-
Vorrichtung zum elektroinduktiven Oberflächenhärten metallischer Werkstücke
Für das Oberflächeriliärten metallischer @,#Terhstücle sind bisher zwei Verfahren
bekanntgeworden. Bei .dem ersten Verfahren wird die zu behandelnde MTerkstückstelle
von einem Induktor umschlossen und das Aufbeizen ohne Relativbewegung zwischen Heizgerät
und @Verkstiick vorgenommen. Beim Erreichen einer bestimmten Oberflächenternlieratur
wird die Leistung des Hochfreduenz_-:#r7eubers unterbrochen, und es erfolgt ein
Abschrecken der erhitzten Oberfläche durch Spritzöffnungen, die iin Heizinduktor
selbst vorgesehen sind.
-
Das zweite bekanntgewordene Verfahren elit so vor sich, claß ein Induktor
geringer Ausdehnung verwendet wird und eine Relativbewegung zwischen Heizgerät und
Werkstück stattfindet, wobei zwecks Härtens eine Abschreckeinrichtung der Heizeinrichtung
unmittelbar folgt. -Dieses Verfahren hat gegenüber dein erstgenannten den Vorteil,
daß eine wesentlich geringere Leistung erforderlich ist, da die Werkstüekteile,
die sich gleichzeitig unter Einwirkun- des Induktors befinden, eine viel geringere
Oberfläche haben. Je nach Breite des Induktors, d.li. nach seiner Erstreckung in
\Torschubrichtung, kann ohne weiteres der auf einmal unter Behandlung befindliche
Oberflächenabschnitt seiner Größe nach frei gewählt werden. Bei sehr schmalen Induktoren
stehen nur Bruchteile der Gesamtoberfläche auf einmal unter Einwirkung des Heizgeräites.
-
Es ist bisher noch nicht möglich gewesen, dieses an sich bekannte
Verfahren für das Oberflächenhärten solcher Werkstücke auszunutzen, welche beiderseitig
von symmetrischen oder unsymmetrischen `Verkstückteilen größerer Abmessungen begrenzt
sind, und auch bei einseitig begrenzten Werkstücken kann -das Verfahren nur
dann angewendet werden, wenn diese Begrenzungsteile symmetrisch und nicht @-on zu
großer Ausdehnun- sind. Es bestand bisher immer die Schwierigkeit, eine einwandfreie
Ilärtung auch ini Bereich dieser seitlichen Begrenzungen durchzuführen, da die _lbschreckeinrichtung
nur auf die Werkstückteile zur Einwirkung kommt. die bereits durch Überfahren init
der Heizeinrichtung cine entsprechende Temperatur anggenomincn haben. Die I@elativbewebun
findet aber durch clie seitlichen Bebrenzunf,stcile des Werkstückes ein vorzeitiges
Ende, und clie Wirkthiche der Heizeinrichtung kommt vor dein 7al>fenende zum Stillstand.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ohertlächenhärten
inetallischer Werkstücke durch clektro-induktives
Aufheizen und
anschliellendes Abschrecken unter Relativbewegung zwischen Härtegerät verliiiltnisniiil:ti-
ger:ilger Breite und Werk-Stück, bei der diese Scliwier:",lceit beseitigt ist, und
sie ist daher insbesondere für solche'. Werkstucke anwendbar, deren zu behandelnd'(-"
L )berfl- chenteile von sviiiiiietrischen oder un-' svminetrisclieti Werkstückteilen
ein- oder beiderseitig begrenzt sind. Solche Werkstücke sind beispielsweise Ba-erbolzen,
Keilwellenzapfen, Gelenkkreuze, hurbelwellenzapfen und ähnliche. Bei den genannten
Teilen ist es erforderlich, daß sich die Härteschicht möglichst weit bis in die
Ausläufe zum begrenzenden Werkstückteil, d.li. also Anlaufbunde oder Hohlkehlen,
erstreckt. Aber auch für das Erhitzen glatter Werksdicke, beispielsweise.glatter
Wellen. ist eine solche Vorrichtung von Bedeutung,- wenn es sich darum handelt,
das Erhitzen bis zu einer ganz be-stirninten Stelle der Längserstreckung zu führen,
ohne daß in dem anschließend,-n Abschnitt irgendwelche die mechanischen Eigenschaften
beeinträchtigenden Anlaßwirkungen eintreten. Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet
durch ein das Werkstück umschließendes, ein- oder. mehrwindiges geschlossenes oder
teilbares Heizgerät geringer Breite mit aufgesetzter Doppelkammer für die Abschreckflüssigkeit.
