DE2114734C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Anlassen gehärteter Nadeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bctriffl ein Verfahren zum Anlassen gehärteter Nadeln.

Ein bekanntes Verführen zum Herstellen von Nadeln besteht darin, daß die Nadeln dadurch gehärtet werden, daß sie auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann augenblicklieh auf eine bestimmte, erheblich niedrige 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 angelassen werden. 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, daß die Wärmeleitung bewirkt, daß alle Teile des Werkstücks die gleiche Temperatur erreichen, woraufhin das Werkstück auf dieser Temperatur gehalten wird. Für den praktischen Gebrauch werden jedoch oftmals Nadeln benötigt, die in ihrem GefCige eine ungleichmäßige Härteverteilung aufweisen. Solche Nadeln sind z. B. bekannt aus der deutschen Patentschrift 7 45 723 und der deutschen Auslegeschrifi: 14 85 382. Zur Herstellung solcher Nadeln sind auch entsprechende Verfahren und Vorrichtungen bekanntgeworden. So beschreibt z. B. die deutsche Patentschrift 7 45 723 eine Vorrichtung zum teilweisen Härten von Stahlnadeln, bei der ein gas- oder elektrisch beheizbarer Körper mit Vertiefungen oder Durchbrüchen versehen ist. in die die zu härtende Nadelspitzen eingesteckt werden. Durch die Hitze im Körper werden die N idelspitzen geglüht. Durch eine Schwenkbewegung des Körpers werden sie dann in ein Abschreckbad geworfen. Mit einer solchen Vorrichtung können nur die Nadelspitzen selektiv behandelt werden. Selektive Behandlungen am Schaft z. B. sind nicht möglich. Diese Aufgabe ist aber durch ein Verfahren gelöst, wie es in der am 8. 5.1952 ausgelegten deutschen Patentanmeldung D 3621 Kl. 18c. Gr. 1/12 beschrieben ist. Danach werden einzelne Stellen eines Bauteils bei jener Druckschrift zylindrisch« Hohlkörper, wie beispielsweise Rohre. Flaschen. Behälter u. dgl. aus elektrisch leitendem Material örtlich begrenzt mittels eines elektrischen Induktionsfeldes chitzt. Durch die nachfolgende Abschreckung wird dann selektiv eine bestimmte Härtung an den zuvor erhitzten Stellen erreicht. Die genannte Auslegeschrift erwähnt auch, daß durch anschließendes Anlassen dieser Stellen diese speziell vergütet werden können. Eine ähnliche Lehre vermitteln auch die Zeitschriften »Metal Progress« vom 15.8. 1955. S. 121 f und »|ournal of the lEE« Bd. 86.1940. S. 161.

Bei den letztgenannten Verfahren ist es also möglich dem Werkstück Wäime auf ungleichmäßige Weise zuzuführen bzw. es ist möglich. Wärme auf ungleichmäßige Weise aus dem Werkstück abzuführen; alternativ können beide Verfahren gleichzeitig angewendet werden. Wenn dies bei einer hohen Temperatur und bei kurzer Erwärmungszeit geschieht, enthält das Werkstück oder das es umgebende Material keine Wärmemenge, die ausreichen könnte, ausgeglichene Anlaßtemperaturen zu erzielen. Auf diese Weise wird jeder einzelne Abschnitt des Werkstücks entsprechend der Wärmemenge angelassen, die sich ergibt, 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 jedes gewünschte Zwischenstadium erreicht werden.

Während es bei Werkslücken der obeneenannten Art

verhältnismäßig einfach ist, ringförmige Zonen unterschiedlicher Härte mit Hilfe der letztgenannten Verfahren zu erzielen, ist deren Anwendung, wohl wegen der Kleinheit der Nadeln, bei diesen noch nicht vorgeschlagen worden, obgleich sie, wie später noch erläutert wird, auch hier sehr vorteilhaft ist.

