DE3125992C2

DE3125992C2 - Stützkörper für die Innenbohrung von Zahnkränzen aus Stahl beim Einsatzhärten

Info

Publication number: DE3125992C2
Application number: DE3125992A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. Zürich Federer; Urs Dipl.-Chem. Wyss
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-07-01
Publication date: 1986-10-23
Also published as: GB2102706B; JPS57210918A; GB2102706A; US4469530A; IT8221901A0; NL183248B; DE3125992A1; NL183248C; IT1190874B; CH647811A5; NL8202468A

Abstract

Zur Verringerung des Härteverzugs beim Einsatzhärten großer Zahnkränze aus Stahl läßt man den Zahnkranz (11) beim Abkühlen, ausgehend von der Härtetemperatur, während der γ/ α-Umwandlung seines Kernmaterials auf einen Stützkörper (1, 4) aufschrumpfen und begrenzt dann beim weiteren Abkühlen auf Raumtemperatur den Anstieg der Spannung im Zahnkranz, indem man den Stützkörper (1, 4) vorgewärmt in den Zahnkranz (11) einsetzt. Der Werkstoff des Stützkörpers (1, 4) hat einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten als der des Zahnkranzes (11).

Description

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Die Erfindung betrifft ein Stützkörper der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Durch einsatzgehärtete Verzahnungen können die Belastungsgrenzen wie Flankenfestigkeit und Zahnfußfestigkeit von Zahnrädern und Zahnkränzen wesentlich erhöht werden. Es ist bekannt, daß es beim Einsatzhärten schon kleinerer Zahnkränze zu einem Verziehen kommt, das mit zunehmender Größe der Zahnkränze immer größere Schwierigkeiten bereitet, da mit zunehmender Zahnkranzgröße die Maß- und Formänderungen die zulässigen Toleranzen immer weiter überschreiten. Die Maß- und Formänderungen erhöhen den Zeitbedarf für das anschließende Schleifen der Verzahnung erheblich. Es ist daher wünschenswert, den mit dem Einsatzhärten von insbesondere großen Zahnkränzen verbundenen Härteverzug, d. h. die Maß- und Formänderungen in möglichst engen Grenzen zu halten.

Bei großen Zahnrädern sind einsatzgehärtete Zahnkränze im allgemeinen über Radscheiben oder Stegbleche mit ihren Naben oder Wellen verbunden. Es ist bekannt (DE-OS 26 06 245). den Zahnkranz aus Einsatzstahl mit der Radscheibe und diese mit der Welle oder Nabe zu verschweißen. Der Zahnkranz wird anschließend verzahnt und schließlich aufgekohlt und gehärtet. Schon beim Aufkohlen kann es zu Maß- und Formänderungen in einem solchen Ausmaß kommen, daß die Verzahnung vor dem Härten nachgearbeitet werden muß. Dadurch entstehen jedoch in der Verzahnung Ungleichmäßigkeiten der Aufkohlungs- oder Einsatztiefe. Beim Härten treten weitere Form- und Maßänderungen auf.

Zudem entstehen infolge des unterschiedlichen Maßänderungsverhaltens der verschiedenen verschweißten Komponenten — Zahnkranz, Stegbleche, Nabe — unüberblickbare Eigenspannungszustände, die in Verbindung mit den Schweißnähten eine schwer erfaßbare Unsicherheit darstellen. Es ist daher vorzuziehen, den Zahnkranz aus Einsatzstahl als solchen aufzukohlen und zu härten und ihn erst dann mit einer Radscheibe oder Stegblechen zusammenzufügen. Beim Aufkohlen und anschließenden Härten eines separaten Zahnkranzes von erheblicher Größe und der üblichen geringen Wandstärke treten jedoch große Maßänderungen und Verzüge auf, die besonders bei kleinen Modulen die Verwendung des Zahnkranzes nach der Wärmebehandlung in Frage stellen können.

