CH716959A1

CH716959A1 - Process for hardening the surface of a drive component with toothing.

Info

Publication number: CH716959A1
Application number: CH01634/19A
Authority: CH
Inventors: Herting Thomas
Original assignee: Guedel Group Ag
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-30
Also published as: CH716959B1; WO2021122777A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Randschichthärten einer verzahnten Antriebskomponente (1) aus einem härtbaren Stahl erfolgt ein Randschichthärten mittels partieller Erwärmung mehrerer Bereiche (14) der Antriebskomponente (1). Jeder der Bereiche (14) umfasst mindestens zwei benachbarte Zähne (11.1, 11.2) der Verzahnung (10), wobei alle Flanken (12.1b, 12.1c, 12.2b, 12.2c) der Zähne (11.1, 11.2) der Bereiche (14) sowie Zahnfüsse (13.1) im Innern der Bereiche (14) durch partielle Erwärmung gehärtet werden und Zahnfüsse (13.0, 13.2) an den Rändern der Bereiche (14) nicht gehärtet werden. Die Bereiche (14) überlappen nicht. Damit lassen sich verzahnte Antriebskomponenten (1) herstellen, welche bei gegebener Dimensionierung und geforderter Dauerfestigkeit höhere Vorschubkräfte ermöglichen als herkömmliche, nicht unter Zahnfuss gehärtete Komponenten. Aufgrund der verbleibenden weichen Zahnfüsse ist der Verzug des Werkstücks für die Antriebskomponente dennoch stark reduziert, so dass sich insbesondere bei linearen Antriebskomponenten wie Zahnstangen ein nachfolgendes Richten erübrigt oder mit deutlich verringertem Aufwand möglich wird. Aufgrund des simultanen Härtens mehrerer Zähne ergibt sich zudem eine reduzierte Prozesszeit.In a method for surface hardening of a toothed drive component (1) made of a hardenable steel, surface hardening takes place by partially heating several areas (14) of the drive component (1). Each of the areas (14) comprises at least two adjacent teeth (11.1, 11.2) of the toothing (10), with all flanks (12.1b, 12.1c, 12.2b, 12.2c) of the teeth (11.1, 11.2) of the areas (14) as well as tooth roots (13.1) inside the areas (14) are hardened by partial heating and tooth roots (13.0, 13.2) are not hardened at the edges of the areas (14). The areas (14) do not overlap. This enables toothed drive components (1) to be produced which, with the given dimensioning and required fatigue strength, enable higher feed forces than conventional components that are not hardened under the tooth root. Due to the remaining soft tooth roots, the distortion of the workpiece for the drive component is nevertheless greatly reduced, so that subsequent straightening is unnecessary or possible with significantly less effort, particularly in the case of linear drive components such as racks. The simultaneous hardening of several teeth also results in a reduced process time.

Description

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Randschichthärten einer Antriebskomponente mit Verzahnung, wobei die Antriebskomponente aus einem härtbaren Stahl besteht und das Randschichthärten mittels partieller Erwärmung mehrerer Bereiche der Antriebskomponente erfolgt. Die Erfindung betrifft weiter ein Induktionswerkzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Antriebskomponente, herstellbar durch ein solches Verfahren. The invention relates to a method for surface hardening of a drive component with toothing, wherein the drive component consists of a hardenable steel and the surface hardening takes place by means of partial heating of several areas of the drive component. The invention further relates to an induction tool for carrying out such a method and a drive component that can be produced using such a method.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Verzahnte Antriebskomponenten aus Stahl, wie Zahnstangen, Ritzel, Zahnräder oder Lenkspindeln, werden zur Erhöhung von Verschleiss- und Dauerfestigkeit gehärtet. Toothed drive components made of steel, such as racks, pinions, gears or steering spindles, are hardened to increase wear and fatigue strength.

[0003] Typischerweise kommen für Antriebskomponenten unlegierte oder legierte Vergütungsstähle, Werkzeug- bzw. Wälzlagerstähle, Federstähle oder auch Einsatzstähle in Betracht. Für die Härtbarkeit ist ein Kohlenstoffgehalt von mindestens etwa 0.35 % oder mehr erforderlich, was bei Einsatzstählen auch nur lokal am zu härtenden Rand über ein vorgängiges Aufkohlen eingestellt werden kann. Dabei wird die Randschicht des Werkstücks im austenitischen Zustand des Stahls, d. h. bei hoher Temperatur, mit Kohlenstoff angereichert. Anschliessend wird das Bauteil abgeschreckt. Es ergibt sich eine martensitische Randschicht (Einsatzhärten). Typically, unalloyed or alloyed quenched and tempered steels, tool steels or roller bearing steels, spring steels or case-hardened steels come into consideration for drive components. A carbon content of at least about 0.35% or more is required for hardenability, which in the case of case-hardening steels can also only be adjusted locally at the edge to be hardened by means of a previous carburization. The surface layer of the workpiece is in the austenitic state of the steel, i.e. H. at high temperature, enriched with carbon. The component is then quenched. A martensitic surface layer results (case hardening).

[0004] Bei anderen Härtverfahren werden die Bauteile nur lokal kurzzeitig erwärmt. Durch die thermische Einwirkung und das nachfolgende Abschrecken verändert sich dabei das Gefüge des Materials im betroffenen Bereich, was zu einer grösseren Härte führt. Gegenüber dem Einsatzhärten sind bei diesen Härtverfahren der niedrige Wärmeeintrag und der daraus resultierende geringere Verzug der Bauteile (Härteverzug) von Vorteil. In other hardening processes, the components are only heated locally for a short time. The thermal effect and the subsequent quenching changes the structure of the material in the affected area, which leads to greater hardness. Compared to case hardening, these hardening processes have the advantage of low heat input and the resulting lower distortion of the components (hardening distortion).

[0005] Namentlich dem Randschichthärten durch partielle Erwärmung des zu bearbeitenden Materials und nachfolgendes Abschrecken kommt bei Antriebskomponenten eine hohe Bedeutung zu. Bei geeigneten Stählen bildet sich dadurch eine martensitische Oberflächenschicht mit einer gegenüber der Ausgangskonfiguration deutlich erhöhten Härte. In particular, the surface layer hardening through partial heating of the material to be processed and subsequent quenching is of great importance in drive components. In the case of suitable steels, this results in a martensitic surface layer with a hardness that is significantly higher than that of the initial configuration.

[0006] Zum Randschichthärten können verschiedene Verfahren zum Einsatz gelangen. So kann das Material mittels direkter Wärmeeinwirkung durch externe Wärmequellen, z. B. Gasbrenner (Flammhärten mit Autogen-Brennertechnik), mittels Laser- oder Elektronenstrahlung, konduktiv oder induktiv lokal erwärmt werden. Various methods can be used for surface hardening. The material can be heated by means of direct heat from external heat sources, e.g. B. Gas burners (flame hardening with oxy-fuel burner technology), locally heated by means of laser or electron radiation, conductively or inductively.

[0007] Beim induktiven Randschichthärten wird eine (gekühlte) Spule an das Werkstück herangeführt. Eine an die Spule angelegte Wechselspannung bewirkt im Werkstück Wirbelströme, die zu einer Erwärmung bis in eine gewisse Eindringtiefe führen. Letztere hängt insbesondere von der Frequenz der Wechselspannung ab, aber auch von weiteren Parametern wie der Oberflächenleistungsdichte, der Permeabilität des Materials, der Einwirkungszeit und der Materialgeometrie. Durch geeignete Wahl der Frequenz und die Überlagerung unterschiedlicher Frequenzbereiche kann das Ergebnis beeinflusst werden: Hohe Frequenzen führen zu seichteren Härtezonen, tiefe Frequenzen führen dagegen zu grösseren Randhärtetiefen. In the case of inductive surface hardening, a (cooled) coil is brought up to the workpiece. An alternating voltage applied to the coil causes eddy currents in the workpiece, which lead to heating up to a certain penetration depth. The latter depends in particular on the frequency of the alternating voltage, but also on other parameters such as the surface power density, the permeability of the material, the exposure time and the material geometry. The result can be influenced by a suitable choice of frequency and the superposition of different frequency ranges: High frequencies lead to shallower hardness zones, low frequencies, on the other hand, lead to greater depths of surface hardness.

[0008] Es sind verschiedene induktive Randschichthärteverfahren für Verzahnungen bekannt: Bei der Einzelzahn-Flankenhärtung werden die Flanken der einzelnen Zähne nacheinander, in einem diskontinuierlichen Einzelschussverfahren, mittels Forminduktor gehärtet. Dieses Verfahren eignet sich für Bauteile mit grossem Modul. Es ist sicherzustellen, dass der Forminduktor in die Zahnlücken eingebracht werden kann, zudem muss der Anlasseffekt auf benachbarte Flächen möglichst beschränkt bleiben. Bei der Einzelzahn-Lückenhärtung werden die Lücken nacheinander, wiederum in einem diskontinuierlichen Einzelschussverfahren, mittels Forminduktor gehärtet. Um den Anlasseffekt zu reduzieren, ist eine intensive Kühlung der vorgängig gehärteten Flanke notwendig, um den Anlasseffekt zu reduzieren. Auch dieses Verfahren eignet sich vor allem für Bauteile mit grossem Modul. Bei der Allzahnhärtung werden die Zähne in einem kontinuierlichen Durchlaufverfahren gehärtet. Durch den Einsatz von Mehrfrequenzgeneratoren, die Hoch- und Mittelfrequenzen überlagern, ist eine konturnahe Härtung bis unter den Zahnfuss möglich. Dieses Verfahren eignet sich vor allem für Bauteile mit kleinem Modul, denn bei grösserem Modul ergibt sich eine ungünstigere Verteilung der Wärme, bei welcher der Zahnkopf überhitzen kann, mit dem Risiko von Härterissen.Various inductive surface layer hardening processes for gears are known: With single-tooth flank hardening, the flanks of the individual teeth are hardened one after the other in a discontinuous single-shot process using a form inductor. This method is suitable for components with a large module. It must be ensured that the shape inductor can be inserted into the tooth gaps, and the tempering effect must be limited to neighboring surfaces as much as possible. With single-tooth gap hardening, the gaps are hardened one after the other, again in a discontinuous single-shot process, using a mold inductor. In order to reduce the tempering effect, intensive cooling of the previously hardened flank is necessary in order to reduce the tempering effect. This method is also particularly suitable for components with a large module. With all-tooth hardening, the teeth are hardened in a continuous process. The use of multi-frequency generators that superimpose high and medium frequencies enables conformal hardening down to the tooth root. This method is particularly suitable for components with a small module, because a larger module results in a less favorable distribution of heat, which can cause the tooth tip to overheat, with the risk of hardening cracks.

