DE973342C

DE973342C - Process and device for the inductive hardening of gears, the tooth width of which changes over the tooth length

Info

Publication number: DE973342C
Application number: DESCH16308A
Authority: DE
Inventors: Otto Wietschel
Original assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Current assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Priority date: 1954-09-14
Filing date: 1954-09-14
Publication date: 1960-01-28

Description

AUSGEGEBEN AM 28. JANUAR 1960ISSUED JANUARY 28, 1960

Sch 16308 VI j 18 cSch 16308 VI j 18 c

Es sind Verfahren zum induktiven Härten von Verzahnungen bekannt, bei denen der zum Erwärmen des Werkstückes dienende Induktor nacheinander durch die einzelnen Zahnlücken geführt wird. Bei der Anwendung dieses Verfahrens für die Härtung von solchen Verzahnungen, deren Zahnweite sich über die Zahnlänge ändert, z. B. von Kegelrädern, treten Schwierigkeiten deshalb auf, weil die Kopplung des Induktors, dessen Form in der Regel dem kleinsten Zahnlückenquerschnitt angepaßt ist, sich mit der Änderung der Zahnweite ebenfalls ändert. Die Erfindung bringt ein Verfahren, das trotzdem eine gleichmäßige Erwärmung der zu härtenden Oberfläche ermöglicht, indem während des Induktorvorschubes das Werkstück und der Induktor quer zur Vorschubrichtung gegeneinander in Schwingungen versetzt werden und die Schwingungsweite der längs der Zahnlücke sich stetig ändernden Lückenweite angepaßt wird. Der in der erwähnten Weise ausgebildete Induktor wird ao also während der Vorschubbewegung entsprechend der Erweiterung der Zahnlücke so hin- und herbewegt, daß er sich jeweils bis auf den für die gewünschte Erwärmung notwendigen Kopplungsabstand den Flanken der Zähne nähert. Außerdem as wird, falls notwendig, in Abhängigkeit von derThere are known methods for inductive hardening of gears, in which the heating the workpiece serving inductor is successively passed through the individual tooth gaps. When using this method for the hardening of such gears, their tooth width changes over the tooth length, e.g. B. of bevel gears, difficulties arise because the coupling of the inductor, the shape of which is usually adapted to the smallest tooth gap cross-section is, also changes with the change in the tooth width. The invention provides a method which nevertheless enables uniform heating of the surface to be hardened by during the inductor feed, the workpiece and the inductor against each other at right angles to the feed direction are set in oscillation and the amplitude of the oscillation along the tooth gap is adapted to constantly changing gap width. The inductor formed in the manner mentioned is ao thus moved back and forth during the feed movement according to the widening of the tooth gap, that it approaches the flanks of the teeth up to the coupling distance necessary for the desired heating. In addition, as if necessary, depending on the

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Lückenweite bzw. dem Vorsohubweg des Induktors die Heizleistung oder die Vorschubgesohwindigkeit so geändert, daß die infolge der größeren Lückenweite notwendige Erhöhung der Heizleistung erreicht wird.Gap width or the feed path of the inductor the heating power or the feed rate changed so that the result of the larger Gap width necessary increase in heating power is achieved.

