EP0667175B1 - Verfahren zur Bearbeitung von Stahlkanten für Ski od. dgl. - Google Patents

Verfahren zur Bearbeitung von Stahlkanten für Ski od. dgl. Download PDF

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EP0667175B1
EP0667175B1 EP95890006A EP95890006A EP0667175B1 EP 0667175 B1 EP0667175 B1 EP 0667175B1 EP 95890006 A EP95890006 A EP 95890006A EP 95890006 A EP95890006 A EP 95890006A EP 0667175 B1 EP0667175 B1 EP 0667175B1
Authority
EP
European Patent Office
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plasma
steel running
running edge
plasma jet
cathode
Prior art date
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EP95890006A
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English (en)
French (fr)
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EP0667175A3 (de
EP0667175A2 (de
Inventor
Gerhard Schwankhart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fischer GmbH
Original Assignee
Fischer GmbH
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Publication date
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Publication of EP0667175A3 publication Critical patent/EP0667175A3/de
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING 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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/20—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for blades for skates
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C11/00—Accessories for skiing or snowboarding
    • A63C11/04—Accessories for skiing or snowboarding for treating skis or snowboards
    • A63C11/06—Edge-sharpeners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • C21D9/06—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails with diminished tendency to become wavy

Definitions

  • the invention relates to a method for hardening steel running edges for skis or the like the preamble of claim 1.
  • the invention provides that the steel running edge already is mounted on the ski.
  • Plasma rays have a particularly favorable energy-cost ratio and are compared to the surface properties of the material to be treated, such as color, pollution, reflectivity, insensitive.
  • no protective gas is required when using plasma torches.
  • that is Temperature distribution in a plasma jet in the axial direction is considerably flatter than in a laser beam, so that the exact positioning is less complex than necessary for the laser with the absolutely necessary precise setting of the Focus is the case.
  • the hardening of the steel running edges already attached to the ski can should be provided as the last step in ski production, since none Impairment of other ski components by the hardening according to the invention occurs and therefore no further post-treatment steps are necessary.
  • the plasma jet and the steel running edge are relative to each other in the longitudinal direction of the steel running edge be moved and the plasma jet at least over a portion of the Length of the steel running edge always has exactly the same energy, whereby this preferably by supplying the plasma head with exactly the same current is achieved is over the entire length of the swept longitudinal area of the steel sound edge ensures uniform, precisely defined hardening. This ensures that in a possible post-processing of the steel running edge, for example when uniform grinding, along the entire hardened length of the steel running edge same material properties and not undesirably hardened and unhardened sections occur in an unpredictable sequence. With the characteristic the fact that the plasma jet always has exactly the same energy is connected to everyone The point of the plasma jet is always the same temperature at all times. i.e. the temperature distribution in the plasma jet remains constant.
  • the plasma beam is simultaneously on both outer sides the steel leading edge is directed and the axis of the beam preferably obliquely on both Outside, especially in a range of 25 ° around the angular symmetry, especially exactly aligned in the angular symmetry.
  • the angle of the beam and / or its parallel shift up or down with respect to the axis of symmetry of the hardening outer edge can be a symmetrical or asymmetrical hardening zone and thus an adaptation to special wear situations or purposes can be achieved.
  • a symmetrical hardness zone of the outer edge, the shape of which is also possible during finishing is retained for a long time, is preferably with the axis of symmetry Outer edge coincident alignment of the energy and preferably the Plasma beams can be produced.
  • the area around the impingement area of the plasma jet is advantageously cooled to the extent that that in the transition area of the steel running edge ski, preferably the release temperature of the adhesive for fastening the steel running edge to the ski body is not exceeded.
  • the Heating of the material of the areas of the ski surrounding the steel running edge due to the heat dissipation to self-quench that heated by the plasma jet Area and thus to the hardening process, so that less thermal energy is transferred to others, must be dissipated in a more complex and expensive manner. It just has to be done care must be taken that the temperature does not rise so high that that for fixing the steel running edges used adhesive is dissolved or decomposed.
  • the impact area of the plasma beam is at least virtually, preferably by electromagnetic, in the direction of the longitudinal direction of the steel running edge Distraction of the plasma beam widened.
  • the diameter of the plasma jet itself is not enlarged, which would possibly disturb the parameters that are absolutely necessary for uniform temperature and energy distribution, but rather that a kind of serpentine guidance of the point of impact with a high frequency or a Shivering movement "of the point of impact around a central axis during the relative movement of the plasma head and steel running edge a larger area is covered than corresponds to the cross section of the plasma beam.
  • the virtual expansion can take place in any or any direction perpendicular to the axis of the plasma beam.
  • this variant also offers the advantage of slowing down the very rapid heating of the material by the plasma jet due to the distribution of the energy and thus, if necessary, to achieve a lower hardness than would correspond to the energy of the plasma beam. Since the area available for virtual expansion is usually limited at the outer edges of the steel running edge or only hardening in a narrow area around the wear-resistant area end is desired, is advantageously widened in the longitudinal direction of the steel running edge.
  • the gas flow around the cathode of the plasma head is kept laminar.
  • the temperature distribution in the plasma jet is in the desired way is precisely defined at every point.
  • the plasma head can be ignited by a sinus pulse and thus with little or simple shielding no influence on surrounding Electronic components enter through the plasma head. This is particularly the case with automated implementation of the method according to the invention using Industrial robots or similar, microprocessor-controlled systems of importance.
  • the use of the plasma jet for hardening makes it particularly economical deep hardening of the steel running edge especially in the plane of symmetry of the Achieve wear-prone outer edge, resulting in a cross-section in the essentially triangular hardness zone.
  • Other hardening processes such as by Laser use, do not penetrate as deep, so that there is along the outside of the steel running edge only in shallow depth and approximately L-shaped hardening zone in cross section results. This allows the property profile of a ski that has at least partially hardened steel running edge is provided, can be optimized for different purposes.
  • the invention further relates to a plasma head for hardening edges in steel materials, in particular to carry out the method according to one of the preceding paragraphs, with a housing divided by insulating material.
  • This plasma head is characterized according to the invention by a with radial bores for supplying the gas provided socket uni the cathode, preferably made of insulating material, which socket one Leaves annular gap around the cathode.
  • the inside of the socket is bounded together with the Outside the cathode an annular entry and equalization area for the Gas from the plasma torch, which favors the setting of a laminar flow, which for the uniformity of the plasma jet is important.
  • Particularly favorable results have set in when the free gap between the socket and cathode Has a height to width ratio of essentially 2: 1.
  • the plasma head is characterized by a Tungsten zirconium cathode. This material ensures an even discharge between cathode and anode and the resultant uniform temperature and Energy distribution in the emerging plasma jet.
  • At least one end of the cathode is at an angle between 10 and 30 °, preferably 20 °. This very small angle that is symmetrical between each other opposite sides of the preferably radially symmetrical cathode is measured, ensures a smooth approach of the cathode to the tip, thereby the flow of the Gases laminar and the plasma jet remains uniform.
