DE4421238A1 - Verfahren zur Herstellung beanspruchungsgerecht verschleißfester, rotierend bewegter Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächen, insbesondere Oberflächen von Drahtziehtrommeln aus Drahtziehmaschinen oder ähnlichen Transportrollen oder Trommeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Oberflächenbehandlung von Maschinenbauteilen, insbesondere Drahtziehtrommeln aus Drahtziehmaschinen oder ähnlichen Transportrollen oder Trommeln. Sie kann bei der Randschicht­ wärmebehandlung in festem und flüssigem Zustand angewandt werden, wie beispielsweise beim Umwandlungshärten, Umschmelzen, Legieren, Beschichten usw. Die 3-dimensionalen Funktionsoberflächen können dabei rotationssymme­ trisch, rotationsexentrisch oder auch prismatisch sein. So wird ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung in der Seilmaschinenindustrie gesehen.

Unter Drahtziehtrommeln im Sinne der Erfindung sind Transportrollen oder Trommeln zu verstehen, die zum Transport oder Stützen von Drähten, Seilen und/oder Drahtseilen dienen und von diesen teilweise oder mehrfach um­ schlungen werden, wobei diese Drähte, Seile und/oder Drahtseile auf diesen Transportrollen oder Trommeln eine axiale und/oder tangentiale Relativbewe­ gung ausführen, die den Verschleiß ursächlich beeinflußt. So werden unter Drahtziehtrommeln im Sinne der Erfindung insbesondere Ziehtrommeln, Trommeln, Fertigtrommeln, Ansammler, Schollenrand, Seilräder, Seilbahnräder, Stützräder, Seilführungsräder, Spannräder und dergleichen verstanden.

Ohne spezielle Schutzmaßnahmen unterliegen Maschinenbauteile an stark be­ anspruchten Stellen einem z. T. erheblichen Verschleiß, bei Drahtziehtrommeln insbesondere an den Anlaufstellen des Drahtes.

Die Verschleißbeständigkeit stark beanspruchter Bauteile entscheidet sowohl über die Einhaltung der Qualitätsparameter des hergestellten Produktes als auch über die Prozeßsicherheit der gesamten Anlage. Speziell bei den Drahtziehtrommeln, einem sehr kostenintensiven Maschinenbauteil, bestimmt die Oberflächenqualität der Trommel die Einhaltung der geforderten Qualitätspa­ rameter gezogener Drähte und die Standzeit der Trommel bei technologisch und ökonomisch notwendigen Erhöhungen der Drahtziehgeschwindigkeiten sowie die Anlagenverfügbarkeit.

Es steht daher die Aufgabe, den Verschleiß gefährdeter Oberflächenbereiche trotz erhöhter Beanspruchung wirksam zu reduzieren.

Zur Verschleißminderung der gefährdeten Oberflächenbereiche von Drahtzieh­ trommeln kommen bisher das Randschichthärten und das Panzern (z. B. Aufbringen einer Verschleißschutzschicht durch Auftragsschweißen) zur Anwendung. Zum Randschichthärten werden hauptsächlich konventionelle Verfahren wie Flammhärten und Induktionshärten (Erwärmung größerer Randschichtbereiche über die Umwandlungstemperatur mit anschließender schneller Abkühlung mittels Abschreckmittel) eingesetzt, in Einzelfällen auch nichtkonventionelle Verfahren mittels energiereicher Strahlung, wie z. B. Elektronenstrahl (Kurzzeitaufheizung lokaler Randschichten über die Umwand­ lungstemperatur und Selbstabschreckung).

Das Grundprinzip dieser allgemein bekannten Verfahren besteht darin, daß die eingebrachte Energie den Werkstoff der Drahtziehtrommeln in dem verschleiß­ beanspruchten Bereich mindestens bis zur Umwandlungstemperatur erwärmt und im Anschluß durch Selbstabschreckung und/oder zusätzliche Wasserdu­ schen das Härten erfolgt. Begleitende Nachteile dieser Härteverfahren sind, daß

