DE102006004294B3

DE102006004294B3 - Inductor for induction hardening of components has cylindrical housing surrounding heating sleeve which heats component, component then being passed to quenching unit and housing having jets which clean heating sleeve after use

Info

Publication number: DE102006004294B3
Application number: DE102006004294A
Authority: DE
Inventors: Fouad Baroudi; Christian Martin Dr.-Ing. Erdmann; Matthias Fell; Dieter Dipl.-Ing.(FH) Hahn; Michail Ioannidis; Günther Montwill; Bertram Dipl.-Ing. Seifert; Falko Thomann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2026-02-01

Abstract

Inductor for induction hardening of components has a cylindrical housing (11) surrounding a heating sleeve (5) which heats the component. This is then passed to a quenching unit. The housing has jets (19) which clean the heating sleeve after use. An independent claim is included for a method for induction hardening of components which comprises feeding the component into the heating sleeve, heating and quenching it, removing the component and cleaning the sleeve using the jets.

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktor zum Induktionshärten eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Induktionshärten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.The The invention relates to an inductor for induction hardening of a Component according to the preamble of claim 1 and a method for induction hardening according to the preamble of claim 6.

Induktionshärteverfahren sind in der industriellen Praxis weit verbreitet und stellen ein einfaches, kostengünstiges und leicht automatisierbares Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften der Oberfläche eines Bauteils dar.Induction hardening process are widely used and set in industrial practice simple, inexpensive and easily automatable method for changing the properties of surface a component.

Aus der DE 37 32 006 C1 ist eine Vorrichtung zum induktiven Härten der Oberfläche eines rotationssymmetrischen Bauteils, einer Kurbelwelle bekannt. Dort rotiert das rotationssymmetrische Bauteil in einer Härtevorrichtung um seine Drehachse, und es werden verschiedene stark beanspruchte Lagerflächen entlang der Kurbelwelle gehärtet. Nach dem Erhitzen der Fläche durch einen Induktor wird das Bauteil an der behandelten Fläche durch eine Abschreckvorrichtung schnell auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt, so dass sich die Güte des Materials der Oberfläche der Kurbelwelle verändert.From the DE 37 32 006 C1 a device for inductive hardening of the surface of a rotationally symmetrical component, a crankshaft is known. There, the rotationally symmetric component rotates in a hardening device about its axis of rotation, and it are hardened different heavily loaded bearing surfaces along the crankshaft. After heating the surface by an inductor, the component on the treated surface is rapidly cooled by a quenching device to a lower temperature, so that the quality of the material of the surface of the crankshaft changes.

Diese und ähnliche Induktoren zur Durchführung des Induktionshärtens weisen jedoch den Nachteil auf, dass sich nach dem Härten einer Vielzahl von Bauteilen, auf den Heizflächen der Induktoren Verschmutzungen durch Ablagerungen in Form von Zunder, die während des Betriebs des Induktors entstehen, absetzen. In Folge dessen werden die Standzeiten der Induktoren deutlich reduziert. Zusätzlich sinkt mit einer steigenden Anzahl von gehärteten Bauteilen im Verlaufe eines automatisierten Serienprozesses durch diese Ablagerungen die Reproduzierbarkeit des eingebrachten Härtebildes, so dass lokale Qualitätsunterschiede in der Härtegeometrie zwischen verschiedenen, mit dem gleichen Induktor behandelten Bauteilen entstehen.These and similar Inductors to carry induction hardening However, have the disadvantage that after hardening of a Variety of components, on the heating surfaces of the inductors contamination by deposits in the form of scale, during the operation of the inductor arise, settle. As a result, the service life of the Inductors significantly reduced. Additionally it sinks with a rising Number of hardened components in the course of an automated series process through these deposits the reproducibility of the introduced hardness, so that local quality differences in the hardness geometry between different, treated with the same inductor components arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Induktor sowie ein Verfahren zum Induktionshärten vorzuschlagen, bei dem eine große Anzahl von Bauteilen mit gleich bleibender Qualität gehärtet werden können.Of the Invention is based on the object, an inductor and a Method for induction hardening to propose, in which a large Number of components to be cured with consistent quality can.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird ein Induktor vorgeschlagen, welcher ein System zur Reinigung wenigstens einer Heizfläche der Heizschleife des Induktors bei nicht eingelegtem Bauteil umfasst. Dadurch, dass die Heizflächen gereinigt werden können, kann eine Verringerung der während des Betriebs auftretenden Ablagerungen auf den Heizflächen des Induktors erzielt werden. Auf diese Weise wird die Reproduzierbarkeit der gehärteten Bauteile erhöht, sowie die Standzeiten des Induktors verlängert.The The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved. Thereafter, an inductor is proposed, which is a system for cleaning at least one heating surface includes the heating loop of the inductor with not inserted component. Because of the heating surfaces can be cleaned can be a reduction during the Operating deposits on the heating surfaces of the Inductor can be achieved. In this way, the reproducibility the hardened components elevated, and extended the service life of the inductor.

