HUT69808A - Apparatus for and method of induction-hardening machine components - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés fogaskerekek, különösen kereszttengelyes, egymást keresztező és egymást nem keresztező tengelyes fogaskerekek, csavarkerekek, kúpkerekek, hipoid kerekek és hasonló gépelemek, alkatrészek indukciós edzésére.

Az olyan gépelemek, mint a fogaskerekek, bordástengelyek, lánckerekek és általában a hajtásáttételi és erőátviteli elemek gyakran nagy terhelőnyomatéknak, koptatóterhelésnek és dinamikus terhelésnek vannak kitéve. Az erőátvitelekben alkalmazott fogaskerekek esetében normál üzemeltetés mellett is mindhárom felsorolt terhelésfajtával számolni kell. A hagyományos fogaskerékgyártási technológiáknál a fogaskerék kialakítását követően a fogak edzését szolgáló hőkezelés következik. A fogaskerekek hőkezelése különböző műveleti lépésekből állhat, amelyek közös célja, vagy egyetlen célkitűzése azonban bizonyos optimális tulajdonságokkal rendelkező mikrostruktúra kialakítása. Az edzési folyamat során a fogaskerék fogai sok esetben deformálódnak, és ez minőségromlást vagy változó, megbízhatatlan minőséget eredményez.

A hagyományos hőkezeléssel együttjáró problémák kiküszöbölésére, és ezáltal természetesen a gépelemek terhelésekkel és koptatóhatásokkal szembeni ellenállóképességének növelése érdekében elterjedten alkalmazzák a részleges - kiválasztó - edzés módszerét, amelynek révén edzett külső burkolatot hoznak létre, ily módon tehát csak a külső felületi rétegek változhatnak, miközben a fémtest túlnyomó része megtartja kívánt tulajdonságait, így többek között szilárdságát és alakíthatóságát.

• · · · · ··· · · · ·· ··· • · · · · • · · ·· ··· ···

-3A külső felületi réteg részleges edzésének egyik ismert technológiája, hogy a fogakat külön vetik alá indukciós edzésnek. Egy másik, ugyancsak részleges edzési technológia a karburálás. Az egyes fogak indukciós edzése profilos indukciós erősítővel történik, amely előre-hátra oszcilláló mozgást végez a fogaskerék foghézagaiban. Ez általában hűtőközegbe merített munkadarabbal történik. Az eljárás hátránya, hogy viszonylag lassú, hiszen egyszerre csak egy fog kezelése történik. A szelektív karburálás széles körben alkalmazott módszer, és az eljárás magában foglalja a felületek karburálás elleni felületi védőbevonattal történő ellátását is. A felületi védőbevonat megakadályozza, hogy a kemencevezetés során aktív szén hatoljon át a rétegen. Erre a célra leggyakrabban rézbevonatot használnak. A munkadarabot, például fogaskereket, a kezelendő felületeket, tehát adott esetben a fogakat kivéve mindenütt rézbevonattal látják el, és ezután hajtják végre a karburálást. A munkadarabot ezután felületkezelik, a teljes felületbevonatot rendbe hozzák, majd kemencében edzik, végül a hűtés következik.

A karburálási technológia nehézségei és költségei a szakembereket arra késztették, hogy újabb módszereket fejlesszenek ki. Ezek közé tartozik az indukciós hevítés szelektív kéregedzéshez, és más megoldások, amelyek ugyanazokkal a hátrányokkal rendelkeznek, mint a már említett egyfogas” indukciós edzési technológia.

Az US-4,675,488 lajstromszámú szabadalmi leírásból olyan eljárás ismerhető meg, amelynek lényege, hogy egy fogaskerék több fogának indukciós hevítése, majd hűtése-edzése történik • ···· ··· • · · « · «·« ·· ··· ···

-4egyszerre. Az eljárás hátránya, hogy rendkívül összetett és költséges berendezést igényel.

Az említett szabadalmi leírás egyébként említést tesz olyan kísérletekről, amelyek arra irányultak, hogy fogaskerekek külső kerületi felszínének indukciós edzése a munkadarabot körülvevő indukciós tekercs segítségével történjen. A javasolt megoldás szerint két indukciós tekercset használnak, és a munkadarab az első indukciós tekercs belsejében koncentrikusan helyezkedik el. Az első indukciós tekercset egy első váltófrekvenciás árammal, adott időtartamon keresztül gerjesztik. Ezt követően meghatározott késleltetési idő elteltével az első indukciós tekercset egy második váltófrekvenciával, rögzített ideig új ragerjesztik, jóllehet ez az időtartam a megelőző gerjesztési szakasznál lényegesen rövidebb. A második gerjesztési szakaszt követően a munkadarabot azonnal beviszik a második indukciós tekercsbe, ahol koncentrikusan helyezik el, majd egy meghatározott várakozási idő elteltével a második indukciós tekercset meghatározott időintervallumon keresztül rádiófrekvenciás árammal gerjesztik, amelyet követően a külső felületeket rápermetezett hűtőfolyadékkal hűtik, miközben a munkadarab még a második indukciós tekercs belsejében található.

