werden dann im Block 245 befragt, um zu bestimmen, ob das Teil in der Langsamkühlkammer 124 langsam abgekühlt werden soll. Wenn das Teil nicht langsam abgekühlt werden soll, geht das Computerprogramm weiter zum Block 285, um zu bestimmen, ob das Teil preßabgeschreckt oder chargenabgeschreckt werden soll. Wenn das Teil langsam abgekühlt werden soll, fährt das Steuerzentrum 180 im Block 250 fort, die gewünschten und vorbestimmten Beabeitungszeiten zu berechnen, die mit dem Teil entsprechend des Pfades durch die Ofenstruktur 102 assoziiert werden, und zwar ansprechend auf die gegenwärtige Härtetiefe. Das Steuerzentrum 180 bestimmt im Block 255 die Ankunftszeit des Teils für die Langsamkühlkammer 124 durch Kombinieren der berechneten gewünschten Bearbeitungszeiten mit den vorbestimmten Bearbeitungszeiten. Im Block 260 werden die Anordnungsmittel 186 befragt um zu bestimmen, ob ein Zeitfenster in der Langsamkühlkammer 124 existiert. Wenn kein Zeitfenster verfügbar ist, wird im Block 265 der gegenwärtige Härtetiefenwert mit dem maximalen Härtetiefenwert verglichen. Wenn der gegenwärtige Härtetiefenwert bei der maximalen Tiefe ist, dann geht das Computerprogramm weiter zum Block 215 und das Steuerzentrum 180 befragt, einen Teileauswahlmodusschalter (nicht gezeigt).
Der Teileauswahlmodusschalter gibt eine Anzeige des Magazinbetriebs, wie er durch die Betriebsperson eingestellt wurde. Wenn beispielsweise eine Eintrittszeit für ein neues Teil entsprechend eines bestimmten Härtetiefenbereichs nicht verfügbar ist, kann das Magazin (im Zufallsauswahlmodus) ein anderes Teil für die Struktur einplanen, das einem unterschiedlichen Härtetiefenbereich entsprechen kann, und erneut starten, oder (im Zwangsteilmodus) in dem Block 220 1 Minute warten und erneut starten.
In dem Block 215 wird der Modus bzw. die Betriebsart des Teileauswahlschalters bestimmt und das Computerprogramm fährt mit dem angezeigten Modus fort und startet erneut.
Wenn der gegenwärtige Härtetiefenwert niedriger ist als der maximale Härtetiefenwert wird der gegenwärtige Härtetiefenwert im Block 270 um eine vorbestimmte Größe, beispielsweise 0,01 mm, inkrementiert oder erhöht, und das Computerprogramm kehrt zum Block 250 zurück, um die Bearbeitungszeitberechnungen zu wiederholen. Wenn ein Zeitfenster in den Anordnungsmitteln 186 für die Langsamkühlkammer 124 existiert, dann werden die gewünschten Bearbeitungszeiten für die Boost- und Diffusionskammern im Block 275 in den Speichermitteln 184 entsprechend der gegenwärtigen Härtentiefe aufgezeichnet.
Es ist möglich, wie durch die Anzeigemittel 194 angezeigt wird, daß ein Teil nur das Langsamkühlverfahren und keine anderen Kühlverfahren verwendet. Wie in dem Block 280 bestimmt wurde, geht das Computerprogramm für ein Teil, das nur langsam gekühlt wird, zum Block 350 weiter.
Wenn das Teil andere Kühlvorgänge verwendet, werden die Anweisungsmittel 194 im Block 285 befragt, um die bestimmte, gewünschte Art des Abschreckens, entweder Preßabschrecken oder Chargenabschrecken, zu bestimmen. Die Bearbeitungszeiten für die Chargenabschreck- und Preßabschreckkammern 126, 128 werden durch die Anweisungsmittel 194 für jedes Teil vorbestimmt. Zum Preßabschrecken befragt das Steuerzentrum 180 im Block 290 die Speichermittel 184 und berechnet die Ankunftszeit für die Preßabschreckkammer 128. Die Ankunftszeit ist eine Kombination der berechneten Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten, wobei die vorbestimmten Bearbeitungszeiten abhängig sind von dem gewünschten Pfad durch die Ofenstruktur 102. Das Steuerzentrum 180 bestimmt im Block 295, ob ein Zeitfenster innerhalb der Anordnungsmittel 186 existiert zum Bearbeiten des Teils in der Preßabschreckkammer 128. Wenn kein Zeitfenster für die Preßabschreckkammer 128 existiert, dann vergleicht das Steuerzentrum 180 im Block 300 die gegenwärtige Härtetiefe mit der maximal erlaubten Tiefe. Wenn die gegenwärtige Härtetiefe gleich der maximal erlaubten Tiefe ist, dann kehrt das Computerprogramm zum Block 215 zurück, bestimmt den Modus bzw. die Betriebsart des