  • This design of the cathode end enables an optimal tearing off of the gas flow at the end of the cathode with the least possible Influencing the laminar flow characteristics.
  • the opening in the anode is in the form of a Elongated hole, preferably the longer diameter in the longitudinal direction the steel running edge is aligned.
  • This form of the outlet opening for the plasma jet the plasma head causes a physical expansion of the plasma beam in the direction of the longer diameter and thus a distribution of the energy over a larger one Area of the steel running edge, preferably over a longitudinal area of the same. So that goes slower heating of the material, which - if desired - leads to less Hardness of the partially hardened part of the steel running edge leads.
  • the invention also relates to a device for hardening the edges of steel materials, in particular for performing the method according to the invention, with at least one Laser or plasma head, preferably two laser or plasma heads, as in one of the previous paragraphs described, as well as facilities for guiding the or each laser - or Plasma head and the steel running edge or with a steel running edge to be hardened provided skis relative to each other in the longitudinal direction of the steel running edge.
  • the device is advantageous characterized by preferably liquid-cooled heat sinks, preferably made of Copper, which is at a distance from the steel running edge or the ski body, preferably in a distance of 0.2 to 0.3 mm.
  • the heat sinks dissipate the amount of heat, which can no longer be absorbed by the ski body without a predetermined one Temperature, preferably the release temperature of the adhesive fixing the steel running edges, would be exceeded.
  • a cooling liquid water has a maximum of about 20 ° C result in the cheapest solution and as the material for the production of the heat sink, copper is the most advantageous choice for the rapid dissipation of large amounts of heat.
  • the heat sinks are not directly on the steel running edge or the surface of the ski created and guided along in contact with them, but at a short distance from the steel running edge and / or ski guided.
  • a base frame 1 there are three guide devices 2 for the ski (not shown) provided that the lateral in a known, preferably automated manner Guide the ski in an exact manner, i.e. guarantee to the tenth of a millimeter.
  • adjustable guide rollers for this purpose 3 arranged to Both sides of the ski's transport path.
  • the ski to be treated is transported by means of a conveyor belt 4 driven roller 5a driven by a precisely controllable motor 5 is promoted by the facility.
  • the conveyor belt 4 runs over the deflection rollers 6a to 6f and is such that a frictional connection with friction preferably the tread of the ski can arise.
  • the lower one Support roller 7, on which the ski rests with the tread is fixed on a stationary one or at least precisely fixable axis freely rotatable and made of very hard material, preferably made of steel.
  • a relative Soft, elastic circumferential coating 8a provided pressure roller 8 the ski against the lower support roller 7 pressed, in particular also the bias of the ski in its central area - which is the bulge of the ski between its front and rear support line caused - must be overcome.
  • a pressure of the ski arises due to the pretension Conveyor belt 4, which pressure is used to create the friction between the tread and conveyor belt 4 based, non-positive connection contributes.
  • the pressure roller 8 is adjustable in height, if necessary guided in a resiliently movable manner perpendicular to the ski, so that unhindered passage of the ski shovel and its insertion or removal from the Allow device.
  • S denotes the ski, which already has the steel running edges K to be hardened is provided and which is pressed by the pressure roller 8 on the support roller 7.
  • a device 9 for generating the plasma jet for heating the provided steel running edge K since this is a faster and therefore more economical Processing ensures as the nevertheless possible arrangement of only one device 9 one side of the ski S.
  • the devices 9 are on support structures 10, for example microprocessor-controlled robot arms, which support structures 10 advantageously - as symbolized by the arrows in the lower part - parallel to the axis the support roller 7 is controllably movably mounted.
  • the movement described is controlled by the contact rollers 11, which also on each support structure 10, which contact rollers 11 are provided by suitable sensors are monitored and wherein the support structures 10 are controlled such that the Contact rollers 11 always bear the same pressure on the steel running edge K.
  • the contact rollers 11 were shown on the left in FIG. 3 of the ski S to the right, the detail IV shown enlarged in FIG. 4 clearly in the To show connection with the support structure 10 and the entire device.
  • liquid-cooled heat sink 12 which is the material of the edge K surrounding components of the Ski S from overheating due to the plasma jet E Facility 9 preserved.
  • the coolant preferably water with a Maximum temperature of about 20 ° C, preferably flows through the passages 12a made of copper heat sinks 12.
  • These heat sinks 12 cover a longitudinal area of a few centimeters to about 30 cm in front of and behind the impact area of the plasma jet E from.
  • they are also located on the support structure 10 worn heat sink 12 not on the ski S or the edge K, but are in any case from this spaced, preferably between 0.2 and 0.3 mm, which is avoided Damage or impairment of the materials, for example, by scratching the still ensures sufficient heat dissipation.
  • plasma beams E are less sensitive to that Surface quality of the edge K and also more economical to use and require furthermore no additional protective gas. Below is one shown in FIG preferred embodiment of a plasma head 9 for generating a plasma beam E described in more detail.
  • the plasma head 9 shown comprises a two-part housing made of an upper part 13 and a lower part 14, which parts 13 and 14 by an insulating material 15 from each other are electrically isolated.
  • One connecting element 16 or 17 each on the upper part 13 or lower part 14 is for supplying or discharging cooling medium for the plasma head 9 in the Passage 17 provided.
  • the upper part 13 there is a cathode 18 in a manner known per se interchangeably fixable in a conventional holder 19.
  • In the lower part 14 is one free end of the cathode 18 at a distance surrounding anode 20 with an outlet opening 21 for the ionized gas, i.e. the plasma jet.
  • this space 23 is closed by the holder 19 of the cathode 18 while it is opposite in the annular gap 24 between cathode 18 and anode 20 and further the Exit opening 21 continues for the exit of the plasma jet.
  • the gas to be ionized by in an annular gap 26 around the bushing 22 and further through radial bores 27 in the Entry and equalization room 23 directed.
  • Helium or nitrogen is preferred as the gas to be ionized, however Argon used in an amount of 0.5 to 5 l / min, with argon a particularly stable Plasma with a protective gas effect is achieved.
  • a laminar flow of the gas is along for the uniform energy of the plasma jet the cathode 18 of particular importance.
  • the cathode 18 of particular importance.
  • the tip of the cathode 18 runs under a very small one Angle a between 10 and 30 °, preferably 20 °, together to as far as the flow possible to keep laminar.
  • Another feature to make the gas flow laminar to pass on consists in a flat, normal to the axis of the cathode 18 oriented End surface 28 with a preferably 0.3 mm diameter, which acts as a kind of tear-off edge controlled tearing of the gas flow from the cathode 18 acts.
