DE102013100154B4

DE102013100154B4 - Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken auf Härtetemperatur

Info

Publication number: DE102013100154B4
Application number: DE102013100154.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Krause Christian
Original assignee: Eldec Schwenk Induction GmbH
Current assignee: Eldec Schwenk Induction GmbH
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: EP2986744A1; DE102013100154A1; WO2014108124A1

Abstract

Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken (10) auf Härtetemperatur, welche mindestens eine komplexe Oberflächenkontur (16) mit schräg zu mindestens einer Stirnseite (12, 14) des Werkstücks (10) verlaufenden Oberflächenbereichen (32, 34) aufweist, in welchen induktiv eine oberflächennahe Enderwärmung in einer sich an die Oberflächenkontur anschließenden Einhärtezone (36) mit einer definierten Eindringtiefe (E) erfolgt, wobei die Enderwärmung in der Einhärtezone (36) zum Erreichen der Härtetemperatur führt, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Enderwärmung von der Stirnseite (12, 14) ausgehend eine Vorerwärmung im Bereich einer sich an die mindestens eine Stirnseite (12, 14) anschließenden Vorwärmzone (44) des Werkstücks (10) erfolgt und dass das Werkstück während der Existenz der Vorerwärmung in der Vorwärmzone (44) die Enderwärmung erfährt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken auf Härtetemperatur, welche mindestens eine komplexe Oberflächenstruktur mit schräg zu mindestens einer Stirnseite des Werkstücks verlaufenden Oberflächenbereichen aufweist, in welchen induktiv eine oberflächennahe Enderwärmung in einer sich an die Oberflächenkontur anschließenden Einhärtezone mit einer definierten Eindringtiefe erfolgt, wobei die Enderwärmung in der Einhärtezone zum Erreichen der Härtetemperatur führt.
Bei derartigen Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken mit komplexer Oberflächenstruktur besteht das Problem, dass unmittelbar im Anschluss an die Stirnseite die Einhärtezone geometrieabhängig eine bezogen auf die definierte Eindringtiefe reduzierte Eindringtiefe aufweist und somit das Werkstück in diesem Bereich mit einer geringeren Eindringtiefe der Einhärtezone anfällig gegen Verschleiß und Beschädigungen, insbesondere gegen Materialausbrüche, ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass die Einhärtezone auch bis zur jeweiligen Stirnseite mindestens die definierte Eindringtiefe aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor der Enderwärmung von der Stirnseite ausgehend eine Vorerwärmung im Bereich einer sich an die mindestens eine Stirnseite anschließenden Vorwärmzone erfolgt und dass das Werkstück während der Existenz der Vorerwärmung in der Vorwärmzone die Enderwärmung erfährt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, dass damit die Möglichkeit besteht, durch das Schaffen der Vorwärmzone während der Vorerwärmung den Werkstoff im Bereich der Vorwärmzone soweit für die Enderwärmung vorzubereiten, dass die Enderwärmung auch in der Vorwärmzone zur Ausbildung einer Einhärtezone führt, die mindestens die sich außerhalb der Vorwärmzone im Abstand von der Stirnseite ausbildende Eindringtiefe aufweist.
Somit eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, die Oberflächenkontur bis zur Stirnseite mit einer Einhärtezone zu versehen, welche mindestens dieselbe Stabilität und dieselben mechanischen Eigenschaften aufweist, wie sie außerhalb der Vorwärmzone in der Einhärtezone der Oberflächenkontur vorliegen.
Hinsichtlich der zu erreichenden Vorerwärmungstemperatur in der Vorwärmzone wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass in der Vorwärmzone die Erwärmung auf eine Vorerwärmungstemperatur von mindestens 100°C erfolgt.
Noch besser ist es, wenn in der Vorwärmzone eine Erwärmung auf eine Vorerwärmungstemperatur von mindestens 150°C, noch vorteilhafter mindestens 200°C erfolgt.
Dabei kann die Vorerwärmungstemperatur in der ganzen Vorwärmzone homogen sein.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Erwärmung in der Vorwärmzone inhomogen ist.
Beispielsweise ist es hierbei denkbar, dass eine Vorerwärmungstemperatur in einer ersten Zone, die an eine einen größeren Freiwinkel mit der jeweiligen Stirnseite einschließende Konturflanke angrenzt, größer ist, als in einer zweiten Zone, die an eine einen kleineren Freiwinkel mit der jeweiligen Stirnseite einschließende Konturflanke angrenzt.
Bei einer derartigen inhomogenen Vorerwärmung in der Vorwärmzone ist beispielsweise vorgesehen, dass die Vorerwärmungstemperatur in der zweiten Zone mindestens 100°C beträgt und dass die Vorerwärmungstemperatur in der ersten Zone mindestens 100K höher ist, als in der zweiten Zone.
Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorerwärmung auf die Vorwärmzone begrenzt bleibt und sich nicht durch Wärmeleitung in das Werkstück hinein ausbreitet.
Hinsichtlich der Art der Vorerwärmung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Vorerwärmung in Form eines auf das Werkstück einwirkenden Vorerwärmungspulses erfolgt, so dass die Vorerwärmung sich nicht in das gesamt Werkstück hinein ausdehnt, sondern die Vorerwärmung lediglich in der Vorwärmzone lokalisiert bleibt.
Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Enderwärmung spätestens nach einer Sekunde nach Beendigung des Vorerwärmungspulses erfolgt, so dass eine Wärmeleitung von der Vorwärmzone in das Werkstück hinein sich unwesentlich auf die Vorerwärmung in der Vorwärmzone auswirkt, das heißt, diese nicht wesentlich reduziert.
Noch günstiger ist es, wenn die Enderwärmung spätestens nach 700 Millisekunden, noch besser spätestens nach 500 Millisekunden nach Beendigung des Vorerwärmungspulses erfolgt.
Die Auswirkungen der Wärmeleitung in das Werkstück hinein, lassen sich auch dadurch begrenzen, das die Zeitdauer des Wärmepulses für die Vorerwärmung gleich oder kleiner als eine Sekunde ist.
