DE102022210900A1 - Component for a mechanical device - Google Patents
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Abstract
Die Offenbarung beschreibt ein Bauelement (100) für eine mechanische Vorrichtung, wobei das Bauelement (100) zumindest teilweise aus Stahl besteht, und eine oder mehrere kreisrunde Ausnehmungen (102-105) zur Aufnahme einer Schraube aufweist. Zudem ist der Stahl für eine jeweilige kreisrunde Ausnehmung (102-105) in einem die jeweilige kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgebenden ersten Bereich (106-109) gehärtet und in einem den ersten Bereich unmittelbar umgebenden zweiten Bereich (110) ungehärtet.The disclosure describes a component (100) for a mechanical device, wherein the component (100) consists at least partially of steel and has one or more circular recesses (102-105) for receiving a screw. In addition, the steel for a respective circular recess (102-105) is hardened in a first region (106-109) immediately surrounding the respective circular recess and is unhardened in a second region (110) immediately surrounding the first region.
Description
Diese Offenbarung befasst sich mit einem Bauelement für eine mechanische Vorrichtung, einer Fertigungsvorrichtung zur Fertigung dieses Bauelementes sowie einem Verfahren zur Herstellung dieses Bauelements.This disclosure relates to a component for a mechanical device, a manufacturing device for manufacturing this component and a method for manufacturing this component.
Große Bauteile von Maschinen werden häufig über Schraubverbindungen miteinander verbunden. Hierfür sind Löcher, im Folgenden auch als Ausnehmungen bezeichnet, in den Bauteilen erforderlich. Ist das Basismaterial Stahl und ist die Maschine Umwelteinflüssen wie Regen und Temperaturschwankungen oder dynamischen Belastungen ausgesetzt, kann sich Korrosion in den Löchern bilden und der Ausgangspunkt für schnell wachsende Risse im Material sein. Die Folgen einer Ausdehnung der Risse sind fast immer katastrophal, da die Integrität der Maschine nicht mehr gewährleistet ist.Large machine components are often connected to one another using screw connections. This requires holes, also referred to as recesses, in the components. If the base material is steel and the machine is exposed to environmental influences such as rain and temperature fluctuations or dynamic loads, corrosion can form in the holes and be the starting point for rapidly growing cracks in the material. The consequences of the cracks expanding are almost always catastrophic, as the integrity of the machine is no longer guaranteed.
Um den Verlust der Integrität der Maschine zu verhindern, müssen Maschinen kontinuierlich, meist manuell, auf Korrosionen und schnell wachsende Risse überwacht werden. Alternativ ist es zwar möglich die Löcher von innen gegen Korrosionen zu beschichten. Gerade bei großen Konstruktionen ergeben sich aber aus den Toleranzen der einzelnen Bauteile Situationen, in denen eine verwendete Schraube die Wand der Löcher berührt und die Beschichtung schädigen kann. Damit muss auch bei dieser Lösung eine zusätzliche Überwachung der Maschine durchgeführt werden. Solch eine Überwachung ist jedoch immer mit großem Aufwand verbunden und bedeutet meist eine Stilllegung der Maschine für eine gewisse Zeit. Sowohl die Überwachung selbst als auch die Stilllegung der Maschine führen dabei zu hohen Kosten.To prevent the loss of machine integrity, machines must be continuously monitored, usually manually, for corrosion and rapidly growing cracks. Alternatively, it is possible to coat the holes from the inside to prevent corrosion. However, especially in large structures, the tolerances of the individual components result in situations in which a screw used touches the wall of the hole and can damage the coating. This means that additional monitoring of the machine must be carried out with this solution. However, such monitoring always involves a great deal of effort and usually means shutting down the machine for a certain period of time. Both the monitoring itself and the shutdown of the machine lead to high costs.
Das Ziel dieser Offenbarung ist es daher eine verbesserte Lösung für den Schutz der Löcher gegen Korrosion aufzuzeigen.The aim of this disclosure is therefore to provide an improved solution for protecting the holes against corrosion.
