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Vorrichtung zum Oberflächenhärten von metallischen Werkstücken in
Fließfertigung Es ist bekannt, Werkstücke im fortschreitenden Verfahren elektroinduktiv
zu erwärmen, und zwar sowohl für diie Zwecke des Oberflächenhärtens durch nachfolgendes,
Abschrecken als auch zum Zweck :des Teilhärtens gewisser Werkstückabschn.itte oder
dem :durchgehenden Härten von Massengütern. Auch in :den letzten Fällen wird nach
dem Aufheizen abgeschreckt. Beim fortschreitenden Härten. wirkt im allgemeinen der
schleifen-oder spulenförmi:ge Induktor nur auf einen Bruchteil der Werkstückoberfläche
ein.
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Gemäß einem nicht vorbekannten., jedoch noch nicht zum Stande .der
Technik gehörenden Vorschlag kann der ruhende Induktor in Richtung des Werkstückvorschubes
auch länger gemacht werden, als dem zu erhitzenden Werkstückabschnitt, in Vorschubrichtung
gemessen, entspricht. Die Werkstücke werden mittels einer geeigneten Fördereinrichtung
durch den Wirkbereich des Induktors hindurchgeführt und laufen gegebenenfalls hierbei
um ihre Achse um. Vorrichtungen dieser Art haben sich in der Praxis bewährt, jedoch
haftet ihnen ein Nachteil an. Wenn nämlich die Werkstücke während der Behandlung
umlaufen, um sie besonders gleichmäßig aufzuheizen, so muß zwischen Heizeinrichtung
und nachgeschalteter Abschreckeinrichtiun.g ein Zwischenraum vorgesehen sein, dessen
Breite mindestens :der Werkstückbreite in V orschubrichtung entspricht. Wird dieser
Mindestabstand, nicht eingehalten, so gerät infolge des Umlaufs der Werkstücke jeweils
ein bereits abgeschrecktes Werkstückteid wieder in den Heizbereich
des
Induktors. Es wird daher nur verzögert abgeschreckt; denn zwischen jedem Abschrecken
findet immer wieder ein Aufheizen statt. Hierdurch wird. .das Ergebnis des Härtens
beeinträchtigt. Dieser Nachteil ist sowohl festzustellen beim Oberflächenhärten
als auch beim durchgehenden Härten oder Vergüten von Massengütern. Er tritt, wenn
auch .nicht so stark, :dann auf, wenn. die Werkstücke nicht umlaufen.
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Wird ein solcher Abstand zwischen Heizvorrichtung und Abschreckmittelbrause
vorgesehen, so ergeben sich andere Nachteile. Bei kontinuierlichem Vorschub benötigt
das Werkstück eine gewisse Zeit, um die Zone zwischen Heizgerät und Abschreckmittelbrause
zu durchlaufen. Während dieser Zeit ergeben sich Temperaturausgleiche oder ähnliches,
so ,daß zum Beispiel beim Oberflächenhärten .die Wärme tiefer als beabsichtigt in
das Werkstück .eindringt. Außerdem nimmt naturgemäß die Oberflächentemperatur auf
dem Wege zur Abschreckei.nrichtung ab, so daß die Werkstücke im Induktor um gewisse
Beträge über Härtetemperatur erwärmt werden müssen. So zu verfahren ist aber nicht
bei allen Werkstücken möglich, besonders. bei solchen nicht, die aus überhitzungsempfindlichenWerkstoffen
hergestellt sind.
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Dünne Härtezonen sind auf diese Weise nicht zu erzeugen, weil die
Temperatur in Richtung des Kernes vordringt, während die Zone zwischenHeizgerät
und Abschreckgerät durchlaufen wird, so daß eine zu große Dicke der Härteschicht
entsteht.
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Auch beim durchgehenden Härten oder beim Vergüten von. Werkstücken
treten entsprechende Mängel auf, weil der Temperaturabfall auf dem Wege von .der
Heizvorrichtung bis zur- Abschreckvorrichtung so groß ist, daß ohne überhitzen nicht
auszukommen ist. Besonders empfindlich ist dieser Nachteil bei Werkstücken mit geringere
aufzuheizendem Volumen.
