DE7105833U - Vorrichtung zum Harten von mit radialen Vorsprungen versehenen, schei ben bzw ringförmigen Stanzteilen, ins besondere Federscheiben - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. Sauenland j Dr.rlhgYRj König*. ■ Dipl.-lng. K. Bergen h Patentanwälte ■ 4ooo Düsseldorf ;io · Cecilienallee ve ■ Telefon -432733

G 71 05 833.8 10. September 1973

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Firma Paul Ferd. Peddinghaus, 5820 Gevelsberg

/"Vorrichtung zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen, scheiben- bzw. ringförmigen Stanzteilen.

insbesondere Federscheiben"

Die Erfindung bezieht sich εUf eine Vorrichtung zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen, scheiben- bzw, ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben.

Es ist bekannt, scheiben- bzw. ringförmige Stanzteile mit radialen Vorsprüngen, die beispielsweise als Federscheiben, Federbleche, Sicherungsscheiben, Sicherungsringe od.dgl. ausgebildet sein können, in großen Durchlauföfen langsam zu erwärmen. Nach dem Erwärmen werden die erhitzten Stanzteile zwischen matrizenähnlichen Werkzeugen einer Presse - soweit erforderlich - plastisch verformt und gleichzeitig abgeschreckt. Nach dem Verformen und Abschrecken in der Presse werden die Teile dann paketweise zusammengespannt und auf eine bestimmte, die gewünschte Federhärte gewährleistende Temperatur angelassen. Das Erwärmen der Stanzteile nach dem Durchlaufverfahren bedingt sehr lange Erwärmungszeiten. Hinzu kommt, daß in solchen Durchlauföfen oft ungleichmäßige Temperaturen herrschen, die ein gleichmäßiges Erwärmen der Stanzteile unmöglich machen. Ein weiterer erheblicher Nachteil der bekannten Durchlauföfen ist darin zu

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sehen, daß diese einen großen Flatzbedarf haben·

Man hat daher sohon lange versucht, das umständliche usd unwirtschaftlich« fe^t^nag» von S-feanzteilen in Durchlaufofen durch Induktive Heizverfahren zu verbessern. Bedingt durch die spezielle Konstruktion der zu härtenden Stanzteile mit einer geschlossenen Ringfläche und radialen Vorsprangen kann aber auch beim Induktiven Erhitzen der Teile eine ungleichmäßige Erwärmung nicht restlos beseitigt werden« Das ist sogar dann der Fall, wenn die Induktoren eine das EnArmungsf eld beeinflus-

( sende Form erhalten oder die Werkstücke In Drehung versetzt werden. Selbst Induktoren, die ein sehr flaches, fast quadratisches Weohselfeld erzeugen, wobei die Werkstücke in Führungen durch dieses Wechselfeld hindurchgleiten, können keine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielen. Das gleiche gilt schließlich auch für nierenförmige, quadratische oder ungleichförmige Induktorformen mit und ohne Konzentratoren. Allen durchgeführten Versuchen mit induktiver Erhitzung Jet somit der Nachteil gemeinsam, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung Über die Werkstücke in zufriedenstellender Weise nicht erreicht werden kann, vielmehr auch weiterhin noch lange

α Erhitzungszeiten notwendig sind, was zur Kornvergröberung und nachteiliger Oberflächenveränderung führt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen scheiben- bzw· ringförmigen Stanzteilen geeignete Vorrichtung zu schaffen, die eine gleichmäßige Temperaturverteilung und damit eine Qualitätssteigerung der Werkstücke ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen die Stanzteile mindestens auf Härtetemperatur erhitzenden Querfeldinduktor sowie einen die

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radialen VorsprUnge der Stanzteile in konzentrischer Anordnung elektrisch leitend miteinander verbindenden Kontaktring gelöst. Durch den Kontaktring werden die ra- dlalwM YsrsprüSSgS SShr SiSfSlCll intT-ggggr-M nsaan. wodurch bei entsprechend ausgebildeten Induktorästen im Werkstück ein Induktionequerfeld aufgebaut wird, das trotz der unterschiedlichen Quersohnittsflächen in den einzelnen Bereichen des Werkstücks eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet. Das Induktionequerfeld wird in seiner Ausdehnung durch die jeweilige Form des Induktors begrenzt, der ansonsten aber praktisch belieb.⁴g gestaltet sein kann. Zweckmäßig ist es, einen möglichst niederob-- Induktor zu verwenden und dabei den Kopplungsabstau· wie möglich zu halten· Mit Hilfe der erfindungen . .1 Vorrichtung können Werkstücke der inrede stehendien Art in großer Stückzahl iü kürzester Zeit vollständig gleichmäßig erwärmt werden, so daß die Fertigungszeiten solcher Stanzteile wesentlich verkürzt werden.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontaktring in einer zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse angeordnet. In dieser Presse werden die Stanzteile zunächst Über ihren gesamten Querschnitt gleichmäßig erwärmt und bei Erreichen der gewünschten Erwärmungstemperatur verformt und g .chzeitig abgeschreckt.

