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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zum thermischen Härten zur Behandlung eines langgestreckten
metallischen Elements, wie insbesondere eines Elementes der Aufhängung eines
Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einer Stabilisatorstange, eines Aktivstangenarms
oder dergleichen.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere die Wärmebehandlung eines Elements,
das eine gute Ermüdungsbeständigkeit
aufweisen muß,
d.h. den wiederholten Kräften
insbesondere der Torsinn und/oder Biegung während seiner Nutzungsdauer
standhalten muß.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine neue Anlage zum thermischen
Härten
durch Induktionserwärmung.
Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen
Elements, das ein solches thermisches Härten einschließt.
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Im
Automobilbereich müssen
gewisse Elemente des Aufhängungssystems
während
ihrer Nutzungsdauer wiederholten Belastungen standhalten. Bei der
Ausführung
eines solchen Elements wird eine gewisse Anzahl von Behandlungen
definiert, die es ermöglichen,
seine Ermüdungsbeständigkeit
zu erhöhen.
Um die Wirksamkeit dieser Behandlungen und folglich die Lebensdauer
des Elements zu bewerten, wurden genormte Belastungszyklen definiert, die
darin bestehen, an das Element eine Aufeinanderfolge von Verformungen
bis zum Bruch anzulegen. Derzeit wird danach getrachtet zu gewährleisten,
daß kein
Bruch unter hunderttausend Zyklen stattfinden kann. Die durchgeführten Berechnungen für die Entwicklung
solcher Elemente zeigen auf, daß manche
Teile des Elements stärker
einem Bruch ausgesetzt sind als andere, insbesondere die Knickstellen.
Hauptsächlich
diese Teile müssen
behandelt werden, um eine Haltbarkeit von wenigstens hunderttausend
Zyklen zu gewährleisten.
Beispielsweise wird die Ermüdungsbeständigkeit
einer Stabilisatorstange bewertet, wobei an die beiden Enden der Stange
entgegengesetzte Ausschlagzyklen angelegt und die Anzahl von Zyklen
vor dem Bruch gezählt wird.
Entsprechende Tests können
definiert werden, um die Ermüdungsbeständigkeit
eines Aktivstangenarms oder jedes anderen Elements mit vergleichbarer
Geometrie zu bewerten. Das Problem der Bestimmung der Ermüdungsbeständigkeit
dieser Elemente wird immer schwieriger, insbesondere auf Grund zweier
Trends:
- – die
Fahrzeuge werden immer schwerer auf Grund der steigenden Zahl von
eingebauten elektronischen Ausrüstungen
und der Vergrößerung der
Motorisierung;
- – die
Konstrukteure neigen dazu, Stabilisatorstangen zu definieren, deren
Längsachse
ganz wenig in Bezug zu den Achsen, die durch die Mittelpunkte der
Räder verlaufen,
versetzt ist. Unter diesen Bedingungen sind die Arme der Stabilisatorstangen
kürzer,
und bei demselben Radweg vergrößert sich
die Amplitude der Verschiebungen der Enden der Stange ebenso wie
die Spannungsniveaus, denen die Stange ausgesetzt ist.
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Ferner
sind im Falle der Fahrzeuge mit Allradantrieb die Ablenkungen an
den Enden der Stabilisatorstange um so größer auf Grund der Suche nach
einer Fähigkeit
zur Überwindung
eines Hindernisses.
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Eine
der Behandlungen zur Erhöhung
der Ermüdungsbeständigkeit
einer Stabilisatorstange oder eines gleichartigen Elements besteht
darin, sie einem thermischen Härten
zu unterziehen. Je nach dem verwendeten Verfahren findet dieses
Härten
vor oder nach der Ausbildung der Stange statt, d.h. den Krümmungsvorgängen. Es
sind mehrere Prinzipien bekannt.