  • the laminar flow of the gas has in addition to the uniform energy of the plasma jet and in connection with the special choice of material for the cathode 18, the additional one Advantage that the ionizing discharge between cathode 18 and anode 20 is not hard Rectangular pulse required, but can be ignited with a soft sine pulse. This eliminates all shielding problems of the plasma head 9 and it can without the interference surrounding electronic components, for example in the control of the support structures 10, in Measuring devices, etc., are used.
  • the current is during the stable Operating phase of the plasma torch 9 between 20 and 180 A.
  • the performance of the The energy beam is preferably between 1 and 5 kW, in particular 2 kW per unit 9.
  • the energy input by the energy beam E over a larger area the steel running edge K can be distributed.
  • an anode 20 configured in accordance with FIGS. 6a and 6b can be used with an elongated or oval outlet opening 21 be provided with a width between 0.6 and 2.5 mm, preferably 1 mm and a length between 2 and 5 mm, preferably 3 mm.
  • the outlet opening 21 ' is oriented such that the longer diameter lies parallel to the longitudinal axis of the steel running edge K. The heating and quenching is therefore slower and the hardness remains in the range of 57 to 60 Rockwell desired for the specific application. Round outlet openings in the anodes always result in higher hardness due to the faster cooling.
  • the Energy beam E with respect to both outer surfaces of the steel running edges to be hardened K is directed obliquely at this.
  • the beam E in the in Fig. 3 or more clearly in a range of about 25 ° around that Plane of symmetry, advantageously exactly in the plane of the angular symmetry, to hardening outer edge of the steel running edge K directed towards this. So the effect can be of the hardened area within the steel running edge, whereby directly in Extension of the energy beam E the greatest depth of hardening is achieved. The depth of hardening becomes smaller the greater the radial distance from the axis of the energy beam E.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Stahl-Laufkanten für Ski od. dgl. nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Um die Verschleißeigenschaften von Stahl-Laufkanten, insbesondere bei Skiern, zu verbessern, wäre eine möglichst hohe Härte des Materials wünschenswert. Die Umwandlung des Materials der Stahl-Laufkante in ein feinkörniges, extrem hartes und zähes Martensitgefüge erfolgt durch rasche Aufheizung, rasche Abschreckung und nachfolgende zusätzliche Energiezufuhr. Die Härtung mit Hilfe eines Laserstrahls insbesondere für Stahl-Laufkanten von Skiern ist beispielsweise aus der DE 40 00 744 A1 bekannt. Laserhärtung von Stahl ist aufgrund ihrer hauptsächlich auf Absorption basierenden Energieübertragung abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit (z.B. Farbe. Verschmutzung, Reflexionsgrad) des zu härtenden Materials. Geringe Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit können zu unterschiedlichen Härtungsergebnissen führen.
Bei einer entsprechenden Härtung des gesamten, die Stahl-Laufkante bildenden Profils wird aber gleichzeitig dessen Elastizität in unzulässigem Maß beeinträchtigt. Daher wurde in der AT 286 152 B vorgeschlagen, den Ski mit Stahl-Laufkanten zu versehen, die lediglich partiell, nämlich an der Stelle der größten Verschleißbeanspruchung, d.h. der unteren, bezüglich der Lauffläche außenliegenden Kante, gehärtet sind. Als Energiequelle für die rasante Aufheizung des Materials wird rein beispielhaft auch ein Plasmabrenner angegeben, wobei allerdings keinerlei Hinweise zu finden sind, wie dabei eine gleichmäßige und/oder genau definierte Härtung in einem genau definierten Bereich der Stahl-Laufkante erzielt werden kann.
Vielmehr sind die bisherigen Plasmabrenner nicht geeignet, Stahl-Laufkanten von Skiern in der erforderlichen, exakt definierbaren Art und Weise über die gesamte Länge zu härten, weshalb auch trotz der rasanten Entwicklungen der Skiherstellungstechnologien und des offensichtlichen Vorteils partiell gehärteter Stahl-Laufkanten diese spezielle Technologie von der Industrie nicht aufgegriffen und bislang nicht eingesetzt wurde. Gleichwohl ist zum Härten der Schneidkanten von Sägen, Messern oder Stanzwerkzeugen der Einsatz von Plasmabrennern bekannt, beispielsweise aus der AT 392 483 B.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, das in wirtschaftlicher Art und Weise die genau definierte, partielle Härtung von Stahl-Laufkanten von Skiern od. dgl. in einem beliebig langen Längsabschnitt sicher gewährleisten kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Stahl-Laufkante bereits am Ski montiert ist. Plasmastrahlen weisen ein besonders günstiges Energie-Kosten-Verhältnis auf und sind gegenüber Oberflächenbeschaffenheit des zu behandelnden Materials, wie etwa Farbe, Verschmutzung, Reflexionsfähigkeit, unempfindlich. Darüberhinaus ist bei der Verwendung von Plasmabrennern kein Schutzgas erforderlich. Schließlich ist die Temperaturverteilung in einem Plasmastrahl in axialer Richtung wesentlich flacher als bei einem Laserstrahl, sodaß die exakte Positionierung nicht so aufwendige Einrichtungen erforderlich macht als dies beim Laser mit unbedingt erforderlicher genauester Einstellung des Brennpunktes der Fall ist. Das Härten der bereits am Ski montierten Stahl-Laufkanten kann dabei als letzter Arbeitsgang der Skiherstellung vorgesehen werden, da keine Beeinträchtigung anderer Skibestandteile durch die erfindungsgemäße Härtung auftritt und daher keinerlei weitere Nachbehandlungsschritte nötig sind. Damit sind auch die bereits eingebauten Stahl-Laufkanten keinen mechanischen Beanspruchungen, keiner Gefahr von Beschädigungen und keiner Funktionsbeeinträchtigung ausgesetzt, wie dies bei einer Härtung vor der Montage am Ski der Fall ist. Bei exakter Führung der Einrichtung zur Erzeugung des Plasmastrahls relativ zur Stahl-Laufkante, was eine selbstverständliche Voraussetzung ist, wird ein genau definierten Energieeintrag in einen exakt vorgebbaren Bereich der Stahl-Laufkante gewährleistet. Damit ist einerseits die Erwärmungsrate und - abhängig vom Material, aber genau bestimmbar - der von der Härtung erfaßte Bereich genau definierbar. Dies ist auch eine wichtige Voraussetzung für die Härtbarkeit von bereits am Ski montierten Stahl-Laufkanten. Bei diesen muß gewährleistet sein, daß die Erwärmung des Stahl-Laufkantenmaterials nicht zu stark ist, um das daran angrenzende Material des Ski selbst über eine bestimmte Mindesttemperatur zu erwärmen. Andernfalls würde das Material des Ski beschädigt, Verbindungen gelockert oder gelöst. Kleber, beispielsweise zur Fixierung der Stahl-Laufkanten im Ski, gelöst oder dergleichen mehr. Durch das erfindungsgemäße Härten mit einem zu jeden, Zeitpunkt mit genau definierter Energie auftreffenden Plasmastrahl kann die Materialerwärmung genau gesteuert und unzulässige Überhitzungen vermieden werden.
