EVERSMANN, Thomas (Luner Weg 84, Dorsten, 46284, DE)
SCHULTE, Werner (Dorstener Strasse 30, Hünxe, 46569, DE)
WILLEKE, Jörg (Karlrobert-Kreiten Strasse 1, Hilden, 40724, DE)
WOLFF, Regina (Grabenstrasse 40, Kleve, 47533, DE)
BIESTER, Frank (Kiesstrasse 12A, Kleve, 47533, DE)
EVERSMANN, Thomas (Luner Weg 84, Dorsten, 46284, DE)
SCHULTE, Werner (Dorstener Strasse 30, Hünxe, 46569, DE)
WILLEKE, Jörg (Karlrobert-Kreiten Strasse 1, Hilden, 40724, DE)
WOLFF, Regina (Grabenstrasse 40, Kleve, 47533, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren und Computer-Programm zum automatischen Erstellen von technologischen Rezepten zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in Industrieöfen (5) mittels
- Werte für einen Werkstoff eines jeweiligen Werkstücks, Angaben zu Wärmebehandlungsverfahren und von technischen Angaben des jeweiligen Industrieofens (5),
- einer stufenweisen Vorgabe oder Generierung von vorkalkulierbaren Parametern für die Wärmebehandlung des Werkstücks,
- eines ein Wärmebehandlungsprogramm generierenden Computers (1) mit Datenbanken und einer programmgemäßen Speicherung eines generierten Wärmebehandlungsprogramms sowie den Abruf zur Aktivierung der Wärmebehandlung im Industrieofen (5), dadurch gekennzeichnet, daß a) in einem ersten Programmschritt (I) eine Werkstoffgruppe und der Werkstoff ausgewählt und in Abhängigkeit vom ausgewählten Werkstoff ein Wärmebehandlungsverfahren bestimmt wird, b) in einem zweiten Programmschritt (II) Daten des Werkstücks Charge wie eine Wandstärke eingegeben, eine Vergleichsgeometrie ausgewählt, ein Chargengewicht eingegeben und ein Chargenaufbau ausgewählt werden und daraus automatisch eine virtuelle Wandstärke berechnet wird, c) in einem dritten Programmschritt (III) aus der virtuellen Wandstärke zusammen mit den Daten der Charge und den verfügbaren Parametern des Industrieofens (5) eine vom Werkstoff abhängige und ggf. manuell veränderbare Aufheiz- und Abschreckcharakteristik integriert werden und d) in einem vierten Programmschritt (V) zuerst " Daten von dem gewählten Material zu Behandlungsparametern und Daten von dem gewählten Wärmebehandlungsverfahren zu einer Rezeptstrukturvorlage geladen werden und
■ aus der Rezeptstrukturvorlage unter Verwendung der Daten aus einer Benutzerschnittstelle, wie o Aufheizcharakteristik und o Abschreckcharakteristik sowie erforderlichenfalls o eine Sollhärte zu einer Rezeptstruktur zusammengestellt werden, woraus
■ Werte von Rezeptursegmenten, wie o Segmentdauern, o Temperaturen, o Rampensteigungen und/oder Temperaturrampen und o Drücke festgelegt werden und dann im Ergebnis des vierten Programmschritts (V) ein technologisches Wärmebehandlungsrezept automatisch generiert wird, welches nacharbeitbar, in einer Programmdatenbank (12) speicherbar sowie für die Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken zum Industrieofen (5) abrufbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem dritten Programmschritt (III) in einem ersten Arbeitsschritt (IV) die gewünschte Sollhärte als Richtwert einer Arbeitshärte aus einem Wertebereich nach vom Werkstoff abhängigen und erreichbaren Arbeitshärten ausgewählt und eingegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach mindestens dem dritten Programmschritt (III) in einem zweiten Arbeitsschritt (VI) eine Optimierungseinstellung für eine zeitoptimierte oder verzugsarme Behandlung des Werkstücks/der Charge festgelegt und eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Arbeitsschritt (VII) eine manuelle Nachbearbeitung und Speicherung des generierten Wärmebehandlungsrezeptes in der Programmdatenbank erfolgt.
5. Verfahren nach nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Programmschritt (VIII) eine übertragung des Wärmebehandlungsrezeptes an den Ofen erfolgt, wobei für die im Industrieofen (5) autonom ablaufende Wärmebehandlung des Werkstücks/der Charge das Wärmebehandlungsprogramm aus der Programmdatenbank (12) abgerufen und zur Wärmebehandlung im Industrieofen (5) vermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Programmschritt (I) das Behandlungsverfahren aus Daten der Werkstoffgruppe und des Werkstoffs gemäß einer ersten Datei, zweiten Datei und dritten Datei einer Materialdatenbank (10) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Programmschritt (II) die virtuelle Wandstärke gemäß einem Algorithmus als Funktion = f v * nach der Beziehung f v = fcG * fcA * fei generiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelwerk (11) verwendet wird, welches eine vierte Datei für die Vergleichsgeometrie, eine fünfte Datei für den Chargenaufbau, eine sechste Datei für die Aufheizcharakteristik und eine siebte Datei für die Abschreckcharakteristik umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass die vierte Datei im Regelwerk (11) die Daten für die Angabe von Vergleichsgeometrien, wie Kugel, zylindrische Scheibe, Hohlzylinder Ring, Zylinder Welle, Vierkant Platte, Vierkant Stab, Vierkant Würfel umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Datei im Regelwerk (11) den Chargenaufbau wie einlagig liegend, einlagig stehend, mehrlagig liegend, mehrlagig stehend, gestapelt umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Programmschritt (IM) die Aufheizcharakteristik gemäß der sechsten Datei im Regelwerk (11) in der Dimension der Anzahl der Vorwärmstufen in Steigungen von °C/min als Gradient und die Abschreckcharakteristik gemäß der siebten Datei (2.9) in bar eingegeben werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Programmschritt (I) ein im Computer (1) hinterlegtes ZTU-Schaubild (20.2) und ein hinterlegtes Anlass-Schaubild (20.1) angezeigt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Arbeitshärte gemäß einer achten Datei aus der Materialdatenbank (10) eingegeben wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das im Industrieofen (5) ablaufende, aus Parametern einer Wärmebehandlung einer vorgegebenen Technologie generierte und gespeicherte komplexe wärmetechnologische Rezept mittels einer Meßeinheit (7) mit Istwerten gemessen, über eine Vergleichsschaltung (8) mit den Parametern der vorgegebenen Technologie verglichen und bei Ungleichheit mittels einer Regelungseinheit (6) nachgeregelt wird.
15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, umfassend einen Computer (1) mit Datenbanken und einer programmgemäßen Speicherung eines generierten Wärmebehandlungsprogramms sowie dessen Abruf zur Aktivierung der Wärmebehandlung in einem Industrieofen (5), dadurch gekennzeichnet, dass dem Computer (1) eine Benutzeroberfläche (30) zugeordnet ist, welche Felder zur Anzeige von Werkstoffgruppe (Feld 1.1), Werkstoff (Feld I.2) und Verfahren (Feld 1.3), Wandstärke (Feld 11.1), Vergleichsgeometrie (Feld II.2), Chargengewicht (Feld II.3), Chargenaufbau (Feld II.4), virtueller Wandstärke (Feld II.5), Aufheizcharakteristik (Feld 111.1), Abschreckcharakteristik (Feld III.2), Arbeitshärte/Sollhärte (Feld IV.1), zeitoptimiert (Feld VU), verzugsarm (Feld VI.2) und Programmname (Feld V.1) aufweist.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzeroberfläche (30) einen ersten virtuellen Schieberegler (11.2.1) für die vom Bediener auswählbare und veränderbare Vergleichsgeometrie aufweist.
