DE2107355A1

DE2107355A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen, scheiben- bzw. ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben

Info

Publication number: DE2107355A1
Application number: DE19712107355
Authority: DE
Inventors: F.J. 5820 Gevelsberg. P Overkott
Original assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Current assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1971-02-16
Publication date: 1972-09-28
Also published as: ES393799A1; DE2107355C3; DE2107355B2; US3737609A; GB1311627A; AT323782B; FR2125831A5; NL7110396A; SE368421B

Description

Dipl.-ing. H. Sauenland ■ Dr.-Ing. R. König

Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte · 4OQd Düsseldorf- Cecilienaltee ve -Telefon 43 27 3a

Unsere Akte: 26 425 15. Februar 1971

Firma Paul Ferd. Peddinghaus, 5820 Gevelsberg

"Verfahren und Vorrichtung zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen, scheiben- bzw. ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben"

Es ist bekannt, scheiben- bzw. ringförmige Stanzteile mit radialen Vorsprüngen, die beispielsweise als Federscheiben, Federbleche, Sicherungsscheiben, Sicherungsringe od_edgl. ausgebildet sein können, in großen Durchlauföfen langsam zu erwärmen. Nach dem Erwärmen werden die erhitzten Stanzteile zwischen matrizenähnlichen Werkzeugen einer Presse - soweit erforderlich - plastisch verformt und gleichzeitig abgeschreckt«, Nach dem Verformen und Abschrecken in der Presse werden die Teile dann paketweise zusammengespannt und auf eine bestimmte, die gewünschte Federhärte gewährleistende Temperatur angelassen. Das Erwärmen der Stanzteile nach dem Durchlaufverfahren bedingt sehr lange Erwärmungszeiten, | Hinzu kommt, daß in solchen Durchlaufofen oft ungleichmäßige Temperaturen herrschen, die ein gleichmäßiges Erwärmen der Stanzteile unmöglich machen. Ein weiterer erheblicher Nachteil der bekannten Durchlaufofen ist darin zu sehen, daß diese einen großen Platzbedarf haben.

Man hat daher schon lange versucht, das umständliche und unwirtschaftliche Erwärmen von Stanzteilen in Durchlaufofen durch induktive Heizverfahren zu verbessern. Bedingt durch die spezielle Konstruktion der zu härtenden Stanz-•*-eile mit einer geschlossenen Ringfläche und radialen Vor-

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Sprüngen kann aber auch beim induktiven Erhitzen der Teile eine ungleichmäßige Erwärmung nicht restlos beseitigt werden. Das ist sogar dann der Fall, wenn die Induktoren eine das Erwärmungsfeld beeinflussende Form erhalten oder die Werkstücke in Drehung versetzt werden. Selbst Induktoren, die ein sehr flaches, fast quadratisches Wechselfeld erzeugen, wobei die Werkstücke in Führungen durch dieses Wechselfeld hindurchgleiten, können keine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielen. Das gleiche gilt schließlich auch für nierenförmige, quadratische oder ungleichförmige Induktorformen mit und ohne Konzentratoren. Allen durchgeführten Versuchen mit induktiver Erhitzung ist somit der Nachteil gemeinsam, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Werkstücke in zufriedenstellender Weise nicht erreicht werden kann, vielmehr auch weiterhin noch lange Erhitzungszeiten notwendig sind, was zur Kornvergröberung und nachteiliger Oberflächenveränderung führt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, ein zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen scheiben- bzw, ringförmigen Stanzteilen geeignetes Verfahren zu schaffen, das eine gleichmäßige Temperaturverteilung und damit eine Qualitätssteigerung der Werkstücke ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stanzteile induktiv auf Härtetemperatur erwärmt und ihre radialen Vorsprünge während des induktiven Erhitzens elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden die radialen Vorsprünge sehr einfach kurzgeschlossen, wodurch bei entsprechend ausgebildeten Induktorästen im Werkstück ein Induktionsquerfeld aufgebaut wird, das trotz der unterschiedlichen Querschnittsflächen in den einzelnen Bereichen das Werkstücks eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet. Das Induktionsquerfeld wird in seiner Ausdehnung durch die jeweilige Form des Induktors begrenzt, der ansonsten aber praktisch be- ■

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lieMg gestaltet sein kann. Zweckmäßig ist es, einen möglichst niederohmigen Induktor zu verwenden und dabei den Kopplungsabstand so eng wie möglich zu halten. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können Werkstücke der inrede stehenden Art in großer Stückzahl in kürzester Zeit vollständig gleichmäßig erwärmt werden, so daß die Fertigungszeiten solcher Stanzteile wesentlich verkürzt werden.

Die gleichmäßige Erwärmung der Werkstücke wird noch dadurch begünstigt, daß die radialen Vorsprünge unter Druck elektrisch leitend miteinander verbunden werden und schließlich auch dadurch, daß die Stanzteile während der induktiven Erhitzung in Drehung versetzt werden. Dadurch wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den gesamten Querschnitt und eine äußerst feine Gefügestruktur erzielt.

