DE2114734A1

DE2114734A1 - Gehartete und selektiv angelassene Nadel

Info

Publication number: DE2114734A1
Application number: DE19712114734
Authority: DE
Inventors: Richard W Torrington Ross William A Harwmton Audia Samuel W Torrington Holmes Gary W Winsted Conn Shepard (V St A) P
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1970-06-09
Filing date: 1971-03-26
Publication date: 1971-12-16
Also published as: DE2114734C3; FR2096142A5; DE2114734B2; GB1336664A; CA955740A

Description

21U734

PATSNTA NWALTS PATENTANWALT DIPL.-ING. R. MDUER-BDRNER . PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY BERLIN-DAHLEM 33 . PO D BI ELS KIALLE E 68 8 MDNCHEN 22 · WIDENM AY ER STR AS SE TEL. 0311 . 762907 · TELEGR. PROPINDUS ■ TELEX 0184057 TEL. 0811 . 225585 . TELEGR. PROPINDUS . TELEX 0524244

23 746

THE TOREINGTON COMPANY Torrington, Delaware, V.St.A.

Gehärtete und selektiv angelassene Nadel

Die Erfindung bezieht sich auf dasAnlassen von Metall. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen zum selektiven Anlassen vollständig gehärteter Nadeln beliebiger Art, wie sie zu den verschiedensten Zwecken verwendet werden. Die Verfahren und Vorrichtungen nach der Erfindung ermöglichaa es, neuartige Hadeln herzustellen,' die mehrere Längsab schnitte umfassen, von welchen jeder einen anderen Härtegrad aufweist.

Ein bekanntes Verfahren zum Herstellen von Nadeln besteht darin, daß die Nadeln dadurch gehärtet werden, daß sie auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann augenblicklich auf eine bestimmte erheblich niedrigere Temperatur abgekühlt werden, wodurch sie eine hohe Härte erhalten. Der. nächste Arbeitsschritt besteht darin, daß die Nadeln auf eine niedrigere Temperatur als die beim Härten angewendete

109851/1562

erhitzt werden. Dieser Vorgang wird als "Anlassen" bezeichnet. Ein solches Anlaßverfahren nimmt eine erhebliche Zeit, die häufig mehrere Stunden beträgt, in Anspruch. Außerdem ist häufig eine langsame Abkühlung des gehärteten Erzeugnisses erforderlich.

Bei den gebräuchlichen Anlaßverfahren wird das Werkstück so lange erhitzt _t daß die Wärmeleitung bewirkt, daß alle Teile des Werkstücks die gleiche Temperatur erreichen, woraufhin das Werkstück auf dieser Temperatur gehalten wird. Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß man zwei Verfahren anwenden kann, um diese Arbeitsweise abzuändern. Es ist möglich, dem Werkstück Wärme auf ungleichmäßige Weise zuzuführen bzw. es ist möglich, Wärme auf ungleichmäßige Weise aus dem Werkstück abzuführen; alternativ können beide Verfahren gleichzeitig angwendet werden. Wenn dies bei einer hohen Temperatur und bo. kurzer Erwärmungszeit geschieht, enthält das Werkstück oder das es umgebende Material keine Wärmemenge, die ausreicht, um ausgeglichene Anlaßtemperaturen zu erzielen. Auf diese Weise wird jeder einzelne Abschnitt des Werkstücks entsprechend der Wärmemenge angelassen, die sich ergifc, wenn man von der zugeführten Wärmemenge die verlorengehende Wärmemenge abzieht.

Bei der Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, einen Abschnitt eines Werkstücks anzulassen oder zu glühen, während ein anderer Abschnitt in einem vollständig gehärteten oder nicht angelassenen Zustand belassen werden kann, und ferner kann jeües gewünschte Zwischenstadium erreicht werden.

Beispielsweise kann man eine Nadel zum Herstellen von Nadelfilz herstellen, bei der die Spitze, an der die stärkste Abnutzung auftritt, überhaupt nicht oder nur in einem geringen Ausmaß angelassen ist, bei der die Ab- ...