Um bei der induktivere Zahnradhärtung mit gegenüber dem Zahnrad bewegbarer Heizspule alle Oberflächenpunkte des Werkstücks den abwechselnd stärkeren und schwächeren Einwirkungen der ίο Heizspule gleichmäßig lange auszusetzen, ist es bekannt, ein um seine Achse umlaufendes Zahnrad mit einem in Richtung der Zahnradachse hin- und herbewegbaren, für Allzahnhärtung bestimmten Induktor zu kombinieren. Dieses Verfahren berücksichtigt nur die bei der Stirnradverzahnung vorliegenden Verhältnisse und ist für Kegelradverzahnung od. dgl. nicht geeignet. Um ferner bei Zahnrädern kleiner Teilungen die Oberflächenschicht der einzelnen Zähne rasch und gleichmäßig zu erhitzen und dabei gleichzeitig den Kern des Zahnes bis zum Zahnkopf hinauf zäh zu halten, ist es bekannt, den Heizleiter in der Zahnlücke derart zu bewegen, daß die Oberflächenteile der Einwirkung des Heizleiters verschieden lange Zeit unterliegen. Hierzu hat man beispielsweise den Induktor in radialer Richtung mit verschiedener Geschwindigkeit verschoben oder in Richtung der Zahnlücke bewegt, wobei durch besondere Formgebung des Leiters dafür Sorge getragen wurde, daß er dem Zahngrund längere Zeit gegenüberliegt als den Zahnflanken.To help with inductive gear hardening all surface points of the workpiece alternately with respect to the heating coil, which is movable against the gear wheel to expose the heating coil to stronger and weaker effects evenly for a long time, it is known a gear rotating around its axis with a back and forth in the direction of the gear axis to combine movable inductor intended for all-tooth hardening. This procedure takes into account only the ratios present with spur gear teeth and is for bevel gear teeth or the like not suitable. Furthermore, in the case of gear wheels with smaller pitches, the surface layer to heat the individual teeth quickly and evenly and at the same time the core of the To keep the tooth tough up to the tooth tip, it is known to put the heating conductor in the tooth gap in this way to move that the surface parts are subject to the action of the heating conductor for different periods of time. For this purpose, one has, for example, the inductor in the radial direction at different speeds moved or moved in the direction of the tooth gap, with the special shape of the Head was taken to ensure that he is facing the tooth base for a longer time than the Tooth flanks.

Demgegenüber zeigt das Verfahren gemäß der Erfindung, wie man vorzugehen hat, um bei Verzahnungen mit über die Zahnlänge sich ändernder Zahnweite eine gleichmäßige Erwärmung der zu härtenden Oberfläche zu erzielen.In contrast, the method according to the invention shows how to proceed with toothing with the tooth width changing over the tooth length, uniform heating of the to to achieve hardening surface.

Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung führt zweckmäßig nur eines der beiden Teile, und zwar am besten das zu härtende Werkstück, schwingende Bewegungen aus und das andere, nämlich der Induktor, eine reine Vorschubbewegung. Eine Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, sei am Beispiel einer Kegelradhärtung gemäß Abb. ι beschrieben. Das zu härtende Kegelrad ist mit ι bezeichnet und so gelagert, daß der Zahngrund des jeweils zu härtenden Zahnes senkrecht verläuft. Der Induktor 2 wird von dem Transformator 3 für den Induktorstrom getragen. Der Transformator 3 ist in dem Ständer 4 in üblicher Weise senkrecht verschiebbar gelagert. Der Induktor ist also parallel zum Zahngrund des jeweils zu härtenden Zahnes längs der Zahnlücke bewegbar. Die Einstellung des Zahnrades in die richtige Lage geschieht durch Kippen der Schwinge 5, welche das Zahnrad 1 trägt und in der Gabel 6 drehbar gelagert ist. Zur genauen Einstellung dient die Einstellschraube 7.In the practical implementation of the method according to the invention leads appropriately only one of the two parts, preferably the workpiece to be hardened, vibrating Movements from and the other, namely the inductor, a pure feed movement. A device which carries out the method according to the invention is shown using the example of a bevel gear hardening Fig. Ι described. The bevel gear to be hardened is denoted by ι and mounted so that the tooth base of the tooth to be hardened runs vertically. The inductor 2 is from the transformer 3 worn for the inductor current. The transformer 3 is in the stator 4 in the usual Way mounted vertically displaceable. The inductor is therefore parallel to the tooth base of each The tooth to be hardened can be moved along the tooth gap. Setting the gear in the right position happens by tilting the rocker arm 5, which carries the gear 1 and is rotatably mounted in the fork 6 is. Adjustment screw 7 is used for precise adjustment.