[0009] Im Anschluss an das Härten werden die Werkstücke möglichst zeitnah angelassen, indem sie (gegebenenfalls lokal) auf eine Anlasstemperatur von typischerweise 140 - 270 °C für eine ausreichend lange Haltezeit erwärmt werden. Dabei wird das zunächst extrem harte Martensitgefüge der Randschicht wieder duktiler. Das Härten und Anlassen verleiht dem Bauteil eine hohe Oberflächenhärte und Festigkeit. Der Kern hingegen bleibt in einem zähen (vergüteten oder geglühten) Zustand. After hardening, the workpieces are tempered as soon as possible by heating them (locally if necessary) to a tempering temperature of typically 140-270 ° C. for a sufficiently long holding time. The initially extremely hard martensite structure of the surface layer becomes more ductile again. Hardening and tempering give the component a high level of surface hardness and strength. The core, on the other hand, remains in a tough (tempered or annealed) state.

[0010] Bei der Herstellung randschichtgehärteter Antriebskomponenten mit Verzahnung ist die Ausführung der Härtezone von grosser Relevanz für die Zahnfuss-Dauerfestigkeit. When producing surface-hardened drive components with toothing, the execution of the hardening zone is of great relevance for the fatigue strength of the tooth root.

[0011] Herkömmlich werden alle Zähne einer Antriebskomponente mit einem gleichartigen Härtebild ausgeführt, welches gegenüber dem jeweiligen Hauptsymmetrieelement einem für jeden Zahn einheitlichen Profil folgt. Es ergibt sich bei Rotativkomponenten (Zahnrädern / Ritzeln) ein gleiches Härtebild in Umfangsrichtung, bei Linearprodukten (Zahnstangen, Lenkspindeln) ein gleichartiges Härtebild in Längsrichtung. Conventionally, all teeth of a drive component are designed with a similar hardness pattern, which follows a profile that is uniform for each tooth with respect to the respective main symmetry element. Rotary components (gears / pinions) have the same hardness pattern in the circumferential direction, and linear products (racks, steering spindles) have the same hardness pattern in the longitudinal direction.

[0012] Erfolgt die Randschichthärtung auch im Zahnfuss, können höhere Werte für den Parameter σF lim(Zahnfuss-Dauerfestigkeit) angesetzt werden, als bei Zähnen, an denen der Zahnfuss ungehärtet bleibt. Bleibt der Zahnfuss ungehärtet, muss bei der Dimensionierung oder im Festigkeitsnachweis mit der verminderten Biegefestigkeit des jeweiligen Ausgangsmaterials im Anlieferzustand (normalisiert, vergütet, weichgeglüht o. ä.) gerechnet werden. If the surface layer hardening also takes place in the tooth root, higher values can be set for the parameter σF lim (tooth root fatigue strength) than for teeth on which the tooth root remains unhardened. If the tooth root remains unhardened, the reduced flexural strength of the respective starting material in the delivery condition (normalized, tempered, soft-annealed or similar) must be taken into account when dimensioning or in the proof of strength.

[0013] Andererseits nimmt der Verzug an Antriebskomponenten umso mehr zu, je grösser der Anteil an gehärtetem Werkstückvolumen ist bzw. umso grösser die Härtezonen ausgeführt werden, da die Gefügeumwandlung beim Härten stets mit einer Volumenveränderung verbunden ist. Insbesondere an Werkstücken mit nicht symmetrisch angeordneten Härtezonen, wie z. B. bei Zahnstangen, kommt es infolge einer asymmetrischen Wärmebehandlung mit zunehmender Härtetiefe oder Härtung zusätzlicher Formelemente zu stärkerem Verzug. Damit ergeben sich grössere fertigungstechnische Aufwände in der anschliessenden Hartbearbeitung bzw. beim Richten. On the other hand, the warpage of drive components increases the greater the proportion of hardened workpiece volume or the larger the hardening zones are, since the structural transformation during hardening is always associated with a change in volume. In particular on workpieces with non-symmetrically arranged hardness zones, such. B. with racks, it comes as a result of an asymmetrical heat treatment with increasing hardening depth or hardening of additional molded elements to greater distortion. This results in greater manufacturing-related expenditure in the subsequent hard machining or during straightening.

[0014] Darüber hinaus nimmt auch die Richtbarkeit ab und die Rissgefahr direkt beim Härten oder beim späteren Richten zu, je grösser die relativen Anteile der Härtezone am Querschnitt sind. Die Herausforderung bei der Härtung bis in den Zahnfuss liegt daneben auch in der Masseverteilung in der Verzahnung. Während die Zahnköpfe aufgrund der geringen Masse zum Wärmestau bzw. Überhitzen neigen, ist im Zahnfuss aufgrund der grossen Masse die Wärmeeinbringung schwierig. In addition, the straightenability also decreases and the risk of cracking directly during hardening or during subsequent straightening, the greater the relative proportions of the hardening zone on the cross-section. The challenge with hardening down to the tooth root is also the mass distribution in the toothing. While the tooth tips tend to accumulate heat or overheat due to their low mass, the introduction of heat into the tooth root is difficult due to the large mass.

[0015] Herkömmliche Härtungsverfahren ermöglichen somit entweder eine hohe Festigkeit, erfordern aber einen aufwendigen nachfolgenden Richtprozess, oder sie ermöglichen nur eine reduzierte Festigkeit. Conventional hardening processes thus either enable high strength, but require a complex subsequent straightening process, or they only enable reduced strength.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0016] Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zum Randschichthärten einer Antriebskomponente mit Verzahnung zu schaffen, welches eine hohe Dauerfestigkeit bei reduziertem Herstellungsaufwand ermöglicht. The object of the invention is to create a method, belonging to the technical field mentioned at the beginning, for hardening the surface layer of a drive component with toothing, which method enables high fatigue strength with reduced manufacturing costs.

[0017] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst jeder der Bereiche mindestens zwei benachbarte Zähne der Verzahnung, wobei alle Flanken der Zähne der Bereiche sowie Zahnfüsse im Innern der Bereiche durch partielle Erwärmung gehärtet werden und Zahnfüsse an den Rändern der Bereiche nicht gehärtet werden, wobei sich die Bereiche nicht überlappen. The solution to the problem is defined by the features of claim 1. According to the invention, each of the areas comprises at least two adjacent teeth of the toothing, all flanks of the teeth of the areas and tooth roots in the interior of the areas being hardened by partial heating and tooth roots not being hardened at the edges of the areas, the areas not overlapping.

[0018] Die Bereiche erstrecken sich jeweils von der Mitte eines Zahnfusses bis zur Mitte eines anderen Zahnfusses, wobei die Länge eines Bereichs mindestens zwei Zahnteilungen beträgt. The areas each extend from the middle of a tooth root to the middle of another tooth root, the length of an area being at least two tooth pitches.

[0019] Es werden also jeweils mindestens zwei benachbarte Zähne gleichzeitig der Wärmebehandlung unterzogen. Die Bereiche können nacheinander bearbeitet werden, insbesondere mit demselben Werkzeug, es ist aber auch möglich, mehrere (oder alle) Bereiche gleichzeitig zu bearbeiten. [0019] At least two adjacent teeth are therefore subjected to the heat treatment at the same time. The areas can be edited one after the other, especially with the same tool, but it is also possible to edit several (or all) areas at the same time.

[0020] Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem gegebenen Bereich fortlaufend entlang der Verzahnung alle Zahnflanken sowie der Zahnfuss oder die Zahnfüsse zwischen den Zähnen gehärtet werden, während der erste Zahnfuss und der letzte Zahnfuss, jeweils an der Grenze des Bereichs, ungehärtet bleiben. Das heisst, im Innern des Bereichs erstreckt sich durchgehend von der ersten Flanke bis zur letzten Flanke eine gehärtete Zone entlang der behandelten Oberfläche der Antriebskomponente. The method is characterized in that in a given area all tooth flanks and the tooth root or the tooth roots between the teeth are hardened continuously along the toothing, while the first tooth root and the last tooth root, each at the border of the area, are not hardened stay. This means that in the interior of the area, a hardened zone extends continuously from the first flank to the last flank along the treated surface of the drive component.

[0021] Mindestens im Bereich des innenliegenden Zahnfusses bzw. der innenliegenden Zahnfüsse erstreckt sich die gehärtete Zone somit unter den Zahnfuss. Bei den aussenliegenden Zahnfüssen ist keine Zahnfusshärtung gegeben. Diese Bereiche bleiben weich. Weil keine Überlappung zwischen den Bereichen besteht, werden die aussenliegenden Zahnfüsse auch in nachfolgenden Wärmebehandlungsschritten nicht gehärtet, denn sie bilden - je nach Anordnung der Bereiche - auch die Ränder anderer Bereiche oder liegen in nicht wärmebehandelten Regionen der Verzahnung. At least in the area of the inner tooth root or the inner tooth roots, the hardened zone thus extends under the tooth root. There is no hardening of the tooth root on the outer tooth roots. These areas remain soft. Because there is no overlap between the areas, the outer tooth roots are not hardened in subsequent heat treatment steps either, because - depending on the arrangement of the areas - they also form the edges of other areas or lie in regions of the toothing that are not heat-treated.