Ismertek olyan kétfrekvenciás indukciós fűtőeszközök, amelyek a fogaskerekek fogainak előmelegítésére alacsonyfrekvenciás áramot használnak, majd nagyfrekvenciás (rádiófrekvenciás) árammal történik a hűtés-edzés. Az előző bekezdésben ismertetett eljáráshoz is lényegében hasonló berendezés alkalmazható.

• · ·

-5A kétfrekvenciás módszert a jelen találmány alkotói a Heat Treating folyóirat 1987. júniusában kiadott 19. kötet 6. számában Induction Gear Hardening by the Dual Frequency Method című cikkükben ismertették. Amint a cikkből kitűnik, a kétfrekvenciás fűtéshez nagyfrekvenciájú és alacsonyfrekvenciájú hőforrásokat alkalmaznak. A munkadarabot (fogaskereket) először viszonylag alacsonyfrekvenciás (3-10 kHz) hőforrással melegítik, amely a fogaskerék-fogak előmelegítéséhez szükséges energiamennyiséget biztosítja. Az előmelegítést közvetlenül követi a nagyfrekvenciás (100-300 kHz) hőforrással történő fűtés. Az alkalmazott paramétereket - frekvenciákat és időtartamokat a fogaskerék méretei és átlós lépése határozzák meg. A nagyfrekvenciás fűtés révén a fogazat teljes kerülete mentén gyorsan elérhető a felületi réteg végleges edzési hőmérséketre történő felmelegítése. A fogaskereket ezután a kívánt keménységre edzik és hőkezelik.

A kétfrekvenciás fűtés a leggyorsabb ismert módszer a fogaskerekek felmelegítésére. A fűtéshez szükséges idő nem több, mint 0,14-2,0 másodperc. Összehasonlításul megemlítjük, hogy lézeres melegítésnél, ahol a lézerrel a fogaskereket fogról fogra kell letapogatni, 4-30 percre van szükség. A kétfrekvenciás fűtésnél a központosító tengelyen forgatott munkadarabot előmelegítik, majd egy gyors impulzus révén közük a szükséges végleges hőmennyiséget. Ezt követően a munkadarabot vízalapú hűtőfolyadékba forgatják, ami mintegy 15-30 másodpercet vesz igénybe.

• « · · · ··· · ···· ··· • · · · · • ·· · · ··· ···

-6A kétfrekvenciás módszer egyedülálló a fogaskerék-edzési eljárások között abból a szempontból, hogy lehetővé teszi egymásnak ellentmondó feltételek egyidejű figyelembevételét. A hagyományos edzési eljárásoknál az adott rétegmélység és a megengedett deformálódás követelményei általában csak egymás rovására teljesíthetők. Mivel a kétfrekvenciás edzésnél csupán a szükséges hőmennyiséget közlik a munkadarabbal - ez általában a hagyományos indukciós fűtésnél közölt hőmennyiség 1/2-1/10 része -, a rétegmélység és a geometriai tűrések (megengedett deformációk) követelményei általában együtt is teljesíthetők.

Az indukciós fűtési eljárások esetében, függetlenül attól, hogy egy- vagy kétfrekvenciás módszerről van szó, és függetlenül a kezelendő munkadarab típusától és anyagától, az indukciós tekercs vagy tekercsek és a legmegfelelőbb beállítás optimális paramétereit mindenképpen a munkadarab jellemzői határozzák meg. Csak a helyesen kialakított és méretezett indukciós tekerccsel és pontos eszközbeállítással érhetők el a fogaskerekek edzésének eredményességével szemben támasztott komplex követelmények: olyan kerületmenti és felületi tulajdonságok, amelyek biztosítják a koptatóhatásokkal és különböző terhelésfajtákkal szembeni ellenállóképességet, miközben a munkadarab egésze megtartja szilárdságát, alakíthatóságát és pontos geometriai méreteit. Ha ugyanis a fogaskerék vagy más munkadarab anyaga az edzést követően túl rideggé válik, idő előtti elhasználódással, repedésekkel, esetleg töréssel kell számolni.

Az US-4,749,834, US-4,757,170, US-4,785,147, US-4,855,551 és US-4,855,556 lajstromszámú szabadalmi leírásokból további ··· · ···« ··· • · a · a • ·· aa · ·· · · *

-7indukciós edzési eljárások ismerhetők meg. Az US-4,749,834 lajstromszámú szabadalmi leírás például körkerületi, sugárirányban kifelé néző felületükön fogazott munkadarabok edzésére irányuló eljárást ismertet, ahol a munkadarabot a kifelé néző felületével koncentrikus forgástengely körül forgatják. A fogazások külső csúcspontjai forgás közben egy külső körpályát írnak le. Az eljárás, amint a rajzokból is kitűnik, kézenfekvőén olyan fogaskerekek edzésére alkalmas, amelyek egységes fogazat-konfigurációval rendelkeznek.

