DE102019201999A1 - Vorrichtung und Verfahren zum induktiven Schusshärten von Wälzlagerlaufbahnen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum induktiven Schusshärten von Wälzlagerlaufbahnen Download PDF

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Bernd Stakemeier
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Abstract

Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn eines Wälzlagerrings, wobei die Vorrichtung (1) einen ringförmigen Induktor (3) mit einer Induktionsfläche (4) aufweist, die zum induktiven Einbringen von Wärme in eine die Wälzlagerlaufbahn umfassende Härtezone des Wälzlagerrings der Wälzlagerlaufbahn gegenüberliegend positionierbar ist, wobei die Induktionsfläche (4) in Richtung der Breite der Wälzlagerlaufbahn zumindest abschnittsweise eine konkave Form aufweist zur Vergleichmäßigung der Härtetiefe der Härtezone über die Laufbahnbreite.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum induktiven Schusshärten von Wälzlagerlaufbahnen.
  • Zum Härten von Werkstücken aus Stahl werden diese zunächst stark erhitzt. Dabei wandelt sich das bei Raumtemperatur vorliegende Gefüge in Austenit um, in welchem mehr Kohlenstoff gelöst werden kann als in Ferrit. Weiterhin wird beim Erhitzen Zementit aufgelöst, dessen Kohlenstoff mit dem entstandenen Austenit in Lösung geht. Schreckt man nun den heißen Stahl schnell ab, bleibt dem Kohlenstoff keine Zeit zur Diffusion, so dass eine Entmischung des Austenits und des Kohlenstoffs ins Ferrit und Zementit unterbunden wird. Das Gitter des Eisens kann nicht in das kubisch-raumzentrierte Ferrit übergehen, es entsteht stattdessen Martensit mit einem tetragonal-verzerrten kubisch-raumzentrierten Gitter, welches durch den Kohlenstoff verspannt ist.
  • Beim induktiven Härten wird das Werkstück mittels eines hochfrequenten Wechselstroms erhitzt, der durch eine Spule eines Induktors geleitet wird. Dadurch werden magnetische Wechselfelder erzeugt, die Wirbelströme im Werkstück induzieren, welche das Werkstück erhitzen.
  • Beim Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn, auch Standumlaufhärten genannt, ist die Laufbahn relativ zu einem ringförmigen Induktor so angeordnet, dass der Induktor die gesamte Härtezone und damit den gesamten Laufbahnbereich des Wälzlagerrings erwärmt. Der Wärmeeintrag erfolgt über den gesamten Umfang der zu härtenden Oberfläche gleichzeitig. Dabei kann der Induktor sowohl außen als auch innen relativ zum Werkstück platziert und das Werkstück in Rotation versetzt werden. Möglich ist aber auch, dass sowohl Induktor als auch Wälzlagerring während des Härtevorgangs beide fest stehen. Das Schusshärten zeichnet sich durch einen schnellen und besonders gleichmäßigen Wärmeeintrag in den Wälzlagerring aus.
  • Im Unterschied dazu wird beim sogenannten Vorschubhärten der Wälzlagerring im Vorschubbetrieb an einem Induktor vorbeigeführt, der jeweils nur einen Umfangsabschnitt der Wälzlagerlaufbahn erhitzt. Verfahrensbedingt verbleibt beim Vorschubhärten am Anfang/Ende des Umlaufs des Wälzlagerrings ein kurzer ungehärteter Bereich, der sogenannte Schlupf.
  • Bei den bekannten Härtungsverfahren für Wälzlagerlaufbahnen treten häufig ungleichmäßige Verläufe in der Härtetiefe in Richtung der Laufbahnbreite auf. Derartige Ungleichmäßigkeiten können die Belastbarkeit und die Lebensdauer der Wälzlager negativ beeinflussen.
  • Um die Ungleichmäßigkeiten im Verlauf der Härtetiefe zu reduzieren, ist es beim Vorschubhärten bekannt, den Induktor auf empirischer Basis gegenüber der Wälzlagerlaufbahn schrägzustellen. Durch den geringeren Abstand zwischen Induktor und Wälzlagerring auf einer Seite der Laufbahn und einen entsprechend größeren Abstand zwischen Induktor und Wälzlagerring auf der anderen Seite können so in Richtung der Laufbahnbreite stetig ansteigende bzw. abfallende Ungleichmäßigkeiten in der Härtetiefe ausgeglichen werden. Für das Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn mit ringförmigen Induktor ist dieses Verfahren allerdings ungeeignet, da eine Schrägstellung des ringförmigen Induktors auch in Umfangsrichtung zu unterschiedlichen Abständen führt.