[0022] „Gehärtet“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in einer bestimmten Region die Wärmeeinwirkung derart erfolgt ist, dass die erwünschte Gefügeänderung (z. B. zu Martensit) zumindest an der Oberfläche (und bevorzugt bis in eine vorgegebene Tiefe) stattgefunden hat. In anderen, „nicht gehärteten“ Bereichen, fehlt es an der Gefügeänderung. Es ist aber möglich, dass diese anderen Bereiche im Rahmen des Verfahrens ebenfalls einer gewissen Wärmeeinwirkung ausgesetzt werden. "Hardened" in this context means that in a certain region the action of heat has taken place in such a way that the desired structural change (e.g. to martensite) has taken place at least on the surface (and preferably to a predetermined depth). In other, "not hardened" areas, there is no structural change. However, it is possible that these other areas are also exposed to a certain amount of heat during the process.

[0023] Aus dem erfindungsgemässen Verfahren ergibt sich somit eine besondere Ausbildung der Härtezonen, bei welcher gehärtete Segmente mit ungehärteten Abschnitten abwechseln. The method according to the invention thus results in a special configuration of the hardening zones in which hardened segments alternate with unhardened sections.

[0024] Das erfindungsgemässe Verfahren kann auf alle randschichthärtbaren Stähle angewendet werden. Hierbei ist es nicht relevant, ob der Stahl bereits im Ausgangszustand härtbar ist wie bei unlegierten Vergütungsstählen (C40, C45, C50, C55, C60, ...), legierten Vergütungsstählen (42CrMo4, 50CrMo4, 58CrMoV4, 38MnB5, ...), Werkzeug- / Wälzlagerstählen (100Cr6, 100CrMo7, 100CrMnSi6-4, ...) bzw. Federstählen (51CrV4, 52CrMoV4) oder ob die martensitische Härtbarkeit durch ein vorgängiges Aufkohlen auf einen Kohlenstoffgehalt am Rand von mindestens 0.35 % C eingestellt wurde wie etwa bei Einsatzstählen (16MnCr5, ...). The method according to the invention can be applied to all surface hardenable steels. It is irrelevant here whether the steel can be hardened in its initial state as is the case with unalloyed heat treatable steels (C40, C45, C50, C55, C60, ...), alloyed heat treatable steels (42CrMo4, 50CrMo4, 58CrMoV4, 38MnB5, ...), Tool / roller bearing steels (100Cr6, 100CrMo7, 100CrMnSi6-4, ...) or spring steels (51CrV4, 52CrMoV4) or whether the martensitic hardenability was set to a carbon content at the edge of at least 0.35% C at the edge, for example with case-hardened steels (16MnCr5, ...).

[0025] Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lässt sich also eine neuartige Antriebskomponente aus härtbarem Stahl mit einer Verzahnung fertigen, wobei die Verzahnung mehrere Bereiche mit jeweils mindestens zwei Zähnen umfasst, wobei alle Flanken der Zähne der Bereiche sowie Zahnfüsse im Innern der Bereiche gehärtet sind und Zahnfüsse an den Rändern der Bereiche nicht gehärtet sind, wobei sich die Bereiche nicht überlappen. With the method according to the invention, a novel drive component made of hardenable steel with a toothing can be manufactured, the toothing comprising several areas with at least two teeth each, with all flanks of the teeth of the areas as well as tooth roots inside the areas being hardened and tooth roots are not cured at the edges of the areas, and the areas do not overlap.

[0026] In dieser Weise lassen sich sowohl rotationssymmetrische Antriebskomponenten wie Ritzel oder Zahnräder als auch Linear-Antriebskomponenten wie z. B. Zahnstangen oder deren Derivate (z. B. Lenkspindeln) herstellen. In this way, both rotationally symmetrical drive components such as pinions or gears and linear drive components such. B. produce racks or their derivatives (e.g. steering spindles).

[0027] Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lässt sich eine verzahnte Antriebskomponente herstellen, welche aufgrund der unter Zahnfuss gehärteten Zähne bei gegebener Dimensionierung und geforderter Dauerfestigkeit höhere Vorschubkräfte ermöglicht als nicht unter Zahnfuss gehärtete Komponenten. Aufgrund der verbleibenden weichen Zahnfüsse ist der Verzug des Werkstücks für die Antriebskomponente dennoch stark reduziert, so dass sich ein nachfolgendes Richten erübrigt oder mit deutlich verringertem Aufwand möglich wird. Aufgrund des simultanen Härtens mehrerer Zähne ergibt sich zudem gegenüber den bekannten Verfahren der Einzelzahnhärtung ein wirtschaftlicher Vorteil aufgrund einer verkürzten Prozesszeit. With the method according to the invention, a toothed drive component can be produced which, due to the teeth hardened under the tooth root, enables higher feed forces than components that are not hardened under the tooth root, given the dimensions and the required fatigue strength. Due to the remaining soft tooth roots, the distortion of the workpiece for the drive component is nevertheless greatly reduced, so that subsequent straightening is unnecessary or possible with significantly less effort. Due to the simultaneous hardening of several teeth, there is also an economic advantage over the known methods of single tooth hardening due to a shortened process time.

[0028] Weil keine überlappende Wärmebehandlung stattfindet, stellen sich zudem die diesbezüglichen Probleme nicht - namentlich findet kein unerwünschtes Anlassen statt, wie in bekannten Verfahren, wo es sich nicht vermeiden lässt, dass gewisse Bereiche zweimal der Härtebehandlung unterworfen werden. Because there is no overlapping heat treatment, the related problems do not arise - namely, there is no undesired tempering, as in known processes where it cannot be avoided that certain areas are subjected to the hardening treatment twice.

[0029] Mit Vorteil handelt es sich bei der Antriebskomponente um eine Zahnstange, wobei ein Modul der Zahnstange insbesondere mindestens 4 beträgt. Gemäss gängiger Definition entspricht der Modul der Teilung der Zahnstange (in mm) geteilt durch die Kreiszahl π. The drive component is advantageously a rack, with a module of the rack in particular being at least four. According to the current definition, the module corresponds to the pitch of the rack (in mm) divided by the number of circles π.

[0030] Da bei Zahnstangen die Härtezonen in der Regel nur auf einer Seite des Werkstückes angeordnet sind und in der Regel keine Ausgleichshärtung erfolgt, kommt hier der erwähnte Vorteil des geringeren Verzugs und der besseren Richtbarkeit besonders zum Tragen. Bei Zahnstangen mit vergleichsweise grossem Modul wurde bisher primär die Einzelzahnhärtung eingesetzt, so dass hier auch die Verkürzung der Prozesszeit von Vorteil ist. Since in racks the hardness zones are usually only arranged on one side of the workpiece and there is usually no equalization hardening, the mentioned advantage of lower warpage and better straightenability comes into play here. In the case of racks with a comparatively large module, individual tooth hardening has primarily been used so far, so that the shortening of the process time is also an advantage here.

[0031] Bevorzugt ist die Verzahnung eine Schrägverzahnung. Die Schrägverzahnung hat eine grössere Überdeckung in Längsrichtung der Zahnstange zur Folge, so dass gleichzeitig mehrere Zähne im Eingriff sind, wodurch die weichen Zahnfüsse überdeckt werden können, insbesondere dann, wenn auf einen weichen (ungehärteten) Zahnfuss stets beidseitig ein gehärteter Zahnfuss folgt. The toothing is preferably a helical toothing. The helical toothing results in a greater overlap in the longitudinal direction of the rack, so that several teeth are in mesh at the same time, which means that the soft tooth roots can be covered, especially when a soft (unhardened) tooth root is always followed by a hardened tooth root on both sides.

[0032] Bei Zahnstangen mit Schrägverzahnung fällt somit die etwas geringere mechanische Stabilität verglichen mit durchgehend gehärteten Zahnstangen weniger ins Gewicht als bei Zahnstangen mit Geradverzahnung. In the case of racks with helical teeth, the somewhat lower mechanical stability compared with continuously hardened racks is of less importance than in the case of racks with straight teeth.

[0033] Auch andere Zahnstangen (mit kleinerem Modul und/oder mit Geradverzahnung) sowie rotative Antriebskomponenten lassen sich in der erfindungsgemässen Weise fertigen, wobei auch dort Vorteile bestehen, z. B. in Bezug auf die Prozesszeit, die Dauerfestigkeit verglichen mit nicht unter Zahnfuss gehärteten Bauteilen und das Fehlen von Überlappungen beim Härten. Other racks (with a smaller module and / or with straight teeth) and rotary drive components can be manufactured in the manner according to the invention, where there are also advantages such. B. in relation to the process time, the fatigue strength compared to components not hardened under the tooth root and the lack of overlaps during hardening.

[0034] Mit Vorteil kommen Enden der Zahnstange in gehärteten Zahnfüssen zu liegen. Diese Enden sind mechanisch oft besonders beansprucht, so dass eine Härtung unter Zahnfuss dort von Vorteil ist. Derartige Zahnstangen lassen sich insbesondere durch passendes Ablängen in gehärteten Zahnfüssen herstellen. Advantageously, the ends of the rack come to rest in hardened tooth roots. These ends are often subject to particularly high mechanical loads, so that hardening under the tooth root is advantageous there. Such racks can be produced in particular by appropriately cutting to length in hardened tooth roots.

[0035] Mit Vorteil werden die Bereiche so gewählt, dass alle Zähne der Verzahnung zu genau einem der Bereiche gehören. Dies hat zur Folge, dass bei der Antriebskomponente sämtliche Flanken (zumindest in deren Verschleissbereich) gehärtet sind, aber nicht alle Zahnfüsse. Auf einen weichen Zahnfuss folgt zudem beidseitig je ein gehärteter Zahnfuss. The areas are advantageously selected in such a way that all the teeth of the toothing belong to exactly one of the areas. As a result, all the flanks of the drive component (at least in their wear area) are hardened, but not all tooth roots. A soft tooth root is followed by a hardened tooth root on both sides.

