CH628684A5

CH628684A5 - Verfahren zum haerten eines zahnrades.

Info

Publication number: CH628684A5
Application number: CH1131377A
Authority: CH
Inventors: Otto Dudek; Klaus Ortmann; Lothar Reichmann; Wilhelm Dr Schaefer
Original assignee: Mannesmann Ag
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-09-15
Publication date: 1982-03-15
Also published as: DE2652386A1; FR2370795A1; NL7710586A; SE421534B; JPS5361510A; SE7710478L; US4154628A; FR2370795B3; GB1593535A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten eines Zahnrades mit zwei mit axialem Abstand parallel zueinander angeordneten Radscheiben, die Durchbrüche aufweisen und an ihrem Aussenumfang mit der Bandage, an ihrem Innenumfang mit der Nabe verschweisst sind, durch Erwärmen des Zahnrades in Kohlenstoffatmosphäre bis zur hinreichenden Aufkohlung und anschliessendes Abschrecken in einem Salzbad.

Im besonderen befasst sich die Erfindung mit dem Härten grosser geschweisster Zahnräder und beim Härten grosser Zahnräder allgemein auftretender Probleme.

Dem Einsatzhärten und Zahnflankenschleifen von Stirnrädern zur Erhöhung der Festigkeit und Flankentragfähigkeit war bisher eine obere Grenze gesetzt, da rationelle Einrichtungen hierzu in der Regel nur für höchstens mittelgrosse Räder zur Verfügung standen. Bei den jetzt herstellbaren Stirnrädern von bis zu 2700 mm Durchmesser und 700 mm Verzahnungsbreite ist aufgrund dieser Abmessungen ein

Härten nach dem bekannten Verfahren nicht ausreichend. Es genügt nicht, das geschweisste Rad in einen Schachtofen einzusetzen und in bekannter Weise auf eine Temperatur zwischen 900 und 950°C, die bis zur hinreichenden Aufkohlung beibehalten wird, zu erwärmen und anschliessend von 820-850°C in einem etwa 150 bis 190°C wannen Salzbad abzuschrecken. Die Aufkohlung erfasst nämlich hierbei auch die Teile des Rades, die vor einer Aufkohlung zu schützen sind, nämlich insbesondere die Radscheiben, Stegbleche und Schweissnähte. Beim Abschrecken im Salzbad kühlen einmal die Radscheiben unverhältnismässig schnell ab, wodurch in Verbindung mit sonstigen Ungleichmässigkeiten bei der Abkühlung des Zahnrades dieses bleibende Verformungen erfährt, die zu einer erhöhten Schleifarbeit beim Flankenschleifen der Zähne führt. Von besonderem Einfluss hierauf sind Strömungen im Salzbad, die durch dort eingebaute Umwälzanlagen verursacht werden. Während sich nämlich im leeren Salzbad eine einigermassen gleichmässige Strömung einstellen lässt, ist dies in einem Salzbad, in dem insbesondere ein grosses Zahnrad eingesetzt ist, nur sehr schwierig möglich, da Strömungen durch den zu härtenden Körper und seine Tragvorrichtung gebrochen und gelegentlich unkontrolliert umgelenkt werden. Dies fordert besondere Massnahmen an der Salzbadumwälzanlage, wie eine Vielzahl von Umwälzpumpen, deren Wirksamkeit jedoch bei Einsatzstücken unterschiedlicher Grösse differiert.

Da sich das erfindungsgemässe Verfahren auf das Härten eines Zahnrades, d.h. das Aufkohlen und die Wärmebehandlung im Salzbad bezieht und Massnahmen für einen der beiden Verfahrensschritte negative Auswirkungen für den anderen Verfahrensschritt haben können, ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine derartige negative Verknüpfung zu vermeiden.

Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, dass die Radscheiben vor dem Erwärmen in Kohlenstoffatmosphäre mit Zusatzscheiben, die ebenfalls Durchbrüche aufweisen, versehen und die Zusatzscheiben nach dem Abschrecken wieder entfernt werden.

Durch diese vorübergehende Dückenverstärkung der Radscheiben wird eine Vergleichmässigung des Temperaturverlaufes beim Aufkohlen und Abschrecken und damit eine Verringerung des Verzuges im Zahnrad erreicht. Gleichzeitig sind die Aussenflächen der Radscheibe vor einer Aufkohlung geschützt.