Az US-4,757,170 lajstromszámú szabadalmi leírás lényegében hengeres külső palástfelületű, hosszúkás munkadarabok progresszív edzésére alkalmas eljárást és berendezést ismertet. A megoldás lényege, hogy egymás közvetlen közelében két indukciós fűtőtekercset helyeznek el, amelyek mindegyike munkadarabfogadó nyílással rendelkezik, amelyekben a munkadarab koncentrikusan rendezhető el, a berendezés pásztázó üzemmódban működik, amihez fogasléchajtást alkalmaznak. A rajzon bemutatott példa egyenletes fogazató fogaskerék munkadarabra vonatkozik.

Az US-4,785,147 lajstromszámú szabadalmi leírás a fent említett US-4,749,834 lajstromszámú szabadalmat eredményező szabadalmi bejelentés folytatólagos bejelentéséből származik, így tárgya is azzal egyező.

Az US-4,855,551 lajstromszámú szabadalmi leírásból fogaskerék kifelé néző fogazatfelületének edzésére szolgáló eljárás és berendezés ismerhető meg. Ez a szabadalom a fent említett US-4,785,147 lajstromszámú szabadalmat eredményező szabadalmi

-8• · · · « • ♦· ·« ··· «·· bejelentés folytatólagos bejelentéséből származik, így mellékletei sem tartalmaznak attól lényegében eltérőt.

Az US-4,855,556 lajstromszámú szabadalmi leírásból lényegében hengeres külső palástfelületű, hosszúkás munkadarabok progresszív edzésére szolgáló eljárás és berendezés ismerhető meg. A szabadalom az előzőekben említett US-4,757,170 lajstromszámú szabadalmat megalapozó szabadalmi bejelentés folytatólagos bejelentéséből származik, mellékletei műszaki tartalmukat tekintve lényegében megegyeznek azzal.

A fent ismertetett, technika állásához tartozó megoldások mindegyike egyenletes fogazatú fogaskerekek és hasonló munkadarabok kezelésére irányul, nem adnak azonban útmutatást az olyan fogaskerekek és más munkadarabok indukciós edzésére vonatkozóan, amelyeknél a fogak geometriája nem egyenletes.

Hagyományosan egy adott indukciós tekercskialakítást használnak különböző alkatrészek, gépelemek és más munkadarabok indukciós edzésére, úgy, hogy a kívánt hatékonyságot próbálgatás útján történő megfelelő beállítással igyekeznek elérni. Az indukciós tekercs rögzítésével az egyik rendszerváltozó kiküszöbölhető, és az operátor ún. ismétlő közelítéses módszerekkel juthat el az optimális beállításhoz. Ez természetesen meglehetősen szubjektív módszer, az operátor felkészültségétől, tapasztaltságától függ a várható eredmény. Azt mondhatjuk ezért, hogy ez a megközelítés tudományosan nem kellően megalapozott, és ennek hátrányai fokozottan jelentkeznek akkor, ha szabálytalan körvonalú munkadarabok, például fogaskerekek és hasonlók kezeléséről van szó.

• ♦ · • ··· ·#** • · · * · «·« · 4 ««· «4·

-9Nem állnak rendelkezésre olyan formulák, képletek vagy más eszközök, amelyek segítségével az indukciós tekercsek optimális specifikációi és az indukciós berendezés optimális beállításai adott feladathoz és munkadarabhoz minden lényeges tényező figyelembevételével biztonságosan meghatározhatók. Ehelyett csak becsült tekercsparamétereket választanak, amelyek az adott feladathoz durván megfelelőnek látszanak, és a rendszerváltozók kombincáióival történő manipuláció útján igyekeznek az elfogadható beállításokat meghatározni.

Az indukciós tekercs specifikációk és a kívánt beállítások bizonytalanságának kiküszöbölésére, az optimálishoz közelítő, a munkadarabtól, annak geometriájától és egyéb jellemzőitől függetlenül pontosan meghatározható indukciós paraméterek meghatározására a jelen találmány feltalálói egy korábbi szabadalmukban már igyekeztek megoldást találni. Az US-4,845,328 lajstromszámú szabadalomból olyan indukciós edzési eljárás és berendezés ismerhető meg, amelynek lényege, hogy az indukciós tekercs célszerű paramétereit és a megfelelő beállításokat képletek sorozatának segítségével határozzák meg. Ez a módszer tudatos számítások révén teszi lehetővé, hogy a tekercsspecifikációkat és a rendszerváltozókat - beállításokat - az adott munkadarab jellemzőinek megfelelően, ismételhető eredménnyel - nem véletlenszerűen - minden esetben meghatározhassuk. Az ismertetett formulák sorozatai révén a tekercsparaméterek és a rendszerváltozók a véletlen kizárásával, a hibavalószinűség csökkentésével határozhatók meg.