Hinsichtlich der Art und Weise der Vorerwärmung wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Lösungen keine näheren Angaben gemacht.
So ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorerwärmung induktiv erfolgt.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Vorerwärmung durch ein durch die Stirnseite in die Vorwärmzone eindringendes Magnetfeld erfolgt.
Das Magnetfeld kann dabei wiederum durch die Stirnseite aus der Vorwärmzone austreten oder alternativ dazu durch die Oberflächenkontur aus der Vorwärmzone austreten.
Vorzugsweise lässt sich die Vorerwärmung dadurch erreichen, dass die Vorerwärmung durch ein in der Vorwärmzone zumindest abschnittsweise parallel zur Stirnseite verlaufendes Magnetfeld erfolgt, wodurch die Vorerwärmung bei Unterdrückung des Einflusses der Wärmeleitung lokalisiert auf die Vorwärmzone durchführbar ist.
Insbesondere lässt sich eine vorteilhafte induktive Vorerwärmung in der Vorwärmzone dadurch erreichen, dass die Vorerwärmung durch einen der Stirnseite zugewandten Induktorsteg erfolgt.
Der Induktorsteg kann dabei in größerem Abstand von der Stirnseite angeordnet und ausgerichtet sein.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass zur Vorerwärmung ein Positionieren der Stirnseite des Werkstücks vor dem Induktorsteg erfolgt, wobei insbesondere der Induktorsteg mit seiner der Stirnseite zugewandten Seite parallel zur Stirnseite ausgerichtet ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Lösung ist die Oberflächenkontur eine Verzahnung, insbesondere eine Schrägverzahnung, bei welcher Zahnflanken der Zähne schräg zu der Stirnseite verlaufen.
Im Fall einer Verzahnung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorwärmtiefe der Vorwärmzone maximal 20%, vorzugsweise maximal 15%, einer Verzahnungsbreite im Bereich des Zahnfußes entspricht.
Hinsichtlich der Enderwärmung wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass die Enderwärmung durch eine magnetische Durchflutung der Oberflächenkontur über ihre gesamte Ausdehnung quer zur mindestens einen Stirnseite erfolgt.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Enderwärmung mittels einer durch die Stirnseite des Werkstücks in dieses eindringenden und durch die gegenüberliegende Stirnseite austretenden Magnetfeldes erfolgt.
Auch die Enderwärmung lässt sich vorzugsweise dadurch ausführen, dass die Enderwärmung durch einen der Oberflächenkontur zugewandten Induktorsteg erfolgt.
Besonders günstig ist es, wenn zur Enderwärmung ein Positionieren der Oberflächenkontur des Werkstücks vor dem Induktorsteg erfolgt.
Dabei ist vorzugsweise ebenfalls der Induktorsteg so ausgebildet, dass dessen der Oberflächenkontur zugewandte Seite parallel zu einer durch die Oberflächenkontur definierten Fläche verläuft.
Die eingangs genannte Aufgabe wird darüber hinaus durch eine Induktoranordnung zum Erwärmen von Werkstücken auf Härtetemperatur, welche mindestens eine komplexe Oberflächenkontur mit schräg zu einer Stirnseite des Werkstücks verlaufenden Oberflächen aufweist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehreren der voranstehend beschriebenen Merkmale, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Induktor mindestens einen Induktorsteg zum Vorwärmen des Werkstücks und mindestens einen Induktorsteg zum Enderwärmen des Werkstücks aufweist, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass das Werkstück in einer Vorerwärmstellung von einem Magnetfeld des mindestens einen Induktorstegs zum Vorerwärmen zumindest in einem Teilbereich seiner Stirnseite durchflutet ist und in einer Enderwärmstellung von dem Magnetfeld des Induktorstegs zum Enderwärmen zumindest in einem Teilbereich seiner Oberflächenkontur durchflutet ist und dass das Werkstück mit einer Transfereinheit von der Vorerwärmstellung in die Enderwärmstellung bewegbar ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser Induktoranordnung die Möglichkeit besteht, einerseits das Werkstück effizient vorzuerwärmen und danach schnell die Enderwärmung des Werkstücks durchzuführen, wobei ein Induktor für die Vorerwärmung und ein Induktor für die Enderwärmung dient.
Besonders günstig ist es, wenn mindestens zwei im Abstand voneinander Induktorstege zum Vorerwärmen vorgesehen sind, welche jeweils auf einander zugewandten Seiten das Magnetfeld für das Vorerwärmen des Werkstücks erzeugen.
Mit einer derartigen Induktoranordnung besteht die Möglichkeit, insbesondere bei Werkstücken mit zwei Stirnseiten, diese effizient zu erwärmen.
Besonders günstig ist dabei eine Induktoranordnung, bei welcher die Induktorstege so relativ zueinander angeordnet sind, dass in der Vorerwärmstellung jede der Stirnseiten des Werkstücks von dem Magnetfeld von jeweils einem der Induktorstege zum Vorerwärmen durchflutet ist.
Damit könnte theoretisch ein Vorerwärmen im Bereich der jeweiligen Stirnseite nacheinander erfolgen.
Diese Lösung lässt sich jedoch auch so realisieren, dass mit dieser die Möglichkeit besteht, auf beiden Seiten gleichzeitig eine Vorerwärmung durchzuführen.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der Induktoranordnung wurden auch keine näheren Angaben zur elektrischen Verschaltung der Induktorstege gemacht.
Prinzipiell besteht die Möglichkeit, jeden der Induktorstege mit einer eigenen Stromversorgungseinheit für die Stromversorgung des jeweiligen Induktorstegs mit einer geeigneten Frequenz zu versehen.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Induktorstege der Induktoranordnung gleichzeitig mit einer einzigen Stromversorgung für das Induktionshärten versorgt werden können.
