DE865321C

DE865321C - Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Oberflaechenhaerten von zylindrischen Werkstuecken

Info

Publication number: DE865321C
Application number: DED10436A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr-Ing Seulen
Original assignee: ALFING KESSLER KOMM GES MASCHF; Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: ALFING KESSLER KOMM GES MASCHF; Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1951-10-17
Filing date: 1951-10-18
Publication date: 1953-02-02
Also published as: US2787566A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Oberflächenhärten von zylindrischen Werkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Oberflächenhärten von zylindrischen Werkstücken, und zwar insbesondere von Kurbelwellen, d. h. der Mittel- und Hublager einer Kurbelwelle. Bekanntlich hat sich bereits eine Reihe von Verfahren entwickelt, die das gleiche Ziel zum Gegenstand haben. Indes ist bei diesen Verfahren stets so vorgegangen worden, d:aß das Werkstück mit der jeweils zu härtenden Stelle gegenüber einer elektroinduktiven Härtestation eingespannt und entweder ruhend oder im Umlauf aufgeheizt und anschließend abgeschreckt wurde. Die Abschreckflüssigkeit wird hierbei nach erfolgter Aufheizung entweder aus der Induktorwindung heraus oder aus einer besonderen Abschreckmittelkammer, die in unmittelbarer Nachbarschaft des Induktors angebracht ist, auf die Oberfläche gespritzt.
Diese Verfahren haben sich in der Praxis bewährt, jedoch haben: sie Nachteile, weil die Welle, insbesondere die Kurbelwille, umgespannt werden muß, die Abschreckzeiten, die wesentlich länger sind als dieAufheizzeiten, dieHärtestationwährend dieser Periode festlegen, so daß, sie weitere Erhitzungen. erst dann ausführen kann:, wenn das Abschrecken der erhitzten Lagerstelle beendet ist, und praktisch nur mit Wasser als Abschreckmittel gearbeitet werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung soll demgegenüber die Einspannzeiben verkürzen, die Abschreckzeiten als Totzeiten für das Aufheizen; ausschalten und eine Wahl des Abflchreckmittels in Anpassung an dieWerkstoffeigenschaftengestatten, d. h: insbesondere die M,bglichkeit eröffnen, beispielsweise mit Salzlösungen, Öl oder Emulsionen zu arbeiten. Die Verwendung, von Sialzlöisungen ist dann. nicht nicigglich, wenn aus den Windungen gespritzt wird, weil sich die Öffnungen nrit Salz verkrusten würden und außerdem Teilkurzschlüsse nicht vermeidbar sind. Auch die Merwendung von Ölen. als Abschreckmittel ist nicht möglich, weil das auf die erhitzte. Oberfläche aufgespritzte Ö1 entflammen würde.
Diese Nachteile der bekanntenVerfahreii werden vermieden, wenn gemäß der Ertfi(ndung an mehreren Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen, jeweils hintereinander artgleiche Härtungsstellen, Znbesondere artgleiche Hublager b:zw. Mittellager, induktiv erhitzt werden und das gesamte Werkstück nach jeder Erhitzung in ein Abschreckbad abgesenkt wird, um dem nächsten Werkstück an der Heizstation Platz zu machen. Nachdem auf diese Weise - beispvelsweisedieEndlager erhitzt uüdabgeschreckt worden sind, wird der Induktionsheizkopf axial zu den .eingespannten Werkstücken verschoben und erneut hintereinander nunmehr jeweils ein Hublager erhitzt und durch Absenken: des gesamten Werkstückes in das Abschreckmittelbad gehärtet. A"uf diese Weise werden mit einer Einspannung von beispielsweise vier Kturbelwellen nacheinander sämtliche Mittellager und Hhblager behandelt, ohne daß für den Induktor gr@'@ßere Totzeiten entstehen; als notwendig ist, um jeweils den Induktor an die neue zu behandelnde Werkstückstelle heranzubringen bzw: um ihiv axial zu verschieben. Das Härten paßt sich auf diese Weisä besonders glücklich in eine Gesamtffließfertiguug ein.
Das Abschreckmittelbad kann bei dieser Arbeitsweise beliebig gewählt und so den Erfordernissen des zu härtenden Werkstoffes angepaßt werden. Es kann aus Wässer bestehen, vorzugsweise aber einen Zusatz zur Beeinflussung der Eigenschaften für die Härtung enthalten. Es ist ferner möglich, mit 01 zu arbeiten, weil die erhitzte Oberfläche der betreffenden Werkstücke sofort tief unter die @ Ö-lob@erfläche des Bades untergetaucht wird. Die Möglichkeit, Emulsionen verwenden zu kicbnen, ist besonders wichtig im Hinblick auf höher gekohlt-, legierte Werkstoffe: Zur Sicherheit ist es ferner mirglich,' das Abschreckbad aus verschiedenen Flüssigkeitsschichten aufzubauen, von der die oberste nicht entflammbar ist, um auf dies,- Weise mit Sicherheit Brände des Abschreckbades zu verhüten.
