CH716959B1

CH716959B1 - Process for surface hardening of a geared drive component.

Info

Publication number: CH716959B1
Application number: CH001634/2019A
Authority: CH
Inventors: Herting Thomas
Original assignee: Guedel Ag
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2023-05-15
Also published as: WO2021122777A1; CH716959A1

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) und nachfolgendem Abschrecken dieser Bereiche (14). 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 und nachfolgendem Abschrecken 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 layer hardening of a toothed drive component (1) made of hardenable steel, surface layer hardening is carried out by partially heating several areas (14) of the drive component (1) and then quenching these areas (14). 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) and tooth roots (13.1) in the interior of the areas (14) are hardened by partial heating and subsequent quenching and tooth roots (13.0, 13.2) are not hardened at the edges of the areas (14). The areas (14) do not overlap. In this way, toothed drive components (1) can be produced which, with the given dimensions and required fatigue strength, enable higher feed forces than conventional components that are not hardened under the tooth root. Due to the remaining soft roots of the tooth, the distortion of the workpiece for the drive component is nevertheless greatly reduced, so that subsequent straightening is not necessary, particularly in the case of linear drive components such as toothed racks, or is possible with significantly less effort. The process time is also reduced due to the simultaneous hardening of several teeth.

Description

a) Technisches Gebieta) Technical field

[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 und nachfolgendem Abschrecken dieser Bereiche 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 layer hardening of a drive component with teeth, wherein the drive component consists of a hardenable steel and the surface layer hardening takes place by means of partial heating of several areas of the drive component and subsequent quenching of these areas. The invention further relates to an induction tool for carrying out such a method and a drive component that can be produced by such a method.

b) Stand der Technikb) State 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, gear wheels or steering shafts 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). [0003] Typically, unalloyed or alloyed heat-treatable steels, tool or roller bearing steels, spring steels or case-hardening 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 only be adjusted locally at the edge to be hardened by prior carburizing. The surface layer of the workpiece in the austenitic state of the steel, i. 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 briefly heated locally. 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, the advantage of this hardening process is the low heat input and the resulting reduced 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. [0005] Hardening of the surface layer by partial heating of the material to be processed and subsequent quenching is particularly important for drive components. With suitable steels, this forms a martensitic surface layer with a significantly higher hardness than 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. [0006] Various methods can be used for surface layer hardening. In this way, the material can be exposed to direct heat from external heat sources, e.g. B. Gas burners (flame hardening with oxyfuel burner technology), by means of laser or electron beams, are locally heated 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. [0007] In the case of inductive surface layer hardening, a (cooled) coil is brought up to the workpiece. An AC 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 AC 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 superimposition of different frequency ranges: High frequencies lead to shallower hardening zones, while low frequencies lead to greater edge hardening depths.

[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 form inductor can be introduced into the tooth gaps, and the tempering effect must be limited to adjacent surfaces as far as possible. With single-tooth gap hardening, the gaps are hardened one after the other, again in a discontinuous single-shot process, using a form 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 process is also particularly suitable for components with a large module. With all-tooth hardening, the teeth are hardened in a continuous process. Through the use of multi-frequency generators that superimpose high and medium frequencies, hardening close to the contour right down to the base of the tooth is possible. This process is particularly suitable for components with a small module, because a larger module results in an unfavorable 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 being heated (if necessary locally) 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 gives the component a high level of surface hardness and strength. The core, on the other hand, remains in a tough (tempered or annealed) condition.

[0010] Bei der Herstellung randschichtgehärteter Antriebskomponenten mit Verzahnung ist die Ausführung der Härtezone von grosser Relevanz für die Zahnfuss-Dauerfestigkeit. [0010] In the production of surface layer-hardened drive components with teeth, the design of the hardened 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 profile, which follows a uniform profile for each tooth compared to the respective main symmetry element. Rotative components (gear wheels / pinions) have the same hardness profile in the circumferential direction, linear products (racks, steering spindles) have the same hardness profile in the longitudinal direction.