Es ist eine Vorrichtung zum induktiven Härten eines Zahnkranzes bekannt (DE-AS 20 21 867), bei der ein Zahnkranz auf eine Tragplatte gelegt, an der kreisförmigen Schulter eines Kolbens zentriert und mit Backen, die sich ebenfalls am Kolben befinden, eingespannt wird. Während einer Drehbewegung wird der Zahnkranz induktiv erhitzt. Nach dem Erhitzen wird der Kolben abgesenkt, die Backen werden entspannt, und der Zahnkranz wird zwischen einem von oben her übergestülpten Schlitten und einer Druckplatte eingespannt und in diesem Zustand abgeschreckt. Durch die durch den Schlitten und die Druckplatte gebildete starre Form wird während des Abschreckens nur ein Härteverzug des Zahnkranzes radial auswärts und in axialer Richtung vermieden, nicht aber radial einwärts, weil die Bakken entspannt sind.

Es ist weiter bereits bekannt (DE-AS 12 01 860), daß dem Wärmeverzug, der durch Wärmespannungen beim Abkühlen von Zahnrädern eintreten kann, dadurch vorgebeugt werden kann, daß mit radialen Spannbacken gearbeitet wird, deren Klemmdruck vorübergehend gelöst wird, um die durch die Schrumpfung bedingten Spannungen zumindest zu begrenzen. Zu diesem Zweck wird beim Härten eines Tellerzahnrades durch Abschrecken das erwärmte Tellerrad zwischen den Spannbacken und einer Zentriervorrichtung eingespannt und mit flüssigem Abschreckmittel behandelt. Während dieser Behandlung wird das Tellerrad periodisch von dem Klemmdruck der Spannbacken und der Zentriervorrichtung entlastet. Dieses periodische Ausüben und Nichtausbüben des Klemmdruckes stellt ein diskontinuierliches Verfahren zur Verminderung der Schrumpfspannungen dar, das erheblichen Aufwand erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Problem, die Schrumpfspannungen innerhalb eines Zahnkranzes beim Fortschreiten der Abkühlung auf einen solchen Betrag zu begrenzen, daß es zu keiner Beschädigung des Zahnkranzes kommt, auf andere Weise zu lösen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird zum Begrenzen der Schrumpfspannungen innerhalb eines Zahnkranzes beim Fortschreiten der Abkühlung als Stützkörper ein-

kreisförmiges Element aus Stahl zur Aufnahme der Schrumpfspannungen des Zahnkranzes verwendet, das lediglich aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften am Ende der Abkühlung des Zahnkranzes ^inen kleinen Durchmesser als zu Beginn des Abschreckens hat.

Für die Verwendung des Stüt/.körpers nach der Erfindung beim Einsatzhärten ergeben sich zwei Varianten, nämlich:

A) der Zahnkranz wird von Härtetemperatur (z. B. 850⁰C) zusammen mit dem auf eine vorbestimmte Temperatur (z. B. 400° C) vorgewärmten Stützkörper abgeschreckt, und

B) in den auf Härtetemperatur befindlichen Zahnkranz wird der kalte Stützkörper eingesetzt, und bei fortschreitender Abkühlung des Zahnkranzes erfolgt das Aufschrumpfen desselben auf den Stützkörper, wobei durch einen zu verformenden Teil des Stützkörpers ein zu hohes Ansteigen der Schrumpfspannungen im Zahnkranz verhindert wird.

Auf diese beiden Verfahrensvarianten gründen sich auch die vorteilhaften Ausgestaltungen des Stützkörpers nach der Erfindung und der Verfahren zum Einsatzhärten unter Verwendung des Stützkörpers nach der Erfindung, die den Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7 bzw. 8 und 9 bilden.

