DE102007004030B3 - Hardening method for vehicle axles comprises heating them to austenite temperature using contact electrodes, after which they are quenched, ends of axle being cooled to keep them below austenite temperature - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Fahrzeugachsen, insbesondere Automobilachsen, sowie die Verwendung einer Vorrichtung zum Härten von Fahrzeugachsen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for hardening vehicle axles, in particular Automotive axles, as well as the use of a device for curing Vehicle axles according to the preamble of claim 1.
Im Fahrzeugbereich werden verschiedenartige Anforderungen an die Eigenschaften von Bauteilen gestellt, die von der Funktion des Bauteils abhängen. So besteht der Bedarf, Achsen für Automobile zur Verfügung zu stellen, die mechanisch stabil und vorzugsweise auch möglichst leicht sind. Zum Erzielen der mechanischen Stabilität werden die Achsen gehärtet. Die Endteile werden durch Glühen wieder weich gemacht und mit den daran zu befestigenden Radträgern verschweißt.in the Vehicle area will have different requirements on the properties of components that depend on the function of the component. So there is a need for axes for Automobiles available to provide the mechanically stable and preferably also possible are easy. To achieve mechanical stability the axles are hardened. The end parts are made by annealing softened again and welded to the wheel carriers to be fastened to it.
Nach dem Stand der Technik wird die Härtung der Fahrzeugachsen durch Induktionserwärmung bewirkt. Bei der Induktionshärtung wird die zu härtende Achse durch eine Induktionsspule erhitzt, die die gesamte Achse so lange aufheizt, bis die Austenittemperatur erreicht ist. Danach wird die Achse in einem Wasserbecken abgeschreckt. Nach dieser Härtung ist die Achse über ihre gesamte Länge gehärtet.To The state of the art is hardening causes the vehicle axles by induction heating. When induction hardening is the one to be hardened Axis heated by an induction coil, which covers the entire axis heats until the austenitic temperature is reached. After that the axle is quenched in a water basin. After this cure is the axis over her entire length hardened.
Dieses Verfahren hat jedoch zahlreiche Nachteile. Es hat einen schlechten Wirkungsgrad.This However, the method has many disadvantages. It has a bad one Efficiency.
Es besteht die Gefahr einer Funkenstrecke im Bereich der unklaren Berührungspunkte im Bereich der Materialdoppelung (Eindüllung), mit der Gefahr der Verletzung der inneren Oberfläche und damit der Gefahr einer Rissquelle. Dies ist besonders problematisch, wenn beispielsweise eine stark dynamisch belastete Hinterachse eines PKW hergestellt werden soll, die besonders stabil sein muss.It there is a risk of a spark gap in the area of the unclear points of contact in the field of material doubling (filling), with the risk of Violation of the inner surface and thus the danger of a crack source. This is especially problematic if, for example, a heavily dynamically loaded rear axle of a Car is to be produced, which must be particularly stable.
Durch die schlechte Ankoppelung der eingedüllten Bereiche ergeben sich lange Ausgleichszeiten mit niedrigerer Leistung. Um bei der Produktion die Taktzeit von 30 Sek. einhalten zu können, ist ein sehr starker Induktor erforderlich, mit dessen Hilfe schnell angeheizt werden kann. Die Verfahren zur Härtung wurden bisher auch beispielsweise im Durchlauf-Rollenherdofen durchgeführt. Dieser Ofen ist jedoch sehr teuer in der Anschaffung und beansprucht sehr viel Platz. Typische Abmessungen sind 15m × 3m. Es ist nicht möglich, den Ofen schnell ein- und auszuschalten, vielmehr benötigt dies ca. fünf Stunden.By the poor coupling of the filled areas arise long compensation times with lower power. To be in production the Cycle time of 30 seconds is a very strong one Inductor required, with the help of which are heated quickly can. The methods of curing have been carried out so far, for example, in a continuous roller hearth furnace. This Oven, however, is very expensive to buy and consumes a lot lots of space. Typical dimensions are 15m × 3m. It is not possible the To turn the oven on and off quickly, but rather requires it about five hours.
Die Endstücke der Achse, welche mit dem Radträger verbunden werden, werden weiterhin in einem gesonderten Schritt geglüht, damit sie weich genug sind, um geschweißt werden zu können, was einen zusätzlichen Arbeitsschritt darstellt.The Tails the axle, which with the wheel carrier will continue to be joined in a separate step annealed so that they are soft enough to be welded, what An additional Represents step.