17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzeroberfläche (30) einen zweiten virtuellen Schieberegler (11.4.1) für den vom Bediener auswählbaren und veränderbaren Chargenaufbau aufweist.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzeroberfläche (30) einen dritten virtuellen Schieberegler (11.5.1) für die vom Bediener auswählbare und veränderbare virtuelle Wandstärke aufweist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzeroberfläche (30) einen vierten virtuellen Schieberegler (IM.1.1) für die vom Bediener auswählbare und veränderbare Aufheizcharakteristik aufweist.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzeroberfläche (30) einen fünften virtuellen Schieberegler (IM.2.1) für die vom Bediener auswählbare und veränderbare Abschreckcharakteristik aufweist.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, gekennzeichnet durch eine Meßeinheit (6) für im Industrieofen (5) gemessene Istwerte, eine Vergleichsschaltung (8) für den Vergleich mit Parametern der nach dem generierten Wärmebehandlungsprogramm vorgegebenen Technologie und eine Regelungseinheit (7) für eine Nachregelung bei Ungleichheit von Parametern. |
Verfahren und Computer-Programm zum automatischen Erstellen von technologischen Rezepten zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in Industrieöfen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Computer-Programms
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Computer-Programm zum automatischen Erstellen von technologischen Rezepten für eine Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in Industrieöfen. Die Rezepte werden nach bedienerseitiger Vorgabe und Einstellung der erforderlichen Parameter durch das
Computer-Programm erstellt und sind beliebig wiederholbar wie speicherbar und darstellbar sowie für eine autonome Durchführung der Wärmebehandlung im Industrieofen abrufbar. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur automatisierten Durchführung des Verfahrens und Computerprogramms für die jeweils programmierte Wärmebehandlung im autonomen Ablauf des Industrieofens.
Stand der Technik
Das eingangs bezeichnete technische Gebiet wurde hinsichtlich seiner optimalen technologischen Vorbereitung der später durchzuführenden Wärmebehandlung des Werkstückes oder der Charge in einem Industrieofen bisher schon mehrfach untersucht.
Demnach sind Verfahren und Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in Industrieöfen bekannt, die die Abläufe rationalisieren, jedoch bietet der Bereich der technologischen Vorbereitung noch weitere Potentiale, den entwickelten Stand der Wärmebehandlungsverfahren und Ofentechnik effizienter zu nutzen und die Verfügbarkeit eines diesbezüglichen Industrieofens zu erhöhen.
Zur Bestimmung des Ausmaßes der Wärmebehandlung eines Materials wird nach DT 26 30 818 A1 gelehrt, dass verfahrensgemäß ein für die Wärmebehandlungstemperatur repräsentatives Signal mittels einer Formel die Zahl der Wärmebehandlungseinheiten, die Zeiten, eine Konstante, die Temperatur und
BESTäTIGUNGSKOPIE
die relative Geschwindigkeit des Erweichens/Erhärtens über die Zeit integriert wird. Die Zahl der Wärmebehandlungseinheiten wird während der Verfahrensdurchführung aufsummiert, um das Ausmaß der Wärmebehandlung zu bestimmen. Dabei können das Signal kontinuierlich und Proben des Signals nach ausgewählten Intervallen integriert werden. Die Einstellung der Zahl der Wärmebehandlungseinheiten kann nach der niedrigsten Temperatur vorgenommen werden. Die Brennstoffzufuhrsteuerung wird nach Abgleichung verschiedener Temperaturen ermöglicht.
Die zugehörige Vorrichtung umfasst im Wesentlichen eine Einrichtung für die Integration des Signals und eine Einrichtung zum Aufsummieren der Zahl der Wärmebehandlungseinheiten zur Durchführung obiger Verfahrensschritte.
Nachteilig ist hierbei zunächst, dass mit den zu integrierenden Werten die Vielzahl der Varianten der Wärmebehandlungen wie z.B. das Härten von Metallen nicht komplex genug erfassbar ist. Des Weiteren müssen während des Beginns oder der Durchführung der Wärmebehandlung Zielwerte oft korrigiert werden.
Eine weitere bekannte Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken gemäß DE 20 2006 018 879 U1 weist eine Kontrolleinrichtung mit Meßeinrichtung auf, die Soll-Parameter für die Behandlungsatmosphäre und Ist- Werte zur Signalabgabe erfasst und mittels einer Steuereinheit die Wärmebehandlung bei Ungleichheit von Soll und Ist abbrechbar macht.
Diese Vorrichtung kann aufgabengemäß nur einen begrenzten Ablauf der Verfahrensdurchführung steuern.
Darüber hinaus offenbart schon die EP 0 556 176 B2/DE 91 04 377 T3 ein spezielles Steuersystem zur Planung der Werkstückbehandlung in einem Wärmebehandlungsverfahren. Die Wärmebehandlung von Teilen erfolgt mit einer Vielzahl von verbundenen Kammern, davon zwei des Rotations- bzw. Drehtyps für die Karburierung oder Aufkohlung. Eine Vielzahl von Teilepositionen unterliegt
reaktiven oder reaktionsfreudigen Kohlenstoffgasen bei erhöhten Temperaturen. Die Teile werden unabhängig von ihrer Aufgabe in die drehenden Kammern abgegeben oder ausgestoßen. Die Bearbeitungskammern bearbeiten mindestens zwei Teile simultan oder gleichzeitig mit einzigartigen Bearbeitungszeiten.
Dieses Steuersystem besitzt Speichermittel zum Aufzeichnen je Teil spezifischer Bearbeitungszeiten, Soll-Bearbeitungspfade mit Folge der Bearbeitungskammer, Anzahl und Lage besetzter Teilepositionen in jeder Kammer und diverser Rezept- und/oder Anweisungsvorgaben und deren Berechnungen.
Zeitfensteraufzeichnungen, Statusmittel zum Aktualisieren, eine Datenbank, Härtetiefenwerte. Das Eintreten in die Vorheizungskammer, Langsamkühlkammer, Press- und Chargenabschreckkammer und Drehhärtekammer werden dabei gesteuert. Das Verfahren lehrt die Zeitplanung und/oder Zuweisung von Teilen in die kontinuierlicher Ofenstruktur mit den Schritten zum Speichern/Aufzeichnen der Funktionen des Steuersystems.
Abgesehen von der Anwendung des Steuersystems für die Wärmebehandlung von Teilen in einer kontinuierlichen Ofenstruktur mit einer Vielzahl von verbundenen Kammern, lehrt auch dieses Steuersystem und das Verfahren weder die Möglichkeit eines autonomen Ablaufs der Wärmebehandlung noch eine technologische Vorbereitung von Wärmebehandlungen in gattungsgemäßen Industrieöfen. Bestenfalls kann das Steuersystem nur für die kontinuierlichen Ofenstrukturen angewendet werden.
Allen bekannten gattungsähnlichen Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam, dass die vorzugebenden einzelnen Verfahrensparameter weitgehend vom wärmetechnischen Know-how des Bedieners oder Betreibers abhängig sind. Die erforderliche wärmetechnische spezifische Behandlung des Werkstücks mit den zu erzielenden Eigenschaften wird deshalb nicht immer erreicht.
Für die ordnungsgemäße Durchführung eines bestimmten Wärmebehandlungsverfahrens zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke ist es
bedienerseitig erforderlich, entsprechende Verfahrensparameter für die Verfahrensdurchführung vorzugeben. Derartige Verfahrensparameter können beispielsweise Temperatur, Druck, Bearbeitungsdauer und/oder dergleichen sein. Diese bedienerseitig vorzugebenden Verfahrensparameter bestimmen das Verfahrensergebnis, weshalb es für die Erzielung eines wunschgemäß zu erreichenden Verfahrensergebnisses maßgeblich darauf ankommt, die entsprechenden Verfahrensparameter möglichst exakt und nach objektiven Kriterien vorzugeben.
Auch wenn sich Erfahrungswerte durchaus als geeignet für die Vorgabe von Verfahrensparametern für die Durchführung eines bestimmten Wärmebehandlungsverfahrens nutzen lassen, ist dies nicht frei von Nachteilen.
