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Verfahren und Vorrichtung zum verzugsfreien Härten von langen, runden
Werkstücken, wie Wellen, Kurbelwellen usw. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Maschine zum Härten langer Werkstücke, wie Wellen, Kurbelwellen usw. Es
ist bekannt, solche Werkstücke oder Werkzeuge z. B. aus härtbarem oder Einsatzstahl
herzustellen, und es ist auch üblich, Wellen u. dgl. autogen zu härten.
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Diese bekannten Verfahren lassen es nicht vermeiden, daß lange Werkstücke
sich verziehen und mehr oder weniger verwerfen, wodurch ein nachträgliches Richten
erforderlich wird, um die Fehler wieder auszugleichen. Dieser zusätzliche Arbeitsgang
ruft überdies nach dem Härten wieder schädliche Spannungen im Werkstück hervor.
Das autogene Härten aber erfordert besonders ausgewählte Werkstoffe. Die zu erzielende
Oberflächenhärtung soll nur 5o bis 55 Rc'-betragen, damit nicht infolge von Härtespannungen
an der Oberfläche Rißbildungen äuftreten.
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Man hat deshalb vorgeschlagen, im Querschnitt runde Gegenstände zwischen
quer zu ihrer Längsachse rotierenden kalten Walzen oder hin und her bewegte Arbeitsflächen
gepreßt abzukühlen, ohne daß das Werkstück in unmittelbare Berührung mit einer Kühlflüssigkeit
kommt, die gegebenenfalls im Laufe (les Arbeitsganges bestimmten Stellen aufgespritzt
«#ird: Das findet aber beim Eintauchen des Werkstückes in die Härteflüssigkeit statt.
Eine gleichmäßige, lii)chste 1färtestufe an der äußeren Randzone kann durch Abkühlen
zwischen kalten Walzen nicht erzielt werden. Man hat daher längliche runde Werkstücke,
wie z. B. Spiralbohrer o. dgl., auch zwischen eine ortsfeste, teilweise in das Härtebad
tauchende und eine zu dieser bewegliche Platte gelegt, durch deren Bewegung das
eingelegte Werkstück in die Härteflüssigkeit gerollt wird. Ein solches Verfahren
kann bei kleinen Werkstücken Anwendung finden, bei welchen die erforderliche Abkühlung
und die Durchführung des Härteprozesses in kurzer Zeit ausführbar ist. Es ist verständlich,
daß die Bewegung und die Zeitdauer bei größeren Werkstücken zu kurz ist, um eine
verzugsfreie Härtung zu erzielen; das Werkstück fällt in das Bad und hat erfahrungsgemäß
Zeit genug, um sich vor der endgültigen Abkühlung zu verziehen. Andererseits können
Kurbelwellen nicht in einer solchen Vorrichtung gehärtet werden, weil eine Drehung
verhindert wird.
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Im Gegensatz hierzu werden die Werkstücke bzw. die Kurbelwellen usw.,
die im anäg-N\*;irmteii Zustand unter Druck in Rotation versetzt und gekühlt werden,
der Erfindung gemäß gemeinsam mit 'den druckvermittclnden Rollen bei dauernder Drehung
derselben in das Bad versenkt und während des ganzen Vorganges bis zur Herausnalime
aus dem Bad eingespannt gehalten. Die Rollen halten somit (las Werkstück auch während
des Durchganges
<lurch (las Abschreckbad 1)fs zur letzten Abkühlung
in Drehung. Das neue Verfahren gibt dem Härtemeister die Möglichkeit, den Härtevorgang
je nach Erfordernis in längerer oder kürzerer Zeit durchzuführen. Er kann, wenn
es sich um schwache Kurbelwellen handelt, die Zeit abkürzen, und wenn es sich um
stärkere Werkstücke handelt, die Eintauchzeit ausdehnen. Es hat sich ergeben, daß
sowohl bei -Naturstählen als bei eingesetzten Stählen eine dem Stahl entsprechende
gleichmäßige Härte von 6o bis 7o Re. erreichbar ist.
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In der zur Ausführung des Verfahrens v orgeschlagenen Härtemaschine
wird das Werkstück während des Abschreckens zwischen eine obere Druckrolle und zwei
untere, mit Antrieb versehene Rollen eingespännt, wobei die ganze Rollendruckvorrichtung
mit; den sich drehenden Rollen und dem Härtegut in den die Abkühlflüssigkeit enthaltenden
Behälter absenkbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der peuen Härte-. maschine ist in der Zeichnung
dargestellt. Abb. i zeigt eine Ansicht der Maschine in senkrechtem Schnitt, Abb.
: eine Draufsicht im Schnitt durch die Druckwalzen und Abb. 3 eine Seitenansicht
im Schnitt nach Linie A-B der Abb. a.
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Die Härtemaschine besteht aus einem Gehäuse oder Kasten a, der mit
einer Abkühlflüssigkeitgefüllt wird. In diesem Kästen ist ein Säulenbett b angeordnet,
welches auf einem Führungskolben c ruht und an senkrechten Stangen d geführt wird.
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Zum Einspannen und Drehen der Werkstücke werden zwei Gruppen nebeneinanderliegender
Rollen f und f1 mit ihren Achsen g und g1 in dem Gestell b gelagert. Die Achseng
und g1 tragen an einem Ende Antriebsräder, welche die Rollengruppen f und f1 in
gleicher Richtung antreiben. Der Antrieb erfolgt über eine Zwischenreelle k, beispielsweise
durch Vermittlung eines Elektromotors m, der erhöht zu den Einspannrollen gelagert
ist (Abb. i). Die Achsen der Rollengruppen f, f' liegen auf gleicher Höhe
einandei= gegenüber, und das vorgewärmte Werkstück wird zwischen die beiden Rollensätze
aufgelegt. Die Form der auswechselbaren Rollen kann je nach der Gestalt des zu härtenden
Werkstückes verschieden sein, auch der Abstand kann verändert werden.