• · ·

-10Az US-4,845,328 lajstromszámú szabadalmi leírásból megismerhető módszer azonban elsősorban párhuzamos tengelyes fogaskerekek indukciós edzésének megoldására irányul. Adott feladat esetében, konstans fogméretek mellett, a formulák megoldást nyújtanak a fűtési paraméterek teljeskörű meghatározásához. Az eltérő formájú munkadarabok, így a kereszttengelyes fogaskerekek, az egymást keresztező tengelyes fogaskerekek és a nem keresztező tengelyes fogaskerekek (hipoid kerekek) fogméretei nem állandóak, így a formulák rájuk nem érvényesek.

A jelen találmány feltalálóinak korábbi szabadalma szerint a matematikai algoritmusokban a kezelendő fogaskerék paramétereit, így például átlós lépését használják fel. A módszer többek között azon a feltételezésen alapul, hogy a csúcstól a fognyakig az összes fog mérete egységes. A munkadarab pozicionálása az indukciós tekercsben, valamint a belső átmérő és külső átmérő közötti fűtési diagram is a fogak méretének egyenletességét tükrözi.

Az US-4,845,328 lajstromszámú szabadalmi leírás szerint végrehajtott indukciós edzés párhuzamos tengelyes fogaskerekeknél sikeresnek bizonyult, a kereszttengelyes, egymást metsző tengelyes és nem metsző tengelyes fogaskerekeknél azonban, ahol a fogak tömege a csúcstól a fognyak felé növekszik, már nem biztosít ugyanolyan eredményt. Példa erre a hipod kerék, amely minden hátsókerékhajtású és négykerékhajtású gépkocsiban és teherautóban megtalálható, és a fogazat geometriája a csúcstól a fognyakig nem egyenletes.

···* ·· ···· ···· • · · · · ·«« · ···· ··φ • · · · · ··· φ · · φ · ···

-11Α találmánnyal célunk olyan indukciós edzési eljárás kidolgozása és megfelelő berendezés kialakítása, amelynek segítségével a fent említett, nem egyenletes fogazattal rendelkező munkadarabok, így különösen a kereszttengelyes, az egymást keresztező tengelyes és nem keresztező tengelyes fogaskerekek, különösen például hipoidkerekek stb. kezelése megbízhatóan megvalósítható.

A kitűzött feladat megoldására olyan eljárást dolgoztunk ki, amelynek keretében a kezelendő munkadarabot pozícionáljuk, az indukciós tekercset nagy frekvenciás elektromos energiaforrásra csatlakoztatjuk, a munkadarabnak megfelelően beállítjuk a teljesítményszintet és az impulzus időtartamokat, és az indukciós tekercset a beállított teljesítményszintekkel és impulzusidőtartamokkal gerjesztjük; a találmány lényege, hogy az indukciós tekercset a munkadarab fölött és/vagy körül, felületével a munkadarab felső felületének síkjával meghatározott dőlésszöget bezáróan rendezzük el.

A találmány szerinti eljárást előnyösen úgy valósítjuk meg, hogy az indukciós tekercsre egy kezelési ciklusban négy kisteljesítményű, majd egy nagyteljesítményű impulzust adunk.

A találmány szerinti eljárás során az indukciós tekercset a vízszinteshez képest 5° és 40° közötti szögben állítjuk be. Célszerű továbbá az indukciós tekercset a pozícionált munkadarab geometriai középvonalához képest eltolt helyzetbe beállítani.

• · · · · •«· · ···· ··· • · ♦ · * ··· ·· ··· ♦ · ·

-12A találmány szerinti eljárás megvalósítása során a munkadarabot előnyösen az indukciós tekercshez kapcsolt hűtőeszköz segítségével hűtőfolyadékkal hűtjük.

A találmány szerinti berendezésnek forgatóhajtással rendelkező munkadarabfelvevő eszköze, nagyfrekvenciás indukciós tekercse és az indukciós tekercsre csatlakozó, gerjesztőimpulzusokat szolgáltató tápegysége van, ahol az indukciós tekercs a találmány szerint a munkadarabfelvevő eszköz fölött, felületével a forgástengelye körül forgatott munkadarab számára forgáspályája egy szakaszán fűtési zónát meghatározó ferde szöghelyzetben van elrendezve, úgy, hogy a megfelelő ferde szöghelyzet a munkadarabfelvevő eszközhöz képest előnyösen beállítható. A forgatott munkadarab kezelendő részei tehát minden fordulat során belépnek a fűtési zónába, majd meghatározott szögelfordulás után kilépnek belőle.

A találmány szerinti berendezés továbbá előnyösen hűtőfolyadékforrással és a hűtőfolyadékot a kezelendő munkadarabra továbbító eszközzel rendelkezik.