Teileauswahlschalters, fährt mit dem angezeigten Modus fort und startet erneut. Wenn die gegenwärtige Härtetiefe geringer ist als die maximale Tiefe, dann wird die Tiefe im Block 305 um eine vorbestimmte Größe, beispielsweise 0,01 mm, erhöht. Das Computerprogramm geht dann weiter zum Block 290. Im Block 290 berechnet das Steuerzentrum 180 erneut die gewünschten Bearbeitungszeiten, die mit den Boost- und Diffusionskammern 110, 112 assoziiert werden, ansprechend auf die inkrementierte oder erhöhte Härtetiefe. Die gewünschten und vorbestimmten Bearbeitungszeiten werden kombiniert, um die Ankunftszeit für die Preßabschreckkammer 128 zu berechnen. Wenn ein Zeitfenster für den Preßabschreckbetrieb existiert, werden die Bearbeitungszeiten, die mit den Boost- und Diffusionskammern 110, 112 assoziiert werden, entsprechend der gegenwärtigen Härtetiefe im Block 330 in den Speichermitteln 184 aufgezeichnet und das Computerprogramm geht weiter zum Block 335.
Zum Chargenabschrecken befragt das Steuerzentrum 180 im Block 290 die Speichermittel 184 und berechnet die Ankunftszeit für die Chargenabschreckkammer 126. Die Ankunftszeit ist eine Kombination der berechneten Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten, wobei die Bearbeitungszeiten gemäß dem gewünschten Pfad durch die Ofenstruktur 102 vorbestimmt sind. Das Steuerzentrum 180 bestimmt im Block 295, ob ein Zeitfenster innerhalb der Anordnungsmittel 186 existiert zum Bearbeiten des Teils in der Chargenabschreckkammer 126. Wenn kein Zeitfenster in der Chargenabschreckkammer 126 existiert, dann vergleicht das Steuerzentrum 180 im Block 300 die gegenwärtige Härtetiefe mit der maximal erlaubten Tiefe. Wenn die gegenwärtige Härtetiefe gleich der maximal erlaubten Tiefe ist, kehrt das Computerprogramm zum Block 215 zurück, bestimmt den Modus des Teileauswahlschalters, fährt mit dem angezeigten Modus fort und startet erneut. Wenn die gegenwärtige Härtetiefe geringer ist als die maximale Tiefe, wird die Tiefe im Block 305 um eine vorbestimmte Größe, beispielsweise 0,01 mm, erhöht. Das Computerprogramm geht dann weiter zum Block 290. Im Block 290 berechnet das Steuerzentrum 180 erneut die gewünschten Bearbeitungszeiten, die mit den Boost- und Diffusionskammern 110, 112 assoziiert werden ansprechend auf die inkrementierte bzw. erhöhte Härtetiefe. Die gewünschten und vorbestimmten Bearbeitungszeiten werden kombiniert, um die Ankunftszeit für die Chargenabschreckkammer 126 zu berechnen. Wenn ein Zeitfenster für den Chargenabschreckbetrieb vorhanden ist, werden die Bearbeitungszeiten, die mit den Boost- und Diffusionskammern 110, 112 assoziiert werden, entsprechend der gegenwärtigen Härtetiefe im Block 330 in den Speichermitteln 184 aufgezeichnet und das Computerprogramm geht weiter zum Block 335.
Bezugnehmend auf den Block 335 identifiziert das Steuerzentrum 180 durch Befragen der Anweisungsmittel 194, ob das Teil in der Langsamkühlkammer 124 bearbeitet werden soll. Wenn das Teil langsam abgekühlt werden soll, dann bestimmt das Steuerzentrum 180 im Block 340, ob der Härtetiefenwert, der während des Abschreckentscheidungsverfahrens bestimmt wurde, gleichwertig ist mit dem Härtetiefenwert, der während des Langsamabkühlentscheidungsverfahrens bestimmt wurde. Wenn die Härtetiefen genau gleich sind oder wenn kein langsames Abkühlen stattgefunden hat, geht das Computerprogramm weiter zum Block 345.
Wenn die Werte nicht gleich sind, dann geht das Computerprogramm weiter zum Block 355 um zu bestimmen, ob der gegenwärtige Härtetiefenwert, der in dem Abschreckentscheidungsvorgang berechnet wurde, gleich ist wie der maximale Härtetiefenwert. Wenn der maximale Härtetiefenwert erreicht wurde, dann kehrt das Computerprogramm zum Block 215 zurück. Fall nicht, wird der gegenwärtige Härtetiefenwert im Block 360 inkrementiert oder erhöht und das Computerprogramm kehrt zum Block 250 zurück und die Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten werden für die inkrementierte oder erhöhte Härtetiefe neu berechnet. Das Computerprogramm geht dann weiter entsprechend der Entscheidungsblocks.