  • DE 102 28 333 C1 offenbart daher ein Verfahren zum induktiven Schusshärten, bei dem der Induktor eine zur Oberfläche der zu härtenden Wälzlagerlaufbahn schräg stehende, kegelstumpfförmige Induktionsfläche aufweist. Ein weiterer Ansatz zur Vergleichmäßigung der Härtung ist eine Regelung und Steuerung des Stromes eines Induktors mit zwei Spulen, wie sie in WO 2016/177733 A1 beschrieben ist.
  • Nachteilig ist, dass mit den vorgenannten Verfahren nur über die Laufbahnbreite stetig zu- bzw. abnehmende Veränderungen der Härtetiefe ausgeglichen werden können. Gleichgerichtete Ungleichmäßigkeiten, die an beiden Laufbahnrändern auftreten, können nicht berücksichtigt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen und eine Möglichkeit zur Härtung einer Wälzlagerlaufbahn mit einer sehr guten Gleichmäßigkeit bieten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum induktiven Schusshärten von Wälzlagerlaufbahnen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Durch die zumindest abschnittsweise konkave Form der Induktionsfläche in Richtung der Breite der Wälzlagerlaufbahn, können beide Ränder der Induktionsfläche während des Härtens näher an die Wälzlagerlaufbahn herangeführt werden als ein innerer Bereich der Induktionsfläche. Dabei ist die Induktionsfläche, von welcher aus die Wirbelströme angeregt werden, dem Wälzlagerring zugewandt. Hierdurch können prinzipbedingte Ungleichmäßigkeiten der Härtetiefe in den Randbereichen besser ausgeglichen werden.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zum einen das von dem Induktor erzeugte Magnetfeld im Bereich der Ränder der Induktionsfläche eine schwächere Magnetfeldstärke aufweist, wodurch dort weniger Wärme eingebracht wird, und zum anderen die Randbereiche der Wälzlagerlaufbahn durch Wärmeleitung in umliegende Bereiche des Wälzlagerrings die eingebrachte Wärme schneller ableiten, was bei den bekannten Härteverfahren an den Laufbahnrändern zu einer reduzierten Härtetiefe führt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet demgegenüber durch die zumindest teilweise konkave Form der Induktionsfläche die Möglichkeit, in diesen Randbereichen die Feldliniendichte des Magnetfeldes zu erhöhen und somit eine tiefer reichende Erwärmung zu bewirken. Tief bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung in eine Richtung orthogonal zur dem Induktor zugewandten Oberfläche des Wälzlagerrings in den Wälzlagerring hinein.
  • Konkav bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass alle Bereiche zwischen zwei Randbereichen auf einer gemeinsamen Seite einer die beiden Randbereiche verbindenden Gerade liegen. Die gemeinsame Seite der Geraden ist hier die Seite, welche vom Wälzlagerring abgewandt ist. Der konkave Teil der Induktionsfläche ist also eine Einbuchtung. Somit wird eine durch Randeffekte bedingte geringere Feldliniendichte am Rand der Induktionsfläche und damit eine geringere Tiefe der Erwärmung dadurch ausgeglichen, dass sich die Induktionsfläche in diesen Bereichen näher am Wälzlagerring befindet.
  • Vorzugsweise umfasst der Induktor mindestens einen ringförmig ausgebildeten Hohlleiter, der eine mit einem Kühlmedium durchströmbare Induktionsspule bildet. Dadurch kann der Induktor während des Härtungsvorganges effektiv gekühlt werden. Dabei kann mindestens eine Außenfläche des Hohlleiters die Induktionsfläche des Induktors bilden. Vorzugsweise ist der Hohlleiter aus Kupfer oder einem kupferhaltigen Material gefertigt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein separater Kühlleiter vorgesehen sein.
  • Denkbar ist, dass die konkave Form symmetrisch ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft für die Härtung von radialen Laufbahnen, bei denen der Wärmeverlust durch Wärmeleitung an beiden Rändern im Wesentlichen gleich ist.
