WO2000060129A1 - Verfahren zum induktiven randschichthärten von hohlen werkstücken - Google Patents

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WO2000060129A1
WO2000060129A1 PCT/EP2000/000930 EP0000930W WO0060129A1 WO 2000060129 A1 WO2000060129 A1 WO 2000060129A1 EP 0000930 W EP0000930 W EP 0000930W WO 0060129 A1 WO0060129 A1 WO 0060129A1
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WO
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workpiece
inductor
wall
hardening
shower
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PCT/EP2000/000930
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English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Lubrig
Bertram Seifert
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/14—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for inductive surface hardening of hollow workpieces, in particular motor vehicle components, to which particularly high accuracy requirements are imposed, according to the preamble of claims 1 to 4.
  • No. 4,401,485 discloses a method for induction hardening the inner wall of a thin-walled axially symmetrical sleeve, in which an inductor adapted to the sleeve geometry is used, which is arranged above a quenching shower.
  • the activated inductor is first pushed through the workpiece from top to bottom, the inner wall being heated and the workpiece being cooled at the same time by a shower surrounding the workpiece.
  • the object of the invention is to improve the known method in such a way that a hardening of the hollow workpiece with little distortion takes place in a single process step by means of a simply constructed device.
  • This object is achieved according to the invention by the features of method claims 1 to 4.
  • an inductor is used, the shape of which is adapted to the geometry of the workpiece to be hardened and above which a quenching spray adapted to the workpiece geometry is arranged.
  • the inductor is first pushed into the workpiece from below to the upper edge of the hardness zone in the switched-off state.
  • the activated inductor is moved from top to bottom along the hardening zone, whereby the hardening zone is gradually heated up.
  • a coolant is sprayed over the quench spray onto an area immediately above the heated hardening zone, as a result of which this — already heated — area is quenched and thus hardened
  • the quenching shower is arranged above the inductor, the coolant used for quenching runs down the inner wall of the material, so that the hardening zone currently heated by the inductor and located below the showerhead is wetted by a flowing water film. This results in additional cooling of the workpiece, also directly in the heated area, which does not impair the hardening process, but at the same time leads to a minimization of the delay in hardness.
  • the microstructure changes perfectly, for example with regard to grain size and martensite needle length.
  • the hardness depths that can be achieved are up to 3 mm. Due to the simultaneous cooling of the workpiece wall from the outside and from the inside - even in the area of local inductive heating - the residual stress state of the workpiece is largely maintained during hardening and the delay in hardness is minimized. Even with very thin-walled workpieces, such as joint housings, a very reproducible hardening process is therefore achieved and the delay in hardness is reduced to values of less than 1/100 mm.
  • the inductor is advantageously designed as a ring, the outer diameter of which is somewhat smaller than the inner diameter of the workpiece, so that uniform heating of the entire inner wall is ensured when the inductor is moved downward along the cylinder axis through the interior of the workpiece.
  • the workpiece is rotated about the cylinder axis of the inner wall of the workpiece to be hardened (see claim 7).
  • this process is not limited to the hardening of inner walls.
  • outer walls can also be hardened analogously (see patent claims 3 and 4), wherein an inner shower should also be provided for cooling the inner wall of the workpiece.
  • Fig. 1 a workpiece with a hardening device for hardening the inner wall of the workpiece ... Fig. 1 a ... before the start of the hardening process, Fig. 1 b ... at the beginning of the hardening process, Fig. 1 c .. during the hardening process, Fig. 1 d. . after completion of the hardening process,
  • FIG. 2 shows a detailed view of a workpiece wall during the hardening process, according to area II in FIG. 1 c, Fig. 3 A workpiece with a hardening device for hardening the outer wall of the workpiece.
  • Figure 1a shows a hollow workpiece 1, e.g. a joint housing of a motor vehicle, the inner wall 2 of which is indicated in a hardness zone 3, e.g. a ball track to be hardened.
  • a hardening device 6 is used to produce this hardening zone, which extends between an upper edge 4 and a lower edge 5. It comprises an inductor 7 and a quenching shower 8, which is arranged above the inductor 7 on a common handling device 9.
  • the handling device 9 can be guided over a machine (not shown in the drawing) or also manually.
  • the handling device 9 contains the power supply line
  • the shape of the inductor 7 and the quench shower 8 is adapted to the geometry of the hardening zone 3 on the workpiece 1.
  • the hardness zone 3 of the workpiece 1 is of cylindrical symmetry.
  • the inductor 7 consists of an annular loop 13, the outer diameter 14 of which is somewhat smaller than the inner diameter 15 of the hardening zone 3. With such a choice of the inductor 7, regions surrounding the ring in the hardening zone 3 can be hardened.
  • the quench shower 8 includes a baffle plate 1 6, which in the switched-on state from the feeder
  • the quenching shower 8 can consist of a hollow cylinder, on the outer wall of which a large number of spray nozzles are arranged in such a way that they spray the quenching agent 1 2 outwards in a ring.