Im Block 345 bestimmt das Steuerzentrum 180 die Ankunftszeit für ein Teil an der Härtkammer 122. Die Ankunftszeit ist eine Kombination der Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten, wobei die Bearbeitungszeiten gemäß des Pfades des Teils durch die Ofenstruktur 102 bestimmt werden. Die vorbestimmte Bearbeitungszeit für jedes Teil in der Härtkammer 122 wird durch die Rezept- bzw. Anweisungsmittel 194 angezeigt. Das Steuerzentrum 180 bestimmt im Block 350, ob ein Zeitfenster innerhalb der Anordnungsmittel 186 für die Härtkammer 122 vorhanden ist. Wenn kein Zeitfenster für die Härtkammer 122 vorhanden ist, wird der gegenwärtige Härtetiefenwert mit dem maximalen Härtetiefenwert im Block 355 verglichen und das Computerprogramm kehrt zum Block 215 zurück, wenn die gegenwärtige Härtetiefe gleichwertig ist mit der maximalen Härtetiefe. Wenn der gegenwärtige Härtetiefenwert des Teils im Block 355 niedrgier ist als der maximale Härtetiefenwert, dann wird die Tiefe im Block 360 um eine vorbestimmte Größe, beispielsweise 0,01 mm, inkrementiert oder erhöht, und das Computerprogramm kehrt zum Block 250 zurück, um die gewünschten Bearbeitungszeiten entsprechend des inkrementierten oder erhöhten Härtetiefenwerts zu berechnen. Wenn im Block 350 bestimmt wurde, daß ein Zeitfenster für die Härtkammer 122 vorhanden ist, dann werden die gewünschten Bearbeitungszeiten für die Boostund Diffusionskammern, die mit dem gegenwärtigen Härtetiefenwert assoziiert werden, in den Speichermitteln 184 gespeichert.
Das Steuerzentrum 180 bestimmt im Block 370 die Ankunftszeit für die Diffusionskammer 112. Die Ankunftszeit ist eine Kombination der Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten mit der vorbestimmten Bearbeitungszeit, die mit der Vorheizkammer 106 assoziiert wird. Die berechneten gewünschten Bearbeitungszeiten, die mit der Diffusionskammer 112 assoziiert werden, sind variabel, um vorteilhafterweise einen Grad an Flexibilität beim Planen der Bearbeitung jedes Teils zu gestatten bzw. vorzusehen. Daher variieren die berechneten gewünschten Bearbeitungszeiten, die mit der Diffusionskammer 112 assoziiert werden, so wie die Härtetiefenwerte variieren. Ein mit der Diffusionskammer 112 assoziiertes Zeitfenster wird im Block 375 durch das Steuerzentrum 180 bestimmt. Wenn kein Zeitfenster vorhanden ist, dann geht das Computerprogramm zurück zum Block 355, um den gegenwärtigen Härtetiefenwert mit dem maximalen Härtetiefenwert zu vergleichen. Wenn der gegenwärtige Härtetiefenwert gleichwertig mit der maximalen Härtetiefe ist, kehrt das Computerprogramm zum Block 215 zurück, bestimmt den Modus bzw. die Betriebsart des Teileauswahlschalters, fährt mit dem angezeigten Modus fort und startet erneut. Wenn die gegenwärtige Härtetiefe geringer ist als die maximale Tiefe, wird die Tiefe im Block 360 um eine vorbestimmte Größe, beispielsweise 0,01 mm, erhöht, und das Computerprogramm kehrt zum Block 250 zurück, um die Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten entsprechend der inkrementierten oder erhöhten Härtetiefe zu berechnen. Wenn ein Zeitfenster für die Diffusionskammer 112 vorhanden ist, dann geht das Computerprogramm weiter zum Block 395.
Das Steuerzentrum 180 bestimmt im Block 395 die Ankunftszeit für die Boostkammer 110. Die Ankunftszeit ist eine Kombination der Boostbearbeitungszeit mit der vorbestimmten Bearbeitungszeit, die mit der Vorheizkammer 106 assoziiert wird. Wie bei der Diffusionskammer 112 sind auch die berechneten gewünschten Bearbeitungszeiten, die mit der Boostkammer 110 assoziiert werden, variabel, um vorteilhafterweise einen Grad an Flexibilität beim Planen der Bearbeitung aller Teile zu gestatten bzw. vorzusehen. Ein Zeitfenster, das mit der Boostkammer 110 assoziiert ist, wird im Block 400 durch das Steuerzentrum 180 bestimmt. Wenn kein Zeitfenster vorhanden ist, dann kehrt das Computerprogramm zum Block 355 zurück. um den gegenwärtigen Härtetiefenwert mit dem maximalen Härtetiefenwert zu vergleichen. Wenn der gegenwärtige Härtetiefenwert gleichwertig mit der maximalen