[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gasaufkohlung von Stahl,
bei dem das Stahlteil in einer kohlenstoffangereicherten Gasatmosphäre eines Ofens
o.dgl. einem Diffusionsprozeß zur Bildung eines Randbereiches mit erhöhtem und abhängig
vom Randabstand bestimmten Kohlenstoffgehalt ausgesetzt wird und bei dem in gewissen
Zeitabständen die für den Diffusionsvorgang wichtigen Meßgrößen einschließlich der
Temperatur ermittelt und als Steuergrößen für die Beeinflussung des Diffusionsvorganges
verwendet werden.
[0002] Solche Gasaufkohlungsverfahren, wie sie der Einsatzhärtung von Stahlteilen vorausgehen,
sind bekannt (Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung, Heft 9, September 1968, Seite
456 bis 464)..Bei der Aufkohlung von Werkstücken aus Stahl wird dabei deren Randschicht
mit Kohlenstoff angereichert. Für das Prozeßende wird ein bestimmter Kohlenstoffverlauf
angestrebt, mit den Zielgrößen "Aufkohlungstiefe", "Randkohlenstoffgehalt" und "C-Verlauf
am Rand". Dieser Vorgang kann aufgrund der Diffusionsgesetze berechnet werden, weil
neben.der Temperatur und der Zeit sogenannte Randbedingungen als Variable eingehen,
mit denen das Kohlenstoffangebot an der Oberfläche definiert wird.
[0003] Während man in den Anfängen der Aufkohlungstechnik davon ausging, . daß der Rand-C-Gehalt
während der gesamten Prozeßdauer angenähert konstant bleibt und daß demnach die Aufkohlungstiefe
mit der Wurzel aus der Zeit wächst, wurden mit zunehmenden Genauigkeitsansprüchen
die Prozeßparameter "Kohlenstoffpotential" und "Reaktionsgeschwindigkeit" an der Oberfläche
eingeführt. Abhängig von den jeweils gemessenen Werten, dem mathematischen Zusammenhang
und den anderen Prozeßwerten kann daher der C-Verlauf im Werkstück vorausberechnet
werden, wobei die Aufkohlung des Randbereiches darauf beruht, daß das C-Potential
der Gasatmosphäre in der zur Aufkohlung verwendeten Ofenkammer so geregelt wird, daß
die gewünschten Zielgrößen erreicht werden. Es ist zudem auch bekannt, mit Hilfe einer
Recheneinheit das C-Potential während der Aufkohlung zu verändern, um mit geringstmöglichem
Zeitaufwand Karbidbildung am Rand des Werkstückes zu vermeiden (DE-PS 31 39 622).
[0004] Diese Art der Regelung von Aufkohlungsprozessen läßt sich aber nur dann durchführen,
wenn sogenannte Gleichgewichtsatmosphären vorliegen, weil nur dann das C-Potential
definiert ist und auch gemessen werden kann. Mit Kohlenwasserstoffen übersättigte
Atmosphären werden in der Regel wegen ihrer eingeschränkten Regelfähigkeit vermieden,
obwohl sie, weil sie ein noch qrößeres Kohlenstoffangebot mit sich bringen, eine Rohstoff-
und Energieersparnis bringen können.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß auch mit Kohlenwasserstoffen übersättigte Atmosphären
für Aufkohlungsprozesse so eingesetzt werden können, daß eine eindeutige Steuerung
und Bestimmung des Kohlenstoffverlaufes am Rand der Werkstücke möglich ist.
[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art vorgeschlagen, unmittelbar dadurch die Oberfläche des Stahlteilsdiffundierenden
C-Strom als Meßgröße zu verwenden und in Abhämgigkeit davon die Kohlungsgaszufuhr
zu steuern. Ein solches Verfahren läßt sich durchführen, obwohl die theoretisch für
den Kohlenstoffstrom an der Oberfläche der Werkstücke bekannten Zusammenhänge nicht
ohne weiteres in: die Praxis umzusetzen sind, weil dieser C-Strom im Gegensatz zum
C-Potential während des Aufkohlungsprozesses in komplizierter Weise verändert werden
muß, wenn am Ende ein bestimmter Kohlenstoffverlauf vorliegen soll. Dies läßt sich
aber, ebenso wie bei bekannten Verfahren, durch Rechner laufend oder in bestimmten
kurzen Zeitabschnitten so bestimmen, daß die gewünschte Regelung möglich ist, wenn
Werte für den C-Strom zur Verfügung gestellt werden.
