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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lochabschreckbrause für eine Induktionshärteanlage gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine induktive Vorschubhärteanlage mit einer solchen Abschreckbrause.
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Um Werkstücke zu härten, kann beispielsweise eine Induktionshärteanlage verwendet werden, durch die ein komplettes Werkstück, aber auch einzelne Bereiche eines Werkstücks, beispielweise im Rahmen einer Vorschubhärteanlage, gehärtet werden können. Nach dem Erwärmen auf eine erforderliche Härtetemperatur ist es erforderlich, das Werkstück anschließend abzuschrecken. Beim Abschrecken wird ein Abschreckfluid, beispielsweise Wasser, auf das Werkstück mittels einer Brause aufgebracht.
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Es kann jedoch vorkommen, dass eine relativ stabile Dampfschicht während des Abschreckens zwischen der Brause und dem Werkstück gebildet wird. Dies wird auch als Leidenfrost-Effekt bezeichnet. Hierbei wird das Abschreckfluid auf die heiße, induktionserwärmte Fläche des Werkstücks aufgebracht, wobei eine rasche primäre Verdampfung erreicht wird, und nachfolgendes Abschreckfluid auf dem entstandenen Dampfpolster schwebt oder gleitet. Das Abschreckfluid kann somit nicht mehr auf das Werkstück gelangen und dieses abkühlen, sondern gleitet auf dem Dampfpolster über das heiße Material des Werkstücks auf dem Wasserdampf. Das Abkühlen des Werkstücks, welches in möglichst kurzer Zeit erfolgen soll, verlängert sich durch diesen Effekt. Daher kann es zu weicheren Bereichen in der Struktur des gehärteten Materials nach dem Abschrecken kommen. Dieser Effekt kann insbesondere bei induktiven Vorschubhärteanlagen durch die Bewegung der Abschreckbrause auftreten.
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Der oben genannte Effekt kann vermieden werden, indem das Abschreckfluid mit einem höheren Druck aufgebracht wird, der das Dampfpolster durchstößt. Allerdings entstehen auf diese Weise sehr punktuelle Abkühlbereiche, da sich das Abschreckfluid nicht gleichmäßig verteilt, sondern durch den hohen Druck in einzelnen Strahlen auf die abzukühlende Fläche auftrifft und dort wieder abprallt.
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Des Weiteren kann der Leidenfrost-Effekt vermieden werden, indem die Brause einen sehr hohen Sprühabstand zu dem Werkstück hat. Durch den großen Abstand spielt die Form der Düsen keine Rolle und es bildet sich kein Dampfpolster, da sich durch den Abstand das Abschreckfluid beliebig ausbreiten kann. Durch einen hohen Sprühabstand ist es jedoch eine gezielte Abkühlung bestimmter Bereiche des Werkstücks schwierig. Zusätzlich kann sich der Verbrauch an Abschreckfluid erhöhen.
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Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Abschreckbrause für eine Induktionshärteanlage bereitzustellen, mit der ein verbessertes Abkühlverhalten erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lochabschreckbrause für eine Induktionshärteanlage mit mehreren Brauselöchern gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die Lochabschreckbrause für eine Induktionshärteanlage weist mehrere Brauselöcher auf, durch die ein Abschreckfluid, beispielsweise Wasser, auf ein abzuschreckendes Werkstück aufbringbar ist. Die Brauselöcher sind dabei in Reihen und Spalten auf einer Oberfläche der Abschreckbrause angeordnet. Um nun zu verhindern, dass eine Dampfschicht zwischen dem abzuschreckenden bzw. abzukühlenden Werkstück und der Lochabschreckbrause gebildet wird, ist jedes Brauseloch in jeder Richtung gleichbeabstandet zu jedem direkt benachbarten Brauseloch ausgebildet.. Erwähnt sei hier, dass es mindestens einen ersten Bereich der Lochabschreckbrause gibt, in welchem die Brauselöcher in Reihen und Spalten auf einer Oberfläche der Abschreckbrause angeordnet sind und wobei in diesem Bereich jedes Brauseloch in jeder Richtung gleichbeabstandet zu jedem direkt benachbarten Brauseloch ausgebildet ist. Weiterhin kann es auch zweite Bereiche geben, beispielsweise Randbereiche oder Übergangsbereiche, in welchen die Brauselöcher in einer anderen Art und Weise angeordnet sind.