Vorteilhafterweise ist das Reinigungssystem ein in das Gehäuse des Induktors integriertes Düsensystem mit wenigstens einer Düse und einer Fluidversorgung. Dieser Aufbau ist eine sehr einfache und zweckmäßige Vorrichtung zur Reinigung der Heizflächen, die gut im Serienbetrieb einsetzbar ist (Anspruch 2).advantageously, the cleaning system is an integrated in the housing of the inductor nozzle system with at least one nozzle and a fluid supply. This setup is a very simple one and appropriate device for cleaning the heating surfaces, which can be used well in series operation (claim 2).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Heizschleife des Induktors zum Härten eines rotationssymmetrischen Bauteils ringförmig angeordnet. Dies ist eine vorteilhafte Geometrie, um ein Reinigungssystem in das Gehäuse des Induktors zu integrieren, welches der Heizfläche gegenüberliegt (Anspruch 3).In A further advantageous embodiment is the heating loop of the inductor for hardening a rotationally symmetrical component arranged annularly. this is a advantageous geometry to a cleaning system in the housing of the Integrating inductor, which is opposite to the heating surface (claim 3).

Zweckmäßiger Weise sind die Düsen in die Innenwandung des Induktorgehäuses integriert. So sind sie direkt benachbart zu den Heizflächen angeordnet, so dass diese unmittelbar, beispielsweise durch Aufsprühen einer Flüssigkeit, gereinigt werden können (Anspruch 4).Appropriate way are the nozzles integrated into the inner wall of the inductor housing. They're like that directly adjacent to the heating surfaces arranged so that these directly, for example by spraying a Liquid, can be cleaned (Claim 4).

Es ist günstig, wenn das Düsensystem eine Vielzahl nebeneinander liegender Düsen mit an die Heizfläche angepasste Öffnungswinkel umfasst. Auf diese Weise können lange Induktoren beziehungsweise Induktoren mit einer großen Heizfläche gleichmäßig von Ablagerungen befreit werden (Anspruch 5).It is cheap, if the nozzle system a plurality of juxtaposed nozzles with adapted to the heating surface opening angle includes. That way you can long inductors or inductors with a large heating surface evenly from Deposits are freed (claim 5).

Weiterhin wird ein Verfahren zum Induktionshärten eines Bauteils vorgeschlagen, bei dem nach dem Entfernen des Bauteils aus der Vorrichtung eine Heizfläche der Heizschleife des Induktors durch ein Reinigungssystem gereinigt wird (Anspruch 6).Farther a method for induction hardening a component is proposed, in which after removing the component from the device, a heating surface of the Heating loop of the inductor cleaned by a cleaning system is (claim 6).