  • Denkbar ist aber auch, dass die konkave Form asymmetrisch ist. Denkbar ist, dass die konkave Form im Wesentlichen stetig ist. Denkbar ist weiterhin, dass die konkave Form kurvenförmig ist, wobei ferner denkbar ist, dass die konkave Form symmetrisch kurvenförmig oder asymmetrisch kurvenförmig ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die ringförmige Induktionsfläche eine radiale Erstreckung aufweist und die konkave Form der Induktionsfläche zur Vergleichmäßigung der Härtetiefe unter Berücksichtigung einer sich im Betrieb der Vorrichtung in dem Hohlleiter einstellenden radialen Stromverteilung ausgebildet ist. Insbesondere kann mit einer über die Laufbahnbreite asymmetrischen konkaven Form, die von der radialen Stromverteilung in der Wälzkörperlaufbahn hervorgerufene Magnetfeldstärke vergleichmäßigt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Induktionsfläche Bleche, vorzugsweise Kupferbleche, mechanisch fixiert sind. Die Bleche sind vorzugsweise auf die Induktionsfläche geschweißt und/oder genietet und/oder geklemmt und/oder gelötet. Diese Bleche können einfach und schnell dort angebracht werden, wenn eine tiefere Erwärmung des Wälzlagerrings benötigt wird. Das lokale Aufbringen der Bleche bringt die Induktionsfläche dort effektiv näher an den Wälzlagerring heran. Zudem wird hierdurch das Magnetfeld verstärkt, was zu einem erhöhten Stromeintrag führt. Vorzugsweise sind die Bleche über den Umfang des ringförmigen Induktors verteilt und beabstandet zueinander angeordnet.
  • Bei einer relativen Drehung von Wälzlagering und Induktor zueinander während des Härtungsvorgangs können durch die Fixierung von Blechen auf der Induktionsfläche ausgewählte Bereiche der Laufbahnbreite über den gesamten Umfang des Wälzlagerrings gezielt mit einer höheren Härtetiefe gehärtet werden. Durch Einsatz der Bleche kann somit eine weitere Vergleichmäßigung der Härtetiefe erreicht werden. Vorzugsweise bestehen die Bleche aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktionsfläche eine zumindest abschnittsweise konkav geformte Induktionshauptfläche und eine Induktionsseitenfläche aufweist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, die Induktionsfläche unterschiedlichen Gegebenheiten des Wälzlagerrings anzupassen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktionshauptfläche und die Induktionsseitenfläche unter einem Winkel zueinander angeordnet sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise das gleichzeitige Härten von mehreren Bereichen von Wälzlagerringen mit komplexen Geometrien. Denkbar wäre beispielsweise eine L-förmige oder eine U-förmige Geometrie zu härten. Zum gleichmäßigen Härten einer U-förmigen Geometrie wäre denkbar, dass die Vorrichtung eine erste Induktionsseitenfläche und eine zweite Induktionsseitenfläche aufweist. Dazu ist denkbar, dass die erste Induktionsseitenfläche und die zweite Induktionsseitenfläche an gegenüberliegenden Seiten der Induktionshauptfläche angeordnet sind und die erste Induktionsseitenfläche in einem ersten Winkel zur Induktionshauptfläche angeordnet ist und die zweite Induktionsseitenfläche in einem zweiten Winkel zur Induktionshauptfläche angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktionsseitenfläche zumindest abschnittsweise eine konvexe Form aufweist. Konvex bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass alle Bereiche zwischen zwei Randbereichen auf einer gemeinsamen Seite einer die beiden Randbereiche verbindenden Geraden liegen und dabei dem Wälzlagerring näher angeordnet sind als die Randbereiche. Der konvexe Teil der Induktionsfläche ist also eine Ausbuchtung. Wird ein L-förmiger Bereich gehärtet, können so formbedingte geringere Tiefen bei der Erwärmung des Winkelbereichs des L-förmigen Bereichs durch eine nähere Anordnung der Induktionsfläche im Winkelbereich an dem Wälzlagerring kompensiert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktionsseitenfläche einen an die Induktionshauptfläche angrenzenden Eckbereich und einen Mittelbereich aufweist, wobei die Induktionsseitenfläche im Eckbereich eine konvexe Form aufweist und im Mittelbereich eine konkave Form aufweist. Dies ermöglicht es, durch Randeffekte verringerte Tiefen bei der Erwärmung und formbedingte verringerte Tiefen bei der Erwärmung des Winkelbereichs des L-förmigen Bereichs durch eine nähere Anordnung der Induktionsseitenfläche im Randbereich und im Winkelbereich an dem Wälzlagerring zu kompensieren.