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Durch diese Anordnung der Brauselöcher zueinander wird der entstehende Dampf aus dem Bereich zwischen dem abzuschreckenden Werkstück und der Lochabschreckbrause abgeführt bzw. durch den Strahl des Abschreckfluids aus dem Bereich zwischen dem abzuschreckenden Werkstück und der Lochabschreckbrause hinausgedrückt. Da sich der entstehende Dampf nicht als Dampfpolster in diesem Bereich halten kann, kann nachfolgendes Abschreckfluids auf das Werkstück gelangen und dessen Oberfläche abkühlen. Somit wird der Abschreckvorgang im Vergleich zu bestehenden Brausen verkürzt und das Abkühlverhalten daher verbessert. Darüber hinaus kann durch diese Anordnung auch altes, bereits erwärmtes Abschreckfluid besser abfließen.
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Des Weiteren ist es mit dieser Ausgestaltung der Brauselöcher möglich, einen kurzen und minimalen Abstand, insbesondere 2 bis 5 mm, zwischen der Lochabschreckbrause und dem Werkstück zu erreichen. Das Abschreckfluid kann hierbei sehr gleichmäßig auf das Werkstück aufgebracht werden.
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Die Abschreckbrause kann aus Kunststoff, z.B. PA12, oder Metall, z.B. 1.4404, hergestellt werden. Insbesondere kann bei der Auswahl des Werkstoffs eine Temperatur des Abschreckfluids berücksichtigt werden. Bevorzugt kann die Abschreckbrause durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt für alle Brauselöcher, dass zwei nebeneinanderliegende Brauselöcher einer ersten Reihe und ein Brauseloch der nächsten zweiten Reihe, das zwischen den zwei Brauselöcher der ersten Reihe angeordnet ist, ein gleichseitiges Dreieck bilden. Durch diese Anordnung können Störungen der Fluidstrahlen untereinander, die aus den Brauselöchern austreten, verhindert werden. Durch die Anordnung der einzelnen Brauselöcher gibt es ein sehr geringes Risiko einer Wechselwirkung zwischen den Fluidstrahlen der einzelnen Brauselöchern. Auf diese Weise können auch Turbulenzen des Abschreckfluids in dem Kontaktbereich zwischen der Lochabschreckbrause und dem abzuschreckenden Werkstück vermieden werden. Dies verbessert ebenfalls das Abkühlverhalten, da solche Turbulenzen das Auftreffen des Abschreckfluids auf das Werkstück verzögern und/oder verändern können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Abstand zweier Brauselöcher in Spaltenrichtung doppelt so groß wie der Abstand zweier Brauselöcher in Reihenrichtung. Durch diesen Abstand und die damit verbundene Anordnung der Brauselöcher zueinander kann ebenfalls das Risiko von Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Brauselöchern bzw. dem aus den Brauselöchern austretenden Abschreckfluid vermieden werden. Turbulenzen des Abschreckfluids in dem Kontaktbereich zwischen dem abzuschreckenden Werkstück und der Lochabschreckbrause werden dadurch verringert.
