EP2497331A2 - Verfahren und vorrichtung zum induktiven härten grosser ringförmiger werkstücke - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum induktiven härten grosser ringförmiger werkstücke

Info

Publication number
EP2497331A2
EP2497331A2 EP10790721A EP10790721A EP2497331A2 EP 2497331 A2 EP2497331 A2 EP 2497331A2 EP 10790721 A EP10790721 A EP 10790721A EP 10790721 A EP10790721 A EP 10790721A EP 2497331 A2 EP2497331 A2 EP 2497331A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inductor
workpiece
turntable
rotation
inductors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10790721A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Hubertus
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.)
IMO Holding GmbH
Original Assignee
IMO Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IMO Holding GmbH filed Critical IMO Holding GmbH
Publication of EP2497331A2 publication Critical patent/EP2497331A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/06—Induction heating, i.e. in which the material being heated, or its container or elements embodied therein, form the secondary of a transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/102—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces the metal pieces being rotated while induction heated
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention is directed to a method and apparatus for inductively hardening large annular workpieces.
  • annular workpieces are often used in the art as guideways for rotary motion.
  • such annular parts usually have one or more circumferential running or sliding tracks on which rolling or sliding body, sealing elements, etc. along roll, slide or strip.
  • running or sliding tracks or other, particularly stressed areas are preferably cured.
  • One method of surface hardening an annular workpiece is inductive hardening.
  • a large current flow is locally induced with an electromagnetic field of alternating polarity in the workpiece, which releases strong heat due to internal friction.
  • CONFIRMATION COPY is controllable.
  • feed hardening For annular workpieces with a larger circumference or diameter, the so-called feed hardening is usually used.
  • One or more inductors run along the circumference of the workpiece during curing and partially heat it. It should be noted that at the end of a cycle, the inductor is switched off or removed. This results in the edge regions of the hardness zone unfavorable temperature distribution, which is not sufficient for the curing process and leaves a soft spot, a so-called. "Slip. If you want to avoid this, at least two inductors are needed, which approach each other to complete the curing process, so that there is no zone with unfavorable temperature distribution between them.
  • WO 2006/087152 A2 proposes running 2 inductors in opposite directions along the circumference of an annular workpiece. However, a required arrangement proves to be too complex for the practice, since two opposing orbital movements must be coupled together.
  • a rotational movement can be replaced by a rotational movement of the workpiece.
  • a rotational movement can be implemented in a technologically simpler manner than a circulation movement. It is important that the axis about which the workpiece is rotated during hardening coincides as exactly as possible with the axis of its rotational symmetry.
  • the method according to the invention preferably only rotationally symmetric regions of a large, planar, annular workpiece are hardened, ie preferably raceways in a mantle or end face or a rotationally symmetrical connection surface, while it is less suitable for other surface regions, for example tooth flanks or the like.
  • Rotating the workpiece during curing is understood to mean that the rotation occurs exactly at a time while at least one induction head is within the working distance to a surface area of the workpiece and is electrically powered, i. is operated so that the surface area of the workpiece concerned heats up to a curing temperature.
  • the workpiece is rotated continuously, preferably such that the workpiece is continuously rotated during the entire curing procedure.
  • the workpiece should be rotated at an approximately approximately constant speed, apart from an initial acceleration and a final deceleration phase, if necessary.
  • Another preferred feature of the invention is that at the same time only surface areas within the annular workpiece are hardened, or only surface areas radially outside of the annular workpiece, or only surface areas in / on a single, preferably flat face of the annular workpiece. On the other hand, however, several surface areas can be cured simultaneously, for example. Multiple raceways of a multi-row roller bearing.
  • multiple induction heads can be used to a common Induction unit be summarized.
  • the individual induction heads are, however, preferably always all within the annular workpiece, or all always radially outside the annular workpiece, or all always on a single, preferably flat face of the annular workpiece.
  • Another preferred feature of the invention is that different induction units immediately adjacent to the circumference of the annular workpiece to be hardened which are associated with the same rotationally symmetric area of the ring surface - eg the same rolling element raceway - with respect to one with the workpiece never revolve rotating reference system in the same or common direction of relative rotation, in particular not with the same direction of relative rotation and relative rotational speed.
  • the / all induction units and / or induction heads are immobile in the axial direction or firmly fixed during hardening, for hardening rotationally symmetrical surface areas with a planar course.
  • the annular workpiece is located on a turntable, which is driven by a motor. After precise centering of the workpiece on the turntable can be ensured that the axis of symmetry of the ring is coaxial with the axis of rotation of the turntable. Then the workpiece can be fixed, for example. Tensioned. Then, the workpiece can be simply rotated by setting the turntable drive in motion about an axis perpendicular to the table plane or ring plane.
  • the support rollers or rollers are driven, in particular at the same speed.
  • the latter can be achieved either by means of electronic synchronization or by a coupling gear.
  • the rotational speed of the workpiece is kept constant, preferably by means of a control.
  • a constant rotational speed By a constant rotational speed, the relative speed to the inductors remains constant, and the residence time of a surface area in the electromagnetic field of an inductor is constant during curing. Due to the coaxial alignment of the axis of symmetry of the workpiece with the axis of rotation of the turntable ensures that the / all / inductor (s) throughout the curing phase always the same distance to be hardened surface area of the annular workpiece and thus always a constant and consistent Thermal power is coupled into the workpiece - all surface areas are heated approximately to the same temperature and thus experience an approximately constant curing.
  • a particular advantage of the invention is that at least one inductor can remain stationary during inductive hardening. This one does not need
  • At least one inductor is moved around the axis of rotation of the workpiece during the inductive hardening, preferably in the same direction of rotation as the workpiece itself, but in particular faster than that.
  • the relative speed of such an inductor to the workpiece is different than that of a stationary inductor; in particular, both relative speeds may be opposite so that they may approach each other at the end of a cure cycle until their electromagnetic fields overlap.
  • At least one moving inductor revolves around this at about twice the speed of the workpiece.
  • the relative speed of such an inductor with respect to the workpiece is the same size as the relative speed of a stationary inductor, only opposite or in opposite directions to this. Both inductors therefore cover in the same period the same size peripheral portions of the workpiece.
  • at least one moving inductor may move in opposite directions of circulation in the curing of immediately consecutive workpieces.
  • an even number of inductors is used.
  • half can be arranged stationary, while the other half rotates.
  • all circulating inductors can always have a common direction of rotation, which, however, can be reversed together when hardening successive workpieces.
  • the starting position of the movable inductors may be different in successive curing operations. That is, the end position of the inductors after a hardening operation simultaneously corresponds to the initial position of the inductors before the subsequent hardening operation. However, since the initial and final positions of a single curing operation are different from each other, the initial positions are also different in successive curing operations.
  • a device according to the invention for inductive hardening of a large, planar, annular workpiece is characterized by a turntable in order to rotate the workpiece during inductive hardening about an axis approximately perpendicular to its base plane.
  • Such a turntable should be rotatably mounted about a vertical axis, preferably by means of moment bearings, which ensure an exact compliance with a horizontal orientation of the turntable during its movement.
  • the turntable should be driven. This can be done, for example, via a circular ring gear on the turntable itself or on a bearing thereof, which meshes with a pinion or a worm on the output shaft of a motor.
  • a control can be provided to keep the rotational speed of the turntable constant during the inductive hardening and thus to achieve as constant a surface hardness as possible of the hardened annular web during a curing pass.
  • This purpose is also served by a development of the invention, according to which the radial distance r of at least one inductor to the axis of rotation of the turntable is adjustable.
  • the curing system can be adapted to workpieces with different diameters and each one of the optimum Einkopplungsgrad corresponding radial distance between the inductor and the workpiece surface can be adjusted.
  • This adjustability preferably relates to all inductors, ie in addition to the circulating inductors and the fixed during hardening fixed inductors.
  • the power supplied to the various inductors may also be uniformly adjusted or regulated, for example by placing all the inductors in a single, common circuit are arranged one behind the other or in series and are therefore flowed through by the same stream.
  • At least one inductor should be fixed in place or fixable during a hardening pass. That is, after its radial distance r is set to the rotational axis of the turntable, it is locked and thus fixed in place. The workpiece then rotates at a constant distance past this inductor and is hardened.
  • At least one inductor should be movable along a circular path about the axis of rotation of the turntable, the invention recommending that the orbit plane is identical or parallel to the ground plane of the turntable.
  • an inductor could be fixed or fixable on an arm extending approximately radially to the axis of rotation, which arm is pivotably mounted about the axis of rotation of the turntable.
  • a plurality of movable inductors may circulate at a same orbital speed V 1 ". This can be accomplished in the simplest way, that several or all movable inductors are arranged on a common rotary body, for example. On a common disc which moves below or above the turntable, or to each one of several, radial arms of a bspw. about star-shaped rotating body.
  • a movable inductor to its two, each adjacent, movable inductors have the same distance or intermediate angle ⁇ .
  • the invention can be further developed such that the rotational speed v iu of the along a circular path with the radius r movable inductor with the rotational speed n D of the turntable is coupled, so that:
  • bur of the fixed or movable inductors with respect to the workpiece
  • the drive for the turntable and / or for a movable along a circular path inductor should be activated in both directions of rotation or circulation, so that a direction of rotation of the turntable can be effected without a gear.
  • the invention is further characterized by at least one switch to switch the drive direction for the turntable and / or for a movable along a circular path inductor, in particular when the turntable or the inductor has reached a predetermined position.
  • This may be a relay which, for example, is switched at each end position by a limit switch arranged there.
  • a limit switch may, for example, be arranged in the movement region of a movable inductor and be activated by an actuator connected thereto.
  • a limit switch is preferably a pushbutton which is keyed-in by the actuating member or, depending on the arrangement, is OFF-sampled and then switches on or off, for example, a fixed input voltage.
  • the Rotary drive of the turntable turned off and - either simultaneously or delayed - and the inductors are disabled.
  • a signal can be triggered - for example, an acoustic signal (horn) and / or an optical signal (signal lamp) to indicate to an operator the completion of the curing process.
  • the next workpiece can then be hardened.
  • the turntable is designed as a movable multiple, especially tandem turntable; in this case, a following workpiece can be placed, adjusted and fixed while the previous one is being hardened.
  • the turntable unit is then moved with both turntables, the turntable is removed with the just-hardened ring from the induction system and the turntable is moved with the newly spanned ring in this.