• - der Werkstoff der Drahtziehtrommeln mit den konventionellen Verfahren bei seiner Härte-Gefügeausbildung nicht maximal ausgenutzt werden kann, wie z. B. im Vergleich von Kurzzeithärte-Verfahren (Energiereicher Strahlung) bekannt ist,
• - die geforderten Härteparameter, Einhärtetiefen- und Härtetiefenverläufe in den verschleißbeanspruchten Bereichen auf den Umfang nur bedingt mit konstanten, stabilen und reproduzierbaren Parametern gesichert werden können,
• - geforderten Spurbreiten, mit 3-dimensionaler Gestalt, aufgrund ihrer Größen­ abmessung (besser Spurbreite) in den gefährdeten Oberflächenbereichen so viel Energie bedingen, daß die Drahtziehtrommeln sich thermisch bedingt verformen oder gar reißen bzw. Risse induziert werden. Eingebrachte thermi­ sche Verformungen bedingen zusätzliche Nacharbeit, was meist nur noch durch Schleifen der gehärteten Spurbereiche möglich ist, was einerseits zuätzliche Kosten verursacht und andererseits die eingebrachte Einhärtetiefe über den Umfang ungleich reduziert, wenn nicht gar Bereiche mit völlig ungehärtetem Gefüge (Grundgefüge) freigelegt werden,
• - die bedingte Anpaßbarkeit von Brennern, Induktoren, den vielfältigen Formen und Geometrien der unterschiedlichen 3-dimensionalen Ausbildungen nicht optimal gerecht werden kann und andererseits die meist geringen Stückzah­ len (Losgrößen) keine finanziellen Mehraufwände rechtfertigen (Fehlende Flexibilität), und
• - das Härten mit Elektronenstrahl aufgrund der notwendigen Vakuumkammer und der eingebauten Handlingstechnik nur bedingte Abmessungen und Massen zuläßt. Verfahrenstechnisch bedingte Grenzen bestehen im Fehlen von zusätzlichen Abschreckmitteln, wie z. B. Wasserduschen, da das Prinzip der Selbstabschreckung bei sehr großer Energieeinbringung außer Kraft gesetzt wird (Umwandlungsmechanismus). Desweiteren besteht eine Geome­ trie bedingte, beschränkte Zugänglichkeit für den Elektronenstrahl an den Übergangsstellen von Zylinderteil zum Krempenbereich mit unterschiedlichen Übergangswinkeln zwischen den Bauteilgeometrien.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung beanspruchungsgerecht verschleißfester Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflä­ chen, insbesondere Oberflächen von Drahtziehtrommeln aus Drahtziehmaschi­ nen oder ähnlichen Transportrollen oder Trommeln, vorzuschlagen, bei dem sämtliche Nachteile des Standes der Technik nicht auftreten.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der genannten Art vorzu­ schlagen, bei dem der Werkstoff der Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächen, insbesondere von Drahtseiltrommeln, bei seiner Härte-Gefügeausbildung maximal ausgenutzt werden kann.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der genannten Art vorzuschlagen, mit dem die im speziellen Anwendungsgebiet geforderten Härteparameter, Einhärtetiefen- und Härtetiefenverläufe in den verschleißbean­ spruchten Bereichen auf den Umfang nicht nur bedingt sondern umfassend mit konstanten, stabilen und reproduzierbaren Parametern gesichert werden können.

Darüberhinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der genannten Art anzugeben, bei dem die geforderten Spurbreiten mit 3-dimensionaler Gestalt trotz ihrer Größenabmessung in den gefährdeten Oberflächenbereichen nicht so viel Energie bedingen, daß sich die Drahtziehtrommeln oder dergleichen thermisch bedingt verformen, Risse induziert werden oder gar gänzlich reißen.

Somit ist es auch Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der genannten Art aufzuzeigen, bei dem keine zusätzlichen Nacharbeiten notwendig sind und somit keine zusätzlichen Kosten verursacht werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens der genannten Art, dem durch die Abmessungen, Geometrie und Massen der zu härtenden Bauteile keine verfahrenstechnisch bedingten Grenzen gesetzt sind und das eine ausreichende Flexibilität aufweist, so daß trotz geringer Stückzahlen keine ungerechtfertigten finanziellen Mehraufwendungen auftreten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der genannten Art vorzuschlagen, bei dem die verschleißbeanspruchten Bereiche von Drahtziehtrommeln so gehärtet werden können, daß Ort, Geometrie und Abmessungen mit einem solchen Wärmeregime behandelt werden, daß das Härtevermögen des Drahtzietrommelwerkstoffes optimal ausgenutzt wird, aber dabei gleichzeitig der Verzug der Drahtziehtrommel gering bleibt.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung die Verschleißschutzmaßnahmen so zu gestalten (zu organisieren), daß dem beobachteten/festgestellten Verschleiß auf den Drahtziehtrommeln maximal entgegen gewirkt wird.

