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Verfahren und Vorrichtung zum rißfreien Oberflächenhärten von Zahnradflanken
Die Erfindung bezieht sich auf ein: Verfahren, bei welchem Zahnradflanken dadurch
an ihrer Oberfläche gehärtet werden, daß sie mit einer Brennerflamme überfahren
und dann abgeschreckt werden, bevor die zugeführte Wärme tiefer in das Werkstück
eingedrungen ist.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wärmt man die Zahnflanke
zunächst dadurch vor, daß man; sie mit der von Hand geführten Brennerflamme in ihrer
Längsrichtung überfährt, und erhitzt sie im Anschluß hieran auf die Härtetemperatur.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß Härterisse vermieden werden, was, nicht in
dem gleichen Maße der Fall ist, wenn man die zu härtende Zahnflanke ohne Vorwärmun.g
in- einem Zuge mittels des Brenners auf die Härtetemperatur bringt.
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Auch die Erfindung bezieht sich auf ein derartiges Verfahren. Ihr
liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszubilden, daß man zu seiner Ausführung
keiner besonderen Übung und Erfahrung bedarf, wie es bei dem bekannten Verfahren
der Fall ist, bei welchem man. die richtige Härtetemperatur an den Glühfarben erkennen
muß. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von ein und derselben Stirnfläche des
Zahnrades ausgehend sämtliche Zahnflanken einzeln oder
zahnweise
nacheinander mit der Härteflamme unter gleichbleibendem Abstand von der Behandlungsfläche
zunächst gleichmäßig schnell und dann in unmittelbarem Anschluß daran in entgegengesetzter
Richtung langsam, jedoch bei Anwendung auf Kegelräder mit ungleichförmiger, der
Zahnverjüngung angepaßter Geschwindigkeit überfahren werden. Bei diesem Verfahren
braucht man daher nur die der Zahnstärke und dem: Werkstoff entsprechend zu wählenden
Geschwindigkeiten einzuhalten, um ein bestimmtes Härteergebnis zu erzielen.
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Bei dem bekannten Verfahren werden beide Zahnflanken eines Zahnes
gleichzeitig erhitzt, um die Wärmespannungen zu verringern und um zu vermeiden,
daß beim Härten einer Flanke die bereits zuvor gehärtete etwa wieder ausgeglüht
wird. Auch beim vorliegenden Verfahren empfiehlt es: sich, die Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens mit zwei Brennern. auszurüsten, welche ihre Flammen gleichzeitig
auf die beiden Flanken eines Zahnes richten. Handelt es sich um das Härten von Kegelrädern,
so sind erfindungsgemäß die beiden Brenner während des: Überfahrens des zu härtenden
Zahnes durch ein Trieb-,verk quer zu ihrer Bewegungsrichtung verstellbar angeordnet.
Durch die Querverstellung wird sichergestellt, daß die Härteflamme einen gleichbleibenden
Abstand von der Behandlungsfläche einhält.
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Mangels besonderer Vorkehrungen ist indessen zu befürchten, daß die
beiden Brenner, wenn sie den sie gegeneinander abschirmenden Zahn überfahren haben,
sich gegenseitig mit ihren Brennerflammen beschädigen. Um das zu verhindern, haben
erfindungsgemäß die Flammendüsen der beiden Brenner eine derartige Neigung' daß
die Flammen eines jeden Brenners an dem gegenüberliegenden vorbeizielen.
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Aus dem gleichen Grunde rückt außerdem das Triebwerk die beiden Brenner
schnell auseinander, sobald sie am Ende; des Vorwärmhubes an dem verjüngten Ende
des Zahnes vorbeigegangen sind.
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Da die Brennergeschwindigkeit von der Stärke des Zahnes und vom Werkstoff
abhängt, muß sie sich leicht regeln lassen; wenn man die Vorrichtung so ausbilden
will, daß sie sich auf verschiedenartige Zahnräder anwenden läßt. Dieser Bedingung
wird in einfachster Weise dadurch genügt., daß bei Anordnung der Brenner auf einem
hydraulisch angetriebenen Schlitten ein Drosselorgan die Geschwindigkeit des Brennerschlittens
während der Schlittenbewegung verändert.
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An: sich ist es nicht mehr neu, Verfahren zum Oberflächenhärten von
Zahnradflanken durch überfahren mit einer Brennerflamme maschinell auszuführen.
