DE1583333C

DE1583333C - Inductor for surface hardening of elongated workpieces with a flange of different diameters

Info

Publication number: DE1583333C
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing.; Reinke Friedhelm Dr.-Ing.; 5630 Remscheid Seulen
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Publication date: 1971-08-19

Description

wendet, und es ist in zunehmendem Maße erwünscht io schiedlichem, jedoch wesentlich größerem Durchturns, and it is increasingly desirable in different, but much larger, penetration

bzw, erforderlich, diese Werkstücke auf der gesamten Oberfläche, d. h., unter Einbeziehung der Oberfläche des Schaftes, hochbelasteten Bereichen des Flansches und der Hohlkehle zwischen beiden einer induktiven Oberflächenhärtung zu unterziehen.or, if necessary, these workpieces on the entire Surface, d. i.e., including the surface of the shaft, highly stressed areas of the flange and subjecting the fillet between the two to inductive surface hardening.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese mindestens an einem Ende mit einer* Verdickung oder einem Flansch versehenen Wellen nach dem Gesamtflächenumlaufverfahren induktiv zu härten. BeimIt has already been suggested to have this at least at one end with a * thickening or induction hardening of shafts provided with a flange using the total area circulation method. At the

messer zusammengesetzt sind, und bei dem die im Zusammenhang mit den vorbekannten bzw. bereits vorgeschlagenen Verfahren oder Einrichtungen auftretenden genannten Schwierigkeiten vermieden werden.knives are composed, and in which the in connection with the previously known or already proposed methods or devices avoided mentioned difficulties will.

Der Induktor gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter je zwei sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Leiteräste aufweisen, von denen jeweils mindestens zweiThe inductor according to the invention is characterized in that the heating conductors are two in each have substantially axially extending conductor branches, each of which has at least two

induktiven Härten nach dem Gesamtflächenumlauf- 20 zu verschiedenen Heizleitern gehörende im Grenzverfahren werden in bekannter Weise die rotations- bereich der Einflußzonen der beiden Heizleiter an symmetrischen Werkstücke, mit konstanter Geschwindigkeit um ihre Symmetrieachse rotierend, voninductive hardening according to the total area circulation - 20 belonging to different heating conductors in the boundary process the area of rotation of the zones of influence of the two heating conductors are shown in a known manner symmetrical workpieces, rotating at constant speed around their axis of symmetry, from

;inem die gesamte Länge des Werkstückes über-; in which the entire length of the workpiece

ihren Endflächen durch eine Isolierschicht voneinander getrennt aneinander stoßen und daß jeweils mindestens zwei in den genannten Grenzbereichentheir end faces butt against each other separated by an insulating layer and that in each case at least two in the specified border areas

streichenden Induktor in der Oberfläche erhitzt und 25 an die axialen Leiteräste anschließenden Stromzudurch Abschrecken gehärtet. führungen nebeneinander und sich axial überlappendThe coating inductor is heated in the surface and current is passed through to the axial conductor branches Quenching hardened. guides side by side and axially overlapping

Dieses Härteverfahren hat sich in der Praxis auch bei der Behandlung der erwähnten Wellentypen gut bewährt; es hat sich allerdings als außerordentlichThis hardening process has also proven itself in practice for the treatment of the wave types mentioned proven; however, it has proven to be extraordinary

angeordnet sind.are arranged.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Stoßstellen von jeweils zwei zu nachteilig erwiesen, daß für jede Welle mit vor- 30 verschiedenen Heizleitern gehörigen axialen Leitergegebenen Dimensionen des Schaftes und des Flan- ästen axial gegeneinander versetzt,
sches ein dem Werkstück genau angepaßter Induktor Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfin-According to an advantageous embodiment of the invention, the butt joints of two each have proven to be disadvantageous that for each shaft with respective axial conductors, given dimensions of the shaft and the flange branches are axially offset from one another,
an inductor precisely matched to the workpiece.

