DE972807C - Verfahren und Heizgeraet zum fortschreitenden Erwaermen von langgestreckten Werkstuecken mit ebener Oberflaeche - Google Patents

Verfahren und Heizgeraet zum fortschreitenden Erwaermen von langgestreckten Werkstuecken mit ebener Oberflaeche

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DE972807C
DE972807C DED1624D DED0001624D DE972807C DE 972807 C DE972807 C DE 972807C DE D1624 D DED1624 D DE D1624D DE D0001624 D DED0001624 D DE D0001624D DE 972807 C DE972807 C DE 972807C
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Germany
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heating
heater
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shaped
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DED1624D
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English (en)
Inventor
Hermann Kuhlbars
Gerhard Dr-Ing Seulen
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening

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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Verfahren und Heizgerät zum fortschreitenden Erwärmen von langgestreckten Werkstücken mit ebener Oberfläche Zum Erwärmen von Werkstücken, insbesondere dann, wenn es sich darum handelt, diese Erwärmung zum Zwecke des Oberflächenhärtens nur oberflächlich durchzuführen, werden bekanntlich sowohl Induktionsspulen als auch Gasbrenner in Form von Schlitzbrennern od. dgl. benutzt. Induktionsspulen und Brenner sind so ausgebildet, daß sie mit ihren Heizteilen die Werkstückoberfläche in Querrichtung überspannen, und während sich das Werkstück unter dem Heizteil des jeweiligen Heizgerätes in Längsrichtung hindurchbewegt, findet fortschreitend eine Linien- oder streifenförmige Erwärmung statt, die bis zu einer gewissen Tiefe in das Werkstück eindringt. Unmittelbar anschließend an das Aufheizen findet zum Zwecke des Härtens ein Abschrecken statt. Bei den bekannten Verfahren steht das Heizgerät mit seinem Heizteil senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkstückes.
  • Bei der Durchführung der bekannten Verfahren wird ein mehr oder minder großer Verzug des Werkstückes beobachtet. Die Gefahr des Verzuges ist um so größer, je größer die Längserstreckung des Werkstückes ist. Der Verzug hängt außerdem ab von der besonderen Form des Werkstückes und auch von der Werkstoffart, insbesondere der Zusammensetzung des Werkstoffes, wie Kohlenstoffgehalt od. dgl. Die Ursache für den Verzug, der vielfach sogar in Längs- und Querrichtung gleichzeitig eintritt, ist zweifellos in dem Entstehen von Wärme- und Härtespannungen zu suchen, ohne daß jedoch vollkommen klare Erkenntnisse darüber herrschen, wie der Verzug in den beiden Richtungen zustande kommt.
  • Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, wie der Verzug zu verringern sei. Vorschläge dieser Art, die nicht zum vorbekannten Stand der Technik gehören, sind beispielsweise ein gewisses Vorwärmen der zu härtenden Fläche des Werkstückes oder auch des gesamten Werkstückes. Auch ist schon vorgeschlagen worden, mit oder ohne Vorwärmen der zu härtenden Oberfläche gleichzeitig auch die abgekehrte, _nicht zu härtende Fläche auf bestimmte Temperaturen zu erwärmen. Des weiteren ist versucht worden, die Auswirkung der Spannungen durch Festklemmen der langgestreckten Werkstücke, wie Platten, Bleche od. dgl., an einer starren Unterlage zu unterbinden. Die genannten Vorschläge sind gemacht worden sowohl in Verbindung mit induktivem Aufheizen als auch mit Aufheizen durch Gasbrenner. Diese Maßnahmen haben nicht in allen Fällen dazu geführt, daß der Verzug in befriedigendem Maße unterbunden werden konnte.