  • the next ring can edit, ie harden, while the just completed solved and transported away and replaced by a new workpiece.
  • the polarity of the rotary drive is also reversed polarity or reversed its direction of rotation, so that when switched on again - for example, by manually bridging the limit switch - the turntable is set in motion again, but now with reverse direction of rotation.
  • two nozzles for a quenching or cooling medium are assigned to an inductor, offset in both circumferential directions relative to the inductor, in particular at equal distances di, d 2 to the inductor:
  • bur of the respective stationary or movable inductor relative to the workpiece in each case behind the inductor arranged quenching shower can be used to deter the just heated surface areas of the workpiece.
  • the invention further provides that the quenching nozzles assigned to a fixedly fixed or fixable inductor are likewise fixed in place or can be fixed; possibly apart from a radial adjustability for the purpose of adaptation to workpieces of different diameters.
  • the invention recommends that in each direction of rotation of the turntable or circulation of an inductor per inductor only one Abschreckbrause is activated or activated, preferably in each case the following with respect to the workpiece inductor in question.
  • the switching between the two quenching nozzles assigned to the same inductor is coupled to the switching of the direction of rotation of the turntable.
  • such a switch for all Abschreckbrausen pairs can be done together, so that in each direction behind a rotary valve are coupled via a common valve with a reservoir for the cooling or quenching, in the other direction of rotation behind each Abschreckbrausen by another common valve.
  • the valve control may be coupled to the limit switches described above to jointly turn off the most recently used detonators upon reaching an end position and to jointly turn on the detonators associated with the opposite direction of rotation of the turntable, for example simultaneously with the (manual) turning on of the turntable in the reverse direction.
  • two inductors can approach each other to a minimum distance, could, for example, the two quenching nozzles of an inductor at different heights, based on the ground plane of the workpiece to be cured or the turntable, be arranged so that they collision freely past each other can slide.
  • At least one (further) shower can be arranged directly in an inductor or be integrated with the same, after reaching an end position of a not, for example. D-, spaced quenching shower unreachable area of the (combined) heating zone under the then directly adjacent inductors to cool or to deter.
  • the teaching of the invention corresponds to a device for varying the power of at least one inductor as a function of its position or of the rotational position of the turntable. This makes it possible to respond to specific circumstances of a workpiece individually. In this case, however, it may be advantageous if different inductors are controllable separately from each other, so are in separate circuits. Further features, details, advantages and effects on the basis of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and from the drawing. Hereby shows:
  • Fig. 1a, 1 b is a schematic representation of a first embodiment of the
  • 2a, 2b is a schematic representation of a second embodiment of the
  • FIG. 1 a schematic representation of a third embodiment of the invention in the plan view, each during the processing of two immediately successive workpieces;
  • a device 1 for hardening an annular workpiece 6 can be seen, in each case in plan view, with a turntable 2 on which the workpiece 6 lies.
  • the workpiece 6 is clamped on the turntable 2, however, such clamping means have been omitted in the drawing for reasons of clarity, as well as the storage of the turntable 2, which can be accomplished, for example.
  • the drive motor (s) may preferably be a DC motor whose direction of rotation can be brought about by polarity reversal and which, moreover, can be regulated in its rotational speed.
  • three-phase motors for example asynchronous motors, can also be regulated and reversed in their rotational speed, so that in addition to DC motors, a number of other motor types can also be considered.
  • a speed control or control is provided, this can be effected in a simple way with a power electronics, in the case of an asynchronous motor, for example.
  • a converter comes into consideration, which is able to produce an output voltage of variable frequency and / or Amolitude .
  • incremental encoders or the like may additionally be provided, for example, on the turntable 2 or on the drive, so that a rotational speed and / or position control is possible.
  • various inductor units 4, 5 are reproduced, which basically can be classified into two categories: “Stationary” inductor Units 4, which are marked in the drawing by an “x”, and “movable” inductor units 5, which have no such "x".
  • the term “stationary” is to be considered relative, ie, an adjustability in the radial direction With respect to the axis of rotation 3, it can certainly be provided in all types of inductor units 4, 5 in order to be able to precisely adapt the inductors to the size or the diameter of the workpiece 6 to be machined, thereby optimizing the coupling of power independently of the respective workpiece size to ensure the relevant inductor in the workpiece 6.
  • Each inductor unit 4, 5 not only has an inductor, which faces the surface of the workpiece 6, but also also has at least one shower head, in particular quenching shower.
  • a third shower can be provided directly in the inductor, which can be activated after switching off the inductor to quench the last heated by this zone.
  • This shower is therefore activated only temporarily and will be referred to below as an auxiliary shower.
  • the main showerheads should be arranged offset from the inductor, for example in the clockwise direction in each case front shower above the inductor level, and the clockwise each lying behind shower below the inductor level.
  • Such an arrangement has the advantage over a different offset in the radial direction-which is basically also conceivable-that the inductors never "shadow” each other but can always be activated if required, even if the inductors still overlap one another.
  • FIGS. 1a, 1b The simplest arrangement is shown in FIGS. 1a, 1b:
  • Fig. 1a shows the arrangement at the beginning of a curing sequence of a first workpiece 6.
  • the turntable 2 is driven by a motor at a rotational speed n D , in the example shown in the clockwise direction. It rotates 180 ° about its axis of rotation 3 at a time In.
  • the movable inductor unit 5 moves around the axis of rotation 3 by almost 360 °, from an initial position in FIG. 1a to the left of the stationary inductor.
  • Unit 4 to an end position in Fig. 1a to the right of the stationary inductor unit 4.
  • the entire workpiece 6 is cured; if you consider the workpiece 6 in its - not shown - final position, then the right half of the workpiece 6 was cured by the movable inductor unit 5, then the left half of the stationary inductor unit 4.
  • the inductors of the two Inductor units 4, 5 are at the beginning of the curing treatment as well as at the end close to each other, so that overlap their two electromagnetic fields and form a common heating zone.
  • the common heating zone at the beginning of the hardening treatment as well as the gradually progressing single heating zones are quenched by the main showerhead (s), which follow the respective inductor in the relative direction of movement with respect to the workpiece 6.
  • the common heating zone at the end of the curing treatment is quenched by the auxiliary showers within the inductors.
  • the two inductor units 4, 5 assume a position as shown in FIG. 1 b.
  • the rotary drive of the turntable 2 are turned off or shut down to stop the turntable 2; the inductors are switched off or de-energized; the main showers are switched off and the auxiliary showers are switched on for a short time.
  • the workpiece 6 is fully cured, without slip, and can be removed, for example, be lifted by a crane from the turntable 2.
  • the turntable 2 is stationary, a new blank is placed on it, adjusted and possibly fixed.
  • the following curing passage begins, now the inductor units 4, 5 occupy the positions of FIG. 1 b at the beginning.
  • the turntable 2 is now driven by a motor at a speed -n D , in the example shown in the counterclockwise direction. He turns in a time Ti by 180 ° about its axis of rotation 3. In the same time Ti moves the movable Inductor unit 5 by almost 360 ° about the rotation axis 3 around, from an initial position in Fig. 1 b right of the stationary inductor unit 4 to an end position to the left of the stationary inductor unit 4, as indicated in Fig. 1 a , In the time - that is half the circulation time of the turntable 2 - and the second workpiece 6 is cured without slippage along its entire circumference.
  • two different turntables 2a, 2b can be used which can be moved together, for example, while maintaining a constant mutual distance, for example linearly along a common horizontal straight line. Then there is always one of the two turntables 2a, 2b in the processing position, and the other in a conversion position, wherein the just hardened workpiece 6 can be removed and replaced by a new blank, which can be positioned, adjusted and fixed without time pressure. If the hardening of the workpiece is completed in the machining position, both turntables 2a, 2b are moved together until the meanwhile converted rotary table 2b, 2a has now reached the machining position and the workpiece blank lying thereon can be hardened.
  • FIGS. 2a, 2b show a modified embodiment 1 'of the invention, whereby the throughput of a system can be further increased.
  • the turntable 2 'including drive corresponds to the turntable 2 of Fig. 1a, 1 b.
  • the construction of the individual inductor units 4 ', 5' corresponds to the structure of the inductor units 4, 5 according to Fig. 1a, 1 b.
  • both systems differ in that in the embodiment of Fig. 2a, 2b, two stationary inductor units 4a ', 4b' are provided and two movable inductor units 5a ', 5b'.
  • the two stationary inductor units 4a ', 4b' are positioned diametrically opposite one another, that is to say offset by a center angle of 180 ° relative to one another.
  • the movable inductor units 5a ', 5b' are arranged therebetween, their circulation area is limited by the two stationary inductor units 4a ', 4b' to a center angle of approximately or approximately 180 °.
  • the two movable inductor units 5a ', 5b' always run around at the same speed and direction around the workpiece 6, therefore, are always diametrically opposite each other or are offset by a center angle of exactly 180 ° to each other. They can therefore be fixed to a common support structure, which can be pivoted overall about the rotation axis 3, so that a total of only one drive for both movable inductor units 5a ', 5b' is required.
  • the turntable rotates within a time T 2 only by 90 °, while in the same time T 2, the two movable inductor units 5 a ', 5 b' sweep only one center angle of about or almost 180 °. If the rotational speed n D of the turntable 2 'is the same as that of the turntable 2, then:
  • T 2 1/2 * T 1> can therefore be approximately doubled by this measure the throughput of a system.
  • the turntable 2 ", its drive and the structure of the inductor units 4", 5 “ are identical to those previously described. The only difference is that in this embodiment there are a total of four fixed inductors 4a “, 4b", 4c “, 4d” and a total of four movable inductors 5a “, 5b", 5c “, 5d”.
  • the four stationary inductors 4a “, 4b", 4c “, 4d” lie on the ends of a right-angled cross, the point of intersection of which lies on the axis of rotation 3, respectively adjacent, stationary inductors 4a “, 4b", 4c “, 4d” respectively offset by a center angle of about 90 ° to each other.
  • the four movable inductor units 5a “, 5b”, 5c “, 5d” are each interposed therebetween, their circulation area being bounded by a pair of adjacent stationary inductor units 4a “, 4b", 4c “, 4d” at a center angle of each about or just under 90 °. Since all four movable inductor units 5a “, 5b”, 5c “, 5d” always move at the same rotational speed and direction, their mutual position always remains unchanged. Also, the four movable inductors 5a “, 5b", 5c “, 5d” are therefore on the ends of a right-angled cross whose intersection point lies on the axis of rotation 3. They can therefore be fixed to a cross-shaped or disc-shaped support element, which can be moved by a common drive.
