DE903615C

DE903615C - Verfahren zur Haertung von Zahnraedern mittels Induktion

Info

Publication number: DE903615C
Application number: DEA9056D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Schoenbacher
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-03-13
Filing date: 1942-03-13
Publication date: 1954-02-08

Description

Verfahren zur Härtung von Zahnrädern mittels Induktion Die bisher für die elektrische Oberflächenhärtung von Zahnrädern mit Hilfe induktiver Hochfrequenzerhitzung bekanntgewordenen verfahren und Einrichtungen ermöglichen es noch nicht, die Anforderungen, die vom Betriebsstandpunkt und vom härtetechnischen Standpunkt aus gestellt werden, voll zu erfüllen. Obwohl auch für die Einzelzahnhärtung die verschiedensten Hilfsmittel angegeben worden sind, wie z. B. besondere Leiteranordnung, magnetische Feldführungskörper, Bündelungs- und Abschirmkörper, ist insbesondere bei kleinen Zahnteilungen hiermit die Aufheizung der Zahnoberfläche nicht mehr in günstigster Weise erreichbar. Die bekannten Mittel ermöglichen nämlich bei kleinen Teilungen nicht mehr, die Wärmezufuhr zu den einzelnen Zonen der Oberflächen des Zahnes so zu steuern, daß die Oberflächenschicht rasch und -gleichmäßig -erhitzt wird, während bis zum Zahnkopf hinauf der zähe Kern des Zahnes erhalten bleibt (vgl. Fig, z).
Die Erfindung gestattet, die induktive Erwärmung auf die Oberflächenzonen ohne Leistungsdrosselung und Hilfskörper auch bei kleinen Zahnteilungen ,genau nach Wunsch zu steuern, so daß sich sogar eine vom Zahnkopf über die Zahnflanke und .den Zahngrund sowie die Flanke des nächsten Zahnes zum Zahnkopf durchlaufende Oberflächenhärtung erzielen läßt (vgl, Fig. 2).
Gemäß der Erfindung wird eine relative Bewegung des oder der Heizleiter in der Zahnlücke derart ausgeführt, daß .die zu härtenden Oberflächenteile der Einwirkung des Heizleiters verschieden lange Zeit unterworfen «-erden. Ferner wird der wirksame Teil des Heizleiters durch Anwendung einer außergewöhnlich hohen Stromdichte und einer äußerst intensiven Flüssigkeitskühlung möglichst dünn gehalten, so daß er auch bei kleinen Zahnteilungen verwendbar ist und bis in unmittelbare Nähe des Zahngrundes geführt «erden kann.
Erfindungsgemäß soll weiter der Heizleiter, wenn er sich tief in der Zahnlücke, also in großer Nähe des inneren Teilkreises befindet, längere Zeit auf die ihm benachbarten Oberflächenteile einwirken. Dagegen sollen die Flanken und der Zahnkopf in wesentlich kürzerer Zeit aufgeheizt werden. Auf diese Weise läßt sich eine Überhitzung am Zahnkopf vermeiden, während andererseits die magnetisch ungünstigen Verhältnisse und die größere Wärmeableitung am Zahngrund so ausgeglichen werden können, daß selbst am inneren Teilkreis die zur Härtung erforderliche Oherflächentemperatur erreicht wird. Wenn auch eine zusamm-enhängen.de Oberflächenhärtung von Zahnkopf bis zum nächsten Zahnkopf nicht in allen Fällen erforderlich ist, so ist es doch wesentlich, daß die Flankenhärtung nicht etwa zu früh seitlich am Zahn aufhört, etwa in einer Gegend, in der noch Biegebeanspruchungen auftreten (vgl. Fig. i), denn ein solches mehr oder minder plötzliches Aufhören der harten Oberflächenschicht kann zur Dauerbruchbildung führen.
Für die Durchführung der Erfindung kann die Bewegung in verschiedener Weise und in verschiedener Richtung erfolgen. Das in Fig. 3 dargestellte Beispiel zeigt, wie allein durch Radialbewegung mit verschiedener Geschwindigkeit die Erfindung verwirklicht werden kann. Der- in die Zahnlücke eingeführte Heizleiter wird z. B. vom Zahngrund aus radial, zunächst langsam, dann wesentlich schneller, gegen den Zahnkopf zu bewegt. Außer der Geschwindigkeitssteigerung gegen den Zahnkopf zu kann auch die Abschaltung des Stromes kurz vor Erreichen des äußeren Teilkreises und gegebenenfalls eine dauernde Kühlung des Zahnkopfes selbst angewendet werden, um den zähen Zahnkern bis an die Oberfläche des Zahnkopfes am äußeren Teilkreis zu erhalten. Diese Anwendung der Radialbewegung empfiehlt sich u. a. bei Pfeilverzahnungen.
Ein weiteres besonders günstiges Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. q,. Hier wird der Heizleiter in axialerRichtung gegenüber dem Zahnrad verschoben, und es ist durch die besondere Formgebung des Leiters dafür Sorge getragen, daß er dem Zahngrund längere Zeit gegenüberliegt als den Zahnflanken. Dadurch, daß der Heizleiter in Zonen, die stark aufgeheizt werden sollen, in der Vorschubrichtung verläuft, anderen Oberflächenteilen gegenüber, die weniger stark aufgeheizt werden sollen, aber schräg oder senkrecht zur Vorschubrichtung geführt ist, wird hier trotz konstanter Vorschubgeschwindigkeit die zeitlich verschiedene Aufheizung erzielt. Um ein möglichst plötzliches Abschrecken sicherzustellen, wird der Leiter so ausgebildet, entsprechend einer Weiter-Bildung der Erfindung, daß für alle etwa auf gleiche Oberflächentemperatur aufgeheizten Teile gleichzeitig die Aufheizung beendet ist (Fig. q. und 5, Heizleiterende senkrecht zur Vorschubrichtung). Für besondere Fälle kann es auch wichtig sein, den Heizleiter symmetrisch auszubilden, so daß er die Härtung der Oberfläche einer Zahnlücke auf dem Hinwege, die der nächsten auf dem Rückwege vornehmen kann (Fig. 6).
