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Vorrichtung zum elektroinduktiven Oberflächenerhitzen von verzahnten
Werkstücken Die verwendlung von hodhfrequentien Strömen zum Oiberlächienerhiitzen
von Weirksitücken isst an. sich bekannt, und zwar werden in Ausübung dieses Heizverfahrenis
Spulen verwendet; die das Werkstüdc =schließen oder sidh über der Oberfläche der
anfzwheizendenerlcstüal@teidezu einer Schlleif'e schließen. Duiridh diese Mittel
wenden in Odem Werkstück Ströme indluziert, die mitsprechend dem Widerstand des
Werkstüclees ein Aufheizen bestimmter, der Oiberflädhe benachbarter, Schichten ermöglichen.
Die E,indirinigti.efe ist ini sehr, weitgehendem Maße abhängig vorn der Frequenz
dies Primärstromes, und je höher die Frequenz ist, um so -geringer ist die Scihii-chtidieke,
ini der sich, die die Temperaturerhöhung hervorrufenden in@dwz.ieirt:en Ströme konzentrieren.
Dias elektrioi-i,nidüktive Verfahiren und dlie anzuwendenden, Mittel sind, derart
entwickelt, daß sie sich für die Wärmehehandllung und, auch für, das Oberflächenerhit!zen
mitnach:fodgeinidiemAb@srihire,cken zwecks Härtenis in Ader, Praxis für Werkstücke
venhäditnis@mäß,ig einfacher Form voll bewährt haben. Wenn jedbich die Aufgabe gestellt
üsit, verwickeltere Formen insbesonidlere nwr cib,erflüchil@icih aufzuheizen, erig:eb,em
sii,chi äewisise Schwierigkeiten, und zwar erklären sich diese Schwierigkeiten auf
Grund folgender Überlegungen: Der iim Weirks.tück erzeugte Heizstrom sucht den Wegdes,
geringsten Gasamtwideiristandes. Dieser Gesantwi,derst!and setzt ,sich aus einer
Ohmschen Komponente und einer indluktiven Komponente zusammen. Blekanmtlich ist
nun der induktive Wideristandi am geringsteh!
, wenn die Heizzs@tröime
die größrtrm@öigliche Quersahnit,tsfläiche einschließen" d. h. wenn möglii'chist
viele im Werkstück verlaufende magnetische Kraftlinien von den Strömen u"msclgols;sieni
werden,. Demgegenüber ist für die Oihms;dhe Komponente der geringste Wert erzielt,
wenn ;der Weg'd!er Heizströme möglichst klein ist, .d. {h. wenn die Heizströme sich
eng um die Achse des Werkstückes schließen,. Die wirklich auftretende Eindringtiefe
dies Stromes stellt das mögliche Optimum der, beiden genannten Faktoren dar, d.
h. die wirkliche Eindr:intgtiefe ergibt -sich in einer Schicht, für die Bier Gesamtwiderstand
(Ohnische und induktive Komponente) ein Minimum wird.
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Hieraus ergibt sich;, daß gerade bei verzahnten Werkstückeni eine,
umgünstige und, ungewodil;te Wirkung der horchfrequenten. Ströme beobachtet wird.
Unter verzahnten Werkstücken sind sio;lche zu verstehen, bei dienen, aus, der Gesamitnna;sse
des. oder uniregelmäßig veT-teifte Vorsprünge herausirage.n, wie beispielsweise
dgl,., die Zähne von; Zahnrädern, Zahnsttan od, oder Vorsprünge sonstiger Art, wie
beispielsweise Rippen, Nocken od. dgl. Bei diesen Werkstücken ist die tatsächliche
Oberfläche gegenüber der Oberfläche, die die Hauptmasse diesr Körpers aufweisen
würde, stark vergrößert, so @daß der induzierte Strom, der an der Oberflädhe fließen
soll, außerordentlich lange Stromwege durchlaufen- müßte. Tatsächlich nimmt der
indluzierte Strom diesenWeg nicht oder nur unvollkommen, wei4 ;dler Widerstand auf
dlieser Strecke zu groß. ist. Wenn dhiher beirspielisr weise ein Zahnrad r (Abh.
