EP3993927A1 - Method and device for induction hardening - Google Patents

Method and device for induction hardening

Info

Publication number
EP3993927A1
EP3993927A1 EP20753356.3A EP20753356A EP3993927A1 EP 3993927 A1 EP3993927 A1 EP 3993927A1 EP 20753356 A EP20753356 A EP 20753356A EP 3993927 A1 EP3993927 A1 EP 3993927A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
induction loop
workpiece
hardened
induction
toothing
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.)
Pending
Application number
EP20753356.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heiko Schwibode
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.)
Liebherr Components Biberach GmbH
Original Assignee
Liebherr Components Biberach 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 Liebherr Components Biberach GmbH filed Critical Liebherr Components Biberach GmbH
Publication of EP3993927A1 publication Critical patent/EP3993927A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/32Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/38Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34Methods of heating
    • C21D1/42Induction heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62Quenching devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/24Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for saw blades
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/40Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/40Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces
    • H05B6/405Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces for heating gear-wheels
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/42Cooling of coils
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248Thermal after-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2207/00Aspects of the compositions, gradients
    • B22F2207/20Cooperating components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/08Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for inductive hardening of a workpiece, in particular a toothed and / or corrugated workpiece such as a gear, chain wheel or saw blade, a shape-adapted induction loop being guided or set over the surface to be hardened.
  • a workpiece in particular a toothed and / or corrugated workpiece such as a gear, chain wheel or saw blade, a shape-adapted induction loop being guided or set over the surface to be hardened.
  • inductive hardening In the case of inductive hardening, as is known, an induction loop is brought close to the surface of a workpiece to be hardened or leads over it, whereby by applying an alternating voltage or possibly by relative movement to a magnetic field, a voltage is induced that induces eddy currents in the workpiece and the workpiece is partially heated. With sufficiently large work pieces, the heat flows sufficiently quickly into the rest of the still cold work piece so that hardening occurs, although quenching can also be carried out if necessary. By controlling the frequency, the depth of penetration or hardness can be controlled, and the degree of heating can be influenced by the current strength and duration of the current supply.
  • the shape of the induction loops is adapted to the tooth or shaft contour or the surface contour to be hardened in order to keep the distance between the surface contour to be hardened and the contour as constant as possible to achieve the induction loop or to vary this distance specifically over the length of the induction loop if a correspondingly non-constant course of the hardening depth is desired.
  • the induction loops are made hollow on the inside in order to be able to cool the induction loops with water or another cooling medium during the hardening process. Accordingly, the induction loops are made by bending and connecting individual tubes, which usually have a rectangular or square cross-section. Depending on the required contour of the induction loop, various pieces of pipe are cut to size, sawn off, bent and connected to one another by soldering in order to adapt the contour of the induction loop to the shape of the surface contour of the workpiece to be hardened. Due to said cutting, sawing off, bending and soldering, however, the freedom of geometry of the induction loops is limited or the production of the desired induction loop contour is very difficult and expensive.
  • the induction loop must not touch the workpiece during the hardening process and is separated by a predetermined gap between the workpiece and the induction loop.
  • the gap width is determined by adapting the induction loop to the contour of the workpiece or its surface to be hardened. Due to the limited geometrical adaptability of the induction loop to the workpiece, induction loops are currently only adapted to individual segments of the workpiece, with the workpiece being inductively hardened on its individual segments. For example, when hardening the toothing of a gear or a rack, induction loops are usually used, which are usually only matched to a tooth gap between two adjacent tooth flanks or to a maximum of two to three such tooth gaps.
  • the induction loop is moved parallel to the axis of rotation of the Gear or transversely to the longitudinal direction of the rack through the tooth gap, then the induction loop or the gear or the rack is set a little further and the induction loop is passed through a tooth flank that is still unhardened by a renewed feed movement. In this way, the toothing is induction hardened piece by piece.
  • the induction loop is thus adapted in shape to at least two adjacent tooth flanks as well as the root area lying in between.
  • the above-mentioned tooth gap hardening has the advantage that even hardening is achieved in the highly stressed tooth root area and hardness irregularities due to the cyclical reassembly of the induction loop in the next tooth gap or the next tooth gap group only occur in the area of the tooth tip . Nonetheless, in the case of more complex gear geometries, it would be desirable to be able to avoid hardness irregularities both in the tooth root area and in the tooth tip area.
  • the document EP 23 10 542 B1 proposes to use several induction loops or Härtein ductors, which are arranged distributed around the circumference of the gear, at a distance from each other an integer multiple of Corresponds to the sector angle of two adjacent teeth. If the gear is rotated further in accordance with the pitch of the toothing, several induction loops can be driven through the tooth gaps at the same time. However, it remains with the hardness irregularities in the area of the tooth tips. In addition, the hardening time remains considerable, since a large number of hardening cycles and the corresponding revolving movement of the gear or hardening device are necessary.
  • the document EP 22 64 192 A1 proposes induction hardening of gears under protective gas, the protective gas should at least surround the sector to be hardened in order to prevent scaling of the tooth flank surfaces.
  • the shape of the induction loop is adapted to the tooth gap to be hardened.
  • the document DE 10 2011 053 139 A1 proposes to use an induction coil for hardening the toothing of racks, which has an S-shaped curved course in order to direct the induced current at least partially orthogonally to the tooth flanks.
  • the present invention is based on the object of creating an improved method and an improved device for inductive hardening of workpieces, avoiding the disadvantages of the prior art and further developing the latter in an advantageous manner.
  • a homogeneous hardening result without undesired hardness irregularities or even for complex contoured workpieces should be achieved -variations with an efficiently feasible, short production times require the hardening process to be achieved without incurring excessive tool costs.
  • the induction loop used for the hardening of the respective workpiece be built up in layers in the required contouring through additive application of material, thereby eliminating the geometry restrictions of conventional induction loops, such as those given by sawing, bending and soldering pipe sections .
  • the induction loop is formed in layers by additive application of material, in particular built up in layers and, for example, thermally solidified, and thereby adapted in shape to the surface of the workpiece to be hardened. Due to the additive application of material and the resulting layer-by-layer contour, the induction loop can be precisely adapted in shape to more complex surface contours such as toothing, so that the gap or distance to be maintained between induction loop and workpiece surface during hardening can be precisely formed.
  • the induction loop can be produced by means of a 3D printing process, with the induction loop being built up, for example, by building up layers in the 3D printer and, if necessary, solidifying it by thermal post-treatment.
  • layers of material can be liquefied and / or solidified one after the other by means of an energy beam.
  • one or more materials can be applied in layers in powder and / or paste and / or liquid form and accordingly melted or solidified and / or cured and / or brought to a chemical reaction by a laser beam or electron beam or plasma beam in layers Layer to form.
  • the induction loop can be precisely adapted in shape to difficult contours with changing curvatures and / or angular transitions between different straight lines and / or curved contour sections, even with small surface contours, in order to accommodate the gap between the induction loop and the workpiece surface during hardening Keeping it constant over the surface contour or being able to vary it in the desired manner, whereby very homogeneous hardening results can be achieved.
  • the induction loop can be adapted to the surface to be hardened over many tooth, wave or corrugated contours, whereby hardness irregularities can be avoided, for example at the tooth tip or even in a tooth root.
  • the induction loop on more than three or more than five or even more than ten or also on any number of - preferably adjacent - tooth gaps or Wel lentäler or teeth or waves or dents or bumps or protrusions and sinks or generally depressions or elevations or changes in shape of the workpiece are simultaneously adapted in shape by the induction loop being shaped in the cited manner by means of additive material application and in the process being adapted in shape to the surface contour.
  • the aforementioned more than three or more than five or even more than ten tooth gaps or corrugations or depressions and projections can be hardened at the same time.
  • the simultaneous hardening of such a large number of surface contour segments significantly reduces the production time required for hardening.
  • hardness irregularities are avoided, such as those that arise when an induction loop that is adapted to the shape of only one tooth gap is reattached to the teeth cyclically.
  • the induction loop mentioned by means of the induction loop mentioned, more than 25% or more than 50% or more than 75% of the entire toothing and / or corrugation and / or surface contour to be hardened from the induction loop can be timely enclosed or covered and hardened at the same time.
  • the induction loop can surround a third or two thirds of the circumference or even the entire circumference of the gear and be adapted to the contours of the tooth gaps or tooth flanks and tooth tips exactly or in the desired manner, so as to be uniform or to have the distance between the induction loop and the toothed profile contour varying in the desired manner and accordingly to achieve a homogeneous hardening result.
  • the induction loop can extend, for example, over a quarter or half or three quarters of the length or the entire length of the rack or the toothed area of the rack and thereby to the covered tooth gaps and tooth flanks and tooth pointed to be shaped.
  • the induction loop can be designed to be hollow on the inside as a result of the additive application of material in layers in order to form a coolant channel inside the induction loop.
  • Cooling medium located in the coolant channel or flowing through the coolant channel such as a water-polymer solution mixture or oil or some other liquid cooling medium, can cool the induction loop or protect it from overheating or keep it at the desired temperature during hardening.
  • a hollow loop profile with a coolant channel inside can be formed in 3D printing.
  • Fig. 1 a side view of an induction loop of a device for inductive hardening of a gear, which extends over the entire outer circumference of the gear and is precisely adapted to the contour of the tooth gaps and teeth, the viewing axis corresponding to the representation of the axis of rotation of the gear,
  • FIGS. 1 and 2 a side view of a gear and an induction loop which is adapted to the shape of its toothing, which, in contrast to the embodiment according to FIGS. 1 and 2, is only adapted to three or more tooth gaps and has inlets and outlets for a coolant at the end,
  • FIG. 4 a perspective illustration of the induction loop from FIG. 3 partially surrounding the gear to be hardened in a viewing direction at an angle to the axis of rotation of the gear
  • FIG. 6 a perspective view of the gear and the surrounding induction loop from FIG. 5 in a viewing direction at an angle to the axis of rotation of the gear
  • Fig. 7 a side view of a two-stage toothed gear for simultaneous hardening and one on the different toothed areas shape-adapted induction loop for simultaneous hardening of the various tooth step areas, and
  • FIG. 8 a perspective illustration of the multi-stage gear rim and the induction loop adapted to it from FIG. 7 in a viewing direction at an angle to the axis of rotation of the gear rim.
  • the induction loop 2 can be used for partially hardening the toothing 8 of a toothed workpiece 1, wherein the toothed workpiece 1 mentioned can be a toothed wheel or a rack.
  • the toothed workpiece 1 mentioned can be a toothed wheel or a rack.
  • other workpieces with similar wave or groove contours or surfaces with different contours can also be inductively hardened in a corresponding manner.
  • the induction loop 2 can cover at least a large part of the toothing 8 at the same time, in particular also the entire toothing 8, as FIGS. 1 and 2 show.
  • the induction loop 2 is produced in an additive material application process, in particular with a 3D printing process, the induction loop being built up in layers in the 3D printer and possibly solidified by thermal post-treatment.
  • the induction loop is constructed before geous enough from an electrically conductive, in particular metallic material.
  • the induction loop 2 can be designed with a round or rounded, flattened, for example elliptical, but also an angular, in particular rectangular or square cross-section. Furthermore, the induction loop can have any cross section if this is required by the geometric conditions of the workpiece to be hardened.
  • the induction loop 2 can be precisely adapted to the shape of the toothing 8 by the additive, layer-by-layer application of material, in particular the shape of the tooth gaps 5 and the teeth 6 of the toothing 8, so that a gap 9 between the induction loop 2 placed over the toothing 8 and the tooth and tooth gap contours can be kept exactly constant, so that a gap dimension along the longitudinal extension of the induction loop 2 remains at least essentially constant. In this way, a desired hardening result, for example a uniform hardening depth, can be achieved.
  • the induction loop 2 can be formed by the additive application of material and the layer-wise training, however, also specifically deviating from the contour of the surface to be hardened, in particular the toothing 8, in order to achieve a defined course of the gap size of the gap 9, for example at the tips of the Teeth 6 have a slightly larger gap than at the bottom of the tooth gaps 5, as shown in FIGS. 5 and 6.
  • the induction loop 2 can be shaped in the 3D printing process in such a way that the gap dimension along the induction loop 2 changes continuously and / or cyclically in order to achieve the desired hardening depth profile.
  • the induction loop 2 can extend over the entire circumference of the gearwheel and / or extend over the entire toothing 8 and thereby be adapted to the contours of the teeth and tooth gaps.
  • the width of the induction loop 2 can be smaller than the thickness of the workpiece 1.
  • the induction loop 2 can be guided by a feed movement over the entire width of the workpiece 1, such a feed movement in the direction the axis of rotation of the gear from the induction loop 2 and / or from the workpiece 1 to be hardened can be performed.
  • the induction loop 2 is parallel to the Tooth flanks of the teeth 6 or parallel to the sole of the tooth gaps 8 pushed over the work piece 1 away to harden the teeth 8 over the entire width.
  • the induction loop 2 it would also be possible to make the induction loop 2 wider, so that the width of the induction loop 2 corresponds to the thickness of the workpiece 1 or is also greater.
  • the induction loop 2 can advantageously have a coolant supply 3 and a coolant discharge 4 in order to be able to introduce it into a coolant channel 7 which extends inside the induction loop 2, in particular to be able to circulate through the said coolant channel 7 can and to cool the induction loop 2 by the coolant in the coolant channel 7 during hardening.
  • Said coolant channel 7 is formed in the interior of the induction loop 2 when the induction loop 2 is formed in layers by additive material application.
  • the induction loop 2 can, however, also cover only a partial section of the toothing 8, for example extending over three adjacent tooth gaps 5.
  • the induction loop 2 fits snugly against the contours of the tooth gaps 5 and the teeth 6 delimiting the tooth gaps 5, so that a gap 9 with a constant gap size is achieved.
  • the gap size mentioned can be essentially constant from the bottom of the tooth gaps 5 via the tooth flanks to the tips or heads of the teeth 6, as FIG. 3 shows.
  • the workpiece 1 can be rotated further by an angle which corresponds to the angle between the outermost tooth gaps detected by the induction loop 2.
  • the gear can also be rotated further by an integral multiple of the angle mentioned, for example by six or nine teeth.
  • the induction loop 2 can also be rotated accordingly, that is to say it can be moved further in the circumferential direction of the gear wheel.
  • the induction loop 2 can also be adapted to the contour of the toothing 8 in such a way that the gap 9 between the induction loop 2 and the toothing 8 does not remain exactly constant, but varies, in particular continuously and / or steadily larger and again becomes smaller in order to achieve 8 different hardness results, in particular special different hardness depths, at different sections of the toothing.
  • FIGS. 5 and 6 show two or more induction loops 2 can also be used at the same time, wherein each of the induction loops 2 can have a coolant inlet 3 and a coolant outlet 4.
  • the coolant supply connections 3 and thedemit telabbowan connections 4 can each be fed by a common inductor foot.
  • FIGS. 7 and 8 show, separate contour sections that are separate from one another can also be hardened simultaneously on a workpiece 1.
  • One or more induction loops 2 can be adapted in shape to different contour sections of the workpiece 1, the contour sections mentioned in particular having different diameters and / or being able to be axially spaced from one another.
  • a toothed workpiece 1 can have two separate toothings 8 which, for example, can have different numbers of teeth and / or different pitch circle diameters.
  • a Stu fenzahnkranz with two gears 8 can be hardened by both Vertechnikun gene 8 at the same time an induction loop 2 is assigned. Any induction loop 2 can be precisely matched to the toothing contour in the manner mentioned, if necessary with a desired variation of the gap size.
  • the induction loop 2 can completely surround both toothings 8, but if necessary, similar to FIGS. 3 to 6, only a partial sector can be covered by the induction loop 2 in one or both toothings 8.
  • FIGS. 7 and 8 show, two separate induction loops 2 can be used, each of which can have a coolant supply 3 and a coolant discharge 4, which can be fed from a common inductor base.
  • a coolant supply 3 can have a coolant supply 3 and a coolant discharge 4, which can be fed from a common inductor base.