Besonders günstig ist es, wenn die Induktorstege für das Vorerwärmen und die Induktorstege für das Enderwärmen hintereinander geschaltet sind, so dass mit einer Versorgung beide Induktorstege betreibbar sind.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass für die Enderwärmung eine Versorgung des Induktorstegs mit zwei Frequenzen nach dem bekannten Zwei-Frequenz-Verfahren, beschrieben in der EP 1 363 474 A1 erfolgt.
Im Falle von Zahnrädern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Induktorstege gekrümmt sind, insbesondere halbbogenförmig gekrümmt sind, so dass mit diesen Induktorstegen jeweils ein Teil der Zähne der Zahnräder mittels des jeweils erzeugten Magnetfelds durchflutet werden kann.
Im Falle von einer Zahnstange als Werkstück sind die Induktorstege vorzugsweise langgestreckt ausgebildet.
Hinsichtlich der Ausbildung der Induktorstege sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass jeder Induktorsteg einen Leitersteg und einen den Leitersteg umgebenden Feldformer, insbesondere einen den Leiter U-förmig umgebenden Feldformer, aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Werkstücks mit komplexer Oberflächenkontur in Form eines Zahnrades mit Schrägverzahnung;
2 eine Darstellung einer Draufsicht in Richtung des Pfeils A auf das Zahnrad mit Schrägverzahnung, dargestellt in Abwicklung;
3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in 1 im nichtgehärteten Zustand des Werkstücks;
4 einen Schnitt längs Linie 3-3 im gehärteten Zustand des Werkstücks;
5 eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Werkstücks in Richtung des Pfeils B in 1 gehärtet ohne erfindungsgemäße Vorerwärmung sondern nur mit induktiver Enderwärmung;
6 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Werkstücks im ungehärteten Zustand mit Darstellung der Auswirkungen eines gleichmäßigen Vorwärmens des Werkstücks;
7 eine Draufsicht entsprechend 6 nach einem erfindungsgemäßen Vorerwärmen und einem erfindungsgemäßen Enderwärmen mit Abschrecken zum Härten des Werkstücks;
8 eine Draufsicht entsprechend 6 mit Darstellung der Auswirkungen eines induktiven Vorwärmens im Bereich einer Stirnseite;
9 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Induktors zum erfindungsgemäßen Härten mit Vorerwärmen und Enderwärmen eines schrägverzahnten Zahnrads gemäß 1;
10 eine Draufsicht auf den Induktor gemäß 9 in Richtung des Pfeils C;
11 eine Seitenansicht des Induktors gemäß 9;
12 einen Schnitt durch den Induktor längs Linie 12-12 in 11;
13 eine vergrößerte Darstellung des Schnitts durch den Induktor gemäß 12 beim Vorerwärmen des schrägverzahnten Zahnrads in einer Vorerwärmstellung zwischen zwei Induktorstegen;
14 eine Darstellung des Schnitts durch den Induktor ähnlich 13 beim Enderwärmen des schrägverzahnten Zahnrads in einer Enderwärmstellung mit einem Induktorsteg;
15 eine Darstellung eines Schnitts durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Induktors ähnlich 13 zum Härten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Werkstücks mit komplexer Oberflächenkontur in Form eines schrägverzahnten Kegelzahnrads während des Vorerwärmens;
16 eine Darstellung eines Schnitts durch das zweite Ausführungsbeispiel des Induktors ähnlich 15 mit Darstellung eines Enderwärmens des schrägverzahnten Kegelrads;
17 eine Darstellung eines Schnitts durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Induktors ähnlich 13 mit Darstellung des Vorerwärmens eines dritten Ausführungsbeispiels eines Werkstücks mit komplexer Oberflächenkontur in Form einer langgestreckten Zahnstange während des Vorerwärmens und
18 eine Darstellung eines Schnitts durch das dritte Ausführungsbeispiel des Induktors ähnlich 14 mit Darstellung des Enderwärmens der Zahnstange.
Ein in 1 beispielhaft dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines Werkstücks mit komplexer Oberflächenkontur in Form schräg verzahnte Zahnrades 10 umfasst eine erste Stirnseite 12 und eine zweite Stirnseite 14, zwischen denen sich als komplexe Oberflächenkontur eine Verzahnung 16 erstreckt, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wie sich aus 2 nochmals deutlicher ergibt, die Verzahnung 16 eine sogenannte Schrägverzahnung ist, bei welcher die einzelnen Zähne 20, welche sich von einem Zahnfuß 22 bis zu einem Zahnkopf 24 erstrecken, einen Verlauf einer Mittellinie 26 des Zahnkopfes aufweisen, der in einem Winkel β zu einer Senkrechten 28 einer Stirnseitenebene SE, beispielsweise der Stirnseitenebene SE zu ersten Stirnseite 12 erfolgt.
Im dargestellten Fall des schräg verzahnten Zahnrades 10 handelt es sich, wie sich aus 1 und 2 ergibt, um ein Zahnrad dessen Zahnköpfe 24 entsprechend einer linkssteigenden Schrägverzahnung verlaufen und sich bis zu einer zylindrischen umhüllenden Fläche UF erstrecken.
Wie in 3 dargestellt, ist jeder der Zähne 20 durch eine Rechtsflanke 32 und eine Linksflanke 34 begrenzt, welche sich jeweils vom Zahnkopf 24 bis zum Zahnfuß 22 erstrecken, wobei die Rechtsflanken 32 und die Linksflanken 34 aller Zähne 20 die Verzahnung 16 des Zahnrades 10 bilden.
Um im Bereich der Zahnflanken 32 und 34 der Zähne 20 den Verschleiß zu reduzieren und die Tragfähigkeit des Materials zu verbessern, wird eine Oberflächenhärtung der Zähne 20 angestrebt, bei welcher eine Einhärtezone 36 gebildet wird, die sich von der jeweiligen Zahnflanke 32, 34 über eine Einhärtetiefe E in den jeweiligen Zahn 20 hineinerstreckt, jedoch nur soweit, dass ein Kernbereich 38 des jeweiligen Zahns 20 ungehärtet bleibt, um die vorteilhafte Materialelastizität des Kernbereichs 38 zu erhalten und nur in der zahnflankennahen Einhärtezone 36 ein gehärtetes Gefüge zu schaffen, wie in 4 dargestellt.