z) vom; einerlironzenvtrisch s;triomndlttrchflois.s,enen Spule 3 konzentrisch, uunschloissemi
wird, die dem Aufheizen der Zähne 21 bzw. Zahnflanken dienen soll, so tritt diese
erwünschte Wirkung nicht ein. Infolge dies durch ;die größere Länge dies Weges 4
bedingten Ohmschen Widerstandes gegenüber einem Stromweg, der, dlürch den Fußkreis
5 verläuft, ist bei den gebräuchlnchen technischen Frequenzen eine gleichmäßige
Aufheizwirkung nicht zu erzielen; denn der optimale Ges,amtwidlerstand liegt ,in
;der Nähe diese Fußkreises' 5. Die erfodigtdaher zunächist in der Nähe des Fußkreises,
und erst bei genügend langer Einwirkung würde auch eine Temperaturerhöhung der Zähne
2 eintreten. Jedoch ist, auf diese Weise ein vollkommenes Durcherwärrmen der Zähne
nicht zu verhindern, und die Folge wäre eine vollkommene Dur h th ärtung der Zähne
beim Alb-
schrecken, ein Zustand, der die Verwendbarkeit eines solchen Zahnradlos;
ausschließen würde. Eine kurzzeitige Einwirkung würde zu einer Ternpenar turerhöhung
und damit zu einer Härtung führen, die nur die Fußpunkte der Zähne in dler Nähe
des Fußkreises erfassen würde, wie bei G angedeutet.
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Auf Grund dieser Überlegungen ist es offenbar erforderlich, bei vorzehnten
Werlasitüd-,en@ der genannten Art induzierte Ströme zu er'zeu'gen;, deren Strombuhnen
minimale, Weglängen aufweisen. Zweck der Erfindung- ist eis:, eine Vdmichtung anzugeben,
mit welcher dieses Ziel erreicht werden kann, und zwar dadurch, daß die im Werksstück
fließenden Sbrornbahnen, die eine Heizwirkung hervorrufen sollen, gezwungen werden,,
praktisch unter Vermeidung de!r Hauptmasse des Werkstückes auf kürzester Bahnlänge
vornehmlich in den einzelnen zu fließen. Man: könnte daran denken;, dies durch unmititelbaren
Stromdürdhganvg durch die einzelnen Vorsprünge zu erreichen, und solche Einrichtungen
sind auch schon bekanntgeworden. Sie halben aber dient Nachteil gewisser Kontaktschwierigkeiten,
diie zu einem =gleichmäßigen Erhitzen: und ;sogar zu Verbrennungen: der Oberflächenteile
führen, die für die Kontaktgabe ausgenutzt werden. Derartige Ungleich;m,äßigkeiten
werden; besonders fühlbar, wenn das Erhitzen! zunn Zwecke einer nachfolgenden Hä:rtunig
durchgeführt wind. Soweit es bekannt isst, einten induzierten Strom. im Werkstück
so zu erzeugen, d!aß er die Zähne eimies Zaähnrades in .durchfließt, werden; jeweils;
zwei Zähne gleichzeitig erwärmt, wobeii eint Zahn als Hin- und' der andere aI;s
Rückleitung dient. Es könrneu mithin nur Räder finit gerader Zähnezalil@ behandelt
worden, ganz abgesehen davon, diaß die paarweise Behandlung der Zähne mechanisch
umständlich und außerdem für Zwecke das Härtens der gleichzeitig an bereits behandelten
Zähnten auftretenden Anlaßwirkung wegen ungeeignet isst, Ferner ist eine solche
Voirrichtuug nur, für Werkstücke mit geradem Zähnen brauchbar, nicht aber beispielsweise
für Kegelräder, Schnecken(, schräg- oder pfeilverzaihinte Räder. Bei kleinen Zahnrädern
mit -geraden Zähnen, können auch alleZähne gleichzeitig erwärmt worden;. Hierzu
ist aber nach dem bekannten Vorschlag ein Induktor, nötig, der, ;das Zahninad umfaß.t
und mit Vorsprüngen in, jede Zahmhüel,-e eingreift. Solche Induktoren sind umständlich;
in der Herstellung und nun aBetrieb, schwer zu handhaben.