Härtetiefe ist, kehrt das Computerprogramm zum Block 215 zurück, bestimmt den Modus bzw. die Betriebsart des Teileauswahlschalters, fährt mit dem angezeigten Modus fort und startet erneut. Wenn die gegenwärtige Härtetiefe geringer ist als die maximale Tiefe, wird die Tiefe im Block 360 um eine vorbestimmte Größe, beispielsweise 0,01 mm, erhöht, und das Computerprogramm kehrt zum Block 250 zurück, um die Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten entsprechend der inkrementierten bzw. erhöhten Härtetiefe neu zu berechnen. Wenn ein Zeitfenster für die Boostkammer 110 existiert, dann geht das Computerprogramm weiter zum Block 420.
Entsprechend lädt das Magazin im Block 420 das Teil in die Vorheizkammer 106, um mit der Bearbeitung zu beginnen.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird am besten beschrieben in Bezug auf ihre Verwendung bei der Planung für ein neues Teil, das in der Ofenstruktur 102 wärmebehandelt werden soll, wie es in den Fig. 4A-4E gezeigt ist. Das computerisierte Steuerzentrum 180 plant das neue Teil von hinten nach vorn. Dies bedeutet, daß die Inhalte der Abschreck- und Langsamkühlkammern 124, 126, 128 zuerst geplant werden, gefolgt von den Inhalten der Härtkammer 122, gefolgt von den Inhalten der Diffusionkammer 112, etc. Die Werte, die in der folgenden Diskussion angegeben sind, gelten nur als Beispiele.
Eine Betriebsperson gibt die Teilenummer eines neuen, zu bearbeitenden Teils im Block 200 ein. Im Block 205 befragt das Steuerzentrum 180 die Rezept- oder Anweisungsmittel 194, um den gewünschten Härtetiefenbereich, der dem neuen Teil entspricht, zu bestimmen, wobei herausgefunden wird, daß dieser 1,00-1,50 mm ist. Im Block 210 ist eine Teileposition in der Vorheizkammer 106 verfügbar, wie es durch die Speichermittel 184 angezeigt wird. Als nächstes wird der gegenwärtige Härtetiefenwert im Block 235 auf 1,00 mm eingestellt. Im Block 245 geben die Anweisungsmittel 194 an, daß das neue Teil in der Langsamkühlkammer 124 bearbeitet werden soll.
Als nächstes berechnet das Steuerzentrum 180 im Block 250 die Ankunftszeit an der Langsamkühlkammer 124. Die Ankunftszeit ist eine Kombination der Vorheizbearbeitungszeit, für die 90 Minuten vorbestimmt wurde, der Boostbearbeitungszeit, für die 10 Stunden berechnet wurde, der Diffusionsbearbeitungszeit, für die 2 Stunden berechnet wurde, und der vorbestimmten Härtzeit, für die 2 Stunden herausgefunden wurde. Die Transfer- oder Übertragungszeit wird als vernachlässigbar angenommen. Daher wird berechnet, daß die Ankunftszeit 15,5 Stunden beträgt.
Als nächstes bestimmt das Steuerzentrum 180 im Block 260, ob ein Zeitfenster für die Langsamkühlkammer 124 vorhanden ist. Angenommen, daß keine Teile so eingeplant sind, daß sie in 15,5 Stunden für eine vorbestimmte Bearbeitungszeitdauer von 2 Minuten in der Langsamkühlkammer 124 sind, dann wird herausgefunden, daß ein Zeitfenster in den Anordnungsmitteln 186 vorhanden ist. Daher werden die Boost- und Diffusionszeiten, die im Block 250 berechnet wurden, im Block 275 in den Speichermitteln 184 aufgezeichnet bzw. gespeichert.
Wenn kein Zeitfenster für die Langsamkühlkammer 124 vorhanden wäre, dann würde das Computerprogramm zum Block 265 weiter gehen, um die gegenwärtige Härtetiefe (1,00 mm) mit der maximalen Härtetiefe (1,50 mm) zu vergleichen, und würde zum Block 270 weitergehen. Die gegenwärtige Härtetiefe würde von 1,00 mm auf 1,01 mm inkrementiert oder erhöht. Dann würden im Block 250 die Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten neu berechnet entsprechend der inkrementierten oder erhöhten Härtetiefe von 1,01 mm. Typicherweise sind die neu berechneten Boost- oder Diffusionsbearbeitungszeiten länger ansprechend auf die erhöhte Härtetiefe. Dies kommt daher, daß die größere Härtetiefe dem entspricht, daß das Teil für eine größere Zeitdauer in den Aufkohlungskammern 110, 112 bearbeitet wird. Die vorbestimmten Bearbeitungszeiten werden sich nicht ändern, da die vorbestimmten Bearbeitungszeiten für die Art oder den Typ von Teilen spezifisch ist und nicht für die gewünschte Härtetiefe. Als nächstes wird die Ankunftszeit im Block 255 ansprechend auf die neu berechneten Bearbeitungszeiten berechnet. In dem gezeigten Beispiel ist die Ankunfszeit größer bzw. später, weil die neu berechneten Bearbeitungszeiten länger sind. Dann wird ein Zeitfenster bestimmt für die Langsamkühlkammer 124 ansprechend auf die größere bzw. spätere Ankunftszeit. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, reflektieren die Anordnungsmittel 186 die Verfügbarkeit jeder Bearbeitungskammer für eine vorbestimmte Zeitperiode (3000 Minuten). Daher kann ein Zeitfenster für die Bearbeitung des neuen Teils in der Langsamkühlkammer 124 während irgendeiner Zeitperiode vorhanden sein, die durch die Anordnungsmittel 186 reflektiert wird, wobei das Zeitfenster der berechneten Ankunftszeit entspricht. Diese Schleife wird fortfahren, bis herausgefunden wird, daß ein Zeitfenster vorhanden ist oder bis die maximale Härtetiefe erreicht ist.
Angenommen, ein Zeitfenster existiert für die Langsamkühlkammer 124, dann würden die Boost- und Diffusionsbearbeitungszeiten in den Speichermitteln 184 aufgezeichnet oder gespeichert. Das Computerprogramm geht weiter zum Block 280 und die Rezept- oder Anweisungsmittel 194 zeigen an, daß das neue Teil nur langsam gekühlt werden soll und keine anderen Kühlvorgänge stattfinden. Daher geht das Computerprogramm weiter zum Block 345. Es wird berechnet, daß die Ankunftszeit für das neue Teil an der Härtkammer 122 13,5 Stunden ist, basierend auf der Vorheizbearbeitungszeit von 90 Minuten, der Boostbarbeitungszeit von 10 Stunden und der Diffusionsbearbeitungszeit von 2 Stunden. Im Block 350 wird bestimmt, daß ein Zeitfenster für die Härtkammer 122 vorhanden ist, weil angenommen wird, daß beispielsweise nur drei Teile in der Härtkammer 122 eingeplant sind gemäß der Ankunftszeit des neuen Teils. Als nächstes geht das Computerprogramm weiter zum Block 370.
Die Zeit, zu der das neue Teil an der Diffusionskammer 112 ankommt, ist 11,5 Stunden - 90 Minuten für die vorheizkammer 106 und 10 Stunden für die Boostkammer 110. Es sei angenommen, daß geplant ist, daß nur fünf Teile in der Diffusionskammer 112 vorhanden sind, wie es durch die Anordnungsmittel 184 angezeigt wird. Daher wird im Block 375 bestimmt, daß ein Zeitfenster für die Diffusionskammer 112 vorhanden ist.
Als nächstes geht das Computerprogramm zum Block 395, wo die Ankunftszeit für die Boostkammer 110 berechnet wird. Die Ankunftszeit ist 90 Minuten entsprechend der Bearbeitungszeit in der Vorheizkammer 102. Im Block 400 wird bestimmt, daß ein Zeitfenster für die Boostkammer 110 vorhanden ist, weil zur Ankunftszeit des neuen Teils nur drei Teilepositionen besetzt sind. Dann wird das neue Teil im Block 400 in die Vorheizkammer 106 bewegt, um in der Ofenstruktur 102 bearbeitet zu werden.
Daher plant das Steuerzentrum 180 die gesamte Bearbeitungszeit des neuen Teils vor dessen Eintritt in die Ofenstruktur 102 in einer Weise, die einen glatten und ununterbrochenen Fluß durch die Ofenstruktur 102 vorsieht.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können erhalten werden aus einem Studium der Zeichnung, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Steuersystem (100) zur Wärmebehandlung von Teilen in einer kontinuierlichen Ofenstruktur, die eine Vielzahl von Behandlungs- bzw. Bearbeitungskammern (106, 110, 112, 122, 124, 126, 128) aufweist, welche miteinander verbunden sind und eine Vielzahl von Teilepositionen besitzen, wobei die Bearbeitungskammern zwei Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammern (110, 112) des Rotations- bzw. Drehtyps umfassen, die geeignet sind, die Teile reaktiven bzw. reaktionsfreudigen Kohlenstoffgasen bei erhöhten Temperaturen auszusetzen und Teile unabhängig von der Aufeinanderfolge bzw. Sequenz, in der die Teile in die drehenden Aufkohlungskammern (110, 112) eintreten, abzugeben bzw. auszustoßen, wobei die Bearbeitungskammern geeignet sind, mindestens zwei Teile mit einzigartigen Bearbeitungszeiten simultan bzw. gleichzeitig zu behandeln bzw. bearbeiten, gekennzeichnet durch;