Ein derartiges Härten erfolgt beispielsweise durch induktives Oberflächenhärten des Zahnrades 10, wobei, wie in 5 dargestellt, ein konventionelles nur eine Enderwärmung mit nachfolgender Abschreckung umfassendes induktives Oberflächenhärten des Zahnrades 10 mit linkssteigender Schrägverzahnung dazu führt, dass die Einhärtetiefe E_L der Einhärtezone 36 im Bereich der Linksflanke 34, insbesondere im Bereich nahe des Zahnfußes 22 der Linksflanke 34, signifikant geringer ist als die Einhärtetiefe E_R der Einhärtezone 36 im Bereich der Rechtsflanke 32 so dass die Linksflanke 34 insbesondere im Bereich des Zahnfußes 22, und zwar nur in einem sich an die Stirnseite 12 anschließenden und sich in Richtung der anderen Stirnseite 14 mit einer Ausdehnung A erstreckenden teilgehärteten Stirnseitenbereich 42 des Zahns 20, signifikant geschwächt ist und somit entstehen beim Einsatz eines derartigen Zahnrades 10 in einem Getriebe an dieser Stelle in dem Stirnseitenbereich 42 der Linksflanke 34 Schäden, insbesondere Ausbrüche.
Die reduzierte Einhärtetiefe E_L der Linksflanke 34 im Stirnseitenbereich 42 ergibt sich, wie sich theoretisch nachweisen lässt, durch eine sich in diesem Stirnseitenbereich 42 ausbildende geringere induktive Aufheizung des Zahnes 20 bei der induktiver Enderwärmung des Zahnrades 10 in der sich innerhalb des Stirnseitenbereichs 42 ausbildenden Einhärtezone 36.
Derselbe Effekt tritt bei rechtssteigender Schrägverzahnung im Bereich der Rechtsflanke 32 auf, während in diesem Fall dann die Linksflanke 34 eine ausreichende Eindringtiefe E aufweist.
Um eine derartige schwächere Ausbildung der Einhärtezone 36 im Stirnseitenbereich 42 zu verhindern, erfolgt beim induktiven Härten des Zahnrades 10 erfindungsgemäß ein Vorwärmen des Zahnrades 10 in einem sich an die Stirnseite 12 anschließenden Bereich, welches zu einem Aufwärmen des Zahnrades 10 einer Vorwärmzone 44 führt, welche sich ausgehend von der einen Stirnseite 12 in den jeweiligen Zahn 20 in Richtung der anderen Stirnseite 14 hineinerstreckt, und zwar mit einer Vorwärmtiefe VT, welche mindestens der Ausdehnung des bei konventionellem induktivem Oberflächenhärten teilgehärteten Stirnseitenbereichs 42 in den jeweiligen Zahn 20 hinein entspricht. Dabei erfolgt ein Aufwärmen des Materials des jeweiligen Zahns 20 in der Vorwärmzone 44 auf eine Temperatur von mindestens 100°C, besser mindestens 150°C, noch besser mindestens 200°C (6).
Um zu erreichen, dass die Vorwärmung des Materials des jeweiligen Zahns 20 lediglich im Bereich der Vorwärmzone 44 erfolgt und sich nicht in den Zahn 20 in Richtung der anderen gegenüberliegenden Stirnseite 14 hinein weiter ausbreitet, muss dieses Vorwärmen der Vorwärmzone 44 kurzzeitig erfolgen und nachfolgend hat auch nach einer kurzen Verweilzeit die Enderwärmung der Zahnflanken 32, 34 zu erfolgen, um im Bereich der jeweiligen Einhärtezone 36 eine Erwärmung auf die Härtetemperatur zu erzielen, um somit bei nachfolgendem Abschrecken ein Härten in der Einhärtezone 36 zu erreichen.
Das Vorwärmen im Bereich der Vorwärmzone 44 erfolgt vorzugsweise durch einen Wärmeimpuls, der auf die erste Stirnseite 12 aufgebracht wird, sich über die Vorwärmtiefe VT in Richtung der anderen Stirnseite 14 in den jeweiligen Zahn 20 hinein ausbreitet, wobei die Ausbreitung des Wärmepulses auf die Vorwärmtiefe VT limitiert wird durch die Zeit, die zwischen dem Aufbringen des Wärmepulses auf die eine Stirnseite 12 und dem Beginn der induktiven Enderwärmung der gesamten Einhärtezone 36 auf die Härtetemperatur erfolgt.
Vorzugsweise beginnt die Enderwärmung dann, wenn sich die Vorwärmzone 44 über die gewünschte Vorwärmtiefe VT in den jeweiligen Zahn hinein ausgebreitet hat, so dass bei Beginn der Enderwärmung in der Vorwärmzone bereits Temperaturen von mehr als 100°C vorliegen, die dann dazu führen, dass bei Durchführung der induktiven Enderwärmung auch in dem Stirnseitenbereich 42 die Einhärtezone 36 in der Linksflanke 34 eine Einhärtetiefe E_VL erreicht, die größer ist als die ohne das Vorwärmen erreichbare Einhärtetiefe E_L (7).
Dabei kann die Erwärmung in der Vorwärmzone 44, wie in 7 dargestellt, auch zu Einhärtetiefen E_VL und E_VR führen, welche unmittelbar an die erste Stirnseite 12 angrenzend größer sind als die Einhärtetiefe E die sich im Abstand, und zwar in einem größeren Abstand als die Vorwärmtiefe VT, von der ersten und zweiten Stirnseite 12 und 14 in dem jeweiligen Zahn 20 ausbilden (4) und somit größer als die Einhärtetiefe E, die dem theoretisch erwünschten Härteergebnis entspricht.
