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Verfahren und Vorrichtung zum Härten Beim Härten nach dem sogenannten
Tauchverfahren, wobei das Härtegut in einem Ölbad hin und her geschwenkt bzw. auf
und ab bewegt oder eingetaucht und wieder herausgehoben wird, ist es bereits bekannt,
den zu härtenden Gegenstand unter Druck in Paßformen festzuhalten, um dadurch den
Härteverzug in seiner Auswirkung zu behindern. Ist diese Maßnahme an sich zwar schon
vorteilhaft, so macht sich hierbei jedoch der Härteverzug noch immer unangenehm
bemerkbar, besonders beim Härten von flachen Stirn- und Kegelrädern. Dies erklärt
sich dadurch, daß bei den bekannten Tauch-Härteverfahren ein ungleichmäßiges Abkühlen
des Härtegutes eintritt, und zwar dadurch, daß das Öl infolge der Totpunh-tlagen
des auf und nieder oder hin und her bewegten Härtegutes ungleichmäßige Temperaturen
annimmt und an glatten Flächen des Härtegutes weniger festgehalten wird als an rauhen
Flächen, die demgemäß leichter verkrusten, wodurch eine Isolierschicht entsteht,
die die Wärme des Härtegutes an den verschiedenen Stellen ungleichmäßig an die Kühlflüssigkeit
abgibt.
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Bei den aus dieser Erkenntnis heraus bereits bekanntgewordenen Härteverfahren,
bei denen ringförmige Gegenstände unter selbsttätiger Zentrierung mittels Matrizen
im Raum festgehalten werden und das Härteöl durch in den Matrizen vorgesehene Kanäle
zur Bespülung des Härtegutes geführt wird, besteht jedoch der Nachteil, daß hierbei
die Olzu- und Ölabführung nicht so planmäßig geregelt ist, daß diese Verfahren ohne
weiteres zum Härten von Zahnrädern angewendet werden könnten; hier treffen nämlich
die Ölströme unmittelbar am Härtegut aufeinander, wodurch wiederum eine ungleichmäßige
Abkühlung und somit Härteverzug des Härtegutes eintreten kann. Beim Härten von Zahnrädern,
z. B. Kegelrädern mit Bogenverzahnung, ist aber jeder Härteverzug von einschneidender,
Bedeutung, weil hier an die Genauigkeit, besonders der Zähne, die größten Anforderungen
gestellt werden und ein Nacharbeiten ausgeschlossen ist.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten
von Stirn-, Schrauben-und Kegelrädern, bei dem zwecks verzugsfreier, genau gleichmäßiger
Härtung, besonders der Zähne, durch eine entsprechende Ausbildung der das Härtegut
unter regelbarem Druck festhaltenden Matrizen die Zahnlücken selbst als Führungskanäle
für den Ölstrom herangezogen werden, und zwar dadurch, daß die Zahnlücken mit den
Aussparungen und Kanälen der Matrizen sowie deren Zu- und Ableitungskanälen Zwangsführungen
für das Härteöl bilden, die den mit großer Geschwindigkeit im Kreislauf zu- und
abgeführten Ölstrom das Härtegut gleichmäßig entweder radial von innen nach außen
oder umgekehrt umspülen lassen. Durch eine solche Zwangsführung des Härteölstromes
unter Zuhilfenahme der Zähne des zu härtenden Zahnrades wird in einfacher und verläßlicher
Weise erreicht, daß sämtliche einen Härteverzug bedingenden Stauungen des Härteöls
vermieden werden, so daß selbst flache Kegelräder mit Bogenzähnen so gehärtet werden
können, daß
nicht nur jedes Richten unnötig wird, sondern auch das
Strecken der gekrümmten Zähne, das sich sonst aus ungleichmäßiger Abkühlung ergibt,
ausgeschaltet wird.
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Das Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das
Werkstück i (Abb. i bis 3) zwischen zwei Matrizen 2 und 3, die der Form des Härtegutes
genau angepaßt sind, unter einem einstellbaren Druck festgehalten wird, während
des Härtevorganges also ruht. Von den Matrizen liegt die untere, 2, fest auf dem
Tisch 4, der mit dem Maschinenbett 5 verbunden ist. Auf die untere Matrize wird
das Werkstück gelegt und mit der oberen Matrize 3 durch hydraulischen Druck festgehalten.