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11, bei dem der Wälzlagerring im Bereich einer die Wälzlagerlaufbahn umfassenden Härtezone von der Vorrichtung induktiv erwärmt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass durch die zumindest abschnittsweise konkave Form der Induktionsfläche, die äußeren Bereiche des konkaven Abschnitts der Induktionsfläche näher an dem Wälzlagerring angeordnet werden als die Bereiche zwischen den äußeren Bereichen des konkaven Abschnitts.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in einem Anpassungsschritt vor dem induktiven Erwärmen des Wälzlagerrings die konkave Form der Induktionsfläche der geometrischen Form der Wälzkörperlaufbahn so angepasst wird, dass dadurch die Härtetiefe in der Härtezone vergleichmäßigt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die konkave Form der Induktionsfläche durch Aufbringen von Blechen, vorzugsweise von Kupferblechen, angepasst wird. Diese Bleche können einfach und schnell dort angebracht werden, wo eine tiefere Erwärmung des Wälzlagerrings benötigt wird. Das lokale Aufbringen der Bleche bringt die Induktionsfläche dort effektiv näher an den Wälzlagerring heran. Denkbar ist, dass die Bleche an die Induktionsfläche geklemmt und/oder geschraubt und/oder genietet und/oder geschweißt bzw. gelötet werden.
  • Alle vorstehenden Ausführungen unter „Offenbarung der Erfindung“ gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Härten.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß dem Stand der Technik,
    • 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
    • 4 zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß dem Stand der Technik,
    • 5 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
    • 6 zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung zum induktiven Härten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß dem Stand der Technik,
    • 7 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn eines Wälzlagerrings dargestellt. Die dargestellte Vorrichtung 1 ist insbesondere geeignet zum Härten eines Außenrings eines Rollenlagers. Die Vorrichtung weist einen ringförmigen Induktor 3 mit einer Induktionsfläche 4 auf, die zum induktiven Einbringen von Wärme in eine die Wälzlagerlaufbahn umfassende Härtezone des Wälzlagerrings der Wälzlagerlaufbahn gegenüberliegend positionierbar ist. Die Induktionsfläche 4 weist in Richtung der Breite der Wälzlagerlaufbahn eine zumindest abschnittsweise konkave Form auf zur Vergleichmäßigung der Härtetiefe der Härtezone über die Laufbahnbreite.
  • Der Induktor 3 gemäß 1 umfasst einen ringförmig ausgebildeten Hohlleiter 6, der eine mit einem Kühlmedium durchströmbare Induktionsspule bildet. Die dargestellte Induktionsspule ist einwindig ausgebildet. Denkbar sind aber auch zwei- oder mehrwindige Spulen. Der Hohlleiter 6 ist an den Anschlüssen 8 mit einer Spannungsversorgung verbindbar, die den für die induktive Erwärmung verwendeten hochfrequenten Wechselstrom bereitstellt. Üblicherweise werden Wechselströme mit Frequenzen im Bereich von 2 bis 10 kHz verwendet. Ein Kühlmedium kann ebenfalls über die Anschlüsse 8 zu- bzw. abgeführt werden. Die beiden Anschlüsse 8 werden vorzugsweise durch einen Isolator getrennt so nah aneinander angeordnet, dass während des Betriebs im Wälzlagerring eine geschlossene Erhitzungszone entsteht.
  • Wie in 1 dargestellt können auf der Induktionsfläche 4 Bleche 7, vorzugsweise Kupferbleche, mechanisch fixiert sein. Die Bleche 7 sind vorzugsweise über den Umfang des ringförmigen Induktors 3 verteilt und beabstandet zueinander angeordnet.
