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Vorrichtung zum teilweisen Oberflächenhärten metallischer Werkstücke
Es ist bereits bekannt, für das Oberflächenhärten metallischer Werkstücke einen
Induktor zu verwenden, der das Werkstück spulenartig umfaßt. Um die Härtung hervorzurufen,
wird das Werkstück nach dem Aufheizen in ein bereitgestelltes Abschreckmittelbad
@befördert. Auch für das Gasflarnmenerhitzen sind derartige Maßnahmen bekannt, die
mit Aufnahmefutter für das Werkstück arbeiten, wobei das Futter mittels mechanisch
oder elektromagnetisch zu erstsperrender Verriegelungen schrittweise aus der Heizstellung
in die Abschreckstellung verschwenkt wird. Weiterhin ist bekannt, die Härtung beim
induktiven Erhitzen vorzunehmen, indem nach beendetem Aufheizen das Abschreckmittel
durch Öffnungen auf die Werkstückoberfläche austritt, die sich zwischen =den Gängen
des Heizinduktors befinden oder unmittelbar im Heizinduktor selbst vorgesehen sind.
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Es hat sich nun gezeigt, daß beim Oberflächenhärten mit Vorrichtungen,
bei denen das Werkstück nach dem Aufheizen in ein bereitgestelltes Abschreckmittelbad
gebracht wird, die Härteannahme der gleichmäßig aufgeheizten Oberfläche nicht ausreichend
ist, da infolge der Dampfbildung an,der Werkstückoberfläche die Gefahr der Bildung
von Weichfleckigkeit besteht. Die Anwendung von Härteeinrichtungen, bei denen das
Abschreckmittel zwischen den Induktorwindungenhindurch oder.aus dem Induktor selbst
auf die erhitzte Werkstückoberfläche aufgespritzt wird, hat den Nachteil, daß die
erhitzte Werkstückoberfläche nicht gleichmäßig von -dem Spritzmittel getroffen wird.
Bei derartigen
Vorrichtungen verird das Abschreckmittel im allgemeinen
nach Beendigung des Aufheizens dem eigentlichen Spritzraum über ein Ventil, beispielsweise
ein Magnetventil, zugeführt. Naturgemäß wird eine völlig gleichmäßige Verteilung
ges Abschreckmittels in -dem gesamten Spritzraum erst nach einer gewissen Zeit erreicht.
Bis zum Ablauf dieser Zeit tritt- durch die in unmittelbarer Richtung des Abschreckmittelstromes
liegenden Spritzöffnungen eine größere Menge des .Abschreckmittels aus und beaufschlagt
dementsprechend :den diesen Spritzöffnungen benachbarten Teil der erhitzten Werkstückoberfläche
stärker, als dies andenübrigen Stellen ;der Fall ist. Ein gleichmäßiges Härtegefüge
kann .auf diese Weise nicht oder nur sehr schwer erzielt werden.
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Diese Nachteile bekannter Einrichtungen machen sich besonders bemerkbar,
wenn es sich darum handelt, Werkstücke nur an bestimmten Stellender Oberfläche zu
härten, wie dies beispielsweise bei Steuerhebeln, Mitnehmern, Auswerferkrallen,
Nockenscheiben, Bremsscheiben u. dgl. erforderlich ist. Hinzu kommt, daß hierbei
im allgemeinen eine möglichst geringe Härtetiefe eingehalten werden muß. Naturgemäß
nehmen die Schwierigkeiten bei abnehmender Härtetiefe -und Erhitzungstiefe in erheblichem
Maße zu, da infolgeder Wärmewanderung nach dem Werkstückinnern im Augenblick des
Abschreckens die Gefahr ungleichmäßiger Temperaturen an der Oberfläche besteht,
zumal wenn zwi= scher. dem Ende des Aufheizens und ,dem Beginn des Abschreckens
eine gewisse Zeit vergeht. Ungleichmäßige Härteannahme ist die Folge.
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Bekanntlich ist es beim- Erhitzen mit Flammen nicht möglich, Heizstelle
und Abschreckstelle unmittelbar nebeneinander anzuordnen, ohne daßhierdurch große
Schwierigkeiten entstehen. Es muß daher zwangsläufig einige Zeit vergehen, ehe das
Werkstück aus der Heizstellung in die Abschreck-. stellung gelangt, und es hat keinen
Sinn, diese Zeitspanne zu verkürzen, obwohl dies aus Gründen rein härtetechnischer
Art erwünscht wäre.