?10S851/1562

schnitte, an denen das größte Biegemoment auftritt, so angelassen sind, daß sie eine steife Feder bilden, und daß ' die Nadel nahe ihrer Kröpfung, an der ein Bruch auch bei stärkster Überbeanspruchung nicht zugelassen werden i:ann, in einem erheblich größeren Ausmaß oder sogai' nahezu vollständig angelassen ist.

Genauer gesagt sieht die Erfindung auf dem Gebiet der Herstellung von Nadeln Verfahren und Vorrichtungen vor, die es ermöglichen, automatisch Nadeln herzustellen, aie mehrere Längoabschnitte von unterschiedlicher Härte umfas-■ sen. Hierbei wird der gesamte Vorgcoig bei kräftigen Nadeln innerhalb von weniger als einer hinute und bei dünnen Nadeln vorzugsweise innerhalb von weniger als einer Sekunde durchgeführt. Ls ist erforderlich, eine kurze Behandlungε-zeit vorzusehen, um die bis jetzt gewöhnlich ausgenutzte Glüh- oaer Wärmeleitungswirkung zu vermeiden, die ein selektives Anlassen unmöglich macht. Somit ermöglicht es die Erfindung, in _c'eder Linuse automatisch 1 bis 60 Nadeln herzustellen, von denen jede mehrere selektiv angelassene Längsabschnitte umfaßt.

Kurz gesagt^umfaßt eine erfindun^sgemäü hergestellte lu.del einen ersten Längs ab schnitt mit einer vorbestimmten Härte und einen zweiten Längsabschnitt, aer einen vorbestimmten ande.-en Härtegrad aufweist. Hierbei bildet die Nadelspitze den härtesten Teil der Nadel. Gemäß der folgenden Beschreibung ist es erfindungsgemäß möglich, Radeln herzusteilen, die zusätzlich mindestens vier weitere Abschnitte, mindestens sechs weitere Abschnitte von unterschiedlich ~r r.ärte umfassen.

Das erfindun_ösgemäße Verfahren zum Herstel len von Nadeln umfaßt Haßnahmen, um auf verschiedene Längsabschnicte einer I.adel unterschiedliche Wärmemengen aufzubringen, die Nadel dann auszuwerfen und sie schließlich abzukühlen.

109851/1562

Die erfindunesgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Radeln umfaßt im wesentlichen ein mit einerBohrung versehenes Bauteil und einen} diesem Bauteil zugeordnete Einrichtung zum Erzeugen von Wärme. Mindestens ein !'eil der Bohrung des Bauteils hat die gleiche Form wie die zu behandelnde Nadel, so daß dieser Teil eine solche Nadel aufnehmen kann. Da die Bohrung die gleiche Form hat wie die Nadel, werden krumme Nadelabschnitte beim Einführen der Nadel in die Bohrung geradegerichtet. Die Einrichtung zum Erzeugen von Wärme bewirkt, daß den verschiedenen Längsabschnitten der Nadel unterschiedliche Wärmemengen zugeführt werden.

Der Gegenstand der Erfindung und vorteilhafte weitere Einzelheiten derselben sind nachstehend anhand besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung schematisch dargestellt sind*

j .

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäß selektiv angelassene FilzherstellungBnadel in Verbindung mit einer graphischen Darstellung größerer Bereiche und bevorzugter kleinerer Bereiche der Härte eines Stahls, der bei voller Härtung eine Kockwell-C-Härte von 67 aufweist.

2 ähnelt Fig. 1, zeigt Jedoch eine zweite Ausführungsform einer Filzherstellungsnadel und gibt die ent sprechenden Härtebereiche für den gleichen Stahl an, aus dem die Nadel nach Fig. 1 besteht.

Fig. 3 zeigt in einer Seitenansicht eine Nähnadel und gibt allgemeine Härtebereiche sowie bevorzugte engere Härtebereiche für die Längsabschnitte der Nadel an, die aus dem gleichen Stahl bestehen wie die in Fig. 1 und 2 gezeigten Nadeln.