So kommt es insbesondere immer wieder zu bedienerseitigen Fehleinschätzungen und daraus resultierenden Fehleingaben hinsichtlich der Verfahrensparameter, was dazu führen kann, dass Werkstücke fehlbehandelt werden und die Ausschussrate unnötigerweise ansteigt.
Insbesondere besteht für die Betreiber von Industrieöfen Bedarf daran, Verfahrensparameter für die Durchführung eines Wärmebehandlungsverfahrens zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke zuverlässig so vorgeben zu können, dass danach die Wärmebehandlung der Werkstücke im Industrieofen weitgehend frei von Fehleingaben und autonom verlaufen kann.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Computer-Programm zum automatischen Erstellen von technologischen Rezepten für die Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in Industrieöfen zu schaffen und durch eine programmgesteuerte Bestimmung Voraussetzungen zu ermöglichen, dass die Durchführung von Wärmebehandlungen metallischer Werkstücke in Industrieöfen vor dem Beginn der Wärmebehandlung im jeweiligen Industrieofen planbar und danach mittels einer Einrichtung autonom ablaufend durchführbar wird.
Die Richtung, welches Material und wie zu behandeln ist, soll schon so zielsicher programmiert und vorgegeben werden, dass die Wärmebehandlung nach den objektiv bedingten technologischen Vorgaben der Wärmebehandlungsprozess im Ofen ablaufen kann.
Danach kann das erfindungsgemäss programmierte und generierte Rezept zur Behandlung im mit der Werkstückcharge beschickten Ofen aktiviert werden, womit schließlich der programmgemäße und autonome Wärmebehandlungsablauf gesichert ist.
Sämtliche Verfahrensparameter sollen damit weitgehend unabhängig von subjektiv bedingten Einflüssen oder Kenntnissen (Know-how) des Bedieners oder Betreibers vom Beginn bis zum Abschluss der Wärmebehandlung im Industrieofen eingehalten werden.
Die Aufgabe wird entsprechend dem Verfahren und Computer-Programm mittels
- Werte für einen Werkstoff eines jeweiligen Werkstücks, Angaben zu Wärmebehandlungsverfahren und von technischen Angaben des jeweiligen Industrieofens,
- einer stufenweisen Vorgabe oder Generierung von vorkalkulierbaren Parametern für die Wärmebehandlung des Werkstücks und
- eines ein Wärmebehandlungsprogramm generierenden Computers mit Datenbanken und einer programmgemäßen Speicherung eines generierten Wärmebehandlungsprogramms sowie den Abruf zur
Aktivierung der Wärmebehandlung im Industrieofen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) in einem ersten Programmschritt eine Werkstoffgruppe und der Werkstoff ausgewählt und in Abhängigkeit vom ausgewählten Werkstoff ein Wärmebehandlungsverfahren bestimmt wird, b) in einem zweiten Programmschritt Daten des Werkstücks/der Charge wie
■ eine Wandstärke eingegeben,
■ eine Vergleichsgeometrie ausgewählt,
■ ein Chargengewicht eingegeben und
■ ein Chargenaufbau ausgewählt werden und daraus automatisch eine virtuelle Wandstärke berechnet wird, c) in einem dritten Programmschritt aus der virtuellen Wandstärke zusammen mit den Daten der Charge und den verfügbaren Parametern des Industrieofens eine vom Werkstoff abhängige und ggf. manuell veränderbare Aufheiz- und Abschreckcharakteristik integriert werden und d) in einem vierten Programmschritt zuerst
■ Daten von dem gewählten Material zu Behandlungsparametern und Daten von dem gewählten Wärmebehandlungsverfahren zu einer Rezeptstrukturvorlage geladen werden und
■ aus der Rezeptstrukturvorlage unter Verwendung der Daten aus einer Benutzerschnittstelle, wie o Aufheizcharakteristik und o Abschreckcharakteristik sowie erforderlichenfalls o eine Sollhärte zu einer Rezeptstruktur zusammengestellt werden, woraus
■ Werte von Rezeptursegmenten, wie o Segmentdauern, o Temperaturen, o Rampensteigungen und/oder Temperaturrampen und o Drücke festgelegt werden und dann im Ergebnis des vierten
Programmschritts ein technologisches Wärmebehandlungsrezept automatisch generiert wird, welches nacharbeitbar, in einer
Programmdatenbank (12) speicherbar sowie für die Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken zum Industrieofen abrufbar ist.
Es kann nach dem dritten Programmschritt in einem ersten Arbeitsschritt die gewünschte Sollhärte als Richtwert einer Arbeitshärte aus einem Wertebereich nach vom Werkstoff abhängigen und erreichbaren Arbeitshärten ausgewählt und eingegeben werden.
Nach mindestens dem dritten Programmschritt kann in einem zweiten Arbeitsschritt eine Optimierungseinstellung für eine zeitoptimierte oder verzugsarme Behandlung des Werkstücks/der Charge festgelegt und eingestellt werden.
In einem dritten Arbeitsschritt kann eine manuelle Nachbearbeitung und Speicherung des generierten Wärmebehandlungsrezeptes in der Programmdatenbank erfolgen.
Das Verfahren und Programm ist in einem fünften Programmschritt ausbaufähig, indem eine überfragung des Wärmebehandlungsrezeptes an den Ofen erfolgt. Dazu wird für die im Industrieofen autonom ablaufende Wärmebehandlung des Werkstücks/der Charge das Wärmebehandlungsprogramm aus der Programmdatenbank abgerufen und zur Wärmebehandlung im Industrieofen vermittelt.
Bereits im ersten Programmschritt wird das Behandlungsverfahren aus Daten der Werkstoffgruppe und des Werkstoffs gemäß einer ersten Datei, zweiten Datei und dritten Datei einer Materialdatenbank bestimmt.
Die Berechnung der virtuellen Wandstärke im zweiten Programmschritt erfolgt gemäß einem Algorithmus als Funktion = f v * nach der Beziehung f v = fcG * fcA * fei.
Im Programm wird ein Regelwerk verwendet, welches eine vierte Datei für die Vergleichsgeometrie, eine fünfte Datei für den Chargenaufbau, eine sechste Datei für die Aufheizcharakteristik und eine siebte Datei für die Abschreckcharakteristik umfasst.
Die vierte Datei im Regelwerk umfasst die Daten für die Angabe von Vergleichsgeometrien, wie Kugel, zylindrische Scheibe, Hohlzylinder Ring, Zylinder Welle, Vierkant Platte, Vierkant Stab, Vierkant Würfel.
Die fünfte Datei im Regelwerk umfasst den Chargenaufbau wie einlagig liegend, einlagig stehend, mehrlagig liegend, mehrlagig stehend, gestapelt.
Im dritten Programmschritt werden die Aufheizcharakteristik gemäß der sechsten Datei im Regelwerk in der Dimension der Anzahl der Vorwärmstufen in Steigungen von °C/min als Gradient und die Abschreckcharakteristik gemäß der siebten Datei in bar eingegeben.
Vorteilhaft für den Bediener ist es, dass schon nach dem ersten Programmschritt ein im Computer hinterlegtes ZTU-Schaubild und ein hinterlegtes Anlass-Schaubild angezeigt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die gewünschte Arbeitshärte gemäß einer achten Datei aus der Materialdatenbank eingegeben wird.
Das im Industrieofen ablaufende, aus Parametern einer Wärmebehandlung einer vorgegebenen Technologie generierte und gespeicherte komplexe wärmetechnologische Rezept kann mittels einer Meßeinheit mit Istwerten gemessen, über eine Vergleichsschaltung mit den Parametern der vorgegebenen Technologie verglichen und bei Ungleichheit mittels einer Regelungseinheit problemlos nachgeregelt werden.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Computer mit Datenbanken und einer programmgemäßen Speicherung eines jeweils generierten Wärmebehandlungsprogramms sowie dessen Abruf zur Aktivierung der Wärmebehandlung in einem Industrieofen, wobei dem Computer erfindungsgemäß eine Benutzeroberfläche zugeordnet ist, welche Felder zur Anzeige von
■ Werkstoffgruppe, Werkstoff und Verfahren,
■ Wandstärke, Vergleichsgeometrie, Chargengewicht, Chargenaufbau, virtueller Wandstärke,
■ Aufheizcharakteristik, Abschreckcharakteristik, ■ Arbeitshärte/Sollhärte,
■ zeitoptimiert und verzugsarm und
■ Programmname aufweist.