Das gesamte Verfahren wird schließlich noch dadurch erheblich vereinfacht, daß die Stanzteile in einer gleichzeitig zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse in Drehung versetzt werden, vorzugsweise mit einer Drehzahl von 50 bis 500 U/min. In dieser Presse werden die Stanzteile zunächst über ihren gesamten Querschnitt gleichmäßig erwärmt und bei Erreichen der gewünschten Erwärmungstemperatur verformt und gleichzeitig abgeschreckt,

Zu einer beschleunigten Fertigung der Stanzteile trägt ferner auch bei, wenn die Härte- und Verformungstemperatur trägheitslos und berührungsfrei gemessen, und durch die Temperaturmessung der Schmiede- und Abschreckvorgang automatisch ausgelöst werden.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch einen die Stanzteile mindestens auf Härtetemperatur erhitzenden Induktor sowie einen die radialen Vorsprünge der Stanzteile in konzentri-

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scher Anordnung elektrisch leitend miteinander verbindenden Kontaktring aus. Der vorzugsweise in der zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse angeordnete Kontaktring ist einerseits an einem axialen Drucklager abgestützt und andererseits mit einem drehbaren Zentrierkolben verbunden, wobei das Drucklager und der Kontaktring in der Presse axial verschiebbar sind.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine vollautomatische Arbeitsweise zum Herstellen von mit radialen Vorsprüngen versehenen Stanzteilen erzielt werden, wobei die Werkstücke der Presse im kalten Zustand zugeführt werden können, so daß sowohl pneumatische als auch magnetische Be- und Entladeeinrichtungen benutzt werden können.

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

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein mit radialen Vorsprüngen versehenes Stanzteil in Gestalt einer Federscheibe;

Fig« 2 den zum Erwärmen des Werkstücks dienenden Induktor mit dem konzentrisch angeordneten Kontaktring;

Fig. 3 einen Schnitt durch die den Induktor aufnehmende Presse mit einer Obermatrize und einer Untermatrize.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht das zu härtende Werkstück 4 aus einer Federscheibe mit einem äußeren geschlossenen Ringteil 5 und davon radial nach innen weisenden Zungen bzw. Vorsprüngen 6. Das Werkstück 4 kann mit Hilfe eines Induktors 7 erwärmt werden. Zu diesem Zweck sind zwei entsprechend ausgebildete Induktoräste 8 und 9 oberhalb und unterhalb des Werkstücks 4 angeordnet. Um sowohl den äußeren Ringteil 5 als auch die radialen Vorsprünge 6

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mit Hilfe des Induktors 7 gleichmäßig zu erwärmen, sind die Vorsprünge 6 an ihren inneren Enden 11 durch einen Kontaktring 12 konzentrisch kurzgeschlossen, d.h. elektrisch leitend miteinander verbunden. Durch diesen Kontaktring kann in Verbindung mit den Induktorästen 8 und 9 im Werkstück 4 ein derartiges Induktionsquerfeld erzeugt werden, daß das gesamte Werkstück gleichmäßig erwärmt wird. Die Höhe der auf diese Weise gleichmäßig gehaltenen Temperatur richtet sich nach der Generatorleistung und der Induktorform.

Um die gleichmäßige Temperaturverteilung über das Werkstück 4 noch weiter zu verbessern, wird der Kontaktring zusammen mit dem Werkstück 4 in Umdrehung versetzt. Zu diesem Zweck ist der Kontaktring 12 gemäß Fig. 3 mit einem Zentrierkolben 13 verbunden, der beispielsweise in der angegebenen Pfeilrichtung umlaufen kann. Auf seiner dem Zentrierkolben abgewandten Seite ist der Kontaktring 12 an einem Axialdrucklager 14 abgestützt, über das er mit Druck auf die Enden 11 des Werkstücks 4 aufgesetzt werden kann. Wie weiterhin aus Fig. 3 hervorgeht, sind sowohl der Kontaktring 12, der Zentrierkolben 13 als auch das Axialdrucklager 14 in einer Presse 15 untergebracht, die gleichzeitig zum Verformen und zum Abschrecken des Werkstücks 4 dient. Zu diesem Zweck besteht die Abschreckpresse aus einer Obermatrize 16 und einer Untermatrize 17, in denen vertikale Kanäle 18, 19 mit Ringkanälen 20 für den Durchfluß eines Abschreckmittels angeordnet sind. Die Unterseite 21 der Obermatrize 16 und die Oberseite 22 der Untermatrize 17 sind trichterförmig, aber parallel zueinander verlaufend ausgebildet, so daß beim Niedergehen der Obermatrize 16 bzw. beim Hochgehen der Untermatrize 17 das Werkstück 4 entsprechend abgewinkelt werden kann, sobald die Verformungstemperatur am Werkstück 4 erreicht ist. Die Verformungstemperatur kann beispielsweise mit Hilfe eines träg-

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heitslos und berührungsfrei arbeitenden Temperaturmeßgerates 23 gemessen werden.