Bei der Härtung von Nadeln mit den bei der Nadelhärtung bisher üblicherweise verwendeten Verfahren kommt es infolge der dadurch in den Nadeln hervorgerufenen Spannungen häufig zu Krümmungen, tu Auch ist — wenn kein Schutzgas beim Anlassen verwendet wird — stets eine Oxidation an den Nadeloberflächen nach dieser Behandlung festzustellen, die den Nadeln ein unschönes Aussehen geben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein i< Verfahren zum Anlassen gehärteter Nadeln anzugeben, bei dem Längsabschnitt unterschiedlicher Härte erzeugt werden, bei dem eine Oxidation der Nadeloberfläche während und nach der Behandlung vermieden wird und bei dem gleichzeitig ein Geraderichten etwa verböge- > <i ner Nadeln erreicht wird Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprü- r> chen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren verknüpft damit in inniger Weise drei miteinander in Verbindung stehende Merkmale. Das induktive Erwärmen der Nadeln erfolgt von innen heraus und erfordert somit nur eine «> verhältnismäßig kurze Zeit. In dieser Zeit kann es praktisch zu keinen Oxidationen an der Nadeloberfläche kommen, so daß wänrend der Anwendung des Induktionsfeldes eine Abschirmung der Nadeln durch ein Schutzgas nicht unbedingt erforderlich ist. Da die i*> Abkühlung ebenfalls rasch unter dem Einfluß eines Kühlgasstroms erfolgt, der Oxidation ausschließt, werden in der erfindungsgemäßen Weise vollständig blanke Nadeln erhalten. Die doppelte Ausnutzung des Gasstroms fü· Kühl- und Auswerfzwecke ermöglicht -to einen besonders einfachen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Da ferner die induktive Erwärmung der Nadeln sehr rasch erfolgt, kommt es auch praktisch /u keinem Wärmeausiausch innerhalb der Nadel. Es ist deshalb 4» möglich, ein '..Magnetisches Wechselfeld von in Achsrichtung der Nadel unterschiedlicher Amplitude anzuwenden, um die Nadel selektiv zu erwärmen.

Ferner wurde gefunden, daß Krümmungen der Nadeln, welche von infolg.· des Härtens auftretenden > <i Spannungen herrühren, dadurch ausgeschaltet werden können, daß während des Erwärmens die Nadel exakt f eradegerichtet wird.

Man kann so mit Hilfe der Erfindung /. B. 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 Abschnitte, an denen das größte Biegemoment auftritt, so angelassen sind, daß sie eine steife Feder bilden, und daß die Nadel nahe ihrer Kröpfung, an mi der ein Bruch auch bei stärkster Überbeanspruchung nicht zugelassen werden kann, in einem erheblich größeren Ausmaß oder sogar nahezu vollständig angelassen ist.

Es ist somit möglich, automatisch Nadeln zu <>> bearbeiten, die mehrere Längsabschnitte von unterschiedlicher Härte umfass M. Hierbei wird der gesamte Vorgang bei kräftigen Nadeln innerhalb von weniger als einer Minute und bei dünnen Nadein vorzugsweise innerhalb von weniger als einer Sekunde durchgeführt. Es ist erforderlich, eine kurze Behandlungszeit vorzusehen, um die bis jetzt gewöhnlich ausgenutzte Glüh- oder Wärmeleitungswirkung zu vermeiden, die ein selektives Anlassen unmöglich macht. Somit ermöglicht es die Erfindung, in jeder Minute automatisch 1 bis 60 Nadeln herzustellen, von denen jede mehrere selektiv angelassene Längsabschnitte umfaßt.

Kurz gesagt, weist eine erfindungsgemäß behandelte Nadel einen ersten Längsabschnitt mit einer vorbestimmten Härte und einen zweiten Längsabschnitt mit einer vorbestimmten anderen Härte auf. Hierbei bildet die Nadelspilze den härtesten Teil der Nadel. Gemäß der folgenden Beschreibung ist es erfindungsgemäß z. B. möglich, Nadeln zu bearbeiten, die zusätzlich mindestens sechs weitere Abschnitte von unterschiedlicher Härte umfassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung von Nadeln umfaßt somit Maßn^'-men. um auf verschiedene I -ängsabsihniue einer Na^JeI unterschied liehe Wärmemengen aufzubringen, die Nadel dann auszuwerfen und sie schließlich abzukühlen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ist in Anspruch 6 gekennzeichnet.

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

F 1 p. I zeigt in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäß selektiv angelassene Filzherstellungsnadel in Verbindung mit einer graphischen Darstellung größerer Bereiche und bevorzugter kleinerer Bereiche der Härte eines Stahls, der bei voller Härtung eine Rockwell-C-Härte von 67 aufweist. Neben dieser und den nachfolgenden F i g. 2 bis 4 sind Beispiele für die anzustrebenden Härten HRc in den einzelnen AbscHnitten angegeben.

Fig.2 ähnelt Fig. I. zeigt jedoch eine zweite Ausfi'hrungsform einer Filzherstellungsnadel und gibt die entsprechenden Härtebereiche für den gleichen Stahl an, aus dem die Nadel nach F i g. 1 besteht:

fig. 3 zeigt in einer Seitenansicht eine Nähnadel und gibt allgemeine Hartebereiche sowie bevo. zugte etigere Härtebereiche für die Längsabschnitte der Nadel an. die aus dem gleichen Stahl bestehen wie die in Fig. 1 und 2 gezeigten Nadeln;

F i g. 4 zeigt eine sogenannte Tufting- oder Teppichnadel und gibt entsprechend Fig. 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Härtebereiche für eine Nadel an, die aus dem gleichen Stahl besteht, wie die Nadeln nach Fig. I bis 3:

f 1 g. 5 und 6 veranschaulichen schematisch das erfmdungsgemäße Verfahren zum Herstellen selektiv angelassener Nadeln durch die schematiche Darstellung der Stellungen der Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor und nach dem Einführen einer selektiv zu erhitzenden Nade¹ in die Vorrichtung;

F i g. 7 und 8 zeigen in einem vergrößerten Längs schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum selektiven Erhitzen, Auswerfen und Abkühlen der Nadeln ohne und mit der in die Bohrung eingeführten Nadel.