[0007] Dies ist in einfacher Weise dadurch zu erreichen, daß der C-Strom direkt über die
zeitliche Änderung des elektrischen Widerstandes eines Eisenfühlers gemessen wird.
Um hierbei keine Gefahr zu laufen, daß der Kohlenstoffgehalt des Fühlers dem Kohlenstoffgehalt
am Rand des aufzukohlenden Werkstückes davonläuft, wird jeweils vorteilhaft dafür
gesorgt, daß der mittlere Kohlenstoffgehalt des Eisenfühlers durch schrittweise kurz-zeitige
Entkohlungsphasen dem für den Randkohlenstoffgehalt des Stahlteiles in bekannter Weise
rechnerisch ermittelten Wert nachgeführt wird. Erreicht daher der vom C-Fühler ermittelte
Wert den für den Randkohlenstoffgehalt am Werstück angestrebten Wert, so muß die Zufuhr
von Kohlungsgas so zurückgenommen werden, daß beispielsweise die schädliche Karbidbildung
vermieden wird.
[0008] Der C-Strom kann nicht nur unmittelbar über einen Fühler gemessen werden. Er kann
auch indirekt über die Differenz der gemessenen, in den Ofen eingeführten und der
daraus wieder abgeführten bzw. nicht verbrauchten Kohlenstoffmenge ermittelt werden.
Zweckmäßig ist es dabei, wenn die zugeführte Kohlenstoffmenge aus der in einer bestimmten
Zeit zugeführten Gasmenge und deren Köhlenstoffgehalt, die abgeführte Kohlenstoffmenge
aus der in derselben Zeit abgeführten Fackelgasmenge und deren Kohlenstoffgehalt und
die nicht verbrauchte Kohlenstoffmenge aus dem im Ofen verbleibenden Rußanteil bestimmt
wird. Für die Praxis ausreichend hat es sich dabei erwiesen, wenn die abgeführte Kohlenstoffmenge
und die nicht verbrauchte in Form von Ruß im Ofen verbleibende Kohlenstoffmenge zu
einem ofenspezifischen Ausnutzungsfaktor zusammengefaßt werden und wenn der C-Strom
dann aus der zugeführten Kohlenstoffmenge, der Werkstückoberfläche und dem Ausnutzungsfaktor
bestimmt wird. Alle diese Meßgrößen und Prozeßwerte können, wie an sich bekannt, einer
Recheneinheit zugeführt werden, die hieraus und aus den für die Berechnung des Verlaufes
des Randkohlenstoffgehaltes wichtigen und abgespeicherten Daten, wie Geometrie des
Stahlteiles, Kern-C-Gehalt und Diffusionskoeffizient den zum jeweiligen Zeitpunkt
vorliegenden ,Verlauf des C-Gehaltes im Stahlteil berechnet und abhängig davon Signale
zur Steuerung der Kohlungsgaszufuhr gibt. Dies kann sowohl durchgeführt werden, wenn
der C-Strom direkt über einen Fühler gemessen wird, oder wenn er, wie beschrieben,
aus der zu- und abgeführten Kohlenstoffmenge bestimmt wird. Ein Vorteil dabei ist,
daß auf die Berücksichtigung der Werte für den Kohlenstoffübergangskoeffizienten und
weitgehend auch auf die Legierungszusammensetzung verzichtet werden kann.