Erfindungsgemäß werden die Aufgaben mit einem Verfahren, wie es in den An­ sprüchen 1 bis 7 dargestellt ist, gelöst.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Herstellung der bean­ spruchungsgerecht verschleißfesten, rotierend bewegten Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächen, insbesondere Oberflächen von Drahtziehtrommeln aus Drahtziehmaschinen oder ähnlichen Transportrollen oder Trommeln, durch Randschichthärtung in bauteil- und anwendungsgerecht dimensionierten Härtungsspuren, wobei die Energie portioniert Spur für Spur eingebracht wird, mittels nichtkonventioneller Härtungsverfahren, wie beispielsweise mit Laserhär­ tungs- oder Elektronenstrahlhärtungsverfahren.

Erfindungsgemäß werden dabei die einzelnen Härtungsspuren (5) parallel, aber zur Rotationsachse der verschleißbeanspruchten Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächen in einem Winkel (4) von < 90°, vorzugsweise zwischen 10° und 80° (z. B. zwischen 30° und 60°), geneigt gelegt. Ebenfalls erfindungsgemäß erfolgt die Härtungsspurlegung um den Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflä­ chenumfang so versetzt, daß eine möglichst symmetrisch gesteuerte Wärme­ einwirkung auf diese erreicht wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Härtungs­ spuren (5) nicht unmittelbar nacheinander um den minimalen Spurversatz, sondern nacheinander um einen Winkel α, dessen Größe ein ganzzahliger Bruchteil von 360°, vorzugsweise 45°, 90°, 120° oder 180° (z. B. 90°), ist, um den Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächenumfang versetzt und fortlaufend erzeugt werden. Die Härtespuren werden derart gelegt, daß nach dem ersten bzw. jedem weiteren vollen Umlauf von 360° die Spuren (5) zusätzlich zum Winkel α um den für das jeweilige Bauteil optimalen Spurversatz (2) versetzt ge­ legt werden, bis eine gleichmäßige Spurverteilung über die gesamte Härtezone (1) erreicht ist und die einzelnen Spuren (5) um den für das Bauteil optimalen Spurversatz (2) angelegt sind. Dadurch führt die jeweils lokal eingebrachte Wärme insbesondere bei dünnwandigen Ziehtrommeln zu einer weitgehend gleichmäßigen Erwärmung des Bauteils.

Die eingebrachten Härtespuren (5) sollten vorteilhafterweise eine 3-dimensionale Raumkurve beschreiben.

Durch die Veränderung des Spurwinkels (4) wird ermöglicht, daß der Draht auf die Ziehtrommel spitzwinkelig zu den Härtespuren (5) aufläuft. Damit wird erreicht, daß Zonen geringer Härte (wie z. B. Anlaßzonen oder ungehärtete Be­ reiche) nur in jeweils sehr kleinen Abschnitten sowohl in der Belastungsrichtung des auflaufenden Drahtes als auch in dem in Achsrichtung erfolgendem Vorschub des Drahtbündels liegen. Die Belastung durch den auflaufenden Draht und die Verschleißbeanspruchung werden von den gehärteten Zonen getragen, wodurch die Gebrauchseigenschaften der Drahtziehtrommel auch bei einem Verschleißabtrag in den weniger resistenten Zwischenzonen nicht beeinträchtigt werden, denn die gehärteten Zonen formen sich nicht auf dem Draht ab. Der Verschleiß der gehärteten Zonen durch die auf die Ziehtrommel einwirkenden Beanspruchungen ist bei Druckeigenspannungen in diesen Zonen besonders gering. Bei der Erzeugung einer einzelnen Härtespur (5) bilden sich zwar die gewünschten Druckeigenspannungen in der Härtezone (1) aus, in deren Umgebung entstehen jedoch Zugeigenspannungen. Bei mehreren dicht nebeneinander liegenden Härtespuren (5) erhielte man durch Spannungsüber­ lagerung gehärtete Zonen mit Zugeigenspannungen oder sehr geringen Druckeigenspannungen.