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Eine
erste Methode besteht darin, eine Austenitbehandlung an eine Stange
in einem Ofen anzulegen, diese dann warm zu krümmen, wobei darauf geachtet
wird, daß die
Temperatur der Stange hoch genug bleibt, damit der Stahl im Austenitbereich bleibt.
Die Stange wird dann in ihrer Gesamtheit durch Eintauchen in eine
Flüssigkeit
gehärtet.
Es wird angenommen, daß es
dieser Warmkrümmungsvorgang,
gefolgt von einem globalen Härten,
nicht ermöglicht,
stark beanspruchte Stangen herzustellen. Er wird nur für die Herstellung
von vollen Stabilisatorstangen eingesetzt.
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Ein
weiteres Verfahren besteht darin, eine volle Stange kalt zu krümmen, sie
durch Wärmeleitung
zu erhitzen, wobei ihre beiden Enden zwischen den Elektroden einer
Wärmeleitheizeinrichtung
angeordnet werden, und dann ein Härten vorzunehmen. Das Härten der
Stange führt
zu einer vollkommenen martensitischen Umwandlung derselben vorbehaltlich
einer vollständigen
Austenitisierung des Stahls, die während der Phase der Erwärmung durch Wärmeleitung
erzielt wird. Dieses Verfahren ist langsam und kostspielig.
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Es
wurden einige Versuche im Hinblick auf das Kaltkrümmen und
anschließende
Härten
unternommen, die darin bestehen, einen Induktor und eine mobile
Brause entlang des Elements ablaufen zu lassen. Eine derartige Anlage
ist in
EP-A-1052295 beschrieben.
Ferner beschreibt
JP-A-11269550 eine Anlage
zum Härten
von länglichen
Teilen, umfassend Mittel, um den Teil durch eine Induktionsspule
laufen zu lassen, sowie Kühlmittel
stromabwärts
zu der Spule. Ein solches Verfahren wurde als äußerst langsam und schwer einsetzbar
auf Grund der elektrischen Verluste angesehen, die in der flexiblen
Verbindung, die den mobilen Induktor speist, entstehen.
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Andererseits
sind auch hohle Stabilisatorstangen bekannt, d.h. die aus einem
Rohr hergestellt sind, und vorzugsweise eine variable Dicke aufweisen,
um über
eine weniger große
Dicke an den Knickstellen und anderen stark beanspruchten Zonen
verfügen
zu können.
Die Stange wird kalt gekrümmt
und dann einer Austenitisierungsbehandlung in einem Ofen bei kontrollierter
Atmosphäre,
gefolgt von einem Härten
unterzogen. Die röhrenförmige Stange wird
dann einer Glühbehandlung
während
einer Stunde bei 200 °C
unterzogen und dann innen gekörnt,
wobei die Körner
mit Hilfe einer Düse
eingespritzt werden. Bei diesem Verfahren wird die Stange zur Gänze gehärtet, was
das Schmieden der Enden, das heiß erfolgen muß, kompliziert.
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Die
Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, schlägt eine Anlage zum thermischen
Härten
vor, die für
jeden Typ von länglichem
metallischem Element eingesetzt werden kann, das insbesondere aus
einer vollen oder hohlen Stange hergestellt ist.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Anlage zum thermischen Härten für ein längliches
metallisches Element, wie beispielsweise ein Aufhängungselement
eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
- – Mittel
zur Induktionserwärmung,
umfassend eine feste Induktionsspule,
- – Betätigungsmittel,
umfassend einen ersten mehrachsigen Roboter, der das metallische
Element trägt
und derart vorgesehen ist, daß er
das Element durch die Induktionsspule entlang eines vorbestimmten
Weges leitet, um die Ausrichtung des Elements in Bezug zur Spule
zu verändern, und
- – Kühlmittel,
die stromabwärts
zur Induktionsspule in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Elements
angeordnet sind.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsart
sind die Betätigungsmittel
derart angeordnet, daß sie
das Element, das der Behandlung unterzogen wird, derart verschieben,
daß eine
neutrale Faser desselben die Spule im Wesentlichen in der Mitte
derselben oder möglichst
nahe dieser Mitte unter Berücksichtigung
ihrer Ausführung
durchquert.