Speichermittel (184) zum Speichern erster Aufzeichnungen, die Bearbeitungszeiten repräsentieren, die mit jedem der Teile in jeder Bearbeitungskammer assoziiert werden, zweiter Aufzeichnungen, die einen gewünschten oder Soll-Bearbeitungspfad repräsentieren, der mit jedem Teil assoziiert wird, wobei der gewünschte Bearbeitungspfad die Aufeinanderfolge jeweiliger Bearbeitungskammern repräsentiert, in die ein Teil zum Bearbeiten eintritt, und dritter Aufzeichnungen, die die Anzahl und die Lage besetzter Teilepositionen innerhalb jeder Bearbeitungskammer repräsentieren;

Rezept- bzw. Anweisungsmittel (194) zum Bestimmen eines gewünschten Bearbeitungspfads (102), eines vorbestimmten (Einsatz-)Härtetiefenbereichs der Karburierung bzw. Aufkohlung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert, und einer vorbestimmten Bearbeitungszeit, die mit den jeweiligen nicht aufkohlenden Kammern (106, 122, 124, 126, 128) assoziiert wird ansprechend auf den gewünschten Bearbeitungspfad, wobei jede Bestimmung der Bearbeitung einen neuen Teils in der Ofenstruktur entspricht; und

(Zeit-)Planungsmittel (192) zum Berechnen der gewünschten, mit den drehenden Aufkohlungskammern (110, 112) assoziierten Bearbeitungszeiten für das neue Teil ansprechend auf den vorbestimmten Härtetiefenbereich, zum Bestimmen der Verfügbarkeit von Teilepositionen in einer jeweiligen Bearbeitungskammer zum Bearbeiten des neuen Teils ansprechend auf den gewünschten Pfad, zum Neuberechnen der gewünschten Bearbeitungszeiten ansprechend darauf, daß alle Teilepositionen in der jeweiligen Bearbeitungskammer besetzt sind, zum Berechnen der Ankunftszeiten, die mit den jeweiligen Bearbeitungskammern assoziiert werden ansprechend auf den gewünschten Bearbeitungspfad sowie die gewünschten und die vorbestimmten Bearbeitungszeiten, und zum Bestimmen einer Eintrittszeit, zu der das neue Teil in die Ofenstruktur eintreten soll ansprechend auf die berechneten Ankunftszeiten für die jeweiligen Bearbeitungskammern.

2. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 1, wobei das System Aufreihungs- bzw. Anordnungsmittel (186) umfaßt zum Speichern von Zeitfensteraufzeichnungen ansprechend auf die ersten, zweiten und dritten Aufzeichnungen, wobei die Zeitfensteraufzeichnungen die Anzahl von Teilepositionen repräsentieren, die innerhalb jeder Bearbeitungskammer während vorbestimmter Zeitperioden verfügbar sind.

3. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 2, wobei das System Status- bzw. Zustandsmittel (190) aufweist zum periodischen Aktualisieren der Zeitfensteraufzeichnungen.

4. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 2, wobei die (Zeit-)Planungsmittel (192) Mittel umfassen zum Bestimmen von Zeitfenstern für das Eintreten von Teilen in jede der Bearbeitungskammern ansprechend auf die Zeitfensteraufzeichnungen, wobei ein Zeitfenster eine vorbestimmte Zeitspanne repräsentiert, während der das neue Teil in eine jeweilige Bearbeitungskammer eintreten kann zum vollständigen Bearbeiten.

5. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Rezept- bzw. Anweisungsmittel (194) Mittel umfassen zum Einstellen eines laufenden bzw. gegenwärtigen Härtetiefenwerts, der dem neuen Teil entspricht, auf den Minimalwert.

6. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 5, wobei die (Zeit-)Planungsmittel (192) Mittel umfassen zum Vergleichen des gegenwärtigen Härtetiefenwerts mit dem maximalen Härtetiefenwert und zum Inkrementieren bzw. Erhöhen des gegenwärtigen Härtetiefenwerts um einen vorstimmten Wert ansprechend auf das Fehlen eines Zeitfensters, das mit der Ankunftszeit einer jeweiligen Bearbeitungskammer assoziiert wird, und darauf, daß der gegenwärtige Härtetiefenwert geringer ist als der Maximalwert, und zum Neuberechnen der gewünschten Bearbeitungszeiten ansprechend darauf, daß der Härtetiefenwert inkrementiert bzw. erhöht wird.

7. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Ankunftszeit, die mit einer jeweiligen Bearbeitungskammer assoziiert wird, berechnet wird als eine Kombination der gewünschten und vorbestimmten Bearbeitungszeiten der jeweiligen Bearbeitungskammern, in denen ein Bearbeiten des neuen Teils erfolgt vor dem Bearbeiten des neuen Teils innerhalb der jeweiligen Bearbeitungskammer.

8. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 3, wobei die in den ersten Aufzeichnungen gespeicherten Bearbeitungszeiten vergangene, gewünschte und vorbestimmte Bearbeitungszeiten repräsentieren.

9. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Ankunftszeit einer jeweiligen Bearbeitungskammer eine Kombination ist aus den gewünschten und vorbestimmten Bearbeitungszeiten der jeweiligen Bearbeitungskammern, in denen ein Bearbeiten des weiteren Teils erfolgt vor dem Bearbeiten des weiteren Teils innerhalb der jeweiligen Bearbeitungskammer.

10. Steuersystem (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Bearbeitungskammern (106, 110, 112, 122, 124, 126, 128) folgendes umfassen:

eine Vorheizkammer (106), die geeignet ist zum Heizen der Teile auf eine vorbestimmte Temperatur und zum Liefern der vorgeheizten Teile an die Aufkohlungskammern (110, 112);

eine Langsamkühlkammer (124), die geeignet ist zum Senken der Temperatur der karburisierten bzw. aufgekohlten Teile;

eine Preß- und eine Chargenabschreckkammer (126, 128), die jeweils geeignet sind zum schnellen Senken der Temperatur der aufgekohlten Teile; und

eine Drehhärtkammer (122), die geeignet ist zum Führen der aufgekohlten Teile in die Preßabschreck-, Langsamkühl- und Chargenabschreckkammern und zum Wiederaufheizen der langsam gekühlten Teile.