Der Gesamtverschleiß ist das Ergebnis von

• - Verschleiß beim Anlaufen des Seiles auf die Drahtziehtrommeln im Über­ gangsradius des Krempenbereiches
• - Verschleiß durch radialen Schlupf zwischen Seil- und Drahtziehtrommelober­ fläche (Prinzip: Seilbremse) und
• - Verschleiß durch gleitende, tangentiale Bewegungen des Seiles, vom Krempenbereich (Anlaufbereich des Seiles) weg in Längsrichtung zur Dreh­ achse, auf der Drahtzietrommeloberfläche.

Deshalb werden mit den erfindungsgemäßen Verfahren diese stark beanspruch­ ten Bereiche vor Verschleiß besser geschützt, indem beispielsweise bei Drahtziehtrommeln Teilbereiche der Krempe, des Kehlbereiches mit seinen ver­ schiedenen Übergangsradien (R) und Teilbereiche der Zylindergeometrie in einer Breite von ca. 50 mm bis 60 mm durchgängig/fortlaufend gehärtet werden. Deshalb wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Härtezone (1) von dem zylindrischen Teil der Drahtzietrommel aus, mit den daran anschließenden verschiedenen Übergangsradien (R) bis auf den Krempenbereich unter Berücksichtigung dessen jeweiligen Winkel (4), geführt. Beim Laserhärten dieser Bereiche mit jeweils rotatorischer/dreidimensionaler Gestalt, erfolgt eine spurweise Bearbeitung, wobei die Intensitätsverteilung in der Spur dabei so zu führen ist, daß die pro Fläche und Zeit eingetragene Energie nicht zum Aufschmelzen der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen führt. Das bedeutet, daß

• - die Übergangsradien (R) zwischen Zylinder und Krempe den Spot des Laserstahles in seiner Längsrichtung begrenzen, wobei gefunden wurde die Spotlänge L 2 × R zu verwenden, und
• - die Gestaltskrümmung (Oberfläche) der Drahtziehtrommel, bei ihrem jeweils zu härtenden Bereich, die zu verwendende Spotbreite definiert.

Die Spotbreite wird durch den komplexen Zusammenhang von Werkstoff, Strahlparametern an der Wirkstelle und dem anzustrebenden Härteergebnis bestimmt. Vorhandene Intensitätsunterschiede über die Spotbreite bedingen dabei eine entsprechende Sicherheitsdifferenz zur Schmelztemperatur, um keine oberflächigen Anschmelzungen zu erhalten. Dadurch werden aber gleichzeitig die angestrebten Zielparameter, wie z. B. die Einhärtetiefe, verringert und in Summe der verwendete/eingesetzte Drahtziehtrommelwerkstoff bezüglich seines Härtevermögens nur noch zum Teil ausgenutzt. Werden die Abbildungs­ verzerrungen durch die Gestaltskrümmung (Oberfläche) der Drahtzietrommel so groß, daß dadurch solche Intensitätsunterschiede über die Spotbreite verursacht werden, daß beim Härten die Schmelztemperatur um 100° unterschritten werden muß, ist mit einer geringeren mittleren Einhärtetiefe (z. B. beim Werkstoff C 45 um 0,1 mm) zu rechnen. Deshalb wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Spotbreite so eingestellt, daß möglichst weit an die Schmelztemperatur angenähert, gearbeitet werden kann. Bewährt haben sich dabei solche Spotbreiten, mit denen ein Verhältnis von zu härtendem Geometriedurchmesser zu Spotbreite von 50 : 1 bis 65 : 1 eingehalten werden kann.

Die beschriebenen Festlegungen/Begrenzungen des Spots werden durch die Optik der Strahlführung und -formung berücksichtigt. Als Laserleistung werden Anlagen mit bis zu 6 kW verfügbarer Ausgangsleistung notwendig.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abstand der Härtespuren (5) so eingestellt, daß sich die Zugeigenspannungen in ungehärteten Zwischenzonen ausbilden und Härtespuren (5) mit optimalen Druckeigenspannungen erzeugt werden. Der verschleißgefährdete Ziehtrommelbereich wird somit nur partiell gehärtet. Dadurch wird erreicht, daß 1. ein Anlassen bereits gehärteter Zonen weitgehend vermieden wird, wodurch anlaßempfindliche Werkstoffe optimal härtbar sind, 2. weniger Wärme in das Bauteil eingebracht wird, wodurch die Gefahr des Verzugs und notwendige Nacharbeiten ganz wesentlich reduziert werden und 3. die Härtung auch bei Laserleistungen von ca. 5 kW noch wirtschaftlich möglich ist. Die Winkel (4) der Härtespuren (5) werden zur Bauteil­ achse so gelegt, daß die entstehenden inneren Spannungen zwischen den Spu­ ren (5) mit ihren Wirkungslinien optimal zu den von außen aufgebrachten Belastungen zu liegen kommen.