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Die Größe und/oder Form und/oder Anzahl der Brauselöcher kann gemäß einer weiteren Ausführungsform über die Fläche der Abschreckbrause variieren. Insbesondere kann die Abschreckbrause zumindest einen ersten Bereich aufweisen, in dem die Größe und/oder Form und/oder Anzahl der Brauselöcher derart angepasst ist, dass ein erster Abschreckfluidaustrag mit einer ersten Fluidmenge und/oder einer ersten Fluidgeschwindigkeit erreicht ist, und zumindest einen zweiten Bereich aufweist, in dem die Größe und/oder Form und/oder Anzahl der Brauselöcher derart angepasst ist, dass ein zweiter Abschreckfluidaustrag mit einer zweiten Fluidmenge und/oder einer zweiten Fluidgeschwindigkeit erreicht ist. Durch diese variable Anordnung der Brauselöcher ist es möglich, die Abkühlrate über verschiedene Bereiche des abzuschreckenden Werkstücks zu variieren. Das Werkstück kann daher durch unterschiedliche Abkühlraten an unterschiedlichen Bereichen verschiedene Härtegrade aufweisen. Des Weiteren kann die Abkühlrate an die Größe und/oder Dicke verschiedener Bereiche des Werkstücks angepasst werden. Beispielsweise können gleichzeitig ein Bord und eine Lauffläche eines Rings gehärtet werden. Diese können dann sowohl dieselben als auch unterschiedliche Härtegrade aufweisen. Dies kann in einem einzigen Härte- und Abkühlvorgang erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an einer dem abzuschreckenden Werkstück zugewandt werdenden Fläche der Abschreckbrause mindestens ein Abstandshalter vorgesehen, der dazu ausgelegt ist, einen Mindestabstand zwischen der Abschreckbrause und dem abzuschreckenden Werkstück zu definieren. Auf diese Weise kann ein Mindestabstand zwischen der Abschreckbrause und dem abzuschreckenden Werkstück in jedem Fall gewährleistet werden. Der Mindestabstand stellt sicher, dass ein Dampfpolster, welches auf dem abzuschreckenden Werkstück entstehen kann, abfließen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Abschreckbrause an mindestens einem Brauseloch, vorzugsweise an allen Brauselöcher, eine noppenförmige Erhebung auf, in der das Brauseloch ausgebildet ist. Durch diese noppenförmige Erhebung wird das Abschreckfluid in einem möglichst geraden Strahl aus den Brauselöchern ausgestoßen. Dies kann Turbulenzen des Abschreckfluids zwischen den einzelnen Brauselöchern weiter verringern. Es kann also eine definierte Ausstoßrichtung erreicht werden, statt einen in verschiedene Richtungen zielenden Sprühregen des Abschreckfluids auszugeben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abschreckbrause für ein Abschrecken eines induktiv zu härtenden Lagerings ausgebildet und weist eine erste flächige Abschreckfläche und eine zweite flächige Abschreckfläche auf, die winklig zueinander angestellt sind und über eine Verbindungsfläche miteinander verbunden sind, wobei jede der Flächen eine Vielzahl von Brauselöchern aufweist. Durch die winklige Anstellung der beiden Abschreckflächen kann eine optimale Führung der Abschreckbrause an dem Lagerring entlang gewährleistet werden. Die Form der Abschreckbrause ist dabei möglichst genau an die Form eines Lagerings angepasst. Insbesondere ist die erste flächige Abschreckfläche zum Abschrecken einer Laufbahn des induktiv zu härtenden Lagerrings ausgelegt und die Verbindungsfläche zum Abschrecken eines Haltebordes des induktiv zu härtenden Lagerrings ausgelegt. Auf diese Weise können verschiedene Materialien, Größen, Formen etc. eines Werkstücks abgeschreckt werden, wobei die Abschreckbrause bzw. die Abschreckfluidausgabe entsprechend angepasst bzw. entlanggeführt werden kann. Durch die verschiedenen Flächen ist es möglich, die Abschreckbrause sehr eng an dem Werkstück bzw. den unterschiedlichen Bereichen des Werkstücks entlangzuführen und gleichzeitig eine optimale Anpassung der Abkühlung an diese Bereiche durchzuführen. Insbesondere ist die Abschreckfluidbrause für große Werkstücke geeignet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine induktive Vorschubhärteanlage mit mindestens einer wie oben beschriebenen Abschreckbrause vorgeschlagen. Werden mehrere Abschreckbrausen verwendet, können mehrere Bereiche eines einzelnen Werkstücks gleichzeitig abgeschreckt werden. Die Vorschubhärteanlage kann insbesondere mit einer (oder auch mehreren) Abschreckbrausen arbeiten, die sich zum Beispiel gegenläufig zu einem elektrischen Leiter, der das Werkstück erwärmt, bewegen. Andere Bewegungsrichtungen, z.B. oszillierend sind ebenfalls möglich.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Draufsicht einer Abschreckbrause; und
- 2: eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts der Abschreckbrause von 1.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Abschreckbrause 1 und 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Abschreckbrause 1 von 1. Die Abschreckbrause 1 weist mehrere Brauselöcher 2 auf, durch die ein Abschreckfluid auf ein abzuschreckendes Werkstück (nicht gezeigt) aufbringbar ist. Die Brauselöcher 2 sind dabei in Reihen R und Spalten S auf einer Oberfläche der Abschreckbrause 1 angeordnet.