Die Temperatur, auf die der Stützkörper in der Ausgestaltung nach Anspruch 2 gemäß der Variante A erwärmt sein muß, kann relativ nieder gehalten werüen, wenn er aus einem austenitischen Stahl besteht, der bekanntlich einen wesentlich größeren Wärmedehnungskoeffizient als ferritische Stahl besitzt, aus dem beispielsweise der Zahnkranz besteht. Durch den größeren Wärmedehnungskoeffizient des Werkstoffs des kreisförmigen Elements des Stützkörpers erfolgt eine schnellere Durchmesserverkleinerung, womit die Gefahr des Aufbaus übermäßiger Schrumpfspannungen im Zahnkranz herabgesetzt ist. Durch einen derartigen Stützkörper ist sichergestellt, daß der Zahnkranz im Temperaturbereich 450 bis 300° C auf diesen aufschrumpft und einwandfrei rund gedrückt wird, da er sich während der ;V<*-Umwandlung des Kerns an den Stützkörper eng anlegt. Ist die Umwandlung des Kerns des gehärteten Zahnkranzes beendet, wird die Schrumpfspannung laufend verringert, da bei der Variante A durch Wärmeableitung der Außendurchmesser des Stützkörpers kontinuierlich abnimmt. Sind Zahnkranz und Stützkörper auf Raumtemperatur abgekühlt, kann letzterer leicht aus dem Zahnkranz entnommen werden, da durch dessen plastische Aufweitung einerseits und das thermische Nachschrumpfen des Stützkörpers andererseits zwischen ihnen Spiel entstanden ist.

Wie erwähnt darf die vom Stützkörper auf den Zahnkranz ausgeübte Verformungskraft bei fortschreitender Abkühlung nicht so weit ansteigen, daß es innerhalb des Zahnkranzes zu gefährlichen Spannungen kommt und ein Entfernen des Stützkörpers aus dem abgekühlten Zahnkranz ohne dessen Beschädigung praktisch nicht mphr mftorlirh ict nipc ict hpi Hpr ΑιιςΙρσιιησ Hpc prfin_o — — . _σ—_o _.—

dungsgemäßen Stützkörpers zu berücksichtigen. Man wird also bestrebt sein, einen weiteren Anstieg der Schrumpfspannungen im Zahnkranz bei Temperaturen unter 250 bis 25O⁰C zu vermeiden.

Dieser Forderung entsprechen die erwähnten Varianten A und B. Bei der Variante A wird durch die Wahl des Werkstoffs, der VorwärmtemDeratur und der Wärmeisolation und der Wärmeisolation des Stützkörpers dessen Schrumpfverhalten so abgestimmte, daß der Zahnkranz während der Umwandlung seines Kernwerkstoffes auf den Stützkörper aufschrumpft und daß bei weiterer Abkühlung ein zu hohes Ansteigen der Schrumpfspanuungen im Zahnkranz verhindert wird. Bei der Variante B verliert nach einem bestimmten Ausmaß des Schrumpfens des Zahnkranzes im Bereich einer vorbestimmten Schrumpfspannung durch plastische Verformung der am Umfang des kreisförmigen Elements des Stützkörpers angeordneten druckaufnehmenden und dabei verformbaren Teile nach Anspruch 5 bzw. des dünnwandigen Zylinders nach Anspruch 4 bei mehrteiligem Stützkörper ihre zur Einwirkung gebrachte Kraft. Durch diese plastische Verformung der druckaufnehmenden Teile bzw. des Zylinders wird im Zahnkranz keine übermäßige Schrumpfspannung aufgebaut.