  • the turntable 2 rotates only 45 ° within a time T 3 , while at the same time T 3, the four movable inductor units 5 a", 5 b “, 5 c", 5 d "extend only along each center angle of If the rotational speed n D of the turntable 2 "is the same as that of the turntable 2 or 2 ', the following applies: Thus, through this measure, the throughput of a plant can be doubled again or increased in total to four times.
  • the movable inductor units 5, 5 ', 5 "or their supporting bodies can either be self-propelled, that is, by their own motor, or they can be connected to the turntable 2, for example via a gearbox. 2 ', 2 "or its drive coupled, so that automatically results in a certain speed ratio. In the latter case, a single drive motor is sufficient to drive all moving parts of a plant.
  • each individual drives are preferable, if you want to avoid a mechanical coupling.
  • all inductors may be coupled to each other in terms of power, for example, by being switched into a single, common circuit so that they all flow through the same current whose magnitude can be regulated or controlled, for example by means of power electronics actuators.
  • the power supplied to the inductors can also be varied, for example in order to take account of a particular geometry of a workpiece, in particular with openings, etc. In this case, however, the inductors should be individually controllable.
  • the showers of the individual inductor units 4, 5; 4 ', 5'; 4 ", 5" coupled with each other. In this case, in each case those in the same relative direction of movement relative to one with the workpiece.
  • n D or -n D of the turntable 2, 2 ', 2 are activated by means of the first or second valve along the workpiece surface the respective inductor following main showerheads, the leading to be disabled, and at the end a hardening sequence, instead of the main showers then to be switched off, the auxiliary showers are briefly activated in order to quench the common heating zone remaining at the end and thereby harden without slipping.
  • the drives and valves are activated, for example, manually depending on the direction of rotation and, for example, turned off by limit switches, which are actuated by an actuating element on the turntable 2, 2 ', 2 "at a predetermined angular position of the same.
  • limit switches for example, interrupt the power supply of the drive motor (s) and at the same time - for example by means of a relay - reverse the polarity or direction of rotation of the drive motor (s) for future activation thereof.
  • the / all drive motors therefore run / run in the exactly opposite direction of rotation. Simultaneously with the switching of the direction of rotation of the drive motors is switched simultaneously between the two valves for the two main showers or main shower groups.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Härten eines großen, ebenen, ringförmigen Werkstücks, wobei das Werkstück während des induktiven Härtens um eine zu seiner Grundebene etwa rechtwinklige Achse rotiert wird; zum Abstützen des Werkstücks während des induktiven Härtens derart, dass dieses um eine zu seiner Grundebene etwa rechtwinklige Drehachse rotierbar gelagert ist, dient (-en) ein Drehtisch oder wenigstens zwei Rollen oder Walzen mit etwa oder überwiegend horizontaler Längsachse.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Härten
großer ringförmiger Werkstücke
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Härten großer ringförmiger Werkstücke.
Große ringförmige Werkstücke werden in der Technik häufig als Führungsbahnen für Drehbewegungen eingesetzt. Dabei weisen derartige ringförmige Teile meist eine oder mehrere umlaufende Lauf- oder Gleitbahnen auf, woran Wälz- oder Gleitkörper, Dichtungselemente, etc. entlang rollen, gleiten oder streifen. Um dabei einem übermäßigen Verschleiß vorzubeugen, werden derartige Lauf- oder Gleitbahnen oder sonstige, besonders beanspruchte Bereiche bevorzugt gehärtet.
Vorzugsweise werden dabei nur die eigentlichen Lauf- oder Gleitbahnen bzw. nur die besonders beanspruchten Bereiche im Bereich der jeweiligen Oberfläche gehärtet, so dass der Kern des Rings vergleichsweise weich bleibt und damit auch im robusten Einsatz nicht zu Rißbildungen neigt, wie dies bei spröden Materialien zu befürchten wäre.
Ein Verfahren zum oberflächigen Härten eines ringförmigen Werkstücks ist das induktive Härten. Dabei wird mit einem elektromagnetischen Feld wechselnder Polarität in dem Werkstück lokal ein großer Stromfluß induziert, der infolge innerer Reibung starke Wärme freisetzt.
Bei der induktiven Härtung ringförmiger Werkstücke lassen sich verschiedene Verfahren unterscheiden. Zum einen gibt es die sog. Gesamtflächenhärtung, mit einem etwa ringförmigen Induktor, welcher den gesamten Umfang des Werkstücks gleichzeitig erwärmt. Dies ist jedoch nur bei Werkstücken mit einem begrenzten Umfang möglich, da ansonsten die gleichzeitig aufzubringende Leistung technologisch nur noch mit extremem Aufwand
BESTÄTIGUNGSKOPIE beherrschbar ist. Bei ringförmigen Werkstücke mit größerem Umfang bzw. Durchmesser wird üblicherweise das sog. Vorschubhärten verwendet. Dabei laufen ein oder mehrere Induktoren während des Härtens an dem Umfang des Werkstücks entlang und erwärmen dieses partiell. Dabei ist zu beachten, dass am Ende eines Umlaufs der Induktor abgeschalten oder entfernt wird. Dabei ergibt sich in den Randbereichen der Härtezone eine ungünstige Temperaturverteilung, welche für den Härteprozess nicht ausreichend ist und eine weiche Stelle hinterläßt, einen sog. „Schlupf. Will man diesen vermeiden, sind wenigstens zwei Induktoren vonnöten, welche sich zum Abschluß des Härtungsvorgangs einander annähern, so dass dazwischen keine Zone mit ungünstiger Temperaturverteilung verbleibt. Zu diesem Zweck wird in der WO 2006/087152 A2 vorgeschlagen, 2 Induktoren in entgegengesetzten Richtungen an dem Umfang eines ringförmigen Werkstücks entlang laufen zu lassen. Eine dafür erforderliche Anordnung erweist sich aber für die Praxis als zu komplex, da zwei gegensinnige Umlaufbewegungen miteinander gekoppelt werden müssen.
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass der technologische Aufwand zum oberflächigen Härten großer ringförmiger Werkstücke so weit als möglich reduziert werden kann.
Die Lösung dieses Problems gelingt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch, dass das Werkstück während des induktiven Härtens um eine zu seiner Grundebene etwa rechtwinklige Achse rotiert wird.
Durch diese Maßnahme kann eine Umlaufbewegung durch eine Drehbewegung des Werkstücks ersetzt werden. Eine Drehbewegung läßt sich aber technologisch einfacher realisieren als eine Umlaufbewegung. Wichtig ist dabei, dass die Achse, um welche das Werkstück während des Härtens rotiert wird, möglichst exakt mit der Achse seiner Rotationssymmetrie zusammenfällt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt nur rotationssymmetrische Bereiche eines großen, ebenen, ringförmigen Werkstücks gehärtet, also bevorzugt Laufbahnen in einer Mantel- oder Stirnfläche oder eine rotationssymmetrische Anschlußfläche, während es für andere Oberflächenbereiche - bspw. Zahnflanken od. dgl. - weniger geeignet ist.
Unter einer Rotierung des Werkstücks während des Härtens ist zu verstehen, dass die Rotation exakt zu einem Zeitpunkt erfolgt, während wenigstens ein Induktionskopf sich innerhalb der Wirkungsdistanz zu einem Oberflächenbereich des Werkstücks befindet und elektrisch gespeist, d.h. betrieben wird, so dass der betreffende Oberflächenbereich des Werkstücks sich bis auf eine Härtungstemperatur erwärmt.
Damit verbunden ist eine Weiterbildung der Erfindung, wobei das Werkstück kontinuierlich rotiert wird, vorzugsweise derart, dass das Werkstück während der gesamten Härtungsprozedur kontinuierlich rotiert wird. Um gleichmäßige Härtungseigenschaften zu erzielen, sollte das Werkstück - ggf. abgesehen von einer anfänglichen Beschleunigungs- und einer abschließenden Verzögerungsphase - mit einer näherungsweise etwa konstanten Geschwindigkeit rotiert werden.
Ein weiteres, bevorzugtes Merkmal der Erfindung ist, dass zum selben Zeitpunkt jeweils nur Oberflächenbereiche innerhalb des ringförmigen Werkstücks gehärtet werden, oder nur Oberflächenbereiche radial außerhalb des ringförmigen Werkstücks, oder nur Oberflächenbereiche in/an einer einzigen, vorzugsweise ebenen Stirnfläche des ringförmigen Werkstücks. Andererseits können jedoch mehrere Oberflächenbereiche gleichzeitig gehärtet werden, bspw. mehrere Laufbahnen eines mehrreihigen Wälzlagers. Zu diesem Zweck können mehrere Induktionsköpfe zu einer gemeinsamen Induktionseinheit zusammengefaßt sein. Die einzelnen Induktionsköpfe befinden sich dabei aber vorzugsweise allesamt stets innerhalb des ringförmigen Werkstücks, oder allesamt stets radial außerhalb des ringförmigen Werkstücks, oder allesamt stets an einer einzigen, vorzugsweise ebenen Stirnfläche des ringförmigen Werkstücks.
Ein weiteres, bevorzugtes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass unterschiedliche, entlang des Umfangs des zu härtenden, ringförmigen Werkstücks unmittelbar benachbarte Induktionseinheiten, welche dem selben rotationssymmetrischen Bereich der Ringoberfläche zugeordnet sind - bspw. der selben Wälzkörperlaufbahn - in Bezug auf ein mit dem Werkstück mit rotierendes Bezugssystem niemals in der selben bzw. gemeinsamen Relativdrehrichtung umlaufen, insbesondere nicht mit der selben Relativdrehrichtung und Relativumlaufgeschwindigkeit.
Bevorzugt sind die/alle Induktionseinheiten und/oder Induktionsköpfe in axialer Richtung unbeweglich bzw. während des Härtens fest fixiert, zur Härtung rotationssymmetrischer Oberflächenbereiche mit einem ebenen Verlauf. Es hat sich als günstig erwiesen, dass das ringförmige Werkstück auf einem Drehtisch liegt, der motorisch antreibbar ist. Nach präziser Zentrierung des Werkstücks auf dem Drehtisch kann gewährleistet werden, dass die Symmetrieachse des Rings koaxial zu der Drehachse des Drehtische ist. Sodann kann das Werkstück fixiert werden, bspw. festgespannt. Sodann läßt sich das Werkstück einfach durch In-Gang-Setzen des Drehtisch-Antriebs um eine zu der Tischebene bzw. Ringebene rechtwinklige Achse rotieren.
