CH225609A

CH225609A - Vorrichtung zum elektro-induktiven Oberflächenhärten metallischer Werkstücke.

Info

Publication number: CH225609A
Authority: CH
Inventors: Aktiengesellsch Edelstahlwerke
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke Ag
Priority date: 1941-03-05
Filing date: 1942-03-02
Publication date: 1943-02-15
Also published as: CH225253A; CH225877A; BE446003A; CH226968A; CH226289A; FR883633A

Description

Vorrichtung zum elektroinduktiven Oberflächenhärten metallischer Werkstücke. Für das Oberflächenhärten metallischer Werkstücke sind bisher zwei Verfahren be kannt geworden. Bei dem ersten Verfahren wird die zu behandelnde Werkstückstelle von einem Induktor umschlossen und das Auf heizen ohne Relativbewegung zwischen Reiz gerät und Werkstück vorgenommen.

Beim Erreichen einer bestimmten Oberflächentem peratur wird die Leistung des Hochfrequenz erzeugers unterbrochen, und es erfolgt ein Abschrecken der erhitzten Oberfläche durch Spritzöffnungen, die im Heizinduktor selbst vorgesehen ,sind.

Das zweite bekannt gewordene Verfahren geht so vor sich, dass ein. Induktor von ge ringerer Ausdehnung als der Breite des. zu härtenden Stückes verwendet wird, und daher eine Relativbewegung zwischen Heizgerät und Werkstück stattfindet, wobei zwecks Härtens eine Abschreckeinrichtung der Reiz einrichtung unmittelbar folgt.

Dieses Verfahren hat gegenüber dem erst- genannten den Vorteil, dass eine wesentlich geringere Leistung erforderlich ist, da die Werks.tüekteile, die sich gleichzeitig unter Einwirkung :des Induktors befinden, eine viel geringere Oberfläche haben.

Je nach Breite des Induktors, das heisst nach seiner Erstrek- kung in Vors-chubrichtung, kann ohne wei- teres der auf einmal unter Behandlung be findliche Oberflächenabschnitt seiner Grösse nach frei .gewählt werden. Bei sehr schmalen Induktoren stehen nur Bruchteile "der Gesamt- oberfläehe aufeinmal unter Einwirkung des Heizgerätes.

Es ist bisher noch nicht möglich gewesen, dieses an sich bekannte Verfahren für das Oberflächenhärten solcher Werkstücke aus zunutzen, welche beiderseitig von symme trischen oder unsymmetrischen Werkstück- teilen grösserer Abmessungen begrenzt sind, und auch bei einseitig begrenzten Werk stücken kann. das Verfahren nur dann ange wendet werden, wenn diese Begrenzungsteile nicht von zu grosser Ausdehnung sind.

Es be stand bisher immer die Schwierigkeit, eine einwandfreie Härtung auch im Bereich die ser seitlichen Begrenzungen durchzuführen, da die Absehreckeinrichtung nur auf die Werkstückteile zur Einwirkung kommt, die bereits durch Überfahren mit der Heizeinrich- tung eine entsprechende Temperatur ange nommen haben. Die Relativbewegung findet aber durch die seitlichen Begrenzungsteile des Werkstückes ein vorzeitiges Ende und die Wirkfläche der Heizeinrichtung kommt vor dem Zapfenende zum Stillstand.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Ober flächenhärten metallischer Werkstücke durch elektroinduktives Aufheizen und anschlie ssendes Abschrecken unter Relativbewegung zwischen Härtegerät und Werkstücl@, bei der diese Schwierigkeit beseitigt ist, und sie ist daher insbesondere - für solche Werksdicke anwendbar, deren zu behandelnde Ober flächenteile von symmetrischen oder unsym metrischen Werkstückteilen grösserer Abmes sungen ein- oder beiderseitig begrenzt sind.

Solche Werkstücke sind beispielsweise Bag gerbolzen, Keilwellenzapfen, Gelenkkreuze, Kurbelwellenzapfen und ähnliche. Bei den genannten Teilen ist es erforderlich, dass sich die Härteschicht möglichst weit bis in die Ausläufe zum begrenzenden Werkstückteil, das heisst also Anlaufbunde oder Hohlkehlen, erstreckt.