Aus
der Deutschen Offenlegungsschrift
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Härtung zur Verfügung zu stellen, welches preisgünstiger sowie einfacher ist und weniger Zeit in Anspruch nimmt.It It is the object of the invention to provide a method for curing make, which is cheaper as well as simpler and takes less time.
Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, bei welchem eine Fahrzeugachse in einem Verfahrensschritt hergestellt werden kann, die im mittleren Teil gehärtet ist und an den Enden, welche mit den Radträgern verschweißt werden sollen, welch genug ist, damit sie problemlos verschweißt werden kann.Especially a method is to be provided in which a vehicle axle can be produced in a process step that in the middle Part hardened and at the ends, which are welded to the wheel carriers which is enough to be easily welded can.
Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Fahrzeugachse durch Aufnahme in mindestens zwei Kontaktelektroden konduktiv erwärmt wird, wodurch der mittlere Bereich der Achse erwärmt wird und die beiden für die Verschweißung vorgesehenen Endstücke während der konduktiven Erwärmung so weit gekühlt werden, dass sie die Austenittemperatur des Achsenmaterials nicht erreichen und deswegen nicht härten.outgoing From the preamble of claim 1, the object according to the invention thereby solved that the vehicle axle by inclusion in at least two contact electrodes heated by conduction is heated, whereby the central region of the axis is heated and the two provided for the weld end pieces during the conductive heating cooled so far be that they do not have the austenitic temperature of the axle material reach and therefore do not harden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dieser erfindungsgemäßen Verwendung der konduktiven Härtung können Fahrzeugachsen in einem Verfahrensschritt hergestellt werden, die unmittelbar und ohne weitere Nachbereitung mit ihren Enden mit den Radträgern verschweißt werden können. Hierdurch können eine kurze Herstellungszeit und geringere Stückkosten bei der Produktion erreicht werden. Die im Stand der Technik angegebenen Nachteile werden damit vermieden.With the method according to the invention or this use according to the invention the conductive hardening can Vehicle axles are produced in a process step, the be welded directly and without further follow-up with their ends with the wheel carriers can. This allows a short production time and lower unit costs during production be achieved. The disadvantages indicated in the prior art will be avoided.
Weiterhin hat dieses Verfahren den geringsten Energieverbrauch, da es die elektrische Energie direkt im Werkstück in Wärme umwandelt.Farther this method has the lowest energy consumption, since it is the converts electrical energy into heat directly in the workpiece.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend anhand der Abbildungen beispielhaft erläutert.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims and are explained by way of example with reference to the figures.
Von den Zeichnungen zeigt:From the drawings shows:
Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren in seiner allgemeinen Form beschrieben werden.in the The following is the method of the invention in its general form.
Erfindungsgemäß wird eine Fahrzeugachse, insbesondere eine Automobilachse gehärtet.According to the invention is a Vehicle axle, in particular hardened an automobile axle.
Es können vielfältige, vorzugsweise röhrenförmige Achsen gehärtet werden. Der Begriff Achse umfasst auch Formen, welche von der Stangenform abweicht, insbesondere sind alle Formen umfasst, welche für Achsen von Automobilen verwendet werden.It can diverse, preferably tubular axes hardened become. The term axis also includes forms that deviate from the bar shape, In particular, all forms are used which are used for axles of automobiles become.
Die
Fahrzeugachsen werden – beispielsweise
durch einen Produktionsroboter – mit
mindestens zwei Kontaktelektroden
Durch Anlegen eines Stroms wird die Achse mindestens auf Austenittemperatur erhitzt. Die Austenittemperatur ist für jedes Material verschieden und ist dem Fachmann bekannt. Typische Materialien für die Achse sind carbon- oder borlegierter Stahl.By Applying a current will cause the axis to at least austenitic temperature heated. The austenitic temperature is different for each material and is known in the art. Typical materials for the axle are carbon or boron-alloyed steel.
Erfindungsgemäß wird die Achse an den Enden während der Beaufschlagung mit Wasser soweit gekühlt, dass an den Enden die Austenittemperatur nicht erreicht wird oder dass die Enden kalt bleiben. Hierzu können Kühlelemente eingesetzt werden, welche die Wärme abführen. Diese können beispielsweise mit Wasser oder piezoelektrisch betrieben werden. Es wird eine Temperatur angestrebt, welche unterhalb der Austittemperatur liegt. Befinden sich die Kontaktelektroden am Ende des Werkstückes oder am seitlichen Ende der Fahrzeugachse, so sind die Kühlelemente vorzugsweise unmittelbar benachbart.According to the invention Axis at the ends during the supply of water cooled so far that at the ends of the Austenitemperatur is not reached or that the ends are cold stay. You can do this cooling elements be used, which is the heat dissipate. these can for example, be operated with water or piezoelectric. It is aimed at a temperature which is below the Austittemperatur lies. Are the contact electrodes at the end of the workpiece or on lateral end of the vehicle axle, so the cooling elements are preferably immediately adjacent.