verwendet werden muß, wenn das vorgeschriebene derischen Induktors ist dadurch gekennzeichnet, daß oder erwünschte Härteergebnis erzielt werden soll. ein auswechselbarer Heizleiter (Hauptheizleiter) für Dieser Nachteil tritt insbesondere immer dann 35 die Behandlung des zylindrischen Schaftes und ein sehr deutlich zutage, wenn ein Hersteller oder ein weiterer auswechselbarer Heizleiter (Nebenheizleiter) Anwender ein Vielfalt von gleich langen Wellentypen für die Behandlung des Flansches sowie der Hohlmit den unterschiedlichsten Schaft- und Flansch- kehle zwischen Schaft und Flansch vorgesehen ist. durchmessern bei geringer Stückzahl pro Wellentype Die Nutzanwendung der Erfindung besteht nunmust be used when the prescribed derischen inductor is characterized in that or the desired hardening result is to be achieved. an exchangeable heating conductor (main heating conductor) for This disadvantage always occurs in particular when the cylindrical shaft and 35 are treated very clearly visible when a manufacturer or another exchangeable heating element (auxiliary heating element) Users a variety of shaft types of the same length for the treatment of the flange as well as the hollow with the most varied of shaft and flange fillets are provided between the shaft and the flange. diameters with a small number of pieces per shaft type The useful application of the invention now exists

zu härten hat. Abgesehen von der hohen Kapital- 40 darin, daß die Schäfte der unterschiedlichen Flanschinvestition für die Vielzahl der Induktoren ist auch wellentypen einer Typengruppe meist mit einemhas to harden. Apart from the high capital 40 in that the shafts of the different flange investment For the large number of inductors, shaft types of a type group are usually with one

einzigen Induktor gehärtet werden können.single inductor can be hardened.

Die Trennlinie zwischen beiden Heizleitern wird in vielen Fällen vorteilhaft möglichst nahe an die Hohlkehle herangele>gt sein, damit der Nebenheizleiter einerseits optimal geformt werden kann und der durch ihn zu heizende Schaftbereich möglichst klein bleibt. Der Hauptheizleiter braucht daher bei der induktiven Erhitzung bzw. beim induktivenIn many cases, the dividing line between the two heating conductors is advantageously as close as possible to the Fillet should be used so that the auxiliary heating conductor can be optimally shaped on the one hand and the shaft area to be heated by it remains as small as possible. The main heating element therefore needs at inductive heating or inductive heating

in den verschiedenen Bereichen einer zusammen- 50 Härten einer Vielzahl von Flanschwellentypen nicht hängenden Härtezone jeder dieser Bereiche von einer ausgewechselt zu werden, sondern .dies ist lediglich zugehörigen, von den anderen Heizlciterschleifen
galvanisch getrennten, Heizleiterschleife induktiv
erhitzt wird.In the various areas of a joint hardness zone of a large number of flange shaft types, each of these areas must not be replaced by one, but this is only associated with the other heating oil loops
galvanically separated, inductive heating conductor loop
is heated.

Ein solches Verfahren ist auch in der britischen Patentschrift 1030 047 näher beschrieben, bei demSuch a method is also described in more detail in British patent specification 1030 047, in which

das häufige Umrüsten der induktiven Härteeinrichtung mit erheblichen Verlusten an Produktionszeit und somit mit vermeidbaren finanziellen Verlusten verbunden.frequent retooling of the inductive hardening device with considerable losses in production time and thus associated with avoidable financial losses.

