DE2026524A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Flammharten von Zahnradern im Einzel zahnverfahren - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. Sauenland · Dr.-Ing. R. König Patentanwälte ■ 4OQQ Düsseldorf ■ Cecilienallee 7b · Telefon 43 27 3a

Unsere Akte: 25 810 .29. Mai 1970

Firma Paul FercL Peddinghaus, 5820 Gevelsberg

"Verfahren und Vorrichtung zum Flammhärten von Zahnrädern

im Einzelzahnverfahren"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Flammhärten von Zahnrädern im Einzelzahnverfahren durch fortschreitendes Erhitzen der Zahnflanken auf Härtetemperatur und unmittelbar darauf erfolgendes Abschrecken der erhitzten Zahnflanken.

Sollen Zahnräder gegen Verschleiß geschützt werden, so genügt es in aller Regel nur die Zahnflanken zu härten. Beim Härten im Einzelzahnverfahren geschieht dies in der Weise, daß die beiden Flanken eines Zahnes gleichzeitig erwärmt, sodann abgeschreckt und damit gehärtet werden. Bei Zahnrädern mit relativ kleinen Verzahnungen, von etwa Modul 5 bis Modul 12 ist es bekannt, während des Vorschubhärtens die dem gerade zu härtenden Zahn benachbarten Zähne von außen zu kühlen, um ein unerwünschtes, durch den Härtebrenner bzw» seine Beiflamme hervorgerufenes Erwärmen der Nachbarzähne zu vermeiden, das insbesondere bei dem zuvor gehärteten Zahn zu einem nachteiligen Anlassen führt.

Während die vorbeschriebene Maßnahme bei den oben genannten kleineren Verzahnungen im allgemeinen zufriedenstellend ist, hat es sich gezeigt, daß bei größeren Verzahnungen, etwa ab Modul 12, und vor allem auch bei Schrägverzahnungen das bekannte Flammhärteverfahren mit der ange-

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wandten Außenkühlung nicht mehr ausreichend ist. Der Grund ist vor allem darin zu sehen, daß die dem gerade zu härtenden Zahn gegenüberliegenden Flanken durch die Außenkühlung nicht mehr ausreichend kalt gehalten werden können, da das Kühlmittel infolge des vergleichsweise großen Materialquerschnitts bei großen Verzahnungen nicht mehr genügend Wärme ableiten kann, die durch die nicht vermeidbare Beiflamme des Brenners dieser Zahnflanke zugeführt· worden ist. Diese ungenügende Wärmeableitung hat unter anderem zur Folge, daß durch die schnell aufheizende Wirkung der Beiflamme auf die Zahnflanke des bereits gehärteten Zahnes an der Flanke quer zur Härterichtung verlaufe fende Anlaßrisse entstehen, die mithin zu einem unbrauchbaren Zahnrad führen.

Diese Rißbildung ist gerade in letzter Zeit besonders kraß zum Tragen gekommen, da in zunehmendem Maße Erdgas zum Flammhärten verwendet wird. Die hierzu benutzten Erdgas-Brenner bewirken im Gegensatz zu Brennern mit Leuchtgas ein viel größeres Abgasvolumen und damit eine wesentlich höhere Beiflaimnentemperatur, so daß sich in solchen Fällen Anlaßrisse nicht mehr vermeiden ließen.

Das Härten von Zahnrädern mit großem Modul unter Verwendung von Azetylen ist unwirtschaftlich, da hierbei noch |l höhere Temperaturen auftreten. Da bei großen Modulen ohnehin eine größere Zahnflankentragfähigkeit erforderlich ist, verbietet sich der Einsatz von Azetylen von selbst, da der zum Konstanthalten der Härtetemperatur an der Oberfläche notwendige große Vorschub des Brenners eine zu geringe Einwirktiefe der Brennerflamme mit sich bringt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die beim Flammhärten von Zahnrädern im Einzelzahnverfahren durch fortschreitendes Erhitzen der Zahnflanken auf Kärte-

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temperatur und unmittelbar darauf erfolgendes Abschrecken der erhitzten Zahnflanken auftretenden Rißbildungen an den dem gerade zu härtenden Zahn zugekehrten Zahnflanken der Nachbarzähne auch bei sehr hohen Temperaturen der Beiflamme zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß während des Härtens der Zahnflanken eines Zahnes ausschließlich die diesem Zahn zugewandte Flanke des vorher gehärteten Zahnes gekühlt wird. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln die negative Auswirkung der Beiflamme verhindert und somit quer zur Härterichtung verlaufende Anlaßrisse vollständig vermieden.

Für die Erfindung ist also wesentlich, daß nicht mehr wie bisher eine auf die Außenflanke gerichtete Seitenkühlung mit einer durch den Zahnquerschnitt erfolgenden Wärmeableitung notwendig ist, sondern eine direkte Wärmeableitung durch unmittelbare Beaufschlagung der gehärteten Zahnflanke mit einem Kühlmittel vorgesehen ist.