Wenn der Plasmastrahl und die Stahl-Laufkante relativ zueinander in Längsrichtung der Stahl-Laufkante bewegt werden und der Plasmastrahl dabei zumindest über einen Teilbereich der Länge der Stahl-Laufkante immer genau die gleiche Energie aufweist, wobei dies vorzugsweise durch Versorgung des Plasmakopfes mit immer genau der gleichen Stromstärke erzielt wird, ist über die gesamte Länge des überstrichenen Längsbereiches der Stahl-Lautkante eine gleichmäßige, exakt definierte Härtung gewährleistet. Damit ist sichergestellt, daß bei einer allfälligen Nachbearbeitung der Stahl-Laufkante, beispielsweise beim gleichmäßigen Abschleifen, entlang der gesamten gehärteten Länge der Stahl-Laufkante die gleichen Materialeigenschaften vorliegen und nicht etwa unerwünschterweise gehärtete und ungehärtete Abschnitte in nicht vorherbestimmbarer Abfolge auftreten. Mit dem Merkmal, daß der Plasmastrahl immer genau die gleiche Energie aufweist, ist verbunden, daß an jeder Stelle des Plasmastrahls zu jedem Zeitpunkt immer genau die gleiche Temperatur herrscht. d.h. die Temperaturverteilung im Plasmastrahl bleibt konstant.
Wenn jedoch eine genau definierte Verteilung von gehärteten und ungehärteten Bereichen bzw. Bereichen mit unterschiedlich ausgeprägter Härtung - sowohl was die Materialhärte als auch die Tiefe bzw. das Volumen des gehärteten Bereiches angeht - gewünscht ist, kann dies in vorteilhafter Weise dadurch erzielt werden, daß der Plasmastrahl und die Stahl-Laufkante relativ zueinander in Längsrichtung der Stahl-Laufkante bewegt werden und der Plasmastrahl dabei zumindest über einen Teilbereich der Länge der Stahl-Laufkante eine vorzugsweise regelmäßig veränderliche Energie aufweist, wobei dies vorzugsweise durch regelmäßige Änderung der dem Plasmakopf zugeführten Stromstärke erzielt wird. Veränderliche Energie bedeutet dabei, daß die Temperatur an jeder Stelle des Plasmastrahls sich gleichsinnig und in genau vorhersehbarer bzw. bestimmbarer Weise verändert.
Um in einfacher und zeitsparender Weise einen möglichst großen Bereich der auf Verschleiß beanspruchten Stellen zu erfassen, wird der Plasmastrahl gleichzeitig auf beide Außenseiten der Stahl-Laufkante gerichtet und die Achse des Strahles vorzugsweise schräg auf beide Außenseiten, insbesondere in einem Bereich von 25° um die Winkelsymmetrale, speziell genau in der Winkelsymmetralen, ausgerichtet. Je nach dem Winkel des Strahles und/oder seiner Parallelverschiebung nach oben oder unten hin in Bezug auf die Symmetrieachse der zu härtenden Außenkante kann eine symmetrische oder unsymmetrische Härtezone und damit eine Anpassung an spezielle Verschleißsituationen oder Einsatzzwecke erreicht werden. Eine symmetrische Härtezone der Außenkante, deren Form auch bei Nachbearbeitung möglichst lange erhalten bleibt, ist bei der vorzugsweisen genau mit der Symmetrieachse der Außenkante zusammenfallenden Ausrichtung des Energie- und vorzugsweise des Plasmastrahls herstellbar.
Vorteilhafterweise wird der Bereich um den Auftreffbereich des Plasmastrahls soweit gekühlt, daß im Übergangsbereich Stahl-Laufkante-Ski vorzugsweise die Lösetemperatur des Klebers für die Befestigung der Stahl-Laufkante am Skikörper nicht überschritten wird. Die Erwärmung des Materials der die Stahl-Laufkante umgebenden Bereiche des Ski trägt aufgrund der Wärmeabfuhr zur Selbstabschreckung des durch den Plasmastrahl erwärmten Bereiches und damit zum Härtungsvorgang bei, sodaß weniger Wärmeenergie auf andere, aufwendigere und kostspieligere Weise abgeführt werden muß. Dabei muß nur darauf geachtet werden, daß die Temperatur nicht so hoch ansteigt, daß der zur Fixierung der Stahl-Laufkanten verwendetet Kleber gelöst oder zersetzt wird.
Um mit einer gegebenen Einrichtung zur Erzeugung des Plasmastrahls, vorzugsweise einem Plasmakopf, einen größeren Bereich der Stahl-Laufkanten erfassen zu können, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Auftreffbereich des Plasmastrahls in Richtung der Längsrichtung der Stahl-Laufkante zumindest virtuell, vorzugsweise durch elektromagnetische Ablenkung des Plasmastrahls aufgeweitet. Dies bedeutet, daß nicht der Durchmesser des Plasmastrahls selbst vergrößert wird, wobei möglicherweise die zur gleichmäßigen Temperatur- und Energieverteilung unbedingt erforderlichen Parameter gestört würden, sondern daß durch eine Art schlangenförmige Führung des Auftreffpunktes mit hoher Frequenz bzw. eine
Figure 00040001
Zitterbewegung" des Auftreffpunktes um eine Mittelachse während der Relativbewegung von Plasmakopf und Stahl-Laufkante ein größerer Bereich überstrichen wird als es dem Querschnitt des Plasmastrahls entspricht. Die virtuelle Aufweitung kann dabei in einer oder jeder beliebigen Richtung senkrecht auf die Achse des Plasmastrahls erfolgen. Neben der Möglichkeit, einen größeren Bereich von der unteren Außenkante der Stahl-Laufkante hin auf beiden Außenseiten durch die virtuelle Aufweitung des Plasmastrahls zu erfassen, bietet diese Variante auch den Vorteil, die sehr rasche Aufheizung des Materials durch den Plasmastrahl aufgrund der Verteilung der Energie etwas zu verlangsamen und damit erforderlichenfalls eine geringere Härte zu erzielen, als es der Energie des Plasmastrahls entsprechen würde. Da meist der für die virtuelle Aufweitung verfügbare Bereich an den Außenkanten der Stahl-Laufkante begrenzt ist bzw. nur eine Härtung in einem engen Bereich um die verschleißgefährdete Kante erwünscht ist, wird vorteilhafterweise in der Längsrichtung der Stahl-Laufkante aufgeweitet.
Neben der virtuellen Aufweitung, die aufgrund der dafür notwendigen Apparaturen etwas aufwendiger und kostspieliger ist, kann gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal auch der physikalisch Querschnitt des Plasmastrahls selbst, vorzugsweise in Richtung der Längsrichtung der Stahl-Laufkante, aufgeweitet werden. Damit ist eine Verteilung der eingebrachten Energie über eine größere Fläche und doch in einem sehr engen Bereich um die eigentliche Kante der zu härtenden Stahl-Laufkante möglich.