Abstract

The invention relates to a method for the induction hardening of a workpiece, in particular a toothed and/or corrugated and/or ribbed workpiece such as a gear or saw blade, wherein a matchingly shaped induction loop is guided or set over the workpiece surface to be hardened, the induction loop being formed layer-by-layer by the additive application of material, and the induction loop being shaped to match the surface to be hardened.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Härten Method and device for inductive hardening
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Härten eines Werkstücks, insbesondere eines verzahnten und/oder gewellten Werk stücks wie Zahnrad, Kettenrad oder Sägeblatt, wobei eine formangepasste Indukti onsschleife über die zu härtende Oberfläche geführt oder gesetzt wird. The present invention relates to a method and a device for inductive hardening of a workpiece, in particular a toothed and / or corrugated workpiece such as a gear, chain wheel or saw blade, a shape-adapted induction loop being guided or set over the surface to be hardened.
Beim induktiven Härten wird bekanntermaßen eine Induktionsschleife in die Nähe der zu härtenden Oberfläche eines Werkstücks gebracht bzw. darüber hinwegge führt, wobei durch Anlegen einer Wechselspannung bzw. ggf. durch Relativbewe gung zu einem Magnetfeld eine Spannung induziert wird, die im Werkstück Wirbel ströme induziert und das Werkstück partiell erhitzt. Bei ausreichend großen Werk stücken fließt die Wärme ausreichend rasch in den Rest des noch kalten Werkstücks ab, sodass ein Härten eintritt, wobei ggf. aber auch ein Abschrecken vorgenommen werden kann. Durch Steuerung der Frequenz kann die Eindringtiefe bzw. Einhärte tiefe gesteuert werden, wobei der Grad der Erwärmung über die Stromstärke und Dauer der Stromzufuhr beeinflusst werden kann. Insgesamt lassen sich durch induk tives Härten auch komplizierter konturierte Werkstücke gezielt nur in begrenzten Be reichen auf die erforderliche Härtetemperatur erwärmen und somit partiell härten. Um an komplexeren Oberflächen wie Verzahnungen oder Wellungen oder Riffelun gen ein über den Konturverlauf gleichförmiges Härteergebnis zu erzielen, werden die Induktionsschleifen an die Zahn- oder Wellenkontur bzw. allgemein die zu härtende Oberflächenkontur formangepasst, um einen möglichst gleichbleibenden Abstand zwischen zu härtender Oberflächenkontur und der Kontur der Induktionsschleife zu erzielen bzw. diesen Abstand gezielt über die Länge der Induktionsschleife zu vari ieren, wenn ein entsprechend nicht konstanter Verlauf der Härtetiefe gewünscht ist. In the case of inductive hardening, as is known, an induction loop is brought close to the surface of a workpiece to be hardened or leads over it, whereby by applying an alternating voltage or possibly by relative movement to a magnetic field, a voltage is induced that induces eddy currents in the workpiece and the workpiece is partially heated. With sufficiently large work pieces, the heat flows sufficiently quickly into the rest of the still cold work piece so that hardening occurs, although quenching can also be carried out if necessary. By controlling the frequency, the depth of penetration or hardness can be controlled, and the degree of heating can be influenced by the current strength and duration of the current supply. Overall, even more complex contoured workpieces can be specifically heated to the required hardening temperature in limited areas through inductive hardening and thus partially hardened. In order to achieve a uniform hardening result over the contour profile on more complex surfaces such as toothing or corrugations or corrugations, the shape of the induction loops is adapted to the tooth or shaft contour or the surface contour to be hardened in order to keep the distance between the surface contour to be hardened and the contour as constant as possible to achieve the induction loop or to vary this distance specifically over the length of the induction loop if a correspondingly non-constant course of the hardening depth is desired.
Üblicherweise werden die Induktionsschleifen innen hohl ausgebildet, um die Induk tionsschleifen beim Härteprozess mit Wasser oder einem anderen Kühlmedium küh len zu können. Dementsprechend werden die Induktionsschleifen durch Biegen und Verbinden von einzelnen Rohren hergestellt, die üblicherweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Je nach benötigter Kontur der Indukti onsschleife werden verschiedene Rohrstücke zurecht geschnitten, abgesägt, gebo gen und durch Löten miteinander verbunden, um die Kontur der Induktionsschleife an die zu härtende Oberflächenkontur des Werkstücks formanzupassen. Durch das besagte Zuschneiden, Absägen, Biegen und Löten ist die Geometriefreiheit der In duktionsschleifen jedoch beschränkt bzw. wird die Herstellung der gewünschten In duktionsschleifenkontur sehr schwierig und aufwändig. Usually, the induction loops are made hollow on the inside in order to be able to cool the induction loops with water or another cooling medium during the hardening process. Accordingly, the induction loops are made by bending and connecting individual tubes, which usually have a rectangular or square cross-section. Depending on the required contour of the induction loop, various pieces of pipe are cut to size, sawn off, bent and connected to one another by soldering in order to adapt the contour of the induction loop to the shape of the surface contour of the workpiece to be hardened. Due to said cutting, sawing off, bending and soldering, however, the freedom of geometry of the induction loops is limited or the production of the desired induction loop contour is very difficult and expensive.
Die Induktionsschleife darf das Werkstück beim Härteprozess nicht berühren und ist durch einen vorgegebenen Spalt zwischen Werkstück und Induktionsschleife sepa riert. Die Spaltbreite wird durch die Anpassung der Induktionsschleife an die Kontur des Werkstücks bzw. dessen zu härtenden Oberfläche bestimmt. Durch die be grenzte geometrische Anpassbarkeit der Induktionsschleife an das Werkstück wer den daher aktuell Induktionsschleifen nur an einzelne Segmente des Werkstücks formangepasst, wobei das Werkstück an seinen einzelnen Segmenten nach und nach induktiv gehärtet wird. Beispielsweise werden beim Härten der Verzahnung ei nes Zahnrads oder einer Zahnstange üblicherweise Induktionsschleifen verwendet, die üblicherweise nur an eine Zahnlücke zwischen zwei benachbarten Zahnflanken oder an maximal zwei bis drei solche Zahnlücken formangepasst sind. Dabei wird die Induktionsschleife durch eine Vorschubbewegung parallel zur Drehachse des Zahnrads bzw. quer zur Längsrichtung der Zahnstange durch die Zahnlücke hin durchgeführt, wobei anschließend die Induktionsschleife oder das Zahnrad bzw. die Zahnstange ein Stück weiter gesetzt und durch eine erneute Vorschubbewegung die Induktionsschleife durch eine noch ungehärtete Zahnflanke hindurchgeführt wird. So mit wird Stück für Stück die Verzahnung induktionsgehärtet. The induction loop must not touch the workpiece during the hardening process and is separated by a predetermined gap between the workpiece and the induction loop. The gap width is determined by adapting the induction loop to the contour of the workpiece or its surface to be hardened. Due to the limited geometrical adaptability of the induction loop to the workpiece, induction loops are currently only adapted to individual segments of the workpiece, with the workpiece being inductively hardened on its individual segments. For example, when hardening the toothing of a gear or a rack, induction loops are usually used, which are usually only matched to a tooth gap between two adjacent tooth flanks or to a maximum of two to three such tooth gaps. The induction loop is moved parallel to the axis of rotation of the Gear or transversely to the longitudinal direction of the rack through the tooth gap, then the induction loop or the gear or the rack is set a little further and the induction loop is passed through a tooth flank that is still unhardened by a renewed feed movement. In this way, the toothing is induction hardened piece by piece.
Bei der genannten Zahnlückenhärtung ist die Induktionsschleife also an zumindest zwei benachbarte Zahnflanken sowie den dazwischenliegenden Fußbereich forman- gepasst. Im Gegensatz zur Einzelzahnhärtung hat die genannte Zahnlückenhärtung den Vorteil, dass gerade im hoch beanspruchten Zahnfußbereich eine gleichmäßige Härtung erzielt wird und Härte-Unregelmäßigkeiten bedingt durch das zyklische Wie- deransetzen der Induktionsschleife in der nächsten Zahnlücke bzw. der nächsten Zahnlückengruppe lediglich im Bereich des Zahnkopfs auftreten. Nichtsdestotrotz wäre es bei komplexeren Verzahnungsgeometrien wünschenswert, sowohl im Zahn fußbereich als auch im Zahnkopfbereich Härte-Unregelmäßigkeiten vermeiden zu können. With the cited tooth gap hardening, the induction loop is thus adapted in shape to at least two adjacent tooth flanks as well as the root area lying in between. In contrast to single tooth hardening, the above-mentioned tooth gap hardening has the advantage that even hardening is achieved in the highly stressed tooth root area and hardness irregularities due to the cyclical reassembly of the induction loop in the next tooth gap or the next tooth gap group only occur in the area of the tooth tip . Nonetheless, in the case of more complex gear geometries, it would be desirable to be able to avoid hardness irregularities both in the tooth root area and in the tooth tip area.