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Die
Geometrie der Spule kann an die Form des behandelten Elements angepaßt sein,
insbesondere an die Form seines Querschnittes, so daß jeder Punkt
der Kontur des Elements (insbesondere des Teils desselben, der zu
einem gegebenen Zeitpunkt in der Spule im Eingriff steht) im Wesentlichen
in demselben Abstand zu den Windungen der Spule angeordnet ist,
um eine relativ einheitliche Erwärmung des
Elements zu gewährleisten.
In dem häufigsten Fall,
in dem das Element einen kreisförmigen
Querschnitt hat, reicht es aus, die Verschiebung des Elements derart
zu kontrollieren, daß die
Mitte des in die Spule eingreifenden Teils immer im Wesentlichen
mit der Mitte der Spule zusammenfällt, wobei diese global die
Form eines Ringes mit kreisförmiger
Kontur hat.
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Der
erste Roboter ist derart programmiert, daß er das Element eingreifen
und im Inneren der festen Spule ablaufen läßt. Dazu trägt der Arm des Roboters eine
Stütze,
die mit einziehbaren Klemmen versehen ist, die voneinander entfernt
sind, wodurch es möglich
ist, das Element während
seines Durchgangs durch die Spule zu halten. Die Kühlmittel
können
von einer einfachen Wanne mit Kühlflüssigkeit gebildet
sein, die in der Nähe
der Wirkzone der Betätigungsmittel
beispielsweise in der Nähe
der Induktionsspule angeordnet ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
können
die Kühlmittel
eine Brause mit Ringstruktur aufweisen, die derart dimensioniert
ist, daß sie
von dem Element durchquert werden kann, und zwar direkt stromabwärts zu der
Induktionsspule. So kann ein relativ rasches Härten erzielt werden. In diesem
Fall ist die Induktionsspule vorzugsweise im Wesentlichen horizontal.
Auf diese Weise kann die Brause unter der Spule und in unmittelbarer
Nähe derselben
angeordnet sein, wobei Strahlen von Kühlflüssigkeit zum Element und nach
unten gerichtet sind, um die Gefahr, daß die Flüssigkeitströpfchen in die von der Spule
definierte Erwärmungszone
eindringen, maximal zu begrenzen.
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Wie
später
zu sehen ist, besteht ein besonderes Interesse daran, daß die Kühlung relativ
rasch nach der lokalisierten Erwärmung
durch Induktion erfolgt. Es ist somit vorteilhaft, wenn die Brause
in der Nähe
der Spule angeordnet ist. Sie kann von einem zweiten mehrachsigen
Roboter, der synchron mit dem ersten Roboter funktioniert, getragen
werden, wodurch es möglich
ist, ihre Position und Ausrichtung in Abhängigkeit von der Geometrie
des zu behandelnden Elements zu variieren, wobei sie möglichst nahe
der Induktionsspule gehalten wird, ohne mit dieser zu interferieren.
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Die
Erfindung nach Anspruch 9 betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
eines länglichen
metallischen Elements, dadurch gekennzeichnet, daß es einen
Schritt des thermischen Härtens
umfaßt,
der darin besteht, das Element durch eine feste Induktionsspule
hindurchzuführen,
wobei es mit einem mehrachsigen Roboter betätigt wird, der seine Ausrichtung
in Bezug auf die Spule verändert,
wobei die Spule Teil von Mitteln zur Induktionserwärmung ist, und
das Element stromabwärts
zu der Induktionsspule zu kühlen.
