DE9110415U1 - Vorrichtung zum Härten kleiner Oberflächen - Google Patents

Description

R. 24634
19.8.1991 Km/Si/Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 10

Vorrichtung zum Härten kleiner Oberflächen Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten kleiner Oberflächen mittels eines Hochfrequenzfeldes nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt (feinwerktechnik & micronic, März/April 1972, Heft 3, Seiten 85 - 152), durch Verschleiß beanspruchte Bauteile mittels hochfrequenter Wechselfelder an ihrer Oberfläche zu härten. Hierbei ist es wichtig, daß die hochfrequenten Wechselfelder an die Bauteile bzw. die zu härtenden Oberflächen angepaßt sind. Dies bedingt auch eine lagegenaue Positionierung der Bauteile relativ zu den Feldern.

In dem eingangs erwähnten Artikel wird vorgeschlagen, bei vorgegebener Induktorform die Bauteile mittels eines Kreuzsupports zu positionieren, wo das Bauteil auf dem Kreuzsupport befestigt und in x-, y- und z-Richtung an die vorbestimmte Stelle innerhalb des hochfrequenten Feldes gefahren wird. Dabei ist nachteilig, daß mit Toleranzen behaftete Bauteile individuell ausgemessen und genau positioniert werden müssen.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus, der zudem die Möglichkeit eröffnet, toleranzbehaftete Bauteile in der Serienfertigung schnell und einfach an der Oberfläche zu härten. Das Bauteil wird an einem Anschlag zur Anlage gebracht, wodurch die zu härtende Oberfläche relativ zum Induktor lagerichtig positioniert ist. Durch den Kernfeldformer wird erreicht, daß in dem Bereich, an dem das Bauteil zur Anlage gelangt, eine hohe Felddichte vorherrscht.

Ferner wird durch die Berührung des zu härtenden Bauteils mit dem Anschlag erreicht, daß nach dem Härtevorgang die Wärme vom Bauteil über den Anschlag abfließen kann. Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Anschlag thermoschockbestandig ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach dem Hauptanspruch möglich.

Eine besonders einfache Ausführung des Anschlags erhält man durch Aufbringen eines dünnen Keramikplattchens auf den Induktor.

Entstehende Wärmeverluste im Kernfeldformer können vermieden werden, wenn der Kernfeldformer direkt am Induktor festgeschraubt und zwischen dem Feldformer und dem Induktor eine Wärmeleitpaste, ein wärmeleitender Klebstoff oder dergleichen eingebracht ist. Auf diese Weise lassen sich Zwischenräume, die das hochfrequente Feld beeinflussen, vermeiden und der Wärmefluß innerhalb der Härtevorrichtung optimieren.

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Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Draufsicht auf einen Induktor und Figur 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Figur 1 mit einem Bauteil in Härtestellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Figuren 1 und 2 ist ein ringförmiger Induktor 10 zu sehen, der aus einem hohlen Vierkantprofil 12 geformt ist. Der Induktor besitzt einen den Ring unterbrechenden Zuleitungsbereich 14, über den der hochfrequente Wechselstrom mittels geeigneter Leitungen 16 von einer Strom-/Spannungsversorgung 18 zugeführt wird. Links- und rechtsseitig vom Zuleitungsbereich 14 sind je ein Wasserzufluß und ein Wasserabfluß 20 vorgesehen, die den Innenraum 22 des Induktors 10 mit Kühlwasser versorgen.

Der Induktor 10 ist von einem Feldformer 24 eingefaßt, der so angebracht ist, daß der hochfrequente Wechselstrom bevorzugt an der Innenseite 26 des ringförmigen Induktors 10 fließt. Zur Befestigung dienen zwei Gewindebolzen 28, die auf der dem Feldformer 24 zugewandten Seite 30 des Induktors 10 an dessen Vierkantprofil 12 befestigt ist, zum Beispiel durch Hartlöten oder Reibschweißen. Die Gewindebolzen 28 durchdringen den Feldformer 24 paßgenau und ragen auf der dem Induktor 10 entgegengesetzten Seite des Feldformers 24 aus diesem heraus. Die Gewindebolzen 28 tragen auf dieser Seite je eine Mutter 32 und eine Unterlagscheibe 33 mittels derer der Feldformer 24 und das Vierkantprofil 12 kraftschlüssig verspannt sind.

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Um jeglichen Zwischenraum zwischen dem Induktor 10 und dem Feldformer 24 zu vermeiden und um einen guten Wärmefluß zu ermöglichen, ist zwischen dem Vierkantprofil 12 und dem Feldformer 24 eine Wärmeleitpaste 34 eingebracht, die sich beim Zusammenspannen in feinste Ritzen verteilt. (In der Zeichnung stark vergrößert dargestellt.)