Die einfache Anpassung des Härteregimes an die jeweilige Geometrie der Zieh­ trommel betrifft nicht nur Durchmesser und Höhe des Bauteils, oder die Breite des verschleißgefährdeten Bereichs der Trommel, sondern Form und Größe des Laserspots lassen sich auch an den Radius des Kehlbereichs zwischen Zylinderteil und Krempe der Ziehtrommel anpassen, soweit dies die geforderten Härtetiefen, Spurbreiten oder auch die Behandlungsdauer vertretbar machen.

Da sich das Bauteil (z. B. Drahtziehtrommel) während der Bearbeitung erwärmt, ist eine entsprechend angepaßte Variation der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Laserleistung während der Bearbeitung vorteilhaft, um gleiche Einhärtetiefen usw. zu erreichen. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der genannten Art vorgeschlagen, bei dem durch die portionierte, spurartige Wärmeeinbringung zwischen den Spuren (5) ein Gefüge oder angelassenes Gefüge erhalten wird bzw. einstellbar wird, bei dem durch seine Elastizität die Rißneigung in der gehärteten Laserspur gesenkt wird. Dadurch wird es insbesondere möglich, auch rißempfindliche Werkstoffe bzw. Werkstoffe mit rißempfindlichem Gefüge verschleißfest zu härten.

Desweiteren wird durch die portionierte Wärmeeinbringung von Spur zu Spur mit einem gleichzeitigen Versatz um einen Winkel α, dessen Größe ein ganzzahliger Bruchteil von 360° ist, erreicht, daß erstens die Zielstellungen der geforderten Härte und Einhärtetiefe gesichert werden, zweitens andererseits durch die gleichmäßige Bauteilerwärmung über den Umfang minimalster thermischer Ver­ zug (Wärmeverzug) und damit minimalste Nacharbeit entstehen und drittens die werkstoffabhängigen kritischen Abkühlzeiten in jedem Fall eingehalten und prak­ tisch realisiert werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine optimierte Spurlegung realisiert, die gleichzeitig sichert, daß die mit der Laserbehandlung erzielbaren inneren Spannungen in einer besonders günstigen Lage zur Belastung (Verschleißbelastung) gelegt bzw. angeordnet werden und somit zusätzlich verschleißfestigkeitserhöhend wirken, wobei die Laserstrahlungsparameter hin­ sichtlich verschiedener Einflußgrößen, insbesondere den Werkstoff und seinen vorliegenden Wärmebehandlungszustand (Thermische Vorgeschichte) und der Bauteilgeometrie und dabei insbesondere wieder die Wanddicken im Ver­ schleißzonenbereich und die Verschleißzonenbreite selbst, optimiert werden.

Unter Berücksichtigung der Nachteile des Standes der Technik wird eine Mehrspurlegung mit ca. 20 mm breiten Härtespuren bei Drahtziehtrommeln vor­ geschlagen. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn beim Härten ein kreisförmi­ ger Spot mit einem dem Kehlbereich angepaßten Durchmesser zur Anwendung kommt. Die Spurlegungen sind dabei durchgehend von dem Zylinderteil über den Kehlbereich bis auf die Krempe angeordnet. Der Spurversatz (2) berücksichtigt den Werkstoff abhängigen notwendigen Abstand zwischen den einzelnen gehärteten Spuren. Der Auflaufwinkel des Drahtes auf die Draht­ ziehtrommel soll dabei spitzwinkelig zu den Spuren (Mehrspurlegung) erfolgen. Werden diese optimierten Bedingungen eingehalten, wird auf der Drahtoberflä­ che keine Abformung von harten und weichen Struktur-Bereichen der Draht­ ziehtrommel beobachtet (Schuppung), was letztlich einen Qualitätsmangel bedeuten würde.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können große Verschleißzonen, die das Mehrfache der Spurbreite betragen, infolge der Spurlegung rißfrei hergestellt (gehärtet) werden, während bei konventionellen Härteverfahren (z. B. Induk­ tionshärten) Risse auftreten.

