DE966784C

DE966784C - Device for surface hardening of gears

Info

Publication number: DE966784C
Application number: DES13206D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Viktor Ulbrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-04-13
Filing date: 1943-04-13
Publication date: 1957-10-10

Description

Es ist bekannt, daß sich Zahnräder dadurch härten lassen, daß man die Zähne kurzzeitig der \¥irkung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes aussetzt und dann mit Hilfe eines geeigneten Kühlmittels, beispielsweise Wasser, abschreckt. Das Zahnrad wird zu dem Zweck in den Innenraum einer von hochfrequenten Wechselströmen durchflossenen Induktionsspule gelegt, so daß in den für die Härtung zu erhitzenden Zahnflächen Induktionsströme xo erzeugt werden. Günstige Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich der Eindringtiefe der Erhitzung, werden erreicht, wenn mit Frequenzen im Bereich von etwa 500 bis 1000 ni Wellenlänge gearbeitet wird. In Fig. ι und 2 ist ein Zahnrad ι dargestellt, bei dem die Oberflächen der Zähne mit Hilfe einer einwindigen Induktionsspule 2 zum Zweck der Härtung der Zahnflächen erhitzt werden sollen. Die Induktionsspule umgibt mit geringem Abstand die Zähne 3 des Zahnrades. Erfahrungen mit derartigen Heizanordnungen haben gezeigt, daß der Grad der damit erreichbaren Härtung an der Oberfläche der Zähne nicht an allen Stellen der Zähne der gleiche ist. Es ergeben sich Unterschiede im Härtegrad längs des Zahnkopfes oder der Zahnflanken oder des Zahngrundes. Weiterhin ergeben sich Unterschiede im Härtegrad zwischen dem Zahnkopf und dem Zahngrund. Besonders groß sind erfahrungsgemäß die Unterschiede der Härtung zwischen den Teilen des Zahngrundes, die an der Außenseite des Zahnkranzes liegen, und den in der Mitte des Zahngrundes liegenden Teilen. Es kommt vor, daß in der Mitte des Zahngrundes der Werkstoff wenig oder gar nicht gehärtet wird.It is known that gears can be hardened by briefly cutting the teeth Exposed to the effect of a high-frequency electric field and then with the help of a suitable coolant, for example water, deterred. The gear is for the purpose in the interior of a Induction coil through which high-frequency alternating currents flow, so that in the for hardening To be heated tooth surfaces induction currents xo are generated. Favorable results, in particular with regard to the depth of penetration of the heating, are achieved when using frequencies in the range of about 500 to 1000 ni wavelength is used. In Fig. Ι and 2 a gear ι is shown at which the surfaces of the teeth with the help of a single-turn induction coil 2 for the purpose of hardening the tooth surfaces are to be heated. The induction coil surrounds the 3 teeth of the gear. Experience with such heating arrangements has shown that the degree the hardening that can be achieved on the surface of the teeth not in all parts of the teeth same is. There are differences in the degree of hardness along the tooth tip or the tooth flanks or the root of the tooth. Furthermore, there are differences in the degree of hardness between the tooth tip and the root of the tooth. Experience has shown that the differences in hardening between the parts of the tooth base that lie on the outside of the toothed ring, and those in the Parts lying in the middle of the tooth base. It happens that the material is in the middle of the tooth base is cured little or not at all.