Bei der Variante A wird, basierend auf einer Umwandlungstemperatur des Kernmaterials des Zahnkranzes von beispielsweise 450 bis 300° C, bei welcher auch das Aufschrumpfen vor sich gehen soll, der Außendurchmesser des Stützkörpers etwa 5 bis 6% größer sein müssen als der Innendurchmesser des Zahnkranzes in kaltem Zustand. Hierbei ist mit einer plastischen Aufweitung des Zahnkranz-Innendurchmessers um etwa 1,5% zu rechnen. Ohne den erfindungsgemäßen Stützkörper von entsprechender Temperatur würde der Zahnkranz bis zum Erkalten auf Raumtemperatur um 3 bis 4,5% schrumpfen; diese Schrumpfung des Zahnkranzes würde zu einem Festsitzen auf dem Stützkörper führen, so daß dieser sich nicht ohne Zerstörung entfernen ließe und darüber hinaus der Zahnkranz durch übermäßige Schrumpfspannungen bis zu Beschädigungen belastet würde.

Bei dem Stützkörper in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist zweckmäßigerweise eine massive Scheibe mit am Umfang befestigten radialen Stegen vorgesehen. Das hat den Vorteil, daß beim Abschrecken im Härtebad das Härteöl wenigstens mit einem Teil der Innenfläche des Zahnkranzes in Berührung kommt und damit dieser nicht nur an drei Flächen, sondern auch an seiner Innenfläche gekühlt wird.

Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung des Stützkörpers nach den Ansprüchen 5 und 6 für die Varianten B bzw. A liegt darin, daß sich die plastisch verformbaren Teile oder Stege ohne große Schwierigkeiten an die jeweils benötigte Dimension des Stützkörpers anpassen lassen. So kann man diese beispielsweise gegen entsprechend dimensioniert verformbare Teile oder Stege auswechseln. Man kann vorhandene Stützkörper durch Verkürzen der verformbaren Teile oder Stege verkleinern oder durch Zwischenlegen von Blechstreifen od. dgl. vergrößern. Dies ist im Hinblick auf die Tatsache, daß insbesondere bei großen Zahnkränzen einer gewissen Stückzahl die Form- und Maßänderungen jedes Stücks nicht gleich ausfallen, von besonderer Bedeutung. Man kann also durch geringfügiges Variieren des wirksamen Außendurchmessers des Stützkörpers eine ganze Reihe von gleich großen Zahnkränzen härten, ohne daß hierfür beträchtliche Investitionen oder groftpr Aiifu/anrl Hiiri-h cpnnratp Anfprtionncr Hpc Stüf-zkör- — .. — —,— . ..,_, —_σ

pers für jeden Zahnkranz erforderlich wären.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 ist die Scheibe zur Verzögerung der Wärmeableitung an den Stirn- und Zylinderflächen isoliert. Diese Isolierung ist beispielsweise eine anschraubbare Bleckabdeckung mit einer Zwischenschicht aus Asbest.

Beim Härten von Zahnkränzen mit einem Innen-

durchmesser von größer als etwa 1700 mm ist erfahrungsgemäß die Formänderung beim Aufkohlen und Wiederaufwärmen auf Härtetemperatur unter Umständen größer als das Spiel zwischen dem Innenumfang des auf Härtetemperatur befindlichen Zahnkranzes und dem Außenumfang des vorgewärmten Stützkörpers.

Der obengenannte Stützkörper in der Ausgestaltung nach Anspruch 6 kann für solche Fälle dahingehend abgewandelt werden, daß anstelle der fest montierten Stege vier bis sechs bewegliche, insbesondere verschiebbar gelagerte Segmente vorgesehen werden. Vor dem Aufbau des heißen Zahnkranzes auf den Stützkörper werden die Segmente entsprechend zusammengeschoben und dann hydraulisch oder mechanisch gegen den Zahnkranz in festen Anschlag gebracht. Nun kann Zahnkranz und Stüizkörper wie oben beschrieben abgeschreckt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein mit einem Dilatometer ermitteltes Kurvendiagramm für einen Einsatzstahl,

F i g. 2 in Draufsicht einen Zahnkranz mit einteiligem Stützkörper

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 1II-1II in F i g. 2,

F i g. 4 in Teildraufsicht einen Zahnkranz mit mehrteiligem Stützkörper,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 4,

Fig.6 in einer Axialschnittansicht einen Zahnkranz mit einer weiteren Ausführungsform des Stützkörpers,

F i g. 7 in Draufsicht einen Zahnkranz mit noch einer weiteren Ausführungsform des Stützkörpers und

F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII inF i g. 7.

