DE2734916B2 - Induktor zum Erwärmen von Laufbahnflächen an Wälzlagerringen - Google Patents
Induktor zum Erwärmen von Laufbahnflächen an WälzlagerringenInfo
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Description
35
Die Erfindung betrifft einen Induktor zum Erwärmen einer an einem Wälzlagerring umlaufenden, im Längsschnitt
rechteckigen, eine radiale und zwei axiale Laufbahnfläclien aufweisenden Nase, deren sich im 4"
radialen Schnitt darstellende Querschnittsfläche etwa 5 bis 15% der Querschnittsfläche des Wälzlagerringes
beträgt, mit einem gleichmäßigen Temperaturver'auf für die zu härtenden Laufbahnflächen und die
Übergangsbereiche der Nase zum Wälzlagerringkörper.
Bei Wälzlagerringen für dreireihige Wälzkörperlager werden die Laufbahnflächen an den Wälzlagerringen
gehärtet, wenn dieses zur Erreichung der notwendigen Lebensdauer des Lagers notwendig ist. Große Wälz- w
lagerringquerschnitte werden oberflächengehärtet, da bei derartigen Abmessungen eine Durchhärtung nicht
wirtschaftlich durchführbar ist.
Bei einem Wälzlager-Nasenring liegen die Laufbahnflächen der drei Wälzkörperreihen U-förmig direkt ">5
aneinander. Diese Anordnung führt zu einer umlaufenden Nase mit einer Größenordnung von 5 bis 15% des
Wälzlagerringquerschnitts, der vom übrigen Teil des Wälzlagerringes hervorsieht. Der Übergangsbereich
der Nase zum Wälzlagerring wird durch abgesetzte Übergangsradien gebildet, Die Laufbahnf!ächen werden
in bekannter Weise induktiv erwärmt und durch anschließendes Abschrecken gehärtet. Nach dem
bisherigen Verfahren werden die einzelnen Laufbahnflächen nacheinander, und zwar in der Reihenfolge b5
Radiallaufbahn, axiale Haltelaufbahn und axiale Traglaufbahn einzeln gehärtet.
Durch die Aufeinanderfolge von mehreren Wärmebehandlungen an verschiedenen Stellen der Nase bauen
sich bei diesem Verfahren starke innere Spannungen in der Nase und insbesondere im Übergangsbereich zum
Wälzlagerring auf. Diese inneren Spannungen führen zu einem mehr oder minder starken Kippen der Nase zum
Wälzlagerring. Diese Schrägsteilung der Nase durch Kippen muß beim anschließenden Schleifen mit
erhöhter Werkstoffabtragung wieder beseitigt werden. Das kann im Extremfall dazu führen, daü die benötigte
Härtetiefe nicht mehr gegeben ist. Die inneren Spannungen in der Nase können sogar so groß werden,
daß Risse in den zuerst gehärteten Laufbahnflächen auftreten, die Anlaß zu einem späteren Dauerbruch sein
können. Dieses bisher angewandte Verfahren muß als unbefriedigend gewertet werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, einen Induktor zum Erwärmen
einer am Wälzlagerring umlaufenden als Laufbahnflächen dienenden Nase einschließlich ihres Obergangsbereiches
zu schaffen, mit dem eine gleichmäßige und gleichzeitige Wärmezufuhr für alle zu härtenden
Laufbähnfiäehen wie auch für den Ubergangsbereich
von Nase — Wälzlagerring gegeben ist. Eine gleichmäßige und gleichzeitige Wärmezufuhr hat in Verbindung
mit einer gleichmäßigen Kühlung den Vorteil, daß eine gleichmäßige Oberflächenhärte erzielbar ist, wobei die
auftretenden inneren Spannungen n'cht zu Verwerfungen der Nase fünren und eine Überhitzung der Nase
entfällt.