Grundsätzlich wäre es auch wünschenswert, eine größere Gruppe von Zähnen bzw. Zahnlücken oder ähnlichen Wellen- oder allgemein Oberflächenkonturen gleichzeitig induktiv härten zu können, um einerseits die für den Härtevorgang insgesamt benö tigte Fertigungszeit zu verkürzen und andererseits möglichst wenige Härte-Unregel mäßigkeiten durch erneutes Wiederansetzen der Induktionsschleife zu haben. Gleichermaßen ist es wünschenswert, den Härteverlauf möglichst exakt steuern zu können, indem Formabweichungen zwischen Induktionsschleife und zu härtender Oberflächenkontur möglichst gering gehalten bzw. der Abstand zwischen Induktions schleife und Oberflächenkontur möglichst exakt eingehalten werden kann. In principle, it would also be desirable to be able to inductively harden a larger group of teeth or tooth gaps or similar wave or general surface contours at the same time, on the one hand to shorten the total production time required for the hardening process and on the other hand to reduce the number of irregularities in hardness caused by renewed application the induction loop. Equally, it is desirable to be able to control the course of hardness as precisely as possible by keeping deviations in shape between the induction loop and the surface contour to be hardened as small as possible or the distance between the induction loop and the surface contour can be maintained as precisely as possible.
Um mehrere Zähne bzw. Zahnlücken eines Zahnrads gleichzeitig härten zu können, schlägt die Schrift EP 23 10 542 B1 vor, mehrere Induktionsschleifen bzw. Härtein duktoren zu verwenden, die um den Umfang des Zahnrads verteilt angeordnet sind, und zwar in einem Abstand voneinander, der einem ganzzahligen Vielfachen des Sektorwinkels zweier benachbarter Zähne entspricht. Wird das Zahnrad entspre chend der Teilung der Verzahnung weitergedreht, können immer mehrere Indukti onsschleifen gleichzeitig durch die Zahnlücken gefahren werden. Dabei bleibt es je doch bei den Härte-Unregelmäßigkeiten im Bereich der Zahnspitzen. Zudem bleibt die Härtezeit beträchtlich, da eine Vielzahl an Härtezyklen und entsprechender Re volverbewegung des Zahnrads bzw. der Härtevorrichtung notwendig sind. In order to be able to harden several teeth or tooth gaps of a gear at the same time, the document EP 23 10 542 B1 proposes to use several induction loops or Härtein ductors, which are arranged distributed around the circumference of the gear, at a distance from each other an integer multiple of Corresponds to the sector angle of two adjacent teeth. If the gear is rotated further in accordance with the pitch of the toothing, several induction loops can be driven through the tooth gaps at the same time. However, it remains with the hardness irregularities in the area of the tooth tips. In addition, the hardening time remains considerable, since a large number of hardening cycles and the corresponding revolving movement of the gear or hardening device are necessary.
Die Schrift EP 22 64 192 A1 schlägt eine Induktionshärtung von Zahnrädern unter Schutzgasbeaufschlagung vor, wobei das Schutzgas zumindest den gerade zu här tenden Sektor umgeben soll, um eine Verzunderung der Zahnflankenoberflächen zu verhindern. Die Induktionsschleife ist dabei an die zu härtende Zahnlücke formange- passt. The document EP 22 64 192 A1 proposes induction hardening of gears under protective gas, the protective gas should at least surround the sector to be hardened in order to prevent scaling of the tooth flank surfaces. The shape of the induction loop is adapted to the tooth gap to be hardened.
Die Schrift DE 10 2011 053 139 A1 schlägt vor, zum Härten der Verzahnung von Zahnstangen eine Induktionsspule zu verwenden, die einen S-förmig gekrümmten Verlauf besitzt, um den induzierten Strom zumindest teilweise orthogonal zu den Zahnflanken zu richten. The document DE 10 2011 053 139 A1 proposes to use an induction coil for hardening the toothing of racks, which has an S-shaped curved course in order to direct the induced current at least partially orthogonally to the tooth flanks.
Um auch bei komplexeren Verzahnungsgeometrien eine gleichmäßige Härtetiefe zu erzielen, schlägt die Schrift DE 10 2008 041 952 B4 vor, eine gleichzeitige Beauf schlagung mit unterschiedlichen Frequenzen vorzusehen. In order to achieve a uniform hardness depth even with more complex toothing geometries, the document DE 10 2008 041 952 B4 proposes providing simultaneous application of different frequencies.
Weitere Vorrichtungen zum induktiven Härten von Verzahnungen sind aus den Schriften DE 956 259 B und DE 969 927 B bekannt. Further devices for the inductive hardening of gears are known from the documents DE 956 259 B and DE 969 927 B.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum induktiven Härten von Werkstücken zu schaf fen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll auch für komplexer konturierte Werkstücke ein homogenes Härteergebnis ohne ungewünschte Härte-Unregelmäßigkeiten oder -variationen mit einem effizient durchführbaren, kurze Fertigungszeiten benötigen den Härteprozess erreicht werden, ohne hierfür übermäßige Werkzeugkosten zu be nötigen. The present invention is based on the object of creating an improved method and an improved device for inductive hardening of workpieces, avoiding the disadvantages of the prior art and further developing the latter in an advantageous manner. In particular, a homogeneous hardening result without undesired hardness irregularities or even for complex contoured workpieces should be achieved -variations with an efficiently feasible, short production times require the hardening process to be achieved without incurring excessive tool costs.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. According to the invention, the stated object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 7. Preferred embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Es wird also vorgeschlagen, die für das Härten des jeweiligen Werkstücks verwen dete Induktionsschleife durch additiven Materialauftrag schichtweise in der benötig ten Konturierung aufzubauen und hierdurch die Geometrie-Beschränkungen her kömmlicher Induktionsschleifen zu eliminieren, wie sie durch Sägen, Biegen und Lö ten von Rohrstücken gegeben sind. Erfindungsgemäß wird die Induktionsschleife durch additiven Materialauftrag schichtweise geformt, insbesondere schichtweise aufgebaut und beispielsweise thermisch verfestigt, und hierdurch an die zu härtende Oberfläche des Werkstücks formangepasst. Durch den additiven Materialauftrag und die hierdurch schichtweise entstehende Kontur lässt sich die Induktionsschleife sehr exakt auch an komplexere Oberflächenkonturen wie Verzahnungen exakt forman- passen, sodass der beim Härten einzuhaltende Spalt bzw. Abstand zwischen Induk tionsschleife und Werkstückoberfläche exakt ausgebildet werden kann. It is therefore proposed that the induction loop used for the hardening of the respective workpiece be built up in layers in the required contouring through additive application of material, thereby eliminating the geometry restrictions of conventional induction loops, such as those given by sawing, bending and soldering pipe sections . According to the invention, the induction loop is formed in layers by additive application of material, in particular built up in layers and, for example, thermally solidified, and thereby adapted in shape to the surface of the workpiece to be hardened. Due to the additive application of material and the resulting layer-by-layer contour, the induction loop can be precisely adapted in shape to more complex surface contours such as toothing, so that the gap or distance to be maintained between induction loop and workpiece surface during hardening can be precisely formed.
Insbesondere kann die Induktionsschleife mittels eines 3D-Druckverfahrens herge stellt werden, wobei die Induktionsschleife beispielsweise durch schichtweisen Auf bau im 3D-Drucker aufgebaut und gegebenenfalls durch thermische Nachbehand lung verfestigt werden kann. In particular, the induction loop can be produced by means of a 3D printing process, with the induction loop being built up, for example, by building up layers in the 3D printer and, if necessary, solidifying it by thermal post-treatment.