[0009] Zur Durchführung des Verfahrens mit direkter C-Strom-Messung wird vorteilhaft eine
Einrichtung vorgesehen, die in bekannter Weise einen Aufkohlungsofen mit mindestens
einer beheizbaren Kammer, mit Fühlern zum Erfassen der Kammertemperatur, mit einer
Kohlungsmittelzuführleitung, in der ein steuerbares Regelventil angeordnet ist und
mit einem in die Kammer hereinreichenden Fühler vorgesehen, der mindestens einen der
Ofenatmosphäre ausgesetzten elektrischen Meßwiderstand aufweist, wie das beispielsweise
in der Zeitschrift Stahl und Eisen 80 (1960, Heft 26, Seiten 1952 bis 1954) beschrieben
ist. Bei einer solchen Einrichtung wird erfindungsgemäß jedoch vorgesehen, daß der
Meßwiderstand als C-Strom-Fühler wirkt und in einer Fühlerkammer angeordnet ist, die
an eine Zufuhrleitung für ein Entkohlungsgas angeschlossen ist, und daß in diese Zuführleitung
ein in Abhängigkeit von den ermittelten Werten steuerbares Absperrventil angeordnet
ist. Dieses Entkohlungsgas kann bei Einrichtungen mit einem Fühler, der einen von
einem Vergleichsgas umströmten Vergleichswiderstand zur Temperaturkompensation aufweist,
gleichzeitig das Vergleichsgas sein, das für den Kompensations-Vergleichswiderstand
vorgesehen ist. Die das Absperrventil enthaltende Zuleitung kann dabei in einfacher
Weise von der Anschlußleitung zum Vergleichswiderstand abzweigen. Dieses Absperrventil
enthält seine Steuerimpulse zum öffnen und Schließen in einfacher Weise schrittweise
von der Recheneinheit, die damit den Kohlenstoffgehalt des Meßwiderstandes dem Kohlenstoffgehalt
am Rand des aufzukohlenden Werkstücks nachführt. Der zeitliche Verlauf des C-Gehaltes
des Meß-fühlers entspricht daher dem Aufkohlungsverlauf am Rand des Werkstückes.
[0010] Natürlich läßt sich der Kohlenstoffgehalt des Fühlers analog der eben beschriebenen
Art in umgekehrter Weise auch bei absinkendem Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre
nachführen. Die Entkohlungsphasen werden dann durch Aufkohlungsphasen ersetzt.
[0011] Zur Durchführung des vorher erwähnten, zweiten Verfahrens, bei dem die zu- und abgeführten
Kohlenstoffmengen ermittelt werden, wird vorteilhaft eine ebenfalls bekannte Einrichtung
mit einem Aufkohlungsofen mit mindestens einer beheizten Kammer, mit Kühlern zum Erfassen
der Kammertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung in der ein steuerbares
Regelventil angeordnet ist und mit einer aus der Kammer herausführenden Abzugsleitung
mit einer Fackel vorgesehen. Erfindungsgemäß wird bei einer solchen Einrichtung dem
steuerbaren Regelventil in der Kohlungsmittelzuführleitung ein die durchströmende
Menge erfassendes Meßglied nachgeschaltet und auch in der Abzugsleitung eine die abströmende
C-Menge erfassende Meßeinrichtung vorgesehen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, insbesondere
wenn gewisse ofenspezifische Größen zu einem Ausnutzungsfaktor zusammengefaßt sind,
die von dem Meßglied und der Meßeinrichtung erfaßten Werte und die Werte der Temperaturmessung
von der Recheneinheit auswerten zu lassen, der auch Werte über die Oberfläche und
den Anfangs-C-Gehalt des Werkstückes sowie Daten der zu erreichenden Zielgrößen und
des Ausnutzungsfaktors eingegeben sind.
[0012] Natürlich ist es auch bei den neuen Verfahren und mit den neuen Einrichtungen möglich,
nicht nur Aufkohlungsprozesse, sondern beispielsweise auch Verfahren zum Karbonitrieren
durchzuführen. Bei Aufkoh- 'Lungsprozessen kann in der Schlußphase zur genauen Einstellung
des "2and-C-Gehaltes an den Werkstücken auch auf die bekannte C-Potential-Regelung
umgeschaltet werden. Der Vorteil der neuen Verfahren und Einrichtungen ist das höhere
Kohlenstoffangebot in der Anfangsphase, jedoch ohne die Gefahr der Überkohlung.