Das Härten bzw. Fertigen des in Fig. 1 dargestellten Werkstücks geschieht auf folgende Weise:

Bei hochgefahrenem Kontaktring 12 wird das Werkstück 4 auf die Untermatrize 17 aufgelegt. Danach wird der Kontaktring 12 über das Axialdrucklager 14 nach unten bewegt, bis der Kontaktring 12 mit- Druck auf der Oberseite des Werkstücks 4 aufliegt, wobei dieses gleichzeitig durch den Ring 12 zentriert ist. Danach wird von der Seite her der Induktor 7 eingefahren und in Verbindung mit dem Kontaktring 12 ein gleichmäßiges Wechselfeld und damit eine gleichmäßige Erwärmung des Werkstücks 4 erzeugt. Während der Erwärmung wird das Werkstück 4 durch den Zentrierkolben 13 gedreht, und zwar mit einer Umlaufgeschwindigkeit zwischen vorzugsweise 50 und 500 U/min. Während des Erhitzens des Werkstücks wird die Temperatur durch das Temperaturmeßgerät 23 gemessen. Sobald die erforderliche Verformungstemperatur des Werkstücks 4 erreicht ist, gibt der Induktor 7 in der angegebenen Richtung das Werkstück 4 frei. Gleichzeitig senkt sich die Obermatrize 16 und gegebenenfalls wird die Untermatrize 17 angehoben, wobei beispielsweise durch die Kanäle 19 jeweils Abschreckmittel unter Druck zugeführt und durch die Kanäle 18 abgeführt wird, bis eine martensitische Aushärtung des gleichzeitig verformten Werkstücks 4 erfolgt ist.

Das Abschreckmittel kann auch durch die Kanäle 18 zugeführt und durch die Kanäle 19 abgeführt werden. Zur Erzielung eines ausreichenden Härteergebnisses sind die Ringkanäle 20 von besonderem Vorteil. Auch empfiehlt es sich, die Matrizen 16, 17 einzeln oder beide mit Wasser zu kühlen. Das Abschreckmittel richtet sich nach dem jeweils ver-

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wendeten Werkstoff der Werkstücke. Als Abschreckmittel kann Luft, Nebelgemisch, Wasser, Emulsion oder Öl verwendet werden. Am besten eignet sich Luft, da hierbei das Werkstück sauber bleibt und somit ein Reinigungsprozeß ge spart werden kann.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf das dar gestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So braucht das Werkstück selbstverständlich nicht kreisförmig ausgebildet zu sein, vielmehr kann es jede beliebige Gestalt besitzen, wobei lediglich erforderlich ist, daß es Vorsprünge aufweist. Diese Vorsprünge bzw. Zungen brauchen auch nicht nach innen gerichtet zu sein, sondern können auch radial nach außen vorstehen. Auch die Ausbildung des Induktors und der Preßwerkzeuge können je nach den Erfordernissen anders als dargestellt ausgebildet sein. Ferner kann das Härten wahlweise von Hand oder automatisch nach der Härtetemperatur gesteuert werden.

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Claims

Firma Paul Ferd₀ Peddinghaus, 5820 Gevelsberg

Patentansprüche;

1„ Verfahren zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen, scheiben- bzw„ ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Fe de rs ehe ib en, dadurch gekennzeichnet', daß die Stanzteile induktiv auf Härtetemperatur erwärmt und ihre radialen Vorsprünge während des induktiven Erhitzens elektrisch leitend miteinander verbunden werden.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Vorsprünge unter Druck elektrisch leitend miteinander verbunden werden,

3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzteile während des induktiven Erhitzens in Drehung versetzt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzteile in einer gleichzeitig zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse in Drehung versetzt werden.

5ο Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zwischen 50 und 500 U/min liegt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte- und Verformungstemperatur trägheitslos und berührungsfrei gemessen und durch die Temperaturmessung der

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Schmiede- -und Abschreckvorgang automatisch ausgelöst werden.

7„ Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen die Stanzteile mindestens auf Härtetemperatur erhitzenden Induktor (7) sowie einen die radialen Vorsprünge (6) der Stanzteile (4) in konzentrischer Anordnung elektrisch leitend miteinander verbindenden Kontaktring (12).

8_e Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (12) in einer zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile (4) dienenden Presse (15) angeordnet ist,

9_e Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (12) einerseits an einem Axialdrucklager (14) abgestützt und andererseits mit einem drehbaren Zentrierkolben (13) verbunden ist, und daß das Axial drucklager (14) und der Ketntaktring (12) in der Presse (15) axial verschiebbar gelagert sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch J gekennzeichnet, daß der Zentrierkolben (13) zentrisch in einer mit einer Gegenmatrize (16) zusammenwirkenden Matrize (17) gelagert ist.

11_β Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Matrizen (16, 17) vertikale Kanäle (18, 19) und damit in Verbindung stehende Ringkanäle (20) vorhanden sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis

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11, gekennzeichnet durch ein die Verformungs- und Härtetemperatur trägheitslos und berührungsfrei messendes Temperaturmeßgerät (23)»

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