DE102006054928B4

DE102006054928B4 - Verfahren zum induktiven Härten von metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE102006054928B4
Application number: DE102006054928A
Authority: DE
Inventors: Karl Hirsch
Original assignee: EFD HAERTEREI F DUESSELDORF GM; Efd Harterei F Duesseldorf GmbH
Current assignee: EFD HAERTEREI F DUESSELDORF GM; Efd Harterei F Duesseldorf GmbH
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: DE102006054928A1

Abstract

Verfahren zum induktiven Härten von metallischen Werkstücken (1) mit unterschiedlichen Geometrien der zu härtenden Bereiche,
bei dem vor dem Härten an das Werkstück (1) ein derartiges Hilfs-Werkstück (4) angefügt wird, daß die aus Werkstück (1) und Hilfs-Werkstück (4) definierte Gesamt-Geometrie längs des Bewegungsweges eines Induktors (3) für diesen Induktor (3) im Wesentlichen gleich bleibt, und
bei dem das Hilfs-Werkstück (4) gekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hilfs-Werkstück (4) mittels einer Kühlmittelzuführung und -abführung (5) im Innern gekühlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Härten von metallischen Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Anwendungsbeispiele der zu härtenden Werkstücke sind das Härten von Bodenplatten (Kettenglieder), das Perlitisieren von Schienen- und Weichenstücken oder dgl., also insgesamt metallische Werkstücke, welche während des Härtevorganges sich verändernde Geometrien aufweisen.
Zum induktiven Härten von metallischen Werkstücken werden Induktoren eingesetzt, welche längs des Werkstücks bewegt werden, d. h. im Vorschub fahren oder oszillieren.
Das Problem besteht darin, daß Induktoren bei fehlender partieller Kopplung dort einer erhöhten Belastung und damit einem erhöhten Verschleiß ausgeliefert sind. Dies tritt immer dann auf, wenn sich die Geometrie des zu härtenden Werkstücks während der Bewegung des Induktors ändert. Denn die mit einem magnetischen Feld beaufschlagten Induktoren, welche einseitig an ein Werkstück angekoppelt werden, haben starke Streuungen und Verluste, wenn das Werkstück sich in seiner Geometrie verkleinert oder sonstwie verändert. Bei sich verändernden Geometrien liegt nämlich ein entsprechender Teil des Induktors frei und hat dort keinen Kopplungspartner mehr. Die Folge davon ist eine schlechte Anpassung, ein erhöhter Verschleiß des Induktors und eventuell sogar ein Abbruch der Erwärmung durch fehlende Anpassung des Generators. Insgesamt werden das Arwärmungsbild und die Lebensdauer des Induktors negativ beeinflußt.
Die DE 1 154 819 A zeigt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum gleichmäßigen induktiven Härten konisch auslaufender Stahlspindeln der eingangs angegebenen Art. Zu diesem Zweck werden die konischen Enden dieser Stahlspindeln in auswechselbaren Futtern gehalten, deren Außendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Stahlspindeln entspricht. Diese Futter bestehen aus hitzebeständigem Stahl. Sie werden ebenfalls der Einwirkung der Induktionsspule ausgesetzt. Der Induktionsspule zugeordnet ist eine Abschreckbrause, welche nicht nur die Stahlspindel kühlt, sondern gleichermaßen auch die Futter.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum induktiven Härten von metallischen Werkstücken der eingangs angegebenen Art die Effektivität des Hilfs-Werkstücks durch eine effizientere Kühlung zu verbessern.