[0013] Die Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen von Einrichtungen zur Durchführung
der neuen Verfahren in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden auch anhand
eines Beispiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Stahlaufkohlung,
bei der ein C-Strom-Fühler zur Steuerung des Aufkohlungsvorganges eingesetzt ist,
Fig. 2 die schematische und vergrößerte Darstellung des C-Strom-Fühlers der Fig. 1,
Fig. 3 eine diagrammartige Darstellung, die den Verlauf des C-Gehaltes des Fühlers
der Fig. 2 und dessen Steuerung in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig. 4 Diagramme mit dem Verlauf der Temperatur, des Randkohlenstoffgehaltes, der
Aufkohlungstiefe und des C-Stromes jeweils anhand eines auch beschriebenen Beispieles
und über dem Zeitverlauf aufgetragen,
Fig. 5 die diagrammartige Darstellung des Kohlenstoffverlaufes bei Prozeßende in Abhängigkeit
des Abstandes vom Rand und
Fig. 6 die schematische Darstellung einer anderen Einrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ohne C-Strom-Fühler gearbeitet wird.
[0014] In der Fig. 1 ist ein Aufkohlungsofen 1 mit einer durch ein Gebläse 1a gebildeten
Umwälzeinrichtung vorgesehen, in den eine Werkstückcharge 2zur Aufkohlung mit der
Oberfläche A eingesetzt ist. In den Ofen mündet eine Kohlungsmittelzuführleitung 3,
in die das Aufkohlungsgas in Richtung des Pfeiles 3a eingegeben wird. Aus dem Aufkohlungsofen
1, der in bekannter Weise mit einer wärmebeständigen Isolierwand versehen ist, heraus
führt eine Abzugsleitung 1b, an der das in Richtung des Pfeiles 4 austretende. Abgas
abgefackelt wird. In den Ofen 1 hereingeführt ist auch ein Temperaturfühler 6, dessen
Meßwerte einer Recheneinheit 7 zugeführt werden. In die Kohlungsmittelzuführleitung
3 ist ein steuerbares Regelventil 4 eingesetzt, das über ein Stellglied 5 betätigt
werden kann, welches seine Steuerimpulse vom Rechner 7 erhält.
[0015] Ebenfalls in den Ofen 1 hereingeführt ist ein C-Strom-Fühler 8, dessen Fühlerkopf
8a mit dem Rechner 7 in Verbindung steht, so daß die vom C-Strom-Fühler 8 ermittelten
Werte vom Rechner 7 ausgewertet werden können. Dieser Fühlerkopf 8asteht außerdem
aber noch mit einer Zufuhrleitung 9 für ein Entkohlungsgas in Verbindung, das in Richtung
des Pfeiles 9a zugeführt wird. In diese Zuführleitung 9 ist ein Absperrventil 10 eingesetzt,
das über ein vom Rechner 7 gesteuertes Stellglied 11 geöffnet oder geschlossen werden
kann. In den Rechner 7 werden außerdem die gewünschten Zielgrößen Z sowie der Wert
für den Anfangs-C-Gehalt CK der Werkstückcharge 2 eingegeben. Der Rechner 7 steht
mit einem Schreiber 12 für den Kohlenstoffverlauf C-X in Verbindung, welcher den Kohlenstoffverlauf
im Werkstück in Abhängigkeit von Randabstand aufzeichnet. Dieser Verlauf wird vom
Rechner 7 in bekannter Weise ermittelt.
[0016] Aus Fig. 2 wird deutlich, daß der C-Strom-Fühler 8 aus einem in zwei Kammern 8b und
8c durch die Wand 13 unterteilten Rohr besteht, die sich bis in den Fühlerkopf 8a
fortsetzen. Die Kammer 8b enthält einen Meßwiderstand 14, der in nicht näher dargestellter
Weise von einem elektrischen Strom durchflossen wird und über die Verbindungsleitung
14a mit einer im Rechner 7 angeordneten Auswertschaltung in Verbindung steht. Die
Kammer 8b steht außerdem mit der Zuführleitung 9 für das Entkohlungsmittel in Verbindung,
in der das Absperrventil 10 angeordnet ist.
[0017] Die Kammer 8a des C-Strom-Fühlers 8 steht über eine Anschlußleitung 16 mit der Zuführleitung
9 für das Entkohlungsmittel in Verbindung, so daß die Kamner 8a ständig mit einer
gewissen Menge des beim Ausführunesbeispiel gleichzeitig als Vergleichsgas dienenden
Entkohlungsmittel beaufschlagt ist.
[0018] Die Arbeitsweise der Einrichtung der Fig. 1 und 2 soll nun an einem Beispiel beschrieben
werden.