Das Verfahren ist, wie dargelegt, besonders vorteilhaft anwendbar für das Oberflächenhärten der Lagerstellen von Kurbelwellen. Es kann jedoch auch für zylindrische Kcrper anderer Form angewendet werden, beispielsweise glatte Wellen, Wellen mit Absätzen verschiedenen Durchmessers, .Nockenwellen od. dgl.
Erfindungsgemäß. wird zur Ausübung des Vierfahrens eine Vorrichtung besonderer Art verwendet, die im wesentlichen gekennzeichnet ist durch eine über einem Abschreckmittelbad angeordnete drehbare waagerechte Welle. Auf diese @N`elle- ist eine Planscheibe mit einer Vielzahl angetriebener Spann- oder Mitnehmerkäpfe aufgesetzt. Ferner ist die Welle ausgerüstet mit Nuten zur axial verschiebbaren Befestigung von: Reitst@;acken in einer den Slpannköpfen entsprechenden Anzahl. Die Reitstdclse köhnen durch eine axial verschiebbare Planrscheibe ersetzt sein, die lose umlaufende, nicht angetriebene SpannleÜpfe enthält.
Im nachfolgenden wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In dem gewählten Beispiel kcn.n.en gleichzeitig vier Werkstücke eingespannt werden. Ets ist selbstverständlich mc,glich, sinngemäß die gleiche Anordnung für eine grMere oder geringere Anzahl von gleichzeitig zu behandelnden Werkstücken auszulegen. Es istferner möglich, gegebenenfalls unter geringfügiger Umgestaltung, auf einer solchen Vorrichtung nicht nur Kurbelwellen, sondern auch Wellen, Nockenwellen u. dgl. zu behandeln.
Abb. i ist ein Längsschnitt gemäß. der Linie A-_A der Abb. 2; Abb: 2 ist eire Schnitt längs der Linie B-B der Abb: i ; Abb. 3 zeigt einen Schnitt etwa gemäß Abb. 2 mit: dem elektrischen Teil, und Abb. 4 ist eine Ansicht der Abb. 3.
Im oberen Teil des Abschreckinittelbehälters i ist in der Längserstrec1cung die Trägerwelle 2 gelagert. Auf dieser Trägerwelle befindet sich die Planscheibe 3s und mit ihr verbunden die Hülse 4, die mit Nuten 5 zur axial verschiebbaren Befestigung der Reitstcfcke 6 ausgerüstet ist. In der Planscheibe 3 befinden sich die Mitnehmer 7, die über ein Planetengetriebe angetrieben. werden.. , Der Antrieb erfolgt vom Motor 81 über Welle y und !S°chneclsenrad io. Im gewählten Beispiel lassen sich über einen Keilriemenantrieb durchUinstecken der Riemenscheiben verschiedene Geschwindigkeiten einstellen.. Diese werden, übertragen über die Wlelle g auf das Schneckenrad in, welches die Trägerwelle 2 und das Planetengetriebe antreibt.
Wird die Planscheibe durch ein Gesperre im festgehalten, so laufen die Mitnehmer 7 mit den eingespannten Wellen- und die Bremsscheibe 1;2 um, während die Hülse, 4 mit Planscheibe 3 und .Reitstöhken 6 ruht.
Wird das Gesperre i,it durch die Fußbetätigung 1,3, freigegeben, so setzt das Bremsband 14 die Bremsscheibe zz fest, ündt die Planscheibe 3: mit Hülse 4 und Reitstock 6 dreht sich um eine bestimmte Teilung weiter, so daß wiederum eine neue Welle zum Härten bereitliegt. Selbstverständlich kann die Fußbetätigung durch ein Handbetätigung ersetzt werden, oder es kann die Betätigung unter den Ein,fluß eines Relais gestellt werden.
Die Wärmebehandlung erfolgt durch Induktionserwärmung. Zu diesem Zweck wird z. B. der Hub oder das Lager einer Welle 16 von einem taschenföirmigen Induktor i5. umgeben, dessen Windungen 17 z. B. eine Heizleiterschleife bilden. Dieser Induktor 15 ist mittels einer Spezialbefestigung iß mechanisch, elektrisch und bezüglich der Wasser- -zufuhr an eurem Parallelograirrinträger t9 (&torchschnabel) angebracht. Dieser Storcbschnab-el ermFglicht es, daß der Induktor die Bewegung z. B. eines Hubes einer Kurbelwelle voll mitmachen kann.
