DE1408965A1

DE1408965A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Oberflaechenhaerten von Werkstuecken

Info

Publication number: DE1408965A1
Application number: DE19611408965
Authority: DE
Inventors: Groenegress Dr-Ing Han Wilhelm
Original assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Current assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Priority date: 1961-09-26
Filing date: 1961-09-26
Publication date: 1968-10-17
Also published as: US3186699A; GB938251A

Description

DR.-ING. G. EICHENBERG _ . .

niDi iKir» u camcdiakipi 4 DÜSSELDORF, den £..·. August Xi£bö

DIPL-ING. H. SAUERLAND ceciuenallee 76 VIIl/j

DR.-ING. R. KÖNIG fernsprecher432732

PATENTANWALTES ·'■ ;ä 1408965

Firma Paul Ferd. Peddlnghaus> Gevelsberg ioWestf.

"Verfahren und Vorrichtung zum Oberflächenhärten von

Werkstücken"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenhärten von insbesondere länglichen Werkstücken mittels einer aus einem oder mehreren Härtebrennern, Induktionsspulen öd«dgl. und zwei in Vorschubrichtung des Werkstückes hintereinander angeordneten Abschreokbrausen bestehenden Härtevorrichtung sowie deren besondere Ausgestaltung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Induktions- und Brennhärtung hängt die maximal erreichbare Oberflächenhärte vornehmlich vom Kohlenstoffgehalt des zu härtenden Werkstückes ab. Dabei kann je nach Wahl der Abschreckbedingungen eine geringere Härte bei gleichzeitiger Verbesserung anderer Werkstoffeigenschaften erreicht werden. Das geschieht beispielsweise dadurch, daß man anstelle eines schroff wirkenden Abschreckmittels, wie z.Bo Wasser, eine Öl'-Wasaer-Emulsion verwendet. In vielen Fällen ist aber die duroh dieses Verfahren

Neue Unteriagen (Art 7 5 > Ab·. 2 Nr. I Satz 3 d» Andarungsoes. ν.

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BANKKONTO: DEUTSCHE BANK AG., DÜSSELDORF 1672161 · POSTSCHECKKONTO) ESSEN 8734

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erzielbare Oberflächenhärte immer noch, sehr hoch bzw· die Werkstückoberfläche sehr spröde, so daß insbesondere bei Stoß- und Schlagbeanspruchungen derartiger Werkstücke deren gehärtete Oberflächenschicht abplatzen kann» Daher müssen solche abgeschreckten Werkstücke in weiteren Wärmebehandlungsverfahren mittels aufwendiger Ofenanlagen zur Erzielung einer entsprechenden Oberflächengüte einem nachträglichen Anlaßverfahren unterworfen werden. Die hierzu erforderlichen Ofenanlagen erweisen sich Jedoch vor allem bei langen und sperrigen Werkstücken als aufwendig und kostspielig. Sie sind oftmals auch nur für bestimmte WerkstückabmesBungen geeignet.

So ist z.B. eine Vorrichtung bekannt, bei der eine mehrfach abgekröpfte Welle unterhalb und oberhalb eines etwa mittig angeordneten Bundes an ihrer Oberfläche gehärtet werden soll, jedoch nicht am Bund selbst, da dessen geringere Härte gegenüber den gehärteten Schaftteilen durch seine größeren Querschnittsabmessungen festigkeitsmäßig kompensiert wirde Im einzelnen ist hier der zu härtende Schaft, der an seinem oberen Ende mit einem erweiter ten kerbverzahnten Teil versehen ist, soweit zu einem den Schaftabmessungen entsprechenden Induktor herabzulassen, bis durch den erweiterten kerbverzahnten Teil der Stromkreis des Induktors augenblicklich unterbrochen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird zwar der sich noch im Induktor be-

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findliche Teil des Schaftes erhitzt, jedoch nicht in dem Maße wie es für eine erfolgreiche Oberflächenhärtung notwendig wäre. Denn selbst wenn -dieser Teil des Schaftes durch eine aus Wandungsöffnungen des Induktors herausströmende Flüssigkeit abgeschreckt würde, wäre der damit erzielte Härtungseffekt unvollkommen, da diejenigen Teile des Schaftes, die den Induktor nicht vollständig passieren beim Erhitzen naturgemäß nicht die zum Härten notwendige Temperatur annehmen können. Somit wird bei diesem Verfahren das Erhitzen des Schaftes bereits dann unterbrochen, bevor der abgekröpfte, erweiterte Teil den Induktor erreicht hat. Zu diesem Zweck wird auch der iiellenschaft mit dem vorerwähnten Bund versehen, der sich an der Stelle des Schaftes befindet, der gerade den Induktor durchläuft, wenn der Stromkreis unterbrochen und das Erhitzen beendet wird. Dabei erfolgt die Abschreckung des unterhalb dieses Bundes befindlichen Schaftteiles einzig und allein durch eine nachgesehaltete kleine Brause, nicht jedoch durch die im Induktor angeordnete größere Brause, die lediglich den Bund zur Vermeidung eines Anlaßeffektes kühlen soll.