Die bekannten Vorrichtungen arbeiten jedoch ohneVorwärmung in der Weise, daß die
Brennerflamme die Zahnflanke in einem Zuge bis zur Härtetemperatur erwärmt. Bei
Erreichen des Hubendes wird die Flamme ausgeschaltet, und der Brenner wird dann
in die Ausgangslage zurückgeführt, während das Zahnrad weitergeschaltet wird. Bei
diesem Verfahren können leicht Härterisse auftreten, auch muß der Brenner verhältnismäßig
langsam über die Zahnflanke geführt werden, um diese hoch genug erhitzen zu können.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung hat demgegenüber den Vorteil der Vermeidung
von Härterissen und ist sowohl bei halb- als auch bei vollautomatisch: ausgestalteten
Vorrichtungen anwendbar, wodurch Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit gewährleistet
sind.
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Die Einzelheiten der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet
sind, veranschaulichen an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels die Zeichnung.
In dieser zeigt Abb. i eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht des Härtegerätes,
das zum Härten eines Kegelrades eingestellt ist, Abb.2 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung der Bauart und Wirkungsweise der hydraulischen Steuerung.
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Es sind zwei Gebläsebrenner für Sauerstoff und Acetylen vorgesehen,
die gleichzeitig die beiden Flanken ein und desselben Zahnes erwärmen. Jedem Brenner
ist in bekannter Weise eine Abschreckmitteldüse zugeordnet. Auswechselbare und einstellbare
Kurvensteuerschienen lassen die von den beiden Brennern beschriebenen Bahnen nach
dem verjüngten. Ende des Kegelradzahnes hin zusammenlaufen und den Abstand der Brenner
von den Zahnflanken trotz der Verjüngung des Zahnes gleichbleiben. Die beiden Brenner
und die Abschreckdüsen werden von einem hvdraulisch hin und her bewegten Schlitten
getragen, dessen Geschwindigkeit durch Steuerventile derart beherrscht wird, daß
beim Härtebub die Änderung der Zahnstärke und Zahnhöhe durch Änderung der Geschwindigkeit
ausgeglichen wird. Die Geschwindigkeit beim Vorwärmhub wird in der gleichen Weise
der Zahnstärke an gepaßt.
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Das Zahnrad G (Abb. i) möge zwanzig gerade Zähne aufweisen, deren
Flanken. 21 und 22 nach innen, zusammenlaufen. Die beiden mit Wasser gekühlten Brenner
qo und .11 sind an die Leitungen .I2 und ..1.3 für das Brenngasgemisch. angeschlossen.
Diese Leitungen sind in Blöcken ,44 und d5 befestigt und durch Schlauchleitungen
.16 und 47 mit einem gemeinsamen Zuführungsrohr für das Gasgemisch verbunden. Der
Abschreckung
der auf Härtetemperatur erhitzten Zahnflanken dienen
zwei Kühlmittelleitunben 54 und 55, welche mit den Brennern mittels der Blöcke 44
und 45 in Verbindung stehen,.
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Die Blöcke 44 und 45 sind in Gleitbahnen des hin und her gehenden
Schlittens 7o quer verschiebbar. Die Führungen für den hin und her gehenden Schlitten
70 werden von einem Tisch 76 gebildet.
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Der Tisch 76 trägt einen Zylinder 84, in dem ein Kolben 85 geführt
ist. Eine Kolbenstange 86 verläuft durch den Zylinderdeckel 87 des Zylinders hindurch
und ist mittels eines Zapfens 88 mit dem Schlitten 70 verbunden. Der
Zapfen 88 verbindet gleichzeitig eine Platte 89 mit dem Schlitten., die daher zusammen
mit dem Schlitten hin und her geht. Sie gleitet in Führungen oben auf dem Zylinder
84 und trägt einen Mitne hmer 9o. .Dieser Mitnehmer ist in einem Schlitz 92 der
Platte 89 verschiebbar und feststellbar. Ferner trägt die Platte 89 eine Schubkurvenschiene
94, die um einen in der Platte 89 sitzenden, Bolzen 95 schwenkbar und in ihrer jeweiligen
Einstellage feststellbar ist.
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Mit dem Zylinder 84 steht ein Gehäuse ioo für einen Umkehrschieber
ioi sowie ein Gehäuse ioä für zwei Drosselschieber 103 und io4, die in: Abb. 2 im
Schnitt getrennt veranschaulicht sind, in Verbindung. Der Umsteuerschieber ioi bestimmt
die Antriebsrichtung des Schlittens 7o durch den Kolben 85. Die Drosselschieber
103 und 104 regeln die Geschwindigkeit dieses Antriebs während des Härtehubes.