Die Benutzeroberfläche weist des Weiteren einen ersten virtuellen Schieberegler für die vom Bediener auswählbare und veränderbare Vergleichsgeometrie, einen zweiten virtuellen Schieberegler für den vom Bediener auswählbaren und veränderbaren Chargenaufbau, einen dritten virtuellen Schieberegler für die vom Bediener auswählbare und veränderbare virtuelle Wandstärke, einen vierten virtuellen Schieberegler für die vom Bediener auswählbare und veränderbare Aufheizcharakteristik und einen fünften virtuellen Schieberegler für die vom Bediener auswählbare und veränderbare Abschreckcharakteristik auf.
Mit diesen Elementen gestaltet sich die Benutzeroberfläche zu einem bestimmenden technischen Mittel, welches die Lösung der Aufgabenstellung schöpferisch unterstützt.
Schließlich kann die Einrichtung zweckmäßig dadurch vervollkommnet werden, wenn eine Meßeinheit für im Industrieofen gemessene Istwerte, eine Vergleichsschaltung für den Vergleich mit Parametern der nach dem generierten Wärmebehandlungsprogramm vorgegebenen Technologie und eine Regelungseinheit für eine Nachregelung bei Ungleichheit von Parametern vorgesehen ist.
Die im Industrieofen autonom ablaufende Wärmebehandlung des Werkstücks/der Charge kann nach Abspeicherung der komplex generierten Rezeptur über einen Button auf der Benutzeroberfläche aus der Programmdatenbank abgerufen und zur Wärmebehandlung im Industrieofen vermittelt werden.
Das jeweils generierte Wärmebehandlungprogramm kann in der Benutzeroberfläche in symbolischen Reitern dargestellt, darin manuell bearbeitet und über einen weiteren Button abgespeichert werden.
Vorteilhaft ist gemäß dem Verfahren vorgesehen; dass die tatsächlichen Verfahrensparameter eines Wärmebehandlungsverfahrens als Istwerte gemessen werden können.
Danach wird es ermöglicht, die als Istwerte gemessenen Verfahrensparameter mit den als Sollwerten vorgegebenen Verfahrensparametern zu vergleichen und bei Ungleichheit zwischen gemessenen Istwerten und vorgegebenen Sollwerten eine Nachregelung der Verfahrensparameter durchzuführen.
Allgemein lehrt das Verfahren, dass in Abhängigkeit eines ersten Auswahlwertes eine Liste zur Auswahl eines zweiten Auswahlwertes bestimmt, erzeugt oder generiert wird und dass Vorgabewerte in Abhängigkeit von wärmezubehandelnden Werkstücken bzw. in Abhängigkeit einer aus einer Mehrzahl von wärmezubehandelnden Werkstücken gebildeten Charge vorgegeben werden.
Typisch ist, dass zunächst Auswahl- und/oder Vorgabewerte zwar bedienerseitig ausgewählt bzw. vorgegeben werden, jedoch dann in Abhängigkeit dieser Werte die Verfahrensparameter automatisch einer eine Funktion ausführenden entsprechenden Recheneinheit generiert werden. Die so bestimmten Verfahrensparameter werden hier als vorkalkulierbare Parameter bezeichnet, die bedienerseitig nur in objektiv erforderlichen Grenzen manipulierbar sind.
Im Regelfall, wenn also keine bedienerseitige Manipulation stattfindet, werden die so vorkalkulierten Parameter als verfahrensseitig einzuhaltende Sollwerte und somit für das technologische Rezept übernommen. Die Wärmebehandlung kann dann nach dem generierten technologischen Rezept durchgeführt werden, und zwar in einem autonomen Ablauf im Industrieofen.
Gegebenenfalls ist auch eine Manipulation der zunächst nur kalkulatorisch bestimmten Parameter bedienerseitig erforderlich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deshalb nicht ausgeschlossen, änderungen an den kalkulatorisch bestimmten Parametern vornehmen zu können. Dies betrifft bedienerseitig auszuführende Optimierungseinstellungen, wenn z.B. zeitoptimiert oder verzugsarm behandelt werden soll.
In Abhängigkeit dieser Optimierungseinstellungen, die in nur gewissen und vom System anhand der zuvor eingegebenen Auswahl- und/oder Vorgabewerte bestimmten Grenzen möglich ist, kann eine zusätzliche Optimierung der Verfahrensparameter zur Durchführung des generierten
Wärmebehandlungsverfahrens erreicht werden.
Im Bedarfsfall kann eine Mehrzahl sowohl von Auswahl- und/oder Vorgabewerten als auch von Optimierungseinstellungen vorgenommen werden, um das erforderliche Wärmebehandlungsergebnis zu erreichen.
Zur Durchführung des Verfahrens und Computer-Programms kann die erfindungsgemäße Einrichtung aus den Komplexen, wie
■ einen das Wärmebehandlungprogramm generierenden Computer,
■ oben benannte hinterlegte Dateien aus der Materialdatenbank und dem Regelwerk,
■ die programmgemäße Speicherung des generierten Wärmebehandlungsprogramms und
■ den Abruf zur Aktivierung des Wärmebehandlungsprogramms im Industrieofen zusammengestellt werden.
Die Erfindung gestattet es in vorteilhafter Weise, Verfahrensparameter für die Durchführung eines bestimmten Wärmebehandlungsverfahrens in automatisierter Weise zu bestimmen und festzulegen. Es wird so effizient eine von bedienerseitigen
Erfahrungswerten unabhängige Bestimmung und Festlegung von Verfahrensparametern für die Durchführung eines Wärmebehandlungsverfahrens zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken erzielt.
Mit der Erfindung wird es damit möglich, Verfahrensparameter für die Durchführung eines Wärmebehandlungsverfahrens zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken in zuverlässiger Weise und reproduzierbar vorgeben zu können. Wunschgemäße Behandlungsergebnisse können so bedienerunabhängig, das heißt unabhängig von bedienerseitigen oder subjektiven Erfahrungs- und Verfahrenswerten erreicht werden.
Die Erfindung verfügt über fixe Auswahlwerte aus Listen mit vorgegebenen Daten. Hierzu zählt u.a. der Werkstoff der zu behandelnden Werkstücke. So ist z.B. zur Auswahl des Werkstoffes eine Liste vorgesehen, in der die zugehörigen Werkstoffgruppen aufgeführt sind, wie zum Beispiel Schnellarbeitsstahl, Kaltarbeitsstahl, Warmarbeitsstahl, nichtrostender Stahl, woraus bedienerseitig zur Festlegung eines ersten Auswahlwertes auszuwählen ist.
Für einen weiteren Auswahlwert ist die Wahl des gewünschten Behandlungsverfahrens vorgesehen. Auch diesbezüglich ist eine Liste mit möglichen Behandlungsverfahren, wie z. D Härten, Härten und Anlassen, Härten und Warmbad, Härten und Warmbad und Anlassen, Anlassen, Weichglühen, Lösungsglühen, Spannungsglühen und/oder dergleichen hinterlegt, aus welcher bedienerseitig ein wunschgemäß durchzuführendes Behandlungsverfahren auszuwählen ist.
Dabei schließt unter Umständen die vorangegangene Auswahl eines Werkstoffes ein dem Grunde nach zur Auswahl zur Verfügung stehendes Behandlungsverfahren von vornherein aus, weshalb gemäß markanten Merkmalen der Erfindung Werte generiert werden, mittels welcher in Abhängigkeit eines ersten Auswahlwertes die weiteren Auswahlwerte erzeugbar sind. Bedienerseitige Eingabefehler oder die Eingabe falscher Erfahrungswerte können so grundsätzlich von vornherein minimiert oder sogar vermieden werden.
