DE6810009U - Vorrichtung zum flammhaerten von zahnraedern. - Google Patents

Description

Ll· Dipl.-Ing. H. Sauenland ■ Dr.-Ing. R. König '

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Dip-L.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte · -αααα Düsseldorf · Caciiu-inaliee 76 · Telefon 43 27 as

5 GbmH 68 10 009.4 19. April 1971

Firma Paul Ferd. Peddinghaus, 5820 Gevelsberg i.W,

/ "Vorrichtiing zum Flammhärten von Zahnrädern"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Flammhärten von Zahnrädern durch fortschreitendes Vorwärmen des Zahngrundes und nachfolgendes Erhitzen der Zahnflanken und des Zahngrundes auf Härtetemperatur.

Sollen bei Zahnrädern die Zahnflanken gegen Verschleiß geschützt werden, so genügt es, nur die Zahnflanken zu härten. Im Hinblick auf eine stoßweise Belastung des Zahnrades muß jedoch in der Regel auch der Zahngrund mitgehärtet werden, um durch die damit verbundene Erhöhung der Dauerwechselfestigkeit sicherzustellen, daß das Zahnrad der stoßweisen Belastung standhalten kann.

Beim Flammhärten muß sich am Zahngrund die höchste Wärmekonzentration ergeben, da andernfalls am übergang zwischen dem Zahngrund und den Zahnflanken keine ausreichende Ein härtung möglich ist. Die notwendige Wärmekonzentration ist; jedoch wegen des verhältnismäßig schmalen, im Zahngrund zur Verfügung stehenden Raumes, des Abstandes zwischen dem Zahngrund und der Brenneraustrittsfläche sowie der wegen des gerade im Zahngrund vorhandenen großen Materialquerschnitts des Zahnrades erheblichen Wärmeableitung nur schwierig zu erreichen. Es ist daher schon versucht worden, die erforderliche Wärmekonzentration im Zahngrund durch eine Vermehrung der Brennerdüsen an der Brennerspitze zu

erreichen. Infolge des beschränkten Brennerquerschnitts konnte diese Maßnahme jedoch nicht befriedigen. Zwecks besserer Verteilung der vergrößerten Anzahl an Brennerdüsen ist außerdem versucht worden, den Brennerkörper länger auszubilden. Eine solche Brennerverlängerung besitzt jedoch ebenfalls Nachteile, da der zusammen mit einer nachgeschalteten Abschreckbrause im Vorschubverfahren durch die Zahnlücken fahrende Härtebrenner beim Ausfahren aus der Zahnlücke an der Zahnkante mit Sicherheit eine Überhitzung erzeugt, so daß die Gefahr von Rißbildungen besteht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Flammhärten von Zahnrädern durch fortschreitendes Vorwärmen und nachfolgendes Erhitzen auf Härtetemperatur der Zahnflanken und des Zahngrundes zu schaffen, mit der ein ausreichendes Einhärten im Zahngrund ■ gewährleistet wird, ohne daß die Gefahr einer Überhitzung ■ an den Zahnkanten besteht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen für sich regelbaren Vorwärmer großer Länge für den Zahngrund und einen Härtebrenner für den Zahngrund und die Zahnflanken. Durch die unabhängige Regel- und Steuerbarkeit von Vorwärm- und Härtebrenner kann in vorteilhafter Weise die Energiezufuhr zum Vorwärmen und zum Erhitzen auf Härtetemperatur jeweils bei Erreichen der in Härterichtung vor den Düsen liegenden Zahnkante abgeschaltet werden. Auf diese Weise kann der Zahngrund zunächst gut vorgewärmt werden. Wenn die Vorwärmung die in Härterichtung vor den Düsen liegende Zahnkante erreicht, wird die Energiezufuhr zum Vorwärmen abgeschaltet. Die Energiezufuhr für das Erhitzen auf Härtetemperatur bleibt jedoch so lange eingeschaltet, bis auch sie an die in Härterichtung vor den Düsen liegende Zahnkante gelangt. Dann wird auch diese Energiezufuhr abgeschaltet. Dadurch wird ein zu härtendes Zahnrad auch im Zahngrund so stark erwärmt, daß sich eine ausreichende Einhärtetiefe ergibt«,

