DE19537738C1 - Einrichtung zum gleichzeitigen Induktionshärten von mehreren unterschiedlichen Oberflächenpartien eines Stahlwerkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum gleichzeitigen Induktionshärten von mehreren unterschiedlichen Oberflächenpar­ tien eines im wesentlichen rotationssymmetrischen Stahlwerkstückes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der industriellen Fertigung von Kurbelwellen bekannt ist.

Beim induktiven Härten der Lagerzapfen von Kurbelwellen werden mehrere wenn auch nicht alle Lagerzapfen gleichzeitig gehärtet, indem mehrere Forminduktoren an Lagerzapfen angelegt und diese dadurch während des Umlaufes der Zapfen gleichzeitig und unter­ einander gleichmäßig und gleich tief auf Umwandlungstemperatur erwärmt werden. Anschließend werden die Induktoren zeitgleich von den Lagerzapfen der Kurbelwelle entfernt und die Lagerzapfen mittels eines aufgeduschten wäßrigen Abschreckfluids abge­ schreckt. Die geometrischen Formen und die zu realisierenden Einhärtetiefen sind an allen gleichzeitig zu härtenden Oberflä­ chenpartien die gleichen. Die verschiedenen, gleichzeitig einge­ setzten, untereinander im wesentlichen baugleichen Formindukto­ ren sind dabei an einen für alle Forminduktoren einheitlichen Generator angeschlossen und arbeiten demgemäß alle unter der gleichen Frequenz und der gleichen Heizzeit; lediglich die Span­ nung und somit die Induktionsleistung kann für die einzelnen, von einem gemeinsamen Generator gespeisten Induktoren individu­ ell unterschiedlich eingestellt werden. Nach dem Härten eines ersten Satzes von Lagerstellen einer Kurbelwelle werden an­ schließend in einem ähnlichen Härteschritt weitere Lagerzapfen gehärtet, bis alle Lagerzapfen der Kurbelwelle wärmebehandelt sind. Wesentlich ist hier, daß die zu härtenden Oberflächenpar­ tien des Werkstückes auf ihm örtlich so weit voneinander ent­ fernt sind, daß im Falle eines zeitversetzten Härtens der Ober­ flächenpartien keine Wärmebeeinflussung von dem einen zu dem anderen Lagerzapfen stattfinden kann. Im übrigen besteht das gesamte Werkstück Kurbelwelle aus ein und dem selben Werkstoff; auch sind die beim Härten der verschiedenen Lagerzapfen gleich­ zeitig zu erwärmenden Werkstoffmassen untereinander durchaus ähnlich.

Bei Werkstücken mit unterschiedlich zu härtenden Oberflächenpar­ tien, insbesondere bei unterschiedlichen Werkstoffen, Werkstoff­ massen und/oder unterschiedlich tiefen Einhärtetiefen müssen diese Oberflächenpartien zeitversetzt mit unterschiedlichen Forminduktoren und unterschiedlich eingestellten Arbeitsparame­ tern des Generators nacheinander gehärtet werden, was zeitrau­ bend und nachteilig für eine hohe Produktivität ist. Im übrigen ist die bekannte Arbeitsweise auch nur bei solchen Werkstücken einsetzbar, bei denen sich die unterschiedlich zu härtenden Par­ tien nicht überlappen, sondern einen ausreichend großen Abstand voneinander haben, so daß keine Anlaßwirkung von der einen Ober­ flächenpartie auf die andere zu befürchten ist. Werkstücke mit unterschiedlich zu härtenden Oberflächenpartien, die unmittelbar aneinanderstoßen, können bisher nur mehrteilig dadurch herge­ stellt werden, daß die eine Oberflächenpartie an einen ersten Werkstückteil und die andere Oberflächenpartie an einem separa­ ten, zweiten Werkstückteil vorgesehen wird und beide Werkstück­ teile über genau bearbeitete - und ebenfalls gehärtete - Füge­ flächen mechanisch gefügt werden, was selbstverständlich sehr umständlich ist aber bisher als unvermeidbar angesehen wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäß zugrundegelegte Induktionshärte-Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß bei Werkstücken mit unterschiedlich zu härtenden Oberflächenpartien, insbesondere bei unterschiedlichen Werkstoffen, Werkstoffmassen und/oder unterschiedlich tiefen Einhärtetiefen eine hohe Produk­ tivität möglich ist und auch solche Teile einfach hergestellt werden können, bei denen unterschiedlich zu härtende Oberflä­ chenpartien unmittelbar benachbart sind oder sich gar überlap­ pen.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen Induk­ tionshärte-Einrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Aufgrund der Speisung der Form­ induktoren, die den unterschiedlichen, zu härtenden Oberflächen­ partien zugeordnet sind, von jeweils separaten Generatoren aus können sämtliche Arbeitsparameter, nämlich Frequenz, Heizlei­ stung und Heizzeit für die jeweiligen Induktoren separat einge­ stellt und optimiert werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nach­ folgend noch erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schema­ tisch eine Induktionshärteeinrichtung, bei der zwei unterschied­ lich gespeiste Forminduktoren unterschiedlicher Bauart gleich­ zeitig an unterschiedlichen Oberflächenpartien des Werkstückes zum Einsatz gelangen.