In Fig. 1 ist ein Diagramm in Form von Dilatormeter-K.urven dargestellt. In diesem Diagramm sind die Kurven einerseits für die «/^-Umwandlung bei langsamer Erwärmung und andererseits für die //Λ-Umwandlung bei schneller Abkühlung — z. B. Abschrecken in Öl — eines Einsatzstahls 12 NiCrMo 7 aufgetragen, welche die Längenänderungen AL als Funktion der Temperatur wiedergeben.

Die Fig.2 und 3 zeigen für die Variante A einen Stützkörper mit einem kreisförmigen Element in Form einer massiven Scheibe 1 aus austenitischem Werkstoff, deren Dicke etwa der Breite eines zu härtenden Zahnkranzes 11 entspricht. Beide Seiten der Scheibe 1 sind mit einer Asbestlage 2 von etwa 5 mm Dicke wärmeisoliert. Die Asbestlagen 2 sind durch angeschraubte Stahlplatten 3 an der Scheibe 1 befestigt. Am Umfang der Scheibe 1 befindet sich eine größere Anzahl von radialen Stegen 4. Die zwischen den Stegen verbleibende Umfangsfläche 5 der Scheibe 1 ist ebenfalls mit Asbest abgedeckt, und die Asbestisolierung ist mit angeschraubten Stahlstreifen 6 befestigt Die Stege 4, die nicht aus austenisischem Werkstoff bestehen müssen, sind in Führungsnuten 7 mit Hilfe von Schrauben 8 an der Scheibe 1 befestigt Für eine geringe Vergrößerung des Durchmessers des Stützkörpers können in die Führungsnuten Blechstreifen eingelegt werden. Benötigt man jedoch für einen größeren Zahnkranz eine stärkere Vergrößerung des Stützkörperdurchmessers, werden die Stege 4 gegen solche größerer Breite ausgetauscht.

Die Stege 4 besitzen Ansätze 9, welche auf der entsprechend ausgebildeten Innenflächen des Zahnkranzes 11 zum Aufliegen kommen, damit der Stützkörper innerhalb des Zahnkranzes in entsprechender Lage fixiert wird. Um das Einsetzen des Stützkörpers in den Zahnkranz 11 zu erleichtern, weisen die Stege 4 im Bereich gegenüber dem Ansatz 9 eine Abschrägung 10 auf.

Der Stützkörper ist mit drei Ringschrauben 12 versehen, die zum Anheben mittels eines Krans dienen. Der Zahnkranz 11 mit eingesetztem Stützkörper wird anschließend durch eine nicht dargestellte Anhängevorrichtung vom Ofenwagen abgenommen und in das Abkühlbad gesenkt.

Zum Härten von Zahnkränzen mit einem Innendurchmesser ab etwa 1700 mm wird ein mehrteiliger

ίο Stützkörper angewandt. Selbstverständlich kann man auch für kleinere Zahnkränze mehrteilige Stützkörper anwenden, jedoch wird man aus konstruktiven und wirtschaftlichen Gründen so lang tragbar mit einteiligen Stützkörpern arbeiten.

Die Fig.4 und 5 zeigen für die Variante A einen mehrteiligen Stützkörper aus einer Scheibe 22 und vier Segmenten 12, welche auf einer Stahlplatte 14 in Führungsnuten 15 radial bis zu einem einstellbaren Anschlag 16 verschiebbar sind. Die Verschiebung der Segmente 12 geschieht bei der dargestellten Ausführungsform des Stützkörpers mit hydraulisch betätigbaren Kolben 17, denen über eine Ringleitung 18 Druckmittel aus einer nicht gezeigten Druckmittelquelle zugeführt wird.