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Beim elektroinduktiven Erhitzen ist es aber an sich möglich, die Abschreckstelle
in die Nähe der Heizstelle zu legen, und die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe,
wie der Transport von der einen Stelle zur anderen in kürzester Zeit erfolgen kann.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spule
an einer Stelle mit Jochpaketen versehen wird und an einer zweiten Stelle Auslässe
für das Spulenkühlwasser besitzt, das dauernd strömt' Diese Stelle bildet -die Abschreckstelle.
Das konzentrisch zur Spule angeordnete Werkstück braucht lediglich um einen. gewisser
Betrag gedreht oder geschwenkt zu werden, um von. der einen zur anderen Stelle gebracht
zu werden.
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Die Erfindung bedient sich zum elektroinduktiven Teiloberflächenhärten
metallischer Werkstücke eines dreh- oder schwenkbaren: Aufnehmers, in den das Werkstück
eingelegt wird. Der Aufnehmer aus -Isolierstoff ist der Form des Werkstückes genau
angepaßt und hält es in jeder Lage unter Vermeidung seitlicher Verschiebungen u.
dgl. sicher fest. Durch mechanisches oder elektromagnetisches Auslösen einer Klinke
wird sodann durch Drehung des Aufnehmers das Werkstück in die Aufheizstellung gebracht,
d. h. -die am Werkstück zu härtenden Oberflächenteile werden in eine Lage gebracht,
in der sie sich in enger Nachbarschaft zu den Aufheizstellen des Induktors befinden.
Nach beendetem Aufheizen wird durch mechanisches oder elektromagnetisches Entsperren
einer Verriegelung ein weiteres Verschwenken des Werkstückes in die Abschreckstellung
vorgenommen. Der Vorgang spielt sich mithin so ab, daß zunächst das Werkstück in
den Aufnehmer eingelegt wird, sodann wird beispielsweise durch Fingerdruck auf eine
Klinke die Verriegelung-gelöst, worauf sich das Werkstück in die Heizstellung dreht.
Nachdem .das Aufheizen -beendet ist, ..wird beispielsweise durch ein einstellbares
Zeitm:eßglied (elektrisches Zeitrelais) eine weitere Verriegelung gelöst, wodurch
der Aufnehmer bzw. das Werkstück mittels Federkraft oder durch Gewichtszug in die
Abschreckstellung gebracht wird.
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Bei dem angestrebten Härtevorgang ist es besonders wichtig, daß jedes
Werkstück sowohl in der Aufheiz- als auch in der A'bschreckstellung stets genau
die gleiche Lage zum Heizleiter bzw. zur Abschreckbrause einnimmt; denn nur so läßt
sich ,die erforderliche Gleichmäßigkeit der Erzeugung bezüglich Härteannahme und
Härtetiefe gewährleisten. Aus ,diesem Grunde ist der Aufnehmer so ausgebildet,-
daß sowohl in der Aufheiz- als auch in der Abschreckstellung eine genaue seitliche
Halterung des Werkstückes erfolgt. Da die Stellung des Aufnehmers in Drehrichtung
durch die Verriegelung -genau fixiert ist und die Lage der Werkstücke seitlich beispielsweise
durch Führungsbunde oder Vorsprünge am Aufnehmer gesichert -ist, befindet sich jedes
Werkstück während -des Aufheizens und Abschreckens selbsttätig in genau der gleichen
Stellung, so daß bei Einshaltung der elektrisch,en und härtetechnischen Faktoren
die Ausbildung der Härtezone in jedem Fall ,die gleiche werden muß.
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Das Kühlwasser für den Heizleiter wird gleich--zeitig als Abschreckmittel
benutzt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das Abschreckmittel dauernd aus der
Spritzeinrichtung austritt und seine Zufuhr nicht erst im Augenblick des Abschreckens
selbst, beispielsweise durch ein Magnetventil, eingeleitet wird. Es sind somit die
Strömungsgeschwindigkeit, der Druck und die zugeführte Menge während des gesamten
Abschreckens stets gleich. Diese Tatsache begünstigt eine gleichmäßige Oberflächenhärtung
an den gewünschten Stellen. Da außerdem auch der Weg von der Aufheizstellung in
die Abschreckstellung sowie ;die Geschwindigkeit -der Bewegung der Werkstücke in
jedem Fall gleich sind, sind alle Voraussetzungen gegeben, um stets gleichmäßige
Härtezonen, zu erzielen und damit eine gleichmäßige Erzeugung sicherzustellen.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung dargestellt,
die dem Zweck des O'berflächenhärtens
eines Mitnehmerhebels dient, der in Abb. i' bei i .dargestellt ist.