Aber auch für das Erhitzen glat ter Werkstücke, beispielsweise glatter Wel len, ist eine solche Vorrichtung von Bedeu tung, wenn es sieh darum handelt, das Er hitzen bis zu einer ganz bestimmten ,Stelle der Längserstreckung zu führen, ohne dass in dem anschliessenden Abschnitt irgendwelche die mechanischen Eigenschaften beeinträch tigenden Anlasswirkungen eintreten. Die vor liegende Erfindung ist gekennzeichnet durch ein das Werkstück zu umschliessen be stimmtes, z.

B. ein- oder mehrwindiges ge schlossenes oder teilbares Heizgerät mit, auf gesetzter Doppelkammer für die Abschreck- flüssigkeit; die Kammern sind unabhängig voneinander zu- und abschaltbar und sind mit Schlitzen versehen, durch die ein Ab- eehreckmittel auf entgegengesetzten Seiten des Heizleiters, auf die Werkstückoberfläche gerichtet, austreten kann.

Die Erfindung und die durch ihre An wendung gegebenen Möglichkeiten sollen an Hand der beigefügten Zeichnung an Beispie len näher erläutert werden, wobei ausserdem noch einige Weiterbildungen des Erfindungs gedankens dargelegt werden.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung gemäss der Erfindung dargestellt, mit Hilfe welcher ein Kurbelwel,lenzapfen l., der von Kurbelwan gen 2 begrenzt ist, oberflächlich aufgeheizt und durch Abschrecken gehärtet werden soll. Hierzu wird ein -Heizleiter 3 verwendet, der das Werkstück umschliesst. In an sich be kannter Weise ist der Heizleiter hohl, um ein Kühlmittel durch den Leiter führen zu kön nen.

Dieser Hohlraum wird dazu ausgenutzt, Pressluft als Kühlmittel durchzuleiten, wobei diese Pressluft durch Schlitze 5 und 6 auf die We.rkstückoberfläche gerichtet austreten kann.

Auf diesen Heizleiter ist eine Doppel kammer 9 aufgesetzt. Die Breite dieser Kam mer ist entspreehend der Breite des Heiz- leiters gewählt, die Kammer selbst enthält zwei Einzelkammern 7 un:d 8, die jede eine oder mehrere eigene Zuleitungen 11 bezw. 12 aufweisen, die auf einem Deckel 10 befestigt sind. Um eine gleichmässige Verteilung des Kühlmittels sicherzustellen, sind auf dem Deckel 10 möglichst mehrere Zuführungen 11/12 aufzusetzen.

Jede Teilkammer bat ausserdem Austrittsschlitze 15 bezw. 16, die auf entgegengesetzten Seiten des Heizleiters in schräger Richtung auf .die Werkstückober- fläche gerichtet sind.

Die .Schlitze 5 und 6 haben die Aufgabe, den Pressluftstrom so zu führen, dass die aus den Schlitzen 15 und 16 austretende Ab- , schreckflüssigkeit nicht ungewollt unter die Heizeinrichtung selbst geraten kann, was zu Fehlhärtungen Veranlassung geben könnte.

Es hat sich als zweckmässig erwiesen, ,die Neigung .der Sehlitze 15/16 und 5@6 so zu- , einander einzustellen, dass sie einen Winkel in den Grenzen von 0 bis 45 bilden. Die Grösse des Winkels hängt vom Druck und Geschwindigkeit der verwendeten Mittel ab.

Die Form,des Heizleiters muss radial, das heisst in Richtung auf die aufgesetzte Kam mer, im Querschnitt abnehmen, damit die Austrittsschlitze 15 und 16 richtig geführt werden können. Dieser Forderung ist selbst verständlich auch in anderer Weise zu ge nügen, als .dies in Fig. 1,dargestellt ist. An dere Ausführungsformen zeigen die Fig. 2 und 3.

Die Kammer 9 mit ihren Einzelkam mern 7 und 8 und den Schlitzen 15/16 ist mit dem Heizleiter 3 verbunden. Dieser Heizleiter besteht aber aus einer Platte 17 verhältnis mässig grosser Dicke. Auf diese Platte 17 ist ein halbkreisförmiger Kanal 18 für die Luft führung aufgesetzt. Die Austrittsschlitze für die Luft sind bei 5 und 6 vorgesehen. Die Wandungen des Luftkanals 16 können aus gut leitendem Werkstück wie beispielsweise Kupfer hergestellt sein oder auch. aus Werk stoffen, die schlechter leiten.

In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, auch eine Wasserkühlung für den Heiz- leiter vorzunehmen, nämlich dann, wenn die zu behandelnden Werkstücke eine hohe Lei stung pro cm' benötigen. Eine solche Vor richtung ist in Fig. _3 dargestellt. Die Kam mer mit den Austrittsschlitzen ist,die gleiche wie in Fig. 1 und 2.