Während der zuvor beschriebene Drehtisch und damit auch das darauf liegende Werkstück zumeist horizontal ausgerichtet ist, sind auch Anordnungen mit einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Vertikalkomponente der Ringebene denkbar, bspw. mittels zweier etwa Tragwalzen mit etwa horizontaler Längs- und Rotationsachse, die vorzugsweise auf gleicher Höhe nebeneinander angeordnet sind und einen etwa vertikal darauf stehenden Ring tragen. Der Ring kann dabei in seinem oberen Bereich entweder geführt sein, bspw. zwischen zwei Führungsrollen zu beiden Stirnseiten des Rings - dann ist sogar eine exakte Vertikalausrichtung der Ringebene möglich - oder an einer oberseitigen Anlagerolle entlang laufen, die sich bevorzugt auf einer vertikalen Mittelebene zwischen beiden unterseitigen Tragrollen befindet - solchenfalls sollte die Ringebene gegenüber der Vertikalen geneigt sein, und zwar in Richtung zu der oberseitigen Anlagerolle hin. In letzterem Falle empfiehlt es sich, die Längs- und Rotationsachse der Anlagerolle nicht exakt vertikal auszurichten, sondern parallel zu der Ringebene. Bevorzugt sind bei dieser Ausführungsform die Tragwalzen oder -rollen angetrieben, insbesondere mit gleicher Geschwindigkeit. Letzteres kann entweder mittels einer elektronischen Synchronisation erreicht werden oder durch ein Koppelgetriebe.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks konstant gehalten wird, vorzugsweise mittels einer Regelung. Durch eine konstante Rotationsgeschwindigkeit bleibt die Relativgeschwindigkeit gegenüber den Induktoren konstant, und die Verweildauer eines Oberflächenbereichs im elektromagnetischen Feld eines Induktors ist während des Härtens konstant. Infolge der koaxialen Ausrichtung der Symmetrieachse des Werkstücks mit der Drehachse des Drehtischs wird gewährleistet, dass der/die/alle Induktor(en) während der gesamten Härtungsphase stets den selben Abstand zu dem zu härtenden Oberflächenbereich des ringförmigen Werkstücks einhalten und damit stets eine konstante und gleichbleibende Wärmeleistung in das Werkstück eingekoppelt wird - alle Oberflächenbereiche werden näherungsweise auf die selbe Temperatur erwärmt und erfahren damit eine etwa gleichbleibende Härtung. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass wenigstens ein Induktor während des induktiven Härtens ortsfest bleiben kann. Dieser bedarf keiner
Führung, sondern braucht nur festgelegt zu werden. Die
Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Werkstück ergibt sich einzig aus dessen Rotation.
Andererseits empfiehlt es sich, dass wenigstens ein Induktor während des induktiven Härtens um die Rotationsachse des Werkstücks herum bewegt wird, vorzugsweise in der selben Drehrichtung wie das Werkstück selbst, insbesondere jedoch schneller als jenes. Damit ist die Relativdrehzahl eines derartigen Induktors gegenüber dem Werkstück anders als die eines ortsfesten Induktors; insbesondere können beide Relativdrehzahlen entgegengesetzt sein, so dass sie zum Ende eines Härtezyklus einander angenähert werden können, bis sich ihre elektromagnetischen Felder überlappen.
Besonders überschaubare Verhältnisse ergeben sich, sofern wenigstens ein bewegter Induktor etwa mit der doppelten Drehzahl des Werkstücks um dieses umläuft. In diesem Fall ist die Relativdrehzahl eines derartigen Induktors gegenüber dem Werkstück gleich groß wie die Relativdrehzahl eines ortsfesten Induktors, nur entgegengesetzt bzw. gegensinnig zu dieser. Beide Induktoren überstreichen daher im gleichen Zeitraum gleich große Umfangsabschnitte des Werkstücks. Wie die Erfindung weiterhin vorsieht, kann sich wenigstens ein bewegter Induktor bei der Härtung unmittelbar aufeinander folgender Werkstücke in entgegengesetzten Umlaufrichtungen bewegen. Damit läßt sich ein Verfahren realisieren, wobei ein beweglicher Induktor beständig zwischen zwei ortsfesten Induktoren (oder zwischen den beiden Seiten eines ortsfesten Induktors) hin und her pendelt. Ein Zurückfahren ist daher zwischen zwei aufeinander folgenden Härtephasen nicht erforderlich. Ferner ist es möglich, dass aufeinander folgende Werkstücke in entgegengesetzten Drehrichtungen rotiert werden. Damit werden alle Relativdrehzahlen der verschiedenen Induktoren umgekehrt, und das Verhältnis der Relativdrehzahlen zweier Induktoren bleibt konstant.
Bevorzugt wird eine gerade Anzahl von Induktoren verwendet. Von diesen kann die Hälfte ortsfest angeordnet sein, während die andere Hälfte umläuft. Insbesondere können alle umlaufenden Induktoren stets eine gemeinsame Umlaufrichtung aufweisen, die jedoch bei der Härtung aufeinander folgender Werkstücke gemeinsam umgekehrt werden kann.
Obwohl zu Beginn und am Ende der Induktionshärtung eines Werkstücks die Induktoren jeweils paarweise beieinander gruppiert sind, kann die Ausgangsposition der beweglichen Induktoren bei aufeinander folgenden Härtungsvorgängen unterschiedlich sein. D.h., die Endposition der Induktoren nach einem Härtungsvorgang entspricht gleichzeitig der Anfangsposition der Induktoren vor dem folgenden Härtungsvorgang. Da sich jedoch die Anfangsund Endpositionen eines einzigen Härtungsvorgangs voneinander untersscheiden, sind auch die Anfangspositionen bei aufeinander folgenden Härtungsvorgängen unterschiedlich.
Wenn sich zu Beginn und am Ende der Induktionshärtung eines Werkstücks die elektrischen Felder zweier dann jeweils unmittelbar benachbarter Induktoren überlappen, kann die Ausbildung einer weichen Zone bei dem Härtungsvorgang vermieden werden. In der dadurch entstehenden, gemeinsamen Erwärmungszone werden Randbereiche mit abweichenden Temperaturen auf die Randzonen eines gehärteten Ringbereichs zurückgedrängt, während die ringförmige Kernzone des gehärteten Ringbereichs keinen Schlupf aufweist. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum induktiven Härten eines großen, ebenen, ringförmigen Werkstücks, zeichnet sich aus durch einen Drehtisch, um das Werkstück während des induktiven Härtens um eine zu seiner Grundebene etwa rechtwinklige Achse zu rotieren. Ein solcher Drehtisch sollte um eine vertikale Achse drehbar gelagert sein, vorzugsweise mittels Momentenlagern, welche für eine exakte Einhaltung einer horizontalen Orientierung der Drehtischebene bei dessen Bewegung sorgen.
Der Drehtisch sollte angetrieben sein. Dies kann bspw. über einen rundumlaufenden Zahnkranz an dem Drehtisch selbst oder an einem Lager desselben bewerkstelligt werden, womit ein Ritzel oder eine Schnecke an der Ausgangswelle eines Motors kämmt.
Ferner kann eine Regelung vorgesehen sein, um die Rotationsgeschwindigkeit des Drehtischs während des induktiven Härtens konstant zu halten und damit während eines Härtungsdurchgangs eine möglichst konstante Oberflächenhärte der gehärteten ringförmigen Bahn zu erzielen. Diesem Zweck dient auch eine Weiterbildung der Erfindung, wonach der radiale Abstand r wenigstens eines Induktors zu der Drehachse des Drehtischs verstellbar ist. Damit kann die Härtungsanlage an Werkstücke mit unterschiedlichem Durchmesser angepaßt werden und jeweils ein dem optimalen Einkopplungsgrad entsprechender Radialabstand zwischen Induktor und Werkstückoberfläche eingestellt werden. Diese Verstellbarkeit betrifft bevorzugt alle Induktoren, also neben den umlaufenden Induktoren auch die während der Härtung ortsfest fixierten Induktoren. Sofern alle Induktoren baugleich sind und das Werkstück eine gleichbleibende Härtung entlang seines gesamten Umfangs erhalten soll, empfiehlt es sich, für alle Induktoren den selben radialen Abstand r einzustellen. Außerdem kann auch die den verschiedenen Induktoren zugeführte Leistung einheitlich eingestellt oder geregelt sein, bspw. indem alle Induktoren in einem einzigen, gemeinsamen Stromkreis hintereinander bzw. in Reihe angeordnet sind und daher von dem gleichen Strom durchflössen werden.
Abgesehen von dieser Radialeinstellung sollte wenigstens ein Induktor während eines Härtungsdurchgangs ortsfest fixiert oder fixierbar sein. D.h., nachdem sein Radialabstand r zu der Drehachse des Drehtischs eingestellt ist, wird er arretiert und damit ortsfest fixiert. Das Werkstück dreht sich sodann in gleichbleibendem Abstand an diesem Induktor vorbei und wird dabei gehärtet.
Andererseits sollte wenigstens ein Induktor längs einer Kreisbahn um die Drehachse des Drehtischs verfahrbar sein, wobei die Erfindung empfiehlt, dass die Kreisbahnebene mit der Grundebene des Drehtischs identisch oder parallel dazu ist. Bspw. könnte ein solcher Induktor auf einem etwa radial zu der Drehachse verlaufenden Arm fixiert oder fixierbar sein, welcher um die Drehachse des Drehtischs verschwenkbar gelagert ist.
Sofern mehrere bewegliche Induktoren vorgesehen sind, können dieselben mit einer gleichen bzw. gemeinsamen Umlaufgeschwindigkeit V|„ umlaufen. Dies kann auf einfachstem Wege dadurch bewerkstelligt werden, dass mehrere oder alle beweglichen Induktoren an einem gemeinsamen Drehkörper angeordnet sind, bspw. an einer gemeinsamen Scheibe, die sich unterhalb oder oberhalb des Drehtischs bewegt, oder an je einem von mehreren, strahlenförmigen Armen eines bspw. etwa sternförmigen Drehkörpers. Außerdem kann ein beweglicher Induktor zu seinen beiden, jeweils benachbarten, beweglichen Induktoren den gleichen Abstand bzw. Zwischenwinkel δ aufweisen. Der konstante zentrale Zwischenwinkel δ zwischen zwei direkt benachbarten, beweglichen Induktoren ist dabei vorzugsweise gegeben zu δ = 360° / mib, wobei rriib vorzugsweise der Anzahl der beweglichen Induktoren entspricht.