Das Vorwärmen mit einem Wärmepuls kann durch verschiedene Möglichkeiten eines auf die jeweilige Stirnseite 12, 14 einwirkenden pulsartigen Wärmeeintrags, beispielsweise mittels eines Laserpulses oder eines anderen energiereichen Impulses, erfolgen.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass auch das Vorwärmen im Bereich der jeweiligen Stirnseite 12, 14 induktiv erfolgt, wobei, wie in 8 dargestellt, ein induktives Vorwärmen über die Stirnseite 12 unmittelbar im Bereich der Stirnseite 12 des jeweiligen Zahns 20 zu einer sich ausgehend von dem Zahnkopf 24 und der Rechtsflanke 32 in Richtung der Linksflanke 34 und des Zahnfußes 22 im Bereich der Linksflanke 34 erstreckenden Zone Z1 führt, in welcher die mittlere Temperatur größer 200°C ist, und zu einer sich ausgehend von der Linksflanke 34 im Bereich des Zahnfußes 22 in Richtung der Rechtsflanke 32 jedoch nicht bis zur Zone Z1 erstreckenden Zone Z2, in welcher die mittlere Temperatur größer 100°C ist, also zu einem inhomogenen Vorwärmen eines jeden Zahns 20 im Bereich der Stirnseite 12.
Auch ein derartiges inhomogenes Vorerwärmen der jeweiligen Stirnseite 12, 14 ist für das nachfolgende Härteergebnis unschädlich, so lange dadurch sichergestellt werden kann, dass sich kein Stirnseitenbereich 42 mit der signifikant reduzierten Einhärtetiefe E_L ausbildet. Ist die Einhärtetiefe E_VL im Bereich der jeweiligen ersten Stirnseite 12 größer, so ist dies für die spätere mechanische Belastbarkeit des Zahnrades 10 von untergeordneter Bedeutung.
Das inhomogene Vorwärmen im Bereich der jeweiligen Stirnseite 12, 14 durch Ausbildung der Zonen Z1 und Z2 kann sich als vorteilhaft bei der Enderwärmung erweisen, da in der stärker vorerwärmten Zone Z1 der temperaturabhängige spezifische elektrische Widerstand und die temperaturabhängige Permeabilität, zumindest bei einigen Stahlsorten, beispielsweise der Stahlsorte 1.1213 oder 1.7225, die induktive Aufheizung im Zuge der induktiven Enderwärmung hemmen oder reduzieren im Vergleich zur weniger stärker vorerwärmten Zone Z2, so dass insgesamt im Endergebnis des Härteverfahrens der Temperaturunterschied zwischen der Zone Z1 und der Zone Z2 sogar zur Vergleichsmäßigung des Härteergebnisses beitragen kann.
Die Temperaturdifferenz zwischen den Zonen Z1 und Z2 beträgt beispielsweise mehr als 100K vorzugsweise mehr als 150K bei mittleren Temperaturen in der Zone Z1 von mindestens 200°C (besser mehr als 250°C und noch besser mehr als 300°C) sowie bei einer mittleren Temperatur in der Zone Z2 von mindestens 100°C (besser mindestens 150°C und noch besser mindestens 200°C).
Die im Zusammenhang mit den bisherigen Zahnrädern 10 mit einer linkssteigenden Schrägverzahnung erläuterten Verhältnisse ergeben sich in gleicher Weise bei einem Zahnrad 10 mit rechtssteigender Schrägverzahnung, wobei in diesem Fall der teilgehärteten Stirnseitenbereich 42 des Zahns 20 an der Rechtsflanke 32 im Bereich des Zahnfußes 22 auftritt, und bei einem induktiven Vorwärmen dann die Zone ZS sich ausgehend von der Rechtsflanke 32 im Bereich des Zahnfußes 22 in Richtung der Linksflanke 34 ausbildet, während sich die Zone Z1 ausgehend vom Zahnkopf 24 und der Linksflanke 34 in Richtung der Rechtsflanke 32 des Zahnfußes 22 erstreckt.
Die übrigen beschriebenen Verhältnisse ändern sich analog.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Induktors 50, beispielsweise zum Härten eines schrägverzahnten Zahnrades 10, dargestellt in 9, umfasst auf einer Seite einer Mittelebene 52 einen halbkreisbogenförmig ausgebildeten sowie quer, insbesondere senkrecht zur Mittelebene 52 verlaufenden Induktorsteg 54, welcher sich jeweils mit seinen Enden 56 und 58 an die Mittelebene 52 anschließt und im Bereich seiner Enden 56 und 58 mit zwei halbkreisbogenförmig ausgebildeten sowie quer, insbesondere senkrecht, zur Mittelebene 52 verlaufenden Induktorstegen 62 und 64 verbunden ist, die im Abstand voneinander angeordnet sind, sich jedoch ebenfalls mit ihren Enden 72 und 74 bzw. 76 und 78 an die Mittelebene 52 anschließen.
Dabei sind einerseits die Enden 56 sowie 72 und 76 miteinander verbunden und andererseits das Ende 58 mit einer ersten Zuleitung 82 sowie die Enden 74 und 78 mit einer zweiten Zuleitung 84 verbunden, die durch eine Isolation 86 voneinander getrennt sind und mit Kontaktblöcken 92 bzw. 94 verbunden sind, über welche eine Stromzuleitung erfolgt.
Wie insbesondere in 11 und 12 dargestellt, ist der Induktorsteg 54 durch einen Leitersteg 102 gebildet, welcher von einem Feldformerelement 104 U-förmig umgeben ist, so dass der Leitersteg 102 zusammen mit dem Feldformerelement 104 auf seiner der Mittelebene 52 zugewandten Seite ein sich im Raum vor dieser Seite 109 von einem freien Ende des Seitenteils 106 des Feldformers 104 zum anderen freien Ende des Seitenteils 108 des Feldformers 104 erstreckendes Magnetfeld 110 erzeugt, welches zur Enderwärmung des Zahnrads 10 dient.
Insgesamt erzeugt somit der Induktorsteg 54 auf seiner der Mittelebene 52 zugewandten Seite das Magnetfeld 110 zur Enderwärmung.