[0036] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Bereiche dieselbe Ausdehnung auf. Es ergeben sich daraus eine gleichmässige Abfolge der gehärteten und ungehärteten Zahnfüsse und damit im Wesentlichen gleichmässige mechanische Eigenschaften entlang der Antriebskomponente. Die Herstellung kann zudem grundsätzlich mit einem einzigen Werkzeug erfolgen, mit welchem gleichzeitig die Zähne eines Bereichs und die dazwischenliegenden Zahnfüsse (bzw. der dazwischenliegende Zahnfuss) bearbeitet werden können. In a preferred embodiment, all areas have the same extent. This results in a uniform sequence of hardened and unhardened tooth roots and thus essentially uniform mechanical properties along the drive component. In addition, the production can basically take place with a single tool, with which the teeth of one area and the tooth roots (or the tooth root in between) can be machined at the same time.

[0037] Es lassen sich alternativ auch Antriebskomponenten herstellen, bei welchen nicht alle Zähne gehärtet und/oder Bereiche unterschiedlicher Ausdehnungen vorhanden sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn an verschiedene Regionen der Antriebskomponente unterschiedliche mechanische Anforderungen gestellt werden. Alternatively, drive components can also be produced in which not all teeth are hardened and / or areas of different dimensions are present. This is particularly useful when different mechanical requirements are placed on different regions of the drive component.

[0038] Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemässe Herstellung beispielsweise bei einer schrägverzahnten Zahnstange mit einem Modul von 4 oder mehr, wobei die Bereiche 2 oder 3 benachbarte Zähne umfassen und wobei alle Zähne randschichtgehärtet sind. The production according to the invention is particularly advantageous, for example, in the case of a helical toothed rack with a module of 4 or more, with the areas comprising 2 or 3 adjacent teeth and with all teeth being edge-hardened.

[0039] Bevorzugt erfolgt die partielle Erwärmung induktiv. Dadurch lässt sich die Werkstückoberfläche im Verzahnungsbereich präzise bearbeiten, und es lassen sich hohe Härtewerte erreichen. Für das induktive Erwärmen werden insbesondere Frequenzen im Bereich 10 - 400 kHz eingesetzt, wobei es sinnvoll sein kann, mehrere Frequenzen unterschiedlicher Frequenzbereiche zu überlagern, um eine gewünschte Wärmeverteilung zu erhalten, die den Masseverhältnissen im Zahnkopf, im Bereich der Zahnflanke und im Zahnfuss angepasst ist. Dafür sind Generatoren verfügbar, welche zeitlich versetzt oder sogar gleichzeitig Hoch- und Mittelfrequenzanteile für die induktive Erwärmung überlagern, vgl. z. B. H. Gießmann, „Wärmebehandlung von Verzahnungsteilen“, 3. Auflage, expert verlag, 2019, S. 142ff. Entsprechende Systeme werden z. B. von den Anbietern EFD Induction GmbH, Freiburg im Breisgau, Deutschland („Mehrfrequenzkonzept / MFC“) oder eldec Schwenk Induction GmbH, Dornstetten, Deutschland („SDF - Simultaneous Dual Frequency“) angeboten. The partial heating is preferably carried out inductively. As a result, the workpiece surface can be machined precisely in the toothing area and high hardness values can be achieved. In particular, frequencies in the range 10 - 400 kHz are used for inductive heating, whereby it can be useful to superimpose several frequencies of different frequency ranges in order to obtain a desired heat distribution that is adapted to the mass ratios in the tooth tip, in the area of the tooth flank and in the tooth root . For this purpose, generators are available which are offset in time or even superimpose high and medium frequency components for inductive heating at the same time, cf. B. H. Gießmann, "Heat treatment of gear parts", 3rd edition, expert verlag, 2019, pp. 142ff. Corresponding systems are z. B. offered by the providers EFD Induction GmbH, Freiburg im Breisgau, Germany ("Multi-frequency concept / MFC") or eldec Schwenk Induction GmbH, Dornstetten, Germany ("SDF - Simultaneous Dual Frequency").

[0040] Als Werkzeuge für das Induktivhärten kommen an die zu härtende Kontur angepasste Induktoren zum Einsatz. Inductors adapted to the contour to be hardened are used as tools for inductive hardening.

[0041] Bevorzugt werden die Bereiche zeitlich hintereinander durch partielle Erwärmung gehärtet, also in einem diskontinuierlichen Prozess. Ein einzelner Bereich oder eine Gruppe von Bereichen wird erwärmt und nachfolgend abgeschreckt. Daraufhin folgt der nächste Bereich oder die nächste Gruppe. Auf diese Art und Weise kann die Bearbeitung mit kompakten Werkzeugen erfolgen, und dieselben Werkzeuge können beispielsweise für die Bearbeitung von Zahnstangen unterschiedlicher Länge (aber mit gleichem Modul und gleicher Zahngeometrie) zum Einsatz kommen. The areas are preferably hardened one after the other by partial heating, that is to say in a discontinuous process. A single area or a group of areas is heated and then quenched. This is followed by the next area or group. In this way, the machining can be carried out with compact tools, and the same tools can be used, for example, for machining racks of different lengths (but with the same module and the same tooth geometry).

[0042] Alternativ werden Werkzeuge eingesetzt, mit welchen das gesamte Werkstück in einem Schritt erwärmt und anschliessend abgeschreckt werden kann. Es sind auch kontinuierlich ablaufende Prozesse denkbar, welche derart ablaufen, dass die Bereiche erfindungsgemäss bearbeitet werden. Alternatively, tools are used with which the entire workpiece can be heated in one step and then quenched. Continuously running processes are also conceivable, which run in such a way that the areas are processed according to the invention.

[0043] Vorzugweise umfasst das Induktionswerkzeug mindestens drei Induktorbereiche zum gleichzeitigen Härten mindestens zweier Zähne einer Verzahnung, wobei die Induktorbereiche an den Rändern des Induktionswerkzeugs je zum Härten einer Flanke eines Zahns der Verzahnung ausgebildet sind und der Induktorbereich oder die Induktorbereiche im Innern des Induktionswerkzeugs je zum Härten zweier Flanken und eines dazwischenliegenden Zahnfusses ausgebildet sind. The induction tool preferably comprises at least three inductor areas for the simultaneous hardening of at least two teeth of a toothing, the inductor areas at the edges of the induction tool each being designed to harden a flank of a tooth of the toothing and the inductor area or the inductor areas inside the induction tool depending on Hardening of two flanks and an intermediate tooth root are formed.

[0044] An den innerhalb eines Bereichs gehärteten Zähnen koppelt das Induktionswerkzeug also von der Zahnflanke bis einschliesslich zum Zahnfuss an. Am Anfang und Ende des Bereichs erfolgt die Ausführung des Induktionswerkzeugs dagegen so, dass nur die Verschleissbereiche auf der Flanke erwärmt und gehärtet werden. Im Fussbereich erfolgt hier keine Ankopplung bzw. kein Wärmeeintrag, so dass die Fussbereiche im Zahnfuss hier weich bleiben. Zudem werden die Wärmebeeinflussung und damit ein möglicher Anlasseffekt möglichst minimiert. The induction tool is thus coupled to the teeth hardened within a region from the tooth flank up to and including the tooth root. At the beginning and end of the area, however, the induction tool is designed in such a way that only the wear areas on the flank are heated and hardened. In the root area there is no coupling or no heat input, so that the root areas in the tooth root remain soft here. In addition, the influence of heat and thus a possible tempering effect are minimized as far as possible.

[0045] Entsprechend weist ein solches Induktionswerkzeug bei einer Bereichslänge von N Zähnen jeweils N+1 Induktorbereiche auf. Correspondingly, with an area length of N teeth, such an induction tool has in each case N + 1 inductor areas.

[0046] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Querschnitt der Induktorbereiche an den Rändern geringer als ein Querschnitt der Induktorbereiche im Innern des Induktionswerkzeugs. Insbesondere beträgt die durch die Aussenkontur der Induktorschleife definierte Querschnittsfläche an den Rändern maximal 60 % der entsprechenden Fläche im Innern. In a preferred embodiment, a cross section of the inductor areas at the edges is smaller than a cross section of the inductor areas in the interior of the induction tool. In particular, the cross-sectional area defined by the outer contour of the inductor loop at the edges is a maximum of 60% of the corresponding area inside.

[0047] Mit Vorteil ist ein Koppelabstand der Induktorbereiche an den Rändern geringer als ein Koppelabstand der Induktorbereiche im Innern des Induktionswerkzeugs. Der Koppelabstand bezeichnet die Distanz des tiefsten Punkts der Induktionsschleife bezogen auf den höchsten Punkt der Werkstückoberfläche, gemessen in einer radialen Richtung bei rotationssymmetrischen Antriebskomponenten bzw. in einer Richtung senkrecht zur Längsachse in der Längsmittelebene bei Linear-Antriebskomponenten, in Betriebsstellung des Induktionswerkzeugs. Insbesondere beträgt der Unterschied der Koppelabstände, welcher sich unmittelbar aus der Geometrie des Induktionswerkzeugs ergibt, mindestens 1/3 des Moduls der herzustellenden Antriebskomponente. A coupling distance of the inductor areas at the edges is advantageously smaller than a coupling distance of the inductor areas in the interior of the induction tool. The coupling distance refers to the distance of the lowest point of the induction loop in relation to the highest point of the workpiece surface, measured in a radial direction for rotationally symmetrical drive components or in a direction perpendicular to the longitudinal axis in the longitudinal center plane for linear drive components, in the operating position of the induction tool. In particular, the difference in the coupling distances, which results directly from the geometry of the induction tool, is at least 1/3 of the module of the drive component to be produced.

[0048] Durch die unterschiedliche Dimensionierung und Formgebung koppelt das Induktionswerkzeug an den innerhalb eines Bereichs gehärteten Zähnen von der Zahnflanke bis einschliesslich zum Zahnfuss an. Am Anfang und Ende des Bereichs werden hingegen nur die Verschleissbereiche auf der Flanke erwärmt und letztlich gehärtet. Das Induktionswerkzeug ist hier in Bezug auf die Werkstückoberfläche zurückgenommen, so dass sich ein vergrösserter Koppelabstand und damit keine oder nur eine geringe Ankopplung und Wärmeeintrag ergeben. Due to the different dimensions and shapes, the induction tool couples to the teeth hardened within a range from the tooth flank up to and including the tooth root. At the beginning and end of the area, on the other hand, only the wear areas on the flank are heated and ultimately hardened. The induction tool is withdrawn here in relation to the workpiece surface, so that there is an increased coupling distance and thus little or no coupling and heat input.