Der Induktor ist elektrisch durch flexible Kabel 20 mit dem Transformator 21, verbunden und. bezügI.ich der M°asserzufuhr mittels Schläuchen 22 an die Kühlwasserverteilung 23 angeschlossen.
Induktor und Storchschnabel sind im gewählten Ausführungsbeispiel an einem `Vagen.-z4 befestigt, der mit seinen Rollen 25 auf den Schienen 26 bewegt werden. kann, die auf dem Rand des Kühlmittelbades angebracht sind. Die Fortbewegung des Wagens erfolgt durch ein Handrad 37, welches über Zahnräder auf die Rollen des Wagens einwirkt.. Es ist so m,c@glich, den Induktor an jede Stelle der Welle, z. B. Lager oder Hübe, zu bringen. Die Schwenkarme für den. Induktor kennen indes auch anders ausgebildet sein, insbesondere wäre es möglich, den Arm auf einer am Abschreckgefäß befestigten. Konsole zu lagern.. Das Kühlmittelbad ist bis etwa zur Linie z,#S mit Abschreckflüssigkeit gefüllt. Es ist besonders vorteilhaft, den Behälter r doppelwandig auszubilden, so daß mittels einer nicht dargestellten Pumpenanlage das Abschreckmittel umgewälzt «-erden kann. Die Düsen, die das Abschreckmittel jeweils wieder demBade zuführen, «-erden hierbei vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Austritts Üffnumyen iit der HSlie der einzelnen erhitzten Lagerstellen liegen. Auf diese `''eise wird sichergestellt, daß die abzuschreckenden Abschnitte mit genügend Külrlflüssigh@eit beaufschlagt werden. Außerdem wird auf diese Weise sicher erreicht, daß, das gesamte Abschr.eckinittel in ständiger Bewegung bleibt.
Selbstverständlich sind an der Vorrichtung AbwandJungear m-,glich, ohnedaßdadurch vomGrun.dgedanken der Erfindung abgewichen würde. So kcainen beispielsweise die 1.Z.eitst@icke 6 durch eine Planscheibe ersetzt sein, die eine entsprechende Anzahl von Shairirlc:Fipfen trägt, die in der Planscheibe umlauen hör Viren, jedoch selbst nicht angetrieben sind. Es ist ferner möglich, b,cispielsweise auch aufklappbare Spulen als Induktoren zu benutiz:en oder Induktoren zu verwenden, die mäanderf:@rimige Heizleiterteile haben. Bei entsprechend froher Frequenz kennen auch lin.ienfbrinige Induktoren Anwendung finden.
Die Arbeitsweise der Vbrrichtung erfolgt so, daß nach dein Einlegen bzw. Einspannen der vier Wellen zunächst die Antriebsvorrichtung in: Tätigkeiti gesetzt wird. Alle Wellen rotieren, davoni drei Stück im Wasser. Der Induktor wird auf den zu härtenden Kurbelwellenzapfen aufgelegt, beispielsweise auf den Hubzapfen, und macht, wie beschrieben, die Drehbewegung mit. Gleichzeitig wird der llittelfreduenzgeneratorzugeschaltet. BenötigteLeistung, Erhitzungszeit und die Kompensation sind vorher auf der Bedienungstafel eingestellt bzw. vorgewählt worden. Zu diesem Zweck sind auf der Tafel für insgesamt fünf verschiedene Lagerabmessungen die dazu erforderlichen Erinstellvorrichtungen angebracht. An der Härtemaschine betiiitden sich die dazu gehörenden Druckknöpfe zum Einschalten. Nach der eingestellten Aufheizzeit, beispielsweise 6, Sekunden, schaltet die Anlage ab. Gleichzeitig hebt sich das Härtegerät mittels elektrohydraulischen Hubgerätes 2,9 von dem Wellen, zapfen ab. Die Planscheiben machen eine Drehbewegung um 9o°. - Damit wird das erhitzte Werkstück ins Wasser getaucht und abgeschreckt. Die Wellen rotieren weiter, wodurch eine gute Abschreckwirkung erreicht wird. Außerdem ist für eine gute Durchwirbelung des Wassers gesorgt. Anschließend wird das Härtegerät auf den Hubzapfen der nächsten Welle gelegt, und der vorbeschriebene Vorgang wiederholt sich, bis alle Hublagezapfen der vier #Kellen gehärtet siitid. In gleicher Weise erfolgt das Härten der übrigen Wellenzapfen. Es muß jedoch für jede andere Zapfenabmessung, in der Regel sind es vier verschiedene, manchmal fünf, der Härtekopf ausgetauscht werden, was aber infolge der Klemmvorrichtung ohne großen Zeitverlust miäglich ist.