Der Heizleiter 19 ist rohrförmig ausgebildet und sein Hohlraum dient zur Führung der Pressluft, die beispiels- weise bei 20 durch Schlitze .auf das Werk stück austreten kann. Auf dem rohrförmigen Teil 19 ist ein Kanal 21 aufgesetzt, der zwecks Kühlung wasserdurchflossen ist.

Die Wandung dieses Kanals kann wiederum ent weder aus Kupfer oder aus einem Werkstoff hergestellt sein, der die Wärme und den elektrischen Strom schlechter leitet. Selbst verständlich kann auch die untere Fläche der Doppelkammer 9 selbst die Wandung für den Kanal 21 bilden.

Beider Benutzung einer derartigen Vor richtung wird eine Bewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung .im Sinne des Pfeils 13 oder 14 der-Fig. 1 hervorgerufen. Zweckmässigerweise wird die Reizeinrich- tung zu bewegen, sein.

Es besteht natürlich auch ,die Möglichkeit, das Werkstück zu be wegen, beispielsweise wenn ein zylindrisches Werkstück senkrecht stehend bearbeitet wer den soll. Wenn nun beider hervorgerufenen Relativbewegung,die Heizeinrichtung in nie Nähe der Wangen 2 gelangt ist,

wird durch einen nicht dargestellten Anschlag eine rück läufige Bewegung mit gleicher oder ver änderter Geschwindigkeit selbsttätig einge- leitet. Während bei Üer Bewegung in Ri h tung des Pfeils 13 nur die Spritzöffnungen 15 in Tätigkeit waren, wird durch ,

den glei chen Anschlag in diesem Augenblick nie Zu fuhr zur Kammer 8 und damit zu den Schlitzen 16 eingeschaltet. Dias A'bschreck- mittel tritt infolge .der rückläufigen Bewe gung des Heizleiters auf die zusetzt erhitzte Oberfläche :

aus. Der Anschlag bewirkt fer ner ein gleichzeitiges Abschalten id-er elek trischen Leistung.

Selbstverständlich können auch mehrere Anschläge vorgesehen werden, die die einzelnen Zu- und AbscUaltvorgänge in eine genaue zeitliche Reihenfolge bringen. Zweckmässig wird nach Beendigung,des Vor- schub,es die Leistung nicht sofort ausgeschal- tet, so dass das Heizgerät bei eiugesch,alteter Leistung so lange in,

der äussersten Stellung verharrt, bis die gewünschte Heizwirkung eingetreten ist. So kann einstellbar beispiels- weise an Verzögerungsrelais der Ablauf der einzelnen Bewegungs- und Schaltvorgänge gesteuert werden.

Bei Beginn des Aufheizens in der äusser sten Stellung zwischen Härtegerät und Werkstück wird ebenfalls die Relativ- bewegung zwischen Härtegerät und Werk stück und/oder die Zuführung des Spritz- mittels zu dem entgegen der Bewegungs richtung befindlichen Spritzkammerteil, be zogen auf das Einschalten des Stromes, verzögert eingeleitet. Dies dient dazu,

um einmal in allen Teilen ein ,gleichmässige s Auf= heizen stattfinden zu lassen und auch .die Ge- biete um die Hohlkehlen des Werkstückes einem genügenden Aufheizen trotz Wärme abfluss und :Streuung in -die begrenzenden Teile zu unterziehen.

Weiterhin ist es aus Gründender Abfuhr des Spritzmittels zweck mässig, so zu verfahren, um einen Stau des Kühlmittels zwischen Härtegerät und be grenzendem Werkstückteil und der damit verbundenen Gefahr des Zuriicli:trebens von Kühlflüssigkeit unter das Härtegerät zu ver meiden.

In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist, die Pressluftlöcher nur auf einer Seite anzuord nen, -das heisst also, auf die Fig. 1 übertragen, es würde nur ein Luftschlitz 6 vorhanden sein, während -der Luftschlitz 5 entfiele.

In dem Augenblick, wo die Vorrichtung in die Nähe der Wange 2 gelangt ist und die Um- schaltung :durchgeführt wird, ist der Spritz- mitteIsehlitz 16 in Tätigkeit und der Luft schlitz 6 übt eine Injektorwirkung aus, der- art, dass die aus dem Schlitz 16 austretende Abschreckflüssigkeit unter der Heizeinrich tung hindurehgesaugt wird.