  • In 2 ist eine Vorrichtung 1 zum induktiven Schusshärten einer radialen Wälzlagerlaufbahn gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Induktor 3 der Vorrichtung 1 ist in Richtung der Laufbahnbreite im Wesentlichen eben ausgebildet und ist mit der Induktionsfläche 4 parallel zu der zu härtenden Wälzlagerlaufbahn ausgerichtet. Ein den Induktor an der Induktionsfläche 4 durchfließender Wechselstrom erzeugt magnetische Wechselfelder (nicht gezeigt), die Wirbelströme (nicht gezeigt) in der Härtezone 5 des Wälzlagerrings 2 induzieren. Die Härtezone 5 wird durch die Wirbelströme erhitzt. Durch Inhomogenitäten im Magnetfeld und die erhöhte Wärmeableitung in den den Randbereichen der Induktionsfläche 4 gegenüberliegenden Abschnitten des Wälzlagerrings 2 ergibt sich dort eine geringere Härtetiefe der Härtezone 5. Die Härtetiefe der Härtezone 5 in Richtung der Laufbahnbreite ist daher ungleichmäßig.
  • In 3 ist eine Vorrichtung 1 zum induktiven Schusshärten einer radialen Wälzlagerlaufbahn gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung skizziert. Die Induktionsfläche 4 ist konkav geformt und ist damit an den Randbereichen näher am Wälzlagerring 2 angeordnet als in einem inneren Bereich der Induktionsfläche 4. Damit ergibt sich eine deutlich gleichmäßigere Härtetiefe der Härtezone 5 über die Laufbahnbreite als in dem in 2 gezeigten Stand der Technik.
  • In 4 ist eine Vorrichtung 1 zum induktiven Schusshärten einer axialen Wälzlagerlaufbahn gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Wie in 2 ist der Induktor 3 der Vorrichtung 1 in Richtung der Laufbahnbreite im Wesentlichen eben ausgebildet und ist mit der Induktionsfläche 4 parallel zu der zu härtenden Wälzlagerlaufbahn ausgerichtet. Im Unterschied zu 2 weist die Induktionsfläche 4 gemäß 4 eine radiale Erstreckung auf. Dies hat zur Folge, dass sich bei Betrieb der Vorrichtung in dem Induktor eine radiale Stromverteilung ergibt, da ein radial innerer Abschnitt der Induktionsfläche 4 dem elektrischen Strom aufgrund des kürzeren Weges einen geringeren Widerstand entgegensetzt als ein radial äußerer Abschnitt. Aufgrund der radialen Stromverteilung ergibt sich eine über die Laufbahnbreite asymmetrisch verteilte Härtetiefe in der Härtezone 5.
  • In 5 ist eine Vorrichtung 1 zum induktiven Schusshärten einer radialen Wälzlagerlaufbahn gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung skizziert, bei dem die Induktionsfläche 4 eine radiale Erstreckung aufweist. Die konkave Form der Induktionsfläche 4 ist zur Vergleichmäßigung der Härtetiefe unter Berücksichtigung der sich im Betrieb der Vorrichtung 1 in dem als Hohlleiter ausgebildeten Induktor 3 einstellenden radialen Stromverteilung ausgebildet. Die Induktionsfläche 4 weist eine über die Laufbahnbreite asymmetrische konkave Form auf, durch die die von der radialen Stromverteilung induzierte Härtetiefe vergleichmäßigt ist.
  • In 6 ist eine weitere Vorrichtung 1 zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Wälzlagerring 2 weist eine L-förmige Laufbahn auf. Aufgrund des erhöhten Wärmeabflusses in den Wälzlagerring 2 ist die Härtezone 5 insbesondere im Bereich des Winkels der L-förmigen Wälzlagerlaufbahn reduziert.
  • In 7 ist eine Vorrichtung 1 zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung skizziert. Die Wälzlagerlaufbahn ist L-förmig. Die Induktionshauptfläche 4' der Induktionsfläche 4 des Induktors 3 ist konkav geformt, was zu einer gleichmäßigen Härtezone 5 im sich radial erstreckenden Bereich des Wälzlagerrings 2 führt. Die sich einstellende asymmetrische Stromverteilung im Induktor 3 wird durch den erhöhten Wärmeabfluss im Bereich des Winkels der L-Form kompensiert, so dass sich in diesem Fall eine nahezu konstante Härtetiefe mit einer symmetrischen konkaven Form erzielen lässt. Zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Härtezone 5, insbesondere im Bereich des Winkels des im Querschnitt L-förmigen Wälzlagerrings 2, weist die Induktionsfläche 4 weiterhin die Induktionsseitenfläche 4" auf, welche konvex geformt ist. Dies, zusammen mit dem Blech 7 ergibt eine sehr gleichmäßige Härtezone 5 im gesamten zu härtenden Bereich des Wälzlagerrings 2.
  • Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der ringförmige Induktor an einzelnen Umfangsabschnitten oder über den gesamten Umfang mit einem Feldverstärkungsmaterial umgeben sein, um das von dem Induktor erzeugte Magnetfeld auf den Wälzlagerring zu konzentrieren. Vorzugsweise ist der Induktor U- oder L-förmig von dem Feldverstärkungsmaterial umgeben, wobei die Öffnung der U- bzw. L-Form zu der zu härtenden Wälzlagerlaufbahn gerichtet ist. Als Feldverstärkungsmaterial können ferromagnetische Materialen wie beispielsweise Trafoblech, oder vorzugsweise ferromagnetische Kunststoffe eingesetzt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Wälzlagerring
    3
    Induktor
    4
    Induktionsfläche
    4'
    Induktionshauptfläche
    4"
    Induktionsseitenfläche
    5
    Härtezone
    6
    Hohlleiter
    7
    Blech
    8
    Anschlüsse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10228333 C1 [0008]
    • WO 2016/177733 A1 [0008]

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn eines Wälzlagerrings (2), wobei die Vorrichtung (1) einen ringförmigen Induktor (3) mit einer Induktionsfläche (4) aufweist, die zum induktiven Einbringen von Wärme in eine die Wälzlagerlaufbahn umfassende Härtezone (5) des Wälzlagerrings (2) der Wälzlagerlaufbahn gegenüberliegend positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsfläche (4) in Richtung der Breite der Wälzlagerlaufbahn zumindest abschnittsweise eine konkave Form aufweist zur Vergleichmäßigung der Härtetiefe der Härtezone (5) über die Laufbahnbreite.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (3) mindestens einen ringförmig ausgebildeten Hohlleiter (6) umfasst, der eine mit einem Kühlmedium durchströmbare Induktionsspule bildet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Außenfläche des Hohlleiters (6) die Induktionsfläche (4) des Induktors bildet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsfläche (4) eine radiale Erstreckung aufweist und die konkave Form der Induktionsfläche (4) zur Vergleichmäßigung der Härtetiefe unter Berücksichtigung einer sich bei Betrieb der Vorrichtung in dem Hohlleiter (6) einstellenden radialen Stromverteilung ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Induktionsfläche (4) Bleche (7), vorzugsweise Kupferbleche, mechanisch fixiert sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (7) über den Umfang des ringförmigen Induktors (3) verteilt und beabstandet zueinander angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsfläche (4) eine zumindest abschnittsweise konkav geformte Induktionshauptfläche (4') und eine Induktionsseitenfläche (4") aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionshauptfläche (4') und die Induktionsseitenfläche (4") unter einem Winkel zueinander angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsseitenfläche (4") zumindest abschnittsweise eine konvexe Form aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsseitenfläche (4") einen der Induktionshauptfläche (4') benachbarten Eckbereich und einen Mittelbereich aufweist, wobei die Induktionsseitenfläche (4") im Eckbereich eine konvexe Form aufweist und im Mittelbereich eine konkave Form aufweist.
  11. Verfahren zum induktiven Schusshärten einer Wälzlagerlaufbahn eines Wälzlagerrings (2) mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerring (2) im Bereich einer die Wälzlagerlaufbahn umfassenden Härtezone (5) von der Vorrichtung (1) induktiv erwärmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Anpassungsschritt vor dem induktiven Erwärmen des Wälzlagerrings (2) die geometrische Form der Induktionsfläche (4) der geometrischen Form der Wälzkörperlaufbahn so angepasst wird, dass dadurch die Härtetiefe in der Härtezone (5) vergleichmäßigt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die geometrische Form der Induktionsfläche (4) durch Aufbringen von Blechen (7), vorzugsweise von Kupferblechen, angepasst wird.
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