Verlustzeiten durch das Abschrecken -entstehen bei dieser Anordnung nicht. Anschließend werden nacheinander alle Wellen herausgenommen und vier neue, zu härtende eingelegt.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei Verwendung von Öl als Abschreckmittel die Gefahr des Entflammens nicht groß ist. Siekann aber erforderlichenfalls unterbunden werden, indem auf der Oberfläche 28 in an sich bekannter Weise eine nichtentflammbare Flüssiglceit mit gering--rem spezifisch ein Gewicht aufgegossen -wird, durch die hindurch die erhitzten Werkstücke unter die Radoberfläche gebracht werden.
Da die- Kühlmitteldiiseil, die die umgewälzte Flüssigkeit dem Bad wieder zuführen, jeweils auf die I_ag;rst.:lletr der Welle gerichtet sind, ist eine hinreichende Abschreckwirkung unter ständigem Umlauf der betreffenden Lagerstellen gesichert.
Die N-brrichtung bietet mithin nicht nur deit Vorteil, daß in, einer Einspannoperation vierW,ell,en gleichzeitig eingespannt werden, sondern daß dies auch geschehen kann, ohne die Kurbelwellen ausmittig einzuspannen. Der ständige Umlauf der Werkstücke sowohl beim Erhitzen als auch beim Abschrecken vermeidet Verzugserscheinungen, die sonst als Folge des Erhitzers eintreten kbaiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r,. Verfahren: zum induktiven Oberflächenhärten zylindrischer Werkstücke, insbesondere Kurbelwellen, dadurch gekennzeichnet, daß an mehreren @-ierhstücken, insbesondere Kurbelwellen, jeweils hintereinander artgleiche Härtungsst-ellen, insbesondere artgleiche Hublager bzw. Mittellager, induktiv erhitzt werden und das gesamte Werkstück nach jeder Erhitzung in ein. Abschreckbad abgesenkt wird, um dem nächsten Werkstück an der Heizstation Platz zu machen.
2. Verfahren nach Ahspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschreckmittelbad schichtweise aus entflammbarer und nichtentflammbarer Flüssigkeit besteht.
3. Vbrrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und z, insbesondere zum Oberflächenhärten vorn Kurbelwellen, gekennzeichnet durch eine in oder über einem Abschreckmittelbad angeordnete drehbare waagerechte Welle mit aufgesetzter, eine Vielzahl, insbesondere vier angetriebene (Spannköpfe tragender Planscheibe und mit Nuten zur axial verschiebbaren Befestigung von Reitstecken in einer den Spannköpfen entsprechenden Anzahl. q..
Vorrichtung nach Anspruch 3,, dadurch gekennzeichnet, daß die Reitstöcke durch eine axial verschiebbare Planscheibe mit einer entsprechenden Anzahl loser, nicht angetriebener Spannköpfe ersetzt sind.
5;. Vorrichtung mach Anspruch; 3 und 4, gekennzeichnet durch ein Planetengetriebe zum Antrieb der Welle und der Spanuköipfe.
6: Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5-, gekennzeichnet durch eine durch Hand, Fuß oder Relais betätigte Auslösung zur 'Freigabe der Planscheibe zwecks Weiterschältens um eine Teilung unter gleichzeitigem Umlauf der Werkstücke um die Eigenachse.
7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch ein aus Induktor, vorzugsweise in der Fbrm einer oder mehrerer Heizleiterschleifen, und Zwischentransformator bestehendes Heizgerät, das auf hochklappbaren, in Längsrichtung der Gesamtvorrichtung verschiebbaren, gegebenenfalls abnehmbaren Schwenkarmen gelagert ist. &. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Induktors durch Parallelogramm- oder Hebelsteuerung erfolgt, die eine erwünschte Gleich- bzw. UngleichMrmigkeit der Bewegung des Heizleiters gegenüber dem Werkstück erzeugt, g. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer bestimmten, einstellbaren Zeit oder nach Erreichung einer bestimmten Temperatur des Werkstückes eine elektrisch betätigte Vorrichtung den Induktor vom Werkstück abhebt bzw. die Heizung unterbricht. ito. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm auf einer am Abschreckgefäß angebrachten Konsole gelagert ist. ri. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis ilo, gekennzeichnet durch eine, Anordnung zur Abführung der Wärme aus dem Kühlmittel in Form von Mühlschlangen oder einem doppelwandigen Behälter. i(2. Vorrichtung nach Anspruch 3, bis ili, gekennzeichnet durch Düsen für die Rückführung des Abschreckmittels zum Bad, deren Austrittsstellen in der Hehe der zu härtenden Abschnitte der ins Abschreckbad abgesenkten Werkstücke angeordnet sind.