Aus der deutschen Auslegesehrift 1 228 645 ist nun ein Verfahren zum induktiven Härten der Lagerstellen von Kurbelwellen bekannt, bei dem zur Berücksichtigung des unterschiedlichen WärmeabflussesFrom the German Auslegesehrift 1 228 645 there is now a method for inductive hardening of the bearing points known from crankshafts, in which to take into account the different heat dissipation

die Oberfläche des Lagerzapfens durch eine erste Heizleiterschleife und die der Hohlkehle und der anschließenden Kurbelwellenwange durch eine zweite Heizleiterschleife erhitzt wird. Um eine Diskontinuitat des Härtebildes im Grenzbereich der .Einflußzonen beider Heizlciterschleifen zu vermeiden, sind die Heizleiterschleifen dort (F i g. 2) in azimuthaler Richtung versetzt. Bei einer derartigen Versetzungthe surface of the journal through a first heating conductor loop and that of the fillet and the subsequent crankshaft cheek is heated by a second heating conductor loop. To a discontinuity of the hardness pattern in the border area of the zones of influence of both heating oil loops are to be avoided the heating conductor loops there (FIG. 2) offset in the azimuthal direction. With such a transfer

für die Nebenheizleiter erforderlich. Eine solche Maßnahme spart nicht unbeträchtliche Investitionskosten, sondern auch erhebliche Rüstzeiten ein.required for the auxiliary heating elements. Such a measure saves not inconsiderable investment costs, but also considerable set-up times.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden aus den Abbildungen deutlich. Es zeigenFurther details of the invention are evident from the figures. Show it

Abb. la und 1 b zwei unterschiedlich dimensionierte Flanschwellen,Fig. La and 1b two differently dimensioned Flange shafts,

A b b. 2 in stark schematisierter Weise die Anordnung von Haupt- und Nebenheizleiter,A b b. 2 shows the arrangement of the main and secondary heating conductors in a highly schematic manner,

A b b. 3 und 4 die Ausgestaltung der Stromzuführung zu den Heizleitern an den Stoßstellen,A b b. 3 and 4 the design of the power supply to the heating conductors at the joints,

Abb. 5 in stark schematisierter Weise eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des HärteFig. 5 shows in a highly schematic manner a circuit arrangement for performing the hardness

würden bei vielen Anwendungsfällen die beiden 65 Verfahrens.
Heizlciterschleifen aber einen Winkelbereich von Die Flanschwellen gleicher Länge gemäß denthe two 65 procedures would in many cases of application.
Heating oil loops, however, an angular range of The flange shafts of the same length according to the

mehr als 180° einnehmen, was die Zuführung des Abb. la und Ib weisen grundsätzlich die gleiche Werkstückes in seine Arbeitsstellung relativ zu den .Form, auf, nämlich einen langgestreckten zylindri-occupy more than 180 °, what the supply of Fig. la and Ib show basically the same Workpiece in its working position relative to the .Form, namely an elongated cylindri-

hen Schaft 1, der an seinem linken Ende mit einem llerförmdgen Flansch 2 versehen ist, und auf der ichten .Seite in eine Vielkeilverzahnung 3 ausläuft, eide Flanschwellen unterscheiden sich durch die iterschiedlichen Schaft- und Flanschdurchmesser. ußerdem soll die Härteschicht 4 bei dem Werkück gemäß Abb. Lb in der Flanschoberfläche ^maßstäblich anders sein als beim Werkstück imäß Abb.'la. Von der unterschiedlichen Länge sv Härtezone ,im Flansch 2 beim Werkstück gemäß . b b. Lb abgesehen, ist die Härteaufgabe bei beiden /erkstücken jedoch identisch, nämlich Härtung der jsamten Schaftoberfläche unter Einbeziehung der · iohlkehle 5 und der Vielkeilverzahnung 3. Diese härtung muß zur Vermeidung von Zonen verminerter Festigkeit aus einer Wärme heraus erfolgen, . h. der gewünschten Härteschicht entsprechend iuß im Werkstück eine unbeeinträchtigt durchifhend erhitzte Oberflächenschicht erzeugt werden. Dies geschieht mit einem Induktor gemäß A b b. 2, er einen Hauptheizleiter mit den Leiterästen 6 und 6' )wie einen Nebenheizleiter mit den Leiterästen 7 nd T enthält. Die Heizleiteräste 6, 6' bzw. 7, T weren durch die Verbindungen 6" bzw. 7" und die tromzuführungen 8, 8' bzw. 9, 9' zu sich über dem •/erkstück schließenden Heizleiterschleifen ergänzt. )ie beiden zueinander gehörenden Heizleiteräste :der Heizleiterschleife sollen nicht mehr als 180 Winelgrade auf der Oberfläche voneinander ent- ;rnt sein.hen shaft 1, which is provided at its left end with a llerförmdgen flange 2, and on the ichten .Seite runs out into a spline 3, eide flange shafts differ in the different shaft and flange diameters. In addition, the hardness layer 4 in the workpiece according to Fig. Lb in the flange surface ^ should be scaled differently than in the workpiece in Fig.'la. From the different length sv hardness zone, in flange 2 at the workpiece according to. b b. Apart from that, the hardening task for both parts is identical, namely hardening of the entire shaft surface with the inclusion of the fillet 5 and the splined toothing 3. This hardening must take place from a heat in order to avoid zones of reduced strength,. H. In accordance with the desired hardness layer, an unimpaired, thoroughly heated surface layer must be produced in the workpiece. This is done with an inductor according to A b b. 2, it contains a main heating conductor with the conductor branches 6 and 6 ') as well as a secondary heating conductor with the conductor branches 7 and T. The heating conductor branches 6, 6 'or 7, T are supplemented by the connections 6 "or 7" and the power supply lines 8, 8' or 9, 9 'to form heating conductor loops that close above the piece. The two heating conductor branches that belong to one another: the heating conductor loop should not be more than 180 degrees away from each other on the surface.