[0049] Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die mindestens drei Induktorbereiche durch eine einzelne Induktorschleife bereitgestellt, wobei die Induktorbereiche durch gebogene Verbindungsabschnitte miteinander verbunden sind. Letztere verlaufen seitlich des Werkstücks und haben somit im Betrieb keine Einwirkung auf das Werkstück, weil in diesen Abschnitten keine Ankopplung erfolgt. In a preferred embodiment, the at least three inductor areas are provided by a single inductor loop, the inductor areas being connected to one another by curved connecting sections. The latter run to the side of the workpiece and therefore have no effect on the workpiece during operation because there is no coupling in these sections.

[0050] Derartige Induktionswerkzeuge können mittels additiver Fertigungsverfahren hergestellt werden. Von der Firma GH Induction Deutschland, Hirschhorn (Neckar), Deutschland ist ein Verfahren zur Herstellung eines Induktors im Feingussverfahren über eine Wachsform bekannt, bei der die eigentliche Induktorschleife in einem Feingussverfahren aus Silber bzw. einer Silberlegierung hergestellt wird (sog. „Mikrofusionsinduktor“). Das additive Fertigungsverfahren dient hier zur Herstellung einer Form, um den Feingussprozess zu ermöglichen. Darüber hinaus ist ein weiteres Verfahren derselben Firma bekannt, um Induktoren aus Kupfer mittels des „Electron Beam Melting“-Verfahrens (EBM) additiv herzustellen (sog. „3DPCoil“). Such induction tools can be manufactured by means of additive manufacturing processes. From the company GH Induction Deutschland, Hirschhorn (Neckar), Germany, a method for manufacturing an inductor in the investment casting process using a wax mold is known, in which the actual inductor loop is manufactured in an investment casting process from silver or a silver alloy (so-called "microfusion inductor") . The additive manufacturing process is used here to manufacture a mold to enable the investment casting process. In addition, another process by the same company is known to additively manufacture inductors from copper using the "Electron Beam Melting" (EBM) process (so-called "3DPCoil").

[0051] Das Induktionswerkzeug ist über einen Anschluss in der Induktivhärteanlage mit einem Kühlkreislauf verbunden, zum Schutz vor einer Überhitzung des Werkzeugs im Betrieb. Die Induktorschleife kann beispielsweise mit üblichen Wandstärken von ca. 0.6 - 1.2 mm ausgeführt werden, der Kühlquerschnitt ist so dimensioniert, dass bei gegebener Leitungslänge die Kühlfunktion gewährleistet ist. The induction tool is connected to a cooling circuit via a connection in the inductive hardening system to protect the tool from overheating during operation. The inductor loop can, for example, have the usual wall thicknesses of approx. 0.6 - 1.2 mm, the cooling cross-section is dimensioned in such a way that the cooling function is guaranteed for a given line length.

[0052] Am Induktionswerkzeug werden bevorzugt Feldverstärker (sogenannte Konzentratoren) angebracht, um die Wärmeeinbringung gezielt von den Köpfen der Verzahnung abzuleiten und eher auf den Fussbereich zu lenken. Damit wird ein optimiertes Härtebild bzw. ein optimierter Induktorwirkungsgrad erzielt. Die Konzentratoren sind - wie im Induktorbau üblich - aus Verbundwerkstoffen aus Weicheisenpartikeln bzw. Füllstoffen in Verbindung mit einer Polymerwerkstoff-Bindephase gefertigt. Entsprechende Halbzeuge werden beispielsweise von der Firma Fluxtrol, Auburn Hills, MI, USA unter den Handelsnamen „Ferrotron“ bzw. „Fluxtrol“ vertrieben. Die Konzentratoren werden zweckmässigerweise so ausgeführt, dass eine leichtere Wärmeabfuhr bzw. Beikühlung über einen Kühlkanal möglich ist. Alternativ ist auch die Bestückung mit einer Paketierung aus Transformator- / Reineisenblechen möglich. Field amplifiers (so-called concentrators) are preferably attached to the induction tool in order to divert the heat input specifically from the heads of the toothing and rather to direct it to the foot area. This results in an optimized hardness profile or an optimized inductor efficiency. As is customary in inductor construction, the concentrators are made of composite materials made of soft iron particles or fillers in conjunction with a polymer material binding phase. Corresponding semi-finished products are sold, for example, by the company Fluxtrol, Auburn Hills, MI, USA under the trade names “Ferrotron” or “Fluxtrol”. The concentrators are expediently designed in such a way that easier heat dissipation or additional cooling is possible via a cooling channel. Alternatively, it can also be equipped with a package of transformer / pure iron sheets.

[0053] Bevorzugt umfasst das Induktionswerkzeug eine Beikühlvorrichtung („Beikühlbrause“) zum Kühlen eines dem bearbeiteten Bereich benachbarten Zahns der Verzahnung während der Einwirkung des Induktionswerkzeugs. The induction tool preferably comprises a cooling device (“additional cooling shower”) for cooling a tooth of the toothing adjacent to the machined area during the action of the induction tool.

[0054] Je nach Verfahrensablauf kann eine solche Beikühlvorrichtung dem Induktionswerkzeug in Längsrichtung des Werkstücks vor- und/oder nachgeordnet sein. Depending on the process sequence, such an additional cooling device can be arranged upstream and / or downstream of the induction tool in the longitudinal direction of the workpiece.

[0055] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung. Further advantageous embodiments and combinations of features of the invention emerge from the following detailed description and the entirety of the patent claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0056] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: Fig. 1A-C Schematische Darstellungen der gehärteten Randschichten bei drei Ausführungsformen einer mit einem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Zahnstange; Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäss hergestellte Zahnstange; Fig. 3 ein Schrägbild eines erfindungsgemässen Induktionswerkzeugs; Fig. 4 eine Draufsicht auf das erfindungsgemässe Induktionswerkzeug; Fig. 5 einen Querschnitt durch das Induktionswerkzeug, in der Ebene A-A; Fig. 6 ein Schrägbild des Zusammenwirkens des erfindungsgemässen Induktionswerkzeugs mit Beikühlbrause auf ein zu bearbeitendes Zahnstangen-Werkstück; Fig. 7 eine Draufsicht auf das Induktionswerkzeug und das Werkstück; und Fig. 8 einen Querschnitt durch das Induktionswerkzeug und das Werkstück, in der Ebene B-B.The drawings used to explain the exemplary embodiment show: FIGS. 1A-C Schematic representations of the hardened edge layers in three embodiments of a toothed rack produced using a method according to the invention; 2 shows a schematic cross-sectional view through a toothed rack produced according to the invention; 3 shows an oblique view of an induction tool according to the invention; 4 shows a plan view of the induction tool according to the invention; Fig. 5 shows a cross section through the induction tool, in the plane A-A; 6 shows an oblique view of the interaction of the induction tool according to the invention with a cooling spray on a toothed rack workpiece to be machined; 7 shows a plan view of the induction tool and the workpiece; and FIG. 8 shows a cross section through the induction tool and the workpiece, in the plane B-B.

[0057] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In principle, the same parts are provided with the same reference symbols in the figures.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

[0058] Die Figuren 1A-C sind schematische Darstellungen der gehärteten Randschichten bei drei Ausführungsformen einer mit einem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Zahnstange. Die erste Ausführungsform der Zahnstange 1 gemäss Figur 1A umfasst eine Verzahnung 10, welche sich über die gesamte Länge der Zahnstange 1 erstreckt und mehrere gleichmässig geformte und verteilte Zähne 11 umfasst. Zwischen zwei benachbarten Zähnen 11 ist jeweils ein Zahnfuss 13 ausgebildet. Die Zähne sind schematisch mit trapezförmigem Querschnitt dargestellt. Jeder Zahn 11 umfasst einen Zahnkopf 12a und seitliche Flanken 12b, 12c. FIGS. 1A-C are schematic representations of the hardened edge layers in three embodiments of a toothed rack produced using a method according to the invention. The first embodiment of the rack 1 according to FIG. 1A comprises a toothing 10 which extends over the entire length of the rack 1 and comprises a plurality of evenly shaped and distributed teeth 11. A tooth root 13 is formed between two adjacent teeth 11. The teeth are shown schematically with a trapezoidal cross-section. Each tooth 11 comprises a tooth tip 12a and lateral flanks 12b, 12c.

[0059] Die Verzahnung 10 ist in mehrere Bereiche 14 (Härtesegmente) aufgeteilt, wobei jeder der Bereiche 14 zwei benachbarte Zähne 11.1, 11.2 umfasst und wobei benachbarte Bereiche stets unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind, d. h. jeder der Zähne 11 gehört zu einem der Bereiche 14. The toothing 10 is divided into several areas 14 (hardness segments), with each of the areas 14 comprising two adjacent teeth 11.1, 11.2 and with adjacent areas always being arranged in direct succession, ie. H. each of the teeth 11 belongs to one of the areas 14.

[0060] Jeder Bereich 14 umfasst eine gehärtete Randschicht 16 bzw. Härtezone, welche sich ausgehend von einer ersten Flanke 12.1b des ersten Zahns 11.1 über dessen Zahnkopf 12.1a, die zweite Flanke 12.1c, den Zahnfuss 13.1, die erste Flanke 12.2b des zweiten Zahns 11.2, dessen Zahnkopf 12.2a bis in dessen zweite Flanke 12.2c erstreckt. Die Zone umfasst jeweils den gesamten Verschleissabschnitt der ersten Flanke 12.1b des ersten Zahns 11.1 und der zweiten Flanke 12.2c des zweiten Zahns 11.2. Die beidseitig an den Bereich 14 angrenzenden Zahnfüsse 13.0, 13.2 weisen keine gehärtete Randschicht auf. Each area 14 comprises a hardened edge layer 16 or hardening zone, which, starting from a first flank 12.1b of the first tooth 11.1, extends over its tooth tip 12.1a, the second flank 12.1c, the tooth root 13.1, the first flank 12.2b of the second tooth 11.2, the tooth head 12.2a of which extends into its second flank 12.2c. The zone comprises the entire wear section of the first flank 12.1b of the first tooth 11.1 and the second flank 12.2c of the second tooth 11.2. The tooth roots 13.0, 13.2 adjoining the area 14 on both sides do not have a hardened edge layer.