Insbesondere können mittels eines Energiestrahls Werkstoffschichten nacheinander schichtweise verflüssigt und/oder verfestigt werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Werkstoffe pulverförmig und/oder pastös und/oder flüssig schichtweise auf getragen und durch einen Laserstrahl oder Elektronenstrahl oder Plasmastrahl ent sprechend schichtweise aufgeschmolzen oder verfestigt und/oder ausgehärtet und/oder zur chemischen Reaktion gebracht werden, um jeweils eine ausgehärtete Schicht zu bilden. Durch die schichtweise Ausbildung kann die Induktionsschleife detailgetreu auch an schwierige Konturverläufe mit wechselnden Krümmungen und/oder eckigen Übergängen zwischen verschiedenen Geraden und/oder ge krümmten Konturabschnitten auch bei kleinteiligen Oberflächenkonturen exakt form- angepasst werden, um den beim Härten benötigten Spalt zwischen Induktions schleife und Werkstückoberfläche über die Oberflächenkontur hinweg konstant hal ten oder in der gewünschten Weise variieren zu können, wodurch sehr homogene Härteergebnisse erzielt werden können. In particular, layers of material can be liquefied and / or solidified one after the other by means of an energy beam. For example, one or more materials can be applied in layers in powder and / or paste and / or liquid form and accordingly melted or solidified and / or cured and / or brought to a chemical reaction by a laser beam or electron beam or plasma beam in layers Layer to form. Due to the layer-by-layer design, the induction loop can be precisely adapted in shape to difficult contours with changing curvatures and / or angular transitions between different straight lines and / or curved contour sections, even with small surface contours, in order to accommodate the gap between the induction loop and the workpiece surface during hardening Keeping it constant over the surface contour or being able to vary it in the desired manner, whereby very homogeneous hardening results can be achieved.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Induktionsschleife über viele Zahn-, Wellen- oder Riffelkonturen hinweg an die zu härtende Oberfläche formange- passt werden, wodurch Härte-Unregelmäßigkeiten beispielsweise an der Zahnspitze oder gar in einem Zahnfuß vermieden werden können. Insbesondere kann die Induk tionsschleife an mehr als drei oder mehr als fünf oder auch an mehr als zehn bzw. auch an beliebig viele - vorzugsweise jeweils benachbarte - Zahnlücken oder Wel lentäler oder Zähne oder Wellen oder Dellen oder Beulen oder Vorsprünge und Sen ken oder allgemein Vertiefungen oder Erhöhungen oder Gestaltänderungen des Werkstücks gleichzeitig formangepasst werden, indem die Induktionsschleife in der genannten Weise durch additiven Materialauftrag schichtweise geformt und dabei an die Oberflächenkontur formangepasst wird. Durch eine solche Induktionsschleife können die genannten mehr als drei oder mehr als fünf oder auch mehr als zehn Zahnlücken oder Wellensenken oder Vertiefungen und Vorsprünge gleichzeitig ge härtet werden. Durch das gleichzeitige Härten einer solchen Vielzahl von Oberflä- chen-Kontursegmenten wird einerseits die für das Härten benötigte Fertigungszeit signifikant gesenkt. Zum anderen werden Härte-Unregelmäßigkeiten vermieden, wie sie beim zahnweisen, zyklischen Wiederansetzen einer an nur eine Zahnlücke form- angepassten Induktionsschleife entstehen. In an advantageous development of the invention, the induction loop can be adapted to the surface to be hardened over many tooth, wave or corrugated contours, whereby hardness irregularities can be avoided, for example at the tooth tip or even in a tooth root. In particular, the induction loop on more than three or more than five or even more than ten or also on any number of - preferably adjacent - tooth gaps or Wel lentäler or teeth or waves or dents or bumps or protrusions and sinks or generally depressions or elevations or changes in shape of the workpiece are simultaneously adapted in shape by the induction loop being shaped in the cited manner by means of additive material application and in the process being adapted in shape to the surface contour. By means of such an induction loop, the aforementioned more than three or more than five or even more than ten tooth gaps or corrugations or depressions and projections can be hardened at the same time. The simultaneous hardening of such a large number of surface contour segments, on the one hand, significantly reduces the production time required for hardening. On the other hand, hardness irregularities are avoided, such as those that arise when an induction loop that is adapted to the shape of only one tooth gap is reattached to the teeth cyclically.
Insbesondere können mittels der genannten Induktionsschleife auch mehr als 25% oder mehr als 50% oder mehr als 75% der gesamten zu härtenden Verzahnungs und/oder Wellungs- und/oder Oberflächenkontur von der Induktionsschleife gleich- zeitig umschlossen bzw. abgedeckt und gleichzeitig gehärtet werden. In Weiterbil dung der Erfindung kann auch vorgesehen werden, dass die Induktionsschleife an die gesamte zu härtende Oberflächenkontur formangepasst und die gesamte zu här tende Oberflächenkontur des Werkstücks gleichzeitig gehärtet wird. Wird beispiels weise ein Zahnrad gehärtet, kann die Induktionsschleife ein Drittel oder zwei Drittel des Umfangs oder auch den gesamten Umfang des Zahnrads umgeben und dabei an die Konturen der Zahnlücken bzw. Zahnflanken und Zahnspitzen exakt bzw. in der gewünschten Weise formangepasst sein, um einen gleichmäßigen oder in der gewünschten Weise variierenden Abstand zwischen der Induktionsschleife und der Verzahnungsprofilkontur zu haben und dementsprechend ein homogenes Härteer gebnis zu erzielen. In particular, by means of the induction loop mentioned, more than 25% or more than 50% or more than 75% of the entire toothing and / or corrugation and / or surface contour to be hardened from the induction loop can be timely enclosed or covered and hardened at the same time. In a further development of the invention, provision can also be made for the shape of the induction loop to be adapted to the entire surface contour to be hardened and for the entire surface contour of the workpiece to be hardened to be hardened at the same time. For example, if a gear is hardened, the induction loop can surround a third or two thirds of the circumference or even the entire circumference of the gear and be adapted to the contours of the tooth gaps or tooth flanks and tooth tips exactly or in the desired manner, so as to be uniform or to have the distance between the induction loop and the toothed profile contour varying in the desired manner and accordingly to achieve a homogeneous hardening result.
Wird andererseits eine Zahnstange gehärtet, kann sich die Induktionsschleife bei spielsweise über ein Viertel oder die Hälfte oder drei Viertel der Länge oder auch die ganze Länge der Zahnstange bzw. des verzahnten Bereichs der Zahnstange erstre cken und dabei an die dabei überdeckten Zahnlücken und Zahnflanken und Zahn spitzen formangepasst sein. If, on the other hand, a rack is hardened, the induction loop can extend, for example, over a quarter or half or three quarters of the length or the entire length of the rack or the toothed area of the rack and thereby to the covered tooth gaps and tooth flanks and tooth pointed to be shaped.
Vorteilhafterweise kann die Induktionsschleife durch den schichtweisen, additiven Materialauftrag innen hohl ausgebildet werden, um im Inneren der Induktionsschleife einen Kühlmittelkanal auszubilden. In dem Kühlmittelkanal befindliches oder durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmedium wie ein Wasser-Polymerlösungs-Ge- misch oder Öl oder ein sonstiges flüssiges Kühlmedium kann beim Härten die Induk tionsschleife kühlen bzw. vor Überhitzung schützen oder auch auf der gewünschten Temperatur halten. Trotz ggf. komplexer Schleifenkontur kann im 3D-Druck ein hoh les Schleifenprofil mit im Inneren befindlichen Kühlmittelkanal ausgebildet werden. Advantageously, the induction loop can be designed to be hollow on the inside as a result of the additive application of material in layers in order to form a coolant channel inside the induction loop. Cooling medium located in the coolant channel or flowing through the coolant channel, such as a water-polymer solution mixture or oil or some other liquid cooling medium, can cool the induction loop or protect it from overheating or keep it at the desired temperature during hardening. Despite a possibly complex loop contour, a hollow loop profile with a coolant channel inside can be formed in 3D printing.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zu gehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to preferred exemplary embodiments and associated drawings. In the drawings show:
Fig. 1 : eine Seitenansicht einer Induktionsschleife einer Vorrichtung zum indukti ven Härten eines Zahnrads, die sich über den gesamten Außenumfang des Zahnrads erstreckt und dabei an die Kontur der Zahnlücken und Zähne exakt formangepasst ist, wobei die Blickachse der Darstellung der Drehachse des Zahnrads entspricht, Fig. 1: a side view of an induction loop of a device for inductive hardening of a gear, which extends over the entire outer circumference of the gear and is precisely adapted to the contour of the tooth gaps and teeth, the viewing axis corresponding to the representation of the axis of rotation of the gear,
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung der das zu härtende Zahnrad umgeben den Induktionsschleife in einer Blickrichtung schräg zur Drehachse des Zahnrads, die den an die Verzahnung formangepassten Konturverlauf der Induktionsschleife zeigt, 2: a perspective representation of the gear to be hardened surrounding the induction loop in a viewing direction at an angle to the axis of rotation of the gear, which shows the contour of the induction loop, which is adapted to the toothing,
Fig. 3: eine Seitenansicht eines Zahnrads und einer an dessen Verzahnung form angepassten Induktionsschleife, die im Gegensatz zur Ausführung nach den Figuren 1 und 2 nur an drei oder mehr Zahnlücken formangepasst ist und endseitig Zu- und Abläufe für ein Kühlmittel besitzt, 3: a side view of a gear and an induction loop which is adapted to the shape of its toothing, which, in contrast to the embodiment according to FIGS. 1 and 2, is only adapted to three or more tooth gaps and has inlets and outlets for a coolant at the end,
Fig. 4: eine perspektivische Darstellung der das zu härtende Zahnrad teilweise umgebenden Induktionsschleife aus Fig. 3 in einer Blickrichtung schräg zur Drehachse des Zahnrads, FIG. 4: a perspective illustration of the induction loop from FIG. 3 partially surrounding the gear to be hardened in a viewing direction at an angle to the axis of rotation of the gear,