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Wenn
das Element aus einer vollen, geknickten metallischen Stange hergestellt
ist, ist es vorteilhaft, ein Oberflächenhärten durchzuführen, um
eine äußere Zone
mit martensitischer Struktur und eine Kernzone mit einer ferritperlitischen
Struktur zu erhalten. Diese beiden Zonen sind durch eine Übergangszone
von relativ geringer und kontrollierter Dicke getrennt. Es wurde
herausgefunden, daß das Oberflächenhärten in
einer vollen Stange bewirkt, daß in
dieser Kompressionsspannungen erzeugt werden, die die Ermüdungsbeständigkeit
der behandelten Zone wesentlich erhöhen.
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Wenn
das Aufhängungselement
aus einer röhrenförmigen metallischen
Stange hergestellt ist, wird ein Härten auf einer derartigen Tiefe
durchgeführt,
daß eine
martensitische Struktur auf der gesamten Dicke der röhrenförmigen Stange
erzeugt wird. Die Behandlung hat zur Folge, daß die kristalline Struktur
des Metalls bei einer guten Ermüdungsbeständigkeit
verbessert wird. Es kann dann ein inneres Körnen der röhrenförmigen Stange vorgenommen werden,
das es ermöglicht,
auf eine andere Weise Kompressionsspannungen in die Struktur der
hohlen Stange einzuleiten, wobei dieses Mittel an sich bekannt ist,
um die Ermüdungsbeständigkeit
des behandelten Teils zu verbessern. Vorzugsweise wird ein freies
inneres Körnen
eingesetzt, wobei die Körner
direkt durch ein Ende eingespritzt werden.
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Die
Erfindung geht deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung einer
Anlage zum thermischen Härten
gemäß ihrem
Prinzip hervor, die nur als Beispiel dient und sich auf die beiliegenden
Zeichnungen bezieht, wobei:
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1 eine
schematische Teilansicht einer Anlage zum thermischen Härten ist,
die insbesondere an die Behandlung einer Stabilisatorstange eines Kraftfahrzeugs
angepaßt
ist,
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2 eine
schematische Ansicht im Aufriß und
mit einer Teilschnittansicht ist, die den Einsatz des Verfahrens
zeigt,
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3 eine
schematische Ansicht entlang des Pfeils III aus 2 ist,
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4 bis 6 Ansichten ähnlich der 3 sind,
die verschiedene Schritte des Verfahrens zum thermischen Härten zeigen,
und
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7 eine
Längsschnittansicht
einer röhrenförmigen Stange
vor der Krümmung
ist.
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Die
Anlage 11, wie dargestellt, ist insbesondere für die Wärmebehandlung
durch lokalisierte Induktionserwärmung
eines länglichen
metallischen Elements 12 ausgeführt, das in dem dargestellten Beispiel
eine Stabilisatorstange eines Aufhängungssystems eines Kraftfahrzeugs
ist. Dieses Element ist im Herstellungsstadium in Form einer vollen
zylindrischen Stange aus Stahl vorhanden, die kalt nach einer bekannten
Technik vorgeformt wurde. Wie später zu
sehen ist, kann dieselbe Anlage für die Wärmebehandlung einer hohlen
Stange oder eines Aktivstangenarms, usw. verwendet werden. Das zu
behandelnde Element ist hier aus einer zylindrischen Stange aus
leicht legiertem Stahl hergestellt. Dieses Element ist nach der
Kaltformung Gegenstand eines Oberflächenhärtens, das mit der dargestellten
Anlage eingesetzt wird. Nach diesem Oberflächenhärten sind die an der Oberfläche gehärteten Teile
des Elements von der Oberflächenzone
mit martensitischer Struktur und einer ferritperlitischen Kernzone
gebildet, wobei diese beiden Zonen durch eine Übergangszone getrennt sind,
in der die ferritperlitische und die martensitische Struktur gemeinsam
vorhanden sind. Es ist bekannt, daß die martensitische Struktur
eine sehr harte und sehr ermüdungsbeständige kristalline
Struktur ist, d.h. beständig
gegen Torsinns- oder Biegekräfte.
