CH260663A - Verfahren und Einrichtung zum Härten von Gegenständen unter Anwendung von Hochfrequenzströmen. - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zum Härten von Gegenständen unter Anwendung  von     Hochfrequenzströmen.       Die Verwendung hochfrequenter Ströme  zum Erhitzen der Oberflächenschicht eines  Gegenstandsteils, der gehärtet werden soll,  ist bereits bekannt.     Hochfrequente    Energie  wird     mittels    eines sogenannten Heizkopfes in  der zu härtenden Schicht induziert. Der Kopf  besteht aus einer Spule, die den zu erhitzen  den Gegenstand umgibt und wird auf irgend  eine bekannte Art mit     hochfrequentem    Strom  gespeist.  



  Wenn bisher zum Beispiel der in einem  Lager laufende Teil einer Kurbelwelle oder  ein ähnlicher Maschinenteil gehärtet werden       soll,    so wird ein     Heizkopf    verwendet, der den  zu härtenden Teil seiner ganzen Länge ent  lang umgibt und die Oberflächenschicht in  ihrer ganzen Länge auf die zur Härtung er  forderliche Temperatur erhitzt.  



  Da aber solche Teile mit benachbarten  Teilen (Arme, Stege usw.) desselben Maschi  nenelementes ein ganzes Stück bilden, erzeugt  ein solches Verfahren keine gleichmässige Er  hitzung der gesamten Oberflächenschicht und  deshalb auch keine gleichmässige Härtung  dieser Schicht. Die Enden der Welle, die zum  Beispiel mit massiven Armen versehen sind,  werden zufolge der Ableitung der Wärme  weniger erhitzt. Eine genügende Härtung der  Oberfläche erfolgt deshalb nur im mittleren  Teil des zu härtenden Wellenstückes, während  die Enden ungenügend gehärtet werden.       Diese    Nachteile treten bei Wellen, deren    Form besonders komplexer Natur ist, wie  dies bei mit Flanschen zur Lagerung in Spur  lagern versehenen Wellen zur Aufnahme der  axialen Kräfte der Fall ist, noch deutlicher  in. Erscheinung.  



  Die Erfindung bezweckt, derartige Nach  teile zu vermeiden. Sie betrifft ein Verfahren  zum Härten von Gegenständen, wobei die  Oberflächenschicht eines zu härtenden Teils  des Gegenstandes mit von     Hochfrequenzströ-          men    induzierter Energie erhitzt wird.

   Das  erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge  kennzeichnet, dass der Heizvorgang mittels  eines Heizkopfes ausgeführt wird, dessen Aus  dehnung in Richtung der Länge des zu här  tenden Teils des Gegenstandes geringer ist     als     diese Länge und dass der Heizkopf während  des     Erhitzungsvorganges    eine hin und her  schwingende Bewegung relativ zu dem zu  härtenden Teil des 'Gegenstandes ausführt,  wobei diese Bewegung ungleichförmig ist, uni  die einzelnen Stellen des zu härtenden Teils  während verschieden langer Zeit der     Einwir-          klang    des Heizkopfes auszusetzen.  



  Die Erfindung betrifft auch eine Einrich  tung zur Durchführung dieses Verfahrens,  die dadurch gekennzeichnet ist, dass der       Heizkopf    durch starre stromzuführende Or  gane mit der Sekundärwicklung des     Heiz-          transformators    verbunden ist und dass die  Sekundärwicklung aus einem geschlitzten  Ring besteht, der in axialer Richtung der Pri-           märwicklung    entlang hin und her bewegt       wird,    um eine Hin- und     Herbewegung    des  Heizkopfes entlang des zu härtenden     Teils     des Gegenstandes zu erreichen.  



  Ausführungsbeispiele der     Erfindung    sind  schematisch auf der beiliegenden     Zeichnung     dargestellt.  



       Fig.    1 zeigt die     Anordnung    des     Heizkop-          fes,    des Transformators und der Mittel zur  Erzeugung von Bewegungen während des       Härtungsvorganges    eines     Kurbelwellenzap-          fens.     



       Fig.2    zeigt     in.    einem grösseren Massstab  den Heizkopf in Planansicht.  



       Fig.    3 zeigt     einen    Schnitt des     Heizkopfes,     der rechten Hälfte der     Schnittlinie        III        III     entsprechend.  



       Fig.4    stellt die     Anordnung    für den Vor  gang der Abkühlung dar.  



       Fig.    5     zeigt    die     Anordnung    des Heizkopfes  bei einem zu härtenden Zahnrad.  