Vorteilhafterweise wird ein Reinigungsmedium auf die Heizfläche aufgesprüht. Dies ist ein einfaches, leicht zu realisierendes, sowie berührungsloses Reinigungsverfahren (Anspruch 7).advantageously, a cleaning medium is sprayed onto the heating surface. This is a simple, easy to realize, as well as contactless Cleaning method (claim 7).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Reinigungsmedium unter hohem Druck durch ein Düsensystem auf die Heizfläche gesprüht. Durch den hohen Druck wird entsprechend eine hohe Sauberkeit und Ablagerungsfreiheit der Heizfläche erzielt, so dass eine sehr lange Standzeit des Induktors erreicht werden kann (Anspruch 8).In an advantageous embodiment, the cleaning medium is under high pressure through a nozzle system on the heating surface sprayed. Due to the high pressure is correspondingly a high degree of cleanliness and Depositing freedom of the heating surface achieved, so that a very long life of the inductor can be achieved can (claim 8).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Reinigung der Heizfläche automatisch nach jedem Bauteilwechsel. So werden schon kleine Ablagerungen schnell und effizient entfernt (Anspruch 9).In In an advantageous embodiment, the cleaning of the heating surface is done automatically after each component change. So even small deposits are fast and efficiently removed (claim 9).

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird als Reinigungsmedium das gleiche Medium wie zum Abschrecken des Bauteiles verwendet. Dies erhöht die Effizienz des Verfahrens und verringert gleichzeitig die Anzahl der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Medien sowie die Anzahl der benötigten Versorgungsleitungen, was das Verfahren stark vereinfacht (Anspruch 10).In A further advantageous embodiment is as a cleaning medium the same medium as used to quench the component. This increases the efficiency of the process while reducing the number the one to carry of the method used and the number of supply lines required, which greatly simplifies the process (claim 10).

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor. In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further Embodiments and advantages of the invention will become apparent from the description out. In the drawings, the invention is based on an embodiment explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Gesamtansicht eines Induktors zur Durchführung des Verfahrens, 1 an overall view of an inductor for carrying out the method,

2 eine Seitenansicht des Induktors aus 1, sowie 2 a side view of the inductor 1 , such as

3 eine Detailansicht des Induktors aus 2. 3 a detailed view of the inductor off 2 ,

Die 1 und 2 zeigen einen Induktor 1 zum Induktionshärten eines Bauteils 3 mit einer Heizschleife 5, welche paketweise angeordnete Bleche zur Feldverstärkung umfasst. Beim Induktionshärten wird die Bauteiloberfläche 9, welche den Heizflächen 7 der Heizschleife 5 gegenüberliegt, erwärmt, und anschließend durch eine Abschreckvorrichtung, die hier nicht näher dargestellt ist, schlagartig auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt, so dass sich das Gefüge des Werkstoffs an der Oberfläche 9 des Bauteils 3 verändert. Ein solchermaßen gehärtetes Bauteil 3 weist an den behandelten Oberflächen 9 die gewünschte erhöhte Härte auf.The 1 and 2 show an inductor 1 for induction hardening of a component 3 with a heating loop 5 comprising packet-wise sheets for field reinforcement. In induction hardening, the component surface becomes 9 which the heating surfaces 7 the heating loop 5 is opposite, heated, and then cooled by a quenching device, which is not shown here, abruptly to a lower temperature, so that the structure of the material on the surface 9 of the component 3 changed. Such a hardened component 3 indicates the treated surfaces 9 the desired increased hardness.

2 zeigt den Induktor aus 1 in einer weiteren Ansicht, die in 1 durch Pfeile gekennzeichnet ist. Der Induktor 1 umfasst ein Induktorgehäuse 11, die Heizschleife 5 mit den Heizflächen 7 sowie die Abschreckvorrichtung. 2 indicates the inductor 1 in another view, the in 1 indicated by arrows. The inductor 1 includes an inductor housing 11 , the heating loop 5 with the heating surfaces 7 and the quenching device.