Dieses Ziel wird erreicht durch das Bauelement für eine mechanische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die Fertigungsvorrichtung zur Herstellung dieses Bauelements gemäß Anspruch 8 und dem Verfahren zur Herstellung dieses Bauelements gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausführungsformen werden jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by the component for a mechanical device according to claim 1, the manufacturing device for producing this component according to claim 8 and the method for producing this component according to claim 15. Preferred embodiments are described in the dependent claims, respectively.
Im Folgenden wird das Bauelement für eine mechanische Vorrichtung gemäß dieser Offenbarung ausführlich beschrieben.In the following, the component for a mechanical device according to this disclosure is described in detail.
Das Bauelement für eine mechanische Vorrichtung besteht zumindest teilweise aus Stahl und weist eine oder mehrere kreisrunde Ausnehmungen, insbesondere zur Aufnahme einer Schraube, auf. Weiterhin ist für eine jeweilige kreisrunde Ausnehmung, der Stahl in einem die jeweilige kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgebenden ersten Bereich gehärtet und der Stahl in einem den ersten Bereich unmittelbar umgebenden zweiten Bereich ungehärtet.The component for a mechanical device consists at least partially of steel and has one or more circular recesses, in particular for receiving a screw. Furthermore, for each circular recess, the steel is hardened in a first region immediately surrounding the respective circular recess and the steel in a second region immediately surrounding the first region is unhardened.
Das Bauelement basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass um Ausnehmungen gehärteter Stahl geeignet ist für die Herstellung von widerstandsfähigen Schraubverbindungen. Zwar ist eine Härtung bereits aus der Herstellung großer Wälzlager bekannt. Diese Härtung geschieht im Bereich der Laufbahnen, welche durch die Kontakte mit den Wälzkörpern ständiger dynamischer Belastung ausgesetzt sind. Hierbei wird ein weicheres Grundmaterial (Ringstahl) von der Oberfläche ausgehend einige mm gehärtet. Die Anwendung dieses Verfahrens auf Ausnehmungen für Schraubverbindungen lag jedoch bisher nicht nahe, denn es ist bekannt, dass im Falle einer fortdauernden, dynamischen Belastung dieser Laufbahnen im gehärteten Bereich unter der Oberfläche Schäden (Wälzkontaktermüdung) entstehen. Bei den Schäden handelt es sich um Risse, welche sich an Fehlstellen im Materialgefüge bilden und in der Folge durch das Material wandern. Bisher ist man davon ausgegangen, dass eine analoge Härtung von Bohrlöchern nicht sinnvoll ist, weil diese Schäden sich bis ins Grundmaterial erstrecken würden und damit auch hier eine Korrosion und schnell wachsende Risse zu befürchten sind. Bei Untersuchungen dieser Schäden hat sich nun jedoch herausgestellt, dass die Schäden zwar im gehärteten Bereich des Materials fortschreiten, aber nicht in den ungehärteten Bereich übergehen. D.h. durch die Härtung bleiben die Risse auf einen Bereich nahe der Oberfläche des Bohrlochs beschränkt, was zu einem verbesserten Schutz der Bohrlöcher gegen Korrosion und gegen schnell wachsende Risse führt.The component is based on the surprising discovery that steel hardened around recesses is suitable for the production of resistant screw connections. Hardening is already known from the production of large rolling bearings. This hardening takes place in the area of the raceways, which are subjected to constant dynamic loads due to contact with the rolling elements. A softer base material (ring steel) is hardened a few mm from the surface. However, the application of this process to recesses for screw connections has not been obvious until now, because it is known that in the event of continuous, dynamic loads on these raceways, damage (rolling contact fatigue) occurs in the hardened area below the surface. The damage is cracks that form at defects in the material structure and subsequently migrate through the material. Until now, it has been assumed that analogous hardening of drill holes is not useful because this damage would extend into the base material and corrosion and rapidly growing cracks are to be feared here too. However, investigations into these damages have now shown that the damage progresses in the hardened area of the material but does not spread to the unhardened area. This means that the hardening limits the cracks to an area close to the surface of the borehole, which leads to improved protection of the boreholes against corrosion and against rapidly growing cracks.
