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Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Zahnrädern Vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten von Zahnrädern durch Erhitzung
auf Härtetemperatur mit einer geeigneten Stichflamme und nachträgliches plötzliches
Abschrecken mit einer Flüssigkeit.
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Es ist bekannt, die Oberflächenhärtung der Zahnflanken von Zahnrädern
so durchzuführen, daß an dem senkrecht oder im wesentlichen senkrecht gelagerten
Zahnrad eine Flanke nach der anderen mit einem Ein- oder Mehrflammenbrenner auf
die Härtetemperatur erhitzt wird, indem man den Brenner über die Flanke hin und
her bewegt. Die Abschreckung wird dann so vorgenommen, daß das etwa zur Hälfte in
Wasser gelagerte Zahnrad bis zum Eintauchen der erhitzten Flanke weitergedreht wird
oder daß auf die erhitzte Flanke eine Wasserbrause zur Einwirkung gelangt. Hierbei-
ist es indessen unvermeidlich, daß die Zähne verschieden tief gehärtet werden. Auch
kann es vorkommen, daß Härterisse und.Abblättern der gehärteten Schicht eintreten.
Den genannten Verfahren kommt daher heute kaum noch eine größere Bedeutung zu.
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Eine Verbesserung stellt demgegenüber das ebenfalls bekannte Verfahren
dar, bei welchem der Brenner mit mechanischer Führung voll einem Zahnende zum anderen
über die Zahnflanke hinwegbewegt wird und die Wasserbrause auf einen gleichbleibenden
Abstand eingestellt ist. Auch bei diesem Verfahren liegt das Zahnrad im wesentlichen
senkrecht, und es wird ganz besonderer Wert darauf gelegt, daß- die Brenner- und
Wasserbewegung der Hauptsache nach in waagerechter Richtung vor sich geht. An diesem
Grundsatze ändert auch der Umstand nichts, daß z. B. bei schwach gekrümmten Zähnen
der Brenner durch Spindel- oder Schablonenführung leicht angehoben und gesenkt wird.
Immer bleibt es die Aufgabe der Flamme, die Abschreckstrahlen aus dem Flammenbereich
zurückzublasen und für eine scharfe Abgrenzung zwischen Flamme und Wasser zu sorgen.
Es ist deshalb bei dieser Art der Wasserführung unvermeidlich, daß Wasserspritzer
gelegentlich die Flamme stören und zu Fehlern in der Härtung führen.- Die Abschreckvorrichtung,
die allgemein aus einzelnen öder miteinander verbundenen Kupferröhrchen besteht,
muß sehr sorgfältig eingestellt werden, was äußerst zeitraubend ist. Bei Zahnrädern
geringer Teilung ist es auch nicht immer einfach, das Durchhärten oder das Anlassen
schon gehärteter Flanken zu umgehen, wenn bei der üblichen halben Lagerung im Wasser
die Flamme nicht nur das Abschreckwasser, wie gewünscht, zurückdrängt, sondern auch
das Eintauchwasser, das zum Schutze der unten liegenden Flanke dient, wegbläst.
Durch Anwendung von Prallblechen, also einer zusätzlichen Einrichtung, sucht man
dies zu verhindern. Bei Zahnrädern größerer Teilung und Zahnhöhe sind Mehrflämmenbrenner
mit einschraubbaren Mundstücken in Gebrauch, wobei das Einschrauben bedingt, daß
zwischen
den Flammen ein Zwischenraum entsteht, der auf der Zahnflanke
einen Streifen geringerer Temperatur hinterläßt. Es ist auf diese Weise nicht zu
vermeiden, däß Streifen verschiedener Härte oder verschiedener Härtetiefe entstehen.
Die Lagerung des Rades auf horizontaler Achse verlangt beim Weiterschatten zur nächsten
Zahnflanke einen nicht, unerheblichen Kraftaufwand, und es ist bei Zahnrädern von
großem Gewicht schwierig, die genaue Lage zum Brenner wieder herzustellen; weil
es hier auf größte Genauigkeit ankommt und schon Bruchteile eines Millimeters Ungleichmäßigkeiten
in der Härtung zur Folge haben können. Schließlich muß noch hervorgehoben werden,
daß bei senkrechter Lagerung des Rades immer nur mit einem Brenner, höchstens aber
mit zwei Brennern, gearbeitet werden kann.