Es ist somit an sich interessant, eine martensitische Struktur zumindest
in den am stärksten
beanspruchten Teilen des Teils zu erzeugen. Im vorliegenden Fall
allerdings, in dem ein Oberflächenhärten durchgeführt wird,
wird die behandelte Zone mit martensitischer Struktur komprimiert,
da die (ferritperlitische) Kernzone nicht aufgedehnt wurde. Die
so in der martensitischen Zone erzeugten Kompressionsspannungen
bewirken eine weitere Verstärkung
der Ermüdungsbeständigkeit des
behandelten Elements.
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Um
diesen Typ des thermischen Härtens
zu verwirklichen, setzt die Erfindung Mittel zur Erwärmung durch
Induktion 15 ein, umfassend eine feste Induktionsspule 16.
Die Tatsache, daß die
Spule fest ist, bietet zahlreiche Vorteile, wie später zu sehen
ist. Die Anlage umfaßt
auch Betätigungsmittel 18,
die derart vorgesehen sind, daß sie
das Element 12 durch die Induktionsspule 16 entlang
eines vorbestimmten Weges hindurchführen. Schließlich sind
die Kühlmittel 20 stromabwärts zur
Induktionsspule in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Elements
angeordnet. In dem dargestellten Beispiel umfassen die Erwärmungsmittel 15 eine
Spule mit einigen Windungen mit großem Querschnitt, die direkt
an einen Adaptationsschrank 22 angeschlossen ist, umfassend insbesondere
ein kapazitives System und einen Hochfrequenzgenerator mit einer
Frequenz, die derart gewählt
ist, daß sie
Resonanzbedingungen in der oszillierenden Schaltung, die die Spule
und das kapazitive System enthält,
erzeugt. Diese Spule 16 ist mit dem Adaptationsschrank
durch zwei breite Metallstangen 24a, 26b mit großem Querschnitt
verbunden, die flach und aneinander grenzend und durch einen Isolator 25 getrennt
sind, so daß die
Leistungsverluste zwischen der Spule und dem Adaptationsschrank
minimal sind. Die Wahl der Frequenz ermöglicht es, die gewünschte Eindringtiefe
in Abhängigkeit von
dem zu behandelnden Teil zu erzielen. Mit einem solchen Erwärmungssystem
ist die erforderliche Zeit, um den Stangenabschnitt, der in der
Spule 16 zu einem bestimmten Zeitpunkt angeordnet ist,
auf Temperatur zu bringen, relativ gering und mit der erforderlichen
Zeit für
die Durchführung
der Kaltkrümmung vereinbar,
so daß ein
automatischer und kontinuierlich funktionierender Vorgang vorgesehen
werden kann.
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Die
Betätigungsmittel 18 sind
derart angeordnet, daß sie
das vorgekrümmte
Element 12 derart verschieben, daß eine neutrale Faser desselben
die Spule 16 im Wesentlichen in der Mitte derselben durchquert.
In dem Beispiel umfassen diese Betätigungsmittel einen ersten
mehrachsigen Roboter 27. Das Ende des Arms dieses Roboters
ist mit einer Stütze 28 versehen,
die mit einziehbaren Klemmen 29a, 29b, 29c ausgestattet
ist, die auf der Stütze
in einem Abstand zueinander angeordnet sind, um das Element 12 während seines
Durchgangs durch die Spule zu halten. Die Stange wird ständig von
mindestens zwei geschlossenen Klemmen gehalten, wobei sich die Klemmen
im Zuge des Fortschreitens des Elements 12 durch die Spule öffnen und
schließen, um
zu vermeiden, daß ein
beliebiger Teil des Roboters oder der Stütze mit dieser in Kontakt kommt.
In dem Beispiel trägt
die Stütze
drei Klemmen, von denen eine frei gleitend montiert ist, im vorliegenden Fall
die Klemme 29c, die sich am weitesten von der Spule entfernt
befindet, wenn mit dem Eingreifen des zu behandelnden Elements in
dieselbe begonnen wird.