Mit der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung können in ra­ tioneller Weise zugleich mehrere unterschiedliche Oberflächen­ partien 8 und 9 eines Stahlwerkstückes 3 induktionsgehärtet wer­ den, die unmittelbar aneinanderstoßen und sich zu einer zusam­ menhängenden, durchlaufende Härtezone vereinigen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Werkstück 3 um eine Antriebswelle eines Kleinwagens mit einer Gelenknabe 4 mit Rillen 7 für Mitnahmekugeln und einer über eine Reibschweißnaht 6 mit ihm verbundene Hohlwelle 5; anstelle der Hohlwelle wäre auch eine Vollwelle denkbar. Die Gelenknabe be­ steht aus einem höherwertigen Stahl als die Hohlwelle und soll lediglich mit einer oberflächennahen Einhärtetiefe t induktions­ gehärtet werden, wogegen sein Kern zäh, d. h. ungehärtet bleiben soll. Die Hohlwelle und der Bereich der Schweißnaht 6 sollen hingegen durchgehärtet werden; hier ist eine hohe Einhärtetiefe T gefordert. Die der angeschweißten Hohlwelle 5 zugekehrte Stirnseite der Gelenknabe soll ebenfalls gehärtet werden, wobei in diesem Bereich die Einhärtetiefe von dem geringen Wert t auf die große Einhärtetieft T der Welle zunehmen soll. Die Härtzone soll ohne anlaßbedingte Weichzonen über beide Oberflächenpartien hinweg unterbrechungsfrei durchlaufen.

Die Härtemaschine 1 vermag das Werkstück in Werkstückaufnahmen 2 lagedefiniert und drehbar aufzunehmen. Das Werkstück ist zumin­ dest im Bereich der zu härtenden Partien 8 und 9 im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. In der Härtemaschine sind meh­ rere Forminduktoren 10 und 11 unterschiedlicher Bauart vorgese­ hen, die jeweils an die Form einer der Oberflächenpartien 8 bzw. 9 des Werkstückes hinsichtlich Leiterschleifenverlauf und Beble­ chung zur Bündelung und/oder Lenkung des Magnetflusses sowie zur Erfüllung jeweils spezieller Härteaufgaben optimal angepaßt sind. Den zu härtenden Oberflächenpartien 8 und 9 ist eine axial verschiebbare Brauseeinrichtung 14 zugeordnet (Hubbewegung 18), mit der die induktiv erwärmten Oberflächenpartien des Werkstückes mit einem Abschreckfluid abgeschreckt werden können, nachdem die Forminduktoren aus dem Arbeitsbereich entfernt worden sind und die Brauseeinrichtung axial in den Arbeitsbereich des Werk­ stückes eingefahren ist.

Die Forminduktoren sind in der Härtemaschine beweglich gehal­ tert. Und zwar kann der eine als geschlossener Ringinduktor aus­ gebildete Forminduktor 10 axial entlang der Hubbewegung 16 an die zu härtende Oberflächenpartie 8 des Werkstückes bei umlau­ fendem Werkstück herangerückt und von ihm wieder abgerückt wer­ den, wogegen der andere als Halbschaleninduktor ausgebildete Forminduktor 11 radial - Hubbewegung 17 - an das Werkstück heran bzw. wegbewegt wird, solange die ringförmige Brauseein­ richtung 14 axial aus dem Werkstückbereich entfern ist.