Sämtliche Nachteile des Standes der Technik konnten mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren beseitigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Dabei werden in

Fig. 1 die Lage der Härtespuren 5 in der Härtezone 1,

Fig. 2a-2c beispielhaft die Gestalt und die Abmessungen von Drahtziehtrommeln
und in

Fig. 3a-3c die Teilbereiche von Krempe, Kehle mit Übergangsradi­ en R und Zylindergeometrien, wobei Fig. 3a zu Fig. 2a, Fig. 3b zu Fig. 2b und Fig. 3c zu Fig. 2c gehö­ ren
dargestellt.

Ausführungsbeispiel

Der Laserstrahl eines 6 kW CO₂-Lasers, vom Typ RS 6000, wird auf ein für die 3- D-Bearbeitung ausgelegtes Portal mit 6 Bewegungsachsen (3 karthesische Ach­ sen, 2 Rotationsachsen im Bearbeitungskopf und eine Werkstück-Drehachse, hier für die Drahtziehtrommel verwendet) übertragen. Eine Drahtziehtrommel, deren Geometrie gemäß Fig. 2a-2c und Fig. 3a-3c unterschiedlich sein kann, aus dem Werkstoff 58CrV4, wird waagrecht auf die Drehachse gespannt. Die übrigen Bewegungen, einschließlich der durch die Koordinaten­ transformation notwendigen Ausgleichsbewegungen zur Sicherung der 90°-Einstrahlung des Laserstrahles zur Drahtziehtrommel-Oberfläche, werden durch einen Bearbeitungskopf gewährleistet, dessen Optik gleichzeitig die Laserstrahlformung realisiert. Dadurch wird die notwendige gleichmäßige Relativgeschwindigkeit zwischen Laserspot und Drahtziehtrommeloberfläche über die gesamte Verfahrlänge (Spurlänge) bei gleichzeitiger Drehung der Drahtziehtrommel erreicht. Die Härtespur 5 wird vom zylindrischen Teil der Drahtziehtrommel aus (Bereich der geringsten Wanddicke), weiter mit dem daran anschließenden Übergangsradius R, bis auf den Krempenbereich unter Berücksichtigung der Winkel der Krempe gelegt. In Fig. 1 wird die Lage der Härtungsspuren 5, der Spurversatz 2, die Spurbreite 3 und der Spurwinkel 4 in der Härtezone im Detail dargestellt. Für die Minimierung des Bauteil-Verzugs hat es sich bewährt, den Startpunkt auf den Zylinderteil der Härtezone 1 zu setzen, da der Krempenbereich mehr Prozeßwärme aufnehmen kann. Während des Bearbeitungsprozesses sorgt eine der Geometrie der Drahtziehtrommel (Zylinder, Kehle mit Radius R und Krempe) angepaßte und vom Bearbeitungskopf mitgeführte Schutzgasdüse für eine stabile Stickstoff-Spülung. Die Laserbehandlung erfolgt gemäß Fig. 1, wobei die resultierende Bewegung zwischen Drehachse und Bearbeitungskopf-Achsen so eingestellt wird, daß die Spuren im Winkel 4 von 45° zur Längsachse der Drahtziehtrommel angeordnet werden. Start- und Endpunkt der Bearbeitungslängen (Spuren) werden so programmiert, daß die Härtezone 1 mit 60 mm auf dem zylindrischen Teilstück und 50 mm auf der Krempe der Drahtziehtrommel bestrahlt wird. Der Winkel 4 der Spur 5, im Beispiel mit 45°, ist immer spitzwinkelig zur Auflaufrichtung des Seiles auf die Drahtziehtrommel anzuordnen (günstigeres Verschleißverhalten). Dies wird durch die Drehrichtungswahl der Drehachse berücksichtigt bzw. eingestellt, unter Kenntnis der späteren Einbaulage der Drahtziehtrommel.

In der Härtezone 1 wird eine Absorptionsschicht mit einem Absorptionskoeffi­ zienten von 0,8 aufgetragen, gearbeitet wird mit 4300 W bei einem Vorschub von 520 mm/min.