A találmány szerinti berendezés egy alternatív változata, amely különösen hipoidkerekek indukciós edzésére alkalmas - ahol a fogaskerék fogai a fogcsúcstól a fognyakig változó fajlagos tömegűek forgatóhajtással ellátott munkadarabfelvevő eszközzel, a munkadarabfelvevő eszköz fölött elrendezett indukciós tekerccsel és az indukciós tekercs számára gerjesztőimpulzusokat szolgáltató tápegységgel rendelkezik; a találmány sze• · · • · ·

rint az indukciós tekercs a munkadarabfelvevő eszköz felületéhez képest meghatározott dőlésszöget bezáróan van elrendezve, úgy, hogy a forgástengelye körül forgatott fogaskerék fogai számára forgáspályájuk egy szakaszán fűtési zónát képez. Az indukciós tekercs előnyösen nagyfrekvenciás tekercs.

A találmányt a továbbiakban a rajz alapján ismertetjük. A rajzon:

az 1. ábrán a találmány szerint kialakított berendezés példaként! kiviteli alakjának blokkvázlatát tüntettük fel;

a 2. ábrán a találmány szerinti berendezés példaként! kiviteli alakjának részletét ábrázoltuk, oldalnézetben, részben metszetben;

a 3-4. ábrák az indukciós tekercs munkadarabhoz viszonyított relatív eltolt helyzetét szemléltetik, elölnézetben illetve felülnézetben;

az 5. ábra a 3. ábra szerinti berendezés indukciós tekercsének részletét mutatja, vázlatosan, metszetben;

a 6. ábrán a találmány szerinti berendezés egy másik példakénti változatának indukciós tekercsét tüntettük fel, amelynek belsejében példaként egy kúpkerék van elrendezve.

Amint az 1. ábrából kiűnik, a találmány szerinti eljárás megvalósítására alkalmas példakénti 20 berendezésnek 21 programozható logikai egysége van, amely 22 nagyfrekvenciás generá torral és 23 munkablokkal van vezérlő kapcsolatban. A 22 nagyfrekvenciás generátor kimenete a 23 munkablokkra csatlakozik. A • · · · · ··· · ···« ··« • · « · · ··· ·« ·«· ···

-1421 programozható logikai egység 24 számítógéppel van vezérelt kapcsolatban. A 24 számítógépre 24a kézi adatbeviteli egység és 25 lemezmeghajtó csatlakozik. A 24 számítógép egy további jelkimenete 21a generátorvezérlő áramkör jelbemenetére csatlakozik. A 21a generátorvezérlő áramkör kimenete a 21 programozható logikai egység egyik jelbemenetére van kötve. Megjegyezzük, hogy a 21 generátorvezérlő áramkör példakénti kialakítása az US-563,398 sorszámú szabadalmi bejelentés anyagából ismerhető meg részletesebben.

A 23 munkablokkhoz továbbá 40 hűtőfolyadéktartály csatlakozik, amely biztosítja a 23 munkablokkban pozícionált 27 munkadarab hűtőfolyadékkal történő hűtését.

A 23 munkablokk magában foglalja a szaggatott vonalakkal jelölt 23a munkadarabfelvevő eszközt, amely - a 2. ábra szerinti példakénti kialakítás esetében - a 27 munkadarabot felvevő és pozicionáló 28 hordozólapot és 29 hajtótengelyen rácsatlakozó 30 hajtómotort tartalmaz. A 29 hajtótengely centrikusán csatlakozik a 28 hordozólap aljához. A 27 munkadarab, adott esetben hipoidkerék lényegében sík alsó felületén kicsiny furattal van ellátva, amelybe a 28 hordozólapból felfelé kiálló 28a pozicionálótű benyúlik, így a 27 munkadarab előírt helyzete a 28 hordozólapon biztosított. Amikor tehát a 30 hajtómotor a 28 hordozólapot hajtja, a 27 munkadarab is együttforog. A jellemző forgássebesség percenként 900 és 1800 fordulat között van. A 30 hajtómotor önmagában ismert motor, például SPL 6100.5-18M típsú Setco modell.

• ··«

-15Amint a 2. ábrán látható, a 28 hordozólapon pozícionált 27 munkadarab felfelé néző 27a felülete fölött 26 indukciós tekercs van elrendezve, úgy, hogy a 28 hordozólap és a 27 munkadarab 27a felületének lényegében vízszintes síkjával Φ dőlésszöget zár be. A Φ dőlésszögnek köszönhetően azon az oldalon, ahol a 26 indukciós tekercs a 27 munkadarabhoz legközelebbi helyzetben van, a 26 indukciós tekercs a csúcsrésztől távolabb, a nyakrészhez közelebb kerül. A nyakrész a fogaskerék fogainak nagyobb anyagvastagságú részét jelenti, és a 26 indukciós tekercs viszonylagos közelsége miatt az indukciós fűtés ezeken a részeken kezdődik. A nyakrészek ezután hőt közvetítenek a csúcsrészek felé, így a csúcsrészek is a kívánt hőmérsékletre melegednek, miközben a nyakrészek indukciós fűtése folytatódik. Ha a 26 indukciós tekercset a 27 munkadarab felületéhez képest nem az említett ferde Φ dőlésszögben rendeznénk el, a csúcsrészek túlságosan átforrósodnának, míg a nyakrészek kívánt hőmérsékletre történő indukciós felmelegítése még folyamatban lenne. A megfelelő Φ dőlésszöget részben a 27 munkadarab testének geometriája (kúpszöge stb.), részben pedig a fogak csúcsrész és nyakrész közötti fajlagos tömegváltozása határozza meg. A Φ dőlésszög beállítását a 3. ábra szemlélteti. Amint az ábrából kitűnik, a 26 indukciós tekercs megfelelő Φ dőlésszög révén történő beállítása a fogaskerék fogaihoz lényegében azon szögnek megfelelő beállítást jelent, amely szöget a fogak nyakrésztől orrészig terjedő felületének ferdesége határoz meg. A 26 indukciós tekercs találmány szerinti, Φ dőlésszögű síkban történő elrendezése a 27 munkadarabhoz képest tehát arra irányul, hogy ···· «* • · · · · • · · *« ··· ··*