[0012] Erfolgt die Randschichthärtung auch im Zahnfuss, können höhere Werte für den Parameter σFlim(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. [0012] If the surface layer hardening also takes place in the tooth root, higher values can be set for the parameter σFlim (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 base material in the delivered condition (normalized, tempered, soft-annealed, etc.) 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. [0013] On the other hand, the distortion of drive components increases the greater the proportion of hardened workpiece volume or the larger the hardening zones are made, since the structural transformation during hardening is always associated with a change in volume. Especially on workpieces with hardened zones that are not arranged symmetrically, e.g. B. with racks, it comes as a result of an asymmetric heat treatment with increasing depth of hardening or hardening of additional form elements to greater distortion. This results in greater manufacturing costs in the subsequent hard machining or 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 increases directly during hardening or during later straightening, the greater the relative proportions of the hardening zone in the cross section. The challenge of hardening down to the root of the tooth also lies in the mass distribution in the gearing. While the tips of the teeth tend to accumulate heat or overheat due to their low mass, heat input is difficult in the tooth base 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. [0015] Conventional hardening processes thus enable either high strength, but require a costly subsequent straightening process, or they only enable reduced strength.

c) Darstellung der Erfindungc) Presentation 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 for surface layer hardening of a drive component with teeth, which belongs to the technical field mentioned at the outset, and which enables high fatigue strength with reduced production 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 und nachfolgendem Abschrecken dieser Bereiche 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, with all flanks of the teeth of the areas and tooth roots inside the areas being hardened by partial heating and subsequent quenching of these areas and tooth roots on the edges of the areas not being hardened, with the areas do not overlap.

[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 one tooth root to the middle of another tooth root, the length of an area being at least two tooth divisions.

[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. At least two adjacent teeth are thus 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 continuously along the toothing, all tooth flanks and the tooth root or the tooth roots between the teeth are hardened, while the first tooth root and the last tooth root, each at the border of the area, are unhardened remain. This means that inside 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 region of the inner tooth root or the inner tooth roots, the hardened zone thus extends under the tooth root. There is no tooth root hardening on the outer tooth roots. These areas remain soft. Because there is no overlap between the areas, the outer roots of the teeth are not hardened in the subsequent heat treatment steps either, because - depending on the arrangement of the areas - they also form the edges of other areas or lie in non-heat-treated regions of the toothing.

[0022] „Gehärtet“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in einer bestimmten Region die Wärmeeinwirkung und nachfolgendes Abschrecken 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. In this context, "hardened" means that in a certain region the heat and subsequent quenching has taken place in such a way that the desired structural change (e.g. to martensite) occurs at least on the surface (and preferably down to a predetermined depth). has taken place. In other, "non-hardened" areas, there is a lack of structural change. However, it is possible that these other areas will also be exposed to a certain amount of heat as part of 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 formation 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 not relevant here whether the steel can already be hardened in its initial state, as is the case with unalloyed heat-treated steels (C40, C45, C50, C55, C60, ...), alloyed heat-treated steels (42CrMo4, 50CrMo4, 58CrMoV4, 38MnB5, ...), Tool / roller bearing steels (100Cr6, 100CrMo7, 100CrMnSi6-4, ...) or spring steels (51CrV4, 52CrMoV4) or whether the martensitic hardenability was adjusted by prior carburizing to a carbon content of at least 0.35% C at the edge, such as with case-hardening 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 a plurality of areas each with at least two teeth, with all flanks of the teeth of the areas and tooth roots inside the areas and tooth roots being hardened are not hardened at the edges of the areas, which 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. 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 which are not hardened under the tooth root for a given dimensioning and the required fatigue strength. Due to the remaining soft roots of the teeth, the distortion of the workpiece for the drive component is greatly reduced, so that subsequent straightening is not necessary or is possible with significantly less effort. Due to the simultaneous hardening of several teeth, there is also an economic advantage over the known methods of hardening individual teeth due to a shorter 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. In addition, because no overlapping heat treatment takes place, the related problems do not arise - namely, no undesired tempering takes place, as in known methods where it is unavoidable 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 toothed rack, with a module of the toothed rack being at least 4 in particular. According to the usual definition, the module corresponds to the pitch of the toothed rack (in mm) divided by the circle number 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 the hardening zones are usually only on one side of the workpiece in the case of toothed racks and there is usually no equalization hardening, the advantage mentioned of less distortion and better straightenability is particularly important here. In the case of toothed racks with a comparatively large module, individual tooth hardening was primarily used so that the shortening of the process time is also advantageous 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 gearing results in 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 gearing, the somewhat lower mechanical stability compared to racks with hardened throughout is less important than in the case of racks with spur gearing.