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die Grundidee der Erfindung liegt in einem Kopplungsphantom für induktive Erwärmungsvorgänge. Denn dieses Kopplungsphantom in Form eines angefügten Hilfs-Werkstückes aus Metall bietet dem Induktor durch eine entsprechende Induktoranpassung eine Kopplungsfläche an. Dadurch kann der Induktor auch weiterhin sein optimales Feld aufbauen, und das magnetische Feld kann ungehindert wirken. Der Wirkungsgrad des Induktors bleibt erhalten und die Belastung des Induktors durch eine zu hohe Blindlast wird deutlich verringert. Durch diese Anpassung wird die Lebensdauer des Induktors deutlich erhöht. Die Fehlanpassung und die daraus resultierende Wärme wird gezielt im Hilfs-Werkstück vernichtet. Der Induktor erzeugt selbst geringe Verluste, und bei geeigneter Form des Hilfs-Werkstücks kann auch das Erwärmungsbild entsprechend beeinflußt werden. Dabei kann die Form des Hilfs-Werkstückes den verschiedenen Werkstückformen beliebig angepaßt werden. Durch die Wahl des geeigneten Werkstoffes, der Form und dem Abstand zum eigentlichen Werkstück können die verschiedensten Kopplungseigenschaften und dadurch auch spezielle Erwärmungsgeometrien erreicht werden. Zum Kühlen des Hilfs-Werkstücks kann Wasser oder Öl verwendet werden. Andere Kühlmittel sind denkbar.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 2 kann das Hilfs-Werkstück das Werkstück entweder berühren oder einen definierten Zwischenabstand aufweisen. Dies hängt davon ab, welche Kopplungseigenschaften sowie welche Erwärmungsgeometrien erreicht werden sollen.
Schließlich schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 vor, daß das Hilfs-Werkstück paramagnetisch oder ferromagnetisch ist.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum induktiven Härten von metallischen Werkstücken wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 das Werkstück mit dem Induktor ohne Hilfs-Werkstück;
2 die Darstellung in 1 nach dem Verfahren des Induktors;
3 die Darstellung entsprechend der in 2, jedoch mit einem zusätzlichen Hilfs-Werkstück, welches an das eigentliche Werkstück angefügt worden ist.
1. zeigt in rein schematischer Weise ein Werkstück 1. Dieses besitzt im oberen rechten Bereich eine Aussparung 2 und damit eine sich verändernde Geometrie.
Weiterhin ist rein schematisch ein Induktor 3 dargestellt. Dieser wird längs des Doppelpfeiles bewegt.
Ein Vergleich der Darstellungen in 1 und 2 zeigt, daß in 1 der Induktor 3 flächenmäßig durch das Werkstück 1 voll abgedeckt ist. Sobald aber der Induktor 3 in die obere Position verfahren wird, ist erkennbar, daß sich für den Induktor 3 die Geometrie des Werkstücks 1 verändert hat, so daß ein Teil des Induktors 3 frei liegt und keinen Kopplungspartner durch das Werkstück 1 mehr hat.
Aus diesem Grunde wird gemäß 3 erfindungsgemäß in die Aussparung 2 des Werkstücks 1 ein Hilfs-Werkstück 4 eingefügt. Dadurch wird dem Induktor 3 eine Koppelfläche angeboten, wie er es bereits bei der Position von 1 her kennt. Dadurch kann der Induktor 3 sein optimales Feld aufbauen, und das magnetische Feld kann ungehindert wirken. Der Wirkungsgrad des Induktors 3 bleibt erhalten, und die Belastung des Induktors 3 durch zu hohe Blindlast wird deutlich verringert.
Wie außerdem in 3 erkennbar ist, weist das Hilfs-Werkstück 4 eine Kühlmittelzuführung- sowie Abführung 5 auf.

1: Werkstück
2: Aussparung
3: Induktor
4: Hilfs-Werkstück
5: Kühlmittelzuführung- und Abführung

Claims

Verfahren zum induktiven Härten von metallischen Werkstücken (1) mit unterschiedlichen Geometrien der zu härtenden Bereiche, bei dem vor dem Härten an das Werkstück (1) ein derartiges Hilfs-Werkstück (4) angefügt wird, daß die aus Werkstück (1) und Hilfs-Werkstück (4) definierte Gesamt-Geometrie längs des Bewegungsweges eines Induktors (3) für diesen Induktor (3) im Wesentlichen gleich bleibt, und bei dem das Hilfs-Werkstück (4) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfs-Werkstück (4) mittels einer Kühlmittelzuführung und -abführung (5) im Innern gekühlt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfs-Werkstück (4) das Werkstück (1) entweder berührt oder einen Zwischenabstand aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfs-Werkstück (4) paramagnetisch oder ferromagnetisch ist.