[0061] Die gehärtete Randschicht 16 erstreckt sich ausgehend von der Zahnstangenoberfläche bis in eine bestimmte Tiefe. Unterhalb einer entsprechenden Grenzfläche 15 (im Querschnitt als Linie sichtbar) erstreckt sich ein ungehärteter Zahnkernbereich 17 der Zahnstange 1. Die Grenzfläche 15 ist in jedem Bereich 14 durchgängig ausgebildet. Bei der ersten Ausführungsform gemäss Figur 1A erstreckt sie sich im Bereich der bereichsinneren Zahnfüsse 13 in einen Bereich unterhalb Zahnfuss, im Bereich der Zähne verläuft sie aber nicht durchgehend unterhalb Zahnfuss. The hardened edge layer 16 extends from the rack surface to a certain depth. An unhardened tooth core area 17 of the toothed rack 1 extends below a corresponding interface 15 (visible in cross section as a line). The interface 15 is formed continuously in each area 14. In the first embodiment according to FIG. 1A, it extends in the area of the inner tooth roots 13 into an area below the tooth root, but in the area of the teeth it does not run continuously below the tooth root.

[0062] Die zweite Ausführungsform der Zahnstange 2 gemäss Figur 1B umfasst eine Verzahnung 20, welche sich über die gesamte Länge der Zahnstange 2 erstreckt und mehrere gleichmässig geformte und verteilte Zähne 21 umfasst. Zwischen zwei benachbarten Zähnen 21 ist jeweils ein Zahnfuss 23 ausgebildet. Die Zähne sind schematisch mit trapezförmigem Querschnitt dargestellt. Jeder Zahn 21 umfasst einen Zahnkopf 22a und seitliche Flanken 22b, 22c. The second embodiment of the rack 2 according to FIG. 1B comprises a toothing 20 which extends over the entire length of the rack 2 and comprises a plurality of evenly shaped and distributed teeth 21. A tooth root 23 is formed between two adjacent teeth 21. The teeth are shown schematically with a trapezoidal cross-section. Each tooth 21 comprises a tooth tip 22a and lateral flanks 22b, 22c.

[0063] Die Verzahnung 20 ist in mehrere Bereiche 24 aufgeteilt, wobei jeder der Bereiche 24 drei benachbarte Zähne 21.1, 21.2, 21.3 umfasst und wobei benachbarte Bereiche stets unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind, d. h. jeder der Zähne 21 gehört zu einem der Bereiche 24. The toothing 20 is divided into several areas 24, with each of the areas 24 comprising three adjacent teeth 21.1, 21.2, 21.3 and with adjacent areas always being arranged directly one after the other, ie. H. each of the teeth 21 belongs to one of the areas 24.

[0064] Jeder Bereich 24 umfasst eine gehärtete Randschicht 26 bzw. Härtezone, welche sich ausgehend von einer ersten Flanke 22.1b des ersten Zahns 21.1 über dessen Zahnkopf 22.1a, die zweite Flanke 22.1c, den ersten Zahnfuss 23.1, die erste Flanke 22.2b des zweiten Zahns 21.2, dessen Zahnkopf 22.2a, dessen zweite Flanke 22.2c, den zweiten Zahnfuss 23.2, die erste Flanke 22.3b des dritten Zahns 21.3, dessen Zahnkopf 22.3a bis in dessen zweite Flanke 22.3c erstreckt. Die Zone umfasst jeweils den gesamten Verschleissabschnitt der ersten Flanke 22.1b des ersten Zahns 21.1 und der zweiten Flanke 22.3c des dritten Zahns 21.3. Die beidseitig an den Bereich 24 angrenzenden Zahnfüsse 23.0, 23.3 weisen keine gehärtete Randschicht auf. Each area 24 comprises a hardened edge layer 26 or hardening zone which, starting from a first flank 22.1b of the first tooth 21.1, extends over its tooth tip 22.1a, the second flank 22.1c, the first tooth root 23.1, the first flank 22.2b of the second tooth 21.2, its tooth tip 22.2a, its second flank 22.2c, the second tooth root 23.2, the first flank 22.3b of the third tooth 21.3, whose tooth tip 22.3a extends into its second flank 22.3c. The zone comprises the entire wear section of the first flank 22.1b of the first tooth 21.1 and the second flank 22.3c of the third tooth 21.3. The tooth roots 23.0, 23.3 adjoining the area 24 on both sides do not have a hardened edge layer.

[0065] Die gehärtete Randschicht 26 erstreckt sich ausgehend von der Zahnstangenoberfläche bis in eine bestimmte Tiefe. Unterhalb einer entsprechenden Grenzfläche 25 (im Querschnitt als Linie sichtbar) erstreckt sich ein ungehärteter Zahnkernbereich 27 der Zahnstange 2. Die Grenzfläche 25 ist in jedem Bereich 24 durchgängig ausgebildet. Bei der zweiten Ausführungsform gemäss Figur 1B erstreckt sie sich im Bereich der bereichsinneren Zahnfüsse 23 in einen Bereich unterhalb Zahnfuss, im Bereich der Zähne verläuft sie aber nicht durchgehend unterhalb Zahnfuss. The hardened edge layer 26 extends from the rack surface to a certain depth. An unhardened tooth core area 27 of the toothed rack 2 extends below a corresponding interface 25 (visible in cross section as a line). The interface 25 is formed continuously in each area 24. In the second embodiment according to FIG. 1B, it extends in the area of the inner tooth roots 23 into an area below the tooth root, but in the area of the teeth it does not run continuously below the tooth root.

[0066] Die dritte Ausführungsform der Zahnstange 3 gemäss Figur 1C umfasst eine Verzahnung 30, welche sich über die gesamte Länge der Zahnstange 3 erstreckt und mehrere gleichmässig geformte und verteilte Zähne 31 umfasst. Zwischen zwei benachbarten Zähnen 31 ist jeweils ein Zahnfuss 33 ausgebildet. Die Zähne sind schematisch mit trapezförmigem Querschnitt dargestellt. Jeder Zahn 31 umfasst einen Zahnkopf 32a und seitliche Flanken 32b, 32c. The third embodiment of the rack 3 according to FIG. 1C comprises a toothing 30 which extends over the entire length of the rack 3 and comprises a plurality of evenly shaped and distributed teeth 31. A tooth root 33 is formed between two adjacent teeth 31. The teeth are shown schematically with a trapezoidal cross-section. Each tooth 31 comprises a tooth tip 32a and lateral flanks 32b, 32c.

[0067] Die Verzahnung 30 ist in mehrere Bereiche 34 aufgeteilt, wobei jeder der Bereiche 34 drei benachbarte Zähne 31.1, 31.2, 31.3 umfasst und wobei benachbarte Bereiche stets unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind, d. h. jeder der Zähne 31 gehört zu einem der Bereiche 34. The toothing 30 is divided into a plurality of areas 34, each of the areas 34 comprising three adjacent teeth 31.1, 31.2, 31.3 and wherein adjacent areas are always arranged in direct succession, ie. H. each of the teeth 31 belongs to one of the areas 34.

[0068] Jeder Bereich 34 umfasst eine gehärtete Randschicht 36 bzw. Härtezone, welche sich ausgehend von einer ersten Flanke 32.1b des ersten Zahns 31.1 über dessen Zahnkopf 32.1a, die zweite Flanke 32.1c, den ersten Zahnfuss 33.1, die erste Flanke 32.2b des zweiten Zahns 31.2, dessen Zahnkopf 32.2a, dessen zweite Flanke 32.2c, den zweiten Zahnfuss 33.2, die erste Flanke 32.3b des dritten Zahns 31.3, dessen Zahnkopf 32.3a bis in dessen zweite Flanke 32.3c erstreckt. Die Zone umfasst jeweils den gesamten Verschleissabschnitt der ersten Flanke 32.1b des ersten Zahns 31.1 und der zweiten Flanke 32.3c des dritten Zahns 31.3. Die beidseitig an den Bereich 34 angrenzenden Zahnfüsse 33.0, 33.3 weisen keine gehärtete Randschicht auf. Each area 34 comprises a hardened edge layer 36 or hardening zone which, starting from a first flank 32.1b of the first tooth 31.1, extends over its tooth tip 32.1a, the second flank 32.1c, the first tooth root 33.1, the first flank 32.2b of the second tooth 31.2, its tooth tip 32.2a, its second flank 32.2c, the second tooth root 33.2, the first flank 32.3b of the third tooth 31.3, whose tooth tip 32.3a extends into its second flank 32.3c. The zone comprises the entire wear section of the first flank 32.1b of the first tooth 31.1 and the second flank 32.3c of the third tooth 31.3. The tooth roots 33.0, 33.3 adjoining the area 34 on both sides do not have a hardened edge layer.

[0069] Die gehärtete Randschicht 36 erstreckt sich ausgehend von der Zahnstangenoberfläche bis in eine bestimmte Tiefe. Unterhalb einer entsprechenden Grenzfläche 35 (im Querschnitt als Linie sichtbar) erstreckt sich ein ungehärteter Zahnkernbereich 37 der Zahnstange 3. Die Grenzfläche 35 verläuft bei der Zahnstange 3 gemäss der dritten Ausführungsform ausser an den Rändern des Bereichs 34 unterhalb Zahnfuss. Somit sind die äusseren Zähne 31.1, 31.3 fast vollständig und der mittlere Zahn 31.2 ganz durchgehärtet. The hardened edge layer 36 extends from the rack surface to a certain depth. An unhardened tooth core area 37 of the toothed rack 3 extends below a corresponding interface 35 (visible in cross section as a line). Thus the outer teeth 31.1, 31.3 are almost completely and the middle tooth 31.2 completely hardened.