Fig. 5: eine Seitenansicht eines Zahnrads und einer an dessen Verzahnung form angepassten Induktionsschleife, wobei die Induktionsschleife zwei Teilin duktionsschleifen zum gleichzeitigen Flärten umfassen und derart kontu- riert ist, dass der Spalt zwischen Induktionsschleife und Verzahnungs oberflächenkontur einen nicht konstanten, vorbestimmten Spaltmaßver lauf besitzt, 5: a side view of a gear wheel and an induction loop adapted to its toothing, the induction loop comprising two partial induction loops for simultaneous hardening and being contoured in such a way that the gap between the induction loop and the toothing surface contour has a non-constant, predetermined gap dimension course ,
Fig. 6: eine perspektivische Darstellung des Zahnrads und der umgebenden In duktionsschleife aus Fig. 5 in einer Blickrichtung schräg zur Drehachse des Zahnrads, FIG. 6: a perspective view of the gear and the surrounding induction loop from FIG. 5 in a viewing direction at an angle to the axis of rotation of the gear,
Fig. 7: eine Seitenansicht eines zweistufig verzahnten Zahnrads zum gleichzeiti gen Härten und einer an die unterschiedlichen Verzahnungsbereiche formangepassten Induktionsschleife zum gleichzeitigen Härten der ver schiedenen Zahnstufenbereiche, und Fig. 7: a side view of a two-stage toothed gear for simultaneous hardening and one on the different toothed areas shape-adapted induction loop for simultaneous hardening of the various tooth step areas, and
Fig. 8: eine perspektivische Darstellung des mehrstufigen Zahnkranzes und der daran formangepassten Induktionsschleife aus Fig. 7 in einer Blickrich tung schräg zur Drehachse des Zahnkranzes. FIG. 8: a perspective illustration of the multi-stage gear rim and the induction loop adapted to it from FIG. 7 in a viewing direction at an angle to the axis of rotation of the gear rim.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, kann die Induktionsschleife 2 zum partiellen Härten der Verzahnung 8 eines verzahnten Werkstücks 1 eingesetzt werden, wobei das ge nannte, verzahnte Werkstück 1 ein Zahnrad oder eine Zahnstange sein kann. Wie eingangs erläutert, können aber auch andere Werkstücke mit ähnlichen Wellen- oder Rillenkonturen oder auch anders konturierten Oberflächen in entsprechender Weise induktiv gehhärtet werden. As FIGS. 1 and 2 show, the induction loop 2 can be used for partially hardening the toothing 8 of a toothed workpiece 1, wherein the toothed workpiece 1 mentioned can be a toothed wheel or a rack. As explained at the beginning, however, other workpieces with similar wave or groove contours or surfaces with different contours can also be inductively hardened in a corresponding manner.
Vorteilhafterweise kann die Induktionsschleife 2 zumindest einen großen Teil der Verzahnung 8 gleichzeitig abdecken, insbesondere auch die gesamte Verzahnung 8, wie dies die Figuren 1 und 2 zeigen. Advantageously, the induction loop 2 can cover at least a large part of the toothing 8 at the same time, in particular also the entire toothing 8, as FIGS. 1 and 2 show.
Die Induktionsschleife 2 wird in einem additiven Materialauftragsverfahren, insbeson dere mit einem 3D-Druckverfahren hergestellt, wobei die Induktionsschleife durch schichtweisen Aufbau im 3D-Drucker aufgebaut und gegebenenfalls durch thermi sche Nachbehandlung verfestigt werden kann. Die Induktionsschleife wird dabei vor teilhafterweise aus einem elektrisch leitenden, insbesondere metallischen Werkstoff aufgebaut. The induction loop 2 is produced in an additive material application process, in particular with a 3D printing process, the induction loop being built up in layers in the 3D printer and possibly solidified by thermal post-treatment. The induction loop is constructed before geous enough from an electrically conductive, in particular metallic material.
Die Induktionsschleife 2 kann mit einem runden oder abgerundeten, flachgedrückten, beispielsweise elliptischen, aber auch einem eckigen, insbesondere rechteckigen o- der quadratischen Querschnitt ausgebildet werden. Weiterhin kann die Induktions schleife einen beliebigen Querschnitt aufweisen, wenn dies durch die geometrischen Bedingungen des zu härtenden Werkstücks erforderlich ist. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, kann die Induktionsschleife 2 durch den additiven, schichtweisen Materialauftrag exakt an die Form der Verzahnung 8 angepasst wer den, insbesondere passgenau an die Zahnlücken 5 und die Zähne 6 der Verzahnung 8 formangepasst werden, sodass ein Spalt 9 zwischen der über die Verzahnung 8 gelegten Induktionsschleife 2 und den Zahn- und Zahnlückenkonturen exakt konstant eingehalten werden kann, sodass ein Spaltmaß entlang der Längserstreckung der Induktionsschleife 2 zumindest im Wesentlichen konstant bleibt. Hierdurch kann ein gewünschtes Härteergebnis, beispielsweise eine gleichförmige Härtetiefe erzielt werden. The induction loop 2 can be designed with a round or rounded, flattened, for example elliptical, but also an angular, in particular rectangular or square cross-section. Furthermore, the induction loop can have any cross section if this is required by the geometric conditions of the workpiece to be hardened. As FIGS. 1 and 2 show, the induction loop 2 can be precisely adapted to the shape of the toothing 8 by the additive, layer-by-layer application of material, in particular the shape of the tooth gaps 5 and the teeth 6 of the toothing 8, so that a gap 9 between the induction loop 2 placed over the toothing 8 and the tooth and tooth gap contours can be kept exactly constant, so that a gap dimension along the longitudinal extension of the induction loop 2 remains at least essentially constant. In this way, a desired hardening result, for example a uniform hardening depth, can be achieved.
Die Induktionsschleife 2 kann durch den additiven Materialauftrag und die schicht weise Ausbildung jedoch auch gezielt abweichend vom Konturverlauf der zu härten den Oberfläche, insbesondere der Verzahnung 8 geformt werden, um einen definier ten Verlauf des Spaltmaßes des Spalts 9 zu erzielen, beispielsweise an den Spitzen der Zähne 6 ein leicht größeres Spaltmaß als am Boden der Zahnlücken 5, wie dies die Figuren 5 und 6 zeigen. Insbesondere kann die Induktionsschleife 2 im 3D-Druck- verfahren derart geformt werden, dass sich das Spaltmaß entlang der Induktions schleife 2 kontinuierlich und/oder zyklisch ändert, um den gewünschten Härtetiefen verlauf zu erzielen. The induction loop 2 can be formed by the additive application of material and the layer-wise training, however, also specifically deviating from the contour of the surface to be hardened, in particular the toothing 8, in order to achieve a defined course of the gap size of the gap 9, for example at the tips of the Teeth 6 have a slightly larger gap than at the bottom of the tooth gaps 5, as shown in FIGS. 5 and 6. In particular, the induction loop 2 can be shaped in the 3D printing process in such a way that the gap dimension along the induction loop 2 changes continuously and / or cyclically in order to achieve the desired hardening depth profile.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, kann die Induktionsschleife 2 sich über den gesam ten Umfang des Zahnrads hinweg erstrecken und/oder sich über die gesamte Ver zahnung 8 hinweg erstrecken und dabei an die Konturen der Zähne und Zahnlücken angepasst sein. As FIGS. 1 and 2 show, the induction loop 2 can extend over the entire circumference of the gearwheel and / or extend over the entire toothing 8 and thereby be adapted to the contours of the teeth and tooth gaps.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, kann die Breite der Induktionsschleife 2 kleiner sein als die Dicke des Werkstücks 1. Beim induktiven Härtevorgang kann die Induktions schleife 2 durch eine Vorschubbewegung über die gesamte Breite des Werkstücks 1 hinweggeführt werden, wobei eine solche Vorschubbewegung in Richtung der Dreh achse des Zahnrads von der Induktionsschleife 2 und/oder von dem zu härtenden Werkstück 1 ausgeführt werden kann. Die Induktionsschleife 2 wird parallel zu den Zahnflanken der Zähne 6 bzw. parallel zur Sohle der Zahnlücken 8 über das Werk stück 1 hinweg geschoben, um die Verzahnung 8 über die gesamte Breite zu härten. As shown in Figures 1 and 2, the width of the induction loop 2 can be smaller than the thickness of the workpiece 1. During the inductive hardening process, the induction loop 2 can be guided by a feed movement over the entire width of the workpiece 1, such a feed movement in the direction the axis of rotation of the gear from the induction loop 2 and / or from the workpiece 1 to be hardened can be performed. The induction loop 2 is parallel to the Tooth flanks of the teeth 6 or parallel to the sole of the tooth gaps 8 pushed over the work piece 1 away to harden the teeth 8 over the entire width.
Alternativ wäre es jedoch auch möglich, die Induktionsschleife 2 breiter auszubilden, sodass die Breite der Induktionsschleife 2 der Dicke des Werkstücks 1 entspricht oder auch größer ist. Alternatively, however, it would also be possible to make the induction loop 2 wider, so that the width of the induction loop 2 corresponds to the thickness of the workpiece 1 or is also greater.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, kann die Induktionsschleife 2 vorteilhafterweise eine Kühlmittelzufuhr 3 und eine Kühlmittelabfuhr 4 aufweisen, um in einen Kühlmittelka nal 7, der sich im Inneren der Induktionsschleife 2 erstreckt, einleiten zu können, insbesondere durch den genannten Kühlmittelkanal 7 hindurchzirkulieren zu können und die Induktionsschleife 2 durch das Kühlmittel im Kühlmittelkanal 7 beim Härten zu kühlen. As FIGS. 1 and 2 show, the induction loop 2 can advantageously have a coolant supply 3 and a coolant discharge 4 in order to be able to introduce it into a coolant channel 7 which extends inside the induction loop 2, in particular to be able to circulate through the said coolant channel 7 can and to cool the induction loop 2 by the coolant in the coolant channel 7 during hardening.