  In     Fig.1    ist mit 1     ein    Zapfen einer     Kur-          belwelle    bezeichnet, dessen Oberfläche Gegen  stand des     Härtungsvorganges    ist. Der Zapfen  wird vom schmalen     wegnehmbaren    Heizkopf  2 umgeben. Man sieht, dass die Ausdehnung  des Heizkopfes in Richtung der     Zapfenlänge     bedeutend geringer ist als diese Länge.

   Der  Heizkopf ist mit starren     Stromzuführungs-          gliedern    3 und mit einem geschlitzten     Ring    4,  der die     Sekundärwicklung    des     Heiztransfor-          mators        darstellt,    versehen; 5 ist die     Primär-          wicklung    des Transformators.

   Der Heizkopf 2  ist     wegnehmbar,    was am besten aus     Fig.    2 er  sichtlich ist; die beiden Hälften desselben  sind     -mit    9     und    9' bezeichnet und -um<B>-</B>die       Drehpunkte    10 drehbar angeordnet.  



  Am untern Ende der     Stromzuführungs-          glieder    3 und 3'     können    an Stelle des vorlie  genden Heizkopfes noch andere Heizköpfe  verschiedenen Durchmessers austauschbar be  festigt werden, wodurch die Vielseitigkeit der  Einrichtung erhöht     wird,    indem Zapfen von  Kurbelwellen verschiedenen Durchmessers be  handelt werden     können.     



  Der Sekundärring 4 ist mittels einer An  zahl Stangen 6 mit einer querverlaufenden  Gleitbahn 8 verbunden, und 7 ist     rein        aiif       einer angetriebenen Welle 71 fest aufgesetz  ter Exzenter 7, der in einem Gleitblock 72  drehbar gelagert ist, wobei der Gleitblock 72  in der Gleitbahn 8 querverschiebbar ist. Die  Stangen 6 können mit beliebigen Mitteln ge  führt werden.

   Es ist ersichtlich, dass während  der Rotation der Welle 71 und dadurch auch  des Exzenters 7, der die     Sekundärwicklung     darstellende Ring 4 gemeinsam mit dem     Heiz-          kopf    2 harmonisch hin und her bewegt wird,  während der Heizkopf 2 die Oberflächen  schicht des Zapfens 1 erhitzt, um denselben       mittels    hochfrequenter Energie zu härten.  Die     Primärwicklung    des     Heiztransformators     ist genügend lang, um dauernd eine genügend  grosse Kopplung mit dem Ring 4     zu    erzeugen,  wobei die Hin- und     Herbewegung    des Ringes  4 zu berücksichtigen ist.  



  Es ist ersichtlich, dass während der har  monischen Hin-     und        Herbewegung    des     Heiz-          kopfes    2 die Enden des     Kurbelwellenzapfens    1  längere Zeit der     Einwirkung    dieses     Heizkop-          fes        ausgesetzt        sind    als die Mitte des Zapfens.  Dies ist deshalb von Vorteil, weil dies den       Umstand    kompensiert, dass die Kurbelarme  an den Enden des Zapfens Wärme von dem  letzteren abführen und somit eine gleich  mässige     Erhitzung    der Zapfenoberfläche er  zielt wird.  



  Um eine gleichmässige Erhitzung- zur Här  tung des Gegenstandes zu erzielen, kann eine  andere als eine harmonische Hin- und Her  bewegung des Kopfes erforderlich sein. Ent  sprechend einem andern Gesetz der zu erzeu  genden Bewegung     wird    die exzentrisch ge  lagerte Kreisscheibe 7 durch eine entspre  chend geformte     Nockenscheibe    ersetzt, die  dann unmittelbar mit der Gleitbahn 8 zusam  menarbeitet.  



  Um den     Heizkopf    gegenüber dem Zapfen  1 zweckentsprechend zu bewegen und zu zen  trieren oder einzustellen,     wird    der Heizkopf  zum Beispiel so angeordnet, dass der Kurbel  wellenzapfen 1 als Führung für die Bewe  gung dient. Zweckentsprechend werden die  Oberflächen der Hälfte 9 und 9' des     Heiz-          kopfes        mit    einem auf Kupferblech angebrach  ten isolierenden -Emailüberzug<B>-</B> 12 versehen.      wodurch der Heizkopf gegenüber dem erhitz  ten Zapfen 1 isoliert wird.  



  Die Wicklung des Heizkopfes ist gekühlt,  indem eine Kühlflüssigkeit in einer im Innern  der Wicklung vorhandenen     Ausnehmung    vor  gesehen ist. Der Email dient. ebenfalls zur Be  festigung von Führungsstücken 13, die zweck  entsprechend aus Kupfer bestehen und mit  dem erhitzten Zapfen 1 in Berührung stehen  und den Heizkopf während der Hin- und       Herbewegung    führen.  