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Die Drehung wird z. B. vom Elektromotor durch Riemen- oder IZetteliatitl-leb
oder aber auch durch Kardanwelle mit Schneckentrieb o. dgl. auf die Zwischenwelle
h übertragen.
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Der Führungskolben c des Lagerbettes b ist in einem auf (lein Bollen
des Gehäuses a befestigten Zylinder i verschiebbar, und das Gewicht desselben kann
mit seiner Traglast durch Gegengewichte k, die durch Seilzug über Rollen mit dem"
Gestell b verbunden sind, ausgeglichen werden. Dem jeweiligen Druck entsprechend,
der zur Anwendung kommt, können dieGegengewichteverschieden groß sein. Sie bezwecken,
außerdem das Traggestell während der Entlastung oberhalb der Kühlflüssigkeit zu
halten.
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Die oberen Druckrollen 9 sind lose auf einer Achse p in einem zweiten
Tragbett l gelagert. welches gleichfalls .an den seitlichen Stangend geführt
und von einem Kolben ia bzw. seiner' Kolbenstangen r.' gehalten wird, die in einem
Druckzylinder o beweglich ist. Der Druckzylinder o ist am oberen Ende der Stangen
d an einer Traverse o' befestigt. Die Druckrollen legen sich beim Senken des Bettes
i auf das zwischen den Rollen f, f1 gelagerte Werkstück. Der Druck wird mit Hilfe
des Kolbens iz, yz' durch Preßluft, Dampf oder hydraulisch erzeugt.
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In Abb. i liegt zwischen den Rollen f und f1 und den Druckrollen q
eine mehrfach gekröpfte Kurbelwelle. Die Druckrollen sind so angeordnet, daß sie
den Rollen f, f l gegenüberliegen; sie können aber auch zwischen den Rollen f und
f1 angreifen, obwohl im allgemeinen die Lagerung in derselben Ebene wie die Rollern
f und f' vorteilhafter ist.
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Ist das angewärmte Werkstück eingelegt, so werden durch den Druck
auf den Kolben im Zylinder o die oberen Rollen gesenkt und fest auf das Werkstück
gedrückt, welches sich dann dreht. Hierauf wird der Druck so erhöht, daß der Gegendruck
des Gegengewichtes und des Säulenbettes b überwunden werden. Die ganze Einspannvorrichtung
gleitet an den Säulen d entlang mit dem rotierenden Werkstück in die Abkühlflüssigkeit.
Ist das Werkstück genügend abgekühlt, so wird die Steuerung des Zylinders o umgestellt,
(fas obere Lagerbett l hebt sich und nimmt die Druckrollen mit. Nunmehr kommen die
Gegengewichte in der Weise zur Wirkung, daß sie i das Lagerbett b mit dem Werkstück
aus der Kühlflüssigkeit herausheben.
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Wie bereits erwähnt, können die Druckrollen in der Form angepaßt und
auf ihren Wellen beliebig einstellbar sein. Hierzu wird die Achse p der Druckrollen
mit einer nicht dargestellten Hilfseinrichtung versehen.
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Die Rollen können abgeschrägt, gezahnt-. und ballig sein, und die
eine Hälfte der Rollen kann mit Rechts-, die andere mit Links-Urall eingerichtet
werden, damit die Werksti.ickemöglichst in der gleichen Lage bleiben. Der Prall
hat außerdem den Zweck, stets nur eine kleine- Stelle der zu härtenden Fläche punktartig
zu berühren, die während der i Drehung (lauernd wechselt, damit eine gleich-, n
i äßige rn eintritt. Der mittlere
Führungskolben c des Lagerbettes
b kann als hvclraulisches Kissen dienen, damit die Maschine möglichst stoßfrei arbeitet.
Der untere Teil des Zylinders ist als hydraulischer Puffer ausgebildet, damit der
Kolben sich stoßfrei aufsetzt.
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Während in der dargestellten Ausführungsform (las Lagerbett b mit
seinen Rollen und finit dem Werkstück durch Gegengewichte ausgeglichen wird, kann
die Ausführung auch in der Weise stattfinden, daß die beiden Zylinder, nämlich der
untere Zylinder i und der obere Druckzylinder o, durch Rohrleitungen miteinander
in eine Wechselbeziehung gebracht werden, wobei die Gegengewichte vollkommen wegfallen.
Der Druck auf den unteren Kolben dient dann als Gegendruck für den oberen Kolben.
Die Durchmesser der beiden Zylinder werden demgemäß so berechnet, daß das Gewicht
des Lagerbettes b finit allein Zubehör und -Motor als Unterlage für die Berechnung
gewählt wird. Beim oberen Zylinder ist das Eigengewicht der den Kolben ia belastenden
Teile gleichfalls zu berücksichtigen. Durch entsprechende Einstellung der Regulierventile
in der Druckleitung kann der gewünschte Rollenüberdruck erzeugt werden, während
die Steuerung der beiden Zylinderkolben durch besondere Steuerventile erfolgt.
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An Stelle des hydraulischen oder pneumatischen Zylinderdruckes kann
auch der Druck auf Glas \\'crlatück durch Gewichtsbelastung und mittels Nebelübersetzung
erfolgen; damit ein Durchbiegen der Querachsen ; und p verinieden wird, können Stützlager
angeordnet sein, ctie auch ihrerseits wieder auf dem Lagerbett einstellbar sind.
Die Führungssäulen oder Ständer d können beliebigen Querschnitt haben und auch aus
U-Eisen gebildet sein.