In F'ig. 4 ist eine Schaltung dargestellt, wie sie für eine Einrichtung gemäss der Er findung Verwendung finden kann. Es soll der Wellenzapfen 1, der von Wangen 2 be- grenzt wird, an seiner Oberfläche mit einer Härteschicht, die bei 21 gestrichelt angedeu tet ist, versehen werden, wobei an den Stel len 22 durch Verzögerungen in den Endstel- lungen des Heizgerätes tiefere Einhärtungen erzielt werden sollen. Das Werkstück selbst ist bei 23 ruhend oder drehbar eingespannt. Das Heizgerät entspricht dem Heizgerät nach Fig. 1.

Zusätzlich sind lediglich die bei 42 dargestellten Stutzen zur Zuführung und zur gleichmässigen Verteilung der Pressluft ange bracht. . Nachdem das aufklappbare Heizgerät auf den Zapfen in einer Lage aufgesetzt ist, die in Fig. 4 angedeutet ist, wird durch den Ein schaltknopf 24 über das .Schütz 25 vom Gene rator 26 .der Heizeinrichtung elektrische Ener gie zugeführt. Gleichzeitig oder verzögert wird über das Umschaltschütz 27 der Motor 28 eingeschaltet, der die Bewegring der Härteeinrichtung in Richtung des Pfeils 29 veranlasst.

Ebenfalls gleichzeitig oder mit einer gewissen Verzögerung wird über das iNlagnetventil 30 die Wasserzufuhr zum Heizgerät geöffnet, und zwar für die Kam mer B. Hat sich nun das Heizgerät bis in die Nähe der linksseitigen Wange bewegt, gerät es in Berührung mit dem einstellbaren Anschlag 31.

Dieser einstellbare Anschlag oder Endausschalter 31 unterbricht, gleich zeitig oder verzögert, das Schütz 25, in glei cher Weise wird das Schütz 27 abgeschaltet und das Schütz 32 eingeschaltet. Es erfolgt dann ein Rücklauf der Härteeinrichtung in Richtung des Pfeils 33. Gleichzeitig oder mit einer gewissen Verzögerung wird die Wasser zufuhr mittels des Magnetventils 34 geöffnet und damit Flüssigkeit -der Kammer 9 zuge führt. Die Härteeinrichtung läuft sodann bis an den Anschlag 24 zurück, worauf .dieser den Vorschub in Richtung des Pfeils 33 un terbricht.

Durch das Magnetventil 35 wird die Zufuhr der Pressluft zu den Stutzen 42 bezw. zu dem Heizleiterhohlraum 3 gesteuert. Um einen unnötigen Luftverbrauch zu ver meiden, kann mit Ausschaltung der hochfre quenten Leistung die Luftzufuhr am Magnet ventil 35 unterbrochen werden.

Mit Vorrichtungen gemäss der Erfindung lassen sich mithin Werkstücke mit Bünden oder sonstigen symmetrischen oder unsym metrischen Werkstoffanhäufungen an den Enden im fortschreitenden Verfahren und allen dadurch gegebenen Vorteilen erhitzen und durch Abschrecken härten.

Die benötigte elektrische Energie kann gegenüber einer Heizeinrichtung, die die gesamte Werkstück breite überdeckt, wesentlich geringer sein, und es ergibt sich daher die Möglichkeit, selbst solche Werkstücke mit Erfolg zu be handeln, die aus Werkstoffen hergestellt sind, die an sich schon erhöhte Energien ver brauchen, wie beispielsweise rosa- und säure- best:

ä ndige Stähle. Aber nicht nur für .Stähle, sondern überhaupt für alle Werkstoffe, die durch Erhitzen und anschliessendes Ab schrecken behandelt werden müssen, sind Vor richtungen der beschriebenen Art benutzbar.

Claims

PATENTANSPRÜCH: Vorrichtung f ür das kontinuierliche Ober flächenhärten metallischer Werkstücke durch e.lektro-induktives Aufheizen und anschlie ssendes Abschrecken unter Relativbewegung zwischen Härtegerät und Werkstück, insbe sondere für Werkstücke, deren zu behan delnde Oberflächenteile mindestens einseitig von Werkstückteilen grösserer Abmessungen begrenzt sind, wie beispielsweise für Bagger bolzen, Kurbelwellenzapfen,

Keilwellenzap- fen, Gelenkkreuze usw., gekennzeichnet durch ein das Werkstück zu umschliessen be stimmtes Heizgerät mit aufgesetzter Doppel kammer für die Abschreckflüs.sigkeit, wobei jede unabhängig von,der andern zu- und ab- schaItbare Kammer mit tSchlitzen versehen ist,

die auf entgegengesetzten Seiten -des Heizleiters auf -die Werkstückoberfläche ge richtet sind. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet"dass,das Heizgerät auf klappbar ist. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, .dass das Heizgerät eine einzige Windung aufweist. 3.