Die bedienerseitig auszuwählenden Auswahlwerte aus der Materialdatenbank dienen somit zur Generierung von Verfahrensparametern zur Durchführung eines bestimmten Wärmebehandlungsverfahrens im Rahmen besagten technologischen Rezepts.
Zur Festlegung dieser Verfahrensparameter dienen neben den Auswahlwerten auch Vorgabewerte, wobei im Sinne der Erfindung solche Werte zu verstehen sind, die in Abhängigkeit von wärmezubehandelnden Werkstücken bzw. in Abhängigkeit einer aus einer Mehrzahl von wärmezubehandelnden Werkstücken gebildeten Charge vorzugeben sind.
Dazu gehören die Wandstärke der zu behandelnden Werkstücke, die Vergleichsgeometrie, das Werkstück- oder Chargengewicht sowie der Chargenaufbau. Dabei ist unter „Wandstärke des zu behandelnden Werkstückes" die Dicke des Materials des zu behandelnden Werkstückes oder des zu behandelnden Werkstückteils zu verstehen.
Als Vergleichsgeometrie können beispielsweise die Kugel, die zylindrische Scheibe, der hohlzylindrische Ring, die zylindrische Welle, die Vierkantplatte, der Vierkantstab oder der Vierkantwürfel angegeben werden.
Auf Basis dieser Vorgabewerte, die auch als Chargendaten bezeichnet werden können, lassen sich unter Berücksichtigung der bedienerseitig zuvor ausgewählten Auswahlwerte des Regelwerks Verfahrensparameter zur Durchführung des bestimmten Wärmebehandlungsverfahrens automatisch bestimmen.
Verfahrensparameter des Regelwerks in diesem Sinne sind dann die Aufheizcharakteristik sowie der Abschreckdruck und die Sollwerte sowie Optimierungseinstellungen.
Die Aufheizcharakteristik beschreibt die Intensität und Form des Aufheizvorganges für den Härteprozess. Sie gibt die Anzahl der Vorwärmstufen von beispielsweise 0 bis 4 vor, ebenso wie die Steigung des Temperatursollwertes und zwar sowohl
zwischen den einzelnen Vorwärmstufen als auch zwischen der letzten Vorwärmstufe und den zu erreichenden Temperatursollwerten. Die Steigungen liegen beispielsweise im Bereich von 5°C pro Minute bis 30 0 C pro Minute, wobei gegebenenfalls auch ein Temperatursprung vorgegeben sein kann.
Der Abschreckdruck liegt je nach verwendetem Abschreckgas beispielsweise im Bereich von 2 bar bis 12 bar.
Die mittels der Erfindung bestimmbaren Verfahrensparameter, wie zum Beispiel Aufheizcharakteristik und Abschreckdruck, dienen als zunächst kalkulatorische Verfahrensparameter, die bedienerseitig innerhalb von gewissen Grenzen, das heißt Ober- und Untergrenzen manipuliert, das heißt nacheingestellt werden können.
Zu diesem Zweck ist auch vorgesehen, dass anhand der vorerläuterten Chargendaten die „virtuelle", das heißt eine vorstellbare mögliche oder scheinbare Wandstärke als Zwischenwert berechnet und generiert ausgegeben wird.
Dieser Zwischenwert kann vom Bediener nur in vorgegebenen Grenzen manipuliert, das heißt nacheingestellt werden. In Abhängigkeit einer solchen Nacheinstellung ergeben sich Verfahrensparameter, die mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung nebst Recheneinheiten automatisch bestimmbar sind. So gibt die erfindungsgemäße
Einrichtung also die Möglichkeit, die automatisch bestimmten Verfahrensparameter zwar zu manipulieren, das heißt nacheinstellen zu können, jedoch nicht nach willkürlichen Werten.
Aufgrund der mit der Erfindung gegebenen Möglichkeit, Verfahrensparameter in gewissen Grenzen bedienerseitig nacheinstellen zu können, sind die nach den erfassten Auswahl- und/oder Vorgabewerten bestimmten Verfahrensparameter als kalkulatorische Verfahrensparameter bezeichnet.
In Ausbildung der Erfindung lassen sich die tatsächlichen, das heißt die für eine
wunschgemäße Durchführung eines Wärmebehandlungsverfahrens als Sollwerte vorgegebenen Verfahrensparameter dann bei Durchführung der Wärmebehandlung messen, vergleichen und ggf. korrigieren.
Regelmäßig bestimmen die kalkulatorischen Verfahrensparameter das Rezept. Wie vorstehend beschrieben ist auch eine Nacheinstellung der kalkulatorischen Verfahrensparameter vorgesehen, so dass die nacheingestellten Verfahrensparameter dann die bei der Verfahrensdurchführung einzuhaltenden Sollwerte gewährleisten.
Die Erfindung umfaßt schließlich auch die bedienerseitige Möglichkeit, die als Rezeptur generierte Wärmebehandlung zeitoptimiert oder mit Blick auf die zu behandelnden Werkstücke verzugsarm optimiert und ohne Fehldaten durchzuführen. Abgesehen davon können auch obligatorische Angaben zur gewünschten Sollhärte vorher eingestellt werden.
Sämtliche bedienerseitig vorzunehmenden Einstellungen wie
Optimierungseinstellungen dienen dazu, die zuvor bestimmten Verfahrensparameter hinsichtlich des zu erzielenden Wärmebehandlungsergebnisses optimiert für die spätere autonom ablaufende Wärmebehandlung vorzubereiten.
Dabei kann die bei einer Durchführung eines Wärmebehandlungsverfahrens verwendete Regelungseinrichtung mit Messeinrichtung dazu dienen, nach Messung der tatsächlichen Istwerte und mittels einer Vergleichsschaltung mit der vorkalkulierten technologischen Rezeptur zu vergleichen, um dann ggf. bei einer festgestellten Abweichung zwischen Istwerten auf der einen Seite und Sollwerten auf der anderen Seite eine Nacheinstellung der Istwerte vornehmen zu können, und zwar während des eigentlichen Wärmebehandlungsverfahrens.
Auf diese Weise ist in vorteilhafter Weise eine ständige, das heißt kontinuierliche Nachanpassung der das Verfahrensergebnis maßgeblich beeinflussenden Verfahrensparameter möglich, sofern sich dies als erforderlich erweisen sollte.
Es liegt im Sinne eines fachmännischen Handelns, wenn zur Bestimmung der Istwerte die Messeinrichtung mit entsprechenden Sensoren, wie beispielsweise Temperatur- und/oder Drucksensoren ausgerüstet wird.
Die Erfindung erlaubt es in ihrer Gesamtheit, die zur Erzielung eines bestimmten Wärmebehandlungsergebnisses notwendigerweise voreinzustellenden
Verfahrensparameter in automatischer Weise nach dem Verfahren und Computerprogramm mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung auszuführen. Dabei sind die anzugebenden Auswahl- und/oder Vorgabewerte stets solche, die frei von irgendwelchen subjektiven oder bedienerseitigen Erfahrungswerten objektiv erfassbar sind.
Im Ergebnis lässt sich mittels der Erfindung in vorteilhafter Weise das erstellte Rezept zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke programmtechnisch auf- und vorbereiten, so dass im Weiteren eine autonome Abwicklung des Wärmebehandlungsverfahrens möglich ist.