An der Umfangsfläche der Segmente 13 sind radiale Stege 19 und an der Stahlplatte 14 Auflagen 20 angeschraubt. Auf letzteren liegt ein Zahnkranz 21 auf.

Die Scheibe 22 des Stützkörpers nach den F i g. 5 und 6 besteht aus einem austenitischen Werkstoff, der wie bei der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform vorgewärmt wird. Die obere und die untere Stirnfläche der Scheibe 22 sind auch hier mit Asbestlagen 23 wärmeisoliert, die mit Stahlplatten 24 festgeschraubt sind.
Bei der Variante A werden die vier Segmente 13 radial nach innen gezogen, und mit einer Hebevorrichtung wird der aufgekohlte Zahnkranz 21 über den Stützkörper gefahren und auf die Auflagen 20 abgesenkt. Auch bei großem Verzug des Zahnkranzes 21 ist genügend Spiel zwischen den Stegen 19 und der Innenbohrung des Zahnkranzes 21 gewährleistet. Nun werden die Segmente 13 mit Hilfe der Kolben 17 hydraulisch radial nach außen in die vorbestimmte Stellung an den Anschlägen 16 ausgefahren. Danach wird die vorgewärmte Scheibe 22 zwischen die Segmente 13 eingesetzt. Nach Lösen einer Steckverschraubung 25, über die der Ringleitung 18 das Druckmittel zugeführt worden war, wird der Stützkörper samt Zahnkranz 21 an Ringschrauben 26 angehoben und in eine ölwanne gesenkt. Das Öl gelangt zwischen den Auflagen 20 und Stegen 19 an einen Teil der Innenfläche des Zahnkranzes 21, wodurch dessen Kühlung verstärkt wird.

Eine Abwandlung des in den F i g. 4 und 5 dargestellten Stützkörpers besteht darin, daß für die Variante B anstelle der Scheibe 22 als kreisförmiges Element ein dünnwandiger Zylinder, der nicht vorgewärmt ist, eingesetzt wird. Die Wandstärke und die Festigkeit des Zylinders sind so festgelegt, daß er bei Überschreiten einer bestimmten Scnrumpfspannung in dem Zahnkranz 21 beim Abkühlen bis auf Raumtemperatur plastisch verformt wird. Der Außendurchmesser des Stützkörpers ist bei dieser Ausführungsform so festgelegt, daß der Zahnkranz 21 während der Gefügeumwandlung seines Kernmaterials auf den Stützkörper aufschrumpfen kann. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird der Zylinder spanend oder durch Teilen mit Hilfe eines Schneidbrenners aus den Segmenten 13 entfernt Es ist zwar erforderlich, für jeden Zahnkranz 21 einen eigenen dünnwandigen Zylinder herzustellen und diesen nach

beendetem Einsatzhärten zu zerstören, jedoch ist es andererseits nicht erforderlich, den Stützkörper vorzuwärmen, und bei dem dünnwandigen Zylinder handelt es sich um ein einfaches und billig herstellbares Bauteil.

Diese vorstehend beschriebene Abwandlung des in den F i g. 4 und 5 gezeigten Stützkörpers für die Variante B ist in F i g. 6 dargestellt. Die Stahlplatte 14 ruht auf einem Unterbau aus einem Ring 27, der sich über einen zylindrischen Mantel 28 auf einer Grundplatte 29 abstützt. Der Zahnkranz 21 wird auf den Auflagen 20 abgestellt, woraufhin die Segmente 13 mit Hilfe hydraulisch betätigter Kolben 30 an die Anschläge 16 gefahren werden. Die Kolben 30 sind an einem Kolbenträger 31 geführt, der über ein Zentrierstück 32 den dünnwandigen Zylinder 33 trägt und seinerseits von einem zentralen Kolben 34 abgestützt ist. Nach Druckentlastung der Kolben 30 wird der zentrale Kolben 34 abgesenkt, bis der Zylinder 33 auf die Stahlplatte 14 aufliegt. Nun kann die Stahlplatte 14 samt Stützkörper und Zahnkranz 21 an den vier Ringschrauben 26 vom Unterbau 27, 28, 29 abgeschoben und in horizontaler Lage in ein Abkühlbad gesenkt werden.