Weiterhin umfasst der Induktor 1 eine Reihe von Anschlüssen 14, an welche Systeme zur Energie- oder Hydraulik- oder Wasserversorgung angeschlossen werden können. Diese versorgen die Heizschleife 5 mit Strom sowie die Abschreckvorrichtung mit einem Abschreckmedium. Zusätzlich zu den Anschlüssen 14 umfasst der Induktor eine Fluidversorgung 21 für ein Reinigungssystem 15, welches im Folgenden näher erläutert wird.Furthermore, the inductor comprises 1 a series of connections 14 to which systems for power or hydraulic or water supply can be connected. These supply the heating loop 5 with electricity and the quenching device with a quenching medium. In addition to the connections 14 the inductor comprises a fluid supply 21 for a cleaning system 15 , which is explained in more detail below.

Ist das Bauteil 3, bei dem es sich hier zum Beispiel um ein rotationssymmetrisches Bauteil 3 in Form einer Seitenwelle eines Kraftfahrzeugs handelt, in den Induktor 1 eingelegt, so liegen die zu härtenden Oberflächen 9 des Bauteils 3 genau den Heizflächen 7 gegenüber.Is that part 3 , which is, for example, a rotationally symmetrical component 3 in the form of a side shaft of a motor vehicle, in the inductor 1 inserted, so are the surfaces to be cured 9 of the component 3 exactly the heating surfaces 7 across from.

3 zeigt in einer Detailansicht ohne eingelegtes Bauteil 3 eine beispielhafte Ausführungsform eines Reinigungssystems 15 zur Reinigung der Heizflächen 7, welches in die Innenwandung 25 des Induktorgehäuses 11 integriert ist. Das Reinigungssystem 15 ist dabei ein Düsensystem 17, welches eine Vielzahl von nebeneinander und parallel zueinander angeordneten Düsen 19 umfasst. Befindet sich das Bauteil 3 nicht in dem Induktor 1, so wird der Reinigungsprozess in Gang gesetzt. Dabei tritt ein Reinigungsmedium 29, wie durch die Pfeile angedeutet aus den Düsen 19 aus. Das Reinigungsmedium 29 tritt dabei unter einem bestimmten Öffnungswinkel 27 in Bezug auf die Innenwandung 25 aus, so dass es direkt auf die Heizflächen 7 der Heizschleife 5 gesprüht werden kann. Dies kann je nach Anwendungsfall unter geringem oder hohem Druck passieren, wobei durch einen hohen Druck auch die Reinigungswirkung erhöht wird. Der Öffnungswinkel 27 der Düsen 19 ist jeweils so gewählt, dass eine optimale Benetzung der Heizflächen 7 durch das Reinigungsmedium 29 stattfindet. 3 shows in a detail view without inserted component 3 an exemplary embodiment of a cleaning system 15 for cleaning the heating surfaces 7 which is in the inner wall 25 of the inductor housing 11 is integrated. The cleaning system 15 is a nozzle system 17 comprising a plurality of juxtaposed and parallel to each other nozzles 19 includes. Is the component located? 3 not in the inductor 1 , so the cleaning process is set in motion. In this case, a cleaning medium occurs 29 as indicated by the arrows from the nozzles 19 out. The cleaning medium 29 occurs under a certain opening angle 27 in relation to the inner wall 25 out, leaving it directly on the heating surfaces 7 the heating loop 5 can be sprayed. This can happen depending on the application under low or high pressure, with a high pressure and the cleaning effect is increased. The opening angle 27 the nozzles 19 Each is chosen so that optimum wetting of the heating surfaces 7 through the cleaning medium 29 takes place.