Die Erzeugung der Schwingungsbewegung des Zahnrades 1 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel dadurch, daß es über eine nachgiebige Kupplung zu Drehschwingungen angeregt wird und daß die Schwingungsweite durch mit dem Induktor zusammenwirkende Anschläge begrenzt wird, deren Abstand vom schwingenden Teil sich mit dem Vorschubweg ändert. Im einzelnen geschieht dies auf folgende Weise: Die Schwingungen erfolgen um die Achse 8, welche die Zahnradhalterung 5,6 trägt und welche im Fuß 9 drehbar gelagert ist. Erregt werden die Schwingungen durch den Motor 10, der über den Exzenter 11 eine um die Achse 8 drehbar gelagerte Schwinge 12 in Drehschwingungen versetzt. Die Schwinge 12 überträgt ihre Schwingungen über eine nachgiebige Kupplung auf die Schwinge 13, welche starr mit der Zahnradhalterung 5,6 ver- 75-bunden ist. Die nachgiebige Kupplung wird durch das an der Schwinge 13 befestigte Schwingmetallteil 14 gebildet, in das der an der Schwinge 12 befestigte Stift 15 eingreift.The generation of the oscillatory movement of the gear 1 takes place in the embodiment in that it is excited to torsional vibrations via a flexible coupling and that the Oscillation amplitude is limited by stops interacting with the inductor, the distance between them of the vibrating part changes with the feed path. In detail this happens on the following way: The vibrations take place around the axis 8, which carries the gear holder 5,6 and which is rotatably mounted in the foot 9. The vibrations are excited by the motor 10, which is via the Eccentric 11 set a rocker 12 rotatably mounted about axis 8 in torsional vibrations. the Rocker 12 transmits its vibrations to rocker 13 via a flexible coupling, which is rigidly connected to the gear holder 5,6. The compliant clutch is through the swinging metal part 14 attached to the rocker 13 is formed into which the rocker 12 attached to the rocker Pin 15 engages.

Die Schwinge 13 dient gleichzeitig als Schwingungsbegrenzer. An ihrem Ende befindet sich eine Bohrung 16, in die ein konischer Dorn 17 hineinragt. Dieser konische Dorn 17 gleitet auf dem Stift 18, der auf dem Fuß 9 des Gerätes befestigt ist, und wird in seiner Höhe durch den Mitnehmer 19 verstellt, der mit dem Transformator und dem Induktor hin und her bewegt 'wird. Durch die Schwingbewegungen der Schwinge 12 wird der Schwinger 13 in Schwingungen versetzt. Die Schwingungsweite richtet sich nach dem Abstand _go zwischen dem konischen Dorn 17 und den Rändern der Bohrung 16. Dieser Abstand ändert sich mit der Lage des konischen Domes 17 entsprechend der Stellung des Induktors. Der konische Dorn 17 ist so bemessen, daß die Schwingungen des Zahnrades 1 gegenüber dem Induktor sich entsprechend der Lückenweite ändern. Er ist zur Anpassung an verschiedene Zahnformen leicht auswechselbar.The rocker 13 also serves as a vibration limiter. At its end there is a bore 16 into which a conical mandrel 17 protrudes. This conical mandrel 17 slides on the pin 18, which is attached to the foot 9 of the device, and is adjusted in height by the driver 19, which is moved back and forth with the transformer and the inductor. The oscillating movements of the rocker 12 cause the oscillator 13 to vibrate. The oscillation amplitude depends on the distance _go between the conical mandrel 17 and the edges of the bore 16. This distance changes with the position of the conical dome 17 according to the position of the inductor. The conical mandrel 17 is dimensioned so that the vibrations of the toothed wheel 1 to change over the inductor in accordance with the gap width. It can be easily exchanged to adapt to different tooth shapes.