Da die Verfahrensparameter zur Durchführung eines Wärmebehandlungsverfahrens automatisch bestimmbar und festlegbar sind, ergibt sich insgesamt der Vorteil, dass bedienerseitige Fehleingaben hinsichtlich der vorzugebenden Verfahrensparameter dem Grunde nach ausgeschlossen sind. Werkstückfehlbehandlungen können praktisch verhindert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Programms und der Einrichtung,
Fig. 2 a) ein Fließbild der erfindungsgemäßen Struktur der Programmschritte in der Benutzerschnittstelle,
Fig. 2 b) ein Fließbild der Elemente der Programmerstellung,
Fig. 3 a) eine dem Computer zugeordnete Benutzeroberfläche zur
Programmbedienung mit dem symbolisch angezeigten Schaubild ZTU-Diagramm (Zeit-Temperatur-Umwandlung) und
Fig. 3 b) wie Fig. 3 a), jedoch mit dem symbolisch angezeigten Schaubild
Anlassdiagramm.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird zunächst mit dem Schema gemäß Fig. 1 beschrieben.
In einem Computer 1 ist
- eine Materialdatenbank 10 mit einer ersten Datei für Werkstoffgruppen, zweiten Datei für Werkstoffe, dritten Datei für
Verfahren und achten Datei für Arbeitshärten sowie
- ein Regelwerk 11 mit einer vierten Datei für Vergleichsgeometrien, fünften Datei für Chargenaufbauten, sechsten Datei für Aufheizcharakteristiken und siebten Datei für Abschreckcharakteristiken hinterlegt.
Die Materialdatenbank 10 und das Regelwerk 11 umfassen die für ein Wärmebehandlungsprogramm bestimmbaren und vorkalkulierbaren Parameter. Damit wird eine bedienerfreundliche und objektiv bedingte Auswahl und/oder Anzeige der in Grenzen erfassten Parameter ermöglicht.
Mit den Blöcken „Materialdatenpflege" und „Benutzerschnittstelle I-IV" sind die funktionellen Beziehungen des Programms zu der Materialdatenbank 10 und dem Regelwerk 11 sowie einer Programmdatenbank 12 angedeutet. In der Programmdatenbank 12 wird das erfindungsgemäß erstellte wärmetechnologische Rezept abgespeichert, es ist zur Wärmebehandlung der Werkstücke zu einem Industrieofen 5 übertragbar. Dem Industrieofen 5 sind eine Meßeinheit 7 und eine Regelungseinheit 6 mit zwischengeschalteter Vergleichsschaltung 8 zugeordnet.
Die Fließbilder gemäß Fig. 2 a) und Fig. 2 b) zeigen vereinfacht die erfindungsgemäße Programmfolge, wobei verfahrensgemäß in dem Programm
1. in einem ersten Programmschritt I eine Werkstoffgruppe und der Werkstoff ausgewählt und in Abhängigkeit vom ausgewählten Werkstoff ein Wärmebehandlungsverfahren bestimmt wird,
2. in einem zweiten Programmschritt Il Daten des Werkstücks Charge wie
■ eine Wandstärke eingegeben,
■ eine Vergleichsgeometrie ausgewählt, ■ ein Chargengewicht eingegeben und
■ ein Chargenaufbau ausgewählt werden und daraus automatisch eine virtuelle Wandstärke berechnet wird,
3. in einem dritten Programmschritt IM aus der virtuellen Wandstärke zusammen mit den Daten der Charge und den verfügbaren Parametern des Industrieofens 5 eine vom Werkstoff abhängige und ggf. manuell veränderbare Aufheiz- und Abschreckcharakteristik integriert werden und
4. in einem vierten Programmschritt V zuerst
■ Daten von dem gewählten Material zu Behandlungsparametern und Daten von dem gewählten Wärmebehandlungsverfahren zu einer Rezeptstrukturvorlage geladen werden und
■ aus der Rezeptstrukturvorlage unter Verwendung der Daten aus einer Benutzerschnittstelle, wie o Aufheizcharakteristik und o Abschreckcharakteristik sowie erforderlichenfalls o eine Sollhärte zu einer Rezeptstruktur zusammengestellt werden, woraus
■ Werte von Rezeptursegmenten, wie o Segmentdauern, o Temperaturen, o Rampensteigungen und/oder Temperaturrampen und o Drücke festgelegt werden und dann im Ergebnis des vierten
Programmschritts V ein technologisches Wärmebehandlungsrezept automatisch generiert wird, welches nacharbeitbar, in der Programmdatenbank 12 speicherbar sowie für die Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken zum
Industrieofen 5 abrufbar ist.
Im fachmännischen Sinne der Erfindung sind aus o.g. Werten von Rezeptursegmenten die u.a. gewählten Begriffe, wie folgt zu definieren:
- „Segmentdauern" als Zeiten für die Wärmebehandlung des Werkstücks in dem jeweiligen Behandlungsabschnitt,
- „Temperaturrampen" als linearer Temperaturverlauf von einem Anfangstemperaturwert zu Beginn eines Segments bis zu einem
Zieltemperaturwert am Ende dieses Segments und
- „Rampensteigungen" als Steigung einer Temperaturrampe, wobei die Steigung sowohl positiv als auch negativ sein kann und in der Einheit [Grad Celsius pro Minute] eingegeben wird.
Nach dem dritten Programmschritt III wird gemäß Fig. 2 a) in einem ersten Arbeitsschritt IV die gewünschte Sollhärte als Richtwert einer Arbeitshärte aus einem Wertebereich nach vom Werkstoff abhängigen und erreichbaren Arbeitshärten ausgewählt und eingegeben.
Nach mindestens dem dritten Programmschritt III kann in einem zweiten Arbeitsschritt VI eine zeitoptimierte oder verzugsarme Behandlung des Werkstücks/der Charge festgelegt und vorgenommen werden.
In einem dritten Arbeitsschritt VII kann gemäß Fig. 2 b) eine manuelle Nachbearbeitung und Speicherung des generierten Wärmebehandlungsrezeptes in der Programmdatenbank erfolgen.
In einem fünften Programmschritt VIII (Fig. 1) erfolgt eine übertragung des Wärmebehandlungsrezeptes an den Industiefen 5, wobei für die darin autonom ablaufende Wärmebehandlung des Werkstücks/der Charge das Wärmebehandlungsprogramm aus der Programmdatenbank 12 abgerufen und zur Wärmebehandlung vermittelt wird.
Im ersten Programmschritt I wird das Behandlungsverfahren aus Daten der Werkstoffgruppe und des Werkstoffs gemäß einer ersten Datei, zweiten Datei und dritten Datei der Materialdatenbank 10 bestimmt.
Im zweiten Programmschritt Il wird die virtuelle Wandstärke gemäß einem Algorithmus als Funktion = fv * nach der Beziehung fv = fcG * fcA * fd generiert.
Das Regelwerk 11 umfasst eine vierte Datei für die Vergleichsgeometrie, eine fünfte Datei für den Chargenaufbau, eine sechste Datei für die Aufheizcharakteristik und eine siebte Datei für die Abschreckcharakteristik.
Die vierte Datei im Regelwerk 11 beinhaltet die Daten für die Angabe von Vergleichsgeometrien, wie Kugel, zylindrische Scheibe, Hohlzylinder Ring, Zylinder Welle, Vierkant Platte, Vierkant Stab, Vierkant Würfel.
Die fünfte Datei im Regelwerk 11 beinhaltet den Chargenaufbau wie einlagig liegend, einlagig stehend, mehrlagig liegend, mehrlagig stehend, gestapelt.
Im dritten Programmschritt IM werden die Aufheizcharakteristik gemäß der sechsten Datei im Regelwerk 11 in der Dimension der Anzahl der Vorwärmstufen in Steigungen von °C/min als Gradient und die Abschreckcharakteristik gemäß der siebten Datei 2.9 in bar eingegeben.
Nach dem ersten Programmschritt I werden im Computer 1 (Fig. 1) als Schaubilder 20 ein hinterlegtes ZTU-Schaubild 20.2 (Fig. 3 a)) und ein hinterlegtes Anlass- Schaubild 20.1 (Fig. 3 b)) auf einer Benutzeroberfläche 30 angezeigt.
Die gewünschte Arbeitshärte wird gemäß einer achten Datei aus der Materialdatenbank 10 eingegeben.