  • Es ist ferner für die Wärmebehandlung, insbesondere das Oberflächenhärten von zylindrischen Werkstücken, vorgeschlagen worden, das Heizgerät schräg zur Achse des Werkstückes und damit zur Vorschubrichtung zu stellen. Damit sollte die-Entstehung von Schlupfstellen, das sind Stellen geringerer oder ungleichmäßigerer Oberflächenhärten, beseitigt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sowohl der ballige Verzug in Längsrichtung als auch der hohle Verzug in Querrichtung der langgestreckten, ebenen Werkstücke dann vermieden oder jedenfalls auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann, wenn die fortschreitende Linien- oder streifenförmige Erhitzung in einer Richtung erfolgt, die im Gegensatz zur bisherigen Übung nicht senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkstückes erfolgt, sondern in einer von dieser Senkrechten um gewisse Beträge abweichenden Richtung. Dieses Verfahren ist sowohl für das Erhitzen mit Induktionsspulen als auch mit Brennern voll wirksam, und die bisher bekannten Anordnungen sind nur insofern abzuwandeln, als der Heizteil schräg oder gebrochen schräg zur Vorschubrichtung angeordnet werden muß. Abgesehen von einem einfachen Schrägstellen eines Heizgerätes mit geradlinigem Heizteil kann dies unter anderem dadurch geschehen, daß der Heizteil einfach oder mehrfach V-förmig oder einfach oder mehrfach bogenförmig ausgebildet wird.
  • Die Größe der einzustellenden Abweichung von der Senkrechten zur Vorschubrichtung ist bei der Behandlung verschiedener Werkstücke und verschiedener Werkstoffarten verschieden und läßt sich durch Stichversuche ermitteln. In vielen Fällen reichen außerordentlich geringe Abweichungen aus, um einen vollen Erfolg zu erzielen.
  • Im nachfolgenden werden an Hand einer Reihe schematischer Abbildungen das Verfahren und die zu treffendenAnordnungen erläutert. In den Zeichnungen ist der Einfachheit halber das Heizgerät bzw. der Heizleiter im allgemeinen durch eine strichpunktierte Linie angedeutet.
  • In Abb. i ist zum Vergleich die Art dargestellt, wie bisher mittels Spulen oder Brennern ein langgestrecktes Werkstück erhitzt worden ist. Das Werkstück i wird fortschreitend in der Richtung des Pfeiles 2 unter dem Heizgerät 3 hindurchbewegt. Das Heizgerät 3 steht senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkstückes.
  • Zur Vermeidung des Verzuges in Längs- und Querrichtung wird gemäß der Erfindung der Heizteil des Heizgerätes so eingestellt, daß er nicht mehr senkrecht zur Vorschubrichtung steht. Die einfachste Form der Anordnung des Heizgerätes ist die, daß der Heizteil einen einfachen Winkel mit der Senkrechten zur Vorschubrichtung bildet, wie aus Abb. 2 ersichtlich. Das Werkstück i bewegt sich in Richtung des Pfeiles 2, und das Heizgerät q. wird in einem Winkel zur Senkrechten 3 zur Vorschubrichtung angeordnet. Die Größe des Winkels 5 ist in Anpassung an die Ausbildung des Werkstückes, d. h. in Anpassung an seine Länge, Breite und Dicke, zu wählen. Welcher Winkel im einzelnen Fall einzustellen ist, ergibt sich in einfacher Weise durch einige Stichversuche.
  • Der Winkel s ist in Abb. 2, wie im übrigen auch bei den weiteren Abbildungen, zur Verdeutlichung verhältnismäßig groß gezeichnet. Es genügt jedoch in vielen Fällen, wenn die Abweichung von der Senkrechten zur Vorschubrichtung sehr klein ist und der Winkel s mithin nur wenige Grade beträgt.
  • Wenn das Werkstück vollkommen gleichmäßig ist, so ist es unerheblich, ob der Winkel, den das Heizgerät q. mit der Senkrechten 3 bildet, wie bei 5 angedeutet, positiv ist oder negativ wie bei 5'. Das gleiche gilt auch dann, wenn das Werkstück symmetrisch zur Mittellinie verteilte Aussparungen, Bohrungen od. dgl. aufweist. Sind jedoch Aussparungen, Einfräsungen od. dgl., wie bei 6 angedeutet, unsymmetrisch auf der Oberfläche des Werkstückes verteilt, so wird es beispielsweise zweckmäßig sein, den Heizleiter q.' unter einem Winkel 5' zur Senkrechten 3 anzuordnen.
  • Eine besonders günstige Wirkung bezüglich der Vermeidung des Verzuges in beiden Richtungen wird erzielt, wenn das Heizgerät so ausgebildet wird, wie dies in Abb. 3 gezeigt ist. Außerdem wird durch diese Anordnung in bezug auf das Heizgerät selbst ein Vorteil dadurch erzielt, daß das Gerät eine besonders innere Festigkeit aufweist. Wie ersichtlich, ist das Heizgerät V-förmig ausgebildet, wobei die symmetrisch zur Vorschubrichtung 2 angeordneten Schenkel des V jeweils mit der Senkrechten 3 zur Vorschubrichtung einen Winkel 5 bzw. 5' bilden.