Vorzugsweise 1st der Kontaktring einerseits an einem axialen Drucklager abgestützt und andererseits mit einem drehbaren Zentrlerkolben verbunden, wobei das Drucklager und der Kontaktring in der Presse axial verschiebbar sind. Hierdurch wird die gleichmäßige Erwärmung der Werkstücke ruch weiter begünstigt, da die radialen Vorsprünge unter Druck elektrisch leitend miteinander verbunden und wäh-

rend der induktiven Erhitzung in Drehung versetzt werden können, z.B. mit einer Drehzahl von 50 bis 500 U/min. Dadurch wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den gesamten Querschnitt und eine äußerst feine Gefügestruktur erzielt.

Von Vorteil ist es ferner, wenn ein die Verformungsund Härtetemperatur trägheitslos und berührungsfrei messendes Temperaturmeßgerät vorgesehen ist. Dies trägt nämlich ebenfalls zu einer beschleunigten Fertigung der Stanzteile bei, da durch die Temperaturmessung Schmiede- und Abschreckvorgang automatisch ausgelöst werden können.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine vollautomatische Arbeitsweise zum Herstellen von mit radialen Vorsprüngen versehenen Stanzteilen erzielt werden, wobei die Werkstücke der Presse im kalten Zustand zugeführt werden können, so iaß vowohl pneumatische als auch magnetische Be- und Entladeeinrichtungen benutzt werden können·

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein mit radialen Vorsprüngen versehenes Stanzteil in Gestalt einer Federscheibe ;

Fig. 2 den zum Erwärmen des Werkstücks dienenden Induktor mit dem konzentrisch angeordneten Kontaktring;

Fig. 3 einen Schnitt durch die den Induktor aufnehmende Presse mit einer Obermatrize und einer Untermatrize·

tfie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht das zu härtende Werkstück 4 aus einer Federscheibe mit einem äußren geschlossenen Ringteil 5 und davon radial nach innen weisenden Zungen bzw. Vorsprüngen 6. Das Werkstück 4 kann mit Hilfe eines Induktors 7 Twärmt werden. Zu diesem Zweck sind zwei entsprechend ausgebildete Induktoräste 8 und 9 oberhalb und unterhalb des Werkstücks 4 angeordnet, um sowohl den äußeren Ringteil 5 als auch die radialen Vorsprünge 6 mit Hilfe das Induktors 7 gleichmäßig zu erwärmen, sind die Vorsprünge 6 an ihren inneren Enden

11 durch einen Kontaktring 12 konzentrisch kurzgeschlossen, d.h. elektrisch leitend miteinander verbunden. Durch diesen Kontaktring 12 kann in Verbindung mit den Induktorästen 8 und 9 im Werkstück 4 ein derartiges Induktion squerfeld erzeugt werden, daß das gesamte Werkstück gleichmäßig erwärmt wird. Die Höhe der auf diese Weise gleichmäßig gehaltenen Temperatur richtet sich nach der Generatorleistung und der Induktorform.

Um die gleichmäßige Temperaturverteilung über das Werkstück 4 noch weiter zu verbessern, wird der Kontaktring

12 zusammen mit dem Werkstück 4 in Umdrehung versetzt. Zu diesem Zweck ist der Kontaktring 12 gemäß Fig. 3 mit einem Zentrierkolben 13 verbunden, der beispielsweise in der angegebenen Pfeilrichtung umlaufen kann. Auf seiner dem Zentrierkolben abgewandteri Seite ist der Kontaktring 12 an einem Axialdrucklager 14 abgestützt, über das er mit Druck auf die Enden 11 des Werkstücks 4 aufgesetzt werden kann. Wie weiterhin aus Fig. 3 hervorgeht, sind sowohl der Kontaktring 12, der Zentrierkolben 13 als auch das Axialdrucklager 14 in einer Presse 15 untergebracht, die gleichzeitig zum Verformen und zum Abschrecken des Werkstücke 4 dient. Zu diesem Zweck besteht die Abechreckpresse aus einer Obermatrize 16

und einer Untermatrize 17, in denen vertikale Kanäle 18, 19 mit Ringkanälen 20 für den Durchfluß eines Abschreckmittels angeordnet sind. Die Unterseite 21 der Obermatrize 16 und die Oberseite 22 der Untermatrize 17 sind trichterförmig, aber parallel zueinander verlaufend ausgebildet, so daß beim Niedergehen der Obermatrize 16 bzw. beim Hochgehen der Untermatrize 17 das Werkstück 4 entsprechend abgewinkelt werden kann, sobald die Verformungstemperatur am Werkstück 4 erreicht ist. Die Verformungstemperatur kann beispielsweise mit Hilfe eines trägheitslos und berührungsfrei arbeitenden Temperaturmeßgerätes 23 gemessen werden.