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Umliese Schwierigkeiten bekannter Voirrich:trun, gen zu vermeiden,
wird gemäß. der Erfindung eine Heizspule vorgeschlagen, bestehend aus einem dfäa
Zahnrad, date Schnecke o;d,. dlgl. auf der geosamten, axialen; Länge konizentrisch
umschließendem; Heizleiterring und einer dlwrch,die axiale Bohrung des Werkstückes
geleiteten, gegebenenfalls flüisisigkeitsgekühlten Strom:rückf@thrung; wobei die
Stromspeisung derart vorgenommen wird', daß, dIerPrimär= strom .im Heizlenterring
in axi@ader Richtung fließt. Auf rund, dies vorbekannten Standes der Technni'k war
nicht zu erwarten, d'a,ß mit einer derart einfachen Anordnung einte gleichzeitige
Erwärmung aller Zahnflanken zum Zwecke ;des H.ärtens in, einwandfreier Weise möglich
wäre. Mit! einer Vor;rich: tung gemäß der Erfindung ist es, tun übeigen möglich,
alle Zahnradlahmes:sun;gen uniabhängig vorn der Ver,z.aihnungsa,rt zu behandeln,
Im nachfo'lgend'en wird: die Vorrichtung gemäß der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
nälier erläutert.
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Nach, Abib. 2 s:olIen -die Zähne 6, dies Zahnr'a'des i erhitzt und
durch nachfodgendles Abschrecken gehärtet wer!d!en. Hierzu ist ein Induktor vorgesehen"
der aus den Teilen 2, undl 3 besteht. Das Teil 2 stelllt einten Heizleiterring dar,
der dass; Zahnrad
anrf der gesamten axialen Länge koinz,en t!rischumschließt.
Mit dem Teil 3, .dias duireh, @dlie axiale Böihrung dies Zahnrades h iinidiuTdhgeffilh)rt
ist, bii.lid@t das Teile einen topfartigen Körper (in, Abib.2 waagerecht geschnitten
d!a@rgesitel!l,t), der über- dla!s Zahnrad', gestülpt wird. Gemäß derE,rfi.ndlung
erfolgt die Stromspeiis!umg dieses Indinktors: dterairt, da:ß der Primürstrom im
Heizleiterrin!g, 2 undi auch in! der, axialen Rückführung 3 in Acherichtung dies
Zahn!-ra,des fließt. Die Richtung, dies Stromes während einer Phase ist diurch,
die Pfei.lenid#m@ d. undl d!ie Pfeil-spitzen, 5 gekennzeichnet. Die auf dli:esie
Weise induzierten Ströme fließ-ent, wie bei 6 a,ngedleuitet, in Acjhis!rich@twng
an ,d!ent Oberflächen! der Zähne. Es isst ersichtlich, dlaß dlie Striom!b,ahnrwege
au!f die geringstmögliche Länge zurückgeführt s@in!d. Um eine Heizwirkunig in: der
Bohruinig 7 durch d!ie an der Bohrungsoberfläche fließenden indluziert:en Ströme
geringer Konzentration vollkommen zu- u:nte:rhinden, kann an, dieser Stelle eine,
geeignete Kühlung vorgesehen werden.
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Mit einer sullchien Vorrichtung Ias,sen sich selbst komplizierte,
mit Vorsprüngen und Ansätzen versehene @ö@rpe@r einwandfrei an der Oberfläche dler
Vorsprünge erhitzen. Dabei ist es gleichgültig ob es sich beispielsweise um Keg
elrüdier, schir!äg- edler pfeilverzahnte Räder, Schn!eciken oidl. dg!1. handelt.
Die Erwärmung geht in, einem Arbeitsgang vor sich, und je!glidhe Konit!ad:t;sdh@wierigkeiten(
sind vermieden.