Im Folgenden werden nun bevorzugte Ausführungsformen des Bauelementes beschrieben.Preferred embodiments of the component are now described below.
Zunächst soll an dieser Stelle auf den Begriff Stahl eingegangen werden. Hierunter wird im Rahmen dieser Offenbarung ein Werkstoff verstanden, dessen Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elements, dessen Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner als 2 % ist und der andere Elemente enthält (siehe auch Definition von Stahl in der EN 10020).First, the term steel should be discussed here. For the purposes of this disclosure, this is understood to mean a material whose mass fraction of iron is greater than that of any other element, whose carbon content is generally less than 2% and which contains other elements (see also the definition of steel in EN 10020).
Wie bereits oben mit Bezug auf die Wälzlager beschrieben wurde, eignet sich auch für die Härtung des Stahls um die Ausnehmungen herum insbesondere induktives Härten. Weiterhin handelt es sich bei den kreisrunde Ausnehmung meist um Bohrlöcher. Die Ausnehmungen können aber auch durch Schleifen, Erodieren oder Schneiden (bspw. mit Laser) hergestellte werden.As already described above with reference to the rolling bearings, induction hardening is particularly suitable for hardening the steel around the recesses. Furthermore, the circular recesses are usually drilled holes. The recesses can also be made by grinding ing, eroding or cutting (e.g. with laser).
Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der kreisrunden Ausnehmung um ein Sackloch. Bei anderen Ausführungsformen umfasst das Bauelement alternativ oder zusätzlich mindestens ein Durchgangsloch. Bei einigen dieser oder anderer Ausführungsformen weist die kreisrunde Ausnehmung alternativ oder zusätzlich ein Gewinde auf. Einige Ausführungsformen des Bauelementes bestehen alternativ oder zusätzlich vollständig aus Stahl.In some embodiments, the circular recess is a blind hole. In other embodiments, the component alternatively or additionally comprises at least one through hole. In some of these or other embodiments, the circular recess alternatively or additionally has a thread. Some embodiments of the component alternatively or additionally consist entirely of steel.
In einer Ausführungsform des Bauelements ist eine Oberflächenhärte des gehärteten Stahls im ersten Bereich zusätzlich oder alternativ größer als 600 HRV und/oder eine Oberflächenhärte des ungehärteten Stahl im zweiten Bereich zusätzlich oder alternativ kleiner als 350 HRV. Die Einheit HRV bezieht sich hier auf die Skala V des Rockwell Härtetests für Oberflächen.In one embodiment of the component, a surface hardness of the hardened steel in the first region is additionally or alternatively greater than 600 HRV and/or a surface hardness of the unhardened steel in the second region is additionally or alternatively less than 350 HRV. The unit HRV here refers to the scale V of the Rockwell hardness test for surfaces.
In einer anderen Ausführungsform besteht der gehärtete Stahl im ersten Bereich alternativ oder zusätzlich aus einem Materialgefüge, das einen Martensit-Gehalt aufweist, der größer als 50% ist. Alternativ oder zusätzlich besteht in einigen anderen Ausführungsformen der ungehärtete Stahl im zweiten Bereich aus einem Materialgefüge, das ein Mischgefüge ist. In einer Variante dieser Ausführungsform ist das Mischgefüge bainitisch und/oder martensitisch-bainitisch.In another embodiment, the hardened steel in the first region alternatively or additionally consists of a material structure that has a martensite content that is greater than 50%. Alternatively or additionally, in some other embodiments, the unhardened steel in the second region consists of a material structure that is a mixed structure. In a variant of this embodiment, the mixed structure is bainitic and/or martensitic-bainitic.