Die hanitnern sin:l unabhängig voneinander zu- und abschaltbar tui-i sind mit Schlitzen
versehen, durch die ein Kühlmittel auf entgc#geligesetztell Seiten des Heizleiters,
auf die Werkstiickoberllä che gerichtet, austreten kann.
-
Die Erfindung und die durch ihre Anwendung gegebenen Möglichkeiten
sollen an Hand der beigefügten Abbildungen näher erläutert ;-erden. wobei außerdem
noch einige Weiter-I>ihlungeit des I#-'rfindungsge:lanlens-dargelegt «-erden.
-
In Abb. i ist eine Vorrichtung geiniiß der Erfindung dargestellt,
tiiit Hilfe welcher ein Kurbelzapfen i, der von Kurbelwangen 2 begrenzt ist, oberflächlich
aufgeheizt und durch Abschrecken gehärtet werden soll. Hierzu wird ein Reizleiter
3 @-erwentlet, der das Werkstück 3 111llschlieGt. In an .ich bekannter \Veise ist
der Heizleiter hohl, uni ein Kühlmittel durch den Leiter führen zu können. Gemäß
der Erfindung wird dieser f-Iohlratini dazu ausgenutzt, 1'relaltift als Kühlmatcl
durchzuleiten, woltei <Miese ['i-el.Iluit durch Schlitze 5 und f) auf die Werkstücki>ltertl:iche
gerichtet austreuli kann.
-
Auf diesen 1leizleiter ist eine I)@llli@e@kaninirr 9 aufgesetzt. Die
Breite- dieser Kammer ist entsprechend tler Bt.eitu (L,-s t Ie:zle:ters @,. wiililt;
die K.tinnier sell)st enthält zwei l'in- j zelkaminern 7 und cg, die jede ein<
<,der Inchrereei-#ene @ttleitttttclt t t bzw. 1 2 attf\Veisetl, eine gleichniaß:re
Verteilun- des Kiihlinittels sicherzustellen, sind auf dein l)cekel io niö,-lichst
mehrere Zuführungen i 1,12 atifzasetzen. jede Teilkammer hat außerdem Austrittsschlitze
i 5 bzw. 16, die auf entgegengesetzten 'Seiten des Heizleiters in schräger Richtung.
auf die Werkstiickoberffäche gerichtet sind. -Die Schlitze 5 und 6 haben die Aufgabe.
-
,leg Preßluftstrorn'so zu führen, daß die aus den Schlitzen 15 und
16 austretende Ab-. schreckflüssigkeit nicht ungewollt unter die Heizeinrichtung
selbst geraten kann, was zu Fehlhärtungen Veranlassung geben könnte. Es hat sich
als zweckmäßig erwiesen, die -Neigung der Schlitze 15, 16 und 5, 6 so zueinander
einzustellen, daß sie einen Winkel in den Grenzen von o bis .15° bilden. Die Grölte
des Winkels hängt vom Druck und Geschwindigkeit der verwendeten 'Mittel ab.
-
Die Form des Heizleiters muß in Richtung auf die aufgesetzte Kammer
itn Querschnitt abnehmen, damit die Austrittsschlitze 15 und 16 richtig geführt
werden können. Dieser Forderung ist selbstverständlich auch in anderer Weise zu
genügen, als dies in Abb. i dargestellt ist. Andere Ausfiihrungsforinen zeigen -die
Abb. :2 und 3. Die Kammer o @ igle ihren Einzelkammern 7 und S und den Schlitzen
i 5, 16 ist mit dem Heizleiter 3 verbunden. Dieser Heizleiter bestellt aber afis
einer Platte 17 verhältnismäßig großer Dicke. Auf diese Platte 17 ist ein halbkreisförmiger
Kanal i für die Luftzuführung aufgesetzt. Die Austrittsschlitze für die Luft sind
bei 5 und tj vorgesehen. Die Wandungen des Luftkanals 16 können aus gut leitendem
Werkstoff, wie beispielsweise ILUpfer, hergestellt sein oder auch aus Werkstoffen,
die schlechter leiten.
-
In manchen Füllen kann es zweckiniillig sein, auch eine Wasserkühlung
für den Heizleiter vorzusehen, n:inil:ch (lann, wenn die zu behandelnden Werkstücke
eine hohe Leistung je nuadratzentinieter bettätigen. Eine solche Vorrichtung ist
in Abb.3 dargestellt. Die Kanluler niit den ist die ;;leiche wie in Abb. 1 und .2.