Ein besonders für die Gleichmäßigkeit der Energieabgabe des Plasmakopfes bedeutsames Merkmal ist, daß die Gasströmung um die Kathode des Plasmakopfes laminar gehalten wird. Bei einer laminaren Strömung ist die Temperaturverteilung im Plasmastrahl in der gewünschten Weise an jeder Stelle besonders genau definiert. Zusätzlich ergibt sich aber noch der Vorteil, daß die Zündung des Plasmakopfes durch einen Sinusimpuls erfolgen kann und somit bei wenig bzw. einfacher Abschirmung keine Beeinflußung umliegender Elektronikbauteile durch den Plasmakopf eintritt. Dies ist insbesondere bei der automatisierten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung von Industrierobotern oder ähnlicher, mikroprozessorgesteuerter Anlagen von Bedeutung.
Durch den Einsatz des Plasmastrahls zur Härtung läßt sich sehr wirtschaftlich eine besonders tiefreichende Härtung der Stahl-Laufkante besonders in der Symmetrieebene der verschleißgefährdeten Außenkante erzielen, wodurch sich eine im Querschnitt im wesentlichen dreieckige Härtezone ergibt. Andere Härteverfahren, wie beispielsweise durch Lasereinsatz, dringen nicht so tief ein, sodaß sich eine entlang der Außenseiten der Stahl-Laufkante nur in geringe Tiefe reichende und im Querschnitt etwa L-förmige Härtzone ergibt. Dadurch kann das Eigenschaftsbild eines Ski, der mit zumindest partiell gehärteten Stahl-Laufkante versehen ist, für verschiedene Einsatzzwecke optimiert werden.
Die Erfindung betrifft weiters einen Plasmakopf zur Härtung von Kanten bei Stahlmaterialien, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Absätze, mit einem durch Isoliermaterial geteilten Gehäuse. Einrichtungen zur Zuführung eines Gases, einer vom Gas umströmten, rundstabförmigen Kathode und einer ein Ende der Kathode umgebenden Anode mit einer Öffnung zum Austritt des Plasmastrahls. Dieser Plasmakopf ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine mit radialen Bohrungen zur Zuführung des Gases versehene Buchse uni die Kathode, vorzugsweise aus Isoliermaterial, welche Buchse einen Ringspalt um die Kathode freiläßt. Die Innenseite der Buchse begrenzt zusammen mit der Außenseite der Kathode einen ringförmigen Eintritts- und Vergleichmäßigungsbereich für das Gas des Plasmabrenners, der die Einstellung einer laminaren Strömung begünstigt, welche für die Gleichmäßigkeit des Plasmastrahls von Bedeutung ist. Besonders günstige Ergebnisse haben sich eingestellt, wenn der zwischen Buchse und Kathode freibleibende Ringspalt ein Verhältnis Höhe zu Breite von im wesentlichen 2:1 hat.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Plasmakopf gekennzeichnet durch eine Wolfram-Zirkonium-Kathode. Dieses Material gewährleistet eine gleichmäßige Entladung zwischen Kathode und Anode und daraus resultierend eine gleichmäßige Temperatur- und Energieverteilung im austretenden Plasmastrahl.
Wieder im Hinblick auf die Laminarität der Gasströmung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest ein Ende der Kathode in einem Winkel zwischen 10 und 30°, vorzugsweise 20°, zuläuft. Dieser sehr kleine Winkel, der zwischen den einander symmetrisch gegenüberliegenden Seiten der vorzugsweise radialsymmetrischen Kathode gemessen ist, gewährleistet ein sanftes Zulaufen der Kathode zur Spitze hin, wodurch die Strömung des Gases laminar und der Plasmastrahl gleichmäßig bleibt.
Vorteilhafterweise endet jedoch die Kathode stumpf, vorzugsweise in einer normal auf die Kathodenachse stehenden, ebenen Fläche. Diese Ausführung des Kathodenendes ermöglicht ein optimales Abreißen der Gasströmung am Ende der Kathode mit der geringstmöglichen Beeinflußung der laminaren Strömungscharakteristik.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Öffnung in der Anode in Form eines Langloches ausgeführt, wobei vorzugsweise der längere Durchmesser in der Längsrichtung der Stahl-Laufkante ausgerichtet ist. Diese Form der Austrittsöffnung für den Plasmastrahl aus dem Plasmakopf bewirkt eine physikalische Aufweitung des Plasmastrahls in der Richtung des längeren Durchmessers und damit eine Verteilung der Energie über einen größeren Bereich der Stahl-Laufkante, vorzugsweise über einen Längsbereich derselben. Damit geht eine langsamere Aufheizung des Materials einher, die - wenn gewünscht - zu einer geringeren Härte des partiell gehärteten Teils der Stahl-Laufkante führt.
Alternativ oder zusätzliche zum oben genannten Merkmal sind zur Erzielung der selben Effekte gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung Einrichtungen zur elektromagnetischen Ablenkung des Plasmastrahls im Bereich der Austrittsöffnung für den Plasmastrahl vorgesehen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Härtung der Kanten von Stahlmaterialien, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit zumindest einem Laser- oder Plasmakopf, vorzugsweise zwei Laser- oder Plasmaköpfen, wie in einem der vorhergehenden Absätze beschrieben, sowie Einrichtungen zur Führung des oder jedes Laser - oder Plasmakopfes und der Stahl-Laufkante bzw. des mit einer zu härtenden Stahl-Laufkante versehenen Ski relativ zueinander in Längsrichtung der Stahl-Laufkante.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung vorteilhafterweise gekennzeichnet durch vorzugsweise flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper, vorzugsweise aus Kupfer, die in einem Abstand zur Stahl-Laufkante bzw. dem Skikörper, vorzugsweise in einem Abstand von 0,2 bis 0,3 mm, geführt sind. Die Kühlkörper führen die Wärmemenge ab, die nicht mehr vom Skikörper aufgenommen werden kann, ohne daß eine vorherbestimmte Temperatur, vorzugsweise die Lösetemperatur des die Stahl-Laufkanten fixierenden Klebers, überschritten würde. Als Kühlflüssigkeit hat sich Wasser mit maximal etwa 20°C als günstigste Lösung ergeben und als Material zur Anfertigung der Kühlkörper ist Kupfer die vorteilhafteste Wahl zur raschen Abführung großer Wärmemengen. Um eine Beeinträchtigung oder Beschädigung der Oberfläche der Stahl-Laufkanten und/oder des Ski zu vermeiden, werden die Kühlkörper nicht unmittelbar an die Stahl-Laufkante oder die Oberfläche des Ski angelegt und in Kontakt mit diesen entlanggeführt, sondern in geringem Abstand von Stahl-Laufkante und/oder Ski geführt.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigen
Fig. 1
eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Härtung von bereits am Ski montierten Stahl-Laufkanten, wobei der klareren Darstellung der Führungseinrichtungen halber die Einrichtungen zur Erzeugung des Plasmastrahls weggelassen enden,
Fig. 2
eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3
eine Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 in der Ebene III-III mit je einem Plasmakopf samt Positioniereinrichtungen zu beiden Seiten des Ski,
Fig. 4
den Detailaussschnitt IV der Fig. 3 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 5
einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmakopfes, und
Fig. 6a u. 6b
eine vorteilhafte Ausführungsform einer Anode zum Einbau in einen Plasmakopf im Schnitt und in der Vorderansicht.