Die Anwendung der Heizleiter entsprechend der Erfindung ist bei der Oberflächenhärtung nicht an eine besondere Art der Abschreckung gebunden. Es kann vielmehr die Abschreckung der glühenden Oberfläche durch Spritzen oder Eintauchen erfolgen. Andererseits ist aber die Leiterausbildung durch die äußerste Konzentration des Stromes geeignet, die rascheste lokale Oberflächenerhitzung zu erzielen, so daß auch eine Abschreckung ohne zusätzliche Abschreckmittel von dem kalten Werkstückkern aus möglich ist. Zur Sicherung dieser Rückenkühlung werden zweckmäßig jeweils die Zähne, die an einer Flanke gehärtet werden, von der anderen Flanke her .durch eine Flüssigkeitskühlung zusätzlich gekühlt. Diese Kühlung kann auch auf die Zahnköpfe ausgedehnt werden (Fig. 7).
Die außergewöhnlich hohe Zusammenfassung des Stromes in möglichst nur einem einzigen Heizleiter aus dünnwandigem Rohr geringen Durchmessers kann gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Hochfrequenztransformators, insbesondere Spartransformators, unmittelbar vor der Zahnlücke erzielt werden. Auf diese Weise braucht nur der aktive Leiterteil die hohe Stromdichte und die außerordentlich intensive Kühlung mit einem Druckabfall von beispielsweise mehr als 3. at längs des kurzen Leiterstückes zu besitzen, während unmittelbar dahinter schon die Querschnitte für den Stromweg und die Flüssigkeitskühlung wesentlich erweitert werden können. Der Spartransformator wird, wie die Ausführung der Fig. 5 zeigt, nicht nur mit Wasserkühlung, sondern auch mit einem Kern aus Hochfrequenzeisen, insbesondere einem Massekern, ausgeführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Härtung von Zahnrädern mittels Induktion, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter in der Zahnlücke eine relative Bewegung derart ausführt, daß die Oberflächenteile der Einwirkung des Heizleiters verschieden lange Zeit unterliegen. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter eine Radialbew-egung mit verschiedener Geschwindigkeit ausführt. 3. Verfahren nach Anspruch z, insbesondere für kleine Zahnteilungen, dadurch gQkennzeichnet, daß der Heizleiter nur -während einer der beiden Bewegungsrichtungen Strom führt. ,4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter mit axialem Vorschub bewegt wird und eine solche Form hat, daß auch bei konstantem Vorschub für die einzelnen Oberflächenzonen verschiedene Einwirkungszeiten sich ergeben. 5.. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter nur in der Nähe des Zahngrundes ein längeres Stück in der Vorschubrichtung verläuft, jedoch die den Zahnflanken gegenüberliegenden Heizleiterteile schräg oder senkrecht zur Vorschubrichtung liegen. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter eine dünne Wandung mit außerordentlich hoher Stromdichte (über i oo ... 5oo A/mm2) und äußerst intensiver Flüssigkeitskühlung von mehr als 3 at Druckgefälle für das kurze aktive Heizleiterstück besitzt. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Heizleiter in kürzester Verbindung mit dem Transformator, insbesondere einem Spartransformator, steht, der unmittelbar außerhalb des Zahnkranzes angeordnet und gegebenenfalls mit Wasserkühlung und Hochfrequenzkern ausgerüstet ist. B. Einrichtung nach Anspruch 4 bis 7-, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter symmetrisch ausgebildet und für beide Vorschubrichtungen verwendbar ist. g. Einrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter einen zur Vorschubrichtung senkrechten Abschluß hat, so daß die verschieden lang aufgeheizten Oberflächenteile gleichzeitig die Wärmezufuhr verlieren. io. Verfahren nach Anspruch i und 4, gekennzeichnet durch eine Abschreckung ohne zusätzliche Kühlmittel, allein vom kühlen Werkstückkern her. i i. Verfahren nach Anspruch i und 4. und i o, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Flüssigkeitskühlung der Zahnrückseiten und der Zahnköpfe während und nach der Aufheizung der Zahnlückenoberfläche. 12. Verfahren nach Anspruch i und 4, io und ri, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen Zahnteilungen, insbesondere Modul 3; und 4 und darunter, der Außendurchmesser des Heizleiters kleiner als 3 mm ist.