In den durch den Induktor 10 und den Feldformer 24 gebildeten Innenraum ist ein Kernfeldformer 36 eingepaßt. Dieser reicht an der, dem Induktor 10 zugewandten Seite, bis ungefähr zur Mitte des Vierkantprofils 12. Auf diese Weise wird erreicht, daß die höchste Feldkonzentration an der inneren vorderen Ringkante 38 des Induktors 10 herrscht.

An der den Gewindebolzen 28 gegenüberliegenden Seite des Induktors 10 ist ein Plättchen 40 angebracht. Dieses Plättchen 40 kann mit Ausnahme des Zuleitungsbereichs 14 an einer beliebigen Position auf dem Induktor angeordnet sein. Als Material für das Plättchen 40 eignen sich Keramik, vorzugsweise BaO-SiO dotierte AL 0 -Keramik, die ca. 5 % offene Poren aufweist, oder andere thermoschockbeständige Werkstoffe. Im einfachsten Fall ist das Plättchen 40 auf den Induktor 10 und einen überstehenden Rand 41 des Feldformers 24 aufgeklebt. Vorteilhafter ist es jedoch, die Verbindung durch Löten herzustellen. Hierzu muß die Keramik an der Lötstelle metallisiert sein.

Funktionsweise:

Über die Strom-/Spannungsversorgung 18, die einen HF-Generator mit einer Tetrode zur Erzeugung schneller Schaltzeiten und einer breiten Leistungseinstellung (30 - 100 %) bei kleinster Welligkeit, sowie Komponenten für eine Regelung enthält, wird über die Leitungen 16 ein hochfrequenter Strom in den Induktor 10 eingekoppelt. Durch die

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Anordnung von Feldformer 24 und Kernfeldformer 36 wird im Bereich der Ringkante 38 des Induktors 10 ein Wechselfeld hoher Feldstärke erzeugt. Ein Bauteil 42 wird mit der zu härtenden Oberflächenstelle 44 gegen das Plättchen 40 an der Stelle höchster Feldkonzentration gedrückt.

Durch die induzierten Wirbelströme in der Randschicht des Bauteils 42 wird die zu härtende Oberflächenstelle 44 innerhalb kürzester Zeit (40 - 100 ms) auf Härtetemperatur erwärmt. Nach dieser Zeit wird das Wechselfeld ausgeschaltet, und die Wärme kann von der Oberfläche in das Bauteil 42 und über das Plättchen 40 in die Härtevorrichtung abfließen. Hierdurch wird ein Selbstabschreckeffekt erzielt und dadurch die damit verbundenen Vorteile wie kurze Abschreckzeit, Vermeidung von Rißgefahr und Vermeidung von Verunreinigung der Oberfläche ausgenützt.

Das Plättchen 40 muß thermoschockbeständig sein, um nicht durch die plötzlich abfließende Wärme beschädigt zu werden.

Durch das Anlegen des Bauteils 42 direkt an das Plättchen 40 kann trotz toleranzbehafteter Abmessungen der Bauteile 42 eine lagegenaue Positionierung innerhalb des Wechselfeldes erzielt werden.

Es ist von Vorteil, wenn das Bauteil 42 um seine Symmetrieachse 46 rotiert. Auf diese Weise erhält man eine gleichmäßige Härteverteilung der Oberfläche.

Die zu härtende Oberflächenstelle kann dadurch vergrößert werden, daß die Symmetrieachse 46 um ein bestimmtes Maß "a" von der Stelle höchster Feldkonzentration entfernt auf das Plättchen 40 gedrückt wird. Bei Rotation um die Symmetrieachse 46 kann so eine kreis- oder kuppenförmige Oberflächenstelle 40 gehärtet werden. Wird das Maß "a" so groß gewählt, daß ein merklicher Feldstärkeabfall auftritt, so entsteht eine kreisringförmig, gehärtete Oberflächenstelle 44.

Claims (4)

R. 24634 19.8.1991 Km/Si/Sm ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 10 Ansprüche

1. Vorrichtung zum Härten kleiner Oberflächen mittels eines Hochfrequenzfeldes, mit einer hochfrequenten Strom-/Spannungsversorgung, ferner mit einem, vorzugsweise ringförmigen, Induktor und mit einem Feldformer, dadurch gekennzeichnet, daß am Induktor (10) ein Kernfeldformer (36) und ein thermoschockbeständiger Anschlag (40) angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag (40) ein dünnes Keramikplattchen vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (40) auf den Induktor (10) aufgeklebt oder aufgelötet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldformer (24) am Induktor (10) festgeschraubt und zwischen Feldformer (24) und Induktor (10) eine Wärmeleitpaste (34) eingebracht ist.