Die Innenflächen der Radscheiben lassen sich ebenfalls vor einer Aufkohlung schützen, und zwar durch eine Weiterentwicklung der Erfindung, die vorsieht, dass die in den Innenraum zwischen den Radscheiben führenden Durchbrüche vor dem Erwärmen soweit verschlossen werden, dass ein ständiger Austausch der Kohlenstoffatmosphäre verhindert, ein Druckausgleich jedoch ermöglicht wird, und dass zu Beginn des Abschreckens die Durchbrüche wieder freigegeben werden.

Die unangenehmen Auswirkungen von örtlichen, durch Umwälzanlagen verursachten Strömungen im Salzbad lassen sich dadurch beseitigen, dass das in an sich bekannter Weise mit senkrecht stehender Achse in das Salzbad eingetauchte Zahnrad nach dem Eintauchen mindestens bis zum Temperaturausgleich langsam um seine Längsachse gedreht oder geschwenkt wird. Dieses Verfahren hat darüberhinaus bei den geschweissten Zahnrädern nach der Gattung des Hauptanspruches den Vorteil, dass es den Wärmeübergang im Innern des Rades, d.h. zwischen den Radscheiben, verbessert und eine gute Vergleichmässigung der Badwärme bringt.

In den weiteren Ansprüchen sind Massnahmen zur Vorbereitung eines Zahnrades für den erfindungsgemässen Härtevorgang niedergelegt, die im Zuge der Beschreibung der Abbildungen näher erläutert werden.

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Von den Abbildungen zeigt

Fig. 1 eine Anlage zum Härten von Zahnrädern,

Fig. 2 ein für das Härten vorbereitetes Zahnrad,

Fig. 3 eine Draufsicht auf Fig. 2,

Fig. 4 eine Einzelheit aus Fig. 2,

Fig. 5 eine weitere Einzelheit aus Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zum Härten eines Zahnrades besteht aus einem Schachtofen 15, einem Salzbad 18 und einem mit genügendem Abstand über dem Schachtofen 15 und dem Salzbad 18 angeordneten Hebezeug 20, bestehend aus einer Kranbahn 23, einer Laufkatze 22 und einem Kranhaken 21. Ein zu härtendes Zahnrad 1 wird zunächst in den Schachtofen 15 eingesetzt und dort unter C-Atmosphäre auf 900-920°C erwärmt. Das Zahnrad 1 ist dabei in einem entsprechenden Tragkäfig 16 untergebracht, auf dem es mittels Unterstützungselementen 17 gelagert ist.

Nach dem hinreichenden Aufkohlen wird das Zahnrad 1 in den Kranhaken 21 des Hebezeuges 20 gehängt, dem Schachtofen entnommen, zum Salzbad 18 verfahren und in das Salzbad 18 eingetaucht. Das Salzbad hat dabei eine Temperatur von etwa 160°C, die sich durch das heisse Werkstück allmählich im zulässigen Rahmen erhöht. Eine Umwälzvorrichtung 24 im Salzbad 18 sorgt für die zur guten Wärmeverteilung im Salzbad selbst erforderliche Umwälzung desselben. Um nun ein ungleichmässiges Abkühlen des Zahnrades zu vermeiden, wird mittels einer auf den Tragkäfig 16 aufsetzbaren Dreh Vorrichtung 19 der Tragkäfig und damit das Zahnrad langsam im Salzbad 18 gedreht oder hin und her geschwenkt, so dass nicht immer nur ein und derselbe Teil des Zahnrades 1 der durch die Umwälzvorrichtung 24

erzeugten Strömung unmittelbar und einseitig ausgesetzt ist. Die Dreh Vorrichtung 19 wird bis zum Temperaturausgleich betätigt.

Vor dem Einsatz des Zahnrades 1 in die in Fig. 1 gezeigte s Anlage wird das Zahnrad entsprechend den Figuren 2 bis 5 vorbereitet. Fig. 2 zeigt ein vorbereitetes Zahnrad teilweise im Schnitt. Das Zahnrad besteht aus einer Nabe 2, einer Bandage 4 und aus zwei mit axialem Abstand zueinander angeordneten Radscheiben 3a und 3b, die mit der Nabe 2 io und der Bandage 4 durch innere Schweissnähte 6a und 6b sowie äussere Schweissnähte 7a und 7b verschweisst sind. Mit 5 ist die Verzahnung bezeichnet.