In einigen Ausführungsformen weist der gehärtete Stahl im ersten Bereich alternativ oder zusätzlich eine Dicke von 0,5 bis 5 mm auf. Dies entspricht einer Dicke, die sich mittels induktivem Härten herstellen lässt.In some embodiments, the hardened steel in the first region alternatively or additionally has a thickness of 0.5 to 5 mm. This corresponds to a thickness that can be produced by means of inductive hardening.
In einer anderen Ausführungsform ist das Bauelement alternativ oder zusätzlich ein Ringelement für ein Wälzlager. Dabei kann das Bauelement sowohl der Außen- wie auch der Innenring eines Wälzlagers sein. Gerade bei Wälzlagern ist ein Korrosionsschutz der Ausnehmungen aufgrund der intensiven Beanspruchung vorteilhaft.In another embodiment, the component is alternatively or additionally a ring element for a rolling bearing. The component can be either the outer or the inner ring of a rolling bearing. Especially with rolling bearings, corrosion protection of the recesses is advantageous due to the intensive stress.
Alternativ oder zusätzlich weist in einigen Varianten dieser Ausführungsform das Bauelement ein Führungselement zur Führung eines Wälzkörpers auf einer Innenseite des Ringelementes und/oder auf einer Außenseite des Ringelementes auf. Als Außenseite wird dabei eine von der Symmetrieachse des Ringes abgewandte Seite des Bauelementes verstanden. Analog wird unter dem Begriff Innenseite eine der Symmetrieachse zugewandte Seite des Bauelementes verstanden.Alternatively or additionally, in some variants of this embodiment, the component has a guide element for guiding a rolling element on an inner side of the ring element and/or on an outer side of the ring element. The outer side is understood to be a side of the component facing away from the axis of symmetry of the ring. Analogously, the term inner side is understood to be a side of the component facing the axis of symmetry.
In einer weiteren Variante der oben beschriebenen Ausführungsform des Bauelementes sind alternativ oder zusätzlich die eine oder mehreren kreisrunden Ausnehmungen so im Ringelement angeordnet, dass eine Längsachse der kreisrunden Ausnehmung parallel zur Symmetrieachse des Ringelementes verläuft. Die Symmetrieachse ist hier in der Regel die Rotationssymmetrieachse, die durch ein zentrales Loch des Ringelementes verläuft.In a further variant of the embodiment of the component described above, alternatively or additionally, the one or more circular recesses are arranged in the ring element in such a way that a longitudinal axis of the circular recess runs parallel to the axis of symmetry of the ring element. The axis of symmetry here is usually the axis of rotational symmetry that runs through a central hole in the ring element.
Sofern es sich bei dem Bauelement um ein Führungselement zur Führung eines Wälzkörpers handelt, ist es besonders vorteilhaft dieses in einer Windenergieanlage zu verwenden. Eine solche Windenergieanlage umfasst ein Wälzlager mit einem Führungselement zur Führung eines Wälzkörpers gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Insbesondere ist das Wälzlager ein Großwälzlager, ein Rotorlager, ein Getriebelager, ein GeneratorlagerIf the component is a guide element for guiding a rolling element, it is particularly advantageous to use it in a wind turbine. Such a wind turbine comprises a rolling bearing with a guide element for guiding a rolling element according to one of the embodiments described above. In particular, the rolling bearing is a large rolling bearing, a rotor bearing, a gearbox bearing, a generator bearing
Im Folgenden wird nun eine Fertigungsvorrichtung zur Fertigung des beschriebenen Bauelementes vorgestellt. Diese Fertigungsvorrichtung umfasst ein Bearbeitungswerkzeug, insbesondere ein erstes Bearbeitungswerkzeug, zum induktiven Härten des Stahls im ersten Bereich um eine kreisrunde Ausnehmung. Dazu weist das erste Bearbeitungswerkzeug die folgenden Komponenten auf.
- - eine Sonde mit einem Sondenkopf und einer am Sondenkopf angeordneten Spule, wobei die Sonde ausgebildet ist, in die kreisrunde Ausnehmung eingeführt zu werden, und
- - eine Verfahreinheit, die ausgebildet ist, den Sondenkopf entlang einer Längsachse der Sonde zu verfahren.