Besondere Aufmerksamkeit muß auf die Gestaljng der Stoßstellen zwischen Haupt- und Nebeneizleiter gelegt werden. Diese müssen in der Weise usgebildet sein, daß die von ihnen erzeugten Heizonen unbeeinträchtigt ineinander übergehen. Diese Orderung wird dadurch erfüllt, daß — wie aus den 1 b b. 3 und 4 hervorgeht — die parallel zum Werktück verlaufenden Heizleiteräste 6' und T, durch die solierschicht 10 getrennt, stirnseitig aneinandertoßen, während die Stromzuführungen 8' und 9' ebeneinander und hinsichtlich ihrer Heizwirkung iberlappend angeordnet sind. Dabei kann — wie us Abb. 4 ersichtlich — die Stirnfläche jedes Heizaiterastes rechtwinklig zu den übrigen Oberflächen ies Heizleiterastes angeordnet sein. Mitunter kann s aber auch zweckmäßig sein, die Stirnflächen chräg über- oder nebeneinander anzuordnen. Daiurch wird erreicht, daß die im Werkstück induierten Ströme in den Bereichen hoher Stromdichte, lämlich an den Stoßstellen, nahezu ausschließlich η axialer Richtung fließen und durch die Stromuführung lediglich eine vernachlässigbare Leistung nduziert wird.Particular attention must be paid to the design of the joints between the main and secondary lines. These must be designed in such a way that the heating zones generated by them merge into one another without being impaired. This order is fulfilled in that - as shown in FIGS. 1 b b. 3 and 4 - the heating conductor branches 6 'and T running parallel to the workpiece, separated by the insulating layer 10, meet at the front, while the power supply lines 8' and 9 'are arranged level with one another and overlapping with regard to their heating effect. As can be seen from Fig. 4, the end face of each heating conductor branch can be arranged at right angles to the other surfaces of the heating conductor branch. Sometimes, however, it can also be useful to arrange the end faces at an angle above or next to one another. This ensures that the currents induced in the workpiece in the areas of high current density, slow at the joints, flow almost exclusively in the axial direction and only a negligible power is induced by the current supply.

