DE102007012067A1

DE102007012067A1 - Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung

Info

Publication number: DE102007012067A1
Application number: DE102007012067A
Authority: DE
Inventors: Gustav Dipl.-Ing. Hanisch; Günther Montwill; Reiner Schmid
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2007-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung und insbesondere eine Vorrichtung zum Induktionshärten von schrägverzahnten Zahnrädern. Um die induktive Wärmebehandlung komplex konturierter metallischer Bauteile und insbesondere das Induktionshärten von schrägverzahnten Zahnrädern zu erleichtern, ist gemäß der Erfindung ein Feldvariator (18) vorgesehen, mit welchem die Feldlinien des Wechselmagnetfeldes an die komplexe Kontur des metallischen Bauteiles angepasst werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung und insbesondere eine Vorrichtung zum Induktionshärten von schrägverzahnten Zahnrädern.
In der Praxis werden bisher fast alle Verzahnungen im Automobil- und Flugzeugbau einsatzgehärtet, denn der Einsatz des Induktionshärtens scheiterte bisher an den im Vergleich zum Einsatzhärten ungenügenden Härteergebnissen.
Mit in der Praxis bekannt gewordenen Multifrequenz-Induktionshärten ist es nun möglich geworden, gerade verzahnte Zahnräder zu härten.
Darüber hinaus ist es aus der US 5 247 145 bekannt, Stirnverzahnungen induktiv zu härten, wobei auch verschiedene Frequenzen gepulst zur Anwendung kommen.
Trotz der bereits erzielten Fortschritte sind die thermische Behandlung und insbesondere das Induktionshärten von schrägverzahnten Zahnrädern sehr aufwendig und häufig gar unmöglich, da sich bei den bekannten Vorrichtungen Prozessparameter nicht finden lassen, mit denen sich die gewünschten Ergebnisse erzielen lassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die induktive Wärmebehandlung komplex konturierter metallischer Bauteile und insbesondere das Induktionshärten von schrägverzahnten Zahnrädern zu erleichtern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Gemäß der Erfindung ist bei einer Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung komplex konturierter metallischer Bauteile mit einer Wechselspannungsquelle und einem Magnetfeldgenerator ein Feldvariator vorgesehen, mit welchem die Feldlinien des Wechselmagnetfeldes an die komplexe Kontur des metallischen Bauteiles angepasst werden. Während bisher versucht wurde, den durch Induktion in einem Bauteil entstehenden Temperaturzustand allein über die elektrischen Kenngrößen wie Frequenz, Intensität und/oder Dauer, oder aber über die Lage des Magnetfeldgenerators zu beeinflussen, geht die Erfindung einen anderen Weg, indem ein Feldvariator vorgeschlagen wird, der das magnetische Wechselfeld des zu behandelnden Bauteiles entsprechend beeinflusst.
Deutlich wird die Funktionsweise der Erfindung an einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Induktionshärtung von schrägverzahnten Zahnrädern ausgebildet ist. Durch den Feldvariator wird in diesem Fall ein zahnparallel verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Dieses ermöglicht einen symmetrischen Einhärtungsverlauf im Zahnrad.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetfeldgenerator als nahezu geschlossene, ringförmige Induktionsschleife ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung lassen sich mit geringem Aufwand sehr starke Magnetfelder erzeugen, was im Ergebnis zu kurzen Bearbeitungszeiten führt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Feldvariator mindestens einen, insbesondere eine Vielzahl metallischer Ablenkkörper aufweist. Mit solchen Ablenkkörpern ist es möglich, mit einfacher Hardware die Vorrichtung an unterschiedliche Bauteile anzupassen, ohne dass beispielsweise eine aufwendige Programmierung erforderlich wäre. Dies gilt insbesondere, wenn die Ablenkkörper gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung nach Art einer Verzahnung, insbesondere nach Art einer Schrägverzahnung am inneren Umfang des Magnetfeldgenerators angeordnet sind.
Um auch bei starken Magnetfeldern eine gute Wirkung erzielen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Ablenkkörper aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder einem hochwirksamen Konzentratorwerkstoff bestehen, wobei solche KOnzentratorwerkstoffe von der Firma Polytrom unter den Markennamen Ferrotrom und Fluxtrol angeboten werden.