Im Gegensatz dazu ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Oberflächen-harten zu schaffen, bei dem das sonst zum Erzielen einer hinreichend gehärteten und vergüteten Werkstückoberfläche erforderliche nachträgliche Anlassen des Werkstückes in einem besonderen

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nachgesehalteten Arbeitsgang entfällt. Diese Aufgabe wird bei Benutzung einer Härtevorrichtung der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das oberflächenzuhärtende Werkstück nach seiner Erhitzung durch die eine Brause nur unvollständig abgeschreckt und dann durch die andere, auf einem Schlitten in Vorschubrichtung des Werkstückes verstellbar angeordnete Brause abgekühlt wird, wobei der Abstand zwischen Abschreckbrause und Hachkühlbrause derart auf die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes eingestellt ist, daß das Werkstück durch die aus seinem Inneren an seine Oberfläche gelangende Wärme zwischen den beiden Brausen angelassen wird. Auf diese Weise kann durch die in entsprechendem Abstand hinter der Abschreckbrause angeordnete Nachkühlbrause der sonst notwendige besondere Anlaßvorgang eingespart werden, weil infolge der unvollständigen Abschreckwirkung der ersten Brause im Kern des Werkstückes noch genügend Wärme verbleibt, die während der weiteren Vorschubbewegung der betreffenden Werkstückstelle bis zum Erreichen der Nachkühlbrause ausreichend Gelegenheit findet, durch Wärmeleitung an die Werkstückoberfläche zu gelangen und letztere dadurch auf die gewünschte AnIaßtemperatür zu bringen. Dabei kann die Anlaßtemperatür durch Verändern des Jeweiligen Abstandes zwischen den beiden Brausen in vergleichsweise weitem Temperaturbereich variiert werden, indem zur Erzielung einer

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niedrigen Anlaßtemperatur der vorerwähnte Abstand verhältnismäßig kurz, hingegen für höhere Anlaßtemperatüren entsprechend größer gewählt wird.

An dieser Stelle' sei bemerkt, daß es auch bereits bekannt ist, ein Werkstück zum Zwecke des Härtens zu erhitzen und, solange die Erhitzung noch andauert, bereits mit der Abschreckung zu beginnen, wobei der Abschreckvorgang nach Beendigung der Erhitzung weiter andauert, um z.B. bei dünnwandigen Kugellagerringen u.dgl. eine gehärtete Lauffläche und ein im übrigen weiches Werkstück zu erhaltene Dieses Verfahren der Vorabschreckung ist aber nicht mit dem erfindungsgemäßen Anlaßvergüten zu vergleichen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die vorerwähnte Abstandsregulierung zwischen den beiden Brausen auch selbsttätig vorgenommen werden, und zwar unter Verwendung eines an sich bekannten, die Anlaßtemperatur des zu härtenden Werkstückes überwachenden ÜJemperaturstrahlungsmeßgerätes. Dabei wird erfindungsgemäß der Meßstrahl des Temperaturmeßgerätes auf eine vor der Nachkühlbrause liegende Meßstelle des Werkstückes gerichtet, wobei das Meßgerät über an sich bekannte elektrische Steuerungsund Antriebsmittel den die Kachkühlbrause tragenden Schlitten in Abhängigkeit von der abgefühlten Werkstücktemperatur selbsttätig so verstellt, daß sich der Abstand zwischen

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den beiden Brausen bei Nichterreichen der gewünschten Anlaß temperatur vergrößert und bei deren Überschreiten.verkleinerte Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Temperaturmeßgerät gemeinsam mit dem die Nachkühlbrause tragenden Schlitten verfahrbar anzuordnen und den Antrieb des Schlittens durch einen vom Meßgerät gesteuerten Schwenkoder Spindelmotor erfolgen zu lassen. Durch die gemeinsame Verfahrbarkeit des Temperaturmeßgerätes und des die Nachkühlbrause tragenden Sehlittens wird gewährleistet, daß die zu überwachende Temperaturmeßsteile auf dem Werkstück sich stets in einem ganz gestimmten festliegenden Abstand vor der Nachkühlbrause befindet, wodurch deren Steuer- bzw. Verstellbewegung besser und einfacher zu beherrschen aind.