Vorrichtung nach Patentanspruch, .da ,durch gekennzeichnet, dass das, Heizgerät mehrere Windungen aufweist. 4. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Richtung ,der Relativbewegung zwischen Härtegerät und Werkstück beim Erreiehen eines einstell- baren Anschlages selbsttätig umgekehrt wird.

5. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Bewegungs- umkehr, die Spitzmiüelzuful@r zu dem ent gegen der neuen Bewegungsrichtung befind lichen Spritzkammerteil und die Abschal tung der Leistung :durch den gleichen An schlag eingeleitet werden. 6.

Vorrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, @dass die Spritzmittel- zufuhr zu dem entgegen der neuen Be- wegungsricUtung befindlichen Spritzkammer teil und die Abschaltung der Leistung durch einen weiteren Anschlag eingeleitet werden. 7.

Vorrichtung nach Unteranspruch 4"da- durch gekennzeichnet, dass die Bewegungs- umkehr, die Spritzmittelzufuhr zu dem ent gegen der neuen Bewegungsrichtung befind lichen Spritzkammerteil und die Abschaltung der Leistung unverzüglich eingeleitet wer den. B.

Vorrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Bewegungs- umkehr, die Spritzmittelzufuhr zu dem ent gegen der neuen Bewegungsrichtung befind lichen Spritzkammerteil und die Abschaltung der Leistung verzögert eingeleitet werden. 9.

Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, idass die Heizleiter von durchströmender Pressluft gekühlt werden, die zur Verhinderung des Zurücktretens von Spritzflüssigkeit zwischen Härteeinrichtung und W erkstückoberflächeseitlich durch Durchbrechungen austritt. 10.

Vorrichtung nach Patentanspruch"da- ,durch gekennzeichnet, dass bei Beginn des Aufheizens die Relativbewegung zwischen Härtegerät und Werkstück verzögert einge leitet wird.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch .gekennzeichnet, dass bei Beginn des Aufheizens die Zufuhr ,des, Spritzmittels zu ,dem entgegen der Bewegungsrichtung befind lichen Spritzkammerteil verzögert eingeleitet wird. 12.

Vorrichtung nach Patentanspruch"da- durch gekennzeichnet, dass bei Beginn des Auf heizens die Relativbewegung zwischen Härtegerät und Werkstück und die Zufuhr des Spritzmittels zu dem entgegen .der Bewe- gungs.richtung befindlichen Spritzkammerteil verzögert eingeleitet werden. 13.

Vorrichtung nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch ein in der Breite mit zu nehmendem radialem Abstand ,abnehmendes Heizleiterprofil. 14. Vorrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizleiter- profil in der Breite mit zunehmendem radia lem Abstand stetig abnimmt. 15. Vorrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, @dass das Heizleiter- Profil in der Breite mit zunehmendem radia lem Abstand sprunghaft abnimmt.

16. Vorrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizleiter- profil von halbkreisförmigem Querschnitt ist. 17. Vorrichtung nach Unteranspruch 1.3, dadurch gekennzeichnet, da.ss das Heizleiter- profil dreieckförmig ist. 18. Vorrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, da.ss das Ileizleiter- profil trapezförmig ist.

19. Vorrichtung nach Patentanspruch"da- durch gekennzeichnet, dass die Luftöffnungen des Heizleiters nur entgegen der Vorschub richtung angeordnet sind und dass beim Er reichen eines einstellbaren Anschlages die Relativbewegung ausgeschaltet, die Leistung unterbrochen und die Kühlmittelzufuhr zu dem in Bewegungsrichtung angeordneten Spritzkammerteil eingeleitet wird, derart, ,

dass durch Injektorwirkung des entgegen der Bewegungsrichtung austretenden Pressluft- stromes das Abschreckmittel unter die Heiz- leiterfläche gesaugt wird. 20. Vorrichtung nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung gleichzeitig mit dem Ausschalten der Re lativbewegung unterbrochen wird. 21.

Vorrichtung nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung in bezug auf das Ausschalten der Ptelativbewe- gung verzögert unterbrochen wird.