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Oberflächenhärtevorrichtung Die Erfindung betrifft das Härten von
metallischen Werkstücken unter elektroinduktivem Erhitzen mit nachfolgendem Abschrecken.
Bekanntlich haben sich auf diesem Spezialgebiet zwei Verfahrensarten herausgebildet,
die sich dadurch unterscheiden, daß im einen Falle eine Relativbewegung zwischen
Heizeinrichtung und Werkstück stattfindet, während im anderen Falle Werkstück und
Heizeinrichtung ruhen. Diese beiden Verfahren unterscheidet man beispielsweise auch
beim Härten rotationssymmetrischer Körper, wie beispielsweise Zylindern aller Art.
Bei zylindrischen Werkstücken, die auf großen Längen oberflächengehärtet werden
sollen, ist dabei so vorgegangen worden, daß die das Werkstück umfassende Spule
in Achsrichtung relativ zum Werkstück bewegt wurde, während die Abschreckeinrichtung
der Spule folgte. - Gelegentlich ist hierbei auch das Werkstück in Umlauf versetzt
worden. Kurze Abschnitte solcher Körper wurden im ruhenden Verfahren behandelt,
wobei die das Werkstück umfassende Spule als Spritzeinrichtung ausgebildet wurde,
um das Abschrecken unmittelbar im Anschluß an das Aufheizen, ohne Zeitverlust durch
Relativverschiebungen durchführen zu können. Als besonders vorteilhaft wurde hierbei
gewertet, d'aß das Werkstück keine Bewegungen durchzuführen hatte, und das Verfahren
hat sich daher trotz einiger Mängel beispielsweise für das. Härten von Lagerstellen,
an Kurbelwellen in der Praxis bewährt. Die Mängel sind darin gelegen, -daß sich
in der Nähe der Anschlösse
des Induktors und in Nachbarschaft der
Kontaktstellen bei geteilten Induktoren gewisse Stromverteilungsstörungen bemerkbar
machen, die zu einer unerwünschten Beeinflussung des Härtebildes Veranlassung geben.
können. Ferner -müssen die Spulenquerschnitte sehr groß gewählt werden, damit bei
genügendem Leiterquerschnitt für die großen Heizströme der Hohlraum für die Abschreckmittelzufuhr
in hinreichender Größe untergebracht werden kann. Das macht .große Kupfermengen
erforderlich, insbesondere, weil eine Kühlung der Spule während des Heizers nur
schwer möglich ist. Die Folge der Anhäufung großer Kupfermengen im Heizleiter ist
eine mangelhafte Stromkonzentration. Es sind daher große Leistungswerte in der Anlage
bereitzustellen, die nicht in jeder Hinsieht wirtschaftlich ausgenutzt werden.
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In dem Bestreben, diesen Mängeln abzuhelfen, ist gemäß einem nicht
veröffentlichten Vorschlag angeregt worden, unter Verzicht auf das Ruhen während
des Härtevorganges mit einer Leiterschleife aufzuheizen, während das Werkstück um
seine Achse umläuft. Infolge des Umlaufes. ist die erzielte Temperaturverteilung
eine gleichmäßige, und die Vorrichtung besitzt auch einen günstigen elektrischen
und wärmetechnischen Wirkungsgrad, allerdings mit der Einschränkung, daß die wirtschaftliche
Anwendbarkeit über bestimmte Werkstückdurchmess-er und vor allem bestimmte Breiten
der zu behandelnden Abschnitte nicht hinausgeht, eine Feststellung, de im übrigen
auch für das zuerst erörterte ruhende Verfahren gilt.
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Es gilt daher, eine Vorrichtung anzugeben, die für jede Werkstückgröße
und jede Breite des zu behandelnden Werkstückabschnitte@s anwendbar ist, wobei der
Wirkungsgrad. den bereits vorgeschlagenen Vorrichtungen gegenüber so zu steigern
ist, daß die in der Anlage bereitzustellenden Leistungswerte klein und die Kosten
je Härtung gering gehalten werden. können.