Eine gleichzeitige und gleichmäßige induktive Härtung mehrerer getrennt nebeneinanderliegender Laufbahnen
an Wälzlagerringen ist in der DE-PS 8 87 085 beschrieben. Dieser Stand der Technik zeigt jedoch
keine Lösung zur erfindungsgemäßen Aufgabe auf, eine umlaufende Nase mit aneinanderliegenden Laufbahnen
zu härten. Die Veröffentlichung stellt sich demgegenüber vielmehr die Aufgabe, eine umlaufende Nase
möglichst nicht zu erwärmen bzw. zu überhitzen. Damit wird hier auch schon die Problematik angedeutet, mit
der sich der Fachmann auseinanderzusetzen hat, wenn es darum geht, einen hochstehenden Steg gleichzeitig
mit den angrenzenden Zonen eines Ringes mit großem Querschnitt für eine Härtung zu erwärmen. Der
Lösungsweg nach der DE-PS 8 87 085 besteht darin, an diesen Stellen keinen Induktor einzusetzen und den
Strom parallel fließen zu lassen. Diese Ausführungsform bringt somit keinen Lösungshinweis für die Aufgabenstellung
nach der vorliegenden Anmeldung.
Es ist weiterhin bekannt, den Induktor in seiner Form den Umrissen der zu härtenden Oberfläche anzupassen
(FR-PS 12 37 558 und Buch von Lozinskii, M. G.: »Industrial Applications of Induction Heating«, Pergamon
Press, 1961, Seiten 165 bis 167«) und Konzentratoren
an Induktionsspulen anzuordnen (DE-PS 9 17 201 und DE-AS 14 83 016).
Auch das Problem einer nicht erwünschten partiellen Überhitzung hat man einem anderen Vorschlag zufolge
in der Weise gelöst, daß man der Überhitzung durch eine regelbare partielle Wasserkühlung begegnet
(DE-AS 22 05 513). Eine derartige unterschiedliche Kühlung wirkt sich jedoch nachteilig auf den Härteverlauf
und die gleichmäßige Oberflächenhärte aus. Außerdem werden dadurch unterschiedliche innere
Spannungen erzeugt.
Es ist des weiteren bekannt, die Intensität des induktiven Wärmeflusses dadurch zu beeinflussen,
indem man das Magnetfeld, das die Erwärmung im Werkstück erzeugt, in die gewünschte Richtung drängt.
Dabei spielt der Kopplungsabstand, das ist der Abstand des stromführenden Leiters vom Werkstück, eine
wesentliche Rolle. Er muß möglichst klein sein und soll sich während des Betriebes möglichst wenig ändern
(DE-AS 14 83 016).
Insgesamt ergibt sich, daß der aufgedeckte Stand der
Technik in keiner Weise, auch nicht andeutungsweise, einen Lösungshinweis gibt für die außerordentlich
ungünstige Auswirkung, die die um ein Vielfaches größere M ε'„se des Wälzlagerringes, bezogen auf die
Masse von 5 bis 15% der umlaufenden Nase, beim Erwärmen bzw. Härten auf den Temperaturverlauf der
zu kartenden Bereiche ausübt
Die bekannten, für andere Anwendungsfälle einsetzbaren Induktoren, lassen keinen derart unterschiedlichen
Übergangsbereich, bezogen auf die beiden vorgenannten Flächen, Nase und Wälzlagerring, erkennen,
wie beim Anmeldungsgegenstand.
Z B. treten beim Einsetzen eines Induktors mit einer
dem Werkstück angepaßten Form ähnlich dem >o Induktor gemäß Pos. 22 in Tafel 7 der Literaturstelle
»Lozinskii, M.G. ...« bezogen auf das Beispiel des Wälzlagerringes mit umlaufender Nase di: nachfolgenden
Schwierigkeiten auf: Bei einer induktiven Wärmezufuhr, die die gewünschte Erwärmung an der vorderen
Laufbahnfläche erzielt, reicht die Wärmezufuhr im Übergangsbereich zum Flansch nicht aus, da die
eingeführte Wärme sofort in die große, nicht erwärmte Masse des anschließenden Wälzlagerringes abfließt.