Andererseits sollte der Verfahrweg eines verfahrbaren Induktors begrenzt sein, bspw. auf einen Zentrumswinkel α von etwa α = 360° / n, wobei n = 1 , 2, 3, vorzugsweise n = nri|b.
Schließlich gilt für den Zentrumswinkel ξ, um welchen das Werkstück während eines kompletten Härtungsvorgangs gedreht werden muß: ξ = 360° / m, wobei m = rri|b + rri|0
mit rriib = Anzahl der beweglichen Induktoren
rriio = Anzahl der ortsfesten Induktoren.
Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass die Umlaufgeschwindigkeit viu des entlang einer Kreisbahn mit dem Radius r verfahrbaren Induktors mit der Rotationsgeschwindigkeit nD des Drehtischs gekoppelt ist, so dass gilt:
V|U = 2 π r * k * nD, wobei k = const., insbesondere k = 2. Bei k = 2 gilt für die relativen Umlaufgeschwindigkeiten V|0Ur. V|bur der ortsfesten bzw. beweglichen Induktoren gegenüber dem Werkstück:
Vlour = " |bur bzw.
Vlour + Vibur = 0.
Daraus resultiert bei einer konstanten Drehzahl nD des Werkstücks und einer Gesamtzahl m von Induktoren eine für eine komplette Rundum-Härtung benötigte Härtungszeit TH von TH = 1 / (m * nD), d.h., die Härtungszeit TH ist sowohl umgekehrt proportional zur Drehgeschwindigkeit des Drehtischs als auch umgekehrt proportional zur Gesamtzahl aller Induktoren.
Der Antrieb für den Drehtisch und/oder für einen entlang einer Kreisbahn verfahrbaren Induktor sollte in beiden Dreh- bzw. Umlaufrichtungen aktivierbar sein, so dass ohne Getriebe eine Drehrichtungsumkehr des Drehtischs bewirkt werden kann.
Die Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch wenigstens einen Schalter, um die Antriebsrichtung für den Drehtisch und/oder für einen entlang einer Kreisbahn verfahrbaren Induktor umzuschalten, insbesondere dann, wenn der Drehtisch bzw. der Induktor eine vorgegebene Position erreicht hat. Es kann sich hierbei um ein Relais handeln, das bspw. an jeder Endposition von einem dort angeordneten Endschalter umgeschalten wird. Ein solcher Endschalter kann bspw. in dem Bewegungsbereich eines verfahrbaren Induktors angeordnet sein und von einem mit diesem verbundenen Betätigungsglied aktiviert werden. Bevorzugt handelt es sich bei einem derartigen Endschalter um einen Taster, der von dem Betätigungsglied EIN-getastet - oder, je nach Anordnung, AUS-getastet wird und sodann eine bspw. feste Eingangsspannung durch- oder abschaltet. Infolgedessen wird bspw. der Drehantrieb des Drehtischs abgeschaltet und - entweder gleichzeitig oder verzögert - auch die Induktoren deaktiviert werden. Schließlich kann noch ein Signal ausgelöst werden - bspw. ein akustisches Signal (Hupe) und/oder ein optisches Signal (Signallampe), um einer Bedienperson den Abschluß des Härtungsvorgangs anzuzeigen. Nach Abschaltung kann dann das nächste Werkstück gehärtet werden. Dazu kann entweder das alte Werkstück gelöst und abtransportiert werden - bspw. mit einem Kran abgehoben - und sodann ein neues Werkstück aufgelegt und fixiert werden. Oder der Drehtisch ist als verfahrbarer Mehrfach-, insbesondere Tandem-Drehtisch ausgebildet; solchenfalls kann ein folgendes Werkstück aufgelegt, justiert und fixiert werden, während das vorhergehende gerade gehärtet wird. Nach Abschluß des Härtungsvorgangs wird sodann die Drehtisch-Einheit mit beiden Drehtischen verfahren, wobei der Drehtisch mit dem soeben gehärteten Ring aus der Induktionsanlage entfernt und der Drehtisch mit dem neu aufgespannten Ring in diese hinein bewegt wird. Nach exakter Ausrichtung des Drehtischs, was durch eine automatische Einrastung bewirkt werden kann, läßt sich der nächste Ring bearbeiten, d.h. härten, während der soeben fertiggestellte gelöst und abtransportiert und durch ein neues Werkstück ersetzt wird. Zusätzlich zu dem soeben beschriebenen Abschalten des Drehantriebs wird von dem betreffenden Endschalter außerdem noch die Polarität des Drehantriebs umgepolt bzw. dessen Drehrichtung umgeschalten, so dass bei abermaligem Einschalten - bspw. durch manuelles Überbrücken des Endschalters - der Drehtisch wieder in Bewegung versetzt wird, nun aber mit umgekehrter Drehrichtung.
In einer derartigen Umschalt-Position sollten jeweils zwei Induktoren unmittelbar benachbart sein, insbesondere derart, dass deren elektrische Felder einander überlappen. Dadurch vereinigen sich am Ende eines Härtungsdurchgangs die Heizzonen der betreffenden beiden Induktoren, und es verlbeibt zwischen denselben kein Schlupf. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass einem Induktor wenigstens eine Brause für ein Abschreck- oder Kühlmedium zugeordnet ist. Damit lassen sich im Rahmen des Vorschubverfahrens die Verfahrensschritte des Anlassens bzw. Erwärmens und des Abschreckens direkt miteinander kombinieren. Der Abstand d zwischen einer solchen Brause und dem betreffenden Induktor hängt u.a. auch von der relativen Umlaufgeschwindigkeit V|Ur des betreffenden Induktors gegenüber dem Werkstück ab; vorzugsweise gilt: d ~ v!ur.
Einer weiteren Konstruktionsvorschrift entsprechend sind einem Induktor zwei Brausen für ein Abschreck- oder Kühlmedium (Abschreckbrausen) zugeordnet, in beiden Umfangsrichtungen gegenüber dem Induktor versetzt, insbesondere in jeweils gleichen Abständen di, d2 zu dem Induktor:
Dadurch kann für jede Drehrichtung des Drehtischs die in der jeweiligen relativen Umlaufgeschwindigkeit V|0ur, V|bur des betreffenden ortsfesten oder beweglichen Induktors gegenüber dem Werkstück jeweils hinter dem Induktor angeordnete Abschreckbrause verwendet werden, um die soeben erwärmten Oberflächenbereiche des Werkstücks abzuschrecken.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die einem ortsfest fixierten oder fixierbaren Induktor zugeordneten Abschreckbrausen ebenfalls ortsfest fixiert oder fixierbar sind; ggf. abgesehen von einer radialen Verstellbarkeit zwecks Anpassung an Werkstücke unterschiedlichen Durchmessers.
Dementsprechend sollten die einem längs einer Kreisbahn verfahrbaren Induktor zugeordneten Abschreckbrausen ebenfalls längs einer Kreisbahn verfahrbar sein, vorzugsweise unter Einhaltung eines konstanten Abstandes d-ι, d2 zu dem betreffenden Induktor, insbesondere unter Einhaltung gleicher Abstände d^ d2: αΊ = d2.
Die Erfindung empfiehlt, dass in jeder Drehrichtung des Drehtischs bzw. Umlaufrichtung eines Induktors pro Induktor nur jeweils eine Abschreckbrause aktiviert oder aktivierbar ist, vorzugsweise jeweils die in Bezug auf das Werkstück dem betreffenden Induktor folgende. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Umschaltung zwischen den beiden demselben Induktor zugeordneten Abschreckbrausen an die Umschaltung der Drehrichtung des Drehtischs gekoppelt ist. Außerdem kann eine solche Umschaltung für alle Abschreckbrausen-Paare gemeinsam erfolgen, so dass die in einer Drehrichtung jeweils hinten liegenden Abschreckbrausen über ein gemeinsames Ventil mit einem Vorratsbehälter für das Kühl- oder Abschreckmedium gekoppelt sind, die in der anderen Drehrichtung jeweils hinten liegenden Abschreckbrausen dagegen durch ein anderes gemeinsames Ventil. Die Ventilsteuerung kann an die oben beschriebenen Endschalter gekoppelt sein, um die zuletzt verwendeten Abschreckbrausen bei Erreichen einer Endposition gemeinsam auszuschalten und die der entgegengesetzten Drehrichtung des Drehtischs zugeordneten Abschreckbrausen gemeinsam einzuschalten, bspw. gleichzeitig mit dem (manuellen) Einschalten des Drehtischs in der umgekehrten Drehrichtung.
Damit sich in einem Endpunkt zwei Induktoren einander bis auf einen minimalen Abstand annähern können, könnten bspw. die beiden Abschreckbrausen eines Induktors auf unterschiedlichen Höhen, bezogen auf die Grundebene des zu härtenden Werkstücks bzw. des Drehtischs, angeordnet sein, so dass sie kollisionsfrei aneinander vorbei gleiten können. Dazu ist es wichtig, dass alle jeweils in demselben Drehsinn (bspw. im Uhrzeigersinn) jeweils vor dem betreffenden Induktor liegenden Abschreckbrausen auf einer gemeinsamen Höhe liegen, während die in dem selben Drehsinn jeweils hinter dem betreffenden Induktor liegenden Abschreckbrausen auch auf einer gemeinsamen, jedoch anderen Ebene liegen (bspw. nach oben oder nach unten versetzt). Will man einander ganz eng benachbarte Abstände zweier Induktoren in einer Endposition realisieren, sollten sämtliche Abschreckbrausen überdies auf jeweils einer anderen Ebene liegen als die Induktoren selbst.
Wenigstens eine (weitere) Brause kann direkt in einem Induktor angeordnet bzw. mit demselben integriert sein, um nach dem Erreichen einer Endposition die von einer um bspw. d-, beabstandeten Abschreckbrause nicht erreichbaren Bereich der (vereinigten) Heizzone unter den sodann direkt benachbarten Induktoren kühlen bzw. abschrecken zu können.