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Diesem bekannten Stande der Technik gegenüber bietet die vorliegende.
Erfindung wesentliche Vorteile. Die Härtung wird an einem waagerecht gelagerten
Rad vorgenommen, wobei der Brenner senkrecht von unten nach oben bewegt wird. Das
Abschreckwasser fließt, seinem Eigengewicht folgend, von selbst nach unten ab und
die Gefahr des Spritzens in die Flamme wird auf ein Mindestmaß beschränkt. Die rückseitige
Kühlung -der Zahnflanke erfolgt durch Spritzwasser, dessen Energie die Flamme verhindert,
auf die rückwärtige Flanke einzuwirken. Prallbleche sind daher nicht erforderlich.
Der Brenner ist so gebaut, daß das zum Kühlen des Brenners erforderliche Wasser
nach Durchfließen des Brenners als Abschreckrvasser Verwendung findet. Damit wird
die Wasserzufuhr vereinfacht und das Einstellen der Abschreckvorrichtung entfällt,
womit-ein Zeitgewinn verbunden ist. Bei größerer Zahnbreite wird ein Brenner verwendet,
bei dem die Flammen aus Einzelbohrungen treten, die in zwei Reihen dicht nebeneinander
angeordnet sind, und -zwar derart, daß die Bohrungen der zweiten Reihe mit denen
der ersten auf Lücke liegen. Es gelingt so, eine praktisch ununterbrochene Flamme
zu erzeugen, bei der die Bildung von Streifen verschiedener Temperatur ausgeschlossen
ist. Die waagerechte Lagerung des Zahnrades bringt noch weitere Vorteile mit sich.
Schwere Räder z. B. können ruhend gelagert werden. Der Brenner kann an einem in
der Radnabe gelagerten Arm angebracht sein und statt das schwere Rad zu drehen,
wird der Brenner an seinem Arm von einer Zahnlücke zur anderen bewegt. Das verhältnismäßig
geringe Gewicht des Brenners erleichtert däs Weiterschalten erheblich. Es ist auch
ohne weiteres möglich, eine beliebige Anzahl von Brennern gleichzeitig und unabhängig
voneinander an einem Rad arbeiten zu lassen, weil eine Rücksichtnahme auf im Behälter
befindliches Wasser nicht nötig ist. Schließlich gestattet die Erfindung das Härten
gleichzeitig mit derxi Fräsen oder Stoßen der Zähne auf einer normalen Zahnräderbearbeitungsmaschine
vorzunehmen. Wenn ein bestimmter Teil der Zähne fertig bearbeitet ist, wird mit
dem Härten auf der entgegengesetzten Seite begonnen, so daß das Härten bald nach
der eigentlichen Zahnbearbeitung beendet sein kann.
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Die beschriebenen Vorzüge in der Brennerführung schließen es natürlich
nicht aus, bei Zahnrädern von geringem Gewicht den Brenner fest anzuordnen und das
Rad von oben nach unten in derselben Relativbewegung an ihm vorbeizuführen. Wenn
bisher immer von senkrechter Bewegung des Rades oder des Brenners gesprochen wurde,
so ist damit nicht ausgeschlossen, daß das Verfahren nicht auch auf Zahnräder mit
schrägen oder gekrümmten oder gewundenen Zähnen angewendet werden kann. Die Bewegung
erfolgt dann der Krümmung der Zahnflanke entsprechend und weicht von der senkrechten
etwas ab. In diesem Falle kann die Bewegung auch in die senkrechte und die Drehkomponente
zerlegt werden, indem z. B. der Brenner nur gehoben und das Rad der Zahnneigung
entsprechend gedreht wird oder umgekehrt. Das Wesentliche ist, daß das eine Kennzeichen
der Erfindung, nämlich das Abfließen des Wassers, unter dem Einflusse seines Eigengewichtes,
erhalten bleibt.