Der genannte Kühlmittelkanal 7 wird im Inneren der Induktionsschleife 2 beim schichtweisen Ausbilden der Induktionsschleife 2 durch additiven Materialauftrag ausgebildet. Said coolant channel 7 is formed in the interior of the induction loop 2 when the induction loop 2 is formed in layers by additive material application.
Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, kann die Induktionsschleife 2 ggf. aber auch nur einen Teilabschnitt der Verzahnung 8 überdecken, beispielsweise sich über drei be nachbarte Zahnlücken 5 hinweg erstrecken. Auch hierbei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass sich die Induktionsschleife 2 passgenau an die Konturen der Zahnlücken 5 und der die Zahnlücken 5 begrenzenden Zähne 6 passgenau an schmiegt, sodass ein Spalt 9 mit gleichbleibendem Spaltmaß erzielt wird. Das ge nannte Spaltmaß kann vom Boden der Zahnlücken 5 über die Zahnflanken bis zu den Spitzen bzw. Köpfen der Zähne 6 im Wesentlichen gleichbleibend sein, wie dies Figur 3 zeigt. As FIGS. 3 and 4 show, the induction loop 2 can, however, also cover only a partial section of the toothing 8, for example extending over three adjacent tooth gaps 5. Here, too, it can advantageously be provided that the induction loop 2 fits snugly against the contours of the tooth gaps 5 and the teeth 6 delimiting the tooth gaps 5, so that a gap 9 with a constant gap size is achieved. The gap size mentioned can be essentially constant from the bottom of the tooth gaps 5 via the tooth flanks to the tips or heads of the teeth 6, as FIG. 3 shows.
Um die gesamte Verzahnung 8 zu härten, kann nach dem Härtezyklus der von der Induktionsschleife 2 überdeckten Zahnlücken 5 das Werkstück 1 um einen Winkel weitergedreht werden, der dem Winkel zwischen den äußersten, von der Induktions schleife 2 erfassten Zahnlücken entspricht. Mit anderen Worten wird das Zahnrad um drei Zähne weiter gedreht, um die Induktionsschleife 2 in drei noch nicht gehär tete Zahnlücken 5 einführen zu können. Alternativ kann das Zahnrad auch um ein ganzzahliges Vielfaches des genannten Winkels weitergedreht werden, also bei spielsweise um sechs oder neun Zähne. Alternativ oder zusätzlich zum Weiterdrehen des Zahnrads kann auch die Induktionsschleife 2 entsprechend verdreht werden, das heißt in Umfangsrichtung des Zahnrads weitergefahren werden. In order to harden the entire toothing 8, after the hardening cycle of the tooth gaps 5 covered by the induction loop 2, the workpiece 1 can be rotated further by an angle which corresponds to the angle between the outermost tooth gaps detected by the induction loop 2. In other words it becomes the gear rotated by three teeth further to introduce the induction loop 2 into three tooth gaps 5 not yet hardened can. Alternatively, the gear can also be rotated further by an integral multiple of the angle mentioned, for example by six or nine teeth. As an alternative or in addition to rotating the gear wheel further, the induction loop 2 can also be rotated accordingly, that is to say it can be moved further in the circumferential direction of the gear wheel.
Wie die Figuren 5 und 6 zeigen, kann die Induktionsschleife 2 auch derart an die Kontur der Verzahnung 8 formangepasst werden, dass der Spalt 9 zwischen Induk tionsschleife 2 und Verzahnung 8 nicht exakt konstant bleibt, sondern variiert, insbe sondere kontinuierlich und/oder stetig größer und wieder kleiner wird, um an ver schiedenen Abschnitten der Verzahnung 8 verschiedene Härteergebnisse, insbe sondere unterschiedliche Härtetiefen zu erzielen. As FIGS. 5 and 6 show, the induction loop 2 can also be adapted to the contour of the toothing 8 in such a way that the gap 9 between the induction loop 2 and the toothing 8 does not remain exactly constant, but varies, in particular continuously and / or steadily larger and again becomes smaller in order to achieve 8 different hardness results, in particular special different hardness depths, at different sections of the toothing.
Unabhängig hiervon können, wie Figuren 5 und 6 zeigen, auch zwei oder mehrere Induktionsschleifen 2 gleichzeitig eingesetzt werden, wobei jede der Induktions schleifen 2 einen Kühlmittelzufluss 3 und einen Kühlmittelabfluss 4 aufweisen kann. Vorteilhafterweise können dabei die Kühlmittelzufuhranschlüsse 3 und die Kühlmit telabfuhranschlüsse 4 von jeweils einem gemeinsamen Induktorfuß gespeist werden. Independently of this, as FIGS. 5 and 6 show, two or more induction loops 2 can also be used at the same time, wherein each of the induction loops 2 can have a coolant inlet 3 and a coolant outlet 4. Advantageously, the coolant supply connections 3 and the Kühlmit telabfuhran connections 4 can each be fed by a common inductor foot.
Wie die Figuren 7 und 8 zeigen, können an einem Werkstück 1 auch separate, von einander getrennte Konturabschnitte gleichzeitig gehärtet werden. Eine oder meh rere Induktionsschleifen 2 können an verschiedene Konturabschnitte des Werk stücks 1 formangepasst sein, wobei die genannten Konturabschnitte insbesondere unterschiedliche Durchmesser aufweisen und/oder voneinander axial beabstandet sein können. As FIGS. 7 and 8 show, separate contour sections that are separate from one another can also be hardened simultaneously on a workpiece 1. One or more induction loops 2 can be adapted in shape to different contour sections of the workpiece 1, the contour sections mentioned in particular having different diameters and / or being able to be axially spaced from one another.
Wie die Figuren 7 und 8 zeigen, kann ein verzahntes Werkstück 1 zwei separate Verzahnungen 8 aufweisen, die beispielsweise verschiedene Zähnezahlen und/oder verschiedene Teilkreisdurchmesser besitzen können. Beispielsweise kann ein Stu fenzahnkranz mit zwei Verzahnungen 8 gehärtet werden, indem beiden Verzahnun gen 8 gleichzeitig eine Induktionsschleife 2 zugeordnet wird. Jede Induktionsschleife 2 kann dabei in der genannten Weise exakt an die Verzahnungskontur formange- passt sein, ggf. mit einer gewünschten Variation des Spaltmaßes. As FIGS. 7 and 8 show, a toothed workpiece 1 can have two separate toothings 8 which, for example, can have different numbers of teeth and / or different pitch circle diameters. For example, a Stu fenzahnkranz with two gears 8 can be hardened by both Verzahnun gene 8 at the same time an induction loop 2 is assigned. Any induction loop 2 can be precisely matched to the toothing contour in the manner mentioned, if necessary with a desired variation of the gap size.
Vorteilhafterweise kann die Induktionsschleife 2 dabei beide Verzahnungen 8 voll ständig umgeben, wobei aber ggf. auch ähnlich den Figuren 3 bis 6 bei einer oder beiden Verzahnungen 8 auch nur ein Teilsektor von der Induktionsschleife 2 abge deckt sein kann. Advantageously, the induction loop 2 can completely surround both toothings 8, but if necessary, similar to FIGS. 3 to 6, only a partial sector can be covered by the induction loop 2 in one or both toothings 8.
Wie die Figuren 7 und 8 zeigen, können zwei separate Induktionsschleifen 2 verwen det werden, die jeweils eine Kühlmittelzufuhr 3 und eine Kühlmittelabfuhr 4 aufweisen können, die von einem gemeinsamen Induktorfuß gespeist werden können. Alterna tiv wäre es jedoch auch möglich, eine durchgängige Induktionsschleife 2 auszubil den, die beide Verzahnungen 8 entsprechend formangepasst umschließt. As FIGS. 7 and 8 show, two separate induction loops 2 can be used, each of which can have a coolant supply 3 and a coolant discharge 4, which can be fed from a common inductor base. Alternatively, however, it would also be possible to train a continuous induction loop 2, which encloses both toothings 8 in a correspondingly adapted shape.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum induktiven Härten eines Werkstücks (1), insbesondere eines verzahnten und/oder gewellten und/oder geriffelten Werkstücks wie Zahnrad, Kettenrad oder Sägeblatt, wobei eine formangepasste Induktionsschleife (2) über die zu härtende Oberfläche des Werkstücks geführt oder gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsschleife (2) durch additiven Ma terialauftrag schichtweise geformt und an die zu härtende Oberfläche forman- gepasst wird. 1. A method for inductive hardening of a workpiece (1), in particular a toothed and / or corrugated and / or corrugated workpiece such as a gearwheel, chain wheel or saw blade, a shape-adapted induction loop (2) being guided or set over the surface of the workpiece to be hardened, characterized in that the induction loop (2) is formed in layers by the additive application of material and is adapted in shape to the surface to be hardened.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Induktionsschleife (2) mittels eines 3D-Druckkopfs im 3D-Druckverfahren geformt und an die zu härtende Oberfläche formangepasst wird, wobei die Induktionsschleife durch schichtweisen Aufbau im 3D-Drucker aufgebaut wird und gegebenenfalls durch thermische Nachbehandlung verfestigt wird. 2. The method according to the preceding claim, wherein the induction loop (2) is formed by means of a 3D printing head in the 3D printing process and adapted to the shape of the surface to be hardened, the induction loop being built up in layers in the 3D printer and possibly by thermal post-treatment is solidified.