Der Lehre der Erfindung entspricht schließlich eine Einrichtung, um die Leistung wenigstens eines Induktors in Abhängigkeit von dessen Position bzw. von der Drehstellung des Drehtischs zu variieren. Dadurch ist es möglich, auf besondere Gegebenheiten eines Werkstücks individuell einzugehen. In diesem Fall kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn unterschiedliche Induktoren getrennt voneinander steuerbar sind, also in voneinander getrennten Stromkreisen liegen. Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
Fig. 1a, 1 b eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der
Erfindung in der Draufsicht, jeweils während der Bearbeitung zweier unmittelbar aufeinander folgender Werkstücke;
Fig. 2a, 2b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung in der Draufsicht, jeweils während der Bearbeitung zweier unmittelbar aufeinander folgender Werkstücke; sowie Fig. 3a, 3b eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung in der Draufsicht, jeweils während der Bearbeitung zweier unmittelbar aufeinander folgender Werkstücke; In den Zeichnungen ist jeweils in der Draufsicht eine Vorrichtung 1 zur Härtung eines ringförmigen Werkstücks 6 zu sehen, mit einem Drehtisch 2, auf dem das Werkstück 6 liegt. Vorzugsweise wird das Werkstück 6 auf dem Drehtisch 2 festgespannt, wobei jedoch derartige Spannmittel in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden, wie auch die Lagerung des Drehtischs 2, die bspw. mittels an dessen Unterseite angeordneter Momentenlager bewerkstelligt werden kann, welche eine Rotation um eine vertikale Drehachse 3 erlauben. Ebenfalls weggelassen sind in der Darstellung schließlich auch ein oder mehrere Antriebseinheiten, um den Drehtisch 2 und damit auch das darauf festgelegte Werkstück 6 in Rotation um die Drehachse 3 zu versetzen. Diese Antriebseinheiten sind vorzugsweise reversibel ausgestaltet, so dass der Drehtisch 2 in beiden Richtungen antreibbar ist. Bei dem/den Antriebsmotor(en) kann es sich bevorzugt um einen Gleichstrommotor handeln, dessen Drehrichtung durch Polaritätsumkehr bewirkt werden kann, und der überdies in seiner Drehzahl regelbar ist. Allerdings sind mittlerweile auch Drehstrommotoren, bspw. Asynchronmotoren in der Drehzahl regelbar und reversierbar, so dass neben Gleichstrommotoren auch eine Reihe anderer Motortypen in Betracht kommen. Falls eine Drehzahlregelung oder -Steuerung vorgesehen ist, so kann dies auf einfachem Wege mit einer Leistungselektronik bewirkt werden, wobei im Fall eines Asynchronmotors bspw. ein Umrichter in Betracht kommt, der in der Lage ist, eine Ausgangsspannung variabler Frequenz und/ode Amolitude zu erzeugen. Im Fall einer Regelung können zusätzlich bspw. Inkrementalgeber od. dgl. an dem Drehtisch 2 oder an dem Antrieb vorgesehen sein, so dass eine Drehzahl- und/oder Lageregelung möglich ist.
Ferner sind verschiedene Induktor-Einheiten 4, 5 wiedergegeben, welche grundsätzlich in zwei Kategorien einzuordnen sind: „Ortsfeste" Induktor- Einheiten 4, welche in der Zeichnung durch ein„x" gekennzeichnet sind, sowie „bewegliche" Induktor-Einheiten 5, welche kein derartiges„x" aufweisen. Dabei ist der Begriff „ortsfest" relativ zu betrachten, d.h., eine Verstellbarkeit in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 3 kann bei allen Arten von Induktor-Einheiten 4, 5 durchaus vorgesehen sein, um die Induktoren an die Größe bzw. den Durchmesser des zu bearbeitenden Werkstücks 6 genau anpassen zu können und dadurch unabhängig von der jeweiligen Werkstückgröße jeweils eine optimale Leistungseinkopplung von dem betreffenden Induktor in das Werkstück 6 zu gewährleisten.
Jede Induktor-Einheit 4, 5 verfügt nicht nur über je einen Induktor, welcher der Oberfläche des Werkstücks 6 zugewandt ist, sondern darüber hinaus auch noch über wenigstens eine Brause, insbesondere Abschreckbrause. Vorzugsweise sind jeder Induktor-Einheit 4, 5 zwei Haupt-Brausen zugeordnet, von denen - bspw. im Uhrzeigersinn betrachtet - eine in einem Abstand di vor dem betreffenden Induktor angeordnet ist, während die andere in einem Abstand d2 hinter dem betreffenden Induktor angeordnet ist; vorzugsweise gilt: di = d2. In jeder Drehrichtung ist jeweils nur eine Haupt- Brause in Betrieb, deren Aufgabe darin besteht, den von dem Induktor soeben aufgeheizten Oberflächenbereich kurz darauf schnell abzuschrecken.
Ferner kann bspw. eine dritte Brause direkt in dem Induktor vorgesehen sein, welche nach Abschalten des Induktors aktiviert werden kann, um die von diesem zuletzt aufgeheizte Zone abzuschrecken. Diese Brause wird daher nur zeitweise aktiviert und soll im folgenden als Hilfs-Brause bezeichnet werden.
Damit trotz des räumlichen Versatzes zwischen den Haupt-Brausen und dem Induktor in Umfangsrichtung des Drehtischs 2 zwei Induktor-Einheiten 4, 5 einander bis auf einen minimalen Abstand angenähert werden können, sollten die Haupt-Brausen gegenüber dem Induktor versetzt angeordnet sein, bspw. die im Uhrzeigersinn jeweils vorne liegende Brause oberhalb der Induktorenebene, und die im Uhrzeigersinn jeweils hinten liegende Brause unterhalb der Induktorenebene. Eine solche Anordnung hat gegenüber einem unterschiedlichen Versatz in radialer Richtung - der grundsätzlich auch denkbar ist - den Vorteil, dass die Induktoren sich niemals gegenseitig „abschatten", sondern bei Bedarf immer aktivierbar sind, auch wenn die Induktoren einander noch überlappen.
Vor einem Härtungsdurchgang, oder vor dem ersten Härtungsdurchgang einer Serie von gleichen Werkstücken 6, werden alle Induktor-Einheiten 4, 5 radial genau auf das Maß dieses Werkstückstyps eingestellt und sodann wird diese radiale Einstellung, also der Radius r bezüglich der Drehachse 3, fixiert.
Damit sind ortsfeste Induktor-Einheiten 4 vollständig festgelegt und bewegen sich in der Folge nicht mehr. Anders die beweglichen Induktor-Einheiten 5, welche entlang von kreisförmigen, zu der Drehachse 3 konzentrischen Bahnen mit Radius r um das Werkstück 6 umlaufen, während gleichzeitig der Drehtisch 2 um seine Drehachse 3 rotiert wird. Die einfachste Anordnung ist in den Fig. 1a, 1 b wiedergegeben:
Es gibt dort genau eine ortsfeste Induktor-Einheit 4 und eine bewegliche Induktor-Einheit 5, beide am Rand des Drehtischs 2 in einem Abstand r von der Drehachse 3 positioniert.
Fig. 1a zeigt die Anordnung zu Beginn einer Härtungssequenz eines ersten Werkstücks 6. Der Drehtisch 2 wird motorisch mit einer Drehzahl nD angetrieben, im dargestellten Beispiel im Uhrzeigersinn. Er dreht sich in einer Zeit ΤΊ um 180° um seine Drehachse 3. In der selben Zeit ΤΊ fährt die bewegliche Induktor-Einheit 5 um nahezu 360° um die Drehachse 3 herum, von einer Ausgangsposition in Fig. 1a links von der ortsfesten Induktor-Einheit 4 bis zu einer Endposition in Fig. 1a rechts von der ortsfesten Induktor-Einheit 4. In der Zeit ΤΊ - also der halben Umlaufzeit des Drehtischs 2 - ist das gesamte Werkstück 6 gehärtet; betrachtet man das Werkstück 6 in seiner - nicht dargestellten - Endposition, so wurde die dann rechts liegende Hälfte des Werkstücks 6 von der beweglichen Induktor-Einheit 5 gehärtet, die dann links liegende Hälfte dagegen von der ortsfesten Induktor-Einheit 4. Die Induktoren der beiden Induktor-Einheiten 4, 5 liegen zu Beginn der Härtungsbehandlung wie auch an deren Ende dicht beieinander, so dass sich ihre beiden elektromagnetischen Felder überlagern und eine gemeinsame Heizzone bilden. Die gemeinsame Heizzone am Beginn der Härtungsbehandlung wie auch die allmählich voranschreitenden Einzel-Heizzonen werden von der/den Haupt-Brausen abgeschreckt, und zwar von denen, welche dem betreffenden Induktor in der relativen Bewegungsrichtung gegenüber dem Werkstück 6 folgen. Die gemeinsame Heizzone am Ende der Härtungsbehandlung wird von den Hilfs-Brausen innerhalb der Induktoren abgeschreckt.
Am Ende der ersten härtungsbehandlung nehmen die beiden Induktor- Einheiten 4, 5 eine Position ein, wie sie in Fig. 1 b dargestellt ist. Nun werden der Drehantrieb des Drehtischs 2 abgeschalten oder heruntergefahren, um den Drehtisch 2 stillzusetzen; die Induktoren werden abgeschalten bzw. stromlos; die Haupt-Brausen werden abgeschalten und die Hilfs-Brausen werden kurzzeitig eingeschalten. Sodann ist das Werkstück 6 fertig gehärtet, und zwar schlupflos, und kann entnommen werden, bspw. mit einem Kran von dem Drehtisch 2 weggehoben werden. Während der Drehtisch 2 stillsteht, wird ein neuer Rohling daraufgelegt, justiert und ggf. fixiert. Im Anschluß daran beginnt der folgende Härtungsdurchgang, wobei nun die Induktor-Einheiten 4, 5 zu Beginn die Positionen nach Fig. 1 b einnehmen. Der Drehtisch 2 wird nun motorisch mit einer Drehzahl -nD angetrieben, im dargestellten Beispiel im Gegenuhrzeigersinn. Er dreht sich in einer Zeit Ti um 180° um seine Drehachse 3. In der selben Zeit Ti fährt die bewegliche Induktor-Einheit 5 um nahezu 360° um die Drehachse 3 herum, von einer Ausgangsposition in Fig. 1 b rechts von der ortsfesten Induktor-Einheit 4 bis zu einer Endposition links von der ortsfesten Induktor-Einheit 4, wie in Fig. 1 a angedeutet. In der Zeit - also der halben Umlaufzeit des Drehtischs 2 - ist auch das zweite Werkstück 6 entlang seines gesamten Umfangs schlupflos gehärtet.