Die Forminduktoren sind bezüglich ihrer Leiterschleifen mit einem Generator 12 bzw. 13 zur Energieversorgung elektrisch lei­ tend verbunden, wobei diese hinsichtlich ihrer Arbeitsparameter wie Frequenz, Spannung und Stromstärke einstellbar bzw. frei anwählbar sind. Für jeden Forminduktor 10, 11 ist jeweils ein separater, für sich bezüglich der gewünschten Arbeitsparameter einstellbarer Generator 12, 13 vorgesehen. Einer der Forminduk­ toren, und zwar der Ringinduktor 10, der der Oberflächenpartie 8 mit der geringen Einhärtetiefe t zugeordnet ist, ist über die Leitungsverbindung 15 mit einem ersten Generator 12 verbunden, dessen Frequenz entsprechend dem gewünschten Härtebild empirisch ermittelt bzw. optimiert werden muß. Der andere als Halbschalen­ induktor ausgebildete und die Oberflächenpartie 9 mit der großen Einhärtetiefe T sowie die Stirnseite - Zone 9′ - der Gelenknabe 4 erwärmende Forminduktor 11 ist über die Leitungsverbindung 15′ an den zweiten Generator 13 angeschlossen. Aufgrund der unter­ schiedlichen Speisung der Forminduktoren mit elektrischer Ener­ gie aus unterschiedlichen Generatoren ist es trotz gleichzeitigem Härtens der jeweils zugeordneten Oberflächenpartien möglich, diese ganz unterschiedlich härtetechnisch zu behandeln, insbe­ sondere unterschiedlich tief in einer einheitlichen, örtlich un­ terbrechungsfrei gehärteten Zone zu härten. Soweit wegen unter­ schiedlicher, gewünschter Einhärtetiefen an den einzelnen Ober­ flächenpartien unterschiedliche Werkstoffvolumina erwärmt werden müssen, kann dies zum einen durch Einstellung unterschiedlich starken Heizleistungen oder durch Einstellung unterschiedlicher Heizzeiten realisiert werden, wobei allerdings wegen des unmit­ telbar anschließenden Abschreckens an allen Oberflächenpartien die Erwärmung gleichzeitig beendet sein muß. Zum Erwärmen der weniger tief einzuhärtenden Partien wird dort daher entsprechend später mit dem Beheizen begonnen als bei den tiefer einzuhärten­ den Partien.

Zum Abschrecken werden die Forminduktoren axial bzw. Radial vom Werkstück 3 abgerückt und die Brauseeinrichtung 14 aus einer Wartestellung (nicht gezeigt) in die dargestellte Arbeitsstel­ lung eingeschobenem und das Werkstück mit einem wäßrige Fluid abgeschreckt.

Claims (4)

1. Einrichtung zum gleichzeitigen Induktionshärten von mehreren unterschiedlichen Oberflächenpartien eines zumindest im Bereich der zu härtenden Partien im wesentlichen rotationssymmetrischen Stahlwerkstückes,

• - mit einer das Werkstück lagedefiniert und drehbar aufnehmen­ den Härtemaschine,
• - mit mehreren, jeweils an die Form einer der Oberflächenpar­ tien des Stahlwerkstückes hinsichtlich Leiterschleifenverlauf und Beblechung zur Bündelung und/oder Lenkung des Magnetflus­ ses angepaßten, in der Härtemaschine beweglich gehalterten Forminduktoren, die an die zu härtende Oberflächenpartie des Werkstückes bei umlaufendem Werkstück heranrückbar und von vom Werkstück abrückbar sind,
• - mit einem elektrisch mit den Leiterschleifen der Formindukto­ ren verbundenen, hinsichtlich seiner Arbeitsparameter wie Fre­ quenz, Spannung und Stromstärke einstellbarer bzw. wählbarer Generator zur Energieversorgung der Forminduktoren und
• - mit einer den zu härtenden Oberflächenpartien zugeordneten Brauseeinrichtung zum Abschrecken der induktiv erwärmten Ober­ flächenpartien des Werkstückes mit einem Abschreckfluid,

dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Forminduktor (10, 11) jeweils ein separater, für sich bezüglich der gewünschten Arbeitsparameter einstellbarer Generator (12, 13) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Induktoren (10) als geschlossener Ringinduktor ausgebildet und axial auf das Werkstück zu- bzw. wegbeweglich (Hubbewegung 16) und der andere (11) als Halbschaleninduktor ra­ dial auf das Werkstück zu- bzw. wegbeweglich ist (Hubbewegung 17).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Induktoren (10 und 11) mit einem Hochfre­ quenzgenerator (12) und der andere mit einem Mittelfrequenzgene­ rator (13) verbunden ist.