Die Verhältnisse sind in Abb. 2, 3 und 4 näher dargestellt. In Abb. 4 befindet sich der Induktor 2 am oberen Ende der Zahnlücke, wo diese am engsten ist. Der Induktor füllt die Zahnlücke bis auf den normalen Kopplungsabstand vollständig aus, ist aber in seiner Höhe der größten Zahnhöhe an¹ gepaßt. In dieser Lage des Induktors befindet sich das untere Ende des konischen Domes 17 in der Bohrung 16 des Begrenzers und füllt diese voll aus, so daß jede Schwingbewegung unterdrückt wird. Mit steigendem Vorschub des Induktors nach unten bewegt sich ebenfalls der konische Dorn 17 nach no unten und begrenzt die nunmehr einsetzenden Schwingungen des Schwingers 13 so, daß sich der Induktor 2 den beiden Zahnflanken jeweils bis zum Kopplungsabstand nähert, wie dies in Abb. 2 und 3 für die beiden äußersten Lagen dargestellt ist. Der Abstand vom Zahngrund der Zahnlücke bleibt derselbe, so daß am Ende der Zahnlücke auch das am Anfang herausragende Teil des Induktors in die Zahnlücke eintaucht.The relationships are shown in more detail in Figs. 2, 3 and 4. In Fig. 4 the inductor 2 is at the upper end of the tooth gap, where it is narrowest. The inductor completely fills the tooth gap up to the normal coupling distance, but is matched to ¹ in its height of the greatest tooth height. In this position of the inductor, the lower end of the conical dome 17 is located in the bore 16 of the limiter and fills it completely, so that any oscillating movement is suppressed. As the inductor advances downwards, the conical mandrel 17 also moves downwards and limits the oscillations of the oscillator 13 that now begin so that the inductor 2 approaches both tooth flanks up to the coupling distance, as shown in Figs. 2 and 3 is shown for the two outermost layers. The distance from the tooth base of the tooth gap remains the same, so that at the end of the tooth gap the part of the inductor protruding at the beginning also dips into the tooth gap.

Da der Induktor während der Schwingbewegung nur zeitweise den normalen Koppelabstand gegenüber den Zahnflanken einnimmt, der mittlere wirksame Koppelabstand also mit größerer Schwingweite abnimmt, kann es insbesondere bei Zahnrädern mit stark veränderlicher Zahnweite vorkommen, daß bei großer Schwingweite die Zahn-Since the inductor only temporarily opposes the normal coupling distance during the oscillating movement occupies the tooth flanks, the mean effective coupling distance with a larger amplitude decreases, it can happen especially with gears with strongly variable tooth width, that with a large amplitude the tooth

flanken nicht mehr genügend erwärmt werden. Deshalb wird in solchen Fällen die zugeführte elektrische Heizleistung in Abhängigkeit von dem Vorschub oder aber die Vorschubgeschwindigkeit bei gleichbleibender Heizleistung geändert. Es wird also entweder durch entsprechende Schaltmittel, die durch die Vorschubeinrichtung betätigt werden, die Heizleistung mit zunehmender Zahnlückenbreite erhöht oder die Vorschubgeschwindigkeit herabgesetzt. flanks are no longer heated sufficiently. Therefore, in such cases, the supplied electrical Heating power as a function of the feed or the feed speed at constant heating power changed. So it is either by appropriate switching means that are actuated by the feed device, the heating power with increasing tooth gap width increased or decreased the feed rate.