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An: den Schieber 103 ist durch einen Gelenkzapfen 107 eine
Stange io6 angeschlossen., die mit einer Nockenrolle io8 auf der Schubkurvenschiene
94 läuft. Eine zwischen dem Schieber io3 und dem Deckel i io des Schiebergehäuses
eingesetzte Schraubenfeder iog drückt die Rolle io8 an die Schiene 94. Sie umgibt
eine Zugstange 112, die an dem Schieber befestigt ist, durch die Deckelplatte iio
hindurchgeht und außen einen Stellknopf trägt. Das Schiebergehäuse io2 ist mit einer
Einlaßöffnung 115 und einer Auslaßöffnung 116 versehen. Der Schieber 103 selbst
hat zwei zylindrische Teile 1:17 und 118 sowie einen abgeschrägten Teil ii9, der
in, den zylindrischen Teil 118 übergeht und, den Drosselquerschnitt der Öffnung
i i 5 bestimmt. Die zylindrische Fläche 117 ist durch einen Abschnitt i2o von. verringertem
Durchmesser mit dem abgeschrägten Teil iig verbunden. Die freie Dürchtrittsfläche
der Öffnung 115 bestimmt die Geschwindigkeit des Kolbens 85 und ist abhängig von
der Einstellung und dem Profil der Schiene 94.
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Der Schieber 104 dient zur Regelung der Geschwindigkeit des Kolbens
85 bei dem Härtehub unabhängig von der Einstellung des Schiebers 103. Der Schieber
104 entspricht mit den zylindrischen Teilen 125, 126,
der Schrägfläche
127, dem Abschnitt 128 von geringerem Durchmesser und der Öffnung 129 in der Bauweise
dem Schieber 103.
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Der Schieb°r 104 wird in die Offenstellung durch eine Schraubenfeder
132 gedrückt. Zur genauen Einstellung des Drosselquerschnitts der Öffnung 129 dient
eine gerändelte, auf .eine Buchse 135 des, Deckels 136 aufgeschraubte Mutter 134.
Die Mutter 134 ist mit einer Stange 137 verstiftet, die durch den Deckel
136 hin.durchragt und auf eine in. einer Aussparung 139 des Schiebers. io4
liegende Kugel 138 drückt. An ihrem verjüngten Rande ist die Mutter 134 mit einer
Einstellteilung versehen. Der Umsteuerschieber ioi wird in der einen Richtung durch
eine Schraubenfeder 140 verschoben. In der anderen Richtung kann, der Schieber durch
einen Handgriff 144 verschoben. werden, der bei 145 gelagert und mit der Schieberstange
141 durch eine Stange 147 verbunden ist.
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Der Umkehrschieber kann von Hand nach links verstellt und in dieser
Lage mittels eines Ansatzes i5o und einer Sperrklinke 151 gesperrt werden.
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Um die Rückbewegung des Kolbens. 85, also die Vorwärmbewegung, herbeizuführen;
wird der Hebel 144 aus der in, Abb.2 gezeigten Lage herumgeschwenkt, bis die Sperrklinke
151 einfällt, und in dieser neuen Einstellabe gehalten, bis die Klinke am Ende der
Rückbewegung des Kolbens 85 mittels des Mitnehmers 9o von dem Ansatz i5o gelöst
wird, so daß der nun freie Hebel und damit der Schieber ioi durch die Feder 140
wieder zurückgeschoben und. selbsttätig eine Vorwärtsbewegung des Kolbens bewirkt
wird.
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Die Blöcke 44 und 45 stehen unter der Wirkung einer sie voneinander
fortdrückend.en Schraubenfeder 16o. An der Außenseite tragen die Blöcke 44 und 45
je eine Nockenrolle 162. Diese rollen auf schwenkbaren und feststellbaren Schubkurvenschienen
163 und 164 ab.
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Verschiebt sich der Schlitten 70, so werden die Blöcke 44 und 45 quer
zur Längsbewegung des Schlittens einander genähert oder voneinander entfernt.
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Bei der Härtung wird der Drosselschieber io4 nach Erfahrungswerten
durch die gerändelte Mutter 134 auf die erforderliche Grundgeschwindigkeit der Brenner
beim Härtehub genau eingestellt. Die Schubkurvenschiene 94 auf der Platte 87 wird
nach Erfahrungswerten auf die erforderliche Änderung der Geschwindigkeit beim Härtehub'
schräg
gestellt. Der 1VIitnehmer go wird an dem Schlitz 92 entsprechend der Zahnlänge eingestellt.