Im Bearbeitungskopf wird die Laserstrahlformung mit Hilfe eines Spiegels mit 300 mm Brennweite vorgenommen. Als Spotform wird damit im Beispiel ein Kreis verwendet, wobei Spotbreite und Spotlänge damit jeweils 18,6 mm betragen.

Unter Berücksichtigung der zu realisierenden Härteparameter und des Durch­ messers der Drahtziehtrommeln im zylindrischen Teil der Kehle werden 80 Spu­ ren mit einem Spurversatz 2 von 4,5° angeordnet. Mit dieser Einstellung von Spurwinkel 4, Spurbreite 3 und Spurversatz 2 wird gesichert, daß sich die Zugspannungen in den ungehärteten Zwischenzonen ausbilden und in den Härtespuren 5 optimale Druckeigenspannungen erhalten bleiben.

Als eine weitere Maßnahme zur Minimierung des Verzugs beim Laserhärten werden die Härtespuren 5 nicht nacheinander nur um den Spurversatz von 4,5° versetzt erzeugt, sondern in diesem Beispiel zusätzlich jeweils um einen Winkel α von 45° versetzt, wobei die Größe des Winkels α sich nach der Wanddicke des zu härtenden Bauteiles richtet, und dabei gilt, daß die Größe des Winkels α mit geringer werdender Wanddicke steigt und gegen 180° geht. Durch die damit portionsweise und verteilt eingebrachte Wärme erfolgt eine gleichmäßige symmetrische Erwärmung der Drahtziehtrommel.

Im Ergebnis werden die Härtewerte über die Laserspurbreite von 14 mm gegenüber dem Grundgefüge um das Dreifache gesteigert, wobei eine Einhärtetiefe von 1,2 mm erreicht wird. Durch die gleichmäßige symmetrische Wärmebehandlung wird bewirkt, daß kein meßbarer Verzug auftritt, so daß die Nacharbeit auf eine Finish-Bearbeitung beschränkt bleibt.

Bezugszeichenliste

1 Härtezone
2 Spurversatz
3 Spurbreite
4 Spurwinkel
5 Härtespur
R Übergangsradius

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung beanspruchungsgerecht verschleißfester, rotierend bewegter Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächen, insbesondere Oberflächen von Drahtziehtrommeln aus Drahtziehmaschinen oder ähnlichen Transportrollen oder Trommeln, durch Randschichthärtung in bauteil- und anwendungsgerecht dimensionierten Härtungsspuren, bei dem die Energie portioniert Spur für Spur eingebracht wird, mittels nichtkonventioneller Här­ tungsverfahren, wie zum Beispiel der Laserhärtungs- oder Elektronenstrahl­ härtungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungsspuren (5) parallel gelegt werden, aber zur Rotationsachse der verschleißbeanspruchten Draht-, Seil- und/oder Drahtseillauffläche in einem Winkel (4) < 90° geneigt sind und diese Härtungsspuren (5) um den Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächenumfang so versetzt gelegt werden, daß eine möglichst symmetrisch gesteuerte Wärmeeinwirkung auf diese erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungsspuren (5) nicht unmittelbar nacheinander um den minimalen Spurversatz (2), sondern nacheinander um einen Winkel α, des­ sen Größe ein ganzzahliger Bruchteil von 360° ist, um den Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächenumfang versetzt und fortlaufend derart erzeugt werden, daß die Härtespuren (5) nach den ersten bzw. jedem weiteren vollen Umlauf von 360° zusätzlich zum Winkel α um den für das jeweilige Bauteil optimalen Spurversatz (2) versetzt gelegt werden, bis eine gleichmäßige Spurverteilung über die gesamte Härtezone (1) erreicht ist und die einzelnen Spuren (5) um den für das jeweilige Bauteil optimalen Spurversatz (2) ange­ legt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α, um den die Härtungsspuren (5) versetzt erzeugt werden, 45°, 90°, 120° oder 180° beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α 90° beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungsspuren (5) zur Rotationsachse der verschleißbeanspruchten Draht-, Seil- und/oder Drahtseillauffläche um einen Winkel (4) zwischen 10° und 80° geneigt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungsspuren (5) zur Rotationsachse der verschleißbeanspruchten Draht-, Seil- und/oder Drahtseillaufflächen um einen Winkel (4) zwischen 30° und 60° geneigt sind.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachten Härtungsspuren (5) eine 3-dimensionale Raumkurve beschreiben.