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktions schleife (2) an mehr als drei oder mehr als fünf oder mehr als zehn Zahnlücken (5) oder Wellentäler des Werkstücks (1 ) formangepasst wird und mehr als drei oder mehr als fünf oder mehr als zehn Zahnlücken (5) des Werkstücks (1) gleichzeitig durch die genannte Induktionsschleife (2) gehärtet werden. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the induction loop (2) is adapted to more than three or more than five or more than ten tooth gaps (5) or wave troughs of the workpiece (1) and more than three or more than five or more than ten tooth gaps (5) of the workpiece (1) are hardened at the same time by said induction loop (2).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktions schleife (2) durch den additiven Materialauftrag schichtweise hohl ausgebildet wird derart, dass ein durch die Induktionsschleife (2) hindurch verlaufender Kühlmittelkanal (7) ausgebildet wird, und durch in dem Kühlmittelkanal (7) be findliches Kühlmedium beim Härten die Induktionsschleife (2) gekühlt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the induction loop (2) is made hollow in layers by the additive material application such that a coolant channel (7) running through the induction loop (2) is formed, and through in the coolant channel (7 ) be sensitive cooling medium during hardening the induction loop (2) is cooled.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehr als 25% oder mehr als 50% oder mehr als 75% der gesamten zu härtenden Verzah- nungs- und/oder Wellungs- und/oder Riffelkontur von der Induktionsschleife (2) gleichzeitig umgeben und gleichzeitig gehärtet werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein more than 25% or more than 50% or more than 75% of the entire toothing and / or corrugation and / or corrugation contour to be hardened by the induction loop (2) and simultaneously are hardened at the same time.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktions schleife (2) durch den additiven Materialauftrag schichtweise an zwei ver schiedene, voneinander axial beabstandete und/oder unterschiedliche Durchmesser aufweisende Verzahnungskonturen des verzahnten Werk stücks formangepasst und die genannten verschiedenen Verzahnungskontu ren des verzahnten Werkstücks (1) durch die Induktionsschleife (2) gleichzei tig gehärtet werden. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the induction loop (2) by the additive application of material in layers to two ver different, axially spaced and / or different diameter toothing contours of the toothed work piece adapted and the said different Verzahnungskontu ren of the toothed workpiece (1) simultaneously hardened by the induction loop (2).
7. Vorrichtung zum induktiven Härten eines Werkstücks (1), insbesondere eines verzahnten und/oder gewellten Werkstücks wie Zahnrad, Kettenrad oder Sä geblatt, mit zumindest einer an die zu härtende Oberfläche des Werkstücks (1) formangepassten Induktionsschleife (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsschleife (2) als Schichtbaukörper ausgebildet ist, dessen Mate rialschichten einzeln Schicht für Schicht verfestigt sind. 7. Device for inductive hardening of a workpiece (1), in particular a toothed and / or corrugated workpiece such as a toothed wheel, chain wheel or saw blade, with at least one induction loop (2) adapted to the shape of the surface of the workpiece (1) to be hardened, characterized in that, that the induction loop (2) is designed as a layered structure, the material layers of which are solidified individually layer by layer.
8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Induktions schleife (2) mittels eines 3D-Druckers im 3D-Druckverfahren hergestellt ist. 8. Device according to the preceding claim, wherein the induction loop (2) is made by means of a 3D printer in the 3D printing process.
9. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die In duktionsschleife (2) in ihrem Inneren eines Kühlmittelkanal (7) aufweist. 9. Device according to one of the two preceding claims, wherein the induction loop (2) in its interior has a coolant channel (7).
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indukti onsschleife (2) an mehr als drei oder mehr als fünf oder mehr als zehn Zahn lücken oder Wellentäler des verzahnten oder gewellten Werkstücks forman- gepasst ist und mehr als drei oder mehr als fünf oder mehr als zehn benach barte Zahnlücken oder Wellentäler gleichzeitig umgibt. 10. Device according to one of the preceding claims, wherein the Indukti onsschleife (2) on more than three or more than five or more than ten tooth gaps or wave troughs of the toothed or corrugated workpiece and more than three or more than five or surrounds more than ten neighboring tooth gaps or wave troughs at the same time.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indukti onsschleife (2) zumindest einen Abschnitt mit einer sich kontinuierlich verän dernden Krümmung besitzt. 11. Device according to one of the preceding claims, wherein the Indukti onsschleife (2) has at least one portion with a continuously changing curvature.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indukti onsschleife (2) zumindest einen geraden und zumindest einen gekrümmten Abschnitt besitzt, die durch einen abgeknickten Abschnitt miteinander verbun den sind. 12. Device according to one of the preceding claims, wherein the Indukti onsschleife (2) has at least one straight and at least one curved portion, which are verbun by a bent portion to each other.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indukti onsschleife (2) an unterschiedliche, voneinander verschiedene Durchmesser besitzende Sektoren eines Zahnrads formangepasste Schleifenabschnitte be sitzt. 13. Device according to one of the preceding claims, wherein the Indukti onsschleife (2) sits on different, mutually different diameter having sectors of a gear shape-adapted loop sections be.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indukti onsschleife (2) derart an mehrere Zahnlücken (5) und mehrere Zähne (6) formangepasst ist, dass ein Spalt (9) zwischen der Induktionsschleife (2) und der Verzahnung (8) über die mehreren Zahnlücken (5) und mehreren Zähne (6) hinweg konstantes, gleichbleibendes Spaltmaß besitzt. 14. Device according to one of the preceding claims, wherein the induction loop (2) is adapted to a plurality of tooth gaps (5) and a plurality of teeth (6) so that a gap (9) between the induction loop (2) and the toothing (8) has a constant, constant gap dimension over the several tooth gaps (5) and several teeth (6).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Induktionsschleife (2) an mehrere Zahnlücken (5) und mehrere Zähne (6) derart formangepasst ist, dass ein Spalt (9) zwischen der Induktionsschleife (2) und der Verzahnung (8) über die mehreren Zahnlücken (5) und mehreren Zähne (6) hinweg ein sich stetig änderndes, zyklisch größer und kleiner werdendes Spaltmaß be sitzt. 15. Device according to one of claims 7 to 13, wherein the induction loop (2) is adapted to a plurality of tooth gaps (5) and a plurality of teeth (6) in such a way that a gap (9) between the induction loop (2) and the toothing (8 ) across the multiple tooth gaps (5) and multiple teeth (6) a constantly changing, cyclically larger and smaller gap be seated.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei die Induktionsschleife (2) sich über mehr als 25% oder mehr als 50% oder mehr als 75% der Länge der Verzahnung (8) des Werkstücks (1) hinweg erstreckt. 16. Device according to one of claims 7 to 15, wherein the induction loop (2) extends over more than 25% or more than 50% or more than 75% of the length of the toothing (8) of the workpiece (1).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, wobei die Induktionsschleife (2) sich über den gesamten verzahnten Umfang eines Zahnrads oder über die gesamte Länge der Verzahnung einer Zahnstange erstreckt. 17. Device according to one of claims 7 to 16, wherein the induction loop (2) extends over the entire toothed circumference of a gear or over the entire length of the toothing of a rack.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indukti onsschleife (2) zwei separate Induktionsschleifenabschnitte besitzt, die axial voneinander beabstandet sind und Hüllkonturen unterschiedlichen Durchmes sers begrenzen derart, dass die beiden Induktionsschleifenabschnitte an ver schiedene Verzahnungen (8) eines Stufenzahnkranz formangepasst sind. 18. Device according to one of the preceding claims, wherein the Indukti onsschleife (2) has two separate induction loop sections which are axially spaced from each other and limit envelope contours of different diameters such that the two induction loop sections are adapted to different toothings (8) of a toothed ring.
19. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei jeder Induktions schleifenabschnitt mehr als drei Zahnlücken (5) umgibt, vorzugsweise jeweils die gesamte Verzahnung (8) umschließt. 19. Device according to the preceding claim, wherein each induction loop section surrounds more than three tooth gaps (5), preferably in each case enclosing the entire toothing (8).
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indukti onsschleife (2) zumindest einen Kühlmittelkanal im Inneren besitzt. 20. Device according to one of the preceding claims, wherein the Indukti onsschleife (2) has at least one coolant channel inside.
EP20753356.3A 2019-08-09 2020-08-07 Method and device for induction hardening Pending EP3993927A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019121591 2019-08-09
DE102019127231.9A DE102019127231A1 (en) 2019-08-09 2019-10-10 Method and device for inductive hardening
PCT/EP2020/072259 WO2021028343A1 (en) 2019-08-09 2020-08-07 Method and device for induction hardening

