DE968849C - Vorrichtung zum induktiven Oberflaechenerhitzen zwecks Haertung bzw. Anlassens von Zahnraedern u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum induktiven Oberflächenerhitzen zwecks Härtung bzw. Anlassens von Zahnrädern, Gewindespindeln oder ähnlichen Werkstücken mit Oberflächengliederung durch Induktoren mit lamelliertem Eisenkern. Das Ziel besteht darin, daß bei einer nur dünnen Einhärtung des Werkstückkernes die Erhabenheiten ohne eine Überhitzung gleichmäßig durchgewärmt werden bzw. die Vertiefungen eine ebenso starke Einhärtung erhalten wie der Werkstückkern. Andererseits ist die Erfindung dazu geeignet, vorzugsweise in axialer Richtung verlaufende Erhabenheiten an deren Scheitel wirksam zu beheizen, was z. B. bei der Härtung von Fräsern von Vorteil ist.

Es ist bekannt, Zahnräder mit einem das Werkstück umfassenden Induktor in der Form einer einwindigen Leiterschleife mittels Vorschub zu härten, wobei je nach der Höhe der Frequenz und der aufgewendeten Heizleistung eine mindere oder stärkere Durchwärmung der Zähne eintritt. Versucht man mit demselben schleifenförmigen Induktor eine Gewindespindel zu härten, bei der die Erhabenheit im Gegensatz zum Zahnrad nicht axial, sondern in Umfangsrichtung angeordnet ist, so stellt sich eine Verbrennung des Profilscheitels ein, während der Kern der Spindel kaum die Härtetemperatur erreicht.

Daraus ist zu erkennen, daß die Erhabenheiten einen Wirbelstrom zur Aufheizung erheischen, der tunlichst senkrecht zu deren Längsausdehnung fließt.

Nun ist für eine nur dünne Oberflächenhärtung des Werkstückkernes eine in Vorschubrichtung schmale Heizzone bei großer Vorschubgeschwindigkeit erforderlich, welche Verhältnisse im Falle der Zahnradhärtung mit einer das Werkstück umf assen-

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den, schmalen Induktorschleife ohne weiteres gegeben sind. Versucht man, die Heizschleife teilweise in die Vorschubrichtung zu verlegen, um der vorgenannten Forderung nach einem zur Längsrichtung der Erhabenheit senkrecht fließenden Heizstrom gerecht zu werden, so ist von der erhofften Wirkung nur wenig festzustellen. Dagegen führt diese Maßnahme zu einer unerwünscht breiten Heizzone, die eine unsichere, nicht reproduzierbare Einhärtung des Werkstückkernes nach sich zieht. Außerdem ergeben sich an den axialen Enden des Werkstückes unliebsame, starke Randwirkungen, welche sich in einem Härteabfall und durch überhaupt ausfallende Härtung kundtun. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ermöglicht dagegen, äußerst wirksame Heizzonen in axialer und davon abweichender Richtung herzustellen, wobei die Heizgebiete in der axialen Ausdehnung so klein gehalten sind, daß bei normaler Vorschubgeschwindigkeit die kurzen Anheizzeiten erreicht werden, wie sie zu einer einwandfreien Oberflächenhärtung des Werkstückkernes erforderlich sind.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere das rotierende Werkstück ringförmig umfassende Linieninduktoren dieses in axialer Richtung nur zu einem für das Vorschubverfahren axial kurzen Teil überdecken und Induktionsleiter aufweisen, welche in Vorschubrichtung oder geneigt zu dieser verlaufen und in elektrisch leitende Anschlußwangen münden, die die Stirnseiten der Eisenblechkerne abdecken und die Heizleiter untereinander elektrisch verbinden bzw. zu den Stromanschlüssen des Induktors führen und so große Querschnittsabmessungen aufweisen, daß der um das Werkstück herum fließende Strom der Heizleiter keine Heizwirkung hervorbringt.

In Bild 1 ist eine einfache Ausführung des erfindungsgemäßen Heizinduktors in der Abwicklung dargestellt. Die Heizleiter 1 sind in Eisenblechkernen 2 eingefaßt, so daß das in das Werkstück eindringende magnetische Wechselfeld darin seinen Rückschluß um den Heizleiter herum findet. An ihren Enden sind die Heizleiter an Wangen 3 angeschlossen, welche die Eisenkerne an den Stirn-Seiten abdecken und abschirmen und gleichzeitig zur Verschaltung der Heizleiter untereinander und zu deren Anschluß an die Stromquelle an den Enden 4 der Heizeinrichtung dienen.