[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 toothed racks (with a smaller module and/or with straight teeth) and rotary drive components can also be manufactured in the manner according to the invention, with advantages there too, e.g. B. in terms of process time, fatigue strength compared to non-root hardened components 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. [0034] Advantageously, the ends of the rack come to lie in hardened tooth roots. These ends are often particularly stressed mechanically, so that hardening under the tooth root is advantageous there. Racks of this type can be produced in particular by suitably cutting them 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 flanks (at least in their wear area) are hardened on the drive component, 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 an even sequence of hardened and unhardened tooth roots and thus essentially even mechanical properties along the drive component. In addition, the production can in principle be carried out with a single tool, with which the teeth of a region and the tooth roots lying in between (or the tooth root lying 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, the regions comprising 2 or 3 adjacent teeth and all teeth being surface-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 preferably takes place inductively. As a result, the workpiece surface can be machined precisely in the toothed area and high hardness values can be achieved. In particular, frequencies in the range of 10 - 400 kHz are used for inductive heating, whereby it can be useful to superimpose several frequencies from 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 . Generators are available for this, which superimpose high- and medium-frequency components for the inductive heating at different times or even at the same time, see e.g. B. H. Gießmann, "Heat treatment of gear parts", 3rd edition, expert publishing house, 2019, p. 142ff. Corresponding systems are z. B. offered by the providers EFD Induction GmbH, Freiburg im Breisgau, Germany ("Multiple 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 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, ie in a discontinuous process. A single section or group of sections is heated and subsequently quenched. This is followed by the next area or group. In this way, the machining can be done 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. Processes that run continuously 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 Wärmen mindestens zweier Zähne einer Verzahnung, wobei die Induktorbereiche an den Rändern des Induktionswerkzeugs je zum Wärmen einer Flanke eines Zahns der Verzahnung ausgebildet sind und der Induktorbereich oder die Induktorbereiche im Innern des Induktionswerkzeugs je zum Wärmen zweier Flanken und eines dazwischenliegenden Zahnfusses ausgebildet sind. The induction tool preferably comprises at least three inductor areas for the simultaneous heating of at least two teeth of a toothing, the inductor areas on the edges of the induction tool each being designed for heating a flank of a tooth of the toothing and the inductor area or the inductor areas inside the induction tool each Heat 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 thus couples from the tooth flank up to and including the tooth root to the teeth hardened within a region. At the beginning and end of the range, however, the induction tool is designed in such a way that only the wear areas on the flank are heated and hardened. There is no coupling or heat input in the root area, 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, such an induction tool has N+1 inductor regions in each case with a region length of N teeth.

[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 inside the induction tool. In particular, the cross-sectional area defined by the outer contour of the inductor loop at the edges is at most 60% of the corresponding area on the 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 inside the induction tool. The coupling distance describes the distance from the lowest point of the induction loop in relation to the highest point on 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, when the induction tool is in the operating position. 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 manufactured.

[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 dimensioning and shaping, the induction tool couples 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 range, on the other hand, only the wear areas on the flank are heated and ultimately hardened. The induction tool is set back 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 regions are provided by a single inductor loop, the inductor regions being interconnected by bent connecting sections. The latter run at 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“). [0050] Such induction tools can be produced by means of additive manufacturing processes. From the company GH Induction Germany, Hirschhorn (Neckar), Germany, a process for the production of an inductor in the precision casting process using a wax mold is known, in which the actual inductor loop is produced in a precision casting process from silver or a silver alloy (so-called "microfusion inductor"). . The additive manufacturing process is used here to produce a mold to enable the investment casting process. In addition, another process from the same company is known for additively manufacturing 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, be designed with 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. [0052]Field amplifiers (so-called concentrators) are preferably attached to the induction tool in order to derive the heat input in a targeted manner from the heads of the toothing and direct it more to the root area. This achieves an optimized hardness pattern or an optimized inductor efficiency. As is usual in inductor construction, the concentrators are made of composite materials made of soft iron particles or fillers in connection with a polymer material binding phase. Corresponding semi-finished products are sold, for example, by the Fluxtrol company, 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 made 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 an additional 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. [0054] Depending on the course of the process, 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. [0055] Further advantageous embodiments and combinations of features of the invention result from the following detailed description and the entirety of the patent claims.

d) Kurze Beschreibung der Zeichnungend) Short 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 surface 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; Figure 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 an auxiliary cooling shower on a rack workpiece to be machined; 7 is a top view of the induction tool and workpiece; and Figure 8 is a cross-section through the induction tool and workpiece, on 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.