Sobald der für jedes Härtegut gewählte, einstellbare Druck auf die obere Matrize
3 erreicht ist, beginnt die Kühlflüssigkeit sich mit sehr starkem Strom unter Druck
über das Werkstück zu ergießen, wobei das Öl aber der Eigenart des Härtegutes entsprechend
auf ganz bestimmten Wegen geführt wird. Diese Führung geht von einem besonderen
Preßstromverteilersystem aus und sorgt dafür, daß die ganze Oberfläche des Werkstückes
mit gleichmäßig temperiertem Öl überströmt wird.
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Der Preßstromverteiler setzt sich zusammen aus den beiden Verteilerkammern
6 und 7 im Tisch, den beiden Matrizen und dem Werkstück selbst, indem das Werkstück
teilweise die Wände der Olverteilerkanäle bildet, also vollkommen im Preßstrom des
Öles liegt. Dadurch ist es möglich, dem Hauptteil des Preßstromverteilers jeder
W erkstückform anzupassen.
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Abb. i zeigt die ganze Härteanlage. A ist die eigentliche Härtemaschine,
B sind die beiden Pumpen, von denen 8 die Hochdruckpumpe, g die Niederdruck- oder
Mengenpumpe ist. C ist der. Reiniger mit Sieben =o, D ist der Kühler.
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bb.2 zeigt den Preßstromverteiler fürAußenstrom eingestellt und einem
Stirnrad angepaßt; die Pfeile erläutern die Richtung des Ölpreßstromes.
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Abb. 3 zeigt die Einstellung für Innenstrom und Anpassung an ein Kegelrad.
Aus den Ab-,bildungen ist zu erkennen, daß der Ölpreßstrom so geführt ist, daß er
das Werkstück vollkommen umspült, wodurch an keiner Stelle irgendeine '--Stockung
oder Stauung des Preßstromes auftreten kann. In Abb. 2 tritt der Ölstrom durch den
Kanal =i in die äußere Verteilerkammer 6, die ringförmig ausgebildet ist. Von hier
aus strömt das Öl, derr Pfeilen folgend, durch die Zahnlücken des Stirnrades und
durch die Rillen der Untermatrize 2 an der Unterseite des Rades entlang, das mehrteilige
Zentrierstück 12 läßt durch Schlitze das Öl auf die Innen- und Oberseite des Rades
treten. Durch Sammelkanäle 13 strömt das erwärmte Öl in den Behälter 14 und so (Abb.
i) in den Reinigungs- und Rückkühlkreislauf ab. In Abb. 3 ist zu erkennen, daß der
durch den Kanal 15 eintretende Ölpreßstrom durch die innere Verteilerkammer 7 und
durch die Bohrung des Kegelrades den Hauptstrom über die Oberseite des Kegelrades
den Zähnen zuführt und eine rasche, durchgreifende Abkühlung herbeiführt. Ein zweiter
Strom wird durch die Rillen der Untermatrize auf der Rückseite des Rades nach außen
geführt. Durch die Öffnungen 16 strömt das erwärmte Öl in den Sammelring 17 und
in den Behälter 14 und in den Reinigungs- und Kühlkreislauf zurück.
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Die eigentliche Härtemaschine A ist in Abb. i im Schnitt dargestellt
und gibt eine Art der möglichen Lösungen bekannt. Die Härtemaschine besteht aus
einem als Behälter für die Kühlflüssigkeit, z. B. Öl, ausgebildeten Bett 5, auf
dem der als Preßstromverteiler ausgebildete Tisch 4 fest angebracht ist. Auf dem
Tisch ruht die Untermatrize 2, die mit einer großen Anzahl spiralig und kreuzweise
geführter Kanäle (Abb. 2 und 3) versehen ist, durch die das Öl gleichmäßig über
die Unterseite des Werkstückes verteilt wird. Die Untermatrize wird der Form des
Werkstückes angepaßt. Über dem Bett erhebt sich ein turmartiger Aufbau 18, der einen
hydraulischen Druckzylinder =g trägt. In diesem Zylinder ist ein Kolben 2o durch
Öl beweglich; am unteren Ende des Kolbens ist in einer Kugelschale der Halter 21
für die auswechselbare Obermatrize 3 angebracht. Durch den Kolben 2o hindurch führt
ein zweiter Kolben 22 von kleinerem Querschnitt, der mit Hilfe eines Kegels 23',
(Abb. 2 und 3) eine sich spreizende Zentrierplatte 12 in die Bohrung des Werkstückes
preßt. Der Druck des Kolbens 22 ist jedoch geringer als der des Kolbens 2o, um ein
Schrumpfen in der Bohrung zu ermöglichen, aber groß genug, um ein Unrundwerden der
Bohrung zu verhindern.