  Eine zweckentsprechende Führung kann  auch mit andern Mitteln erreicht werden, die  jedoch ebenfalls wirksam gegenüber der     Heiz-          kopfwicklung    isoliert sein müssen.  



  Die     Abkühlvorrichtung,    die beispielsweise  in     Fig.4    dargestellt ist, besteht zur Haupt  sache aus einem Behälter 15, in welchem der  im     Härtungsvorgang    befindliche Gegenstand  - im vorliegenden Fall eine Kurbelwelle   zwischen den Spitzen 14 eingeklammert ist,  wobei eine der Spitzen auf dem Boden des  Behälters und die andere oberhalb demselben  vorgesehen ist, so dass die Kurbelwelle in ver  tikaler Lage im Behälter angeordnet ist. Die  Wände des Behälters können     auszieh-    und       zusammendrückbar    geformt sein, wodurch die  Höhe des Behälters, entsprechend der Lage  des Zapfens der Kurbelwelle veränderbar ist,  der gerade über der Flüssigkeit erhitzt und  dann abgekühlt werden soll.

   Sobald der Zap  ien die erforderliche Temperatur erreicht hat,  wird das Niveau der Flüssigkeit im Behälter  15 erhöht, um den erhitzten Zapfen 1 mit  Flüssigkeit zu umgeben.  



  Zu diesem Zweck besitzt der Behälter 15  einen ringförmigen Trog 16, der durch eine  Öffnung 17 mit dem Behälter 15 verbunden  ist.  



  Über dem Niveau der Flüssigkeit befindet  sich ein zur Flüssigkeitsverdrängung be  stimmter Ring 18; sobald ein Zapfen die er  forderliche Temperatur erreicht hat, wird der  Ring 18 in die Flüssigkeit im Trog 16 gelegt.,  wodurch das Niveau der Flüssigkeit im Be  hälter auf die gewünschte Höhe gehoben wird  und der erhitzte Zapfen in die steigende Flüs  sigkeit eintaucht. An Stelle eines am Umfang    des Behälters angeordneten Troges kann ein  inhaltsgleiches Gefäss am Behälter angeschlos  sen werden, das, wenn     wünschbar,    nur auf  einer Seite des Behälters 15 liegt.  



  Die Bewegungen des Heizkopfes werden  ununterbrochen fortgesetzt, um die     Abkühl-          flüssigkeit    um den gehärteten Zapfen herum  in Bewegung zu halten, wodurch Dampfbla  sen, die sich am zu härtenden Zapfen anset  zen würden und für die Härtung des Zapfens  schädlich wären, entfernt werden.  



  Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor  liegenden Erfindung besteht in der Härtung  flacher Gegenstände, wie zum Beispiel der  Zähne von Zahnrädern. Die Härtung von  Zahnrädern - speziell von solchen mit gro  ssen Zähnen - war bis anhin mit beträcht  lichen     Schwierigkeiten    verbunden. Die Zahn  radzähne werden nun einzeln mittels eines  Heizkopfes     (Fig.5)    gehärtet, der während  des Heizvorganges in den dem Zahne benach  barten Zahnlücken eine Hin- und     Herbewe-          gung    in Richtung der Zahnradachse ausführt.

    Mittels dieser Anordnung kann die bestmög  liche Wärmeverteilung und die vorteilhafteste  Härtung der Zahnflanken erreicht werden,  wobei die ungleichförmige Bewegung des  Heizkopfes unter Verwendung einer Nocken  scheibe so getroffen werden kann, dass prak  tisch nur die Flankenoberfläche gehärtet  wird, die übrigen Zahnradteile aber ihre Zä  higkeit und Biegsamkeit beibehalten.  



  Der     Abkühivorgang    kann dabei entspre  chend der vorausgegangenen Beschreibung  ausgeführt werden. Der Heizkopf wird dann  vom Zahn abgezogen, das Zahnrad um den  erforderlichen Winkel gedreht und der  nächste Zahn der Behandlung unterworfen.  