Das Bild 2 zeigt in der linken Bildhälfte die axiale Draufsicht auf den Induktor, während in der rechten Bildhälfte der Schnitt durch einen Heizleiter dargestellt ist. An den Enden 4 der Heizeinrichtung sind hochkant gestellte Stromzuführungen 5 mit dieser leitend verbunden. Die aus Bild 2 ersichtliehe radiale Höhe der Wangen 3 und aus Bild 1 zu entnehmende Breite derselben sind so groß bemessen, daß der Zuleitungsstrom zu den einzelnen erfindungsgemäßen Heizleitern 1 kein wirksames Heizfeld hervorbringen kann. Nachdem ja die spezifische Heizleistung nach dem Joulschen Gesetz mit der Dichte des heizenden Stromes quadratisch abnimmt, ist durch die genannte Ausbildung der Wangen 3 mit sehr großem Querschnitt die unerwünschte Heizwirkung des um das Werkstück herum sich schließenden Stromes in einfacher Weise unterbunden.

Die Heizwirkung des mit einem lameliierten Eisenkern bestückten Heizleiters 1 ist durch das Bild des am Werkstück induzierten Stromes in Bild 6 erläutert. Lediglich in der vom Heizleiter abgedeckten schmalen Fläche des Werkstückes wird eine Spannung induziert. Der sich ausbildende Wirbelstrom fließt in diesem Gebiet eng gebündelt, während er außerhalb der induzierten Strombahn sich nach Potentialgesetzen zerstreut, d. h. einen vagabundierenden Rückschluß aufweist. Wegen der quadratischen Abnahme der Heizwirkung bei sich verkleinernder Stromdichte tritt eine wirksame Beheizung des Werkstückes nur im jeweils induzierten Teil der Werkstückoberfläche auf, der sich unmittelbar unter dem Heizleiter befindet.

Die so erstellte Heizzone ist mit ihrer Längsausdehnung erfindungsgemäß mehr oder minder genau in axialer Richtung am Werkstück verlegt. Nach Bild 3 ist beispielsweise eine Ausführung des Heizinduktors wiedergegeben, bei der die Heizleiter 1 mit einer Schrägung zur Achse des Werkstückes angeordnet sind. Je zwei Heizleiter sind bei diesem Beispiel von einem lameliierten Eisenkern eingefaßt.

Auch verschiedene Schräglagen der Heizleiter eines Induktors zur Werkstückachse sind erfindungsgemäß brauchbar, wie dies bei dem Heizinduktor nach Bild 4 der Fall ist. Diese Spielart des erfindungsgemäßen Induktors eignet sich besonders gut für die Oberflächenhärtung von runden Härte- g₅ flächen, in die ein Loch, z. B. ein Schmierloch, gebohrt ist. Mit einer nur eine Stromrichtung enthaltenden Heizzone treten nämlich an zwei gegenüberliegenden Seiten des Bohrungsrandes induktive Überhitzungen auf, indes die rechtwinkelig hierzu liegenden Seiten keine Härtung infolge Unterheizung annehmen.

Die Ursachen dieses Effektes sind mit Bild 5 erklärt: Der heizende Wirbelstrom ist gezwungen, während des Vorbeiziehens des Induktors an dem Loch dieses in einer vagabundierenden, d. h. von dem Heizleiter nicht induzierten Bahn zu umfließen. Dabei treten nach Potentialgesetzen erhöhte Stromdichten an den Punkten 6 des Bohrungsrandes auf, die zu einer Überhitzung, oftmals bis zum Schmelzpunkt, führen. Hingegen erfahren die Staupunkte 7 der Wirbelstromströmung eine Unterheizung, so daß dort die Härtetemperatur nicht erreicht wird. Mit den unter sich schräg gestellten Heizleitern der Einrichtung nach Bild 4 überlagern sich aber mehrere nach Bild 6 erläuterte Heizeffekte geringerer Intensität, so daß eine gleichmäßige Härtung des Bohrungsrandes ohne eine Überhitzung erzielt wird.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zum induktiven Oberflächenerhitzen zwecks Härtung bzw. Anlassens von Zahnrädern, Gewindespindeln oder ähnlichen Werkstücken mit Oberflächengliederungen durch Induktoren mit lamelliertem Eisenkern, dadurch

   gekennzeichnet, daß mehrere das rotierende Werkstück ringförmig umfassende Linieninduktoren dieses in axialer Richtung nur zu einem für das Vorschubverfahren axial kurzen Teil überdecken und Induktionsleiter aufweisen, welche in Vorschubrichtung oder geneigt zu dieser verlaufen und in elektrisch leitende Anschlußwangen münden, die die Stirnseiten der Eisenblechkerne abdecken und die Heizleiter untereinander elektrisch verbinden bzw. zu den Stromanschlüssen des Induktors führen und so große Ouerschnittsabmessungen aufweisen, daß der um das Werkstück herum fließende Strom der Heizleiter keine Heizwirkung hervorbringt.
2. 2. Heizinduktor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Heizleiter in einem Eisenkern eingebettet sind.
3. 3. Heizinduktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Heizleiter mit verschiedener Schrägung zur Achse des Werkstückes enthält.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 820946;

   Buch von Wologdin, »Oberflächenhärtung nach dem Induktionsverfahren«, deutsche Ausgabe, Berlin, 10. 3. 44, S. 160, 162, 164, 202, 203, 204, 205, 214, 226.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   φ 709 915/85 3.58