-16a 26 indukciós tekercs munkahelyzetben közelebb kerüljön a fogak nagyobb fajlagos tömegű nyakrészéhez, és távolabb legyen a kisebb fajlagos tömegű csúcsrésztől. Ez biztosítja, hogy a találmány szerinti eljárás során az említett típusú, tehát kereszttengelyen, egymást keresztező tengelyes és egymást nem keresztező tengelyes fogaskerekek fogainak egyenletes és kiegyenlített indukciós felmelegítését.

A 4. ábra a 26 indukciós tekercs 27 munkadarabhoz képest eltolt helyzetét szemlélteti. A kismértékű középponteltolás a 27 munkadarab viszonylag nagy forgatási sebességével együtt előnyös az indukciós fűtés egyenletessége szempontjából, és biztosítja, hogy valamennyi fog teljes tömege megfelelően fel legyen melegítve az indukciós eljárás során. A 26 indukciós tekercs és a 27 munkadarab közötti hézag (légrés) a nyakrészeknél előnyösen 2,5 mm (0,1 inch), a csúcsrészeknél 23 mm (0,9 inch).

A 26 indukciós tekercs lényegében hengeres formájú, és a 4. ábra szerint előnyösen úgy van elrendezve, hogy középpontja a 27 munkadarab forgástengelyéhez képest kissé eltolt (az ábrán balra) helyzetű.

A 2. ábrára visszatérve látható, hogy a 26 indukciós tekercshez 35 fűtőeszköz kapcsolódik. A 26 indukciós tekercset és a 35 fűtőeszközt 32 karnyúlványra erősítettük, amely 33 rögzítőelem segítségével 34 tartóoszlopon van rögzítve. A 26 indukciós tekercshez 35a műanyaggyűrű kapcsolódik, amely egyrészt javítja a 26 indukciós tekercs tartását, másrészt 35b szögidom révén a 33 rögzítőelemhez csatlakozik. Az indukciós edzés műveleteit akkor lehet indítani, ha a 27 munkadarabot megfelelően

-17pozicinálva elhelyeztük a 28 hordozólapon, és a 26 indukciós tekercset a fent említett befogó- és rögzítőtagok segítségével megfelelő helyzetbe beállítva rögzítettük.

Az indukciós edzési eljárás első lépése a 30 hajtómotor beindítása, ennek révén a 27 munkadarab előírt fordulatszámon történő forgatása. A forgatási sebesség adott fogaskeréktípus és -méret esetén például 900-1800 fordulat/perc. A 27 munkadarab 26 indukciós tekerccsel történő indukciós fűtése négy nagyfrekvenciás, kisteljesítményű impulzussal kezdődik, amelyeket a 22 nagyfrekvenciás (rádiófrekvenciás) generátor biztosít. A 22 nagyfrekvenciás generátor példánk esetében 600 kW teljesítményű, 230-280 kHz frekvencián működő eszköz. Az említett négy kisteljesítményű, nagyfrekvenciájú impulzus teljesítménye a 22 nagyfrekvenciás generátor teljesítményéhez képest mintegy 30 %-os teljesítményszintű. Az első nagyfrekvenciás impulzus időtartama mintegy négy másodperc, amelyet kettő másodperc időtartamú késleltetéssel követ a második öt másodperc időtartamú impulzus. Ezt kettő másodperc késleltetéssel követi a harmadik, hat másodperc időtartamú impulzus, amelyet ugyancsak kettő másodperc késleltessél a negyedik, szintén hat másodperc időtartamú nagyfrekvenciás impulzus követ.

A négy nagyfrekvenciás impulzus után mintegy nyolc másodperc időtartamú késleltetéssel egy nagyteljesítményű impulzust adunk, amelynek teljesítményszintje a 22 nagyfrekvenciás generátor teljesítményének (650 kW) mintegy 79 %-a, időtartama pedig 2,65 másodperc. A nagyteljesítményű impulzust követően azonnal, késleltetés nélkül kezdődik a hűtés.