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3993927A1 true EP3993927A1 (en) 2022-05-11

Family

ID=74188353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20753356.3A Pending EP3993927A1 (en) 2019-08-09 2020-08-07 Method and device for induction hardening

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220186332A1 (en)
EP (1) EP3993927A1 (en)
CN (1) CN114502750A (en)
DE (1) DE102019127231A1 (en)
WO (1) WO2021028343A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115029513A (en) * 2022-08-12 2022-09-09 苏州亚太精睿传动科技股份有限公司 Manufacturing method of main inductive copper body of gear quenching inductor

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB576791A (en) * 1943-04-05 1946-04-18 Standard Telephones Cables Ltd Inductor element
DE969927C (en) * 1952-08-28 1958-07-31 Schoppe & Faeser Feinmechanik Induction hardening machine for surface hardening of toothed wheels
DE956259C (en) * 1952-09-26 1957-01-17 Karl Schoenbacher Dr Ing Inductor for gradual surface hardening of gears
DE1170979B (en) * 1959-12-22 1964-05-27 Siemens Ag Device for inductive hardening of toothed wheels according to the rolling process
US7442906B2 (en) * 2004-04-28 2008-10-28 Neturen Co., Ltd. Induction heating coil for shaft member having multiple steps and heating method
DE102008038967B4 (en) * 2008-08-13 2011-11-10 Efd Induction Gmbh Apparatus for hardening the teeth of gears by inductive heat treatment
DE102008041952B4 (en) * 2008-09-10 2016-10-20 Robert Bosch Automotive Steering Gmbh rack
DE102009026935B4 (en) * 2009-06-15 2019-05-23 Ema Indutec Gmbh Hardening machine for inductive hardening under inert gas
DE102011053139A1 (en) * 2011-08-31 2013-02-28 Zf Lenksysteme Gmbh Apparatus for hardening a surface provided with rib or tooth-like elements
DE102012014440B3 (en) * 2012-04-18 2013-05-02 Efd Induction Gmbh inductor
JP6219228B2 (en) * 2014-05-12 2017-10-25 光洋サーモシステム株式会社 Induction heating coil and method of manufacturing induction heating coil
JP6399403B2 (en) * 2015-02-27 2018-10-03 住友電工焼結合金株式会社 High frequency heating coil assembly and manufacturing method thereof
CN205133683U (en) * 2015-10-26 2016-04-06 燕山大学 Novel inductor based on large module gear quenches
CN207210480U (en) * 2017-07-11 2018-04-10 燕山大学 It is a kind of to be used for large modulus and the layer-stepping induction coil of big tooth thickness gear sensing heating

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021028343A1 (en) 2021-02-18
US20220186332A1 (en) 2022-06-16
DE102019127231A1 (en) 2021-02-11
CN114502750A (en) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2952275B1 (en) Screw feed element and method for the additive manufacture of screw feed elements
EP2185735B1 (en) Method and device for hardening profiles
EP0384964B1 (en) Process and apparatus for induction hardening of the corrugated surfaces of a workpiece
DE102010056073B4 (en) hot runner nozzle
EP1977020B1 (en) Process for hardening a workpiece which describes a closed curve
WO2011110346A2 (en) Method for producing a coolable moulding tool
WO2006000256A1 (en) Starting component for the production of saw blades or bands and method for the production thereof
WO2008014910A2 (en) Mould pin for a mould and process for production of this mould pin
EP3993927A1 (en) Method and device for induction hardening
DE102012017130B4 (en) Laser Rohreinschweißen
DE102008041952B4 (en) rack
EP2012960B1 (en) A process for manufacturing clearing edges of a circular saw blade
WO2023118298A1 (en) Method and device for heating a vehicle wheel
EP2281418B1 (en) Tempering device
WO2009100702A1 (en) Method and device for the heat treatment of a tubular body for a delivery pipe and a method for the production of a delivery pipe
DE102006015669B3 (en) Method for converting the metallic structure of a plasticizing screw comprises impinging the wear region with an alternating current, producing resistance heat to raise the wear region to a hardening temperature and cooling the region
EP1773529A1 (en) Starting material for the fabrication of saw blades or saw bands and method for the production thereof
EP3631024A1 (en) Surface-hardened, rotationally symmetrical workpiece, hardening method and hardening apparatus
AT514504B1 (en) Rack warmly formed with thread groove
WO2021122777A1 (en) Method for surface hardening of a drive component having teeth
DE102011053139A1 (en) Apparatus for hardening a surface provided with rib or tooth-like elements
DE102012004439B3 (en) Heating workpiece formed as sheet metal board or sheet metal part, where workpiece is made of electrical conductive material at transformation temperature and/or curing temperature by alternating magnetic field induced by induction coil
AT514367B1 (en) Hollow rack and method of making the same
EP3721982A1 (en) Kneading element produced by additive manufacturing for a mixing and kneading machine
DE102009040511A1 (en) Heat treatment of diamond tools, comprises welding tool segments containing diamond on the peripheral area of a metallic support body, heating the support body in the area of the welded zone, after welding the respective tool segment

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220202

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

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

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)