Mehrere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

ligi 1 den grundsätzlichen Aufbau der neuen Oberflächen-Härtevorrichtung in schematischer Darstellung, während in den

Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen mit verschieden auegebildetem Verstellantrieb für den die Nachkühlbrause tragenden Schlitten dargestellt sind.

Wie aus I¹Ig₀ 1 hervorgeht, besteht die neue Oberflächen-Härtevorriohtung im wesentlichen aus der beispielsweise von dem Brenner 1 gebildeten Erhitzungsvorrichtung,

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der in Vorsch.ubrich.tung 2 des Werkstückes 3 dahinter liegenden Abschreckbrause 4 sowie der in größerem Abstand a davon angeordneten Nachkühlbrause 5· Durch den Brenner 1 wird das zu härtende Werkstück 3 auf Härtetemperatur gebracht· Die nachgeschaltete Abschreckbrause 4 wird so betrieben, daß die an ihr vorbeiwandernde, auf Härtetemperatur befindliche Werkstückstelle nur unvollständig abgeschreckt wird« Die dadurch im Kern des Werkstückes verbleibende Wärme findet bei der weiteren Vorschubbewegung des Werkstückes 3 Gelegenheit, sich der Werkstückoberfläche mitzuteilen, wodurch letztere auf eine gewünschte Anlaßtemperatur gebracht werden kann. Beim Passieren der Nachkühlbrause 5 erfolgt dann die endgültige Abschreckung des Werkstückes, mithin der Abschluß des kombinierten Härte- und Anlaßvorganges. Dabei hat man es durch Verändern des Abstandes a zwischen den beiden Brausen 4 und 5 in der Hand, die Anlaßtemperatur entsprechend zu verändern, wobei einem kleinen Abstand a eine niedrige und einem großen Abstand a eine höhere Anlaßtemperatur entsprechen.

Es versteht sich, daß es für den vorbeschriebenen Härte- und Anlaßvorgang gleichgültig ist, wie im einzelnen die dafür erforderliche Relativbewegung zwischen dem Werkstück 3 und den zur Härtevorrichtung gehörenden Teilen 1,. 4 und 5 zustandekommt. Mit anderen Worten kann also ebenso gut auch das Werkstück 3 ortsfest gelagert und die Ober-

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flächenhärtevorrichtung mit ihrem Brenner 1 und den beiden Brausen 4 und 5 über letzteres hinweg bewegt werdene Letztere Arbeitsweise empfiehlt sich insbesondere für den Fall, daß es sich bei den zu härtenden Werkstücken um solche von besonders großer Längserstreckung handelt. Ebenso kann die vorerwähnte Relativbewegung auch durch eine gleichzeitige, entsprechend abgestimmte Vorschubbewegung sowohl des Werkstückes 3 als auch der Härtevorrichtung erzielt werden.

Bei dem in Figo 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abschreckbrause 4 in Form einer das Werkstück 3 umschließenden Ringbrause ausgebildet. Die Nachkühlbrause 5 ist auf einem Schlitten 6 angeordnet, der in Längsrichtung des zu härtenden Werkstückes 3 innerhalb des strichpunktiert dargestellten Bereiches 7 zu verstellen ist« Hierzu dient ein Schwenkmotor 8, der über Ritzel 9 und den Schwenkarm 10 mit Langloch 11 an dem Mitnehmerstift 12 des Schlittens 6 angreift«

Um eine selbsttätige Regulierung des zwischen den beiden Brausen 4 und 5 befindlichen Abstandes a vornehmen zu können, ist die neue Oberflächen-Härtevorrichtung noch mit einem Temperaturstrahlungs-Meßgerät 13 an sich bekannter Ausbildung versehen. Dieses Meßgerät ist vorzugsweise mit dem die Nachküh!brause 5 tragenden Schlitten 6 fest verbunden, so daß es an dessen Verstellbewegungen teilnimmt_β

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Der Meßstrahl 14 ist auf eine unmittelbar vor der Nachkühlbrause liegende Meßstelle 15 des Werkrstuuke,} 3 gerichtet, wodurch die AnIaütemperatur an dieser säbells gemessen werden kann.. Das Meßgerät 13 ist über an sich bekannte und daher nicht näher dargestellte Steuerungsmittel durch die Steuerleitung 16 so mit dem Schwenkmotor 8 verbunden, daß letzterer in Abhängigkeit von der gemessenen Werkstück- bzw» Anlaßtemperatur an der Stelle 15 den Schiitben 6 automatisch verstellt. Liegt dabei die gemessene !emperatur unterhalb der gewünschten Anlaßtemperatür, so wird der Schlitten 6 von der Abschreckbrause 4 weiter entfernt, also der Abstand a entsprechend vergrößert, während umgekehrt bei Überschreiten der gewünschten Anlaßtemperatur der Abs band a durch entsprechende Verschiebung des Schlittens 6 verkürzt wird»