Inder Mitte wird nicht gekühlt, so dass dort die Austenittemperatur erreicht oder überschritten wird.In the Middle is not cooled, so that the Austenittemperatur is reached or exceeded.
Unter "Ende" im Sinne der Erfindung wird der Bereich der Achse verstanden, welcher mindestens benötigt wird, um mit einem Radträger verschweißt werden zu können. Er ist jedoch wählbar und kann variieren.Under "end" in the context of the invention is the range of the axis that is at least needed around with a wheel carrier be welded to be able to. He is however selectable and may vary.
Unter "Mitte" im Sinne der Erfindung ist der verbleibende Bereich zu verstehen, welcher nicht für die Verschweißung mit den Rädern bestimmt ist. Der Bereich ist ebenfalls frei bestimmbar, jedoch wird der Fachmann aus Stabilitätsgründen den mittigen Bereich so groß wie möglich wählen und den Endbereich aus Sicherheitsgründen so groß wie nötig.Under "middle" within the meaning of the invention is the remaining area to understand which is not for welding with the wheels is determined. The range is also freely determinable, however The expert is the stability reasons Central area as big as possible choose and the end area for safety reasons as large as necessary.
Aus Gründen der Energieökonomie wird der mittlere Bereich während der Erwärmung vorzugsweise mit Isolierschalen ummantelt.Out establish the energy economy becomes the middle range during the warming preferably sheathed with insulating shells.
Grundsätzlich kann sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom eingesetzt werden, jedoch ist die Verwendung von Gleichstrom bevorzugt, um den Skineffekt bei der Verwendung von Wechselstrom zu verhindern, bei dem der Strom in Folge seines Magnetfeldes nach außen gedrängt wird, wobei die Eindüllung weniger gut erwärmt wird.Basically Both AC and DC are used, however the use of DC is preferred to the skin effect to prevent the use of alternating current in which the electricity as a result of its magnetic field is forced outwards, with the filling less well warmed up becomes.
Die Stromstärken und Spannungen können so gewählt werden, dass die Achsen beispielsweise von 20°C auf 900°C innerhalb von 20 Sekunden erwärmt werden können. Die eingetragenen Leistungen sind materialabhängig.The currents and tensions can be like that chosen For example, the axes will range from 20 ° C to 900 ° C within 20 seconds heated can be. The registered services are material-dependent.
Zum Kühlen der Enden werden beispielsweise Kühlelemente eingesetzt, die mit Wasser, Stickstoff, Luft oder piezoelektrisch betrieben werden.To the Cool the ends, for example, cooling elements are used, the be operated with water, nitrogen, air or piezoelectric.
Nachdem die Fahrzeugachsen auf diese erfindungsgemäße Weise erhitzt wurden, werden Sie einer Kühlung zugeführt, bei der die Härtung des auf Austenittemperatur oder höher erhitzten mittleren Bereichs erreicht wird. Die Enden, die die Austenittemperatur nicht erreicht haben, bleiben weich genug, um ohne weiteren Zwischenschritt mit den Radträgern verschweißt werden zu können. Zum Kühlen können die Fahrzeugachsen beispielsweise in ein Wasserbad gegeben werden. Die Kühlmethoden sind dem Fachmann bekannt.After this the vehicle axles have been heated in this way according to the invention are You a cooling supplied at the time of curing of the middle range heated to austenite temperature or higher is reached. The ends that the austenitic temperature does not reach have, stay soft enough to be with without further intermediate step the wheel carriers welded to be able to. For cooling, the Vehicle axles, for example, be placed in a water bath. The Cooling methods are known to the skilled person.
Nach einem ggf. erforderlichen Anlassprozess werden die Achsen mit den Radträgern verschweißt.To a possibly required tempering process, the axes with the wheel carriers welded.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in einem Schritt Fahrzeug- bzw. Automobilachsen gehärtet werden, die unmittelbar mit den Radträgern verschweißt werden können.With the method according to the invention can Hardened vehicle or automobile axles in one step, the directly with the wheel carriers welded can be.