Der Grund für diese Erscheinung liegt darin, daß sich die in der Oberfläche der Zähne fließenden hochfrequenten Wechselströme ungleichmäßig über die Zahnflächen verteilen, wenn eine bestimmte Anordnung und Abmessung des Zahnrades und der Induktionsspule vorausgesetzt wird. Zum Teil kann der ungleichmäßige Härtegrad auch darauf zurückzuführen sein, daß die einzelnen Teile der Oberflächen der Zähne verschiedenartige Abkühlverhältnisse haben.The reason for this phenomenon is that the high-frequency alternating currents flowing in the surface of the teeth are unevenly distributed over the tooth surfaces if a certain arrangement and dimensions of the gear wheel and the induction coil are assumed. In part, the uneven degree of hardness can also be attributed to the fact that the individual parts of the surfaces of the teeth have different cooling conditions.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Oberflächenhärtung von Zahnrädern oder zahnradähnlichen Werkstücken aus Stahl unter Anwendung eines den Umfang des Zahnrades umfassenden Induktors, durch die die Ungleichmäßigkeit in bezug auf den Härtegrad an den verschiedenen Stellen der Oberflächen der Zähne beseitigt oder zumindest wesentlich herabgesetzt wird. Gemäß der Erfindung ist zur gleichmäßigen Erwärmung des Zahngrundes beiderseits des Zahnrades eine Ringscheibe aus gut leitendem Material angeordnet, deren äußerer Durchmesser etwa dem Zahnraddurchmesser am Zahngrund entspricht. Durch die beiderseits des Zahnrades angeordneten Ringscheiben 4 werden die Widerstandsverhältnisse der Induktor-Werkstückeinheit derart beeinflußt, daß sie den magnetischen Fluß innerhalb der Ringscheiben drosseln und somit die im Werkstück induzierten Ströme gegen den Induktor bzw. gegen den Zahngrund drängen. Die Ringscheiben können vorteilhaft aus Aluminium bestehen und entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht auf die Seitenfläche des Zahnrades aufgelegt werden. Wenn ein in dieser Weise mit Abschirmteilen ausgerüstetes Zahnrad der Einwirkung der Induktionsspule ausgesetzt wird, so zeigt sich, daß die Zähne auch im Zahngrund gleichmäßig über die ganze Länge gehärtet werden. Die beabsichtigte Wirkung läßt sich durch Wahl der Abmessungen der abschirmenden Teile, insbesondere den äußeren Durchmesser der Ringscheiben und deren Dicke in axialer Richtung des Zahnrades, steuern. Der äußere Durchmesser der Ringscheiben wird vorteilhaft etwas kleiner gemacht als der Durchmesser des Zahnrades am Grunde der Zähne.The invention relates to a device for surface hardening of gears or gear-like workpieces made of steel using an inductor encompassing the circumference of the gear, by means of which the unevenness in terms of the degree of hardness at the various points on the surfaces of the teeth is eliminated or at least substantially reduced. According to the invention, an annular disk made of highly conductive material is arranged on both sides of the gear wheel for uniform heating of the tooth base, the outer diameter of which corresponds approximately to the gear wheel diameter at the tooth base. The annular disks 4 arranged on both sides of the gearwheel influence the resistance ratios of the inductor-workpiece unit in such a way that they throttle the magnetic flux within the annular disks and thus force the currents induced in the workpiece against the inductor or against the tooth base. The ring disks can advantageously be made of aluminum and placed either directly or with the interposition of an insulating layer on the side surface of the gearwheel. If a gear wheel equipped with shielding parts in this way is exposed to the action of the induction coil, it is found that the teeth are hardened evenly over the entire length in the tooth base. The intended effect can be controlled by choosing the dimensions of the shielding parts, in particular the outer diameter of the ring disks and their thickness in the axial direction of the gearwheel. The outer diameter of the ring disks is advantageously made slightly smaller than the diameter of the gear at the base of the teeth.

Der der Verbesserung der Härtung eines Zahnrades dienende Erfindungsgedanke läßt sich auch bei anderen Einrichtungen zum Härten von ähnlich geformten Stahlteilen mit hochfrequenten Wechselströmen anwenden.The idea of the invention, which serves to improve the hardening of a gearwheel, can also be used in other devices for hardening similarly shaped steel parts with high frequency Apply alternating currents.

Die zur Verbesserung der Härtung dienenden zusätzlichen Teile aus elektrisch gut leitendem Werkstoff können auch auf das zu härtende Werkstück aufgespritzt werden.The additional parts, which are used to improve the hardening, are made of good electrical conductivity Material can also be sprayed onto the workpiece to be hardened.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Establishment. for surface hardening of Gear wheels or gear-like workpieces made of steel using a circumference of the inductor comprising the gear, characterized in that for uniform heating of the tooth base on both sides of the gear wheel an annular disk made of a highly conductive material is arranged, the outer diameter of which is approximately the gear diameter at the tooth base is equivalent to.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the additional parts made of electrically good conductive material on the workpiece to be hardened with the interposition an insulating layer are applied.

3. Device according to claim 1, characterized in that that additional parts made of electrically good conductive material on the to be hardened Workpiece are sprayed on.

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Considered publications:
Swiss Patent No. 192 888;
U.S. Patent No. 2,223,970;
Book by W ο 1 ο gdi η: "Surface hardening after the induction process", German edition March 1944, p. 225;

Book: "Journal of Applied Physics", 1940, pp. 8i6ff.