Andererseits wird aber der bisherige Nachteil, nämlich eine Überhitzung an der Zahnkante mit Sicherheit verhindert,,

Die Regelung des Vorwärmens und Härtens läßt sich dann besonders einfach erreichen, wenn die Vorwärmdüsen und die Härtedüsen jeweils einer von zwei voneinander getrennten Kammern des Härtebrenners zugeordnet sind und jede Brenrierkammer einen eigenen, mittels eines Ventils regelbaren Injektor aufweist.

Zur Steuerung der Vorwärmdüsen und Härtedüsen sind die Brennerkammern zweckmäßig mit von einer Programmsteuerung betätigten elektrischen Magnetventilen verbunden. Durch entsprechendes Einstellen der Programmsteuerung kann das Abschalten der Energiezufuhr für die Vorwärm- und Härtedüsen sehr leicht gesteuert werden, ao daß sich die Härtevorrichtung auch sehr gut zum Härten von unterschiedlichen Zahnrädern eignet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Programmsteuerung eine Schnellgangschaltung für die mit den Härtedüsen versehene Brennerkammer auf. Diese Schnellgangschaltung ist so ausgebildet, daß - sobald die Härtedüsen die in Härterichtung vor ihnen liegende Zahnkante erreichen - die Brennerkammer über diese Zahnkante hinwegspringt. Damit wird automatisch eine der die Härtedüsen aufweisenden Brennerkammer nachgeschaltete Abschreckbrause in ihre Abschreckstellung gebracht, um die Restwärme an der Zahnkante abzuführen.

Während bei bekannten Härtebrennern zum Zwecke eines Temperaturausgleichs zwischen dem Auftreffen der Flammenspitze und dem Auftreffen des Abschreckstrahles der Abschreckbrause die Austrittsfläche der Abschreokbrause gegenüber der Austrittsfläche der Brennerkammer in bezug auf den Zahn-

grund zurückgesetzt und unter einem bestimmten Winkel verläuft, ist bei der erfindungsgemäßen Härtevorrichtung die Austrittsfläche der Abschreckbrause gegenüber der Austrittsfläche der Brennerkammer vorgezogen und parallel zum Zahngrund angeordnet. Dadurch kann der verbleibende Spalt zwischen dem Zahngrund und der Austrittsfläche der Abschreckbrause klein gehalten und somit eine intensive Abschockwirkung erzielt werden.

Ein Ausführungsbeiapiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig, 1 und 2 schematische Darstellungen einer bekannten Härtevorrichtung beim Härten der Zahnflanken und des Zahngrundes eines Zahnrades,

Figo 3 und 4 entsprechende Darstellungen einer erfindungsgemäßen Härtevorrichtung.

Die bekannte Härtevorrichtung besteht aus einem Härtebrenner 5 mit einer Brennerkammer 6 und einer Abschreckbrause 7. Die Brennerkammer 6 besitzt einen Anschlußstutzen 8 zum Zuführen eines Gas-Sauerstoff-Gemisches von einem nicht dargestellten Injektor, während die Abschreckbrause 7 einen Anschlußstutzen 9 zum Zuführen eines Kühlmediums aufweist. Mittels der Härtevorrichtung 5 soll im dargestellten AusfUhrungsbeispiel ein Zahnrad 10 an seinen Zahnflanken 11 und im Zahngrund 12 flammgehärtet werden. Zu diesem Zweck besitzt der Härtebrenner 5 in den dem Zahngrund 12 zugewandten Austrittsflächen 13, 14 der Brennerkammer 6 und der Abschreckbrause 7 sowie in den Seitenflächen Vorvärmdüsen 15, Härtedüsen 16 und Abschreckdüsen 17. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstrecken sich die Vorwärmdüsen 15 über die Vorwärmzone V, die Härtedüsen 16 über die Häx-te-

zone H und die Abschreckdüsen 17 über die Abschreckzone A.