Als besonders zweckmäßig hat sich herausgestellt, die Kühlmittelbeaufschlagung der Zahnflanke des bereits gehärteten Zahnes gegen die Vorschubbewegung beim Erhitzen des zu härtenden Zahnes erfolgen zu lassen. Die Strahlen der Flankenkühlung sind also so gerichtet, daß das Kühlmittel derart entlang der gehärteten Zahnflanke geführt wird, daß es gegen die Vorschubbewegung beim Härten eines Zahnes gerichtet ist. Zugleich werden das Kühlmittel und das Abschreckmittel für den gerade zu härtenden Zahn nach Erfüllung ihrer Aufgabe zusammen nach unten abgeführt, d.h. aus dem Zwischenraum zwischen dem Härtebrenner und der zuvor gehärteten Flanke«

Liegt bei Schrägverzahnungen eine Rechts- oder Linksverzahnung vor, so ist die Vorkühlung jeweils nur auf einer Seite, nämlich der zuvor gehärteten Seite erforderlich.

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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem dem fortschreitenden Erhitzen der Zahnflanken jeweils eines Zahnes auf Härtetemperatur dienenden Härtebrenner und einer diesem nachfolgende Abschreckbrause besitzt in bevorzugter Ausführung eine zusätzlich zur Abschreckbrause angeordnete, ausschließlich auf die dem jeweils zu härtenden Zahn zugewandte Zahnflanke des zuvor gehärteten Zahnes gerichtete Kühlbrause.' Diese Brause kann beispielsweise mehrere Brauserohre mit entgegen der Vorschubrichtung des Härtebrenners gerichteten Austrittsenden aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Brauserohre von der Kühlmittel-Zuführleitung der Abschreckbrause abzweigen. Sind die Brauserohre mit Verteilerrohrstücken verbunden, die an den Enden einer in ihrem mittleren Teil mit der Kühlmittel-Zuführleitung der Abschreckbrause in Verbindung stehenden Verbindungsleitung angeschlossen sind, so empfiehlt es sich, zumindest in die Verbindungsleitung zu beiden Seiten der darin einmündenden Kühlmittel-Zuführleitung verstellbare Drosseln einzubauen«, Je nach Erfordernis kann dann die eine oder andere Brauserohrbatterie mit Kühlmittel versorgt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Härteverfahrens an einem großmoduligen Zahnrad,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 die zu Fig. 2 zugehörige Seitenansicht.

Das Härten im Einzelzahnverfahren nach dem erfinderischen Verfahren sei anhand des in Fig. 1 teilweise dargestellt

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ten, großmoduligen Zahnrades näher beschrieben. Es sei angenommen, daß das Zahnrad 11 an den beiden Flanken 12, 13 seines Zahnes 14 gehärtet werden soll, die Zahnflanken 15,

16 des Zahnes 17 bereits zuvor gehärtet worden sind und die Zahnflanken 18, 19 des links vom Zahnrad 14 liegenden Zahnrades 21 noch gehärtet werden müssen.

Zum Härten dient eine Härtevorrichtung 22, die weiter unten anhand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben wird. Für das Verständnis der Wirkungsweise des erfinderischen Verfahrens gemäß Fig« 1 genügt es zunächst, davon auszugehen, daß die Brennervorrichtung 22 zwei Härtebrenner 23 aufweist, die jeweils einen zu härtenden Zahn, z_eB. 1.4 mit Abstand von beiden Seiten entlang der Zahnflanken 12, 13 übergreifen. Dem Härtebrenner 23 ist in bezug auf die Vorschubrichtung während des Härtens jeweils eine etwa identisch ausgebildete, mit 24 bezeichnete Abschreckbrause nachgeschaltet. In den konkav geformten Flächen der Härtebrenner befinden sich Austrittsdüsen 25 für daraus austretende Gasflammen, mittels derer die Zahnflanken 12, 13 erhitzt werden. Nahe den unteren Enden der Brenner 23 entsteht eine Beiflamme, die sich entlang der Unterseite der Brenner 23 bis zu den Innenflanken 16., 18 des bereits gehärteten Zahnrades 17 und des noch zu härtenden Zahnrades 21 erstreckt.

Die Beiflamme, die insbesondere bei der Verwendung von Erdgas sehr hohe Temperaturen annehmen kann, macht sich vor allem auf der Flanke 16 des bereits gehärteten Zahnes

17 insofern unangenehm bemerkbar, als hierdurch auf der gehärteten Zahnflanke 16 quer zur Härterichtung verlaufende Anlaßrisse 26 entstehen.¹

Um die Rißbildung insbesondere bei großmoduligen Verzahnungen und bei der Verwendung von Erdgas zu vermeiden,

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wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Flanke 16 durch eine in Fig. 1 schematisch wiedergegebene Kühlung 27 so zu kühlen, daß Anlaßrisse der oben angegebenen Art nicht .entstehen können« Die austretenden Kühlstrahlen dieser Kühlung 27 sind der Vorschubbewegung des Härtebrenners 23 entgegen gerichtet. Dadurch wird das Kühlmittel an der gehärteten Zahnflanke 16 so entlang geführt, daß es zusammen mit dem Abschreckmittel» der Abschreckbrause aus dem Zwischenraum zwischen dem Härtebrenner 23 und der zuvor gehärteten Flanke 16 nach unten abgeführt werden kann«, Eine Kühlung gemäß der Erfindung ist nur auf der Seite notwendig, auf der zuvor ein Zahn gehärtet worden ist_e