Die Vergleichmäßigung der erhitzten Oberflächenschicht kann dadurch weiter verbessert werden, daß — wie nicht dargestellt — die Stellen, an denen die -ieizleiteräste 6' und 7' bzw. 6 und 7 aneinanderstoßen, auf der Werkstücklänge gegeneinander vernetzt angeordnet sind, d. h., beispielsweise ist die ^toßstelle zwischen 6' und 7' in geringerem Abstand /om Werkstückende angeordnet als die Stoßstelle :wischcn 6 und 7.The homogenization of the heated surface layer can be further improved by the fact that - as not shown - the points at which the -ieizleiteräste 6 'and 7' or 6 and 7 abut are arranged in a networked manner over the length of the workpiece, that is, for example ^ joint between 6 'and 7' at a smaller distance / from the end of the workpiece than the joint: wipe 6 and 7.

Wie deutlich aus A b b. 4 zu erkennen, ist die Stromzuführung 8' zum Hauptheizleiier in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß sie dem Nebenheizleiter gleichzeitig als Führung dient, wenn dieser beim Austausch in Richtung des Pfeiles 11 von oben her eingesetzt wird.As is clear from A b b. 4, the power supply 8 'to the main heating unit is more advantageous Way designed so that it also serves as a guide for the auxiliary heating conductor when this is used when exchanging in the direction of arrow 11 from above.

In A b b. 5 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, mit welcher die Oberflächenaufheizung von Flanschwellen weiter den praktischen Erfordernissen angepaßt und verbessert werden kann. Hauptheizleiter 6 und Nebenheizleiter 7 des Induktors sind über separate Transformatoren 12 und 13 an eine Mittel- bzw. Hochfrequenzstromquelle angeschlossen. Durch die Kondensatoren 14 und 15 werden die Transformatoren zu den erforderlichen Schwingkreisen ergänzt. Die Einspeisung des Stromes erfolgt über die Schalter 18 und 19, welche zu unterschiedlichen Zeiten und während unterschiedlicher Zeitspannen von den Zeitgebern 16 und 17 betätigt werden können.In A b b. 5 shows a circuit arrangement with which the surface heating of flange shafts can be further adapted to the practical requirements and improved. Main heating element 6 and auxiliary heating conductors 7 of the inductor are connected to a central or central heating element via separate transformers 12 and 13. High frequency power source connected. Through the capacitors 14 and 15, the transformers added to the required oscillating circuits. The current is fed in via switches 18 and 19, which at different times and can be operated by timers 16 and 17 during different periods of time.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß mit der neuen Vorrichtung und dem neuen Verfahren nichfc nur Werkstücke mit tellerförmigem Flansch behandelt werden können, sondern auch solche, die entweder an einem oder beiden Enden des Schaftes glockenförmige oder konkav bzw. konvex gebogene Flansche aufweisen.It should be noted that with the new device and the new method not only workpieces with a plate-shaped flange can be treated, but also those that either bell-shaped or concave or convex curved at one or both ends of the shaft Have flanges.

Claims

Patent claims:

1. Inductor for generating an unimpaired continuous hardness layer on such workpieces according to the total surface circulation process, which are composed of an elongated, essentially cylindrical shaft of different diameter and at least one flange with a different, but significantly larger diameter, which at least two galvanically separated from each other, are composed having associated parts of the workpiece surface extending heating conductors, characterized in that the heating conductors each have two substantially axially extending conductor branches (6, 6 ', 7, T) , of which at least two belonging to different heating conductors (6, T or . 6 ', 7) in the area of influence of the zones of influence of the two heating conductors abut one another at their end faces separated from one another by an insulating layer (10), and that in each case at least two in the abovementioned border areas on the axial conductor branches (6, 6', 7, 7 ' ) subsequent power supply Guides (8, 9 or 8 ', 9') are arranged next to one another and axially overlapping.

2. Inductor according to claim 1, characterized in that the joints of two axial conductor branches belonging to different heating conductors (6, T or 6 ', 7) are axially offset from one another.

3. Inductor according to claim 1 and 2, characterized in that an exchangeable heating conductor (main heating conductor 6) for treating the cylindrical shaft (1) and another exchangeable heating conductor (auxiliary heating conductor 7) for treating the flange (2) and the fillet ( 5) is provided between the shaft {V) and the flange (2).

For this purpose 2 sheets of drawings