Für die Durchführung des Verfahrens kann eine Vorrichtung verwendet werden, welche folgende Merkmale umfasst:
- – Mittel zum Einlegen der zu härtenden Achsen in die Elektroden, beispielsweise ein Roboter,
- – mindestens zwei Kontaktelektroden, vorzugsweise für Endkontakte und/oder Seitenkontakte,
- – eine Strom-Spannungsquelle,
- – mindestens zwei Kühlelemente zum Abführen von Wärme an den Enden der eingelegten Achse. Diese Kühlelemente können auch Bestandteil der Kontaktelektroden sein.
- – Mittel zum Entfernen der Achsen aus den Kontaktelektroden, beispielsweise ein Roboter.
- Means for inserting the axes to be hardened into the electrodes, for example a robot,
- At least two contact electrodes, preferably for end contacts and / or side contacts,
- A current voltage source,
- - At least two cooling elements for dissipating heat at the ends of the inserted axis. These cooling elements can also be part of the Being contact electrodes.
- Means for removing the axes from the contact electrodes, for example a robot.
Beispiel:Example:
Es
werden Achsen
Eine Achse mit z.B. 100 mm Durchmesser, 1000 mm Länge und 3 mm Wanddicke, und eine Masse m = 7,13kg braucht, um in 20 Sekunden von 20 auf 900°C erwärmt zu werden, etwa 230 kW Heizleistung mit beispielsweise 23.000 Ampere und 10 Volt.A Axis with e.g. 100 mm diameter, 1000 mm length and 3 mm wall thickness, and a mass m = 7,13kg needs to be heated from 20 to 900 ° C in 20 seconds, about 230 kW heating power with, for example, 23,000 amperes and 10 volts.
Als industrielle Form verwendet man Transformatoren und Gleichrichter. Thyristoren dienen dann zum Schalten.When industrial form is used transformers and rectifiers. Thyristors are then used for switching.
Dem Fachmann ist klar, dass er die Leistungszufuhr geeignet regeln kann.the It is clear to a person skilled in the art that he can suitably regulate the power supply.
Bevorzugte Bereiche der Fahrzeugachsen liegen bei einem Durchmesser 80 bis 120mm, Längen von 900 bis 1200mm und einer Wanddicke von 2 bis 4mm.preferred Areas of the vehicle axles are at a diameter 80 to 120mm, lengths from 900 to 1200mm and a wall thickness of 2 to 4mm.
Hohlachsen – insbesondere für Klein- und Kompaktwagen – haben beispielsweise ein Gewicht m von 5 bis 11 kg.Hollow axes - in particular for small and compact cars - have for example, a weight m of 5 to 11 kg.
Bevorzugte Werte für die Taktzeit der Produktion liegen zwischen 15 und 45 Sekunden.preferred Values for the cycle time of the production is between 15 and 45 seconds.
Bevorzugte Bereiche der Temperatur steigen von der Umgebungstemperatur bis auf etwa 900°C, aber mindestens auf Austenittemperatur.preferred Ranges of temperature rise from ambient to at about 900 ° C, but at least at austenite temperature.
Die hierzu erforderliche Leistung beträgt beispielsweise 100 bis 400 kW.The this required power is for example 100 to 400 kW.
Das wird beispielsweise durch einen Strom zwischen 10.000 und 25.000 Ampere und eine Spannung 5 bis 20 Volt erreicht.The For example, a current between 10,000 and 25,000 Amps and a voltage 5 to 20 volts is reached.
Die Enden bleiben durch gezielte Kühlung unterhalb der Austenittemperatur, damit sie schweißbar bleiben.The Ends stay below through targeted cooling the austenitic temperature so that they remain weldable.
- 1010
- Achseaxis
- 1515
- gehärteter Teil der Achsehardened part the axis
- 2020
- Ende der AchseThe End the axis
- 3030
- Ende der AchseThe End the axis
- 4040
- Elektrode (Kontakt)electrode (Contact)
- 5050
- Elektrode (Kontakt)electrode (Contact)
- 6060
- RadlagerWheel bearings
- 7070
- RadlagerWheel bearings
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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GB620117A (en) * | 1943-02-24 | 1949-03-21 | Budd Induction Heating Inc | Improvements in or relating to method of and apparatus for heat treatment of metal articles |
DE102006018382A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-11-09 | ASTEER Co., Ltd., Soja | Shock-absorbing vehicle carrier |
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2007
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