  • Wird dazu übergegangen, die Spitze des V-förmigen Heizgerätes q. abzurunden, so gelangt man zu mehr oder minder bogenförmigen Ausbildungen des Heizgerätes, wie sie in Abb. q. dargestellt sind. Je nachdem, wie der Halbmesser 5 bzw. 5' des bogenförmigen oder elliptischen Heizleiters bzw.4' gewählt wird, ergibt sich ein mehr oder minder starkes Abweichen der fortschreitenden Linien- oder streifenförmigen Erhitzung von der Senkrechten 3 zur Vorschubrichtung. Genauso wie der Winkel 5 bei den bisher erörterten Anordnungen sehr kleine Werte annehmen kann, können auch die Bogen ein äußerst geringes Maß des Al,-weichens von der geradlinigen Senkrechten 3 aufweisen.
  • Sowohl bei einer Anordnung nach Abb. 3 als auch nach Abb. 4 kann das Werkstück wahlweise in beiden Richtungen unter dem Heizgerät hindurchbewegt werden, wie durch die Pfeile 2 bzw. 2' angedeutet.
  • Die Abb. 5 und 6 behandeln die Fälle, in denen bei einer V- oder bogenförmigen Ausbildung des Heizgerätes das Werkstück asymmetrisch zur Vorschubrichtung angeordnete Aussparungen, Bohrungen, Einfräsungen 6 od. dgl. aufweist. Um in einem solchen Fall ein gleichmäßiges Aufheizen der Oberflächen zu gewährleisten, muß auch die V- oder bogenförmige Ausbildung des Heizgerätes entsprechend asymmetrisch sein, wie dies in beiden Abbildungen bei 4 angedeutet ist. Das Maß der Asymmetrie muß durch einige Stichversuche ermittelt werden.
  • Wenn es sich darum handelt, vergleichsweise breite Werkstücke zu erwärmen bzw. zu härten, so empfiehlt es sich, wie aus den Abb. 7 und S ersichtlich, das Heizgerät zwei- oder mehrfach V-förmig bzw. zwei- oder mehrfach bogenförmig auszubilden. Hierdurch wird erreicht, daß das Heizgerät einen gedrängteren Aufbau erfahren kann, als wenn es nur einfach V- oder bogenförmig ausgebildet wird.
  • Wie aus den Darlegungen ersichtlich, ergeben sich weder für die Ausbildung einer Induktionsspule noch für die Ausbildung eines Gasbrenners zur Durchführung des Verfahrens irgendwelche konstruktiven Schwierigkeiten, und wie im einzelnen Fall die Ausbildung zu treffen ist, wird sich für den Fachmann von selbst ergeben.
  • Für die elektrische Erwärmung mittels hochfrequenzgespeister Heizgeräte sind zwei mögliche Ausbildungsformen in den Abb. 9 und io in Aufsicht dargestellt. Nach Abb.9 ist der eigentliche Heizleiter i i des Heizgerätes in V-Form angeordnet. Er besteht aus einem kühlmitteldurchflossenen Kupferrohr, in dem Stutzen 12 zur abschnittweisen Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit vorgesehen sind. Das Kühlmittel, zweckmäßigerweiseWasser, dient gleichzeitig der Kühlung des Heizleiters und zum Abschrecken des aufgeheizten Werkstückes, wie noch näher erläutert wird. Der Heizleiter i i ist mit Zuleitungen 13 großen Querschnitts versehen, die in Anschlußflanschen 14 enden. Die Flansche sind bei 15 voneinander isoliert. Der Abstand zwischen dem Heizleiter i i und den Leitern 13 ist so zu wählen, daß eine Platte zwischen diesen beiden Teilen unter Berücksichtigung der erforderlichen Kopplung zwischen Werkstück und Heizgerät hindurchgeführt werden kann. Je nachdem in welcher Richtung sich die zu härtende Platte durch das Heizgerät hindurchbewegt, tritt das Abschreckwasser in der gestrichelt gekennzeichneten Richtung 1.6 oder in entgegengesetzter Richtung 17 aus. Das aus dem Heizleiter i i austretende Kühlwasser führt unmittelbar das Abschrecken der aufgeheizten Oberfläche herbei. Da in der Ausbildung nach Abb. 9 die Stromzuführungsschienen 13 die gleiche Linienführung aufweisen wie der Heizleiter i i, d. h. also Heizleiter und Stromzuführungsschienen unmittelbar übereinanderliegen, ist ein besonders günstiger elektrischer Wirkungsgrad gewährleistet, da Werkstück und Heizgerät in guter Kopplung zueinander stehen.