Beim Härten des Zahnrades 10 wird die Härtevorrichtung 5 in Pfeilrichtung 18 durch die Zahnlücke zweier benachbarter Zähne verfahren. Dabei werden durch die aus den Düsen 15 austretenden Gasflammen der Zahngrund 12 und die Zahnflanken 11 vorgewärmt und durch die aus den Düsen 16 austretenden Gasflammen auf Härtetemperatur erhitzt. Anschließend werden die Werkstückflächen durch das aus den Düsen der Abschreckbrause 7 austretende Kühlmedium abgeschreckt. Um einen Temperaturausgleich zwischen dem Erhitzen und dem Abschrecken zu schaffen, ist die Austrittsfläche 14 der Abschreckbrause 7 gegenüber der Austrittsfläche 13 der Brennerkammer 6 unter einem schrägen Winkel nach hinten versetzt.

Beim Härten der Zahnflanken 11 und des Zahn^rundes 12 eines Zahnrades mit der vorbeschriebenen Härtcvorrichtung 5 ergibt sich die in Fig. 1 schwarz ausgezeichnete Härtefläche 19. Die Härtefläche 19 ist am Übergang 20 des Zahngrundes 12 zu den Zahnflanken 11 sehr schmal, d.h. die Einhä^ttiefe ist hier unzureichend. Da der Härtebrenner 5 beim Härten des Zahnrades in Pfeilrichtung 18 vollständig aus der Zahnlücke herausfahren muß, kommt es beim Überfahren der Kante 21 des Zahnrades an dieser Außenkante zu einer starken Überhitzung, die zu Rißbildungen führt.

Um die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden, erfolgt das Härten mit der in den Fig. 3 und 4 wiedergegebenen Härte vorrichtung. Der Härtebrenner 105 unterscheidet sich von der bekannten Vorrichtung grundsätzlich dadurch, daß zwischen der Brennerkammer 106 und der Abschreckbrause 107 eine von der Brennerkammer 106 getrennte weitere Brennerkammer 106a mit einem eigenen, zu einem Injektor führenden Anschlußstutzen 108a liegt. Die nur an der Austrittsfläche

113 des Härtebrenners 105 befindlichen Vorwärmdüsen 115 liegen ausschließlich in der Brennerkammer 106, während sich die Härtedüsen 116 nur in der zweiten Brennerkammer 106a befinden. In der Abschreckbrause 107 sind wiederum die Abschreckdüsen 117 eingebracht. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, erstreckt sich die Vorwärmzone V über die verhältnismäßig große Länge der Brennerkammer 106, während sich die Härtezone H über die beiden Gruppen der Härtedüsen 116 und die Abschreckzone A über die Breite der Abschreckbrause erstreckt. Die Austrittsfläche 114 der Abschreckbrause verläuft im Gegensatz zu der bekannten Ausführung nicht nur parallel zu dem Zahngrund 112, sondern ist auch gegenüber der Austrittsfläche 113 des Härtebrenners 105 zum Zahngrund 112 hin vorgezogen. Dadurch wird eine bessere Abschrsckintensität erreicht.

