DE967858C

DE967858C - Vorrichtung zum Oberflaechenhaerten metallener Werkstuecke

Info

Publication number: DE967858C
Application number: DEA12481D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Priority date: 1939-09-30
Filing date: 1939-09-30
Publication date: 1957-12-19

Description

Es ist bekannt, daß für die Oberflächenhärtung von metallenen Werkstücken Induktoren verwendetwerden, die mit einem Strom höherer Frequenz gespeist werden. Hierbei wird das Werkstück im allgemeinen von der Induktionsvorrichtung umfaßt. Die bei der Einschaltung der Leistung im Werkstück auftretenden Wirbelströme erhitzen dieses in der Oberflächenschicht nach Maßgabe der Frequenz. Bei der Behandlung von zylinderförmigen Werkstücken treten in der Ausbildung der Härteschicht keine Schwierigkeiten auf. Wesentlich anders liegen die Verhältnisse, wenn an Stelle solcher Werkstücke Zahnräder, Keilwellen, Innenverzahnungen oder genutete Wellen gehärtet werden sollen. Es zeigt sich hierbei, daß die erzielte Härteschicht keineswegs gleichmäßig verläuft. Betrachtet man beispielsweise ein mittels eines normalen Induktors mit glatter Innenfläche behandeltes Zahnrad, so ist meist eine vollkommene Durchhärtung der Zähne festzustellen. Auch bei anders geformten Teilen ist die Tiefe der Härteschicht nicht in dem gewünschten Maße gleichmäßig. An Kanten und vorspringenden Teilen wird immer eine unerwünschte Durchhärtung festzustellen sein.

Es sind bereits mehrere Anordnungen vorgeschlagen worden, um diesen Übelstand zu vermeiden. Es ist vorgeschlagen, die Induktorwände genau der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes anzupassen. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, die Vorsprünge der Werkstücke durch leitende Kontakt- oder Füllstücke zu verbinden, um den Heizstrom in Umfangsrichtung durch Vorsprünge und Kontaktstücke fließen zu lassen.

Diese Anordnungen erfüllen jedoch den gewünschten Zweck nicht völlig. Außerdem ist die Verwendung

709 812/38

solcher Anordnungen äußerst ungünstig, da entweder eine genaue Ausbildung der Induktoren erforderlich ist oder aber z. B. die Zahnräder vor der Behandlung mit den gutleitenden Füllstücken versehen werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum selektiven induktiven Erhitzen von metallenen Werkstücken und nachfolgendem Abschrecken zum Zwecke des Oberflächenhärtens vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen Werkstückinduktor und Werkstück von diesen isolierte Metallkörper partiell angeordnet sind. Diese zwischen Werkstückinduktor und Werkstück, von beiden isoliert, angeordneten Metallkörper gemäß der Erfindung werden im folgenden als Hilfsinduktoren bezeichnet.

Zur näheren Veranschaulichung des Erfindungsgedankens sollen die Fig. 1 bis 4 dienen.

In Fig. ι bis 3 ist die beispielsweise gezahnte Oberfläche eines Werkstückes dargestellt, die mit einem Werkstückinduktor 2 behandelt werden soll. Die in Fig. ι bis 3 gezeichneten Ausschnitte stellen eine Zahnstange 1 und die zugeordnete Heizeinrichtung 2 dar. Die Erfindung gestattet auch die Behandlung von Zahnrädern mit Innen- oder Außen verzahnung.

Die Stromrichtung in einem bestimmten Zeitpunkt im Werkstückinduktor 2 ist mit 3 bezeichnet. Gemäß der Erfindung werden in die zurückspringenden Teile 5 des zu behandelnden Werkstückes 1 die Hilfsinduktoren 8 eingelegt. Diese sind sowohl gegen das Werkstück 1 als auch gegen den Werkstückinduktor 2 isoliert. Durch das entstehende magnetische Feld werden sowohl in dem Werkstück 1 als auch in den Hilfsinduktoren 8 Wirbelströme erzeugt, deren Richtungen durch Pfeile 6, 9 und 10 angedeutet sind. Die Fig. ι bis 3 lassen erkennen, daß durch gegenseitige Anziehung der Ströme 9 und 10 eine Stromkonzentration in den zu härtenden Teilen 7 des Werkstückes erfolgt. Je nach Ausbildung der Hilfsinduktoren 8 ergibt sich eine bestimmte Kopplung 11, 12 vom Werkstückinduktor 2 zum Hilfsinduktor 8 und zum Werkstück. Durch die räumliche Ausbildung der Hilfsinduktoren 8 kann somit die Lage der Härteschicht, ihre Breiten- und Tiefenausdehnung beliebig beeinflußt werden. Hierbei ist die Form der Hilfsinduktoren und die Kopplung zwischen Hilfsinduktor, Werkstück und Werkstückinduktor maßgebend für die Ausbildung der erforderlichen Härteschicht.