- - a probe with a probe head and a coil arranged on the probe head, wherein the probe is designed to be inserted into the circular recess, and
- - a movement unit designed to move the probe head along a longitudinal axis of the probe.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung zudem eine Stromversorgungseinheit, die elektrisch mit der Spule verbunden ist und ausgebildet ist, einen Wechselstrom bereitzustellen.In some embodiments, the manufacturing apparatus further comprises a power supply unit electrically connected to the coil and configured to provide an alternating current.
In anderen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung zusätzlich oder alternativ eine Spulenanordnung mit einer Vielzahl von Spulen, wobei die Vielzahl von Spulen symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch, um eine Längsachse der Sonde angeordnet sind. Bei der Symmetrie kann es sich aber auch um eine Drehsymmetrie im weiteren Sinne handeln, wobei mittels einer Drehung um einen festen Drehwinkel zwischen 0° und 360° die Spulen wieder in eine mit der Ausgangsposition deckungsgleiche Lage versetzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine gleichmäßige Härtung des Stahls in einer Ausnehmung zu erreichen.In other embodiments, the manufacturing device additionally or alternatively comprises a coil arrangement with a plurality of coils, wherein the plurality of coils are arranged symmetrically, in particular point-symmetrically, around a longitudinal axis of the probe. The symmetry can also be a rotational symmetry in the broader sense, wherein the coils are returned to a position that is congruent with the starting position by means of a rotation through a fixed angle of rotation between 0° and 360°. This is particularly advantageous in order to achieve uniform hardening of the steel in a recess.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich ein zweites Bearbeitungswerkzeug, das ausgebildet ist, einen weiteren Fertigungsschritt zur Fertigung des Bauelementes durchzuführen.In a preferred embodiment, the device additionally comprises a second processing tool which is designed to carry out a further manufacturing step for producing the component.
Alternativ kann eine Vorrichtung mit zwei Bearbeitungswerkzeugen vereinfacht auch wie folgt beschrieben werden: Fertigungsvorrichtung zur Fertigung eines Bauelementes, umfassend ein erstes Bearbeitungswerkzeug und ein zweites Bearbeitungswerkzeug, wobei das erste Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist, mittels induktiver Härtung im ersten Bereich um ein Bohrloch den Stahl zu härten, und das zweite Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist, einen weiteren Fertigungsschritt zur Fertigung des Bauelementes durchzuführen. Diese Vorrichtung ist unabhängig von der genauen Ausgestaltung des Bearbeitungswerkzeuges zum induktiven Härten.Alternatively, a device with two processing tools can also be described in simplified form as follows: Manufacturing device for manufacturing a component, comprising a first processing tool and a second processing tool, wherein the first processing tool is designed to harden the steel by means of inductive hardening in the first area around a drill hole, and the second processing tool is designed to carry out a further manufacturing step for manufacturing the component. This device is independent of the precise design of the processing tool for inductive hardening.
In einer Variante der oben beschriebenen Ausführungsform sind das erste Bearbeitungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug ausgebildet, das Härten des Stahls und den weiteren Fertigungsschritt gleichzeitig auszuführen.In a variant of the embodiment described above, the first machining tool and the second machining tool are designed to carry out the hardening of the steel and the further manufacturing step simultaneously.
In einer anderen Variante weist die Vorrichtung alternativ oder zusätzlich einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf für das erste Bearbeitungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug auf.In another variant, the device alternatively or additionally has a common coolant circuit for the first machining tool and the second machining tool.
In einer noch anderen Variante umfasst die Fertigungsvorrichtung alternativ oder zusätzlich ein gemeinsames Verfahrelement mit dem das erste Bearbeitungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug mechanisch verbunden sind und das ausgebildet ist, das erste Bearbeitungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug gemeinsam zu verfahren.In yet another variant, the manufacturing device alternatively or additionally comprises a common displacement element with which the first processing tool and the second processing tool are mechanically connected and which is designed to move the first processing tool and the second processing tool together.