Wenn der Induktionsstrom so eingestellt wird, daß eine gewünschte Erwärmung im Übergangsbereich
erzielt wird, wird die vordere Laufbahnfläche derart überhitzt, daß eine Härtung in diesem Bereich nicht das
erforderliche feinkörnige Gefüge erreicht Diese Überhitzung wird dadurch hervorgerufen, daß die eingeführte
Wärme aus der Masse der Nase nicht in dem Maße abfließen kann, wie dieses in den angrenzenden
Härtebereichen geschieht.
Die Aufgabe, die sich die Erfindung stellt, wird bei einem Induktor der eingangs näher bezeichneten -ία
Gattung dadurch gelöst, daß der sich im wesentlichen in
axialer Richtung auf dem Umfang des Wälzlagerringes erstreckende Induktor in einer sich in der radialen
Schniitebene des Wälzlagerringes darstellenden Ansicht U-förmig mit nach innen zu den Übergangsberrei- ·4ί
chen hin leicht geneigten, außen durch einen Steg miteinander verbundenen Schenkeln ausgebildet ist. an
dersn freien Enden sich Konzentratoren tragende abgewinkelte Flansche anschließen und bei dem der
Kopplungsabstand zwischen dem Steg und der radialen =>o
Laufbahnfläche der Nase am größten, zwischen den Schenkeln und den axialen Laufbahnflächen kleiner und
zwischen den Flanschen und den Übergangsbereichen am kleinsten ist.
Handelt es sich bei den Wälzlagerringen um solche « mit einem besonders großen Querschnitt einschließlich
der umlaufenden Nase, so kann in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens der Induktor in der
Weise abgewandelt werden, daß zusätzlich im Bereich des die beiden Schenkel verbindenden Steges ein
weiterer Konzentrator vorgesehen ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beim Härten von umlaufenden
im Querschnitt rechteckigen Nasen an Wälzlagerringen mit dem erfindungsgemäßen Induktor keine inneren
Spannungen mehr auftreten, die so unterschiedlich oder so stark sind, daß die Nase sich gegenüber dem
Wälzlagerring verwii 'Λ bzw. das Härterisse in der Nase
bzw. im Übergangsbereich zum Wälzlagerring auftreten. Weiterhin vorteilhaft gegenüber dem Härten von
Laufbahnflächen an Nasen von Wä'zlagerringen, bei dem die verschiedenen Laufbahnflächen einzeln nacheinander
gehärtet werden, ergibt sich mit dem Induktor nach der Erfindung eine Härtezeitersparnis von nahezu
60%. Daneben wird eine wesentliche Energieersparnis erzielt, die teilweise sogar überraschenderweise weniger
Energie benötigt als zum Härten nur einer Laufbahnfläche nach dem bisherigen Verfahren.
Patentschutz wird nur begehrt jeweils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruches, also
einschließlich seiner Rückbeziehungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im
folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Induktor in Ansicht gemäß Linie I-I der
F i g. 2 und
Fig.2 den Induktor in Seitenansicht zusammen mit
einem Wälzlager-Nasenring (Teilschnitt).
Eine Induktionsspule 10 von in etwa U-förmiger Gestalt zeigt leicht nach innen geneigte Schenke! 1! —
miteinander durch einen Steg 12 verbunden — an deren freien Enden sich nach auswärts abgewinkelte Flansche
13 anschließen. Diese Induktionsspule 10 ui.ifaßt im
Abs'and eine an einem Wälzlagerring 14 umlaufende im Querschnitt rechteckige Nase 15, deren Begren/ungsflächen
teilweise als Laufbahnflächen 16, 17, 18 für drei Wälzkörperreihen dienen. So nimmt die Laufbahnfläche
16 die die radialen Kräfte übertragenden Wälzkörper auf, und die Laufbahnflächen 17,18 sind als axiale Haltebzw.
Traglaufbahn vorgesehen.