Will man die Umrüstzeiten während zwei aufeinanderfolgenden Härtungsdurchgängen vermeiden, so können zwei unterschiedliche Drehtische 2a, 2b verwendet werden, die - bspw. unter Einhaltung eines konstanten gegenseitigen Abstandes - gemeinsam verfahrbar sind, bspw. linear entlang einer gemeinsamen horizontalen Geraden. Sodann befindet sich stets einer der beiden Drehtische 2a, 2b in der Bearbeitungsposition, und der jeweils andere in einer Umrüstposition, wobei das soeben gehärtete Werkstück 6 entnommen und durch einen neuen Rohling ersetzt werden kann, der ohne Zeitdruck positioniert, justiert und fixiert werden kann. Ist die Härtung des Werkstücks in der Bearbeitungsposition abgeschlossen, werden beide Drehtische 2a, 2b gemeinsam verfahren, bis der inzwischen umgerüstete Drehtisch 2b, 2a nun an die Bearbeitungsposition gelangt ist und der darauf liegende Werkstück-Rohling gehärtet werden kann.
Die Fig. 2a, 2b zeigen eine modifizierte Ausführungsform 1 ' der Erfindung, womit sich der Durchsatz einer Anlage weiter steigern läßt. Der Drehtisch 2' samt Antrieb entspricht dem Drehtisch 2 aus Fig. 1a, 1 b. Auch die Konstruktion der einzelnen Induktor-Einheiten 4', 5' entspricht dem Aufbau der Induktor-Einheiten 4, 5 nach Fig. 1a, 1 b.
Beide Anlagen unterscheiden sich jedoch darin, dass bei der Ausführungsform nach Fig. 2a, 2b zwei ortsfeste Induktor-Einheiten 4a', 4b' vorgesehen sind sowie zwei bewegliche Induktor-Einheiten 5a', 5b'. Die beiden ortsfesten Induktor-Einheiten 4a', 4b' sind einander diametral gegenüberliegend positioniert, also um einen Zentrumswinkel von 180° gegeneinander verschoben.
Die beweglichen Induktor-Einheiten 5a', 5b' sind dazwischen angeordnet, ihr Umlaufbereich wird durch die beiden ortsfesten Induktor-Einheiten 4a', 4b' begrenzt auf einen Zentrumswinkel von jeweils etwa bzw. knapp 180°. Die beiden beweglichen Induktor-Einheiten 5a', 5b' laufen stets mit der gleichen Geschwindigkeit und Richtung um das Werkstück 6 um, liegen daher einander stets diametral gegenüber bzw. sind um einen Zentrumswinkel von genau 180° gegeneinander versetzt. Sie können daher an einer gemeinsamen Tragkonstruktion festgelegt sein, welche insgesamt um die Drehachse 3 verschwenkt werden kann, so dass insgesamt nur ein Antrieb für beide beweglichen Induktor-Einheiten 5a', 5b' erforderlich ist.
Während eines Härtungszyklus dreht sich der Drehtisch innerhalb einer Zeit T2 nur um 90°, während in der selben Zeit T2 die beiden beweglichen Induktor- Einheiten 5a', 5b' nur jeweils einen Zentrumswinkel von etwa bzw. knapp 180° überstreichen. Ist die Drehgeschwindigkeit nD des Drehtischs 2' dieselbe wie die des Drehtischs 2, so gilt:
T2 = 1/2 * T1 > also kann durch diese Maßnahme der Durchsatz einer Anlage etwa verdoppelt werden.
Ähnlich verhält es sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1" gemäß Fig. 3a, 3b:
Hier sind der Drehtisch 2", dessen Antrieb und die Struktur der Induktor- Einheiten 4", 5" identisch mit den zuvor beschriebenen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass es bei dieser Ausführungsform insgesamt vier ortsfeste Induktoren 4a", 4b", 4c", 4d" und insgesamt vier bewegliche Induktoren 5a", 5b", 5c", 5d" gibt.
Die vier ortsfesten Induktoren 4a", 4b", 4c", 4d" liegen auf den Enden eines rechtwinkligen Kreuzes, dessen Schnittpunkt auf der Drehachse 3 liegt, demnach sind jeweils benachbarte, ortsfeste Induktoren 4a", 4b", 4c", 4d" jeweils um einen Zentrumswinkel von etwa 90° gegeneinander versetzt.
Die vier beweglichen Induktor-Einheiten 5a", 5b", 5c", 5d" sind jeweils dazwischen angeordnet, ihr Umlaufbereich wird durch je zwei benachbarte, ortsfeste Induktor-Einheiten 4a", 4b", 4c", 4d" begrenzt auf einen Zentrumswinkel von jeweils etwa bzw. knapp 90°. Da sich alle vier beweglichen Induktor-Einheiten 5a", 5b", 5c", 5d" stets mit der gleichen Umlaufgeschwindigkeit und -richtung bewegen, bleibt ihre gegenseitige Lage stets unverändert. Auch die vier beweglichen Induktoren 5a", 5b", 5c", 5d" liegen daher auf den Enden eines rechtwinkligen Kreuzes, dessen Schnittpunkt auf der Drehachse 3 liegt. Sie können daher an einem kreu- oder scheibenförmigen Tragelement fixiert sein, welches durch einen gemeinsamen Antrieb bewegt werden kann.
Während eines Härtungszyklus dreht sich der Drehtisch 2" innerhalb einer Zeit T3 nur um 45°, während in der selben Zeit T3 die vier beweglichen Induktor- Einheiten 5a", 5b", 5c", 5d" sich nur entlang jeweils eines Zentrumswinkels von etwa bzw. knapp 90° bewegen. Ist die Drehgeschwindigkeit nD des Drehtischs 2" dieselbe wie die des Drehtischs 2 bzw. 2', so gilt: also kann durch diese Maßnahme der Durchsatz einer Anlage nochmals verdoppelt bzw. insgesamt auf das Vierfache gesteigert werden. Wählt man zusätzlich die Variante mit Tandem-Drehtisch 2a", 2b", so dass während der Bearbeitung eines Werkstücks 6 bereits das nächste eingerüstet werden kann, so macht eine derartige Anordnung allerdings meist nur dann Sinn, wenn die Rüstzeit TR nicht länger ist als die Bearbeitungszeit T2, bzw. nicht deutlich länger als die verkürzte Bearbeitungszeit T3, da ansonsten nicht die Bearbeitungsdauer T3 den Durchsatz bestimmt, sondern die Rüstzeit TR.
Bei allen Ausführungsformen kann/können der/die beweglichen Induktor- Einheiten 5, 5', 5" bzw. deren Tragkörper entweder selbst angetrieben sein, also von einem eigenen Motor, oder sie sind - bspw. über ein Getriebe - mit dem Drehtisch 2, 2', 2" bzw. dessen Antrieb gekoppelt, so dass sich automatisch ein bestimmtes Geschwindigkeitsverhältnis ergibt. In letzterem Fall genügt ein einziger Antriebsmotor, um alle beweglichen Teile einer Anlage anzutreiben. Allerdings sind bei der Ausführungsform mit verfahrbarem Tandem-Drehtisch 2a, 2b, 2a', 2b', 2a", 2b" jeweils einzelne Antriebe vorzuziehen, will man eine mechanische Kupplung vermeiden.
Bei jeder Ausführungsform können alle Induktoren leistungsmäßig miteinander gekoppelt sein, bspw. durch Einschaltung in einen einzigen, gemeinsamen Stromkreis, so dass sie alle von dem selben Strom durchflössen werden, dessen Stärke geregelt oder gesteuert werden kann, bspw. mittels Leistungselektronik-Stellgliedern. Andererseits kann die den Induktoren zugeführte Leistung auch variiert werden, bspw. um einer besonderen Geometrie eines Werkstücks, insbesondere mit Durchbrechungen etc., Rechnung zu tragen. In diesem Fall sollten die Induktoren jedoch einzeln ansteuerbar sein. Schließlich können auch die Brausen der einzelnen Induktor-Einheiten 4, 5; 4', 5'; 4", 5" miteinander gekoppelt sein. Solchenfalls sind jeweils die in der selben Relativ-Bewegungsrichtung gegenüber einem mit dem Werkstück 6 bzw. Drehtisch 2, 2', 2" mit rotierenden Bezugssystem jeweils vorne liegenden Haupt-Brausen miteinander bzw. an ein gemeinsames, erstes Ventil gekoppelt, ferner sind die jeweils hinten liegenden Haupt-Brausen untereinander bzw. an ein gemeinsames, zweites Ventil gekoppelt, und die Hilfs-Brausen sind ebenfalls untereinander bzw. an ein gemeinsames, drittes Ventil gekoppelt.
Dadurch können je nach Drehrichtung nD bzw. -nD des Drehtischs 2, 2', 2" mittels des ersten oder zweiten Ventils die entlang der Werkstückoberfläche dem betreffenden Induktor folgenden Haupt-Brausen aktiviert werden, die voreilenden dagegen deaktiviert werden, und am Ende einer Härtungs- Sequenz werden anstelle der dann abzuschaltenden Haupt-Brausen kurzzeitig die Hilfs-Brausen aktiviert, um die am Ende verbleibende, gemeinsame Heizzone abzuschrecken und dadurch schlupflos zu härten.
Die Antriebe und Ventile werden bspw. manuell drehrichtungsabhängig aktiviert und bspw. von Endschaltern abgeschalten, welche von einem Betätigungselement an dem Drehtisch 2, 2', 2" bei einer vorgegebenen Winkelstellung desselben betätigt werden.