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 abgebildeten im wesentlichen nur darin, daß hier die Verstellung des Schlittens 6 nicht durch einen Schwenkmotor, sondern durch einen Spindelmotor 17 erfolgt, der über die Spindelwelle 18, dia Spindelverstellmutter 19 und den an letzterer befestigten Steuerarm 20 am Mitnehmerzapfen 12 des Schlittens 6 angreift. Auch in diesem Fall kann der Spindelmotor 17 über die Steuerleitung 16 durch das die Meßstelle 15 überwachende Temperature trahlungs-Meßgerät 13 selbsttätig gesteuert werdeno

Für die mit der neuen Oberflachen -Härtevorrich-■

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tung vorzunehmende Abschreck- und gleichzeitige Anlaßhärtung kann es von Vorteil sein, daß das zu härtende Werkstück zuvor auf etwa 300 bis 600° 0 vorgewärmt wird, um auf diese Weise die zwischen den beiden Brausen 4 und 5 angestrebte Anlaßwirkung durch die im Werkstück gespeicherte Wärme zu unterstützen, Eine solche Vorwärmung kann mit üblichen Mitteln, beispielsweise mit vorgeschalteten Vorwärmbrennern oder auch in einem entsprechend ausgebildeten und angeordneten Ofen vorgenommen werden«,

Wie bereits erwähnt, empfiehlt es sich für das Oberflächenhärten besonders langer Werkstücke letztere ortsfest zu lagern und den Brenner 1 sowie die Brausen 4 und 5 mitsamt dem lemperaturmeßgerät 13 und den Antriebs- bzw« Verstellmitteln für den Schlitten 6 die Vorschubbewegung ausführen zu lassen. Für diesen Fall werden die vorerwähnten Teile der Härtevorrichtung zweckmäßig auf einem gemeinsamen, entlang der Werkstückachse zu verfahrenden Gestell angeordnet, in welchem der die Nachkühlbrause 5 tragende Schiitben 6 zur Regelung des Abstandes a zusatzlieh verstellbar gelagert wirdo

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Claims

Zum Schreibe, vom 2.· Aug. 13.68 a„^«f£toen juid Voi^cjb^u5ygL.JS«m_...i!l Blatt ffirma Paul Ferd. Peddinghaus, G-evelsberg i.Westf» Patentansprüche{

1. Verfahren-zum Oberflächenhärten von insbesondere länglichen Werkstücken mittels einer aus einem oder mehreren Kärtebreimern, Induktionsspulen od.dgl. und, zwei in Vorschubrichtung des Werkstücks hintereinander angeordneten Abschreckbrausen bestehenden Härtevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenzuhärtende Werkstück (3) nach seiner Erhitzung durch die eine Brause (4) nur unvollständig abgeschreckt und dann durch die andere, auf einem Schlitten (6) in Vorschubrichtung des Werkstücks (3) verstellbar angeordnete Brause (5) abgekühlt wird, wobei der Abstand zwischen Abschreckbrause (4) und Nachkühlbrause (5) derart auf die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks (3) eingestellt ist, daß das Werkstück (3) durch die aus seinem Innern an seine Oberfläche gelangende Wärme zwischen den beiden Brausen (4, 5) angelassen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem die Anlaßtemperatur des zu härtenden Werkstücks überwachenden Temperaturstrahlungs-Meßgerat, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß-

Unterlag ~.r. ■ » § ι Abs. 2 Nr. 1 Salz 3 des Änderungsges. ν -*.. 9 1967) ^

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Zum Schreiben vom Z.S. Aug.?. 1:9.68 _αη "Zerfahr en ...und...Vorriclitung zum ...o". Blatt..._ .1.2.

strahl des Temperatur-Meßgerätes (13) auf eine vor der Nachkühlbrause (5) liegende Meßstelle (15) des Werkstükkes (3) gerichtet ist und das Meßgerät über an sich bekannte elektrische Steuerungs- und Antriebsmittel den die Nachkühlbrause tragenden Schlitten (6) in Abhängigkeit von der abgefühlten Werkstücktemperatur selbsttätig so verstellt, daß sich der Abstand (a) zwischen den beiden Brausen (4, 5) bei Nichterreichen der gewünschten .Anlaßtemperatur vergrößert und bei deren Überschreiten verkleinert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn •zeichnet , daß das Temperatur-Meßgerät (13) zusammen mit dem die Nachkühlbrause (5) tragenden Schlitten (6) verfahrbar ist und der Antrieb des Schlittens durch einen vom Meßgerät (13) gesteuerten Schwenk- oder Spindelmotor (8 bzw. 17) erfolgt.

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