Das im Industrieofen 5 ablaufende, aus Parametern einer Wärmebehandlung einer vorgegebenen Technologie generierte und gespeicherte komplexe wärmetechnologische Rezept wird gemäß Fig. 1 mittels der Meßeinheit 7 mit Istwerten gemessen, über die Vergleichsschaltung 8 mit den Parametern der vorgegebenen Technologie verglichen und bei Ungleichheit mittels der Regelungseinheit 6 nachgeregelt.
Für die programmgemäße Erstellung des wärmetechnologischen Rezepts dient die Benutzeroberfläche 30 entsprechend Fig. 3 a) und Fig. 3 b) mit fünf virtuellen Schiebereglern, wie ein erster virtueller Schieberegler 11.2.1 , ein zweiter virtueller Schieberegler 11.4.1 , ein dritter virtueller Schieberegler 11.5.1 , ein vierter virtueller Schieberegler III.1 und ein fünfter virtueller Schieberegler Hl.2.1. Diese unterstützen eine
bedienerfreundliche und objektiv bedingte Auswahl und/oder Anzeige der in Grenzen erfassten Werte der in den entsprechenden Dateien hinterlegten Eingabedaten.
Diese Benutzeroberfläche 30 ist sowohl eine zweckmäßige technische als auch formallogische Hilfe, die den Bediener somit bei einer Programmführung zur Bestimmung der technologischen Rezeptur einer objektiv erforderlichen Wärmebehandlung progressiv führt.
Wie in den Fig. 2 a) und Fig. 2 b) schematisch dargestellt, wird mit der stufenweisen Generierung oder Vorgabe der vorkalkulierbaren Parameter 2 gemäß den folgenden Verfahrensschritten die Wärmebehandlung des Werkstücks festgelegt, wonach der Computer 1 (Fig. 1) das endgültige Wärmebehandlungsprogramm für den Industrieofen 5 (Fig. 1) generiert.
Die Erfindung präzisiert sich in den Programmschritten nach beispielsweise ausgewählten Daten wie folgt:
In dem ersten Programmschritt I wird aus Daten der Werkstoffgruppe wie Schnellarbeitsstahl und dem beispielsweisen Werkstoff wie HS6 5 2C in Abhängigkeit von diesem ausgewählten Werkstoff ein Behandlungsverfahren wie hier Härten + 3x Anlassen bestimmt.
In dem zweiten Programmschritt Il mit Daten von Werkstücken einer Charge werden ■ eine Wandstärke von 10 mm,
■ eine Vergleichsgeometrie wie Vierkant Platte mit dem ersten virtuellen Schieberegler 11.2.1 ,
■ ein gesamtes Chargengewicht von 100 kg und
■ ein Chargenaufbau wie Gestapelt mit dem zweiten virtuellen Schieberegler 11.4.1 eingegeben und daraus automatisch eine virtuelle Wandstärke von 13 mm generiert, die mit dem dritten virtuellen Schieberegler 11.5.1 noch veränderbar und gemäß Fig. 3 a) und Fig. 3 b) in einem Feld 11.5 anzeigbar ist.
Diese generierte Wandstärke von 13 mm errechnet sich aus der im Programm erfindungsgemäß hinterlegten Funktion f v = fcG * fcA * fei mit den Faktoren fcc fcA und fei sowie den im Programm integrierten Tabellen, wie
Geometrie Geometriefaktor f G i Geometriesummand f G2
Kugel 0.9 0.0
Zylinder Scheibe 1.0 0.0
Hohlzylinder Ring 1.05 0.0
Zylinder Welle 1.0 0.0
Hohlzylinder Rohr 1.1 0.1
Vierkant Platte 1.0 0.1
Vierkant Stab 1.0 0.1
Vierkant Wuerfel 1.0 0.0
Chargenaufbau Chargenaufbaufaktor f CA
Einlagig liegend 1.0
Einlagig stehend 1.0 + f G2
Mehrlagig liegend 1.2
Mehrlagig stehend 1.2 + f G2
Gestapelt 1.3
Chargengewicht Chargengewichtsfaktor f C G
Gewicht <= 1/4 * Maximalgewicht 1.0
1/4 * Maximalgewicht < Gewicht <= 2/4 * Maximalgewicht 1.1
2/4 * Maximalgewicht < Gewicht <= 3/4 * Maximalgewicht 1.2
3/4 * Maximalgewicht < Gewicht 1.3
In dem dritten Programmschritt III werden aus der virtuellen Wandstärke zusammen mit den Daten der Charge und den verfügbaren Parametern des Industrieofens 5 eine vom Werkstoff abhängige Aufheizcharakteristik von 2VW/15°C und eine 5 Abschreckcharakteristik von 2 bar integriert, die (wie aus Fig. 3 a) und b) ersichtlich) mittels viertem virtuellen Schieberegler III.1.1 und fünftem virtuellen Schieberegler 111.2.1 gewählt werden und veränderbar sind.
Stufen der von der virtuellen Wandstärke, dem Material und dem gewählten [0 Verfahren abhängigen Aufheizcharakteristik (mit der im Regelwerk 11 erfassten sechsten Datei (Fig. 1)) sind:
Die vorgeschlagene, von der virtuellen Wandstärke abhängige Stufe der Aufheizcharakteristik wird nach folgender Tabelle ermittelt:
Die Anzahl der Vorwärmstufen ist sowohl vom gewählten Verfahren als auch vom verwendeten Material abhängig.
Die Daten hierzu sind in der Materialdatenbank 10 und im Regelwerk 11 (Fig. 1) hinterlegt.
Der Bereich der möglichen Sliderstufen für die Aufheizcharakteristik ist gemäß folgender Tabelle von der Anzahl der Vorwärmstufen abhängig.
Die von der virtuellen Wandstärke, dem Material und dem gewählten Verfahren abhängige Abschreckcharakteristik wird wie folgt ermittelt.
Für jedes Material ist in der Material-Behandlungsdatenbank ebenfalls eine Tabelle hinterlegt, die den Abschreckdruck in Abhängigkeit von der virtuellen Wandstärke angibt. Dabei sind die virtuellen Wandstärken in jeweils vier Bereiche gruppiert.
Beispiel: HS6-5-2C
In dem ersten Arbeitsschritt IV wird eine gewünschte Arbeitshärte als Richtwert aus einem Wertebereich nach dem vom Werkstoff abhängigen Anlaßschaubild 20.1 (Fig. 3 b)) mit erreichbarem Sollwert von 66 HRC ausgewählt und eingegeben.
In dem zweiten Arbeitschritt VI kann das generierte Wärmebehandlungsprogramm auf eine zeitoptimierte oder verzugsarme Behandlung des Werkstücks/der Charge eingestellt werden.
In dem vierten Programmschritt V wird nun das komplexe wärmetechnologische Rezept mit dem Programmnamen VW(850 l 1080)H(1210)A540,540,510) automatisch generiert, welches wiederholbar und in der Programmdatenbank für einen Abruf einer Eingabe zum Industrieofen 5 abspeicherbar und gemäß den Fig. 3 a) und Fig. 3 b) unter dem Bezugszeichen V.1 anzeigbar ist.
In dem dritten Arbeitschritt VII (Fig. 2 b)) ist eine manuelle Nachbearbeitung des wärmetechnologischen Rezepts möglich.
Für die im Industrieofen 5 autonom ablaufende Wärmebehandlung des Werkstücks/der Charge wird das Wärmebehandlungsprogramm aus der Programmdatenbank in dem fünften Programmschritt VIII (Fig. 1) abgerufen und zur Wärmebehandlung im Industrieofen 5 vermittelt.