[0019] In dem beispielsweise als Reter-tenofen ausgebildeten Aufkohlunga― ofen 1 wird die
Charge 2 von Werkstücken aus Stahl mit einem Anfangs-C-Gehalt von 0,20 %C und einer
Gesamtoberfläche A von 10 m
2 bei 930°C aufgekohlt. Die Zielgrößen Z bei Prozeßende sind folgende:


[0020] C-Verlauf am Rand soll flach sein.
[0021] Diese Zielgrößen ergeben einen Kohlenstoffbedarf - errechnet - von 3
5 g
/m2.
[0022] Aus wirtschaftlichen Gründen wird eine kurze Aufkohlungsdauer, d.h. ein hohes Kohlenstoffangebot
angestrebt. Der Rand-C-Gehalt soll jedoch während der Aufkohlung 1,00 %C nicht überschreiten,
um Carbidbildung zu vermeiden. Vor dem Ausfahren soll die Temperatur der Charge 2
auf die Härtetemperatur von 860°C abgesenkt werden.
[0023] Beim Aufheizen der Charge 2 wird der Ofen 1 mit Stickstoff gespült.
[0024] Ab 850°C wird etwas Methanol zur Bildung von CO und H2 sowie Erdgas CH4 als Kohlungsgas
zugesetzt, was über die Kohlungsmittelzufuhrleitung 3 geschieht, und zwar in so hohem
Anteil, daß eine C-Potentialmessung wegen Übersättigung nicht durchgeführt werden
kann. In dem in der Fig. 4 gezeigten Abschnitt I ist der C-Strom begrenzt, um übermäßige
Rußbildung im Ofen 1 zu vermeiden. Im Abschnitt II wird der C-Strom zurückgenommen,
weil sonst der Rand-C-Gehalt über ein Prozent steigen würde.
[0025] Die Atmosphäre im Ofen 1 wird von dem C-Strom-Fühler 8 mit dem Meßwiderstand 14 überwacht,
der beispielsweise aus einem Eisendraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm bestehen
kann, dessen Kohlenstoffgehalt sich um 0,26 %C/h verändert, wenn der C-Strom
1 g/m2h beträgt, was sich aus dem Oberflächen-/ Volumenverhältnis des Fühlers 8 ergibt.
[0026] Der Kohlenstoffgehalt C des Fühlers wird, wie Fig. 3 zu entnehmen ist, durch vom
Rechner 7 gesteuerte Entkohlungszyklen dem Rand-C-Gehalt der Werkstückcharge 2 nachgeführt.
In Fig. 3 ist der C-Gehalt des Fühlers durchgehend ausgezogen. Diese sägezahnartige
Linie ist mit 18 bezeichnet. Die jeweiligen Entkohlungsphasen 19 werden vom Rechner
7 gesteuert. In diesem Fall wird das Absperrventil 10 - vom Rechner gesteuert - geöffnet
und es fließt kurzzeitig Entkohlungsmittel durch die Kammer 8b.
[0027] Der Mittelwert des Verlaufes des C-Gehaltes am Fühler entspricht so der gestrichelt
dargestellten Linie 20, welche den Verlauf des Rand-C-Gehaltes am Werkstück 2 darstellt,
der vom Rechner ermittelt wird.
[0028] Es ist aus Fig. 3 auch zu erkennen, daß die Zeit t
E für die Entkohlungsphasen nur sehr kurz ist. Sie reicht aber aus, um den Mittelwert
des C-Gehaltes des Fühlers 8
dem Rand-C-Gehalt 20 nach- zaführen.
[0029] Aus dem Wert dC wird der dazu proportionale C-Strom ermittelt. dt
[0030] Die Kohlungsgaszufuhr in Richtung des Pfeiles 3a wird abgebrochen, s:
1bald die Summe des zugeführten Kohlenstoffes mit dem vorgegebenen Z.elwert 35 g/m
2 übereinstimmt. Dies ist im Ausführungsbeispiel ccmäß Fig. 4 nach vier Stunden erreicht.
Danach wird unter Stickstoffzufuhr diffundiert, bis der Rechner 7 den vorgegebenen
Rand- C-Gehalt anzeigt, der etwa nach fünf Stunden und 20 Minuten gemäß Fig. 4 bei
0,8 %, wie gewünscht, liegt. (siehe in Fig. 4 Abschnitt III). In der Diffusionsphase
wird gleichzeitig auf Härtetemperatur abgesenkt, wie das aus dem oberen Diagramm mit
dem Temperaturverlauf zu ersehen ist.