Das Reinigungsmedium 29 kann ein beliebiges fluidisches Medium sein, vorzugsweise Wasser, Gas oder Wasserdampf. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn als Reinigungsmedium 29 das gleiche Medium gewählt wird, welches an der Abschreckvorrichtung zum Abschrecken des Bauteils 3 beim Härten verwendet wird. Das Abschreckmedium ist dabei beispielsweise Wasser mit Abschreckmittelzusätzen und Antikorrosiva. Das Reinigungsmedium 29 spült die Heizfläche 7 des Induktors 1, je nach der Geometrie der Heizschleife 5 innerhalb des Induktorgehäuses 11 mit einem adäquaten Druck entweder nach jeder Härtung, das heißt, sobald ein Bauteil 3 aus dem Induktor entfernt wird, oder nach einer definierten Anzahl von Härtungen. Die Schmutzpartikel, die dabei von der Heizfläche 7 des Induktors 5 entfernt werden, werden mit dem Abschreckwasser im Abschreckwasserbecken abgeschieden, so dass sie nicht mehr mechanisch aus dem Induktor 1 entfernt werden müssen. Im seriellen Einsatz wird die Vorrichtung 1 um eine Steuerungseinrichtung erweitert, welche in definierten Intervallen eine automatisierte Reinigung der Heizfläche 7 des Induktors 5 durch das Reinigungssystem 15 durchführt.The cleaning medium 29 may be any fluidic medium, preferably water, gas or water vapor. But it may also be advantageous if as a cleaning medium 29 the same medium is selected, which at the quenching device for quenching the component 3 used in curing. The quenching medium is, for example, water with quenching additives and anti-corrosives. The cleaning medium 29 flushes the heating surface 7 of the inductor 1 , depending on the geometry of the heating loop 5 within the inductor housing 11 with adequate pressure either after each cure, that is, once a component 3 is removed from the inductor, or after a defined number of hardenings. The dirt particles from the heating surface 7 of the inductor 5 are removed, are deposited with the quenching water in the quenching water tank, so that they are no longer mechanically removed from the inductor 1 must be removed. In serial use, the device 1 extended by a control device, which at defined intervals an automated cleaning of the heating surface 7 of the inductor 5 through the cleaning system 15 performs.

Durch das vorgestellte Verfahren wird allgemein die Effektivität und Effizienz des Induktionshärtens in der Produktion gesteigert. Weiterhin werden die Ausfallraten der Induktoren 1 dadurch gesenkt, dass Ablagerungen in einem frühen Stadium von den Heizflächen 7 entfernt werden. So ist es im Zweifelsfall nicht so oft nötig, einen Induktor 1 im Verlauf eines Serienprozesses auszutauschen. Ein anderer positiver Effekt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Reduktion der Ausschussteile während der Fertigung, da Bauteile 3 in immer gleich bleibender Qualität an ihren Oberflächen 9 gehärtet werden können. Die Härtegeometrie bleibt über hohe Stückzahlen konstant und abbildungsgenau.The presented method generally increases the effectiveness and efficiency of induction hardening in production. Furthermore, the failure rates of the inductors 1 Lowering deposits at an early stage from the heating surfaces 7 be removed. So it is in doubt, not so often necessary, an inductor 1 in the course of a series process. Another a positive effect in the method according to the invention is the reduction of rejects during production, since components 3 in always consistent quality on their surfaces 9 can be cured. The hardness geometry remains constant over high quantities and accurate to the image.

Das Verfahren sowie die Vorrichtung sind nicht beschränkt auf das vorgestellt Ausführungsbeispiel.The Method and apparatus are not limited to the presented embodiment.

Zum einen ist es nicht notwendig beschränkt auf Bauteile mit rotationssymmetrischer Geometrie, es können ferner beliebige Bauteile 3 mit Hilfe des Induktors 1 und des Verfahrens induktionsgehärtet werden, solange die Geometrie des Induktors 1 es zulässt, im Gehäuse 11 ein entsprechendes Reinigungssystem 15 unterzubringen. Weiterhin ist das Reinigungssystem 15 nicht beschränkt auf die hier vorgestellten Düsen 19. Ferner sind andere Systeme zur Reinigung vorstellbar, beispielsweise ein System mit einem pneumatischen Reinigungsprinzip, oder ein taktiles Reinigungssystem, welches beispielsweise mit Bürsten arbeitet.First, it is not necessarily limited to components with rotationally symmetric geometry, it can also be any components 3 with the help of the inductor 1 and the process are induction hardened, as long as the geometry of the inductor 1 it allows in the case 11 a corresponding cleaning system 15 accommodate. Furthermore, the cleaning system 15 not limited to the nozzles presented here 19 , Furthermore, other systems for cleaning are conceivable, for example, a system with a pneumatic cleaning principle, or a tactile cleaning system, which operates for example with brushes.