Die Radscheiben 3a und 3b sind durch Zusatzscheiben 8a und 8b versehen. Diese Zusatzscheiben bestehen hier, wie 15 Fig. 3 zeigt, aus zwei Segmenten 8a' und 8a". Die obere Zusatzscheibe 8a ist lose auf die Radscheibe 3a aufgelegt, während die untere Zusatzscheibe 8b an die untere Radscheibe 3b befestigt ist. Die Radscheiben 3a und 3b weisen Durchbrüche 9 und die Zusatzscheiben 8a und 8b entspre-20 chende Durchbrüche 10 auf. Die Durchbrüche 10 der oberen Zusatzscheibe 8a sind durch Abdeckscheiben 11 verschlossen. Die Abdeckscheiben 11 werden mittels einer Härteschutzpaste festgeklebt, um ein Eindringen von C in den Innenraum weitgehend zu verhindern. Ebenfalls aufgeklebt, 25 und zwar auf die untere Radscheibe 3b, sind geteilte Abdeckelemente 12, die aus zwei Hälften 13 und 14 bestehen und durch die Durchbrüche 9 und 10 in den Innenraum zwischen den beiden Radscheiben 8a und 8b eingeführt werden können.

30 Beim Eintauchen in das Salzbad lösen sich die Abdeckscheiben 11 und die Abdeckelemente 12 und gestatten ein freies Eindringen des Salzbades in den Innenraum.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Härten eines Zahnrades mit zwei parallel zueinander angeordneten Radscheiben, die Durchbrüche aufweisen und an ihrem Aussenumfang mit der Bandage, an ihrem Innenumfang mit der Nabe verschweisst sind, durch Erwärmen des Zahnrades in Kohlenstoffatmosphäre bis zur hinreichenden Aufkohlung und anschliessendes Abschrecken in einem Salzbad, dadurch gekennzeichnet,

dass die Radscheiben vor dem Erwärmen in Kohlenstoffatmosphäre mit Zusatzscheiben, die ebenfalls Durchbrüche aufweisen, versehen und die Zusatzscheiben nach dem Abschrecken wieder entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Innenraum zwischen den Radscheiben führenden Durchbrüche vor dem Erwärmen so weit verschlossen werden, dass ein ständiger Austausch der Kohlenstoffatmosphäre mit der im Innenraum zwischen den Radscheiben herrschenden Atmosphäre verhindert, ein Druckausgleich jedoch ermöglicht wird, und dass zu Beginn des Abschrek-kens die Durchbrüche wieder freigegeben werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit senkrecht stehender Achse in das Salzbad eingetauchte Zahnrad nach dem Eintauchen mindestens bis zum Temperaturausgleich langsam um seine Längsachse gedreht oder geschwenkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der oberen Radscheibe (3a) des Zahnrades eine aus Ringsegmenten (8a', 8a" ) lose zusammengesetzte Zusatzscheibe (8a) lose aufgelegt und an der unteren Radscheibe (3b) des Zahnrades eine weitere, ebenfalls aus Segmenten zusammengesetzte Zusatzscheibe (8b) befestigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Summe der Dicken der Radscheibe (3a bzw. 3b) und der Zusatzscheibe (8 bzw. 8b) etwa der radialen Dicke der Nabe und Bandage (2) entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf den zum Innenraum zwischen den Radscheiben (3a und 3b) führenden Durchbrüchen (10 bzw. 9) der oberen Zusatzscheibe (8a) Abdeckscheiben (11) und im Innenraum auf der unteren Radscheibe (3b) innen aufliegende zusammengesetzte Abdeckelemente (12) aufgelegt werden, wobei die Einzelteile der Abdeckelemente (12) Halbscheiben (13, 14) sind, deren Radius kleiner ist als der lichte Durchmesser der Durchbrüche.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheiben (11) und die Abdeckelemente (12) unter Verwendung einer Härteschutzpaste angeklebt werden.