In einer weiteren Variante umfasst das zweite Bearbeitungswerkzeug einen Bohrer, der ausgebildet ist eine kreisrunde Ausnehmung herzustellen. Alternativ oder zusätzlich umfasst das zweite Bearbeitungswerkzeug ein Härtungswerkzeug, das ausgebildet ist, mittels Induktion Stahl eines Führungselementes zur Führung eines Wälzkörpers zu härten.In a further variant, the second machining tool comprises a drill that is designed to produce a circular recess. Alternatively or additionally, the second machining tool comprises a hardening tool that is designed to harden steel of a guide element for guiding a rolling element by means of induction.
In einer noch anderen Ausführungsform umfasst das erste Bearbeitungswerkzeug alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere Kühlflüssigkeitsauslässe, die so an der Sonde angeordnet sind, dass sich ein Kühlflüssigkeitsfilm oberhalb und/oder unterhalb der Spule bildet, so dass eine durch ein induktives Härten verursachte Schallemission reduziert wird.In yet another embodiment, the first machining tool alternatively or additionally comprises one or more cooling liquid outlets arranged on the probe such that a cooling liquid film is formed above and/or below the coil so that sound emission caused by inductive hardening is reduced.
Im Folgenden wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Bauelementes beschrieben. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:
- - Herstellen einer kreisrunden Ausnehmung in einem Bauelement aus ungehärtetem Stahl für eine mechanische Vorrichtung, und
- - Induktives Härten des Stahls in einem ersten Bereich, der die kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgibt.
- - producing a circular recess in a component made of unhardened steel for a mechanical device, and
- - Inductive hardening of the steel in a first area immediately surrounding the circular recess.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird das Herstellen einer ersten kreisrunden Ausnehmung und das Härten einer zweiten, von der ersten verschiedenen kreisrunden Ausnehmung gleichzeitig durchgeführt. Diese Verfahrensführung ist besonders zeiteffizient.In a preferred embodiment of this method, the production of a first circular recess and the hardening of a second circular recess, which is different from the first, are carried out simultaneously. This method is particularly time-efficient.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das induktive Härten des Stahls alternativ oder zusätzlich die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines Wechselstroms durch eine Spule in einem Sondenkopf einer Sonde,
- - Positionierung des Sondenkopfes an einem ersten Ende eines Bohrlochs, und
- - Verfahren des Sondenkopfes entlang einer Längsachse des Bohrlochs von vom ersten Ende des Bohrlochs zu einem zweiten, vom ersten Ende verschiedenen Ende des Bohrlochs.
- - Providing an alternating current through a coil in a probe head of a probe,
- - positioning the probe head at a first end of a borehole, and
- - Moving the probe head along a longitudinal axis of the borehole from the first end of the borehole to a second end of the borehole different from the first end.
In einer Version dieser Ausführungsform erfolgt das Verfahren des Sondenkopfes entsprechend einer gegebenen Geschwindigkeit. In einer anderen Version erfolgt das Bereitstellen eines Wechselstroms mit einer gegebenen Wechselstromstärke.In one version of this embodiment, the probe head is moved according to a given speed. In another version, an alternating current is provided with a given alternating current intensity.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand beigefügter Figuren beschrieben. Dazu wird zunächst eine Übersicht über die Figuren gegeben. Im Anschluss wird im Detail auf das in den Figuren Gezeigte eingegangen.
-
1a zeigt ein Bauelement gemäß der Idee dieser Offenbarung mit vier Ausnehmungen; -
1b zeigt einen Querschnitt des in1a gezeigten Bauelementes; -
2a zeigt eine Fertigungsvorrichtung zur Fertigung des in1a gezeigten Bauelementes; -
2b zeigt eine Spulenanordnung der in2a gezeigten Fertigungsvorrichtung; -
3 zeigt eine zweite Fertigungsvorrichtung zur Herstellung des in1a gezeigten Bauelementes; und -
4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes gemäß der Idee dieser Offenbarung.