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Eine beispielsweise Ausführung der Vorrichtung ist auf der Zeichnung
veranschaulicht.
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Abb. r ist eine Seitenansicht der Vorrichtung.
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Abb. a ist eine Ansicht des Brennerkopfes von oben gesehen.
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Abb. 3 ist eine Seitenansicht des Brennerkopfes.
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Abb. ¢ zeigt einen Brennerkopf mit zwei Flammendüsen, welche in zwei
Zahnlücken eingreifen.
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Die auf dem Ständer a aufgestellte Vorrichtung trägt das waagerecht
gelagerte Zahnrad b und den Brenner c,, dessen Kopfdüsen p, p1 in die Zahnlücken
eingreifen. Der Antrieb der Maschine erfolgt in bekannter Weise von außen auf die
Friktionsscheibe d. Handrad e betätigt die Zahnstange --mit der Gabel f, um die
Geschwindigkeit des Antriebes beliebig zu regeln. Die Kuppelung g dient zur Ein-
bzw. Ausschaltung der Spindel h, welche den Brenner c je nach dem Arbeitsgang auf-
äder abwärts bewegt. Die Hubhöhe wird entsprechend der Breite des Zahnrades durch
den Anschlag i eingestellt.
Derselbe Anschlag steuert gleichzeitig
durch Hebelverbindung die Kuppelung k und den Antrieb des Schneckenrades L, welcher
die Spindel zu dem zu härtenden Zahnrad- b bewegt.
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Um Zahnräder von verschiedenen Durchmessern auf derselben Vorrichtung
behandeln zu können, ist der Brenner c durch Handrad m verstellbar angeordnet. Der
Drehhub des Zahnrades bzw. die Schaltbewegung der Kuppelung k werden durch Segment
n beliebig eingestellt.
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Der Arbeitsvorgang ist folgender: Der Brenner c, dessen Kopf in eine
bzw. in mehrere Zahnlücken eingreift, wird so eingestellt, daß die Flamme die untere
Kante des Zahnrades erhitzt und führt bei seiner Aufwärtsbewegung die Härtung aus.
Sobald der Anschlag i erreicht wird, bleibt der Brenner bei dieser oberen Hubstellung
stehen. Gleichzeitig wird die Kuppelung k eingeschaltet, wodurch das Zahnrad b in
dem auf Segment ia eingestellten Umfang eine Drehbewegung ausführt, und die nächsten
zu härtenden Zahnflanken in die richtige Stellung bringt. Nach Beendigung dieser
Bewegung wird die Kuppelung k selbsttätig ausgeschaltet und anderseits die Kuppelung
g so eingeschaltet, daß der Brenner unter erhöhter Geschwindigkeit eine Abwärtsbewegung
ausführt und auf seine Ausgangsstellung zurückkommt, um den Arbeitsvorgang von neuem
anzufangen.
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Wie die Abb.2 und 3 zeigen, treten aus dem Brennerkopf p die einzelnen
kleinen Flammen q, q1 seitlich aus den Bohrungen s, t
aus. Der Brennerkopf
wird durch o mit Brenngasgemisch und durch r mit der zur Abschreckung dienenden
Flüssigkeit gespeist, welche aus den parallel zu den Flammenbohrungen s, t angeordneten
Bohrungen zc austritt. Um eine Flamme mit ununterbrochenem, messerartigem Kern zu
erzielen, liegen die Bohrungen s, t jeder Reihe eng aneinander und sind so angeordnet,
daß die Bohrungen der einen Reihe die Zwischenräume der anderen Reihe füllen. Dadurch
wird erzielt, daß die Kerne der einzelnen kleinen Flammen eine fast ununterbrochene
messerartige, gerade Linie wie bei einer Schlitzflamme bilden, und daß der Brenner
rückschlagsicher ist. Die durch r zulaufende und aus Bohrungen at ausfließende Härteflüssigkeit
dient gleichzeitig zur Kühlung des Brennerkopfes.