Für eine Kombination der Variante A und B kann der Stützkörper nach den F i g. 2 und 3 so abgewandelt werden, daß anstelle der radialen Stege 4 druckaufnehmende und sich dabei plastisch verformende Teile, z. B. in Form von Rohren oder Profilen beliebiger Form oder beliebigen Querschnittes, an der Scheibe 1 befestigt werden. Der Außendurchmesser des Stützkörpers ist so festgelegt, daß der Zahnkranz: 11 während der Um-Wandlung seines Kernwerkstoffes auf den Stützkörper aufschrumpft. Die Querschnitte der plastisch verformbaren Teile sind dabei so ausgelegt, daß sie nach der Kernumwandlung des Zahnkranzes durch dessen Schrumpfkraft plastisch verformt werden, bevor der Zahnkranzwerkstoff eine schädigende Beanspruchung erleidet. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur werden diese verformten Teile entfernt z. B. durch Brennschneiden, damit der Zahnkranz abgehoben werden kann. Für jeden zu härtenden Zahnkranz ist es zwar erforderlich, solche plastisch verformbaren Teile neu herzustellen, jedoch entfallen das Wärmeisolieren der Seiten der Scheibe und das Vorwärmen des Stützkörpers auf eine bestimmte Temperatur.

Die F i g. 7 und 8 steilen ein Beispiel eines so ausgestalteten Stützkörpers für die Kombination der Varianten A und B dar. Am Umfang der Scheibe 1 sind mehrere plastisch verformbare Doppel-T-Teile 35 mit Schraube 8 befestigt Der Stützkörper wird an den Ringschrauben 12 in den heißen Zahnkranz 11 eingesetzt, bis Ansätze 36 der Teile 35 auf dem Zahnkranz 11 aufliegen. Zum leichteren Einsetzen ist jedes Teil 35 an seinem vom Ansatz 36 abgewandten Ende mit einer Anschrägung 37 versehen. Der Zahnkranz 11 mit eingesetztem Stützkörper wird wiederum mit einer nicht dargestellten Anhängervorrichtung abgehoben und in das Abkühlbad gesenkt.

Die Erfindung wird nun anhand folgenden Beispiels weiter erläutert.

Beispiel

Es soll ein Zahnkranz mit Schrägverzahnung einsatzgehärtet werden:

Außendurchmesser: 1718,9+0,15 mm,
Zahnbreite: 400 mm.
Modul: 9,75,

60

65 Zahnschrägewinkel: 6°,
Steg-Innendurchmesser: 1470 mm.

Zum Aufkohlen und Härten wurde ein Zahnkranz vorbearbeitet, der folgende Maße hatte: Außendurchmesser 1718 mm, Zahnbreite 401 mm, Steg-Innendurchmesser 1430 mm. Die Verzahnung wurde mit Schleifzugabe gestoßen.

Die Aufkohlung fand in einem Schachtofen mit geregelter Atmosphäre statt, wobei der Zahnkranz auf einem massiven Chargiergestell mit vertikaler Achse gelagert war. Die Aufkohlungstemperatur betrug 900⁰C. Der Innenumfang des Zahnkranzes wurde wie üblich abgedeckt, um eine Aufkohlung zu verhindern. Nach der Aufkohlung wurde der Zahnkranz mit dem Chargicrgcstcü aus dem Schachtofen gefahren und an zugfreier Luft bis etwa 650⁰C abgekühlt und anschließend in einem weiteren Schachtofen 10 h bei 600⁰C gehalten und schließlich auf Raumtemperatur abgekühlt.