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Wie
dargestellt, ist die Induktionsspule 16 im Wesentlichen
horizontal, wobei der Roboter 27 das Element 12 über die
Oberseite der Spule eingreifen läßt. So können die
Kühlmittel 20 unmittelbar
unter der Spule angeordnet werden, wodurch es möglich ist, eine sehr plötzliche
und rasche Kühlung
im Zuge des Austritts des Elements 12 aus der Spule zu
erzielen. Deshalb umfassen diese Kühlmittel hier vorzugsweise
eine Brause 32 mit Ringstruktur, die derart dimensioniert
ist, daß sie
vom Element 12 durchquert werden kann. Diese Brause ist
stromabwärts
zur Induktionsspule 16 (in Bezug auf die Verschieberichtung
des Elements) und in unmittelbarer Nähe derselben angeordnet. Da
das Element eine Vielzahl von Knicken umfaßt, ist es vorteilhaft, die
Position und Ausrichtung der Brause 32 in Bezug zur Spule
variieren zu können
(siehe beispielsweise 6), damit die Brause möglichst
nahe der Spule gehalten werden kann. Deshalb wird sie von einem
zweiten mehrachsigen Roboter 36 getragen, der synchron
mit dem ersten Roboter 27 funktioniert. Ferner umfaßt die Brause
eine Eintrittsfläche 40,
die mit einem Mitteldurchgang versehen ist, durch den das Element 12 bei
seinem Austritt aus der Spule eingesetzt wird. Dieser Durchgang
ist nach unten durch einen global kegelstumpfartigen Besprengungshohlraum 42 verlängert, in
dem Düsen 44 zum
Spritzen von Kühlfluid, typischerweise
Wasser, installiert sind. Diese Düsen sind im Wesentlichen zur
Achse des Mitteldurchgangs, aber stromabwärts zu diesem, angeordnet. Die
Tatsache, daß die
Bewegungen der beiden Roboter durch eine entsprechende Programmierung, die
dem Fachmann derzeit bekannt ist, koordiniert werden, ermöglicht es
somit, eine Kühlung
des Elements 12 im Zuge dessen Durchquerens der Spule zu
erzielen, um die martensitische Umwandlung zu erhalten. Die Eintrittsfläche 40 der
Brause bildet eine Art Bildschirm, der es ermöglicht, Wasserspritzer zu der
Spule zu vermeiden, in der das Metall weißgeglüht wird. Dieser Kühlungstyp
ermöglicht
es, die Dicke der Übergangszone
in der Struktur des Elements zu minimieren und zu kontrollieren.
Es wurde nämlich festgestellt,
daß die
gewünschten
Restkompressionsspannungen an der Oberfläche um so größer sind,
je geringer die Dicke dieser Übergangszone
ist. Die Erfindung, die eine feste Induktionsspule einsetzt, ermöglicht es,
die Ergebnisse zu optimieren, da die Dicke der Übergangszone von der unmittelbaren Durchführung der
Kühlung
des Stahls, wenn dieser austenitisiert wurde, abhängt. Nun
ermöglicht
die Induktionserwärmung
mit fester Spule einen sehr raschen Temperaturanstieg und eine entsprechende Kühlung bis
zum Austritt aus der Spule. Auf Grund der geringen Verluste kann
die Induktionserwärmung wesentlich
rascher erfolgen, als wenn ein Induktor entlang des Elements verschoben
würde.
Ferner kann insbesondere dank des Roboters 27 leicht die Verschiebegeschwindigkeit
des Elements 12 durch den Induktor variiert werden, um
nur die Zonen, die gehärtet
werden müssen,
insbesondere die Knicke, zu behandeln. Die Härtungstiefe kann auch angepaßt werden,
wobei die Durchgangsgeschwindigkeit des Elements und/oder die Frequenz
des die Spule versorgenden Wechselstroms verändert werden.
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Der
Einsatz der Anlage ist deutlicher in den 3 bis 6 erklärt. Am Beginn
der Behandlung wird das zu behandelnde Element 12 in seinem
Mittelteil von den drei Klemmen 29a-29c gehalten.