Auch die Induktorstege 62 und 64 sind jeweils gebildet durch einen Leitersteg 112 bzw. 114, der jeweils von einem U-förmigen Feldformer 116 bzw. 118 umgeben ist, wobei die U-förmigen Feldformer 116 bzw. 118 auf ihren einander zugewandten Seiten Magnetfelder 122 bzw. 124 erzeugen, welche jeweils im Raum vor diesen Seiten von einem freien Ende des Seitenteils 126 bzw. 128 des jeweiligen Feldformers 116 bzw. 118 zum anderen freien Ende des Seitenteils 132 bzw. 134 des jeweiligen Feldformers 116 bzw. 118 verlaufen, und wobei die Seitenteile 132 und 134 der Feldformer 116 bzw. 118 mit ihren freien Enden einander zugewandt angeordnet sind.
Insgesamt erzeugen somit die Induktorstege 62, 64 auf ihren dem jeweils anderen Induktorsteg 64, 62 zugewandten Seite die Magnetfelder 122 und 124 zur Vorerwärmung
Wie in 13 dargestellt, sind die Induktorstege 62 und 64 so relativ zueinander angeordnet, dass zwischen diesen das Zahnrad 10 in einer Vorerwärmstellung mit einem Teil seiner Zähne 20 so positionierbar ist, dass beispielsweise die erste Stirnseite 12 dem Induktorsteg 62 und die zweite Stirnseite 14 dem Induktorsteg 64 zugewandt ist, wobei die Induktorstege 62 und 64 mit ihren Feldformern 116 bzw. 118 so ausgebildet sind, dass die im jeweiligen Magnetfeld 122 bzw. 124, liegenden Zähne 20 mit ihrer Ausdehnung zwischen dem Zahnfuß 22 und dem Zahnkopf 24 zwischen den Seitenteilen 126 und 132 bzw. 128 und 134 liegen und somit die Magnetfelder 122 bzw. 124 den jeweiligen Zahn 20 mit einer ungefähr parallel zur jeweiligen Stirnseite 12 bzw. 14 verlaufenden Feldkomponente 142 bzw. 144 gleichzeitig durchfluten, wobei die Feldkomponenten 142 bzw. 144 ausgehend von den jeweiligen Stirnseiten 12 bzw. 14 in den jeweiligen Zahn 20 im Bereich der sich ausbildenden Vorwärmzone 44 über die Vorwärmtiefe VT eindringen.
Dabei durchfluten die Feldkomponenten 142 und 144 die jeweilige Vorwärmzone 44, um in diesen den Werkstoff des Zahns 20 auf die Vorwärmtemperatur vorzuerwärmen.
Um alle Zähne 20 des Zahnrads 10 vorerwärmen zu können, rotiert dabei das Zahnrad 10 beispielsweise mittels einer Antriebseinheit AE um seine Zahnradachse ZA mit einer Rotationsgeschwindigkeit in der Größenordnung von mehr als 1000 U/min, so dass jeder der Zähne 20 in seinen sich an die Stirnseiten 12 und 14 anschließenden Vorwärmzonen 44 mit einem Wärmepuls erwärmt wird, wobei kein Temperaturausgleich über den Zahn 20 hinweg bis zu der jeweiligen anderen Stirnseite 14 bzw. 12 erfolgt, sondern die Vorwärmzone 44 aufgrund der kurzen Dauer des Wärmepulses und der kurz darauffolgenden Enderwärmung als solche bis zur Enderwärmung lokal auf die Vorwärmtiefe VT begrenzt bestehen bleibt und eine Temperatur von beispielsweise mehr als 100°C aufweist.
Zum Vorwärmen der Zähne 20 in den Vorwärmzonen 44 dringen die Magnetfelder 122 bzw. 124 einerseits im Bereich des Zahnkopfes 24 und im Bereich des Zahnfußes 22 bereits mit den im Wesentlichen parallel zu den Stirnseiten 12 bzw. 14 verlaufenden Feldkomponenten 142 bzw. 144 in den Werkstoff ein und sind somit im Wesentlichen auf die Vorwärmzone 44 mit der Vorwärmtiefe VT konzentriert, um im Bereich derselben ein Vorwärmen des jeweiligen Zahns 20 zu erreichen.
Dieses Vorwärmen führt jedoch aufgrund des schrägen Verlaufs der Zähne 20 zu den Stirnseiten 12 und 14 dazu, dass dies nicht homogen erfolgt, sondern Zonen, beispielsweise die Zonen Z1 und Z2, mit unterschiedlich hoher mittlerer Temperatur erzeugt werden, was jedoch nur insoweit von Relevanz ist, dass die Zone, in welcher die niedrigste Vorwärmtemperatur erreicht wird, beispielsweise die Zone Z2, mindestens ein Vorwärmen auf über 100°C erfährt.
Um einen Temperaturausgleich über den jeweiligen Zahn 20 hinweg zu vermeiden, wird unmittelbar nach dem Vorwärmen das Zahnrad 10 mittels einer Transfereinheit TE aus dem Zwischenraum zwischen den Induktorstegen 62 und 64 in Richtung quer zur Zahnradachse ZA herausbewegt und in Richtung des Induktorstegs 54 bewegt und mit einem dem Induktorsteg 52 zugewandten Teil seiner Zähne 20 nahe desselben in einer Enderwärmstellung positioniert, wobei der Induktorsteg 54 so dimensioniert ist, dass das Magnetfeld 110 die Zähne 20 in Richtung von der ersten Stirnseite 12 zur zweiten Stirnseite 14 durchflutet und im Bereich der Zähne 20 Feldkomponenten 146 aufweist, die die erste Stirnseite 12 und die zweite Stirnseite 14 quer, insbesondere näherungsweise senkrecht, durchsetzen sowie zwischen den Stirnseiten 12 und 14 zumindest abschnittsweise parallel zu einer die Verzahnung 16 an den Zahnköpfe 24 berührenden und somit die Verzahnung 16 umfüllenden Fläche UF verläuft.