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Abb. i zeigt eine seitliche ,Ansicht, Abb. 2 einen Teillängsschnitt
der Vorrichtung. Das Werkstück i soll an der schraffiert angelegten Stelle i' mit
einer Härteschicht versehen werden. Für das Werkstück ist gemäß der Erfindung ein
vorzugsweise aus Isolierstoff hergestellter Aufnehmer 2 vorgesehen, der eine den
Formen -des Werkstückes entsprechende Ausfräsung hat. Nach -dem Einlegen des Werkstückes
in den Aufnehmer wird mittels der Taste 3 die Klinke 4. ausgelöst, worauf sich der
Aufnehmer und damit das Werkstück i in die in Abb. i gestrichelt eingezeichnete
Stellung i i bewegt. Durch die mit Führungsbunden 5 versehene Deckplatte 6, welche
eine Ausfräsung 7 besitzt, wird das Werkstück in Seitenrichtung unverrückbar in
der Aufheizstellung i i gehalten. Die Ausfräsung 7 ist gerade so groß, daß das Werkstück
i in der Ausgangsstellung ungehindert eingelegt werden kann. Das Aufheizen wird
in bekannter Weise durch eine ringförmige Induktionsspule 8 vorgenommen. Der Induktor
ist mit Hohlleitern ausgerüstet, wobei der Hohlraum 9 zum Zwecke der Kühlung wasserdurchflossen
ist. Gegenüber der Aufheizstellung des Werkstückes ist,die Heizspule mit einem Joch
io aus lamellierten Blechen versehen, um an dieser Stelle die Heizströme zu konzentrieren.
In Abb. 2 ist zu erkennen, daß der Heizleiter im Bereich der Aufheizzone i i aus
zwei parallel geschalteten Rohren 12' und 12" besteht, die von dem Joch io umfaßt
sind.
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Die Bewegung des Werkstückaufnehmers nach dem Auslösen der Klinke
4. :durch Betätigung der Taste 3 wird beispielsweise durch ein Gewicht be-"\,erkstelligt,
welches an einem in der Führung 13 laufenden Seil hängt. Seil und Gewicht sind in
der Abbildung fortgelassen. Naturgemäß kann an Stelle dieser Mittel auch eine Feder
oder ähnliches verwendet werden.
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Mittels einer Verriegelung 14. wird der Aufnehmer 2 in der gewünschten
Heizlage i i festgehalten. An dieser Verriegelung befindet sich über einem Hebel
15 die Schaltstange 16, die in Richtung des Pfeiles 17 bewegt werden kann. Ist nun
der Aufheizvorgang beendet, so erhält die Magnetspule 18 Spannung, beispielsweise
über ein elektrisches Zeitrelais, in welchem die gewünschte Heizdauer eingestellt
werden kann. Der Anker ig zieht entgegen der Federkraft der Feder 2o an und bewegt
den Schaltstift 16 in Richtung des Pfeiles 17. Der Aufnehmer 2 wird freigegeben
und bewegt sich in der gleichen Drehrichtung unter Einfluß des Zugseiles weiter,
bis sich das Werkstück i in der Stellung i i i befindet. In dieser Stellung wird
das Abschrecken des erhitzten Werkstückteiles und damit die Härtung vorgenommen.
Ein in der Abbildung nicht dargestellter Anschlag sorgt dafür, daß das Werkstück
während des Abschreckens in .einer genau bestimmten Lage festgehalten wird. Nach
Beendigung des Abschreckens wird der Aufnehmer durch Drehung in Richtung des Uhrzeigers
in die Stellung i zurückbewegt und das Werkstück aus der Vorrichtung entnommen.
Die Rückbewegung kann von Hand erfolgen oder nach Ablauf der Spritzzeit selbsttätig
eingeleitet werden, indem beispielsweise eine zusätzliche Zugfeder angebracht wird.
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In der gleichen Art, wie bei dem in Abb. i und 2 dargestellten Beispiel
kann selbstverständlich auch das Härten beliebig anders geformter Teile durchgeführt
werden. Es ist hierzu lediglich erforderlich, den drehbaren Aufnehmer der entsprechenden
Werkstückform anzupassen.