Der Kopplungsabstand, der Abstand zwischen Werkstück und stromführendem Leiter, ist licht konstant
gehalten. Ein Verändern dieses Koppiungsabstandes beeinflußt die Intensität des Induktionsfeldes, so daß
man gehalten ist, eine derartige Veränderung des Koppiungsabstandes vorzunehmen, soll eine für sämtliche
zu härtenden Laufbahnflächen gleichmäßige und gleichzeitige Wärmezufuhr erfolgen. So ist dann im
Übergangsbereich 19 der Nase 15 und des Wälzlageringes
14 der Kopplungsabstand 20 am geringsten und wird im Bereich der abgewinkelten Flansche 13
beibehalten. Der Kopplungsabstand 21 zwischen den Schenkeln 11 und der korrespondierenden Laufbahnfläche
17 bzw. 18 der Nase 15 nimmt vom Übergangsbereich 19 an allmählich zu und bedingt somit die leicht
nach innen geneigten Schenkel 11. Der Kopplungsabstand nimmt seinen Größtwert 22 im Bereich des Steges
12 an. In dem Ausführungsbeispiel bewegen sich die Kopplungsabständc in der Größenordnung von I mrn
bis 4 mm. Sie ändern sich jedoch nach den gestellten Forderungen hinsichtlich der Härte der Laufbahnflächen
16, 17, 18 des Querschnittes der Nase 15 und des Materials.
Um ein Verstärken des Induktionsfeldes zu erreichen,
sind an den Flanschen 13 Konzentratoren 23, 24 vorgesehen. Für diese Konzentratoren sind Elektrobleche.
wie Dynamobleche. Trafobleche oder auch HochfrequenzLieche bzw. Hochfrequenzeisen verwendbar.
Bei Nasen mit größerem Querschnitt in Verbindung mit größeren Wälzlagerringen kann zusätzlich zu den
beiden Konzentratoren 23, 24 an den Flanschen 13 nocn ein weiterer Konzentrator (nicht dargestellt) angebracht
werden, und zwar im Bereich des Steges 12.
Über ein Zulaufrohr 25 und ein Ablaufrohr 26, getrennt durch eine Isolierung 27, erfolgen Kühlung und
Energiezufuhr der mit ihnen verbundenen Induktionsspule.
Als Material ist wie auch für die Induktionsspule Kupfer eingesetzt. Die Induktionsspule IO weist nur eine
Windung auf, wie dies beim Induktionshärten mi! Mittelfrequenz üblich ist.
Den sich bei Anwendung dieses Verfahrens und beim Einsatz des Induktors ergebenden Verlauf der Härtezone
zeigt die beispielsweise eingezeichnete Härte-Tiefcn!.inic28.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Induktor zum Erwärmen einer an i;inem
Wälzlagerring umlaufenden, im Längsschnitt rechteckigen, eine radiale und zwei axiale Laufbahnflächen
aufweisenden Nase, deren sich im radialen Schnitt darstellende Querschnittsfläche etwa 5 bis
15% der Querschnittsfläche des Wälzlagemnges beträgt, mit einem gleichmäßigen Temperaturverlauf
für die zu härtenden Laufbahnflächen und die Obergangsbereiche der Nase zum Wälzlagerringkörper,
dadurch gekennzeichnet, daß der sich im wesentlichen in axialer Richtung auf dem
Umfang des Wälzlagerringes (14) erstreckende Induktor (10) in einer sich in der radialen '5
Schnittebene des Wälzlagerringes darstellenden Ansicht U-förmig mit nach innen zu den Obergangsbereichen
(19) hin leicht geneigten, außen durch einen Steg (12) miteinander verbundenen Schenkeln
(11) -ausgebildet ist, an deren freien Enden sich Konzemratoren (23, 34) tragende abgewinkelte
Flansche (13) anschließen und bei dem der Kopplungsabstand zwischen dem Steg (12) und der
radialen Laufbahnfläche (16) der Nase (15) am größten, zwischen den Schenkeln (11) und den
axialen Laufbahnflächen (17, 18) kleiner und zwischen den Flanschen (13) und den Übergangsbereichen
(19) am kleinsten ist.
2. Induktor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich im Bereich des die beiden
Schenkel (11) verbindenden Steges (12) ein weiterer Konzentra.or vorgesehen ist.
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