Um alle Zähne 20 aufzuwärmen wird das Zahnrad 10 ebenfalls um seine Achse AZ mittels der Antriebseinheit AE mit einer Drehzahl größer 1000 U/min gedreht, so dass alle Zähne 20 des Zahnrads 10 in der Einhärtezone 36 durch die Enderwärmung auf eine Härtetemperatur aufgewärmt werden.
Dabei dringt das Magnetfeld 110 insbesondere im Bereich der Stirnseiten 12, 14 in die Zähne 20 ein und durchsetzt die jeweiligen Zähne 20 von einer der einen Stirnseite 12 zur anderen Stirnseite 14 mit quer, vorzugsweise senkrecht zur jeweiligen Stirnseitenebene SE verlaufenden Feldkomponenten 146, so dass im Bereich zwischen den Vorwärmzonen 44 ausgehend von den jeweiligen Zahnflanken 32, 34 ein oberflächliches Einhärten in der Einhärtezone 36 mit der Einhärtetiefe E erreicht wird, das den Kernbereich 38 des jeweiligen Zahns 20 ungehärtet lässt, wie in 4 dargestellt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkstücks mit komplexer Oberflächenkontur kann aber auch ein schrägverzahntes Kegelzahnrad 10' sein, dessen Zahnköpfe 24 eine kegelförmige umhüllende Fläche UF' berühren, welche rotationssymmetrisch zu der Zahnradachse ZA' ausgebildet ist.
Auch ein derartiges schrägverzahntes Kegelzahnrad 10' lässt sich, wie in 15 und 16 dargestellt, mit einem modifizierten Induktor 50' härten, bei welchem der halbkreisbogenförmig ausgebildete sowie quer, insbesondere senkrecht zur Mittelebene 52 verlaufende Induktorsteg 54' mit seiner der Mittelebene 52 zugewandten Seite 109' entsprechend der Kegelform der umhüllenden Fläche UF verläuft, so dass auch das Magnetfeld 110' Feldkomponenten 146' aufweist, die, wie in 16 dargestellt, im Bereich der Zähne 20 ungefähr parallel zu der umhüllenden Fläche UF' verlaufen und in der Enderwärmstellung einen Teil der Zähne 20 durchflutet.
Auch die Induktorstege 62 und 64 sind prinzipiell in gleicher Weise ausgebildet wie beim Induktor 50 allerdings mit dem Unterschied, dass der Induktorsteg 62' halbkreisbogenförmig mit einem größeren Radius ausgebildet ist, als der Induktorsteg 64', welcher halbkreisbogenförmig mit einem geringeren Radius ausgebildet ist, so dass zum Vorwärmen des Kegelzahnrades 10' im Bereich der Stirnseiten 12' und 14' jeweils die Stirnseiten 12' und 14' der Zähne 20 von den durch die Induktorstege 62' und 64' erzeugten Magnetfeldern 122' und 124' in gleicher Weise durchsetzt werden, wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wobei insbesondere die Feldkomponenten 142' und 144' im Bereich der Stirnseiten 12' und 14' der Zähne 20' jeweils in derselben Weise eindringen, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei allerdings die Stirnseiten 14' aller Zähne 20' in einem kleineren radialen Abstand um die Zahnradachse ZA' angeordnet sind als die Stirnseiten 12' der Zähne 20'.
Mit der vorstehend beschriebenen Anpassung der Induktorstege 62' und 64' an die Geometrie des Kegelzahnrades 10' lassen sich beim Vorwärmen in der Vorerwärmstellung (15) dieselben Effekte erzielen, wie im Zusammenhang mit dem Zahnrad 10 beschrieben, insbesondere lassen sich die Stirnseiten 12' und 14' eines Teils der Zähne 20 mit den Magnetfeldern 122', 124' gleichzeitig durchfluten.
In gleicher Weise lässt sich aber auch die Enderwärmung, dargestellt in 16, durchführen, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, da der Induktorsteg 54' mit seiner Seite 109 an die Kegelform der umhüllenden Fläche UF' angepasst ist und somit die Feldkomponente 146' ebenfalls angepasst an die kegelförmig ausgebildete umhüllende Fläche UF' in der Enderwärmstellung jeweils die Zähne 20' durchflutet.
Somit sind mit dem Induktor 50' dieselben Effekte bei schrägverzahnten Kegelzahnrädern 10' hinsichtlich der Härtung der Zähne 20' erreichbar, wie sie im Zusammenhang mit dem schrägverzahnten Zahnrad 10 beschrieben wurden.
Hinsichtlich der weiteren Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels wird vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen, wobei dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkstücks mit komplexer Oberflächenkontur ist eine Zahnstange 10", die schrägverzahnt ist, so dass deren Zähne 20" schräg zu einer Längsrichtung 11" der Zahnstange verlaufen.
In diesem Fall umfasst das dritte Ausführungsbeispiel des Induktors 50" geradegerichtete und parallel zueinander verlaufende Induktorstege 54", 62" und 64", die an einem Ende elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Dabei verlaufen die Induktorstege 62" und 64" im Abstand voneinander und parallel zueinander, wobei diese auf ihren einander zugewandten Seiten die Magnetfelder 122" und 124" erzeugen, welche in der Vorerwärmstellung die Stirnseiten 12" und 14" der Zahnstange 10" durchfluten.
Dabei sind die Induktorstege 62" und 64" so ausgebildet, dass die Stirnseiten 12" und 14" der Zähne 20" zwischen den freien Enden der Seitenteile 126 bzw. 128 und 132 bzw. 134 der Feldformer 116" bzw. 118" liegen.
Ferner ist der Induktorsteg 54" ebenfalls so ausgebildet, dass die Seite 109" parallel zu einer ebenen Fläche EF verläuft, welche durch die Zahnköpfe 24" der Zähne 20" festgelegt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft außerdem das Magnetfeld 110 mit seiner Feldkomponente 146 ungefähr parallel zu der ebenen Fläche EF, so dass dieses in der Enderwärmstellung die Zähne 20" der Zahnstange 10" durchflutet.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Zahnstange 10" erfolgt ein Vorwärmen der Zähne 20" im Bereich von deren Stirnseiten 12" bzw. 14", wobei sich dieselben Effekte ergeben, wie im Zusammenhang mit dem Zahnrad 10 beschrieben.