-18Amint a 2. ábrán látható, a 35 hűtőeszköz 40 hűtőfolyadéktartálya (1. ábra) 39 csöveken és 37 csatlakozószerelvényeken keresztül csatlakozik a 38 felső elosztószerelvénybe, amely a 26 indukciós tekercshez kapcsolódik. A 35 hűtőeszköz túlnyomó része a 26 indukciós tekercs fölött helyezkedik el, 36 domború része azonban lefelé átnyúlik a 26 indukciós tekercs közepén. A 38 felső elosztószerelvénybe a 39 csöveken és a 37 csatlakozószerelvényeken keresztül érkezik a hűtőfolyadék, ahonnan belső vezetékeken keresztül áramlik tovább a 36 domború részben kialakított kimenőfuratokhoz, amelyek a 27 munkadarab felületére vannak irányítva. A 36 domború rész kialakítása, valamint a kivezető furatok száma, elrendezése és irányai biztosítják a megfelelő hűtőhatást a 27 munkadarab valamennyi fogának összes felületén. Jóllehet a 36 domború rész a 27 munkadarabhoz képest a 26 indukciós tekerccsel megegyező ferde szöghelyzetben van, a tökéletesebb és egyenletesebb fűtőhatás érdekében célszerű a 27 munkadarabot a hűtés művelete közben is lassan forgatni.

Az 1. ábrán jelölt 40 hűtőfolyadéktartály mintegy 60 liter belső térfogattal rendelkezik. A 39 csövek belső átmérője 1 inch (25,4 mm). Alkalmas hűtőközeg például az E.F.Houghton 364 jelű vizes hűtőfolyadék, amely 5 és 10 % között töménységű glikonoldat.

A 27 munkadarab 26 indukciós tekercshez viszonyított függőleges helyzete az indukciós fűtés valamennyi fázisa során változatlan marad, a hűtési szakaszban azonban a hűtés hatékonyságának fokozása érdekében kismértékű tengelyirányú elmozdulás megengedett. Miután a hűtés befejeződött, a 27 munkadara

-19bot a 28 hordozólapról eltávolítjuk, a 20 berendezés részeit viszaállítjuk kiindulási helyzetbe, és a 23 munkablokk készen áll a következő kezelendő fogaskerék fogadására.

A 21 programozható logikai egység vezérli a 22 nagyfrekvenciás generátort, valamint a 35 hűtőeszköz hűtőfolyadék-adagolását és időzítését. Egy vezérlőpultról az összes kezelői utasítás és a 21 progamozható logikai egység működéséhez szükséges valamennyi adatbevitel biztosítható. A számítógépnek köszönhetően minimális operátori adatfeldolgozásra van szükség. A 21 programozható logikai egység vezérli a 22 nagyfrekvenciás generátort a kívánt kis- és nagyteljesítményű impulzusok előállítására, a szükséges teljesítményszintek és impulzusidőtartamok megvalósítására. A kisteljesítményű impulzusok számát vagy az operátor táplálja be a vezérlőpult segítségével, vagy a 27 munkadarab paramétereit is figyelembe vevő számítógépprogram végzi a vezérlést.

Az 5. ábra a 26 indukciós tekercs példaként! kialakításának részletét mutatja. A 26 indukciós tekercs ezen változata lényegében hengeres, 50 ferde felső oldallal, 52 alsó oldalán pedig 51 lépcsős felülettel rendelkezik. Az 50 ferde felső oldal, valamint az 54 külső oldal és az 55 belső oldal 53 fluxuskoncentráló réteggel van ellátva. Az 53 fluxuskoncentráló réteg anyaga előnyösen műanyagban szuszpendált vaspor.

A 6. ábrán a találmány szerint kialakított 20 berendezés indukciós tekercsének egy másik példaként! változata látható. A 60 indukciós tekercs 61 munkadarab körül van elrendezve. A 61 munkadarab példánk esetében hajtófogaskerék, amelynek fogai nem • · · · • · ·

-20egyenletes tömegűek, egyik végüktől a másikig fokozatosan változóak. A 60 indukciós tekercset példánk esetében nem a 61 munkadarab fölött, hanem körülötte rendezzük el.

A 61 munkadarab 62 ívelt (spirál) fogakkal rendelkezik, amelyek fajlagos tömege a 63 fogcsúcstól a 64 fognyak felé növekszik. Ebből adódik, hogy a 60 indukciós tekercset a 61 munkadarabhoz képest a találmány szerint úgy kell elrendezni, hogy a 60 indukciós tekercs 65 belső oldala a 61 munkadarab oldalához képest olyan ferde dőlésszöget bezáróan helyezkedjen el, hogy a 60 indukciós tekercs lényegesen közelebb legyen a 64 fognyakhoz, mint a 63 fogcsúcshoz.

Az eljárás során a 61 munkadarabot nagy fordulatszámmal forgatjuk, és a 60 indukciós tekercs magasságban teljesen bezárja a 61 munkadarabot.