Auf einem Grundgestell 1 sind drei Führungseinrichtungen 2 für den Ski (nicht dargestellt) vorgesehen, die in an sich bekannter, vorzugsweise automatisierbarer Weise die seitliche Führung des Ski in exakter Weise, d.h. auf den Zehntelmillimeter genau gewährleisten. Zu beiden Seiten des Transportweges des Ski sind zu diesem Zweck einstellbare Führungsrollen 3 angeordnet. Der zu behandelnde Ski wird mittels eines Transportbandes 4, das von einer durch einen exakt regelbaren Motor 5 angetriebenen Antriebsrolle 5a in Bewegung versetzt wird, durch die Anlage gefördert. Das Transportband 4 läuft dabei über die Umlenkrollen 6a bis 6f und ist derart beschaffen, daß durch Reibung eine kraftschlüssig Verbindung mit vorzugsweise der Lauffläche des Ski entstehen kann.
Zur exakten höhenmäßigen Führung des Ski, d.h. senkrecht auf die Ebene, innerhalb derer der Ski durch die Führungsrollen 3 geführt ist, dienen die beiden Rollen 7 und 8. Die untere Auflagerolle 7, auf welcher der Ski mit der Lauffläche aufliegt, ist auf einer ortsfest fixierten oder zumindest exakt fixierbaren Achse frei drehbar gelagert und aus sehr hartem Material, vorzugsweise Stahl angefertigt. Mittels der obenliegenden, zumindest mit einer relativ weichen, elastischen Umfangsbeschichtung 8a versehenen Andruckrolle 8 wird der Ski gegen die untere Auflagerolle 7 gepreßt, wobei insbesondere auch die Vorspannung des Ski in dessen mittlerem Bereich - welche die Aufwölbung des Ski zwischen dessen vorderer und hinterer Auflagelinie verursacht - überwunden werden muß. Gleichzeitig mit dem Anpressen auf die Auflagerolle 7 entsteht aufgrund der Vorspannung ein Druck des Ski auf das Transportband 4, welcher Druck mit zum Entstehen der auf der Reibung zwischen Lauffläche und Transportband 4 basierenden, kraftschlüssigen Verbindung beiträgt. Die Anpreßrolle 8 ist höhenverstellbar, allenfalls senkrecht zum Ski federnd beweglich geführt, um das ungehinderte Durchlaufen der Schaufel des Ski und dessen Einlegen bzw. Entfernen aus der Vorrichtung zu gestatten.
In Fig. 3 ist mit S der Ski bezeichnet, der mit den zu härtenden Stahl-Laufkanten K bereits versehen ist und der von der Andruckrolle 8 auf die Auflagerolle 7 gepreßt wird. Zu beiden Seiten des Ski S ist je eine Einrichtung 9 zur Erzeugung des Plasmastrahls zur Aufheizung der jeweiligen Stahl-Laufkante K vorgesehen, da dies eine raschere und damit wirtschaftlichere Bearbeitung sicherstellt als die gleichwohl mögliche Anordnung nur einer Einrichtung 9 auf einer Seite des Ski S. Die Einrichtungen 9 sind auf Tragestrukturen 10, beispielsweise mikroprozessorgesteuerten Roboterarmen, getragen, wobei diese Tragestrukturen 10 vorteilhafterweise - wie durch die Pfeile im unteren Teil symbolisiert ist - parallel zur Achse der Auflagerolle 7 steuerbar beweglich gelagert sind. Diese Beweglichkeit ist notwendig, um die Einrichtung 9 in einfacher Weise, da nur eine Bewegung in einer Richtung erforderlich ist, in immer exakt dem gleichen Abstand zur Stahl-Laufkante K zu halten, ganz gleich wie der Ski S geformt ist. So kann der Laser- oder Plasmakopf 9 jeder beliebigen Taillierung oder anderen Ausformung des Ski S nachgeführt werden. Für den weiter unten näher beschriebenen Plasmakopf sind folgende vorzugsweise Werte zur Erzielung günstiger Resultate gefunden worden: Abstand der Einrichtung 9, hier speziell der Austrittsdüse des Plasmastrahls, zur Stahl-Laufkante K: 1 bis 10 mm; Relativgeschwindigkeit von Stahl-Laufkante K und Einrichtung 9 in Längsrichtung der Kante K: 2 bis 8 m/min. Sowohl für Laser- als auch Plasmastrahlen gilt dabei, daß die erzielbare Härte umso größer ist, je schneller die Relativgeschwindigkeit ist, da dann die Abschreckung schneller erfolgt. Dabei ist eine Abschreckung des Materials durch Kühlmedien nicht notwendig - dies würde vielmehr bei Stahl-Laufkanten für Skier allzugroße Härtewerte und zu spröde Kanten ergeben - sondern die Abkühlung (Selbstabschreckung) durch die Umgebungsbedingungen ist ausreichend, um die gewünschte Härtung zu erzielen. So sind für CK60-Stahl Werte von über 50 Rockwell erreichbar, wobei für Stahl-Laufkanten für Skier die Werte vorteilhafterweise zwischen 58 und 60 Rockwell durch geeignete Abstimmung aller Verfahrensparameter gewählt werden.
Die Steuerung der beschriebenen Bewegung erfolgt durch die Kontaktrollen 11, die ebenfalls an jeder Tragestruktur 10 vorgesehen sind, welche Kontaktrollen 11 durch geeignete Sensoren überwacht werden und wobei die Tragestrukturen 10 derart angesteuert werden, daß die Kontaktrollen 11 immer mit den, gleichen Druck an der Stahl-Laufkante K anliegen. Der deutlicheren Darstellung halber wurde in Fig. 3 nur eine Kontaktrolle 11 auf der linken Seite des Ski S gezeichne, um rechts das in Fig. 4 vergrößert dargestellte Detail IV deutlich im Zusammenhang mit der Tragstruktur 10 und der gesamten Vorrichtung zeigen zu können.