Die in F i g. I 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 einer mit Widerhaken 18 besetzten

Klinge 16 verbunden.die an einer Spit/.c 20 endet.

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

Fig. 2 zeigt eine Filzherstellungsnadel, welche die gleichen Abschnitte umfaßt wie die in F i g. I dargestellte Nadel und bei der zusätzlich ein erster konischer Abschnitt 22, ein mittlerer Klingenabschnitt 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 F i g. I bildet bei der Filzherstcllungsnadel nach F i g. 2 die Spitze 20 ebenfalls den härtesten Teil der NüCiCi. VCrgiCiCni ίΤΐΚΠ UiC SCCiiS liCrigCti AuSlihmuC ULI Nadel miteinander, erkennt man. daß sie sich bezüglich ihrer Härte unterscheiden. Bei der in F i g. 2 gezeigten Nadel nimmt die Härte jedoch in Richtung von ihrer Kröpfung bis zu ihrer Spitze nicht fortschreitend zu.

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

F i g. 4 zeigt cine Tufting- oder Teppichnadel mit einem Klingenabschnitt 32 und einer Spitze 34. bei Jer die Spitze härter ist als der Klingenabschnitt.

Die in den F i g. I bis 4 genannten Bereiche gelten für einen Stahl, dessen maximale Härte 67 RC entspricht. Bei einer anderen Stahlsorte würden diese Bereiche höher oder tiefer liegen. Zwar sind in F i g. I bis 4 Härtewertc für bestimmte Punkte auf den Nadeln angegebenen, doch sind diese Härtewerte bei den Nadeln nicht scharf gegeneinander abgegrenzt, sondern sie gehen allmählich ineinander über.

Gemäß F i g. 5 und 6 umfaßt die automatisch arbeitende Vorrichtung eine nicht dargestellte, auf bekannte Weise ausgebildete, selbsttätige Einrichtung zum Zuführen mehrerer Nadeln 36 derart, daß sie in die richtige Lage gebracht werden, damit sie einer Vorrichtung 38 /. B. durch einen Schieber 40 zugeführt werden können.

Gemäß Fig./ uru 8 hat die Aufnahmevorrichtung 38 vorzugsweise ein·.- rohrförmigc Gestalt. Durch die ganze Vorrichtung 38 hindurch erstreckt sich eine Längsb- 'ng 42. Ein Teil der Bohrung 42 hat die gleiche Form wie die selektiv angelassene und zu richtende Nadel. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 und 8 ist die Bohrung 42 so geformt, daß sie eine Filzherstellungsnadel der in F i g. 2 gezeigten Art aufnehmen kann, um die Nadel selektiv anzulassen und zu richten. Damit die Bohrung 42 die Nadel nach F i g. 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 auf. wobei sich letzterer zu dem Ende der Vorrichtung 38 erstreckt, welches von dem Ende abgewandt ist, an dem die Nadel in die Vorrichtung eingeführt wird. Die Form der Bohrungsabschnitte 44, 46, 48, 50 und 52 ist der Form der entsprechenden Abschnitte der Filzherstellungsnadel, d. h. des Schaftes 12, des ersten konischen Abschnitts 22, des mittleren Klingenabschnitts 24, des zweiten konischen Abschnitts 26 und des Klingenabschnius 16. angepaßt. Entsprechend kann die Form der Bohrung der Form andcrei Nadeln angepaßt werden.

Um die Vorrichtung 38 ist eine Induktionsspule 5' herumgelegi. Diese Spule ist auf besondere Weise S( gewickelt, daß den verschiedenen Längsabschnitten clei anzulassenden Nadel unterschiedliche Wärmemenget zugeführt werden, damit eine Nadel hergestellt werdcr kann, die mehrere Längsabschnitte von unterschiedli eher Härte umfaßt. Die Windungen der elektromagnet! sehen Spule 54 können aus Kupferrohr bestehen und mi Hilfe von hindurchgeleitetem Wassergekühlt werden.