Fig. 4 zeigt eine sogenannte Tufting- oder l'eppich-

109851/1562

nadel und gibt entsprechend Fig. 3 erfindungsgemäße Härtebereiche für eine Nadel an, die aus dem gleichen Stahl besteht, wie die Nadeln nach Fig..1 bis 3·

Fig. 5 veranschaulicht schematischtdas erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen selektiv angelassener Nadeln.

Pig. 6 ähnelt Fig. 5, zeigt jedoch schematisch die Stellung der Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Einführen einer selektiv zu erhitzenden Nadel in die Vorrichtung.

Fig. 7 zeigt in einem vergrößerten Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum selektiven Erhitzen einer Nadel und zum nachfolgenden Auswerfen und Abkühlen der Nadeln.

Pig. 8 ähnelt Fig. 7» zeigt jedoch eine Nadel, die in die Bohrung der Vorrichtung eingeführt worden ist, so daß sie gerichtet und selektiv erhitzt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Filzherstellungsnadel umfaßt eine Kröpfung 10 und einen sich allgemein im rechten Winkel zur Achse der Kröpfung erstreckenden Schaft 12. Der Schaft 12 ist durch einen konischen Abschnitt 14 mit einem mit Widerhaken 18 besetzten Längenabschnitt 16 verbunden, der an einer Spitze 20 endet.

Aus den in Fig. 1 enthaltenen Angaben über die Härte ist ersichtlich, daß der Teil der Filzherstellungsnadel, der im allgemeinen die höchste Rockwell-Härte aufweist, die Spitze 20 ist. Im allgemeinen nimmt die Härte bei der Kröpfung 10, dem Schaft 12, dem konischen Abschnitt 14 und der Klinge 16 in der angegebenen Heihenfolge fortschreitend zu.

I'ig. 2 zeigt eine Filzherstellungsnadel, welche die 109851/1562

gleichen Abschnitte umfaßt wie die in Fig. 1 dargestellte Nadel, und bei der zusätzlich ein erster konischer Abschnitt, 22, ein mittlerer Kiingenabschnitt 24 und ein zweiter konischer Abschnitt 26 vorgesehen sind. Die konischen Abschnitte 22 und 26 verbinden jeweils den mittleren Klingenabschnitt 24 mit dem Schaftabschnitt 12 bzw, dem Klingenabschnitt 16. Wie bei der Nadel nach Fig.._lbildet bei der Filzherstellungsnadel nach I¹Ig. 2 die Spitze 20 ebenfalls den härtesten Teil dex¹ Kadel. Vergleicht man die sechs übrigen Abschnitte der Nadel miteinander, fc erkennt man, daß sie sich bezüglich ihrer härte unterscheiden. Bei der in Fig. 2 gezeigten !Tadel nimmt die Härte jedoch in Richtung von ihrer Kröpfung bis zu ihrer Spitze nicht fortschreitend zu. Es ei ζ. Β. bemerkt, daß der mictlere Klingenabschnitt 24 eine größere Härte aufweist als die ihm benachbarten konischen Abschnitte 22 und 26.

In Fig. 3 erkennt man eine Kähnadel mit einem Klingenabschnitt 28 und einer Spitze 30» bei der die Spitze härter ist als der Klingenabschnitt.

Fig. 4 zeigt eine Tufting- oder Teppichnadel mit κ einem Klingenabschnitt 32 und einer Spitze 34-» bei der die Spitze härter ist als der Klingenabschnitt.