-
1a shows a component according to the idea of this disclosure with four recesses; -
1b shows a cross section of the1a shown component; -
2a shows a manufacturing device for the production of the1a shown component; -
2 B shows a coil arrangement of the2a shown manufacturing device; -
3 shows a second manufacturing device for producing the1a shown component; and -
4 shows a method for producing a component according to the idea of this disclosure.
Im Folgenden wird das in den Figuren Gezeigte im Detail beschrieben. Dabei wird zunächst auf das in
Bei dem Bauelement 100 handelt es sich um ein Bauelement für eine mechanische Vorrichtung, speziell in diesem Beispiel um einen Innenring eines Wälzlagers für eine Windenergieanlage. Das Bauelement 100 besteht in dieser beispielshaften Ausführungsform vollständig aus Stahl. In anderen Ausführungsformen können aber auch noch andere Materialien vom Bauelement umfasst werden.The
Das Bauelement umfasst zwei Führungselemente 120 und 121 zur Führung eines Wälzkörpers auf einer Innenseite S des Bauelementes. Die Führungselemente 120 und 121 verfügen über eine gehärtete Oberfläche, wie in
Das Bauelement 100 umfasst vier kreisrunde Ausnehmungen 102-105, hier Bohrlöcher, zur Aufnahme einer Schraube. Bei den kreisrunden Ausnehmungen 102-105 handelt es sich um Durchgangslöcher, durch die Schrauben geführt werden können. Bei dem in
Weiterhin ist der Stahl um eine jeweilige kreisrunde Ausnehmung 102-105 in einem die jeweilige kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgebenden ersten Bereich 106-109 gehärtet und in einem den ersten Bereich 106-109 unmittelbar umgebenden zweiten Bereich 110 ungehärtet. Die Härtung des Stahls zur Herstellung des Bauelements im ersten Bereich erfolgte dabei durch induktives Härten. Dadurch wird erreicht, dass im ersten Bereich in diesem Beispiel der gehärtete Stahl eine Oberflächenhärte von mehr als 600 HRV besitzt, wohingegen die Oberflächenharte im zweiten Bereich weniger als 350 HRV beträgt. Durch das induktive Härten handelt es sich im ersten Bereich um ein Materialgefüge, das einen Martensit-Gehalt aufweist, der größer als 50% ist. Demgegenüber handelt es sich beim ungehärteten Stahl im zweiten Bereich um ein Mischgefüge. Weiterhin weist der erste Bereich um die Ausnehmungen eine Dicke D von 5 mm auf, wobei die Dicke hier radial von einer Längsachse L der jeweiligen Ausnehmung gemessen wird.Furthermore, the steel around a respective circular recess 102-105 is hardened in a first region 106-109 immediately surrounding the respective circular recess and unhardened in a
Im Folgenden werden nun Fertigungsvorrichtungen zur Herstellung des Bauelementes 100 anhand der
Die Vorrichtung 200 umfasst dabei ein Bearbeitungswerkzeug zum induktiven Härten des Stahls im ersten Bereich um eine kreisrunde Ausnehmung. Das Bearbeitungswerkzeug weist dazu eine Sonde 202 mit einem Sondenkopf 204 und einer am Sondenkopf 204 angeordnete Vielzahl von Spule auf. Die Sonde ist in diesem Fall länglich und rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch, ausgebildet, um in eine kreisrunde Ausnehmung eingeführt werden zu können. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 200 eine Verfahreinheit 206, die ausgebildet ist, den Sondenkopf 204 entlang einer Längsachse B der Sonde zu verfahren. Die Verfahrrichtung ist auch mit einem Doppelpfeil 208 angedeutet. Zudem umfasst die Vorrichtung 200 eine Kühlflüssigkeitsauslassanordnung, die einen ersten Kühlflüssigkeitsauslass 210A und einen zweiten Kühlflüssigkeitsauslass 210B umfasst. Beide Kühlflüssigkeitsauslässe sind dabei so an der Sonde 202 angeordnet, dass sich ein Kühlflüssigkeitsfilm oberhalb und unterhalb des Sondenkopfes 204 mit der Spule bildet, dass eine durch ein induktives Härten verursachte Schallemission reduziert wird.The