Diese Endschalter unterbrechen bspw. die Stromzufuhr des/der Antriebsmotor(en) und kehren gleichzeitig - bspw. mittels eines Relais - die Polarität bzw. Drehrichtung des/der Antriebsmotor(en) für eine künftige Aktivierung desselben um. Bei einem abermaligen Einschalten, was bspw. durch ein manuelles Überbrücken eines unterbrochenen Stromkreises ausgelöst werden kann, läuft/laufen der/die/alle Antriebsmotoren daher in die genau entgegengesetzte Drehrichtung. Gleichzeitig mit der Umschaltung der Drehrichtung der Antriebsmotoren wird gleichzeitig zwischen den beiden Ventilen für die beiden Haupt-Brausen oder Haupt-Brausen-Gruppen umgeschalten. 
Bezugszeichenliste Vorrichtung
Drehtisch
Drehachse
ortsfester Induktor
bewegllicher Induktor
Werkstück

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum induktiven Härten wenigstens eines rotationssymmetrischen Bereichs eines großen, ebenen, ringförmigen Werkstücks (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (6) während des induktiven Härtens um eine zu seiner Grundebene etwa rechtwinklige Drehachse (3) rotiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Werkstück (6) auf einem Drehtisch (2) liegt oder auf wenigstens zwei Rollen oder Walzen mit etwa oder überwiegend horizontaler Längsachse aufsitzt, der/die motorisch antreibbar ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (6) konstant gehalten wird, vorzugsweise mittels einer Regelung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Induktor (4) während des induktiven Härtens ortsfest bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Induktor (5) während des induktiven Härtens um die Rotationsachse (3) des Werkstücks (6) herum bewegt wird, und zwar in der selben Drehrichtung wie das Werkstück (6) selbst, jedoch schneller als jenes.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein bewegter Induktor (5) etwa mit der doppelten Drehzahl des Werkstücks (6) um dieses herumläuft.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein bewegter Induktor (5) sich bei aufeinanderfolgenden Werkstücken (6) in entgegengesetzten Umlaufrichtungen bewegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinander folgende Werkstücke (6) in entgegengesetzten Drehrichtungen rotiert werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn und am Ende der Induktionshärtung eines Werkstücks (6) die Induktoren (4,5) jeweils paarweise beieinander gruppiert sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zu Beginn und am Ende der Induktionshärtung eines Werkstücks (6) die elektrischen Felder zweier dann jeweils unmittelbar benachbarter Induktoren (4,5) überlappen.
11. Vorrichtung (1 ) zum induktiven Härten eines großen, ebenen, ringförmigen Werkstücks (6), gekennzeichnet durch einen Drehtisch (2) oder wenigstens zwei Rollen oder Walzen mit etwa oder überwiegend horizontaler Längsachse, zum Abstützen des Werkstücks (6) während des induktiven Härtens, derart, dass dieses um eine zu seiner Grundebene etwa rechtwinklige Drehachse (3) rotierbar gelagert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtisch (2) angetrieben ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Regelung, um die Rotationsgeschwindigkeit des Drehtischs (2) während des induktiven Härtens konstant zu halten.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand r wenigstens eines Induktors (4,5) zu der Drehachse (3) des Drehtischs (2) verstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Induktor (4) ortsfest fixiert oder fixierbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Induktor (5) längs einer Kreisbahn um die Drehachse (3) des Drehtischs (2) verfahrbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrweg des verfahrbaren Induktors (5) begrenzt ist, bspw. auf einen Zentrumswinkel α von a = 180° / n, wobei n = 1 , 2, 3, ...
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufgeschwindigkeit viu des entlang einer Kreisbahn mit dem Radius r verfahrbaren Induktors (5) mit der Rotationsgeschwindigkeit nD des Drehtischs (2) gekoppelt ist, so dass gilt:
V|U = 2 π r * k * n, wobei k = const., insbesondere k = 2.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für den Drehtisch (2) und/oder für einen entlang einer Kreisbahn verfahrbaren Induktor (5) in beiden Drehbzw. Umlaufrichtungen aktivierbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch wenigstens einen Schalter, um die Antriebsrichtung für den Drehtisch (2) und/oder für einen entlang einer Kreisbahn verfahrbaren Induktor (5) umzuschalten, wenn der Drehtisch (2) bzw. der Induktor (5) eine vorgegebene Position erreicht hat.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Umschalt-Position zwei Induktoren (4,5) unmittelbar benachbart sind, insbesondere derart, dass deren elektrische Felder einander überlappen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass einem Induktor wenigstens eine Brause für ein Abschreck- oder Kühlmedium zugeordnet ist, vorzugsweise jeweils zwei Brausen, welche in unterschiedlichen Umfangsrichtungen des Drehtischs gegenüber dem Induktor versetzt sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die einem ortsfest fixierten oder fixierbaren Induktor (4) zugeordneten Brausen ebenfalls ortsfest fixiert oder fixierbar sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die einem längs einer Kreisbahn verfahrbaren Induktor (5) zugeordneten Brausen ebenfalls längs einer Kreisbahn verfahrbar sind, vorzugsweise unter Einhaltung eines konstanten Abstandes zu dem betreffenden Induktor (5).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Drehrichtung des Drehtischs (2) bzw. Umlaufrichtung eines Induktors (4,5) pro Induktor (4,5) nur jeweils eine Brause aktiviert oder aktivierbar ist, vorzugsweise jeweils die in Bezug auf das Werkstück (6) dem betreffenden Induktor (4,5) folgende. 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brause direkt in einem Induktor (4,5) angeordnet bzw. mit demselben integriert ist.
***
EP10790721A 2009-11-06 2010-11-08 Verfahren und vorrichtung zum induktiven härten grosser ringförmiger werkstücke Withdrawn EP2497331A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009053197A DE102009053197A1 (de) 2009-11-06 2009-11-06 Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Härten großer ringförmiger Werkstücke
PCT/EP2010/006782 WO2011054540A2 (de) 2009-11-06 2010-11-08 Verfahren und vorrichtung zum induktiven härten grosser ringförmiger werkstücke

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2497331A2 true EP2497331A2 (de) 2012-09-12

Family

ID=43853039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10790721A Withdrawn EP2497331A2 (de) 2009-11-06 2010-11-08 Verfahren und vorrichtung zum induktiven härten grosser ringförmiger werkstücke

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2497331A2 (de)
DE (1) DE102009053197A1 (de)
WO (1) WO2011054540A2 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011122145A1 (de) * 2011-12-22 2013-06-27 Imo Holding Gmbh Wälzlageranordnung mit geneigt verlaufenden Härtezonen
DE102014102288A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Thyssenkrupp Ag System, Fertigungsanlage und Verfahren
EP3119161B1 (de) * 2014-03-11 2020-03-11 THK Co., Ltd. Wärmebehandlungsvorrichtung und wärmebehandlungsverfahren
DE102014013529A1 (de) * 2014-09-12 2016-03-17 Emag Holding Gmbh Verfahren zum Härten von großen Werkstücken
CN110144449B (zh) * 2019-06-24 2024-01-23 恒进感应科技（十堰）股份有限公司 一种用于回转支承滚道无软带的淬火设备
DE102020122863A1 (de) 2020-09-01 2022-03-03 Sms Elotherm Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur induktiven Härtung einer Randschicht

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005006701B3 (de) * 2005-02-15 2006-03-30 Rothe Erde Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Lagerringes für Großwälzlager
DE102007014637A1 (de) * 2007-03-23 2008-10-02 Ab Skf Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von ringförmigen Bauteilen
ITTO20070263A1 (it) * 2007-04-13 2008-10-14 Saet Spa Dispositivo e metodo per effettuare un trattamento di tempra ad induzione localizzata su componenti meccanici, in particolare ralle per cuscinetti di rotolamento di grandi dimensioni
DE102008014165A1 (de) * 2008-03-14 2009-09-24 Ab Skf Vorrichtung zum Erwärmen und Verfahren zum Erwärmen
EP2331716A1 (de) * 2008-07-15 2011-06-15 Saet S.p.A. Verfahren und vorrichtung zur lokalisierten induktionshärtungsbehandlung von mechanischen bauteilen, spezifisch drucklagern für grosse rollenlager

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011054540A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011054540A2 (de) 2011-05-12
WO2011054540A3 (de) 2011-10-20
DE102009053197A1 (de) 2011-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2497331A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum induktiven härten grosser ringförmiger werkstücke
EP1977020B1 (de) Verfahren zum härten eines einen geschlossenen kurvenzug beschreibenden werkstücks
EP0894045B1 (de) Blasformmaschine
EP2708324A1 (de) Tischplatte für Federauflagetisch einer Federendenschleifmaschine sowie Federendenschleifmaschine damit
DE2340535C3 (de)
DE102012104213A1 (de) Transportstrecke für Behandlungsmaschinen sowie Behandlungsmaschine
EP3704044B1 (de) Transportradanordnung zum handhaben von zylindrischen körpern
EP3602217B1 (de) Transportvorrichtung zur rotatorischen und/oder linearen bewegung eines werkstücks
DE19808763C1 (de) Vorrichtung zum Härten zylindrischer Lagerstellen einer Welle
EP1043087B1 (de) Wellenricht- und -härtemaschine
DE1627387C3 (de) Vorrichtung zum spanabhebenden Einarbeiten von Spannuten in die Schäfte selbstbohrender und gewindeschneidender Schrauben
WO2019057577A1 (de) Ofenrolle, transportvorrichtung hiermit und verfahren zu deren betrieb
EP2045030A1 (de) Schälkopf, Verfahren zum Betrieb eines Schälkopfes und Anordnung zur Bearbeitung von Draht
DE3403720C2 (de)
CH670790A5 (de)
DE2459648C3 (de) Modellkopiermaschine mit umlaufendem Werkzeug für Werkstücke mit unregelmäßiger Form
EP4107296A1 (de) Verfahren zum induktiven randschichthärten
EP0520220B1 (de) Verfahren und Einrichtung zum induktiven Randschichthärten von Haupt- oder Hublagerzapfen an Kurbelwellen
DE19651277A1 (de) Universal- Fräs- und Bohrmaschine
DE1098481B (de) Mehrdornringwalzwerk
EP4103753A1 (de) Verfahren zum induktiven randschichthärten
DE2157713A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum haerten von rundstaeben mit abgewinkelten enden
WO1986001348A1 (fr) Agencement de montage et d'ajustement du profil d'electrodes
DE3546491A1 (de) Glasplatten-schleifmaschine
DE2244847C2 (de) Einrichtung zum Anheben und Absenken bzw Festhalten des Induktors in seiner höchsten Stellung an Vorrichtungen zum induktiven Harten von langgestreckten Werkstucken

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120606

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150602