Der I-1eizleiteiic@ ist rolirfiiriliil ausgebildet, und sein 1 fohlrauni dient zur
l,iilirtuig der 1'rt#I.iltift, die ixisl)iels«-eiSe bei 20 durch Schlitze
auf Glas Werkstück austreten kann. Auf Alen rolirf<;rllllgen Teil 1() 1>t t#111
1-Z'<ltlal _'1 <<tlt@t#sttzt.
-
der zwecks Kühlun@@assrrflurchtlossen i>t. Die \Van(111111- diese:
Kanals kann n-ie@lerum entweder att; Kupfer oder aus einem 'tt-cri;-sti)tf hergestellt
:eile, der die Wärnie und den -lektrischen Stroili schlechter leitet. Selllst-%-e#rstiilltllicli
kauft auch die untere hläche der 1 @al@l:elkanuner @@ selbst @lie \Vandung für den
Kanal -1 bilden.
-
l@oi der lIciitttztlll-" einer derarti-en Vorwegung
zwischen
Werkstück und Heizeinrichtung im Sinne des Pfeiles 13 oder -i4 der Abb. i hervorgerufen.
Zweckmäßiger"veise wird die IIeizeinriclitung zu bewegen sein. Es besteht natürl_ch
auch dieMöglichkeit : das Werkstück zu bewegen, lbeisoielsweise wenn ein zvlindrisches
Werkstück senkrecht stehend bearbeitet werden soll. Wenn nun bei der hervorgerufenen
- Relativbewegung die Heizeinrichtung in die Nähe der Wangen 2 gelangt ist, wird
durch einen nicht dargestellten Anschlag eine rückläufige Bewegung mit gleicher
oder veränderter Geschwindigkeit selbst-.- eingeleitet. Während bei der Bewegunt
'itill el in Richtung des Pfeiles 13 nur. die Spritzöffnungen 15 in Tätigkeit waren,
wird .durch den gleichet. Anschlag in diesem Augenblick die Zufuhr zur Kammer 8
und damit zu den Schlitzen 16 eingeschaltet. Das Abschreckmittel tritt infolge der
rückläufigen Bewegung des Heizleiters auf die zuletzt erhitzte Oberflüche aus. Der
Anschlag bewirkt ferner en ;gleichzeitiges Abschalten der elektrisclien'Leistung.
Selbstverständlich können auch mehrere Anschläge vorgesehen werden, die die einzelne?.
Zu- und Abschältvornä nge in eine genaue zeitliche Reihenfolge bringen. Zweckniäßig
wird nach Beendigung des Vorschubes die Leistung nicht sofort ausgeschaltet, so
daß das 1Ieizgerät bei eingeschalteter Leistung so lange in der ',iußei-steil Stellung
verharrt, bis die gewünschte Heizwirkung eingetreten ist. So kann einstellbar
lieisp'els@veise an. VerzÖgerungsrelais der Ablauf der einzelner. Be-@vegtilles-
und Schaltvcirg:inge gesteuert werden.
-
Bei Beginn des Aufheizens in der :fußersten Stellung zwischen Härtegerät
und Werkstück wird ebenfalls die Relativbewegung zwischen IIä rtegerä t und Werkstück
und/oder die Zuführung des Spritzmittels zudem entgegen der Bewegungsrichtung befindlichen
Spritzkammerteil, bezogen auf (las Einschalten des Stromes, verzögert eingeleitet.
Dies dient clazu, uni einmal in allen Teilen ein ;;leiclitniißig@s Aufheizen stattfinden
zu lasen und auch die Gebiete um die Hohlkehlen des Werkstückes eineu. genügenden
Aufheizen trotz @\ :irmcalbl@@1.1 und @tretiun- in die be-renzenden 'f'ei'e zu unterziehen.
\Veiterliin ist es ,tus Gründen der Abfuhr des Spritzmittels zwecktn(ti.ilg,
so "7u \'ef;tlire!i, uni eitlen Stau
([es I`ülilniittels zwischen Härtegerät
und be-11renzeildein Werkstückteil und der damit verhtindenen Gefahr des Zurücktretens
von Kühlfliissi;;I<eit unter (las 1-1;irteger;it zu vermeiden.
-
In manchen Fällen kann es zwecl;tniiliib senil, wie (lies in Abb.
,; allgecicutet ist, die I'rellluftlücher 2o nur auf einer Seite anzuordnen, (l.