[0070] Die Figur 2 ist eine schematische Querschnittsansicht durch die erfindungsgemäss hergestellte Zahnstange gemäss der ersten Ausführungsform. Dargestellt sind die zwei Zähne 11.1, 11.2 eines Bereichs 14. Wiederum sind die gehärtete Randschicht 16 bzw. Härtezone, der ungehärtete Zahnkernbereich 17 und die Grenzfläche 15 dargestellt. An fünf verschiedenartigen Prüfstellen p1...p5 werden jeweils folgende Anforderungen eingehalten: p1 610+100 SHD 475 > 1.2 > 1.4 > 1.8 > 2.4 > 3.0 p2 610+ 100 SHD 475 > 1.2 > 1.4 > 1.8 > 2.4 > 3.0 p3 580 + 100 SHD 475 1.0 + 0.6 1.2 + 0.8 1.5 + 0.9 2.0 + 1.2 2.5 + 1.5 p4 570 + 100 SHD 475 1.0 + 0.6 1.2 + 0.8 1.5 + 0.9 2.0 + 1.2 2.5 + 1.5 p5 520 + 100 SHD 400 0.8 + 0.8 1.0 + 1.0 1.2+ 1.2 1.6 + 1.6 2.0 + 2.0FIG. 2 is a schematic cross-sectional view through the toothed rack produced according to the invention according to the first embodiment. The two teeth 11.1, 11.2 of a region 14 are shown. The hardened edge layer 16 or hardening zone, the unhardened tooth core region 17 and the interface 15 are shown again. The following requirements are met at five different test points p1 ... p5: p1 610 + 100 SHD 475> 1.2> 1.4> 1.8> 2.4> 3.0 p2 610+ 100 SHD 475> 1.2> 1.4> 1.8> 2.4> 3.0 p3 580 + 100 SHD 475 1.0 + 0.6 1.2 + 0.8 1.5 + 0.9 2.0 + 1.2 2.5 + 1.5 p4 570 + 100 SHD 475 1.0 + 0.6 1.2 + 0.8 1.5 + 0.9 2.0 + 1.2 2.5 + 1.5 p5 520 + 100 SHD 400 0.8 + 0.8 1.0 + 1.0 1.2+ 1.2 1.6 + 1.6 2.0 + 2.0

[0071] Die Bestimmung der Oberflächenhärte nach Vickers erfolgt dabei gemäss DIN EN ISO 6507:2018. Die Bestimmung der Randhärtetiefe erfolgt gemäss DIN ISO 15787:2018. Die angegebenen Werte für die Oberflächenhärte und die Randhärtetiefe beziehen sich auf den Zustand nach dem Anlassen. Der dargestellte Verlauf der Grenzfläche 15 entspricht den angegebenen Härtetiefen, bei welchen die angegebene Minimalhärte erreicht wird. Eine Untersuchung des Materials ergibt, dass zumindest oberhalb der Grenzfläche 15 das Material als feinnadeliger bis nadeliger Martensit vorliegt, ohne nicht-martensitische Gefügebestandteile im Bereich der Prüfstellen p1-p3 und frei von Rissen. The surface hardness according to Vickers is determined in accordance with DIN EN ISO 6507: 2018. The surface hardness depth is determined in accordance with DIN ISO 15787: 2018. The specified values for the surface hardness and the surface hardness depth refer to the condition after tempering. The illustrated course of the interface 15 corresponds to the specified hardness depths at which the specified minimum hardness is reached. An examination of the material shows that at least above the interface 15 the material is present as fine-needle to needle-like martensite, without non-martensitic structural components in the area of the test points p1-p3 and free of cracks.

[0072] Die Figur 3 ist ein Schrägbild eines erfindungsgemässen Induktionswerkzeugs, die Figur 4 zeigt eine Draufsicht, die Figur 5 einen Querschnitt in der Ebene A-A. FIG. 3 is an oblique view of an induction tool according to the invention, FIG. 4 shows a top view, and FIG. 5 shows a cross section in plane A-A.

[0073] Das Induktionswerkzeug 100 umfasst eine Induktorschleife 110 und drei Konzentratoren 131, 132, 133, welche auf der Induktorschleife angeordnet sind. Die Induktorschleife 110 umfasst drei parallel und beabstandet zueinander angeordnete gerade Abschnitte 111, 113, 115, wobei der erste Abschnitt 111 mit dem zweiten Abschnitt 113 und dieser wiederum mit dem dritten Abschnitt 115 über U-förmige Verbindungsabschnitte 112, 114 verbunden sind. In der Induktorschleife 110 verläuft ein Kühlkanal 120 (vgl. Figur 5). Dieser weist an seinem Anfang und seinem Ende je einen Anschluss 121, 122 zum Ein- bzw. Ausleiten einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit zur Kühlung des Induktors auf. The induction tool 100 comprises an inductor loop 110 and three concentrators 131, 132, 133, which are arranged on the inductor loop. The inductor loop 110 comprises three straight sections 111, 113, 115 arranged parallel and spaced apart from one another, the first section 111 being connected to the second section 113 and this in turn to the third section 115 via U-shaped connecting sections 112, 114. A cooling channel 120 runs in the inductor loop 110 (see FIG. 5). This has a connection 121, 122 each at its beginning and its end for introducing and discharging a circulating cooling liquid for cooling the inductor.

[0074] Die Induktorschleife 110 weist durchgängig einen sechseckigen Querschnitt auf, dessen Form sich aus einer Kombination eines Rechtecks mit einem Trapez ergibt. Auf einer oberen Seite hat die Induktorschleife 110 ihre grösste Querausdehnung; diese bleibt über eine gewisse Höhe konstant und nimmt dann im unteren Teil ab, wobei das untere Ende eine abgestumpfte Form aufweist. The inductor loop 110 has a hexagonal cross section throughout, the shape of which results from a combination of a rectangle with a trapezoid. The inductor loop 110 has its greatest transverse extent on an upper side; this remains constant over a certain height and then decreases in the lower part, the lower end having a truncated shape.

[0075] Der Querschnitt der Induktorschleife 110 verändert sich entlang ihrer Längenausdehnung: Im ersten Abschnitt 111 und im dritten Abschnitt 115 ist das Profil identisch und jeweils konstant. Im mittleren zweiten Abschnitt 113 ist das Profil ebenfalls konstant, aber verglichen mit den äusseren Abschnitten 111, 115 ausgedehnter, sowohl in Quer- als auch in Höhenrichtung. In den Verbindungsabschnitten 112, 114 geht das Profil allmählich und stufenlos vom jeweils vorangehenden Querschnitt in den nachfolgenden Querschnitt über. The cross section of the inductor loop 110 changes along its length: in the first section 111 and in the third section 115 the profile is identical and in each case constant. In the middle, second section 113, the profile is also constant, but compared to the outer sections 111, 115, it is more extensive, both in the transverse direction and in the height direction. In the connecting sections 112, 114 the profile changes gradually and steplessly from the respective preceding cross section into the following cross section.

[0076] Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Induktorschleife 110 im Querschnitt jeweils folgende Aussenabmessungen (in mm) auf: Breite oben 3.8 5.0 Höhe oberer Abschnitt 2.4 2.4 Höhe unterer Abschnitt 2.4 4.3 Breite unten 2.1 3.0In the illustrated embodiment, the inductor loop 110 has the following external dimensions (in mm) in cross section: Upper width 3.8 5.0 Upper section 2.4 2.4 Upper section 2.4 Height lower section 2.4 4.3 Lower width 2.1 3.0

[0077] Die Konzentratoren 131, 132, 133 sind den geraden Abschnitten 111, 113, 115 der Induktorschleife 110 zugeordnet und dort auf der Schleife gelagert und befestigt. Der Querschnitt der Konzentratoren ist H-förmig, wobei die unteren seitlichen Schenkel der Geometrie der Induktorschleife 110 angepasst sind. Der Querschnitt der äusseren Konzentratoren 131, 133 ist asymmetrisch, wobei sich der jeweils äussere untere Schenkel weiter nach unten erstreckt als der innere. The concentrators 131, 132, 133 are assigned to the straight sections 111, 113, 115 of the inductor loop 110 and are supported and fastened there on the loop. The cross section of the concentrators is H-shaped, with the lower side legs being adapted to the geometry of the inductor loop 110. The cross section of the outer concentrators 131, 133 is asymmetrical, with the respective outer lower leg extending further downwards than the inner one.

[0078] Die Figur 6 ist ein Schrägbild, das das Zusammenwirken des erfindungsgemässen Induktionswerkzeugs mit Beikühlbrause mit einem zu bearbeitenden Werkstück für eine schrägverzahnte Zahnstange illustriert. Die Figur 7 zeigt eine Draufsicht und die Figur 8 einen Querschnitt durch das Induktionswerkzeug und das Werkstück, in der Ebene B-B. Die Beikühlbrause 150 ist seitlich auf einer Seite der Induktorschleife 110 am Induktionswerkzeug 100 angeordnet. Die Beikühlbrause 150 umfasst vier Kühldüsen 151, 152, 153, 154, die in einer Linie angeordnet sind, wobei die Linie parallel zu den drei parallelen geraden Abschnitten der Induktorschleife verläuft. Die Auslasse der vier Kühldüsen 151... 154 sind wiederum parallel zueinander schräg nach unten gerichtet. FIG. 6 is an oblique diagram which illustrates the interaction of the induction tool according to the invention with a cooling shower with a workpiece to be machined for a helically toothed rack. FIG. 7 shows a plan view and FIG. 8 shows a cross section through the induction tool and the workpiece, in plane B-B. The additional cooling shower 150 is arranged laterally on one side of the inductor loop 110 on the induction tool 100. The additional cooling shower 150 comprises four cooling nozzles 151, 152, 153, 154 which are arranged in a line, the line running parallel to the three parallel straight sections of the inductor loop. The outlets of the four cooling nozzles 151 ... 154 are again directed obliquely downwards, parallel to one another.