e) Wege zur Ausführung der Erfindunge) ways 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. Figures 1A-C are schematic representations of the hardened surface layers in three embodiments of a rack produced with a method according to the invention. The first embodiment of the toothed rack 1 according to FIG. 1A comprises a set of teeth 10 which extends over the entire length of the toothed rack 1 and comprises a plurality of teeth 11 which are uniformly shaped and distributed. A tooth base 13 is formed between each two adjacent teeth 11 . The teeth are shown schematically with a trapezoidal cross section. Each tooth 11 includes a crest 12a and side 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), each of the areas 14 comprising two adjacent teeth 11.1, 11.2 and where adjacent areas are always arranged directly one after the other, i. 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 surface layer 16 or hardened zone, which extends from a first flank 12.1b of the first tooth 11.1 via 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 crest 12.2a extending into the second flank 12.2c. The zone includes 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 bases 13.0, 13.2 bordering on the area 14 on both sides do not have a hardened surface 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 surface layer 16 extends from the surface of the toothed rack to a certain depth. An unhardened tooth core area 17 of the toothed rack 1 extends below a corresponding interface 15 (visible as a line in cross section). The interface 15 is designed to be continuous in each area 14 . In the first embodiment according to FIG. 1A, it extends in the area of the inner tooth bases 13 into an area below the tooth base, but in the area of the teeth it does not run continuously below the tooth base.

[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 toothed rack 2 according to FIG. 1B comprises a toothing 20 which extends over the entire length of the toothed rack 2 and comprises a plurality of teeth 21 which are uniformly shaped and distributed. A tooth root 23 is formed between each two adjacent teeth 21 . The teeth are shown schematically with a trapezoidal cross section. Each tooth 21 includes a crest 22a and side 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, each of the areas 24 comprising three adjacent teeth 21.1, 21.2, 21.3 and wherein adjacent areas are always arranged directly one after the other, i. 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 includes a hardened surface layer 26 or hardening zone, which extends from a first flank 22.1b of the first tooth 21.1 via its tooth head 22.1a, the second flank 22.1c, the first tooth root 23.1, the first flank 22.2b of the second tooth 21.2, whose tooth tip 22.2a, whose 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 includes 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 bases 23.0, 23.3 adjoining the region 24 on both sides do not have a hardened surface 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 surface 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 as a line in cross section). The interface 25 is designed to be continuous in each area 24 . In the second embodiment according to FIG. 1B, it extends in the area of the inner tooth bases 23 into an area below the tooth base, but in the area of the teeth it does not run continuously below the tooth base.

[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 toothed rack 3 according to FIG. 1C comprises a toothing 30 which extends over the entire length of the toothed rack 3 and comprises a plurality of teeth 31 which are uniformly shaped and distributed. A tooth base 33 is formed between each two adjacent teeth 31 . The teeth are shown schematically with a trapezoidal cross section. Each tooth 31 includes a crest 32a and side 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 several areas 34, each of the areas 34 comprising three adjacent teeth 31.1, 31.2, 31.3 and wherein adjacent areas are always arranged directly one after the other, i. 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 includes a hardened surface layer 36 or hardening zone, which extends from a first flank 32.1b of the first tooth 31.1 via its tooth head 32.1a, the second flank 32.1c, the first tooth root 33.1, the first flank 32.2b of the second tooth 31.2, whose tooth tip 32.2a, whose 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 includes 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 bases 33.0, 33.3 adjoining the area 34 on both sides do not have a hardened surface 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 surface 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 boundary surface 35 (visible as a line in cross section). Thus, the outer teeth 31.1, 31.3 are almost completely hardened and the middle tooth 31.2 is 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 + 2.0[0070] FIG. 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 surface layer 16 or hardened zone, the unhardened tooth core region 17 and the interface 15 are again shown. 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 52 0 + 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 Vickers surface hardness is determined in accordance with DIN EN ISO 6507:2018. The hardening depth is determined according to DIN ISO 15787:2018. The values given for the surface hardness and the case depth refer to the condition after tempering. The course of the boundary surface 15 shown corresponds to the specified hardening depths at which the specified minimum hardness is reached. An examination of the material shows that at least above the boundary surface 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 the plane AA.

[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 (cf. FIG. 5). At its beginning and end, this has a connection 121, 122 for introducing and removing 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 and 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 constant in each case. In the central second section 113, the profile is also constant, but compared to the outer sections 111, 115 it is more extensive, both in the transverse and in the vertical direction. In the connecting sections 112, 114, the profile changes gradually and steplessly from the respectively preceding cross section to 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 exemplary embodiment shown, the inductor loop 110 has the following external dimensions (in mm) in cross section: Width at top 3.8 5.0 Height of upper section 2.4 2.4 Height of lower section 2.4 4.3 Width at bottom 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 mounted and fastened there on the loop. The cross section of the concentrators is H-shaped, with the lower lateral limbs 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 down 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. [0078] FIG. 6 is an oblique view that illustrates the interaction of the induction tool according to the invention with an auxiliary cooling shower with a workpiece to be machined for a helical toothed rack. Figure 7 shows a plan view and Figure 8 a cross section through the induction tool and the workpiece, in the plane B-B.