  Es ist natürlich auch möglich, dass der       Heizkopf    während der Erhitzung im Ruhe  zustand bleibt, wobei die relative Bewegung  des Heizkopfes und des zu behandelnden Ge  genstandes durch Bewegung des Gegenstan  des erreicht wird. Die erforderliche relative  Bewegung kann selbstverständlich durch  gleichzeitiges Bewegen des Heizkopfes und  des zu härtenden Gegenstandes erreicht wer  den.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zum Härten von Gegenständen, wobei die Oberflächenschicht eines zu härten den Teils des Gegenstandes mit von Hochfre- quenzströmen induzierter Energie erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heiz- vorgang mittels eines Heizkopfes ausgeführt wird, dessen Ausdehnung in Richtung der Länge des zu härtenden Teils des Gegenstan des geringer ist als diese hänge,

   und dass der Heizkopf während des ErhitzLUigsvorganges eine hin und her schwingende Bewegung re lativ zu dem zu härtenden Teil des Gegen standes ausführt, wobei diese Bewegung un gleichförmig ist, um die einzelnen Stellen des zu härtenden Teils während verschieden lan ger Zeit der Einwirkung des Heizkopfes aus zusetzen.

   <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass dem Heizkopf eine harmonische Hin- und Herbewegung erteilt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Niveau der sich unter dem zu härtenden Teil befindlichen Abkühlflüssigkeit gehoben wird, nachdem der Gegenstand die erforderliche Temperatur zur Härtung aufweist, so dass der zu härtende Teil unter das Niveau der Abkühlflüssigkeit taucht. 3.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass der Heizkopf eine schwingende Hin- und Herbewegung auch während des Abkühlvorganges ausführt, um die abkühlende Flüssigkeit um den abzuküh- lenden Teil herum zu bewegen, wodurch an diesem Teil sich bildende Dampfblasen ent fernt werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, zum Härten von Zahnradzähnen, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Zahn nach dem andern ge härtet wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Heizkopf und dem zu härtenden Teil des Ge genstandes stattfindende relative Bewegung durch Bewegen des Heizkopfes erzeugt wird: 6. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Heizkopf .und dem zu härtenden Teil des Ge genstandes stattfindende relative Bewegung durch Bewegen des Gegenstandes erzeugt wird. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die relative Bewe gung des Heizkopfes gegenüber dem zu här tenden -Teil des Gegenstandes durch Bewegen des Heizkopfes und des Gegenstandes erreicht wird. PATENTANSPRUCH II:

   Einrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Heizkopf durch starre, stromzuführende Organe mit der Sekundär wicklung des Heiztransformators verbunden ist und dass die Sekundärwicklung aus einem geschlitzten Ring besteht, der in axialer Rich tung der Primärwicklung entlang hin und her bewegt wird, um eine Hin- und Herbewe- gung des Heizkopfes entlang des zu härten den Teils des Gegenstandes zu erreichen. UNTERANSPRÜCHE: B.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl wegnehmbarer Heizköpfe verschiedenen Durchmessers vorgesehen ist, die austausch bar mit den genannten starren, stromzufüh- renden Organen verbunden werden können. 9.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den sekundären Transformatorring wirkende Nok- kenscheibe.die Hin- und Herbewegung des Heizkopfes erzeugt. 10.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Hin- und Herbewegung des sekundären Transformatorringes eine exzentrisch ge lagerte kreisförmige Scheibe vorgesehen ist, die mit einer querverlaufenden, mit dem se kundären Transformatorring verbundenen Gleitbahn zusammenarbeitet, um eine harmo nische Bewegung des Heizkopfes zu erreichen. 11.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkopf eine innere Kühlvorrichtung und an der Oberfläche eine isolierende Emailschicht und eine Anzahl den zu härtenden Teil des Gegen standes berührende Führungsstücke aufweist, wobei die Führungsstücke den Heizkopf in Längsrichtung dieses Teils während seiner Hin- und Herbewegung führen und zentrie ren und dabei mittels der isolierenden Email- sehicht an der Arbeitsoberfläche des Heizkop- fes befestigt sind. 12.

   Einrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs stücke wegnehmbar und auswechselbar ange ordnet sind. 13. Einrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit einer Abkühlflüssigkeit gefüllten Behälter aufweist, in dem der Gegenstand mit dem zu härtenden Teil über dem Niveau der Abkühl- flüssigkeit liegend angeordnet ist, wobei die ser Teil, nachdem er die zum Härten erfor derliche Temperatur erreicht hat, durch Er höhen des Niveaus der Flüssigkeit mittels eines am Behälter angeordneten, in die Ab kühlflüssigkeit hinein bewegbaren Körpers in die Flüssigkeit eingetaucht werden kann. 14.

   Einrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeits verdrängende Körper in einem separaten Be hälter in vertikaler Richtung bewegbar ange ordnet ist, wobei der separate Behälter ausser halb an der Seite des Behälters für die Ab kühlflüssigkeit angeordnet ist und mit dem letzteren über eine Öffnung verbunden ist.