Die zum Durchführen des erfinderischen Verfahrens notwendige Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, sind hier die beiden Härtebrenner 23 über ein U-förmiges Zuführrohr 28 miteinander verbunden, das an einen gemeinsamen Anschlußstutzen 29 angeschlossen ist. Parallel zum Zuleitungsrohr 28 erstreckt sich eine Kühlmittel-Zuführleitung 31 j die zu der in Fig. 3 dargestellten Abkühlbrause 24 führt. Am gegenüberliegenden Ende ist die Kühlmittel-Zuführleitung 31 abgewinkelt und dort gleichfalls mit einem Anschlußstück 33 versehen. Das'³ abgeknickte Teil der Kühlmittel-Zuführleitung 31 ist mit dem mittleren Teil einer Verbindungsleitung 34 verbunden, die an ihren beiden Enden sich quer dazu erstreckende Verteilerrohrstücke 35 aufweist. An diesen Verteilerrohrstücken 35 sitzen mit Abstand zueinander angeordnete Brauserohre 36, die in geschwungenem Verlauf an der Außenseite jedes Brenners 23 auslaufen und entgegen der Vorschubbewegung des Brenners 23 gerichtete Endstücke 37 aufweisen. In der Symmetrieachse der Vorrichtung zweigt unter einem Winkel ein weiteres Brauserohr 38 ab, das sich bis zwischen die Härtebrenner erstreckt und auf den Kopf des gerade zu här-

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tenden Zahnes 14 gerichtet ist, so daß dieser nicht erwärmt wird und somit weich bleibt. Zu beiden Seiten der Druckmittelzuführleitung 31 sitzen in der Verbindungsleitung 34 sowie in dem weiteren Brauserohr 38 jeweils eine verstellbare Drossel 39 bzw. 40, 41. Durch entsprechendes Einstellen dieser Drosseln kann die Kühlmittelmenge in gewünschter Weise reguliert werden, vor allem ist es möglich, bei der Umstellung der Vorrichtung auf eine rechts- oder linksgängige Schrägverzahnung die Kühlmittelversorgung von der einen Seite der Brauserohre auf die andere Seite umzustellen, nämlich auf die Seite, auf der sich der zuvor gehärtete Zahn befindet.

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Claims (10)

Firma Paul Ferd„ Peddinghaus, 5820 Gevelsberg Patentansprüche s

1. Verfahren zum Flammhärten von Zahnrädern im Einzelzahnverfahren durch fortschreitendes Erhitzen der Zahnflanken auf Härtetemperatur und unmittelbar darauf erfolgendes Abschrecken der erhitzten Zahnflanken_s dadurch g e kennzeichnetg daß während des Härtens der Zahnflanken eines Zahnes ausschließlich die diesem Zahn zugewandte Flanke des zuvor gehärteten Zahnes gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der der Kühlung des bereits gehärteten Zahnes dienende Kühlmittelfluß beim Erhitzen des zu härtenden Zahnes entgegen der Vorschubrichtung gerichtet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel und das Abschreckmittel nach Erfüllung ihrer Aufgabe gemeinsam abgeführt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An-Sprüchen 1 bis 3, mit einem dem fortschreitenden Erhitzen der Zahnflanken jeweils eines Zahnes auf Härtetemperatur dienenden Härtebrenner und einer diesem nachfolgenden Abschreckbrause, gekennzeichnet durch eine zusätzlich zur Abschreckbrause (24) angeordnete, ausschließlich auf die dem jeweils zu härtenden Zahn (14) zugewandte Zahnflanke (16) des zuvor gehärteten Zahnes (17) gerichtete Kühlbrause (27).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlbrause (27) mehrere Brau-

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— y —

serohre (36) mit entgegen der Vorschubrichtung des Härtebrenners (23) gerichteten Austrittsenden (37) aufweist„·

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,dadurch gekennzeichnet, daß die Brauserohre (36) von der Kühlmittel-Zuführleitung (31) der Abschreckbrause (24) abzweigen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brauserohre (36) mit Verteilerrohrstücken (35) verbunden sind, die an den Enden einer in ihrem mittleren Teil mit der Kühlmittel-Zuführleitung (31) der Abschreckbrause (24) in Verbindung stehenden Verbindungsleitung (34) angeschlossen sind,

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar von der Kühlmittel-Zuführleitung (31) der Abschreckbrause (24) ein in der Symmetrieachse der Vorrichtung liegendes, und sich zwischen die Härtebrenner (23) erstreckendes weiteres Brauserohr (38) abzweigt.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (34) zu beiden Seiten der darin einmündenden Kühlmittel-Zuführleitung (31) sowie in dem Brauserohr (38) verstellbare Drosseln (39j 40, 41) angeordnet sind_B

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