Der Roboter 27, der in der Folge programmiert wird, setzt einen
Endteil des Abschnitts in die obere Öffnung der Spule ein. Das eigentliche
Ende wird nicht behandelt (der Durchgang kann rasch erfolgen), um
ein späteres
Schmieden des Endes des behandelten Elements zu ermöglichen.
Dieses Schmieden soll ein Befestigungseisen am Ende des Elements
herstellen. Dann richtet sich der Roboter 27 derart aus
und verschiebt sich derart, daß das
Element nach und nach in die Spule 16 eingreift, wobei
darauf geachtet wird, daß der
in die Spule eingesetzte Abschnitt immer, sofern möglich, in
der Mitte derselben angeordnet ist. Bei Betrachtung der 4 ist
beispielsweise zu sehen, daß sich
die Position und Ausrichtung des Roboters geändert haben, um den ersten
Knick des Elements zu überwinden.
Zu diesem Zeitpunkt wird es erforderlich, die erste Klemme zu öffnen, um
die Behandlung weiterzuführen,
d.h. das Element weiterhin in die Spule des Induktors einzusetzen.
Wenn der Teil des Elements 12, den die erste Klemme festklemmt,
die Brause überwunden
hat, schließt
sich die Klemme wieder, und die zweite Klemme 29b öffnet sich,
um die Behandlung weiterzuführen.
Während dieses
Teils der Behandlung (5) ist das Element somit nun
zwischen der ersten Klemme 29a und der dritten 29c,
die in Translation beweglich ist. Während dieses Zeitraums besteht
nicht die Gefahr, daß die Längsdehnung
der Stange zu einem Knicken führt, da
die dritte Klemme beweglich ist. Die Behandlung wird durch das Schließen der
zweiten Klemme und das Öffnen
der dritten fortgesetzt, bis der Klemmpunkt der dritten Klemme überschritten
ist.
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Das
Induktionshärten
mit fester Spule, wie soeben beschrieben, wird durch bekannte und
herkömmliche
Schritte fortgesetzt, wie das Heißschmieden der Enden, ein äußeres Körnen und
Schritte der Phosphatierung und des Färbens.
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Aus
dem Vorhergehenden zeigt sich, daß der Einsatz der Erfindung
für die
Wärmebehandlung
eines vollen Stahlelements hauptsächlich durch einen Schritt
des thermischen Härtens
gekennzeichnet ist, der darin besteht, das Element durch eine feste
Induktionsspule hindurchzuführen
und das Element stromabwärts
zur Induktionsspule, vorzugsweise möglichst nahe zu dieser, zu
kühlen.
Im Falle eines vollen metallischen Elements kann die Anlage für die Durchführung eines
Oberflächenhärtens eingestellt werden,
das es ermöglicht,
eine äußere Zone
mit martensitischer Struktur und eine Kernzone mit ferritperlitischer
Struktur zu erzeugen, wobei die Koexistenz dieser beiden Zonen koaxial
zum Auftreten von Restkompressionsspannungen führt, die für die Ermüdungsbeständigkeit des Elements günstig sind.
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Die
soeben beschriebene Anlage kann auch mit Ausnahme der Einstellungen
für die
Behandlung eines hohlen metallischen Elements eingesetzt werden,
d.h. das aus einer röhrenförmigen Stange
hergestellt ist. Beispielsweise ist in 7 eine röhrenförmige Stange 50 mit
variabler Dicke vor der Krümmung
dargestellt, die dazu bestimmt ist, derart ausgebildet und behandelt
zu werden, daß sie
eine Stabilisatorstange eines Kraftfahrzeugs darstellt. Die dicksten
Teile 51, 52 entsprechen den Teilen der Stange,
die den stärksten
Belastungen ausgesetzt sind, insbesondere den Knicken. Es ist vorteilhaft, eine
solche Stange aus einem röhrenförmigen Abschnitt
mit einem konstanten Außendurchmesser und
einem variablen Innendurchmesser herzustellen. Die Wände mit
starker Dicke fallen mit den gekrümmten Teilen der Stange, die
am stärksten
beansprucht werden, zusammen. Beispielsweise kann ein gezogenes
Rohr mit einer Wand von variabler Dicke direkt im Zustand „NBK" zur Verfügung stehen.