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Ein Mittel, um den Wirkungsgrad zu steigern, liegt in dem nicht vorbekannten
Vorschlag, die Heizleiter der Spule mit Jochen zu umgeben, die aus lamellierten
Blechen bestehen und der Konzentration des magnetischen Feldes dienen. Angewendet
auf das ruhende Verfahren ergäben sich Schwierigkeiten bezüglich des Abschreckens,
ohne daß .die Nachteile einer für das ruhende Verfahren benutzten Einrichtung, die
in der Feldstörung gelegen sind, beseitigt wären, während für Glas Verfahren mit
umlaufendem Werkstück und Heizleiterschleife die Schwierigkeiten nicht beseitigt
werden, die besonders bei Werkstücken oder Werkstückabschnitten auftreten, die im
Verhältnis zum Durchmesser schmal sind.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung, ;die
das Werkstück umfaßt, wobei das Werkstück währende des Aufheizens und Abschreckens
in Umlauf versetzt wird. Gekennzeichnet ist die Vorrichtung durch eine Vielzahl
auf den Umfang des einr oder mehrwindigen Induktors aufgesetzter Magnetjoche geringer
Breite, zwischen denen jeweils Spritzkammern für die Zuführung des. Abschreckmittels
vorgesehen sind'. Um den Heizleiter herum kann zweckmäßigerweise ein vorzugsweise
aus Isolierstoff hergestellter ein- oder mehrteiliger Hohlring gelegt werden, der
mit radialen Aussparungen zur Aufnahme der Magnetjoche versehen ist. Zwischen den
Aussparungen sind radial angeordnete Spritzschlitze oder -löcher vorgesehen, die
der Zufuhr des Abschreckmittels dienen.
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Eine Vorrichtung dieser Art hat den Vorteil, daß mit verhältnismäßig
kleinen Leiterquerschnitten .gearbeitet werden kann, weil die Heizleiter auch während'
des Aufheizens gekühlt `werden können. Die aufges-eteen Magnetjoche steigern den
Wirkungsgrad erheblich, verglichen mit bekannten oder vorgeschlagenen Vorrichtungen
für das Aufheizen bzw. Härten von zylindrischen Werkstücken. Außerdem stellen ,die
Magnetjoche eine gleichmäßige Verteilung der Aufheizwirkung über die Breite des,
aufzuheizenden Werkstückabschnittes sicher, obwohl die Heizleiter die ganze Breite
nicht überdecken. Die gleichmäßige Verteilung in Umfangsrichtung unter Ausschaltung
jeder Feldstörung .durch die Anschlüsse ist infolge des Werkstückumilaufes gegeben.
Es ist daher möglich, mit einem außerordentlich hohen Wirkungsgrad, sowohl wärmetechnisch
als auch elektrisch gesehen, das Aufheizen vorzunehmen und damit die bereitzustellende
Leistung der Anlage sowie die Kosten für jede Härtung klein zu halten. Es ist :dabei
gleichgültig, ob: der ein- oder mehrteilig ausgeführte Induktor unmittelbar oder
unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Stromquelle angeschlossen: ist.
Die Frage, ob die eine oder andere Schaltungsart ungew@endet wird, kann daher ausschließlich
unter Berücksichtigung der Bedingungen des Einzelfalles entschieden werden.
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Der :der Erfindung zugrunde liegende Gedanke kann nicht nur für das
Härten zylindrischer Außenmantelflächen benutzt werden, sondern gewissermaßen in
seiner Umkehrung auch für das Aufheizen der Mantelflächen zylindrischer Bohrungen
und Hohlräume. Es wird zu diesem Zweck ein Induktor mit einem Spritzring versehen,
der jedoch konzentrisch in einem Induktor angeordnet ist. Induktor und Spritzring
werden in den Hohlraum oder in die Bohrung des Werkstückes- eingeführt, während
im übrigen die Verhältnisse die gleichen bleiben, wie oben beschrieben.
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Im nachfolgenden wird an. Hand der Zeichnungen die Erfindung näher
erläutert: Die Abb. lr und :2 stellen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung dar, und zwar Abb. t im senkrechten Schnitt und Abb,. 2 im axialen
Schnitt längs der Linie A-13 der Abb. -z.