In Fig. 2 und 3 sind zwei bewährte Formen der Hilfsinduktoren für die dargestellte Werkstücksform und Härteausbildung in vergrößertem Maßstab veranschaulicht.

Naturgemäß wird die Formgebung der Hilfsinduktoren von Fall zu Fall entsprechend den Abmessungen des Werkstückes und der erforderlichen Härteschicht zu bestimmen sein.

Die Ausbildung der Härteschicht kann auch durch die Werkstoffkonstanten der Hilfsinduktoren maßgeblich beeinflußt werden. Im allgemeinen wird man für diese einen Werkstoff verwenden, der bei geringem Widerstandswert eine gute Ausbildung der an der Oberfläche fließenden Ströme zuläßt, um die Verluste in den Hilfsinduktoren möglichst gering zu halten.

Der Werkstoff soll daher zweckmäßig gute Leitfähigkeit bei hoher Permeabilität aufweisen. 6g

Bei manchen Werkstücken wird es sich, bedingt durch die Werkstücksform und die gewünschte Härteschicht, empfehlen, als Werkstoff für die Hilfsinduktoren Stahl oder Stahllegierungen zu verwenden. Es können auch Legierungen von Eisen mit Nickel, Chrom, Molybdän und/oder Kupfer bzw. Aluminium Verwendung finden. Solche Legierungen sind zum Teil unter der Bezeichnung Permalloy oder Hipernik im Handel. Je nach Zusammensetzung der Legierung kann man die erforderliche hohe Permeabilität bei guten elektrischen Eigenschaften erzielen.

Die geringe Größe der Hilfsinduktoren im Verhältnis zur Größe des Werkstückes hält die im Hilfsinduktor auftretenden Verluste in erträglichen Grenzen.

Zweckmäßig werden die Hilfsinduktoren mit einem oder mehreren Hohlräumen 13 ausgebildet, wie in Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Die Hohlräume können zur Kühlung der Hilfsinduktoren dienen, es kann jedoch auch die Führung des Abschreckmittels durch diese Hohlräume 13 und entsprechende Kanäle oder Schlitze 14 vorgenommen werden, so daß nach beendetem Aufheizen ohne Entfernung der Heizeinrichtung ein unmittelbares Abschrecken erfolgen kann.

Mit Anordnungen gemäß der Erfindung können auch mehrere Werkstücke gleichzeitig behandelt werden, wie in Fig. 4 gezeigt. 1 sind die zu behandelnden Werkstücke, die beispielsweise mit der Härteschicht 7 zu versehen sind. Die Werkstücke 1 werden in den Werkstückinduktor 2 eingesetzt. An diesem sind die Hilfsinduktoren 8 durch isolierte Streben 13 befestigt. Die Heizströme sind in einem bestimmten Augenblick durch die Pfeile 3, 9 und 10 veranschaulicht. Auch bei diesem Beispiel kann die Ausbildung der Härteschicht durch Wahl der Kopplung beeinflußt werden, und zwar durch Wahl der Kopplung 14 der Werkstücke 1 zueinander' sowie der Kopplung 12 zwischen den Werkstücken ι und den Hilfsinduktoren 8 und der Kopplung 15 zwischen den Werkstücken 1 und dem Werkstückinduktor 2. Die günstigsten elektrischen und härtetechnischen Bedingungen werden von Fall zu Fall durch Stichversuche ermittelt. Hierbei wird die Kopplung in allen Fällen möglichst eng gewählt, um eine größtmögliche Ausnutzung und guten elektrischen Wirkungsgrad zu erzielen.

In den dargestellten Beispielen sind nur einige Ausführungsformen des Erfindungsgedankens wiedergegeben. Der Erfindungsgedanke kann grundsätzlich überall dort Verwendung finden, wo es sich darum handelt, kompliziert gestaltete Werkstücke mit einer vorher bestimmbaren Härteschicht an beliebigen Stellen zu versehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Vorrichtung zum selektiven induktiven Erhitzen von metallenen Werkstücken und nachfolgendem Abschrecken zum Zwecke des Oberflächenhärtens, dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen Werkstückinduktor und Werkstück von diesen isolierte Metallkörper partiell angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper leitend miteinander verbunden sind.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper aus einem Werkstoff guter elektrischer Leitfähigkeit und großer Permeabilität bestehen.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper aus einer Legierung von Eisen mit Nickel, Chrom, Molybdän und/oder Kupfer bzw. Aluminium bestehen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper hohl sind und von einemKühlmittel durchflossen werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper Spritzöffnungen ao besitzen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Kopplung zwischen den zu härtenden Werkstückflächen eng, die Kopplung zwischen den zu härtenden Oberflächenteilen und dem Induktor größer ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen den zu härtenden Oberflächen und dem Induktor eng, die Kopplung der nicht zu härtenden Teile der Werkstücke zueinander und zum Induktor größer ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 553 992 ; USA.-Patentschrift Nr. 1 378 187; schweizerische Patentschrift Nr. 192 ■

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©709 812/38 12.57