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Möglich wäre die Vermeidung dieser Nachteile, indem die Werkstücke
nicht mehr stetig, sondern beispielsweise durch Antrieb mit einem Malteserkreuz
sprunghaft vorgeschoben würden. Die Zeit zwischen beendetem Aufheizen und Abschrecken
könnte so auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Die Praxis zeigt jedoch, daß namentlich
bei dünnen Härtezonen in der Größenordnung von o,2 mm die erforderliche Zeit für
die schrittweise Förderung mittels Malteserkreuz od. dgl. noch. zu groß ist, um
ein zu tiefes Einhärten zu vermeiden. Außerdem tritt an der Vorrichtung infolge
der ständigen Massenbeschleunigung ein großer Verschleiß der mechanisch bewegten
Teile ein.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Vorrichtung
zum Härten von Massengütern im stetigen Vorschubverfahren ' unter Verwendung elektroinduktiver
Heizgeräte, die in Richtung des Werkstückvorschubes eine größere Länge haben als
der Breite des Werkstückes in Vorschubrichtung entspricht, so auszubilden, daß das
Heizgerät und die Abschreckmittelbrause sich an der Austrittsstelle der Werkstücke
aus dem Heizgerät mindestens um den Betrag der Werkstückbreite in Vorschubrichtung
überdecken. Die sich überlappenden. Abschnitte sowohl des Heizgerätes als auch des
Abachreckgerätes sind von ihren restlichen Abschnitten getrennt ein- und ausschaltbar,
und zwar derart, daß die Yleizeinrichtung aus- und .die Abschreckeinrichtun,g eingeschaltet
ist und umgekehrt. Das Umschalten im Überlappungsabschnitt erfolgt stets, wenn ein
Werkstück sich. in dem Abschnitt der überlappung befindet, mit dem Ergebnis, daß
bei erreichter Erhitzungstemperatur unmittelbar ohne Förderbewegung abgeschreckt
wird. Dabei. werden die Nachteile vermieden, die bisher verwendeten Einrichtungen
anhaften.
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Im nachfolgenden wird der Erfindungsgedanke an Handeiniger Ausführungsbeispiele
näher erläutert, die in den Abbildungen schematisch dar= gestellt sind-.
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Mit einer Vorrichtung nach Abb. z sollen Kugeln für Kugellager gehärtet
werden. Erhitzt werden die Kugeln b mittels einer Spule r, durch die sie auf einer
geeigneten, nicht dargestellten Fördervorrichtung hindurchgeführt werden. ,Gespeist
wird ,die Spule von einer Nieder-, Mittel- oder Hochfrequenzenergiequelle 7 entweder
unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines. Transformators. Nach Durchlaufen
der Spule gelangen die Kugeln auf dem Wege ihres Vorschubes in Richtung des Pfeiles
S in .den Bereich einer Abschreckeinrichtung. .
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Sowohl die -Spule als auch die Abschreckeinri.chtung sind in je zwei
Abschnitte unterteilt. Die Spule besteht aus den Abschnitten z' und i", und zwar
überlappt sich. der Abschnitt @i@' mit dem Abschnitt 3",der Ab.schreckeinrichtung
31. Die Strecke der überlappung zwischen Heizgerät und Abschreckeinrichtung
ist so groß zu wählen, daß sie mindestens der Breite dies Werkstückes in Vorschubrichtung
entspricht, zweckmäßig jedoch etwas größer.
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Die sich überlappenden Abschnitte des Heizgerätes und des Abschreckgerätes
sind ,getrennt von innen restlichen Abschnitten zu- und abschaltbar. Bei der Spule
wird dies erreicht durch den Schalter 2, .durch den ,der Endabschnitt der Spule
abgeschaltet wird, wenn der Schalter geschlossen ist. Es könnte auch eine andere
Schaltung gewählt werden, jedoch hat die dargestellte den Vorteil, daß bei ,geschlossenem
Schalter 2 die gesamte Energie der speisenden Stromquelle sich auf den restlichen
Abschnitt z' dIer Spule verteilt, so daß die spezifische Leistung je Vorschubweg
des Werkstückes im Bereich des Heizgerätes erhöht wird.
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Der Abschnitt 3" des Abschreckgerätes ist von dem übrigen Abschnitt
3' des Abschreckgerätes abgetrennt und besitzt eine eigene Spritzkammer q.". Die
Zuleitung zu dieser Kammer führt über die Leitung 15, in die ein Steuerventil, beispielsweise
in Form eines Magnetventils 5, eingebaut ist. Der restliche Abschnitt .des Abschreckgerätes
besitzt eine :getrennte Spritzkammer 4', der die Abschreckflüssigkeit ununterbrochen
durch: die Leitung 14 zugeführt wird.
Die Vorrichtung arbeitet :derart,
d'aß die Werkstücke 61 im stetigen Vorschub durch die Einrichtung .hindurchgeführt
werden. Befindet sich ein Werkstück im. Überlappungsabschnitt, so wird der Schalter
2 geschlossen und so der Abschnitt i" in der Spule außer Wirkung gesetzt. In diesem
Augenblick wird' das Abschreckmittel dem Abschnitt 3" der Abschreckeinrichtung über
.das Ventil 5 und die Leitung 15 zugeführt. Es wirkt auf das Werkstück so lange
ein, bis dieses den Überlappungsabschnitt verlassen und in den Wirkbereich 3' der
Abschreckeinrichtung eingetreten ist, worauf die Zufuhr :des Abschreckmittels zum
Abschnitt 3" abgestellt und,' die Stromzufuhr zum Spulenabschnitt i" wieder eingeschaltet
wird. Das umschichtige Ein- und Ausschalten der sich überlappenden Abschnitte geschieht
in Abhängigkeit von der Werkstückvorschubgeschwi,udi.gkeit durch beliebige Mittel,
wie beispielsweise Nocken, Schalter, Schaltwalzen, Zeitrelais, Steuerscheiben od.
dgl.