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Um zu verhindern, dass beim Auftreffen des Abschreckfluids auf dem abzuschreckenden Werkstück ein Dampfpolster entsteht, welches nachfolgendes Abschreckfluids davon abhält, das abzuschreckende Werkstück zu erreichen, sind in der hier vorgeschlagenen Abschreckbrause 1 die Brauselöcher 2 derart angeordnet, dass jedes Brauseloch 2 in jeder Richtung gleichbeabstandet zu jedem direkt benachbarten Brauseloch 2 ausgebildet ist.
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Das bedeutet, dass der Abstand d von jedem Brauseloch zu jedem direkt benachbarten Brauseloch 2 gleich ist.
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Durch diese Anordnung der Brauselöcher 2 kann erreicht werden, dass der beim Auftreffen auf das Werkstück entstehende Dampf des Abschreckfluids aus dem Bereich zwischen dem abzuschreckenden Werkstück und der Abschreckbrause 1 abgeführt wird bzw. durch den Strahl des Abschreckfluids aus diesem Bereich hinaus gedrückt wird. Der entstehende Dampf kann sich nicht als Dampfpolster halten, sodass nachfolgendes Abschreckfluids auf das Werkstück gelangen und dessen Oberfläche abkühlen kann. Durch diese Anordnung der Brauselöcher 2 ist es des Weiteren möglich, die Abschreckbrause 1 möglichst nah an das Werkstück heranzuführen, insbesondere mit einem minimalen Abstand von 2-5 mm.
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Des Weiteren können zwei nebeneinanderliegende Brauselöcher 2 einer ersten Reihe R1 und ein Brauseloch der nächsten zweiten Reihe R2, das zwischen den zwei Brauselöchern 2 der ersten Reihe R1 angeordnet ist, ein gleichseitiges Dreieck D bilden. Durch diese Anordnung können Störungen der Fluidstrahlen untereinander, die aus den Brauselöchern 2 austreten, verhindert werden. Eine Wechselwirkung zwischen den Fluidstrahlen und Turbulenzen des Abschreckfluids in dem Kontaktbereich zwischen der Abschreckbrause 1 und dem abzuschreckenden Werkstück können vermieden werden.
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Des Weiteren ist der Abstand a zweier Brauselöcher 2 in Spaltenrichtung S doppelt so groß wie der Abstand b zweier Brauselöcher 2 in Reihenrichtung R. Durch diese Abstände a, b und die damit verbundene Anordnung der Brauselöcher 2 zueinander wird das Risiko von Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Brauselöchern 2 bzw. dem aus diesen austretenden Abschreckfluid vermieden.