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Es soll das zylindrische Werkstück z an seiner Oberfläche gehärtet
werden. Zu diesem Zweck ist ein zweiwindiger Induktor 2 vorgesehen, der selbstverständlich
auch mit anderer Wendungszahl ausgelegt sein könnte. Die Heizleiter sind hohl ausgebildet
und können daher gekühlt werden.
Unter Zwischenschaltung einer Isolierung
3 ist auf d-ie Heizleiter eine Vielzahl von Magnetjochen q., gleichmäßig auf den
Umfang verteilt, aufgesetzt. Die Magnetjoche bestehen gemäß dem gewählten Beispiel
aus lamellierten Blechpaketen. Es können aber auch sogenannte Massekerne verwendet
werden.
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Die Magnetjoche .4 werden von .einem vorzugsweise aus Isolierstoff
hergestellten Ring 5 getragen und sind in Ausisparungen 5' dieses Ringes eingesetzt.
Ein weiterer Hohlring 6 umfaßt den Ring 5. Der Hohlraum 6' des. Ringes sowie seine
Anschlüsse 7 für die Zufuhr des. Abschreckmittels sind verhältnismäßig groß gewählt,
so daß in der Zeiteinheit große Flüssigkeitsmengen zugeführt werden können.
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Die Zwischenräume 8 zwischen den einzelnen Blechpaketen q. sind mit
Spritzlöchern oder -schlitzen versehen, d. h. sie enthalten radial gerichtete Schlitze
oder Bohrungen 9, durch die die Abschreckflüssigkeit aus dem Hohlraum 6 auf die
Werkstückoberfläche austreten kann, wenn das Aufheizen beendet ,ist und das Abschrecken
beginnen soll.
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Um dem Ring 6 die notwendige Stabilität zu vermitteln, ist es zweckmäßig,
wenn auch nicht unter allen Umständen erforderlich, ihn äußerlich als rechteckigen
Kasten auszubilden, wie aus A'bb. i bei io ersichtlich. Durch den Kasten io hindurch
sind, die Stromzuführungen ri und 12 geleitet, die gegeneinander isoliert sind.
Die Zuleitungen sind, hohl ausgebildet, so daß sie der Zufuhr des Kühlmittels zum
Induktor dienen können.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung ist einteilig, d.
h. nicht aufkliapp'bar. Mit dieser Vorrichtung könnte daher nur ein Werkstück behandelt
werden, das sperrige Ansätze, wie Bunde, Kurbelwangen o@d. dgl., nicht besitzt.
Sollen Werkstücke be'hand'elt werden, die mit solchen Bunden, Kurbelwangen oder
ähnlichen sperrigen Ansätzen versehen sind, muß der Ring und auch der Induktor ein-
oder mehrfach geteilt werden, was @an sich aufbaumäßig keine Schwierigkeiten befreitet.
Irgendwelche Feldstörungen, :diie durch die Teilung, insbesondere des Induktors,
hervorgerufen werden, wirken sich infolge der gewählten Anordnung nicht schädlich
auf das Härtebild aus.
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Bei der Anwendung .dies Erfindungsgedankens auf die Behandlung von
Bohrungen oder Hohlräumen zylindrischer Form wird der Ring 6 als Block in den Innenraum
des Induktors verlegt. Die lamellierten Blechpakete q. sind bei .einer solchen Einrichtung
radial von innen nach außen gerichtet. Die Stromzuführungen i i und z2 werden axial
in den Block verlegt und zu dem Induktor geführt. Die Gesamteinrichtung wird zum
Zwecke des Härt-:ns in den Hohlraum oder die Bohrung des Werkstückes eingeschoben.
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Die Anzahl der Blechpakete ist nicht an diejenige gebunden, diie in
den: Abbildungen dargestellt ist. Es können je nach den, vorliegenden Bedingungen
mehr oder weniger solcher Bl:chpakete angeordnet werden. Die !Größe des Ringes 6
bzw. seines Hohlraumes 6' und der Öffnungen 9 zum Werkstück hin richtet sich ebenfalls
nach den Bedingungen des Einzelfalles, d. h. nach der Größe des; Werkstückes und
der Wärmemenge, die in der Zeiteinheit abgeführt werden muß, um die gewünschte Abschreckwirkung
und damit Härtung hervorzurufen.