Mit Bezug auf Fig. 3 a) und Fig. 3 b) umfassen für den Ablauf des Programms
• in der Materialdatenbank 10 (Fig. 1)
a) die erste Datei die Angaben der Werkstoffgruppen, wie hier der in einem Feld 1.1 ausgewählte Schnellarbeitsstahl, b) die zweite Datei die Definition der Werkstoffe, wie hier in einem Feld I.2 ausgewählt HS-6-5C, c) die dritte Datei die Behandlungsverfahren, wie hier in einem Feld 1.3 mit Härten + 3x Anlassen bestimmt und
d) die achte Datei mit der in einem Feld IV.1 eingegebenen gewünschten Arbeitshärte von 66 HRC,
■ in dem Regelwerk 11 (Fig. 1)
e) die vierte Datei die Angabe von Vergleichsgeometrien, wie hier in einem Feld II.2 mit Vierkant Platte angegeben, f) die fünfte Datei den mittels zweitem virtuellen Schieberegler 11.4.1 eingebbaren Chargenaufbau, wie hier in einem Feld II.4 mit gestapelt zutreffend, g) die für die Aufheizcharakteristik zuständige sechste Datei, aus der die Dimension mit 2 Vorwärmstufen in der Steigerung von 15°C/min in einem Feld 111.1 angegeben ist, und h) die für die Abschreckcharakteristik zuständige siebte Datei, aus der in einem Feld 111.2 2 bar eingegeben wird.
In einem Feld 11.1 werden die Daten für Wandstärke mit 10 mm und in einem Feld II.3 die Daten für das Chargengewicht mit 100 kg ohne im Computer hinterlegte Dateien eingegeben.
Die Optimierungseinstellungen erfolgen in einem Feld V.1 (Fig. 3 a) und Fig. 3 b)) mit zeitoptimiert oder in einem Feld V.2 mit verzugsarm.
Schließlich erscheint in dem Feld VI.1 (Fig. 3 a) und Fig. 3 b)) der Name des wärmetechnologischen Rezepts wie hier mit ,,VW(850,1080)H(1210)A540,540,510)" generiert.
Das im Industrieofen 5 ablaufende, aus Parametern der Wärmebehandlung einer vorgegebenen Technologie generierte und gespeicherte komplexe wärmetechnologische Rezept mit dem Programmnamen
VW(850,1080)H(1210)A540,540,510) wird gemäß Fig. 1 mittels einer Meßeinheit 7 mit Istwerten gemessen, über eine Vergleichsschaltung 8 mit den Parametern der vorgegebenen Technologie verglichen und bei Ungleichheit mittels einer Regelungseinheit 6 nachgeregelt.
Dazu umfasst entsprechend Fig. 1 die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens den Computer 1 mit der Programmdatenbank 12 für eine programmgemäße Speicherung des benannten generierten Wärmebehandlungsprogramms und dessen Abruf zur Aktivierung der Wärmebehandlung in dem Industrieofen 5, wozu die Meßeinheit 7 für die im Industrieofen 5 gemessenen Istwerte, die Vergleichsschaltung 8 für den Vergleich mit Parametern der vorgegebenen Technologie und die Regelungseinheit 6 für die Nachregelung bei Ungleichheit von Parametern vorgesehen sind.
Die dem Computer 1 gemäß Fig. 3 a) und Fig. 3 b) zugeordnete Benutzeroberfläche 30 bringt also oben bezeichnete Felder wie folgt zur Anzeige:
- Werkstoffgruppe (Feld 1.1), Werkstoff (Feld 1.2) und Verfahren (Feld I.3),
- Wandstärke (Feld 11.1), Vergleichsgeometrie (Feld II.2), Chargengewicht (Feld II.3), Chargenaufbau (Feld II.4), virtuelle Wandstärke (Feld II.5),
- Aufheizcharakteristik (Feld 111.1), Abschreckcharakteristik (Feld III.2),
- Arbeitshärte/Sollhärte (Feld I V.1 ),
- zeitoptimierte (Feld VI.1) oder verzugsarme (Feld VI.2) Einstellung und
- Programmname (Feld V.1).
Zu einem gewünschten Zeitpunkt der im Industrieofen 5 autonom durchzuführenden Wärmebehandlung der Charge entsprechend dieser komplex generierten Rezeptur kann über einen nicht bezeichneten Button der Benutzeroberfläche 30 aus der Programmdatenbank dieses generierte Programm
„VW(850,108O)H(1210)A540,540,510)" gemäß dem achten Programmschritt VIII (Fig. 1) abgerufen und zur Wärmebehandlung im Industrieofen 5 vermittelt werden.
Gemäß Fig. 3 a) und Fig. 3 b) ist das schrittweise erarbeitete Wärmebehandlungprogramm in der Benutzeroberfläche 30 insgesamt symbolisch nachvollziehbar und mittels nicht näher bezeichneter z.B. Reiter oder Buttons manuell und fehlerlos bearbeitbar.
Die Fig. 2a) und 2 b) geben als Fließbild einen überblick der Zusammenhänge des programmgemäßen Ablaufs der Erstellung des wärmetechnologischen Rezeptes gemäß den entsprechenden Werten bis zur programmgemäßen Speicherung des generierten Wärmebehandlungsprogramms und den Abruf zur Aktivierung der Wärmebehandlung im Industrieofen 5 aus der Programmdatenbank 12. Hieraus ist die prinzipielle Programmfolge nach der Erfindung ersichtlich.
Die in den einzelnen Blöcken der Fig. 2a) und Fig. 2 b) dargestellten und erläuterten Zusammenhänge und Beziehungen gehören zum Offenbarungsgehalt der Erfindung und lassen auch erfindungsgemäße Programmführungen zu, die den hier beschriebenen gleichwirkend oder äquivalent sein können. Entscheidend ist dafür, daß das Programm wie hier z.B. ,,VW(850,1080)H(1210)A540,540,510)" aus den aufgeführten Parametern analog den 2a) und Fig. 2 b) sowie Fig. 3a) und Fig. 3 b) endgültig automatisch generiert wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Entsprechend den internen Erprobungen und erzielten Ergebnissen ist gewährleistet, dass die potentiellen Betreiber von Industrieöfen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und Computer- Programm zum Erstellen von entsprechenden technologischen Rezepten und mit der Einrichtung ihre Konzepte zu autonomen Betriebsprozessen bei der Wärmebehandlung von Werkstückchargen effizient und weitgehend unabhängig von Spezialkenntnissen des Bedienerpersonals lösen können.
Bezugszeichenliste
Computer Industrieofen Regelungseinheit Meßeinheit Vergleichsschaltung
Material-Datenbank mit
erster Datei für Werkstoffgruppe,
zweiter Datei für Werkstoff,
dritter Datei für Verfahren und
achter Datei für Arbeitshärte
1 Regelwerk mit vierter Datei für Vergleichsgeometrie, fünfter Datei für Chargenaufbau, sechster Datei für Aufheizcharakteristik, siebter Datei für Abschreckcharakteristik
12 Programm-Datenbank
20 Schaubild
20.1 Anlaßschaubild (Diagramm)
20.2 ZTU-Schaubild (Diagramm)
30 Benutzeroberfläche
I erster Programmschritt
1.1 Feld Werkstoffgruppe
I.2 Feld Werkstoff
I.3 Feld Verfahren
Il zweiter Programmschritt
11.1 Feld Wandstärke
II.2 Feld Vergleichsgeometrie
11.2.1 erster virtueller Schieberegler
II.3 Feld Chargengewicht
II.4 Feld Chargenaufbau
11.4.1 zweiter virtueller Schieberegler
II.5 Feld virtuelle Wandstärke
11.5.1 dritter virtueller Schieberegler
III dritter Programmschritt
III.1 Feld Aufheizcharakteristik
III.1.1 vierter virtueller Schieberegler
III.2 Feld Abschreckcharakteristik
111.2.1 fünfter virtueller Schieberegler
IV erster Arbeitsschritt
IV.1 Feld Arbeitshärte (Sollhärte)
V vierter Programmschritt
V.1 Name des generierten wärmetechnologischen
Rezepts/Programmname
VI. zweiter Arbeitsschritt
VI.1 Feld zeitoptimiert
VI.2 Feld verzugsarm
VII dritter Arbeitsschritt
VIII fünfter Programmschritt