[0079] 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. The auxiliary cooling shower 150 is arranged laterally on one side of the inductor loop 110 on the induction tool 100. The auxiliary cooling shower 150 comprises four cooling nozzles 151, 152, 153, 154 arranged in a line, the line being parallel to the three parallel straight sections of the inductor loop. The outlets of the four cooling nozzles 151...154 are in turn directed parallel to one another and obliquely downwards.

[0080] 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 delivered to the toothed rack 1 and brought to a defined coupling distance from the workpiece with respect to the three spatial axes. The three parallel sections 111, 112, 113 penetrate into consecutive tooth gaps. The first section 111 is opposite the tooth root 13.2, the second section 113 is opposite the tooth root 13.1 and the third section 115 is opposite the tooth root 13.0. The auxiliary cooling spray (not shown in FIGS. 7 and 8) penetrates into the 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 unwanted tempering of the previously hardened area.

[0081] 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 seen clearly in FIG. 8, the coupling distance to the tooth root 13.1 in the middle tooth gap is smaller than to 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 toothed rack 1, but in such a way that they are closer to the flank of the inner tooth 11.1, 11.2 than to the opposite flank of the unmachined teeth. The middle section 113 is positioned symmetrically in the middle tooth gap between the teeth 11.1, 11.2.

[0082] 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 gearing in order to achieve the desired coupling of the energy into the workpiece surface.

[0083] 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 sequentially engaged with the teeth 10 of the rack 1 in the manner shown in Figures 6-8, shifting the position by two teeth after each step. When the induction tool 100 with the inductor coil 110 is in engagement with the workpiece, the coil is subjected to a superimposition of medium- and high-frequency alternating voltage in a manner known per se. The choice of frequencies, amplitudes and duration of action depends on the geometry of the toothed rack and the induction tool as well as on the material of the workpiece and takes place in a manner known per se.

[0084] 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 - 6s). 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. As a result, the workpiece is heated at the desired points. Because it is unavoidable that the previously hardened region (particularly due to heat conduction in the workpiece) also experiences a certain amount of heating, the affected area is cooled with the help of the auxiliary cooling shower 150 in order to prevent it from being started again due to the heat effect. After the heating has taken place, which takes about 0.5-2.5 s, the induction tool 100 is moved away from the workpiece and the heated region is quenched (for about 1-6 s) using a box shower (not shown). For this purpose, a water-based solution or a water-based mixture with additions of polymer quenching concentrates is used in a manner known per se. After these steps, the area is surface-hardened.

[0085] 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 renewed 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 toothed rack is finally cut to length in the area of the hardened tooth roots.

[0086] 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 exemplary embodiments shown. As mentioned, in addition to racks of different geometries, other drive components can also be processed and formed accordingly, including rotary components such as pinions or gears.

[0087] 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 e.g. B. laser or electron beam hardening.

[0088] 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 provides a method for hardening the surface layer of a drive component with teeth, which enables high fatigue strength with reduced production costs.

Claims

1. A method for surface layer hardening of a drive component with gearing, wherein the drive component consists of a hardenable steel and the surface layer hardening takes place by means of partial heating of several areas of the drive component and subsequent quenching of these areas, characterized in that each of the areas comprises at least two adjacent teeth of the gearing, wherein all flanks of the teeth of the areas and tooth roots inside the areas are hardened by partial heating and subsequent quenching and tooth roots are not hardened at the edges of the areas, with the areas not overlapping.

2. The method according to claim 1, characterized in that the areas are selected 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 in succession, with a single area or a group of areas being heated and then quenched and then the next area or the next group is heated and then quenched.

6. Induction tool for carrying out the method according to claim 4, comprising at least three inductor areas for the simultaneous heating of at least two adjacent teeth of a toothing, wherein the inductor areas on the edges of the induction tool are each designed to heat a flank of a tooth of the toothing and the inductor area or the inductor areas are designed inside the induction tool for heating two flanks and a tooth root lying 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 inside 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 inside 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 an additional cooling device for cooling a tooth of the toothing which is adjacent to the machined region.

11. Drive component made of hardenable steel with a toothing, wherein the toothing comprises several areas, each with at least two adjacent teeth, wherein all flanks of the teeth of the areas and tooth roots are hardened inside the areas and tooth roots are not hardened at the edges of the areas, wherein 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 toothed rack come to lie in hardened tooth bases.