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Die Vorrichtung nach Abb. 2 soll dem Härten von Ventilschäften 6 .dienen,
d'e an ihren Enden 6' mit einer gehärteten Schicht versehen werden sollen. Die Ventilschäfte
führen außer der Vorschubbewegung in Richtung ,des Pfeiles- 8 eine Umlaufbewegung
in Richtung des Pfeiles 9 durch, um sie gleichmäßig aufzuheizen. .Das Heizgerät
besteht aus einer Heizleiterschleife- i, die mit oder ohne Zwischentransformator
von einer geeigneten Stromquelle 7 :gespeist wind. Der überlappungsabs:ch:nitt i"
wird durch einen Pendelschalter 2, der in Richtung 2' und 2" ausschlägt, zu- und
abgeschaltet. Die Abschreekeinrichtung 3 ist in Abschnitte 3i' und 3' unterteilt,
d'ie ,gesonderte Zuführungen 14 und 15 besitzen, wobei der Abschnitt 3" umschichtig
mit dem Spulenabschnitt i" zu- und abgeschaltet wird, während ,dem Abschnitt 3'
über .die Leitung 14 ständ'ig Abs:chreckflüssigkeit zugeleitet wird. Die Wirkungsweise
ist sinngemäß die gleiche wie bei der Vorrichtung nach :ebb. i.
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Die mechanischen Einrichtungen, die dem Vorschub und der Umlaufbewegung
der Werkstücke dienen, sind der Einfachheit halber fortgelassen.
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Beim Betrieb von Vorrichtungen gemäß Abb. i und' 2 können sich durch,
:das ständige Zu- und Abschalten des Abschnittes der Abschreckeinri.chtung Schläge
in den Leitungen ergeben. Es kann ferner die ungleichmäßige Belastung der Heizeinrichtung
als störend empfunden werden. Dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, mindestens
zwei parallel oder reihengeschaltete Heizgeräte und eine entsprechende Anzahl von
Absch,reckgeräten vorzusehen, wobei die sich überlappenden schaltbaren Teile jeder
Gruppe im Gegentakt arbeiten. Der Schaltplan für diese Ausführungsform ist in Abb.
3; dargestellt. Es sind zwei in Reihe :geschaltete Heizgeräte 3 i und 32 vorgesehen,
die von einer gemeinsamen Stromquelle 30 :gespeist werden. Die Überlappungsabschnitte
33 und 34 werden durch überbrückungsleitungen mit eingebauten Schaltern 35 und 36
zu- und. abgeschaltet. Die Abschreckeinrichtungen 3!8 und 39, .denen ständig Abschreckflüssi.gkeit
zugeführt wird, werden von der Leitung 37 gespeist. Die sich mit den zu- und absch@altbaren
Abschnitten. der Heizgeräte überlappenden Abschnitte 42 und, 4!3 der Absehreckeinrichtung
werden von einer gemeinsamen Leitung 4o aus .gespeist, .die mit einem Zweiwegehahn
4L versehen ist. Der Zweiwegehah .n leitet im Takt der Gruppen das Abschreckmittel
einmal dem Abschnitt 42 und ,einem dem Abschnitt 43 zu. Die der Leitung 40 entnommene
Flüssigkeitsmenge ist mithin ständig d'ie ,gleiche. Da die (Gruppen im Gegentakt
arbeiten, ist auch die Belastung der Stromquelle 30 ständig die gleiche;
denn während in der einen Gruppe :der Endabschnitt, beispielsweise 34, stromlos
ist, steht der Endabschnitt, beispielsweise 33, der anderen Gruppe unter Spannung.
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:Die Anwendbarkeit des Erfind ungs.ged'ankens ist nicht beschränkt
auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Sie kann vor allem für die Behandlung
von Massengütern, wie beispielsweise Ventiltellern, Ventilschäften, Kugeln, Walzen,
Rollen, Kugelschäften, Wellen, Scheiben und ähnlichen Teilen, verwendet werden.
Besonders zweckmäßig ist es, die Erfindung dort einzusetzen,, wo es erforderlich
ist, Werkstücke in :der Fließfertigung während des Aufheizens umlaufen zu lassen
oder beispielsweise bei Werkstücken, wie Kugeln, die sich während .des Vorschubes
ständig drehen.