Neben den vorgestellten Bauteilen in Form von Seitenwellen ist es mit Hilfe des in den Figuren vorgestellten Induktors möglich, beliebige symmetrische Bauteile 3, beispielsweise Kurbel- oder Nockenwellen zu härten. Darüber hinaus ermöglicht er das Härten beliebiger anderer Bauteile 3.In addition to the presented components in the form of side waves, it is possible with the help of the inductor presented in the figures, any symmetrical components 3 To harden, for example, crankshafts or camshafts. In addition, it enables the hardening of any other components 3 ,

Neben dem vorgestellten Verfahren, bei dem nach jedem Bauteilwechsel eine Reinigung der Heizflächen 7 stattfindet, ist es denkbar, die Reinigung in festen Intervallen, welche zu Beginn des Serienanlaufs vorgegeben werden und durch eine Steuerung überwacht werden, durchzuführen.In addition to the presented method, in which after each component change, a cleaning of the heating surfaces 7 takes place, it is conceivable to perform the cleaning at fixed intervals, which are given at the beginning of the series startup and are monitored by a controller.

Claims

Inductor for induction hardening of a component ( 3 ) with an inductor housing ( 11 ) and a heating loop ( 5 ) for heating one of the heating surfaces ( 7 ) of the heating loop ( 5 ) opposite surface ( 9 ) of the component ( 3 ) and a quenching device for rapid cooling of the component ( 3 ), characterized in that the inductor ( 1 ) a system ( 15 ) for cleaning at least one heating surface ( 7 ) of the heating loop ( 5 ) when the component is not inserted ( 3 ).

Inductor according to claim 1, characterized in that the cleaning system ( 15 ) in the inductor housing ( 11 ) integrated nozzle system ( 17 ) with at least one nozzle ( 19 ) and a fluid supply ( 21 ).

Inductor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the heating loop ( 23 ) of the inductor ( 5 ) for hardening a rotationally symmetrical component ( 3 ) is arranged annularly.

Inductor according to claim 3, characterized in that the nozzles ( 19 ) in the inner wall ( 11 ) of the inductor housing ( 11 ) are integrated.

Inductor according to one of claims 2 to 4, characterized in that the nozzle system ( 17 ) a plurality of juxtaposed nozzles ( 19 ) to the heating surface ( 7 ) adapted opening angles ( 27 ).

Method for induction hardening a component ( 3 ), in which the component ( 3 ) an inductor ( 1 ) with a heating loop ( 5 ) and an inductor housing ( 11 ), a surface ( 9 ) of the component ( 3 ) with the help of the heating loop ( 5 ) is heated and cooled by means of a quenching device quickly and the component ( 3 ) is subsequently removed, characterized in that after removal of the component ( 3 ) from the device ( 1 ) a heating surface ( 7 ) of the heating loop ( 5 ) by a cleaning system ( 15 ) is cleaned.

Method according to claim 6, characterized in that by the cleaning system ( 15 ) a cleaning medium ( 29 ) on the heating surface ( 7 ) is sprayed on.

Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that the cleaning medium ( 29 ) under high pressure through a nozzle system ( 17 ) on the heating surface ( 7 ) is sprayed.

Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that the cleaning of the heating surface ( 7 ) automatically after every component change.

Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that as cleaning medium ( 29 ) the same medium as for quenching the component ( 3 ) is used.