11. Verfahren zur Zeitplanung bzw. Zuweisung von Teilen in einer kontinuierlichen Ofenstruktur (102), die eine Vielzahl von Behandlungs- bzw. Bearbeitungskammern (106, 110, 112, 122, 124, 126, 128) aufweist, welche miteinander verbunden sind, wobei die Bearbeitungskammern (106, 110, 112, 122, 124, 126, 128) eine Vielzahl von Teilepositionen aufweisen und zwei drehende Karburierungs- bzw. Aufkohlungskammern (110, 112) umfassen, wobei die Ofenstruktur (102) geeignet ist, mindestens zwei Teile mit einzigartigen Bearbeitungszeiten simultan bzw. gleichzeitig zu behandeln bzw. zu bearbeiten, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Speichern erster Aufzeichnungen, die Bearbeitungszeiten repräsentieren, die mit jedem der Teile bezüglich jeder Bearbeitungskammer (106, 110, 112, 122, 124, 126, 128) assoziiert werden;

Speichern zweiter Aufzeichnungen, die einen gewünschten Bearbeitungspfad repräsentieren, der mit jedem Teil assoziiert wird, wobei der gewünschte Bearbeitungspfad die Aufeinanderfolge jeweiliger Bearbeitungskammern repräsentiert, in die ein Teil zum Bearbeiten eintritt;

Speichern dritter Aufzeichnungen, die die Gesamtzahl und die Lage besetzter Teilepositionen innerhalb der Bearbeitungskammern (106, 110, 112, 122, 124, 126, 128) repräsentieren;

Bestimmen eines gewünschten Bearbeitungspfads, der mit einem weiteren, in der Ofenstruktur (102) zu bearbeitenden Teil assoziiert wird;

Bestimmen eines vorbestimmten (Einsatz-) Härtetiefenbereichs zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert entsprechend dem weiteren Teil;

Einstellen eines laufenden bzw. gegenwärtigen Härtetiefenwerts, der dem weiteren Teil entspricht, auf den Minimalwert;

Berechnen der gewünschten, mit den drehenden Aufkohlungskammern (110, 112) assoziierten Bearbeitungszeiten zum Aufkohlen des weiteren Teils ansprechend auf den gegenwärtigen Härtetiefenbereich;

Bestimmen der verfügbarkeit von Teilepositionen bezüglich einer jeweiligen Bearbeitungskammer zum Bearbeiten des weiteren Teils ansprechend auf den gewünschten Pfad;

Vergleichen des gegenwärtigen Härtetiefenwerts mit dem maximalen Härtetiefenwert und Inkrementieren bzw. Erhöhen des gegenwärtigen Härtetiefenwerts um einen vorstimmten Wert ansprechend darauf, daß alle Teilepositionen in der jeweiligen Bearbeitungskammer besetzt sind, und darauf, daß der gegenwärtige Härtetiefenwert geringer ist als der Maximalwert;

Neuberechnen der gewünschten Bearbeitungszeiten ansprechend darauf, daß der Härtetiefenwert erhöht wird; und

Bestimmen einer Eintrittszeit, zu der das weitere Teil in die Ofenstruktur eintreten soll ansprechend auf die gewünschten Bearbeitungszeiten.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

Bestimmen vorbestimmter Bearbeitungszeiten, die mit den nicht aufkohlenden Bearbeitungskammern (106, 122, 124, 126, 128) assoziiert werden zum Bearbeiten des weiteren Teils ansprechend auf den gewünschten Bearbeitungspfad.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

Berechnen der Ankunftszeiten, die mit den jeweiligen Bearbeitungskammern (106, 110, 112, 122, 124, 126, 128) assoziiert werden, ansprechend auf den gewünschten Bearbeitungspfad.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Berechnens der Ankunftszeit einer jeweiligen Bearbeitungskammer den folgenden Schritt aufweist:

Kombinieren der gewünschten und der vorbestimmten Bearbeitungszeiten der jeweiligen Bearbeitungskammern, wenn das Bearbeiten des weiteren Teils vor dem Bearbeiten des weiteren Teils innerhalb der jeweiligen Bearbeitungskammer erfolgt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

Verzögern des Schrittes des Berechnens der Eintrittszeit für das weitere Teil um eine vorbestimmte Zeitspanne ansprechend darauf, daß der gegenwärtige Härtetiefenwert des weiteren Teils auf dem Maximalwert ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

Bestimmen einer Eintrittszeit für ein anderes Teil ansprechend darauf, daß der gegenwärtige Härtetiefenwert des weiteren Teils auf dem Maximalwert ist.