[0031] Das vom Rechner 7 ausgegebene Chargenprotokoll (Fig. 4) zeigt den über den C-Strom
geregelten Aufkohlungsprozeß. Fig. 5 zeigt den endgültigen Kohlenstoffverlauf bei
Prozeßende, der mit den vorgegebenen Zielgrößen übereinstimmt. Dabei ist in Fig. 5
auf der Abszisse der Randabstand im Werkstück aufgetragen. Auf der Ordinate der C-Gehalt.
Der Randkohlenstoffgehalt CR beträgt O, 180 %C. Bei der Aufkohlungstiefe 1mm beträgt
der C-Gehalt 0,35 %C.
[0032] In der Fig. 6 ist eine andere Möglichkeit der Steuerung des Aufkohlungsprozesses
mit Hilfe des C-Stromes gezeigt. Dort sind gleiche Bezugszahlen für gleiche Teile
verwendet. Abweichend von der Einrichtung der Fig. 1 ist hier dem steuerbaren Regelventil
4 in der Kohlungsmittelzuführleitung 3 eine durchströmende Menge erfassendes Meßglied
21 nachgeschaltet. Auch in der Abzugsleitung 1b wird eine die abströmende C-Menge
erfassende Meßeinrichtung 22 angeordnet. Bei dieser Einrichtung wird die zugeführte
Kohlenstoffmenge aus der in einer bestimmten Zeit zugeführten Kohlungsgasmenge und
deren Kohlenstoffgehalt, der bekannt ist, die abgeführte Kohlenstoffmenge aus der
in derselben Zeit durch die Leitung 1b abgeführten Fackelgasmenge und deren ebenfalls
bestimmbaren Kohlenstoffgehalt ermittelt, sowie aus der nicht verbrauchten Kohlenstoffmenge,
die aus dem im Ofen verbleibenden Rußanteil besteht. Die sich daraus ergebende Differenz
des Kohlenstoffes ist in die Werkstückcharge 2 geströmt, deren Oberfläche A ebenfalls
bekannt ist. In der Praxis wird nun so vorgegangen, daß die abgeführte Kohlenstoffmenge,
die durch die Leitung 1b führt, und die nicht verbrauchte, in Form vom Ruß im Ofen
1 verbleibende Kohlenstoffmenge zu einem ofenspezifischen Ausnutzungsfaktor f zusammengefaßt
werden und daß der C-Strom aus der zugeführten Kohlenstoffmenge, die mit dem Meßglied
21 erfaßt wird, der bekannten Werkstückoberfläche A und dem Ausnutzungsfaktor f bestimmt
wird, so daß sich der Kohlenstoffstrom m ergibt m = f-K. K ist dabei die zugeführte
Kohlen-A stoffmenge in gC/m
2h. Diese Werte werden dem Rechner 7 zusätzlich zu den Werten für den AnfangsrandkohlenstoffgehaltCK
des Werkstückes und den Zielgrößen Z eingegeben. Er ermittelt daraus den Kohlenstoffstrom
in ähnlicher Weise, wie das auch anhand von Fig. 4 erläutert wurde. In Abhängigkeit
von dieser Ermittlung wird die Zufuhr von Kohlungsmittel durch die Kohlungsmittelzuführleitung
3' über das Ventil 4 gesteuert.