Nach dem Schälen
wird das Kaltkrümmen,
das der Stange ihre Form gibt, vor dem Schritt des Induktionshärtens vorgenommen.
Wenn kein gezogenes Rohr mit variabler Wandstärke verfügbar ist, kann von einem röhrenförmigen metallischen
Rohling im Zustand „NBK" ausgegangen werden,
das Schälen
und dann ein Hämmern,
das die Zonen von variabler Dicke definiert, vorgenommen werden.
Auf das Hämmern
folgt eine Stabilisierung bei 600 °C während einer Stunde, bevor das
Kaltkrümmen
vorgenommen wird.
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Dann
erfolgt das Induktionshärten
auf dieselbe Weise mit Hilfe derselben Anlage. Es wird allerdings
ein Härten
auf einer Tiefe durchgeführt,
die die martensitische Struktur auf der gesamten Dicke der röhrenförmigen Stange
erzeugen kann. Wie vorher kann die Behandlung nur auf die Teile
lokalisiert werden, die später
stark beansprucht sind. Es ist beispielsweise vorteilhaft, die Enden
nicht zu behandeln, wodurch es möglich
ist, sie später
kalt zu schmieden. Das Induktionshärten ist besonders gut geeignet,
da der Außendurchmesser
des Rohrs konstant ist, wodurch es möglich ist, den Wert des Luftspalts
zwischen der Spule und dem behandelten Teil besser zu kontrollieren.
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Dann
wird ein mit anderen Worten freies inneres Körnen vorgenommen, anstatt eine
Düse in das
Innere des Rohrs einzuführen,
wie dies üblich
ist, die Körner
werden direkt von einem Ende des Rohrs eingespritzt, wodurch das
Aufspringen der Körner
im Inneren der Knicke genutzt werden kann, um eine wirksame Behandlung
zu erzielen. Die innere Geometrie der Stange begünstigt die Erzeugung eines wirbelnden
Abfließens
der Körner
und das wesentlich häufigere
Abprallen der Körner.
Die Behandlung erfolgt auf beiden Seiten durch jedes Ende der röhrenförmigen Stange.
Dieses innere Körnen
führt zur
Erzeugung von Kompressionsspannungen, die mit jenen vergleichbar
sind, die durch die Koexistenz einer martensitischen Zone und einer ferritperlitischen Zone
in einer vollen Stange erzielt werden. Auf die Körnungsbehandlung folgt eine
Innenschutzbehandlung. Dann werden das Kaltschmieden der Enden, ein äußeres Körnen und
Färbeschritte
vorgenommen.
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Falls
die Elemente, die Gegenstand der Behandlung sind, keinen kreisförmigen Querschnitt
haben, kann die Form der Spule an die Form des Querschnitts des
zu behandelnden Elements angepaßt werden,
um einen möglichst
konstanten Luftspalt zwischen dem Element und der Spule zu lassen.
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In
jedem Fall ist das Verfahren gut für eine selektive Behandlung
gewisser Teile der Stange geeignet, wobei insbesondere in der Folge
die Verschiebegeschwindigkeit des Elements durch den Induktor variiert
wird. Es können
auch spezifischer oder nur die am stärksten beanspruchten Zonen
behandelt werden, wie beispielsweise die Knicke und vor allem die
Hauptknicke, die sich in der Verlängerung der Torsionsachse befinden,
oder auch der mit reiner Torsinn beanspruchte Teil der Stange („Rücken” der Stange)
oder auch die „Vorderarme", da die Biegekräfte mit
zunehmender Annäherung
an die Enden abnehmen.