Dieses Detail IV zeigt flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper 12, die das Material der die Kante K umgebenden Bauteile des Ski S vor zu großer Erwärmung durch den Plasmastrahl E der Einrichtung 9 bewahrt. Die Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser mit einer Maximaltemperatur von ca. 20°C, strömt dabei durch die Passagen 12a in den vorzugsweise aus Kupfer gefertigten Kühlkörpern 12. Diese Kühlkörper 12 decken einen Längsbereich von einigen Zentimetern bis etwa 30 cm vor und hinter dem Auftreffbereich des Plasmastrahls E ab. Wie in Fig. 4 deutlich dargestellt ist, liegen die ebenfalls von der Tragstruktur 10 getragenen Kühlkörper 12 nicht am Ski S oder der Kante K an, sondern sind in jedem Fall von diesen beabstandet, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 mm, was bei vermiedener Beschädigung oder Beeinträchtigung der Materialien beispielsweise durch Zerkratzen die trotzdem ausreichender Wärmeabführung gewährleistet.
Im Gegensatz zu Laserstrahlen sind Plasmastrahlen E weniger empfindlich gegenüber der Oberflächenbeschaffenheit der Kante K und auch wirtschaftlicher einsetzbar und benötigen darüberhinaus kein zusätzliches Schutzgas. Nachfolgend wird ein in Fig. 5 dargestelltes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Plasmakopfs 9 zur Erzeugung eines Plasmastrahls E näher beschrieben.
Der dargestellte Plasmakopf 9 umfaßt ein zweigeteiltes Gehäuse aus einem oberen Teil 13 und einen, unteren Teil 14, welche Teile 13 und 14 durch ein Isoliermaterial 15 voneinander elektrisch isoliert getrennt sind. Je ein Anschlußelement 16 bzw. 17 am oberen Teil 13 bzw. unteren Teil 14 ist zum Zuführen bzw. Ableiten von Kühlmedium für den Plasmakopf 9 in die Passage 17 vorgesehen. Im oberen Teil 13 ist eine Kathode 18 in an sich bekannter Weise austauschbar in einer herkömmlichen Halterung 19 fixierbar. Im unteren Teil 14 ist eine das freie Ende der Kathode 18 in einem Abstand umgebende Anode 20 mit einer Austrittsöffnung 21 für das ionisierte Gas, d.h. den Plasmastrahl, vorgesehen. Zwischen der Halterung 19 der Kathode 18 und der Anode 20 ist, im wesentlichen in der selben Höhe wie das Isoliermaterial 15, eine die Kathode 18 im Abstand umgebende Buchse 22, ebenfalls aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus Keramikwerkstoff, vorgesehen, sodaß zwischen der Innenwandung dieser Buchse 22 und der Kathode18 ein ringförmiger Raum 23 begrenzt ist. Auf einer Seite wird dieser Raum 23 von der Halterung 19 der Kathode 18 abgeschlossen, während er sich gegenüberliegend in den Ringspalt 24 zwischen Kathode 18 und Anode 20 sowie weiter die Austrittsöffnung 21 zum Austritt des Plasmastrahls fortsetzt. Durch eine - vor oder hinter der Schnittebene in den Plasmakopf 9 mündende - Leitung 25 wird das zu ionisierende Gas durch in einen Ringspalt 26 um die Buchse 22 und weiter durch radiale Bohrungen 27 in den Eintritts- und Vergleichmäßigungsraum 23 geleitet.
Als zu ionisierendes Gas wird beispielsweise Helium oder Stickstoff, vorzugsweise jedoch Argon in einer Menge von 0.5 bis 5 l/min verwendet, wobei mit Argon ein besonders stabiles Plasma mit gleichzeitiger Schutzgaswirkung erzielt wird.
Für die gleichmäßige Energie des Plasmastrahls ist eine laminare Strömung des Gases entlang der Kathode 18 von besonderer Bedeutung. So wird durch die Vergleichmäßigung der Strömung des zugeführten Gases im Raum 23 und dessen vorzugsweises Verhältnis von axialer Höhe zu Breite des Ringspaltes von etwa 2:1 eine zur Spitze der Kathode 18 hin laminare Gasströmung erzeugt. Die Spitze der Kathode 18 läuft unter einem sehr kleinen Winkel a zwischen 10 und 30°, vorzugsweise 20°, zusammen, um die Strömung so weit als möglich laminar zu halten. Ein weiteres Merkmal, um die Gasströmung laminar weiterzuleiten, besteht in einer ebenen, normal auf die Achse der Kathode 18 orientierten Endfläche 28 mit vorzugsweise 0,3 mm Durchmesser, die als eine Art Abrißkante zum gesteuerten Abreißen der Gasströmung von der Kathode 18 wirkt.
Die laminare Strömung des Gases hat neben der gleichmäßigen Energie des Plasmastrahls und in Verbindung mit der speziellen Materialwahl für die Kathode 18 noch den zusätzlichen Vorteil, daß die ionisierende Entladung zwischen Kathode 18 und Anode 20 keinen harten Rechteckimpuls erfordert, sondern mit einem weichen Sinusimpuls gezündet werden kann. Damit entfallen alle Abschirmprobleme des Plasmakopfes 9 und er kann ohne Störungen der umliegenden Elektronikbauteile, beispielsweise in der Steuerung der Tragstrukturen 10, in Meßvorrichtungen, usw., verwendet werden. Die Stromstärke beträgt während der stabile Betriebsphase des Plasmabrenners 9 zwischen 20 und 180 A. Die Leistung des Energiestrahles beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 5 kW, insbesondere 2 kW pro Einheit 9.
Um die Härte der gehärteten Stahl-Laufkante nicht zu hoch werden zu lassen, wodurch sie zu spröde würde, kann der Energieeintrag durch den Energiestrahl E über einen größeren Bereich der Stahl-Laufkante K verteilt werden. Neben der virtuellen Aufweitung durch die Ablenkung des Energiestrahles E während der Relativbewegung zur Stahl-Laufkante K, beispielsweise beim Plasmastrahl durch einen die Austrittsöffnung 21 umgebenden Elektromagneten 29 oder beim Laserstrahl durch schwenkbare Linsensysteme, kann auch der physische Querschnitt des Strahls selbst aufgeweitet werden.
Statt der Anode 20 des Plasmakopfes 9 mit einer kreisförmigen Austrittsöffnung 21, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 0,5 bis 3 mm, kann eine entsprechend dem in Fig. 6a und 6b ausgebildete Anode 20
Figure 00120001
mit einer langlochförmigen bzw. ovalen Austrittsöffnung 21 mit einer Breite zwischen 0,6 und 2,5 mm, vorzugsweise 1 mm und einer Länge zwischen 2 und 5 mm, vorzugsweise 3 mm vorgesehen sein. Dabei wird die Austrittsöffnung 21' zur Vermeidung zu rascher Auskühlung des Materials der Stahl-Laufkante derart orientiert, daß der längere Durchmesser parallel zur Längsachse der Stahl-Laufkante K liegt. Die Aufheizung und Abschreckung erfolgt dadurch langsamer und die Härte bleibt im für die spezielle Anwendung erwünschten Bereich von 57 bis 60 Rockwell. Runde Austrittsöffnungen in den Anoden ergeben in jedem Fall aufgrund der schnelleren Abkühlung höhere Härten.