Danach erfolgt eine Bewegung der Zahnstange 10" aus dem Zwischenraum zwischen den Induktorstegen 62" und 64" heraus in Richtung des Induktorstegs 54", so dass die Zähne 20" von dem Magnetfeld 110" durchflutet werden und die Oberflächenhärtung der Zähne 20" erfolgt.
Im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen kann in diesem Fall die Zahnstange 10" stillstehend oder bewegt zwischen den Induktorstegen 62" und 64" angeordnet werden, um die Zähne 20" im Bereich ihrer Stirnseiten 12" bzw. 14" vorzuerwärmen, und außerdem stillstehend oder bewegt relativ zum Induktorsteg 54" angeordnet werden, um die Zähne 20" durch das Magnetfeld 110" im Zuge der Enderwärmung auf die Härtetemperatur zu erwärmen.
Hinsichtlich der weiteren Merkmale des dritten Ausführungsbeispiels wird vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen, wobei dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Claims

Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken (10) auf Härtetemperatur, welche mindestens eine komplexe Oberflächenkontur (16) mit schräg zu mindestens einer Stirnseite (12, 14) des Werkstücks (10) verlaufenden Oberflächenbereichen (32, 34) aufweist, in welchen induktiv eine oberflächennahe Enderwärmung in einer sich an die Oberflächenkontur anschließenden Einhärtezone (36) mit einer definierten Eindringtiefe (E) erfolgt, wobei die Enderwärmung in der Einhärtezone (36) zum Erreichen der Härtetemperatur führt, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Enderwärmung von der Stirnseite (12, 14) ausgehend eine Vorerwärmung im Bereich einer sich an die mindestens eine Stirnseite (12, 14) anschließenden Vorwärmzone (44) des Werkstücks (10) erfolgt und dass das Werkstück während der Existenz der Vorerwärmung in der Vorwärmzone (44) die Enderwärmung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorwärmzone (44) die Erwärmung auf eine Vorerwärmungstemperatur von mindestens 100°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung in der Vorwärmzone (44) inhomogen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorerwärmungstemperatur in einer ersten Zone (Z1), die an eine einen größeren Freiwinkel mit der Stirnseite (12, 14) einschließende Konturflanke (32) angrenzt, größer ist als in einer zweiten Zone (Z2), die an eine einen kleineren Freiwinkel mit der jeweiligen Stirnseite (12, 14) einschließende Konturflanke (34) angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmungstemperatur in der zweiten Zone (Z2) mindestens 100°C beträgt und dass die Vorerwärmungstemperatur in der ersten Zone (Z1) mindestens 100k höher ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung in Form eines Vorerwärmungspulses erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Enderwärmung spätestens nach einer Sekunde nach Beendigung des Vorerwärmungspulses erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung induktiv erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung durch ein durch die Stirnseite (12, 14) in die Vorwärmzone (44) eindringendes Magnetfeld (122, 124) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung durch ein in der Vorwärmzone (44) zumindest abschnittsweise parallel zur Stirnseite (12, 14) verlaufendes Magnetfeld (122, 124) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung durch einen der Stirnseite (12, 14) zugewandten Induktorsteg (62, 64) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorerwärmung ein Positionieren der Stirnseite (12, 14) vor dem Induktorsteg (62, 64) erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur eine Verzahnung (16) ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtiefe (VT) der Vorwärmzone (44) maximal 20% einer Verzahnungsbreite entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtiefe maximal 15% einer Verzahnungsbreite entspricht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enderwärmung durch eine magnetische Durchflutung der Oberflächenkontur (16) über ihre gesamte Ausdehnung quer zur mindestens einen Stirnseite (12, 14) erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enderwärmung mittels einer durch eine Stirnseite (12, 14) des Werkstücks (10) in dieses eindringenden und durch die gegenüberliegende Stirnseite (14, 12) austretenden Magnetfeldes (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enderwärmung durch einen der Oberflächenkontur (16) zugewandten Induktorsteg (54) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Enderwärmung durch einen im Abstand vor der Oberflächenkontur (16) angeordneten Induktorsteg (54) erfolgt.
Induktoranordnung (50) zum Erwärmen von Werkstücken (10) auf Härtetemperatur, welche mindestens eine komplexe Oberflächenkontur (16) mit schräg zu einer Stirnseite (12, 14) des Werkstücks (10) verlaufenden Oberflächenbereichen (32, 34) aufweist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor mindestens einen Induktorsteg (62, 64) zum Vorerwärmen des Werkstücks (10) und mindestens einen Induktorsteg (54) zum Enderwärmen des Werkstücks (10) aufweist, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass das Werkstück (10) in einer Vorerwärmstellung von einem Magnetfeld (122, 124) des mindestens einen Induktorstegs (62, 64) zum Vorerwärmen zumindest in einem Teilbereich seiner Stirnseite (12, 14) durchflutet ist und in einer Enderwärmstellung von dem Magnetfeld (110) des Induktorstegs (54) zum Enderwärmen zumindest in einem Teilbereich seiner Oberflächenkontur (16) durchflutet ist und dass das Werkstück (10) mit einer Transfereinheit (TE) von der Vorerwärmstellung in die Enderwärmstellung bewegbar ist.
Induktoranordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete Induktorstege (62, 64) zum Vorerwärmen vorgesehen sind, welche jeweils auf einander zugewandten Seiten das Magnetfeld (122, 124) für das Vorerwärmen des Werkstücks (10) erzeugen.
Induktoranordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorstege (62, 64) so relativ zueinander angeordnet sind, dass in der Vorerwärmstellung jede der Stirnseiten (12, 14) das Werkstücks (10) von dem Magnetfeld (122, 124) von jeweils einem der Induktorstege (62, 64) zum Vorerwärmen durchflutet ist.