A találmány szerinti berendezés 1. ábra szerinti blokkvázlata ugyanúgy érvényes lehet a 60 indukciós tekercset és 61 munkadarabot tartalmazó rendszerre, mint az a 2-5. ábrák szerinti, 26 indukciós tekercset és 27 munkadarabot tartalmazó változatra. Elrendezésbeli eltérés csupán a 35 hűtőeszköznél lesz, hiszen a 61 munkadarab a 60 indukciós tekercs belsejében található, és így a hűtőeszközt a 61 munkadarab fölött és körül kell elrendezni, hűtőfolyadékkivezető furatait a 62 ívelt fogakra irányítva.

A fentiekkel kapcsolatban megjegyezzük, hogy a rajz alapján a találmánynak csupán lehetséges változatait ismertettük, ami semmiképpen nem jelenti azt, hogy az igényelt oltalmi kört is ezekre korlátoznánk.

Claims (13)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. ) Eljárás fogaskerekek és hasonló munkadarabok indukciós edzésére, amelynek keretében a kezelendő munkadarabot pozícionáljuk, az indukciós tekercset nagyfrekvenciás elektromos energiaforrásra csatlakoztatjuk, a munkadarabnak megfelelően beállítjuk a teljesítményszintet és a pulzusidőtartamokat, és az indukciós tekercset a beállított teljesítményszintekkel és impulzusidőtartamokkal gerjesztjük, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercset (26, 60) a munkadarab (27, 61) fölött és/vagy körül, felületével a munkadarab felső felületének (27a) síkjával meghatározott dőlésszöget (Φ) bezáróan rendezzük el.

2. ) Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercsre (26, 60) egy kezelési ciklusban négy kisteljesítményű, majd egy nagyteljesítményű impulzust adunk.

3.) Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercset (26, 60) a vízszinteshez képest 5° és 40° közötti dőlésszög-

ben (Φ) állítjuk be.

-23azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercs (26, 60) a munkadarabfelvevő eszköz (23a) fölött hozzá képest beállítható, felületével a forgástengelye körül forgatott munkadarab (27, 61) számára forgáspályája egy szakaszán fűtési zónát meghatározó ferde szöghelyzetben van elrendezve.

4. ) Az 1-3. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercset (26, 60) a pozícionált munkadarab (27, 61) geometriai középvonalához képest eltolt helyzetbe állítjuk be.

• · · 4 · ··« 4 ···· 4*4 • 4 · 4 ♦

5. ) Az 1-4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a munkadarabot (27, 61) az indukciós tekercshez (26, 60) kapcsolt hűtőeszköz (35) segítségével hűtőfolyadékkal hűtjük.

6. ) Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercsre (26, 60) egy kezelési ciklusban négy kisteljesítményű, majd egy nagyteljesítményű impulzust adunk.

7. ) Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercset (26, 60) a vízszinteshez képest 5° és 40° közötti dőlésszögben (Φ) állítjuk be.

8. ) Berendezés fogaskerekek és hasonló munkadarabok indukciós edzésére, amelynek forgatóhajtással rendelkező munkadarabfelvevő eszköze, nagyfrekvenciás indukciós tekercse és az indukciós tekercsre csatlakozó, gerjesztőimpulzusokat szolgáltató tápegysége van, • · ·

9. ) A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy hűtőfolyadékforrással és a hűtőfolyadékot a kezelendő munkadarabra (27, 61) továbbító eszközzel rendelkezik.

10. ) Berendezés fogaskerekek, különösen hipoidkerék indukciós edzésére, ahol a fogaskerék fogai a fogcsúcstól a fognyakig változó fajlagos tömegűek, és a berendezésnek forgatóhajtással ellátott munkadarabfelvevő eszköze, a munkadarabfelvevő eszköz fölött elrendezett indukciós tekercse és az indukciós tekercs számára gerjesztőimpulzusokat szolgáltató tápegysége van, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercs (26, 60) felületével a munkadarabfelvevő eszköz (23a) felületéhez (31) képest ferdén, a forgástengelye körül forgatott fogaskerék fogai számára forgáspályájuk egy szakaszán fűtési zónát meghatározó dőlésszöget (Φ) bezáróan van elrendezve.

11. ) A 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercs (26, 60) nagyfrekvenciás tekercs.

12. ) Berendezés fogaskerekek indukciós edzésére, amelynek forgatóhajtással rendelkező munkadarabfelvevő eszköze, a munkadarabfelvevő eszköz fölött elrendezett nagyfrekvenciás indukciós tekercse és az indukciós tekercset gerjesztő tápegysége van, azzal jellemezve, hogy az indukciós tekercs (26, 60) a munkadarabfelvevő eszközhöz (23a) képest beállítható, a fogaskerék fogai számára forgáspályájuk egy szakaszán fűtési zónát meghatározó ferde szöghelyzetben van elrendezve.

13. ) A 12. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy hűtőfolyadékforrással és a hűtőfolyadékot a kezelendő munkadarabra (27) továbbító eszközzel rendelkezik.