1i. also, auf clie Abb. i übertragen, es würde mir %!in Luftschlitz o vorhanden
sein, während der Luftschlitz 5 entfiele. In dem Augenblick, wo die Vorrichtung
in die Nähe der Wange 2 gelangt ist und die Umschaltung durchgeführt wird, ist der
Spritzmittelschlitz 16 in Tätigkeit, und der Luftschlitz 6 übt eine Injektorwirkung
aus, derart, laß die aus dem Schlitz 16 austretende Abschreckflüssigkeit unter der
Heizeinrichtung hindurchgesaugt wird.
-
In Abb. 4. ist eine Schaltung dargestellt, wie sie für eine Einrichtung
gemäß der Erfindung Verwendung finden kann. Es soll der Wellenzapfen i, der von
Wangen z begrenzt wird, an seiner Oberfläche mit einer Härteschicht, die bei 21
gestrichelt angedeutet ist, versehen werden, wobei an den Stellen 22 durch Verzögerungen
in den Endstellungen des Heizgerätes tiefere Einhärtungen erzielt werdensollen.
Das @Verkstück selbst ist bei 23 ruhend oder drehbar eingespannt. Das Heizgerät
entspricht dem Heizgerät nach Abb. i. Zusätzlich sind lediglich die bei 4.2 dargestellten
Stützen'zur Zuführung und zur gleichmäßigen Verteilung der Preßluft angebracht.
-
Nachdem das aufklappbare Heizgerät auf den Zapfen in einer Lage aufgesetzt
ist, die in Abb. 4 angedeutet ist, wird durch den EinschaltknOpf 24. über das Schütz
25 vom Generator 2(i der Heizeinrichtung elektrische Energie zugeführt. # Gleichzeitig
oder verzögert wird über das Umschaltschütz :; der 'Motor 28 eingeschaltet, vier
die Bewegung der Härteeinrichtung in Richtung des Pfeifes 29 veranlaßt. Ebenfalls
gleichzeitig oder mit einer gewissen -`erzögerung wird über das 'lagtietsentil 3o
die Wasserzufuhr zum Reizgerät geöffnet, und zwar für clie hainnier I. Hat sich
nun das Heizgerät bis in die Nähe der linksseitigen Wange bewegt, gerat es in Berührung
tnit denn einstellbaren, Anschlag 31. Dieser einstellbare Anschlag oder Endausschalter
3 i unterbricht gleichzeitig oder verzögert das Schütz 25; in gleicher Weise wird
das Schütz 2 j .elbgeschaltet und (las Schütz. 32 eingeschaltet. 1's erfolgt dann
ein Rücklauf der Härteeinrichtung in hichttlli- des Pfeiles 33. Gleichzeiti- oder
mit einer -ewissen Verzögerung wird clie \\'asserzutuhr mittel,, des Magnetventils
34. "eüttnet und d;inlit Flüssigkeit der l#,-.ininier o zugefiilirt. Die 1 l:trtreltirtclituti
läuft sodann ibi@ ;in (leu :\n:chla:; 24 zurück, worauf dieser (len Vorschub in
Richtung des Pfeiles 33 untOrüricht. I)-;irch das \la-iietventil 35 wird die Zttf,,tlir
<1cr PreGluft ztt den @Stützen4? b-r_W. ZU dein 11eizIviterhohlrauni,; gesteuert.
L"In einen tniit(>ti"<<-ti Luftverbrauch zu vermeiden, kann finit .:\ussch:tltung
der hochfrequenten Leistung die Luftzufuhr ain 'laglletvelltil35 unterbrochen wer(Ien.
-
Mit Vorrichtungen dhr Erlinclutig la::sen sich mithin \\*ci-kstiicl<(#
Init Bünden
oder sonstigen symmetrischen oder unsymmetrischen Werkstoffanhäufungen
an den Enden im fortschreitenden Verfahren und allen dadurch gegebenen Vorteilen
erhitzen und durch Abschrecken härten. Die benötigte elektrische Energie ist gegenüber
einer Heizeinrichtung, die die gesamte Werkstückbreite überdeckt, wesentlich geringer,
und es ergibt sich daher die Möglichkeit, selbst solche Werkstücke mit Erfolg zu
behandeln, die aus Werkstoffen hergestellt sind, die an sich schon erhöhte Eiergien
verbrauchen, wie beispielsweise rost-und säurebeständige Stähle. Aber nicht nur
für Stähle, sondern überhaupt für a112 elektroinduktiv erwärmbare Werkstoffe, die
durch Erhitzen und anschließendes Abschrecken behandelt werden müssen, sind Vorrichtungen
der beschriebenen Art benutzbar.