Die finden der elektromagnetischen Spule 54 werdei mit einer Quelle 56 für einen hochfrequenten Stron verbunden. Dieser Strom erzeugt ein sich \chncl umkehrendes elektromagnetisches Wechselfeld, das mi der in der Vorrichtung enthaltenen Nadel gekoppelt ist so daß die Nadel in einem äußerst hohen Ausmaß induktiv erwärmt wird. Die Vorrichtung 38 is üiiiiüignCuSCM. mmigcucSSün vviru uie vor ι i<jriiuM£ selbst nicht erhitzt, so daß sie einen Teil der Wärme aiii der Nadel ableitet; die abgeführte Wärmemenge richtel sich hierbei nach der Temperatur, auf der die Vorrichtung gehalten wird.

Die Spule 54 ist so gewickelt, daß sich ihre

_>> Windungen bezüglich ihres Durchmessers unterscheiden und die axialen Abstände der Windunger verschieden sind. Die einem bestimmten Abschnitt dei Nadel zuj,<.führte Wärmemenge richtet sich unter anderem nach dem Durchmesser der betreffenden

jn Windung, dem Abstand zwischen benachbarten Windungen, der Wandstärke der Vorrichtung und der Dicke der Nadel. Je kleiner die Abstände zwischen benachbarten Windungen sind und je kleiner der Durchmesser jeder Windung ist. desto größer ist die der Nadel

J5 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

4n Nuten eingreifen. In uer Unterstützung 58 ist eine Kammer 62 ausgebildet, der ein chemisch neutrales Gas über einen flexiblen Schlauch 64 zugeführt werden kann, welcher mit der Unterstützung 58 durch eine Sechskantmutter 66 verbunden ist.

Zwar kann die Unterstützung 58 auf beliebige bekannte Weise bewegt werden, doch zeigen F i g. 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 (F ig. 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. Hierzu führt die pneumatisch betätigte Stange 68 die mit der Nadel beschickte Vorrichtung in die in F i g. 5 gezeigte Stellung zurück, und die Nadel wird induktiv erhitzt.

Nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist. wird ein zum Kühlen und Auswerfen dienendes chemisch neutrales Gas unter einem Druck von z. B. etwa 5.5 atü vor einer Gasquelle aus mit Hilfe des flexiblen Schlauchs 64 in die Kammer 62 eingeleitet, so daß die Nadel aus der Vorrichtung ausgeworfen wird. Alle beschriebenen Verfahrensschritte können insgesamt innerhalb einer Zeitspanne von weniger als einer Sekunde durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann man die Vorrichtung so einstellen, daß das Durchführen der Verfahrensschritte bis zu etwa eine Minute in

Anspruch nimmt.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anlassen gehärteter Nadeln mit Längsabschnitten unterschiedlicher Härte durch Zuführen unterschiedlicher Wärmemengen an die einzelnen Längsabschnitte der Nadeln, dadurch gekennzeichnet, daß die bereits als Ganzes gehärteten Nadeln in eine Aufnahmevorrichtung mit einer der Nadelform über ihre gesamte Länge in angepaßten Längsbohrung eingeführt und dabei exakt gerade gerichtet werden, daß sie darin weniger als eine Minute einem elektromagnetischen Wechselfeld mit Abschnitten unterschiedlich großer Feldstärke entlang der Nadelachse ausgesetzt H werden und daß anschließend ein zum Kühlen und Auswerfen dienender Strom eines unter erhöhtem Druck stehenden kühlen, chemisch inerten Gases in Achsrichtung an die Nadel geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 2» zeichnet, daß während der Einwirkung des elektromagnetischen Wechselfeldes ein Teil der in der Nadel induktiv erzeugten Wärme von der Nadeloberfläche durch die Aufnahmevorrichtung abgeleitet wird. 2ϊ

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Wechselfeld in dem der Nadelspitze zugeordneten Abschnitt geringer ist als im angrenzenden Abschnitt.

4. Verfahren nach Anspruch 1. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehr ais zwei Abschnitte unterschiedlicher Feldstäi ke vorj,-sehen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mittleren L iigsabschnitt die v> Feldstärke geringer ist als in den angrenzenden Abschnitten.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 5 mit einer Aufnahmevorrichtung, mit einer Bohrung zur ίο Aufnahme der Nadel sowie mit einer Vorrichtung zum Auswerfen der Nadel aus der Aufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (38) aus einem von einer Induktionsspule (54) umschlossenen langgestreckten Körper ·*> (38) aus unmagnetischem Werkstoff besteht, dessen sich koaxial zur Induktionsspule (54) erstreckende Bohrung (42) den Abmessungen der in ihrer ganzen Länge einzuführenden Nadel angepaßt ist. die Windungen der Induktionsspule (54) wenigstens vi teilweise unterschiedlichen Durchmesser und axialen Abstand voneinander aufweisen und die Bohrung (42) an ihrem der Nadelspitze zugekehrten Ende mit einer Vorrichtung (58, 62, 64) zum Einleiten eines unter Druck siehenden Gases verbunden ist. v>

7 Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen der Spule (54) Bohrungen zum Hindurchleiten eines Kühlmittels aufweisen.