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Die Pumpenanlage B besteht aus einer Doppelpumpe, von der die eine
Pumpe 8 eine geringe Ölmenge mit sehr hohem Druck liefert, während die zweite Pumpe
g eine große Ölmenge mit geringem Druck liefert. Die Hochdruckpumpe dient zum Anpressen
der Matrize, die Niederdruck- oder Mengenpumpe zur Förderung des Kühlölpreßstromes.
Reinigungsanlage C und Kühlanlage D sind bekannter Bauart und so angeordnet, daß
die Reinigungsanlage in der Saugleitung, die Kühlanlage in der Druckleitung liegt.
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Das Rohrleitungssystem ist ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung,
da die besondere Anordnung der Ventile es erst möglich macht, den Kühlölpreßstrom
zur rechten Zeit zu öffnen. Die Hochdruckleitung HD führt zu einem Vierwegehahn
23, durch den das Öl entweder zu dem oberen Ende 24 oder unteren Ende 25 des Zylinders
geleitet werden kann. Die Niederdruckleitung ND teilt sich bei 26; das Öl kann also
entweder durch das -Rückschlagventil 27
zum Hahn 2,; gelangen oder
durch das Überdruckventil 28 zum Kühlölsteuerhahn 29, von dem die Kanäle ii und
15 zum Verteiler abzweigen. Eine weitere Leitung, die durch ein Überdruckventil
3o von der Hochdruckleitung abgesperrt ist, führt ebenfalls zum Steuerbahn z9. Von
der Mitte des Druckzylinders der Härtemaschine führt ein Rohr 3i in den Olbchälter
zurück.
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Beide Pumpen werden 'vom selben Motor angetrieben, laufen also immer
gleichzeitig; sie saugen gemeinsam aus dem Behälter 14 durch die Saugleitung Sa
und das Filter C und drücken das 01 durch den Kühler D zur Härtemaschine.
Schaltet man den Hahn 23 auf Hubstellung, so strömen beide Ölströme nach den Pfeilen
H und H' durch den Hahn 23 und das Rohr 25 unter den Kolben 2o und heben diesen
so weit an, bis er die Mündung.. des Rohres 3i freigibt und das überschüssige Öl
nach Pfeil R in den Behälter ablaufen läßt. Steht der Hahn 23 auf Arbeitsstellung,
d. h. Senken des Druckstempels 20, so strömt zuerst Preßöl nach Pfeil P sowie Kühlöl
nach Pfeil S durch den Hahn 23 nach dem oberen Zylinderende 24. und drücken gemeinsam
die Kolben mit geringem Druck, jedoch großer Geschwindigkeit nach unten. Sobald
die Matrize 3 auf dem Werkstück i aufsitzt, erhöht sich der Druck von selbst. Dadurch
entsteht in der Leitung 32 ein Überdruck gegenüber der Leitung 33, der das Rückschlagventil
27 schließt. Der Druck in der Hochdruckleitung kann jetzt so weit steigen, wie er
in dem Überdruckventil 3o eingestellt worden ist. Der Kühlölstrom geht. durch das
auf geringeren Druck eingestellte berdruckventil 28 und durch den Dreiwegehahn 29.
Durch diesen Hahn kann der Kühlölstrom entweder durch den Kanal ii zur äußeren Verteilerkammer
b (Abb. :z) oder durch den Kanal 15 zur inneren Verteilerkammer (Abb. 3) gelangen.
Nach der Abkühlung des Werkstückes wird der Hahn 23 umgeschaltet auf Hubstellung.
Der Druck in her Hochdruckleitung sinkt, das Rückschlagventil 27 öffnet sich wieder,
der Kühlstrom und der Druckstrom heben gemeinsam die Kolben 20 und 22 an. Das über
den Kolben befindliche 01 strömt nach Pfeil R zum Behälter. Das gehärtete
Stück kann herausgenommen und ein neues eingelegt werden.