Eine sehr variable Prozessführung ist möglich, wenn die Wechselspannungsquelle – wie gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen – dazu ausgelegt ist, erste und zweite Wechselspannungsimpulse unterschiedlicher Frequenz, Stromstärke und/oder Dauer zu erzeugen.
Um die oben genannte Induktionshärtung besonders effektiv durchführen zu können, sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Kühlmittelzufuhr und/oder ein Kühlmittelbehälter zur Durchführung einer induktiven Härtung, insbesondere zu einer induktiven Härtung schrägverzahnter Zahnräder vorgesehen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind so die Voraussetzungen geschaffen, schrägverzahnte Zahnräder serientauglich zu härten (unsymmetrisches Härtebild).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 einen Magnetfeldgenerator einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem darin angeordneten Feldvariator und
2 den Feldvariator aus 1 in perspektivischer Darstellung.
Der in 1 gezeigte Magnetfeldgenerator 10 umfasst eine nahezu geschlossene ringförmige Induktionsschleife 12 sowie zwei Anschlüsse 14, 16. An der Innenseite der Induktionsschleife 12 ist ein Feldvariator 18 angeordnet, welcher im Detail in 2 gezeigt ist. Die Induktionsschleife 12 besteht aus einem Kupferrohr, welches im Betrieb flüssigkeits-, insbesondere wassergekühlt ist.
Der Feldvariator weist Ablenkkörper 20 auf, welche in einem äquidistanten Abstand zueinander und in einem Winkel von 23° zur Senkrechten geneigt angeordnet sind. Die Ablenkkörper 20 bestehen in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform aus Kupfer und sind an einem Trägerring 22 angelötet, welcher mit dem Magnetfeldgenerator 10 derart verbindbar ist, dass die Gesamtanordnung aus Magnetfeldgenerator 10 und Feldvariator 18 wie ein innenverzahntes Zahnrad wirkt. Dabei ist der Feldvariator 18 vorzugsweise so bemessen, dass er mit der Induktionsschleife verlötet werden kann.
Die Anordnung aus Magnetfeldgenerator 10 und Feldvariator 18 ist zur induktiven Härtung eines schrägverzahnten Zahnrades vorgesehen, dessen Verzahnung ebenfalls 23° zur Senkrechten geneigt ist. Durch die komplementär ausgebildete Anordnung aus Magnetfeldgenerator 10 und Feldvariator 18 sind nun Bereiche definiert, in denen das magnetische Wechselfeld eine hohe Wirkung auf das zu härtende Zahnrad besitzt und solche, in denen die Wirkung gering ist.
Mit der beschriebenen Anordnung wird so die der Erfindung zugrunde liegende Idee umgesetzt, dass durch Ablenkkörper das Magnetfeld bzw. die Magnetfeldlinie in einem Winkel entsprechend der Lage der Ablenkkörper (Stege) abgelenkt werden. Je nach Lage und Ausprägung dieser Ablenkkörper (Stege) ist es möglich, das Magnetfeld so zu beeinflussen, dass es parallel zu den Zähnen eines Zahnrades verläuft. Auf diese Weise kann ein asymmetrischer Härtezonenverlauf verhindert werden.
Je nach Kontur des zu behandelnden metallischen Bauteiles ist vorgesehen, die Ablenkkörper nicht nur parallel zu der Kontur, sondern gegebenenfalls auch geneigt, insbesondere quer zur Kontur anzuordnen.

10: Magnetfeldgenerator
12: Induktionsschleife
14, 16: Anschlüsse
18: Feldvariator
20: Ablenkkörper
22: Trägerring

Claims

Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung komplex konturierter metallischer Bauteile, mit einer Wechselspannungsquelle und einem Magnetfeldgenerator (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Feldvariator (18) vorgesehen ist, mit welchem die Feldlinien des Wechselmagnetfeldes an die komplexe Kontur des metallischen Bauteiles angepasst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldgenerator (10) als nahezu geschlossene, ringförmige Induktionsschleife (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Feldvariator (18) mindestens einen, insbesondere eine Vielzahl metallischer Ablenkkörper (20) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkkörper (20) nach Art einer Verzahnung, insbesondere nach Art einer Schrägverzahnung am inneren Umfang des Magnetfeldgenerators (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkkörper (20) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsquelle dazu ausgelegt ist, erste und zweite Wechselspannungsimpulse unterschiedlicher Frequenz, Stromstärke und/oder Dauer zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlmittelzufuhr und/oder ein Kühlmittelbehälter zur Durchführung einer induktiven Härtung, insbesondere einer induktiven Härtung schrägverzahnter Zahnräder vorgesehen sind.