Die Frequenz der Schwingungen des Werkstückes muß der Vorschubgeschwindigkeit so angepaßt sein, daß die Erwärmung über die Länge gleichmäßig ist. Praktisch ergeben sich verhältnismäßig niedrige Frequenzen, die etwa im Gebiet oberhalb 2 Hz liegen. Dies ist wesentlich, damit die auftretenden Beschleunigungen durch den Anschlag des Schwingungsbegrenzers am konischen Dorn 17 aufgefangen werden können. Da dieser im Stift 18 geführt ist und der Mitnehmer 19 den Konus mit seitlicher Luft führt, wirken sich die auftretenden Stöße am Induktor und seiner Führung nicht aus. Man kann auch die Schwingungen des schwingenden Teils, also des Kegelrades 1, unmittelbar durch einen einstellbaren Exzenter hervorrufen und mit diesem ihre Weite steuern. Es entfällt dann die elastische Kupplung und die Schwingungsbegrenzung durch den konischen Dorn 17. Derartige einstellbare Exzenter, bei denen also die Schwingungsweite unmittelbar verändert werden kann, sind bekannt. Es wird dann die Einstellvorrichtung des Exzenters entsprechend dem Vorschub so verstellt, daß sich die Schwingungsweite entsprechend der Zahnlückenbreite verändert. Ebenso sind andere Mittel zur Erzeugung einer Schwingung mit steuerbarer Schwingweite geeignet.The frequency of the vibrations of the workpiece must be adapted to the feed rate be that the heating is uniform over the length. Practically result in proportion low frequencies, which are approximately in the area above 2 Hz. This is essential for the Accelerations occurring due to the stop of the vibration limiter on the conical mandrel 17 can be caught. Since this is guided in the pin 18 and the driver 19 with the cone lateral air leads, the impacts occurring on the inductor and its guide have no effect. The vibrations of the vibrating part, that is to say of the bevel gear 1, can also be observed directly caused by an adjustable eccentric and control their width with this. It is then omitted elastic coupling and the vibration limitation by the conical mandrel 17. Such adjustable Eccentrics, in which the oscillation amplitude can be changed directly, are known. The adjustment device of the eccentric is then adjusted according to the feed rate so that that the oscillation amplitude changes according to the tooth gap width. So are others Means suitable for generating an oscillation with a controllable amplitude.

Die Art des Induktors ist beliebig. Es kann z. B. ein solcher vorgesehen sein, der aus einer Heizschleife mit einem Eisenkern besteht und gegebenenfalls zur Verbesserung der Kupplung mit Kopplungsblechen versehen ist.The type of inductor is arbitrary. It can e.g. B. be provided that consists of a heating loop with an iron core and, if necessary, to improve the coupling with coupling plates is provided.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Process for inductive hardening of gears, whose tooth width changes over the tooth length at which the inductor is used for heating of the workpiece is shifted one after the other along each tooth gap, characterized in that that during the Induktorvorsohubes the workpiece and the inductor transversely to the feed direction are set in vibrations against each other and the oscillation amplitude which is adapted to the constantly changing gap width along the tooth gap.

2. The method according to claim 1, characterized in that that of both parts, inductor or workpiece, only one of these parts is continuously advanced, the other, however, only in Vibration is set.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the inductor is advanced continuously and the workpiece is set in torsional vibrations.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the inductor is parallel to Tooth base of the tooth gap is shifted.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the oscillation amplitude inevitably depends on the feed path is constantly changing.

6. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that as a function on the gap width or the feed path, the heating power or the feed speed will be changed.

7. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or one of the following Claims, characterized by a longitudinally displaceable support for the inductor and a carrier for the workpiece that can be set in torsional vibration, or vice versa.

8. Apparatus according to claim 7, characterized by one of the longitudinally displaceable Carrier for the one part (inductor or workpiece) controlled in this way for the carrier of the other part (inductor or workpiece) to be set in torsional vibrations, that the torsional vibration width of the tooth gap width, which changes continuously with increasing feed path is adjusted.

9. Apparatus according to claim 8, characterized by an oscillating between Part and vibrator switched on flexible coupling and the oscillation amplitude the vibrating part limiting, cooperating with the longitudinally movable part Stops whose distance from the vibrating part can be changed with the feed path.

10. The device according to claim 9, characterized by coupling the vibrating Partly with the vibration generator via a swing metal piece.

11. Device according to claim 9 or 10, characterized by stops formed by a conical mandrel sliding through an opening.

12. The device according to claim 7, characterized by one which excites the vibrations and is dependent on its eccentricity eccentric controlled by the feed path.

Considered publications:
German Patent Nos. 901 780, 903615; Excerpts from German patent applications, Vol. 19, p. 184.

1 sheet of drawings