  • In Abb. io ist unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in Abb. 9 für entsprechende Teile ein ebenfalls für die Plattenhärtung geeignetes Heizgerät dargestellt, bei welchem jedoch der Heizleiter i i bogenförmig ausgebildet ist. Die Stromzuführungsschienen 13 liegen senkrecht zur Vorschubrichtung und weisen mithin eine andere Linienführung auf als der Heizleiter i i. Ein Vorzug dieser Ausführungsform eines Induktors ist der feste mechanische Aufbau infolge der geradegeführten Stromzuführungsschienen 13. Die Ausführungsform bietet weiterhin günstige Gelegenheit für die Kühlung der nicht zu härtenden Plattenrückseite.
  • Verfahren und Anordnungen gemäß der Erfindung sind beschrieben worden in Verbindung mit der Behandlung von Platten oder Blechen. Die Anwendung der Erfindung ist aber nicht auf die Behandlung solcher ebenen, langgestreckten Körper beschränkt, sie kann vielmehr sinngemäß auch für andere Werkstückformen angewendet werden. So ist beispielsweise in Abb. i i und 12 in Aufsicht und senkrechtem Querschnitt eine Führungsschiene 2i dargestellt, die mit Härteschichten 28 versehen werden soll. Zu diesem Zweck wird ein Heizgerät 24 in V-Form verwendet, dessen Schenkel um den Winkel 25 von der Senkrechten 23 zur Vorschubrichtung abweichen, während das Werkstück in der Richtung 22 oder 22' durch das Heizgerät hindurchbewegt werden kann. An Stelle der V-förmigen Ausbildung des Heizgerätes kann beispielsweise auch eine bogenförmige Ausbildung gewählt werden. Durch diese Maßnahmen können bei diesen und ähnlichen Körpern Verzugserscheinungen, die auf Härte- und Wärmespannungen zurückzuführen sind, vermieden werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum fortschreitenden Erwärmen von langgestreckten Werkstücken mit ebener Oberfläche, insbesondere zum Zwecke des Oberflächenhärtens, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des fortschreitenden linier- oder streifenförmigen Erhitzers von der Senkrechten zur Vorschubrichtung abweicht.
  2. 2. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (Induktionsspule oder Brenner) mit seinem Heizteil schräg oder gebrochen schräg zur Vorschubrichtung steht.
  3. 3. Heizgerät gemäß Anspruch a, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizteil symmetrisch zur Vorschubrichtung ein- oder mehrfach V-förmig ausgebildet ist.
  4. 4. Heizgerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizteil symmetrisch zur Vorschubrichtung ein- oder mehrfach bogenförmig ausgebildet ist.
  5. 5. Heizgerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die V- bzw. bogenförmige Ausbildung des Heizteils, bezogen auf die Vorschubrichtung, asymmetrisch angeordnet ist.
  6. 6. Induktionsspule gemäß Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber der nicht zu härtenden Seite befindlichen Stromschienen senkrecht zur Vorschubrichtung angeordnet sind (Abb. zo).
  7. 7. Induktionsspule gemäß Anspruch :2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den nicht zu härtenden Teilen des Werkstückes gegenüberstehenden Stromschienen die gleiche Linienführung aufweisen wie der Heizleiter (Abb. 9). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 729 476; Zeitschrift »Maschinenbau«, 1934, S. 2o5,
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE729476C (de) * 1938-02-11 1942-12-17 Peddinghaus Paul Ferd Fa Vorrichtung zum fortschreitenden Oberflaechenhaerten langer Wellen und aehnlicher Werkstuecke

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE729476C (de) * 1938-02-11 1942-12-17 Peddinghaus Paul Ferd Fa Vorrichtung zum fortschreitenden Oberflaechenhaerten langer Wellen und aehnlicher Werkstuecke

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