Obwohl in der Beschreibung die Härtung von bereits ain Ski montierten Kanten beispielhaft näher erläutert wurde, ist selbstverständlich bei geeigneter Ausführung der Einrichtungen zum Hervorrufen der Relativbewegung zwischen der zu härtenden Stahl-Laufkante - speziell durch auf die geringere Dimension und Steifigkeit der Stahl-Laufkante abgestimmte Führungs- bzw. Transportvorrichtungen - und der Einheit zur Erzeugung des Energiestrahles auch die Härtung der Stahl-Laufkante vor dem Zusammenbau mit den restlichen Bestandteilen des Ski in der erfindungsgemäßen Weise und wie in der Beschreibungseinleitung angegeben möglich.
Bei allen der bisher beschriebenen Vorgangsweisen ist es vorteilhafterweise möglich, daß der Energiestrahl E bezüglich beider außenliegenden Flächen der zu härtenden Stahl-Laufkanten K schräg auf diese gerichtet wird. Vorzugsweise wird der Strahl E in der in Fig. 3 bzw. deutlicher in Fig. 4 dargestellten Weise in einein Bereich von etwa 25° um die Symmetrieebene, vorteilhafterweise genau in der Ebene der Winkelsymmetrale, der zu härtenden Außenkante der Stahl-Laufkante K auf diese gerichtet. Damit läßt sich die Wirkung des gehärteten Bereiches innerhalb der Stahl-Laufkante beeinflußen, wobei direkt in Verlängerung des Energiestrahles E die größte Härtungstiefe erzielt wird. Die Härtungstiefe wird umso geringer, je größer der radiale Abstand zur Achse des Energiestrahles E ist.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Härten von Stahl-Laufkanten für Ski od. dgl., wobei die Stahl-Laufkante partiell, vorzugsweise zumindest im Bereich der die Laufsohle des Ski außen begrenzenden Stahl-Laufkante, mit einen, Plasmastrahl mit zu jedem Zeitpunkt genau definierter Energie rasch erwärmt, danach das vom Plasmastrahl erwärmte Material vorzugsweise lediglich abgekühlt und dadurch gehärtet wird, wobei die Stahl-Laufkante bereits am Ski od. dgl. montiert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmastrahl und die Stahl-Laufkante relativ zueinander in Längsrichtung der Stahl-Laufkante bewegt werden und der Plasmastrahl dabei zumindest über einen Teilbereich der Länge der Stahl-Laufkante immer genau die gleiche Energie aufweist, wobei dies vorzugsweise durch Versorgung des Plasmakopfes mit immer genau der gleichen Stromstärke erzielt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmastrahl und die Stahl-Laufkante relativ zueinander in Längsrichtung der Stahl-Laufkante bewegt werden und der Plasmastrahl dabei zumindest über einen Teilbereich der Länge der Stahl-Laufkante eine vorzugsweise regelmäßig veränderliche Energie aufweist, wobei dies vorzugsweise durch regelmäßige Änderung der dem Plasmakopf zugeführten Stromstärke erzielt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmastrahl gleichzeitig auf beide Außenseiten der Stahl-Laufkante gerichtet wird und die Achse des Plasmastrahls vorzugsweise schräg auf beide Außenseiten, insbesondere in einen, Bereich von 25° um die Winkelsymmetrale, speziell genau in der Winkelsymmetralen, ausgerichtet wird.
  5. Verfahren nach einen, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich um den Auftreffbereich des Plasmastrahls soweit gekühlt wird, daß im Übergangsbereich Stahl-Laufkante-Ski vorzugsweise die Lösetemperatur des Klebers für die Befestigung der Stahl-Laufkante ain Skikörper nicht überschritten wird.
  6. Verfahren nach einen, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffbereich des Plasmastrahls in Richtung der Längsrichtung der Stahl-Laufkante zumindest virtuell, vorzugsweise durch elektromagnetische Ablenkung des Plasmastrahls, aufgeweitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Plasmastrahls vorzugsweise in Richtung der Längsrichtung der Stahl-Laufkante aufgeweitet wird.
  8. Verfahren nach einen, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmung für den Plasmastrahl um die Kathode des Plasmakopfes laminar gehalten wird.
  9. Plasmakopf zur Härtung von Kanten bei Stahlmaterialien, zur Durchführung des Verfahrens gemäß einen, der Ansprüche 1 bis 8, mit einem durch Isoliermaterial (15) geteilten Gehäuse (13, 14), Einrichtungen zur Zuführung eines Gases, einer vom Gas umströmten, rundstabförmigen Kathode (18) und einer ein Ende der Kathode (18) umgebenden Anode (20, 20') mit einer Öffnung (21, 21') zum Austritt des Plasmastrahls (E), gekennzeichnet durch eine mit radialen Bohrungen (27) versehene Buchse (22), vorzugsweise aus Isoliermaterial, um die Kathode (23) zur Zuführung des Gases, welche Buchse (22) einen Ringspalt (23) um die Kathode (18) freiläßt, wobei der zwischen Buchse (22) und Kathode (18) freibleibende Ringspalt (23) ein Verhältnis Höhe zu Breite von 2:1 hat.
  10. Plasmakopf nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Wolfram-Zirkonium-Kathode (18).
  11. Plasmakopf nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende der Kathode (18) in einem Winkel zwischen 10 und 30°, vorzugsweise 20°, zuläuft.
  12. Plasmakopf nach einen, der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (18) stumpf, vorzugsweise in einer normal auf die Kathodenachse stehenden, ebenen Fläche (28), endet.
  13. Plasmakopf nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (21') in der Anode (20') in Form eines Langloches ausgeführt ist, wobei vorzugsweise der längere Durchmesser in der Längsrichtung der Stahl-Laufkante (K) ausgerichtet ist.
  14. Plasmakopf nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (29) zur elektromagnetischen Ablenkung des Plasmastrahls (E) im Bereich der Austrittsöffnung (21, 21') für den Plasmastrahl vorgesehen sind.
  15. Vorrichtung zur Härtung von Kanten bei Stahlmaterialien, zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit zumindest einem Plasmakopf (9), vorzugsweise zwei Plasmaköpfen, gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, sowie Einrichtungen (2 bis 8, 10) zur Führung des oder jedes Plasmakopfes (9) und der Stahl-Laufkante (K) bzw. des mit einer zu härtenden Stahl-Laufkante versehenen Ski (S) relativ zueinander in Längsrichtung der Stahl-Laufkante (K).
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch vorzugsweise flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper (12), vorzugsweise aus Kupfer, die in einen, Abstand zur Stahl-Laufkante (K) bzw. dem Skikörper, vorzugsweise in einein Abstand von 0,2 bis 0,3 mm, geführt sind.
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