Wie erwähnt, sind in Fig. 1 bis 4 die Eärtewerte in Einheiten der Rockwell-C-Skala angegeben. Die genannten Bereiche gelten'für einen Stahl, dessen maximale Härte 67 RO entspricht. Bei einer anderen Stahlsorte würden diese Bereiche höher oder tiefer liegen. Natürlich könnte man auch andere Härtemeßverfahren anwenden. Es stehen Tabellen zur Verfügung, die es ermöglichen, Härtewerte nach dem System von Rockwell in entsprechende Werte umzuwandeln, z. B. Werte nach einem der Systeme von Shore, Brinell oder Vickers. Zwar sind in Fig. 1 bis 4 Härtewerte

109851/15^2

für best:^:.mn.te Punkte auf den Nadeln angegeben, doch sind diese härtewerte bei den Kadeln nicht schürf gegeneinan- · der abgegrenzt, sondern sie gehen allmählich ineinander über.

Fig. 5 und 6 veranschaulichen schemaitsch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Kadeln. Gemäß Fig. 5 und 6 umfaßt die automatisch arbeitende Vorrichtung eine nicht dargestellte, auf bekannte Weise ausgebildete, selbsttätige Einrichtung zum Zuführen mehrerer Nadeln J6 derart, daß sie, in die richtige Lage gebracht werden, damit sie einer Vorrichtung 38 z. ±>. durch einen schieber 40 zugeführt werden können.

Gemäß Fig. 7 und 8 hat die Vorrichtung 58 vorzugsweise eine rohrförinige bestalt. Durch die ganze Vorrichtung hindurch erstreckt sich eine Längsbohrung 42. Ein Teil der Bohrung 42 hat die gleiche Form wie die selektiv angelassene und zu richtende Ivadel. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7· und 8 ist die Bohrung 42 so geformt, daß sie eine Filzherstellungsnadel der in Fig. 2 gezeigten Art aufnehmen kann, um die Kadel selektiv anzulassen und zu richten. Natürlich könnte die Bohrung auch eine andere Form haben, um Kadeln einer entsprechenden anderen Form aufnehmen zu können.

Damit die Bohrung 42 die Erzeugungsnadel nach Fig. 2 aufnehmen kann, umfaßt sie einen Abschnitt 44 von größerem Durchmesser, einen ersten konischen Abschnitt 46, einen Abschnitt 48 mit einem mittleren Durchmesser, einen zweiten konischen Abschnitt 50 und einen den kleinsten Durchmesser aufweisenden Abschnitt 52, der sich zu dem Ende der Vorrichtung 38 erstreckt, welches von dem Ende abgewandt isν, an dem die Kadel in die Vorrichtung eingeführt wird. Die Form der Bohrungsabschnitte, 44, 46, 48, 5^ und 52 ist der Form der entsprechenden Abschnitte der Filzher-

Stellungsnadel, d. h. des Schaftes 12, des ersten konischen Abschnitts 22, des mittleren Klingenabschnitts 24, des zweiten konischen Abschnitts 26 und des Klin^enabschnitts 16, angepaßt.

Um die Vorrichtung 38 ist eine elektromagnetische Spule 54- herumgelegt. Diese Spule ist auf besondere Weise so gewickelt, daß den verschieden Längsabschnitten der anzulassenden Nadel unterschiedliche Wärmemengen zugeführt werden, damit eine Nadel hergestellt werden kann, die mehrere Längsabschnitte von unterschiedlicher Härte P umfaßt. Die Windungen der elektromagnetischen Spule 54-können aus Kupferrohr bestehen und mit Hilfe von hindurchgeleitetem Wasser gekühlt werden.

Die «Enden der elektromagnetischen Spule 54- werden mit einer Quelle 56 für einen hochfrequenten Strom verbunden. Dieser der' Quelle 56 entnommene Strom erzeugt ein sich schnell umkehrendes elektromagnetisches Wechselfeld, das mit der in der Vorrichtung enthaltenen Nadel gekoppelt ist, so daß die Nadel in einein äußerst hohen Ausmaß magnetisch erregt und daher erhitzt wird. Die Vorrichtung 38 ist unmagnetisch. Infolgedessen wird die Vorrichtung selbst nicht erhitzt, so daß sie einen Teil der Wärme aus der Na-" del ableitet; die abgeführte Wärmemenge richtet sich hierbei nach der temperatur, auf der die Vorrichtung gehalten wird.