-Nun wird der Handhebel 144 von der in Abb. 2 gezeigten Grundstellung ausgehend
nach links in die Einklinklage geschaltet.
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Dies verstellt den Umsteuerschieber, so daß das von der Speiseleitung
zoo aus zugeführte Drucköl durch den Kanal toi in das linke Ende des Zylinders 84
belangt, während das rechts vom Kolben im Zylinder 84 befindliche Öl durch den Kanal
202 und: die Auslaßleitung 2o3 zum Ölsumpf zurückfließt. Infolgedessen bewegt sich
der Kolben 85 nach rechts und führt hierbei den Schlitten mit den. Brennern und
den Abschreckmitteldüsen über die vorzuwärmenden Zahnflanken. Die Abschrecl:mittelstrahlen
laufen hierbei ohne merkliche Wirkung vor den Brennerflammen her.
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Dabei vergrößert sich fortschreitend der Abstand der Brenner und Sprühdüsen.
unter der Wirkung der Schubkurvenschienen 163 und 164 und der Feder 16o.
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Ist der Vorwärmhub des Kolbens nach rechts beendigt, so klinkt der
blitnehmer go die Sperrklinke 15 i aus, so daß der Handhebel 144 durch die
Feder i4o nach rechts zurückschnellt. Die Feder 140 verstellt hierbei den Umsteuerschieber
ioi in die in Abb.2 gezeigte Ausgangslage, so daß nunmehr das zugeführte Drucköl
über den Kanal 2o2 zum rechten Ende des Zylinders 84 gelangt, während das im linken
Ende befindliche 01 durch den Kanal toi, die Leitung 205 und deren Abzweigungen
2o8, Zog. über die Drosselschieber 103, 104 und deren Abflußleitun.gen 2o6, 2o7
in den Ölsumpf abfließt. Durch die Einstellung der gerändelten Mutter 134 bzw. der
Schubkurvenschiene 94 wird der Strömungswiderstand der Abzweigleitung 2o8 bz-,v.
Zog bestimmt.
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Der Kolben 85 bewegt sich infolge dieser Drosselungen nach links ziemlich
langsam. jedoch von rechts nach links mit zunehmender Geschwindigkeit. Da die Zahnstärke
von außen nach innen abnimmt, wird durch diese Zunahme der Brennergeschwindigkeit
der Zahn an allen Stellen über seine ganze Länge hin richtig erhitzt, ohne an den
Stellen des geringeren Querschnitts überhitzt und verbrannt zu werden.
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Auch werden die Brenner bei dieser Bewegung mit unveränderlichem Abstand
von den Zahnflanken einander mehr und mehr genähert, da durch die Schubkurvenschienen
163 und 16.a. und' die Rollen 162 die Blöcke 44 und 45 entgegen der Kraft der Feder
16o zusammengedrückt werden.
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Hierbei laufen die Brenner vor den Sprühdüsen her und erhitzen die
Zahnflanken bis zur Härtetemperatur, worauf diese von den Sprühdüsen fortschreitend
sofort abgeschreckt werden.
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Der Härtehub der Brenner ist beendigt, wenn der Kolben 85 an dem linken
Ende des Zylinders 84 anlangt. Dann schaltet man das Zahnrad G weiter, um seinen
nächsten Zahn in die Bewegungsbahn der Gebläsebrenner zu bringen.
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Wie die Abb. 2 zeigt, sind die Schubkurvenschienen 163 und 164 bei
225 und 226 an ihren linsten Enden scharf abgeschrägt, um die Brenner 4o und 41
schnell voneinander fortzuführen, sobald sie sich über das innere Ende der Zahnflanken
hinwegbewegt haben.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind anwendbar
auch bei der Härtung anderer Zahnradarten, wie Stirnräder und Spiralräder. Bei der
geringeren Länge der Stirnräder genügt es, beim Härtehub eine gleichmäßige Brennerg.eschwindigkeit
zu verwenden, da die Abkühlungskurve der vorgewärmten Zahnflanken nicht so steil
verläuft wie die Erhitzun.gskurve und somit ein verschiedener Zeitraum zwischen
Vorwärmung und Erhitzung infolge der geringeren Zahnlänge ohne praktische Auswirkung
ist.