Im Folgenden soll nun auf die Anordnung der Vielzahl von Spulen mit Bezug auf
Die Spulenanordnung 240 umfasst dabei acht Spulen 241-248. Diese Spulen sind symmetrisch um die Längsachse B der Sonde 202 angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine gleichmäßige Härtung des Stahls um eine kreisrunde Ausnehmung zu erreichen.The
Mittels der Vorrichtung 200 kann der Stahl um eine Ausnehmung gehärtet werden. In vielen Fällen ist es jedoch ökonomisch sinnvoller, die induktive Härtung des Stahls gleichzeitig mit einem anderen Fertigungsschritt durchzuführen. Eine Vorrichtung die hierfür ausgebildet ist, wird im Folgenden mit Bezug auf
Die Vorrichtung 300 umfasst schematisch dargestellt das Bearbeitungswerkzeug aus
Die Fertigungsvorrichtung 300 umfasst weiterhin ein gemeinsames Verfahrelement 310 mit dem das erste Bearbeitungswerkzeug 200 und das zweite Bearbeitungswerkzeug 304 mechanisch verbunden sind und das ausgebildet ist, das erste Bearbeitungswerkzeug 200 und das zweite Bearbeitungswerkzeug 304 gemeinsam zu verfahren. In dem in
Zusätzlich zu einem gemeinsamen Verfahrelement 310 weist die Vorrichtung 300 auch einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf 320 auf. Dieser Kühlmittelkreislauf 320 umfasst ein Auffangbehältnis 322 für Kühlflüssigkeit und eine Kühlflüssigkeitspumpe 326 sowie eine erste Verbindungsleitung 324 vom Auffangbehältnis 322 zur Kühlflüssigkeitspumpe 326. Weiterhin umfasst der Kühlmittelkreislauf eine zweite Verbindungsleitung 328 und eine dritte Verbindungsleitung 330, durch die das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 326 zum ersten Bearbeitungswerkzeug 200 bzw. zum zweiten Bearbeitungswerkzeug 304 gepumpt wird.In addition to a
Abschließend soll noch in Bezug auf
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt 402 wird eine kreisrunde Ausnehmung in einem Bauelement aus ungehärtetem Stahl für eine mechanische Vorrichtung hergestellt. In einem zweiten Schritt 404 wird der Stahl in einem ersten Bereich, der die kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgibt, induktiv gehärtet. In einer besonders bevorzugten Verfahrensweise wird das Herstellen 402 einer ersten kreisrunden Ausnehmung und das Härten 404 einer zweiten, von der ersten verschiedenen kreisrunden Ausnehmung gleichzeitig durchgeführt wird.The method comprises the following steps. In a
Zusammenfassend beschreibt die Offenbarung ein Bauelement (100) für eine mechanische Vorrichtung, wobei das Bauelement (100) zumindest teilweise aus Stahl besteht, und eine oder mehrere kreisrunde Ausnehmungen (102-105) zur Aufnahme einer Schraube aufweist. Zudem ist der Stahl für eine jeweilige kreisrunde Ausnehmung (102-105) in einem die jeweilige kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgebenden ersten Bereich (106-109) gehärtet und in einem den ersten Bereich unmittelbar umgebenden zweiten Bereich (110) ungehärtet.In summary, the disclosure describes a component (100) for a mechanical device, wherein the component (100) consists at least partially of steel and has one or more circular recesses (102-105) for receiving a screw. In addition, the steel for a respective circular recess (102-105) is hardened in a first region (106-109) immediately surrounding the respective circular recess and is unhardened in a second region (110) immediately surrounding the first region.
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