Das Härten bzw. Fertigen des in Fig. 1 dargestellten Werkstücks geschieht auf folgende Weise:

Bei hochgefahrenem Kontaktring 12 wird das Werkstück 4 auf die Untermatrize 17 aufgelegt. Danach wird der Kontaktring 12 über das Axialdrucklager 14 nach unten bewegt, bis der Kontaktring 12 mit Druck auf der Oberseite des Werkstücks 4 aufliegt, wobei dieses gleichzeitig durch den Ring 12 zentriert ist. Danach wird von der Seite her der Induktor % eingefahren und in Verbindung mit dem Kontaktring 12 ein gleichmäßiges Weehselfeld und damit eine gleichmäßige Erwärmung des Werksstücks 4 erzeugt. Während der Erwärmung wird das Werkstück 4 durch den Zentrierkolben 13 gedreht, und zwar mit einer Umlaufgeschwindigkeit zwischen vorzugsweise 50 und 500 U/min. Während des Erhitzens des Werkstücks wird die Temperatur durch das Temperaturmeßgerät 23 gemessen. Sotald die erforderliche Verformungstemperafcir dee Werkstücks 4 erreicht ist, gibt der Induktor 7 in der angegebenen Richtung das Werkstück 4 frei. Gleichzeitig senkt sich die Obermatrize 16 und gegenbtnenfalls wird

die Unterxuatrize 17 angehoben, wobei beispielsweise -urch die Kanäle 19 jeweils Abschreckmittel unter Druck 2...geführt und durch die Kanäle 18 abgeführt wird, bis eine martensitisehe Aushärtung des gleichzeitig verformten Werkstücks 4 erfolgt ist.

Das Abschreckmittel kann auch durch die Kanäle 18 zugeführt und durch die Kanäle 19 abgeführt werden. Zur Erzielung eines ausreichenden HärteergebBisses sind die Ringkanäle 20 von besonderem Vorteil. Auch empfiehlt es sich, die Matrizen 16, 17 einzeln oder beide mit Wasser zu kühlen. Das Abschreckmittel richtet sich nach dem jeweils verwendeten Werkstoff der Werkstücke. Als Abschreckmittel kann Luft, Nebelgemisch, Wasser, Emulsion oder öl verwendet werden. Am besten eignet sich Luft, da hierbei das Werkstück sauber bleibt und somit ein Reinigungsprozeß gespart werden kann.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So braucht das Werkstück selbstverständlich nicht kreisförmig ausgebildet zu sein, vielmehr kann es jede beliebige Gestalt besitzen, wobei lediglich erforderlich ist, daß es Vorsprünge aufweist. Diese Vorsprünge bzw. Zungen brauchen auch nicht nach innen gerichtet zu sein, sondern können auch radial nach außen vorstehen. Auch die Ausbildung des Induktors und der Preßwerkzeuge können je nach den Erfordernissen anders als dargestellt ausgebildet sein. Ferner kann das Härten wahlweise von Hand oder automatisch nach der Härtetemperatur gesteuert werden.

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Claims (6)

■ I Il ι ι ι Firma Paul Perd. Feddinghaus, 5820 Gevelsberg Sohutzan Sprüche:

1. Vorrichtung zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen scheiten-, bzw. ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben, gekennzeichnet durch einen die Stanzteile mindestens auf Härtetemperatur erhitzenden Querfeldinduktor (7) sowie einen die radialen Vorsprünge (6) der Stanzteile (4) in konzentrischer Anordnung elektrisch leitend miteinander verbindenden Kontaktring (12).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kontaktring (12) in einer zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile (4) dienenden Presse (15) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kontaktring (12) einerseits an einem Axialdrucklager (14) abgestützt und andererseits mit einem drehbaren Zentrierkolben (13) verbunden ist, und daß das Axialdrucklager (14) und der Kontaktring (12) in der Presse (15) axial verschiebbar gelagert sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zcntrierkolben (13) zentrisch in einer mit einer Gegenmatrize (16) zusammenwirkenden Matrize (17) gelagert ist·

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Matrizen (16, 17) vertikale Kanäle (18, 1S) und damit in Verbindung stehende Ringkanäle (20) vorhanden sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anspräche "
bis 5, gekennzeichnet durch t.' j die Verformungs- und Härtetemperatur trägheitslos und berührungsfrei messendes Temperaturmeßgerät (23).