[0079] Im Betrieb wird das Induktionswerkzeug 100 auf die Zahnstange 1 zugestellt und bezüglich der drei Raumachsen in einen definierten Kopplungsabstand zum Werkstück gebracht. Dabei dringen die drei parallelen Abschnitte 111, 112, 113 in aufeinanderfolgende Zahnlücken ein. So steht der erste Abschnitt 111 dem Zahnfuss 13.2, der zweite Abschnitt 113 dem Zahnfuss 13.1 und der dritte Abschnitt 115 dem Zahnfuss 13.0 gegenüber. Die Beikühlbrause (in den Figuren 7 und 8 nicht dargestellt) dringt in die wiederum vorangehende Zahnlücke ein und wirkt auf die Flanke des vorangehenden Zahns 11.0, der bereits bei einem vorangegangenen Bearbeitungsschritt randschichtgehärtet wurde. Durch die Beikühlung wird ein unerwünschtes Anlassen des zuvor gehärteten Bereiches verhindert. In operation, the induction tool 100 is fed to the rack 1 and brought into a defined coupling distance to the workpiece with respect to the three spatial axes. The three parallel sections 111, 112, 113 penetrate into successive tooth gaps. The first section 111 faces the tooth root 13.2, the second section 113 faces the tooth root 13.1, and the third section 115 faces the tooth root 13.0. The additional cooling shower (not shown in FIGS. 7 and 8) penetrates the again preceding tooth gap and acts on the flank of the preceding tooth 11.0, which was already surface hardened in a previous machining step. The additional cooling prevents undesired tempering of the previously hardened area.

[0080] Wie in der Figur 8 gut ersichtlich ist, ist der Kopplungsabstand zum Zahnfuss 13.1 in der mittleren Zahnlücke aufgrund des grösseren Querschnitts und dadurch der grösseren Eindringtiefe des mittleren Abschnitts 113 geringer als zum Zahnfuss 13.0, 13.2 in den äusseren Lücken. Die äusseren Abschnitte 111, 115 sind zudem in Längsrichtung der Zahnstange 1 nicht symmetrisch in den entsprechenden Zahnlücken angeordnet, sondern so, dass sie der Flanke des jeweils inneren Zahns 11.1, 11.2 näher sind als der gegenüberliegenden Flanke der nicht bearbeiteten Zähne. Der mittlere Abschnitt 113 ist symmetrisch in der mittleren Zahnlücke zwischen den Zähnen 11.1, 11.2 positioniert. As can be clearly seen in FIG. 8, the coupling distance to the tooth root 13.1 in the middle tooth gap is smaller than the tooth root 13.0, 13.2 in the outer gaps due to the larger cross section and thus the greater penetration depth of the middle section 113. The outer sections 111, 115 are also not arranged symmetrically in the corresponding tooth gaps in the longitudinal direction of the rack 1, but in such a way that they are closer to the flank of the respective inner tooth 11.1, 11.2 than the opposite flank of the non-machined teeth. The middle section 113 is positioned symmetrically in the middle tooth gap between the teeth 11.1, 11.2.

[0081] Die Geometrie der Induktorschlaufe 110 und der Konzentratoren 131, 132, 133 ist der Geometrie der Schrägverzahnung spezifisch angepasst, um die gewünschte Einkopplung der Energie in die Werkstückoberfläche zu erreichen. The geometry of the inductor loop 110 and the concentrators 131, 132, 133 is specifically adapted to the geometry of the helical toothing in order to achieve the desired coupling of the energy into the workpiece surface.

[0082] Zum Härten der Zahnstange 1 wird das Induktionswerkzeug 100 nacheinander mit der Verzahnung 10 der Zahnstange 1 in der in den Figuren 6-8 gezeigten Weise in Eingriff gebracht, wobei die Position nach jedem Schritt um zwei Zähne verschoben wird. Wenn das Induktionswerkzeug 100 mit der Induktorspule 110 mit dem Werkstück im Eingriff ist, wird in an sich bekannter Weise die Spule mit einer Überlagerung von mittel- und hochfrequenter Wechselspannung beaufschlagt. Die Wahl der Frequenzen, Amplituden und Einwirkdauer hängt von der Geometrie der Zahnstange und des Induktionswerkzeugs sowie vom Material des Werkstücks ab und erfolgt in an sich bekannter Weise. To harden the rack 1, the induction tool 100 is successively brought into engagement with the toothing 10 of the rack 1 in the manner shown in FIGS. 6-8, the position being shifted by two teeth after each step. When the induction tool 100 with the inductor coil 110 is in engagement with the workpiece, a superimposition of medium-frequency and high-frequency alternating voltage is applied to the coil in a manner known per se. The choice of frequencies, amplitudes and duration of action depends on the geometry of the rack and the induction tool as well as on the material of the workpiece and takes place in a manner known per se.

[0083] Dadurch wird das Werkstück an den gewünschten Stellen erwärmt. Weil es sich nicht vermeiden lässt, dass auch die bereits vorher gehärtete Region (insbesondere durch Wärmeleitung im Werkstück) eine gewisse Erwärmung erfährt, wird der betroffene Bereich mit Hilfe der Beikühlbrause 150 gekühlt, um zu verhindern dass dieser aufgrund der Wärmeeinwirkung wieder angelassen wird. Nach erfolgter Erwärmung, welche ca. 0.5 - 2.5 s in Anspruch nimmt, wird das Induktionswerkzeug 100 vom Werkstück weggefahren und die erwärmte Region mit Hilfe einer Kastenbrause (nicht dargestellt) abgeschreckt (während ca. 1 - 6 s). Dazu wird in an sich bekannter Weise eine wasserbasierte Lösung bzw. ein wasserbasiertes Gemisch mit Zusätzen von polymeren Abschreckkonzentraten eingesetzt. Nach diesen Schritten ist der Bereich randschichtgehärtet. In this way, the workpiece is heated at the desired locations. Because it cannot be avoided that the previously hardened region also experiences a certain warming (in particular due to heat conduction in the workpiece), the affected area is cooled with the aid of the additional cooling shower 150 in order to prevent it from being left on again due to the effect of heat. After heating, which takes about 0.5-2.5 s, the induction tool 100 is moved away from the workpiece and the heated region is quenched with the aid of a box shower (not shown) (for about 1-6 s). For this purpose, a water-based solution or a water-based mixture with additions of polymeric quenching concentrates is used in a manner known per se. After these steps, the area is hardened on the surface.

[0084] Das Induktionswerkzeug wird nun um zwei Zahnteilungen vorgeschoben, wonach ein erneuter Härtvorgang für die nächsten zwei Zähne erfolgen kann. Dieses Vorgehen wird wiederholt, bis die gesamte Verzahnung 10 gehärtet worden ist. Um optimale Festigkeitseigenschaften zu erhalten, wird die Zahnstange schliesslich im Bereich gehärteter Zahnfüsse abgelängt. The induction tool is now advanced by two tooth pitches, after which a new hardening process can take place for the next two teeth. This procedure is repeated until the entire toothing 10 has been hardened. In order to obtain optimal strength properties, the rack is finally cut to length in the area of the hardened tooth roots.

[0085] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So lassen sich wie erwähnt nebst Zahnstangen unterschiedlicher Geometrie auch andere Antriebskomponenten entsprechend bearbeiten und ausbilden, darunter auch Rotativkomponenten wie Ritzel oder Zahnräder. The invention is not limited to the illustrated embodiments. As mentioned, in addition to racks of different geometries, other drive components can also be machined and designed accordingly, including rotary components such as pinions or toothed wheels.

[0086] Grundsätzlich können auch andere Härteverfahren zum Einsatz kommen wie z. B. das Laser- oder Elektronenstrahlhärten. In principle, other hardening processes can also be used, such as, for. B. laser or electron beam hardening.

[0087] Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung ein Verfahren zum Randschichthärten einer Antriebskomponente mit Verzahnung schafft, welches eine hohe Dauerfestigkeit bei reduziertem Herstellungsaufwand ermöglicht. In summary, it can be stated that the invention creates a method for surface hardening of a drive component with toothing, which enables high fatigue strength with reduced manufacturing costs.

Claims

1. A method for surface hardening of a drive component with toothing, wherein the drive component consists of a hardenable steel and the surface hardening takes place by means of partial heating of several areas of the drive component, characterized in that each of the areas comprises at least two adjacent teeth of the toothing, with all flanks of the teeth of the areas as well as tooth roots inside the areas are hardened by partial heating and tooth roots are not hardened at the edges of the areas, whereby the areas do not overlap.

2. The method according to claim 1, characterized in that the areas are chosen so that all teeth of the toothing belong to exactly one of the areas.

3. The method according to claim 2, characterized in that all areas have the same extent.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the partial heating takes place inductively.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the areas are hardened one after the other by partial heating.

6. Induction tool for carrying out the method according to claim 4, comprising at least three inductor areas for the simultaneous hardening of at least two adjacent teeth of a toothing, wherein the inductor areas on the edges of the induction tool are each designed for hardening a flank of a tooth of the toothing and the inductor area or areas are designed in the interior of the induction tool to harden two flanks and a tooth root in between.

7. Induction tool according to claim 6, characterized in that a cross section of the inductor areas at the edges is smaller than a cross section of the inductor areas in the interior of the induction tool.

8. Induction tool according to claim 6 or 7, characterized in that a coupling distance of the induction areas at the edges is less than a coupling distance of the inductor areas in the interior of the induction tool.

9. Induction tool according to one of claims 6 to 8, characterized in that the at least three inductor areas are provided by a single inductor loop, the inductor areas being connected to one another by curved connecting sections.

10. Induction tool according to one of claims 6 to 9, characterized by a cooling device for cooling a tooth of the toothing adjacent to the machined area.

11. Drive component made of hardenable steel with a toothing, the toothing comprising several areas with at least two adjacent teeth each, with all flanks of the teeth of the areas and tooth roots in the interior of the areas being hardened and tooth roots at the edges of the areas not being hardened, with the areas do not overlap.

12. Drive component according to claim 11, characterized in that it is a rack, wherein a module of the rack is in particular at least 4.

13. Drive component according to claim 12, characterized in that the toothing is a helical toothing.

14. Drive component according to claim 12 or 13, characterized in that the ends of the rack come to rest in hardened tooth roots.