Die beiden Anschlußstutzen 108 und 108a sind jeweils mit einem nicht dargestellten Injektor verbunden, die über manuell zu betätigende - ebenfalls nicht dargestellte Ventile regelbar sind. Auf diese Weise lassen sich die über die Anschlußstutzen 108 und 108a in die voneinander getrennten Brennerkammern 106 und 106a eingeführten Gas-Sauerstoff-Gemische unabhängig voneinander regeln, d.h. die Heizenergie in der Härtekammer 106a und der Vorwärmkammer 106 läßt sich je nach Bedarf verändern. Die Brennerkammern stehen weiter mit von einer nicht dargestellten Programmsteuerung betätigten elektrischen Magnetventilen - gleichfalls nicht dargestellt - in Verbindung. Durch diese Programmsteuerung kann die Energiezufuhr in die beiden Brennerkammern 106 und 106a völlig abgeschaltet werden. Ferner besitzt die Programmsteuerung noch eine Schnellgangschaltung für die mit den Härtedüsen 116 versehene Brennerkammer 106a₀ Die Schnellgangschaltung ermöglicht es, die Brennerkammer 106a im Eilgang vorzuschieben.

Beim Härten des Zahnrades 110 wird der Härtebrenner 105 in Pfeilrichtung 118 durch die Zahnlücke zweier benachbarter Zähne verfahren. Dabei wird zunächst der Zahngrund 112 über die Vorwärmdüsen 115 vorgewärmt, und zwar se lange ₃ bis die Vorwärmkammer 106 die in Härterichtung liegende Zahnkante 121 erreicht. In dieser Stellung wird die Gas-Sauerstoff- Zufuhr zur Vorwärmkammer 106 durch die Programmsteuerung abgeschaltet. Die Gas-Sauerstoff-Zufuhr zur Brennerkammer 106a wird aber aufrechterhalten, bis diese an der Zahnkante angelangt ist. Dann wird auch die Gas-Sauerstoff-Zufuhr zur Brennerkammer 106a über die Prograimnschaltung abgeschaltet. Gleichzeitig springt die Brennerkammer 106a im Eilgang über die Zahnkante 121 hinweg, so daß sofort die Abschreckbrause 107 in ihre äußere Abkühlstellung gelangt, in der die Restwärme an der Zahnkante 121 abgeführt wird.

D\e mit dem erfindungsgemäßen Härtebrenner 105 erzielte

Härtefläche 119 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Einhärttie- i

fe ist im Übergang 120 der Härtefläche 119 völlig ausrei- ;

chend, um auch den stärksten Stoßbelastungen des Zahnrades ;

standzuhalten. Durch das stufenweise Abschalten der Ener- \

giezufuhr zu den Brennerkammern 106 und 106a wird im Gegen- ·

satz zu dem bekannten Härtebrenner eine Überhitzung der »

hinteren Zahnkante 121 vermieden, so daß keine Risse ent- ' stehen können.

Es sei noch erwähnt, daß die Erfindung im Rahmen der An- f

sprüche auch dann anwendbar ist, wenn anstelle der pro- I

grammgesteuerten, elektrischen Magnetventile zum Abschal- |

ten der Energiezufuhr in den Brennerkammern eine manuelle \ Steuerung dient„

Claims (4)

Dipl.-Ing. H. SaueMand · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte ■ <aaa Düsseldorf · Cecilienallea 7t · Telefon 43S? 32 G 68 10 009.4 14. Dezember 1971 ============= Be/j/24 421 Firma Paul Ferd. Peddinghaus, 5820 Gevelsberg i.W. Schutzansprüche:

1. Vorrichtung zum Flammhärten von Zahnrädern, gekennzeichnet durch einen für sich regelbaren Vorwärmer großer Länge für den Zahngrund (112) und einen Härtebrenner für den Zahngrund (112) und die Zahnflanken (111).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmdüsen (115) und die Härtedüsen (116) jeweils einer von zwei voneinander getrennten Kammern (106, 106a) des Härtebrenners (105) zugeordnet sind, und daß jede Brennerkammer (106, 106a) einen eigenen regelbaren Injektor aufweist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Härtedüsen (116) aufweisenden Brennerkammer (106a) eine Abschreckbrause (107) mit einer gegenüber der Brennerkammer-Austrittsfläche (113) vorstehenden Austrittsfläche (114) nachgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschreckbrausen-Austrittsfläche (114) parallel zur Vorschubrichtung (118) verläuft.