Durch Vermessung wurden folgende Werte für die untere oder Auflagefläche A bzw. die obere Fläche B festgestellt:

Außendurchmesser:

A AD = 1,8 mm, D = 1717,83 (Mittelwert)
B AD = 1,2 mm, D = 1717,08 (Mittelwert)

mittlere Konizität 0,75 mm
AD & Differenz zwischen größtem und kleinstem Durchmesser.

Der mittlere Steg-Innendurchmesser betrug oben 1428,83 und unten 1429,13 mm.

Dies zeigt, daß die Form- und Maßänderungen nach dieser Wärmebehandlung trotz gleichmäßiger und langsamer Erwärmung und Abkühlung beachtlich waren.

Zum Härten des Zahnkranzes wurde ein Stützkörper nach den F i g. 4 und 5 verwandt.

Der Zahnkranz wurde in einem elektrisch beheizten Kammerofen auf Härtetemperatur erwärmt und war dabei auf einem stabilen Unterlage-Ring gelagert, so daß die Fläche B kleineren Außendurchmessers unten war. Da der aufgekohlte Zahnkranz — wie oben gezeigt — sehr konisch war, mußte beim Härten die kleinere Seite stärker vergrößert werden. Daher wurde der Außendurchmesser des Stützkörpers entsprechend unterschiedlich bemessen, nämlich für den Steg-Innendurchmesser von 1429,13 mm betrug der Außendurchmesser des Stützkörpers 1429,40 mm, und für Steg-Innendurchmesser von 1428,83 betrug der Außendurchmesser des Stützkörpers 1429,80 mm.

Die Härtetemperatur wurde auf 870⁰C eingestellt, während der Stülzkörper auf 330⁰C vorgewärmt war. Der Zahnkranz wurde mit dem Stützkörper horizontal in einem ölbad von 6O⁰C abgeschreckt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur konnte man leicht den Stützkörper aus dem Zahnkranz nehmen.

Diese wurde dann sauber gereinigt und ausgemessen:

Außendurchmesser

Seite A: AD = 0,2 mm, D = 1719,22(Mittelwert)
Seite B: AD = 0,5 mm, D = 1719,42 (Mittelwert)

Planfehler=0.21 mm

Der Rundlauffehler wurde auf einer Karusseldrehbank in der Mitte der Verzahnungsbreite gemessen und mit 0,12 mm festgestellt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stützkörper für die Innenbohrung von Zahnkränzen aus Stahl beim Einsatzhärten, gekennzeichnet durch ein kreisförmiges Element (1, 22,33) aus Stahl zur Aufnahme der Schrumpfspannungen des Zahnkranzes (11, 21), das am Ende der Abkühlung des Zahnkranzes (11,21) aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften einen kleineren Durchmesser als zu Beginn des Abschreckens hat.

2. Stützkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisförmige Element (1, 22) aus einem Werkstoff mit größerem Wärmedehnungskoeffizient als der des Zahnkranzes (11,21) besteht

3. Stützkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Element (33) durch die Schrumpfkraft des Zahnkranzes (21) plastisch verformbar ist.

4. Stützkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisförmige Element (33) ein dünnwandiger Zylinder ist.

5. Stützkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Umfang des kreisförmigen Elements (1) durch die Schrumpfkraft des Zahnkranzes (11) plastisch verformbare Teile (35) angebracht sind.

6. Stützkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisförmige Element (1, 22) eine Scheibe ist, an der eine Anzahl radialer Stege (4,19) befestigt ist.

7. Stützkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) wärmeisoliert ist.

8. Verfahren zum Einsatzhärven unter Verwendung des Stützkörpers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper in den auf Härtetemperatur befindlichen Zahnkranz vorgewärmt eingesetzt wird.

9. Verfahren zum Einsatzhärten unter Verwendung des Stützkörpers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper in den auf Härtetemperatur befindlichen Zahnkranz kalt eingesetzt wird.