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Bevorzugt kann die Abschreckbrause 1 verschiedene Bereiche 4, 6, 8 aufweisen, die in der Größe und/oder Form und/oder Anzahl der Brauselöcher 2 variieren kann. Auf diese Weise kann die Abschreckbrause 1 den Abschreckfluidaustrag in verschiedenen Bereichen 4, 6, 8 an ein Werkstück anpassen. Der Abschreckfluidaustrag kann in der Fluidmenge und/oder der Fluidgeschwindigkeit variieren. Auf diese Weise können durch die variable Anordnung der Brauselöcher 2 die Abkühlraten über verschiedene Bereiche des abzuschreckenden Werkstücks variiert werden.
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Die Bereiche 4, 8 und der dazwischen liegende Bereich 6 können winklig zueinander angestellt sein, wobei der Bereich 6 eine Verbindungsfläche zwischen den zwei winklig zueinander angestellten Bereichen 4, 8 darstellt. Durch die winklige Anstellung der beiden Bereiche bzw. Abschreckflächen 4, 8 kann eine optimale Führung der Abschreckbrause 1 an dem Werkstück, beispielsweise einem Lagerring, entlang gewährleistet werden. Die Form der Abschreckbrause 1 kann dadurch an die Form beispielsweise eines Lagerings angepasst werden.
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Die Abschreckbrause 1 kann des Weiteren einen oder mehrere Abstandshalter 10 aufweisen. Dieser dient dazu, einen Mindestabstand zwischen der Abschreckbrause 1 und dem abzuschreckenden Werkstück zu definieren. Der Mindestabstand stellt sicher, dass ein Dampfpolster, welches auf dem abzuschreckenden Werkstück entstehen kann, abfließen kann.
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Die Abschreckbrause 1 der 1 wird hierbei relativ zum abzuschreckenden Werkstück entlang der Reihenrichtung R der Reihen bewegt. Es ist jedoch auch möglich, die Reihen R und Spalten S der Brauselöcher auf der Abschreckbrause so anzuordnen, dass die Abschreckbrause relativ zum abzuschreckenden Werkstück entlang der Spaltenrichtung S bewegt wird. Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, dass durch den kleineren Abstand der Löcher in Reihenrichtung R, welche dann senkrecht zur Bewegungsrichtung ist, und zusätzlich der dann um einen halben Abstand benachbarter Löcher versetzten nächsten Reihe senkrecht zur Bewegungsrichtung ein sehr gleichmäßig verteilter Abschreckstrom auf das Werkstück trifft. Weiterhin wird der größere Abstand der Löcher in Spaltenrichtung S durch die Bewegung in Spaltenrichtung kompensiert, da dieselbe Stelle vom nächsten Brauseloch der Spalte ebenfalls überfahren wird.
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Die Brauselöcher 2 können eine noppenförmige Erhebung 12 aufweisen, wie sie in 2 dargestellt ist. In der Mitte der noppenförmigen Erhebung 12 ist eine Öffnung 14 vorgesehen, um das Abschreckfluid auszugeben. Durch die noppenförmigen Erhebungen 12 wird das Abschreckfluid in einem möglichst geraden Strahl aus den Brauselöchern 2 ausgesto-ßen. Durch dieses gerade Ausstoßen des Abschreckfluids kann eine definierte Ausstoßrichtung erreicht werden, wodurch Turbulenzen des Abschreckfluids zwischen den einzelnen Brauselöchern 2 weiter verringert werden können.
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Durch die hierin vorgeschlagene Abschreckbrause und die spezielle Anordnung der Brauselöcher zueinander können Verwirbelungen bzw. Störungen des Abschreckfluids zwischen den Brauselöchern verhindert werden. Des Weiteren kann erreicht werden, dass Dampf, der beim Auftreffen des Abschreckfluids auf dem abzuschreckenden Werkstück entstehen kann, besser abfließen kann. Die Abkühlrate des Werkstücks kann dadurch verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abschreckbrause
- 2
- Brauselöcher
- 4
- Bereich
- 6
- Bereich
- 8
- Bereich
- 10
- Abstandshalter
- 12
- Erhebung
- 14
- Öffnung
- a, b
- Abstand
- d
- Abstand
- D
- Dreieck
- R, R1, R2
- Reihe
- S
- Spalte