I. Verfahren zur Gasaufkohlung von Stahl, bei dem das Stahlteil in einer kohlenstoffangereicherten
Gasatmosphäre eines Ofens o.dgl. einem Diffusionsprozeß zur Bildung eines Randbereiches
mit erhöhtem und abhängig vom Randabstand bestimmten Kohlenstoffgehalt ausgesetzt
wird und bei dem in gewissen Zeitabständen die für den Diffusionsvorgang wichtigen
Meßgrößen einschließlich der Temperatur ermittelt und als Steuergrößen für die Beeinflussung
des Diffusionsvorganges verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar
der durch die Oberfläche des Stahlteils diffundierende C-Strom als Meßgröße dient
und daß in Abhängigkeit davon die Kohlungsgaszufuhr gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der C- Strom direkt über die zeitliche Änderung des elektrischen Widerstandes eines Eisenfühlers
(8) gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kohlenstoffgehalt
des Eisenfühlers (8) durch schrittweise, kurzzeitige Entkohlungsphasen (19) dem für
den Rand-Kohlenstoffgehalt des Stahlteiles ermittelten Wert (20) nachgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der C-Strom indirekt über
die Differenz der gemessenen, in den Ofen eingeführten und der daraus wieder abgeführten
bzw. nicht verbrauchten Kohlenstoffmenge ermittelt wird und daß die zugeführte Kohlenstoffmenge
aus der in einer bestimmten Zeit zugeführten Gasmenge und deren Kohlenstoffgehalt,
die abgeführte Kohlenstoffmenge aus der in derselben Zeit abgeführten Fackelgasmenge
und deren Kohlenstoffgehalt und die nicht verbrauchte Kohlenstoffmenge aus dem im
Ofen verbleibenden Rußanteil bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeführte Kohlenstoffmenge
und die nicht verbrauchte, in Form von Ruß im Ofen verbleibende Kohlenstoffmenge zu
einem ofenspezifischen Ausnutzungsfaktor (f) zusammengefaßt werden und daß der C-Strom
aus der zugeführten Kohlenstoffmenge, der Werkstückoberfläche (A) und dem Ausnutzungsfaktor
bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Meßgrößen
und Zielgrößen einer Recheneinheit (7) zugeführt werden, die hieraus und aus den für
die Berechnung des Verlaufes des Randkohlenstoffgehaltes wichtigen und abgespeicherten
Daten, wie Geometrie des Stahlteiles, Diffusionskoeffizient und Kern-C-Gehalt den
zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Verlauf (20) des C-Gehaltes im Stahlteil berechnet
und abhängig davon Signale zur Steuerung der Kohlungsgaszufuhr gibt.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 6,
mit einem Aufkohlungsofen mit mindestens einer beheizbaren Kammer, mit Fühlern zum
Erfassen der Kammertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung, in der ein steuerbares
Regelventil angeordnet ist, und mit einem in die Kammer hereinreichenden Fühler, der
mindestens einen, der Ofenatmosphäre ausgesetzten elektrischen Meßwiderstand aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (8) als C-Stromfühler wirkt und in einer
Fühlerkammer (8b) angeordnet ist, die an eine Zufuhrleitung (9) für ein Entkohlungsgas
(9a) angeschlossen ist, und daß in dieser Zufuhrleitung (9) ein in Abhängigkeit von
den ermittelten Werten steuerbares Absperrventil (10) angeordnet ist.
. Einrichtung nach Anspruch 7 mit einem Fühler, der zusätzlich zum Meßwiderstand einen
von einem Vergleichsgas umspülten Vergleichswiderstand zur Temperaturkompensation
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Entkohlungsgas das Vergleichsgas dient und
daß die das Absperrventil (10) enthaltende Zuleitung (9) von der Anschlußleitung (16)
zum Vergleichswiderstand (23) abzweigt.
. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse
zum öffnen und Schließen des Absperrventils (10) schrittweise von der Recheneinheit
(7) gegeben werden.
. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 6 mit
einem Aufkohlungsofen mit mindestens einer beheizten Kammer, mit Fühlern zum Erfassen
der Kammertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung, in der ein steuerbares
Regelventil angeordnet ist und mit einer aus der Kammer herausführenden Abzugsleitung
mit einer Fackel, dadurch gekennzeichnet, daß dem steuerbaren Regelventil (4) in der
Kohlungsmittelzuführleitung (3) ein die durchströmende Menge erfassendes Meßglied
(21) nachgeschaltet ist, und daß auch in der Abzugsleitung (1b) eine die abströmende
C-Menge erfassende Meßeinrichtung (22) angeordnet ist.
. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Meßglied (21)
und der Meßeinrichtung (22) erfaßten Werte und die Werte der Temperaturmessung von
der Recheneinheit (7) ausgewertet werden, der auch Werte über die Oberfläche (A) und
des Anfangs-C-Gehaltes (CK) des Werkstückes (2), sowie Daten der zu erreichenden Zielgrößen
(Z) und des Ausnutzungsfaktors (f) eingegeben sind.