Die Windungen der Spule 52 unterscheiden sich bezüglich-.-ihres Lurchmessers, und zwischen benachbarten Windungen sind unterschiedliche Abstände vorgesehen. Die einem bestimmten Abschnitt der Nadel zugeführte Wärmemenge richtet sich unter anderem nach dem Durchuesser der betreffenden Windung, dea Abstand zwischen benachbarten Windungen, der Wandstärke der Vorrichtung und der Dicke der Eaael. Je kleiner die Abstände zwischen benachbarten Windungen sind,

_r. 109851/1562

und ge kleiner der Durchmesser jeder Windung ist, desto größer ist die der l'.adel zugeführte Wärmemenge.

Die Vorrichtung 38 ist auf einer beweglichen Unterstützung 58 mit Hilfe von Schrauben 60 montiert, die in Gewindebohrungen der Unterstützung eingeschraubt sind und in an der Vorrichtung 38 ausgebildete Nuten eingreifen. In der Unterstützung 58 ist eine Kammer 62 ausgebildet, der ein diemisch neutrales Gas über einen flexiblen Schlauch 64- zugeführt werden kann, welcher mit der Unterstützung durch eine Sechskantmutter 66 verbunden ist.

Zwar kann die Unterstützung 58 auf beliebige bekannte Weise bewegt werden, doch zeigen Fig. 7 und 8, daß die Vorrichtung mit einer Stange 68 verbunden ist, die pneumatisch betätigt werden kann.

Während des Betriebs wird die Vorrichtung 38 in eine Stellung gebracht, bei der sie eine Nadel 36 aufnehmen kann. (Fig. 5). Der Schieber 40 führt dann gemäß Fig. 6 die der Vorrichtung am nächsten benachbarte Nadel 36 aus einer Reihe von bereitgestellten Nadeln in die Vorrichtung ein. Hierauf führt die pneumatisch betätigte Stange 68 die mit der Nudel beschickte Vorrichtung in die in Fig. 5 gezeigte Stellung zurück. Dann wird mit Hilfe der Stromquelle 56 ein hochfrequenter Strom während einer-vorher eingestellten Zeitspanne und mit einer vorher eingestellten Stärke durch die Spule 54 geleitete Auf diese Weise wird die Nadel innerhalb ihrer verschiedenen vorbestimmten Längsabschnitte auf vorbestimmte unterschiedliche Weise erhitzt.

Nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, wir ein zum Kühlen und Auswerfen dienendes chemisch neutrales Gas unter einem Druck von z. B. etwa 5>5 atü von einer Gasquelle aus mit Hilfe des flexiblen Schläuche 64 in die Kammer 62 eingeleitet, so daß die Nadel aus der Vorrichtung ausgeworfen wird. Alle beschriebenen Verfah- »

109851/1562

- ίο -

rensschritte können insgesamt innerhalb einer Zeitspanne von weniger als einer Sekunde durchgeführt v/erden. Gegebenenfalls kann man die Vorrichtung so einstellen, daß das Durchführen der Verfahrensschricte bis zu etwa eine Minute in Anspruch nimmt.

Me gleichen Verfahren können angewendet v/erden, um Nadeln zu entspannen und zu richten, wobei sich diese Behandlung nur in einem minimalen Ausmaß auf die Gesamthärte auswirkt.

Ansprüche;

109851/1562

Claims

- ii -

ANSPRÜCHE

1 . Nadel, gekennzeichnet durch mehrere Abschnitte (16, 24, 12, 26), die sich bezüglich ihres Härtegrades unterscheiden.

2. Nadel, gekennzeichnet durch einen ersten Längsabschnitt (16) mit einer vorbestimmten Härte und einen zweiten Längsabschnitt (12) mit einer anderen vorbestimmten Härte.

3. Nadel nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch einen Klingenabschnitt (28) mit einer vorbestimmten Härte und eine Spitze (30), die härter ist als der Klingenabschnitt.

4. Nadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenabschni Jc (20) der Nadel der härteste Abschnitt ist, und daß die Nadel mindestens vier weitere Abschnitte (16, 26, 24, 12) umfaßt, von denen jeder einen anderen Härte,-rad aufweist.

5. Nadel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel sechs Abschnitte (20, Io, 26, 24, 12, IC) umfaßt.

6. Nadel nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Nadel in der V/eise hergestellt v/orden ist, daß verschiedenen Längsabschnitten der I.adel unterschiedliche Wärmemengen zugeführt wurden und die Nadel dann abgekühlt wurde.

7. Nadel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß den verschiedenen Längsabschnitten die unterschiedlichen Wärmemengen auf elektromagnetischem i.e^e zugeführt wurciGn.

109851/1EG2

8. Nadel nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß ein chemisch neutrales Gas verwendet wurde, um die !Nadel auszuwerfen und abzukühlen.

9. Nadel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel in der "Weise hergestellt worden ist, daß die Naael einer W¹Mrmebehandlungszone zugeführt wurde, daß verschiedenen Längsabschnitten der Nacel auf elektromagnetischem Wege unterschiedliche Wärmemengen zugeführt wurden, una daß ein chemisch neutrales Gas gegen die Nadex .,eleitet wurde, um sie

" aus der* v/ärraebehandlungszone auszuwerfen und abzukühlen.

lü. Nadel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung der genannten Arbeitsschritte weniger als eine Minute beanspruchte.

11. Nadel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

10. dadurch gekennzeichnet , daß die Nadel mit Hilfe einer Vorrichtung (58) hergestellt wurde, die eine Bohrung (4-2) aufweist, v.elche die gleiche iorm hat wie die Nadel und eine zu behandelnde Nadel aufnehmen kann, daß dieser Vorrichtung Wärmeerzeugungsmittel (56)

r zugeordnet sind, mittels welcher verschiedenen Längsabschnitten der Kadel unterschiedliche Wärmemengen zugeführt. werden können, und daß eine Einrichtung (64·) zum Kühlen der Vorrichtung vorhanden ist.

12. Nadel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel mit Hilfe einer Vorrichtung (38) behandelt wurde, die eine durchgehende Bohrung (42) auf v/eist, wobei die Nadel in die Bohrung über ein Ende dei Bohrung einführbar ist, wobei die Einrichtung (β)-, zum Kühlen der Vorrichtung Kühlgaszuführungsmittel (66,70, 62) umfaßt, welche der Vorrichtung nahe dem anderen Ende der Bohrung zugeordnet sind.

109851/1562

13. Nadel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Nadel mit Hilfe einer Vorrichtung (38) behandelt worden ist, die Wärmeerzeugungsmittel mit einer die Vorrichtung umschließenden elektromagnetischen Spule (5^) umfaßt, wobei die bj^ule Windungen umfaßt, die sich bezüglich ihres Durchmessers und ihrer axialen Abstände auf vorbestirnmte Weise unterscheiden, wobei der Spule eine Quelle (56) für hochfrequente elektrische energie zugeordnet ist, welche mit den Jinden der Spule verbunden ist, so daß verschiedenen vorbestimmten iJinzelabschnitten der Nadel vorbestimmte unterschiedliche v/ärmemengen zugeführt v/erden können.

14. Nadel ,.ach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, · daß die Nadel mit Hilfe einer Vorrichtung (38) behandelt worden ist, bei der sich dieBohrung (4-2; durch die ganze Vorrichtung hindurch erstrecke, bei der ein Ende der bohrung die Nadel-aufnehmen kann,, und bei der die Kühlmittel zum Kühlen der Vorrichtung lvühlgaszuführurigsiaiütel (64, 66, 70) umfassen, die der Vorrichtung nahe dem anderen iiide der Bohrung zugeordnet sind.

i Ii J 8 ■} i / ι 5 ?; 2