  • a screen shower 1 8 is used, the inner contour 1 9 of which is selected so that the screen shower 1 8 can accommodate the workpiece 1 to be processed in its interior.
  • the inner contour 19 of the screen shower 1 8 has the shape of a hollow cylinder which spans the entire outer wall 17 of the workpiece 1 opposite the hardness region 3 and projects beyond it.
  • the inner wall 19 of the screen shower 1 8 has a plurality of spray nozzles 20 through which a coolant 21 can be sprayed onto the workpiece 1 from the outside.
  • the workpiece 1 is clamped with its opening 22 downward in such a way that the workpiece axis 23 comes to lie essentially vertically (see FIG. 1 a). Then the screen shower 1 8 over the workpiece outer wall 1 7 pushed. Then the Hartungsvor ⁇ chtung 6 in the switched-off state coming from below through the opening 22 of the workpiece 1 so far into the interior 24 of the workpiece 1 that the inductor loop 13 comes to rest against the upper edge 4 of the hardening zone 3.
  • the quench spray 8 located above the inductor loop 13 projects deeper than the inductor loop 13 into the interior of the workpiece 24 and is therefore outside the hardening zone 3. Now the inductor 7, quench spray 8 and umbrella spray 1 8 are switched on (see FIG.
  • an adjacent region 26 of the inner wall 2 of the workpiece located above this heating region 25 is sprayed with quenching agent 1 2 by the quench spray 8 arranged above the inductor 7.
  • the quenching agent 1 2 runs down the inner wall 2 of the workpiece and wets the heating area 25, which is thereby surface-cooled.
  • the hardening device 6 is now progressively moved in the interior 24 of the workpiece 1 along the workpiece inner wall 2 in the direction of the workpiece opening 22, as a result of which the annular heating region 25 opposite the inductor loop 13 is locally heated (see FIG. 1 c).
  • the neighboring area 26 'lying just above this heating area 25, which had been heated shortly beforehand, is progressively locally quenched by the quenching shower 8, as a result of which this area 26' is locally hardened. As shown in detail in FIG.
  • the quenching agent 1 2 sprayed by the quenching shower 8 locally cools the neighboring area 26 ', then runs down along the inside wall 2 of the workpiece and wets the heating area 25 opposite the inductor loop 13. There, the quenching means 1 2 effects cooling the inner wall of the workpiece 2.
  • the heating region 25 is thus heated on the one hand by the inductor 7, the penetration depth 27 of which is determined by the inductor current, frequency and feed rate; on the other hand, the heating area 25 is cooled by the downward quenching agent 1 2 in the immediate wall area 28.
  • the desired surface layer and surface hardness is generated in the hardness zone 3 by the inductive heating and subsequent quenching, while the simultaneous cooling of the heating area 25 by wetting with quenching agent 1 2 the hard distortion of the workpiece 1 is reduced.
  • This hardening process is continued until the inductor loop 1 3 reaches the lower edge 5 of the hardening zone 3.
  • the inductor 7 is switched off and the hardening device 6 is pulled further out of the workpiece interior 24, while the quenching shower 8 remains in operation until it is located opposite the lower edge 5 of the hardening zone 3 and thus the entire hardening zone 3 has been quenched (see figure 1 d).
  • the Ab- shock shower 8 switched off and the curing device 6 removed from the workpiece interior 24.
  • the workpiece outer wall is cooled by the screen shower 1 8. This further minimizes the delay in hardness caused by the hardening process.
  • the workpiece 1 is held stationary during the hardening process, while the hardening device 6 is pushed into and out of the workpiece interior 24.
  • the hardening device 6 can be held stationary while the workpiece 1 is moved relative to the hardening device 6.
  • the workpiece 1 - as indicated by an arrow in FIGS. 1 b to 1 d - is rotated about its axis of symmetry 23 relative to the hardening device 6 and screen shower 1 8 during the hardening process in order to heat and quench as uniformly as possible over the entire cylindrical symmetrical hardening zone 3 to reach.
  • the hardening method according to the invention can also be applied to non-cylinder-symmetrical workpiece interiors.
  • inductor 7, quenching shower 8 and screen shower 1 8 must be adapted to the workpiece geometry.
  • heating and quenching the inner wall 2 of the workpiece in annular regions 25, 26 ' is only possible if the hardening zone 3 is at least approximately axially symmetrical.
  • FIG. 3 shows a workpiece 1 ', the outer wall 17' of which is to be hardened in a cylinder-symmetrical hardening area 3 '.
  • a hardening device 6 ' is used, which comprises an annular induction coil 1 3' and an annular quench shower 8 ', which is arranged above the induction coil 1 3'.
  • the diameter of the induction coil 13 'and quenching shower 8' are chosen larger than the diameter of the workpiece 1 'so that they can be pushed over the workpiece 1'.
  • the hardening process of the workpiece outer wall 17 ' is carried out analogously to the hardening process described above relating to the inner wall of the workpiece.
  • the workpiece lying opposite the hardness zone 3 ' to cool the inner wall 2 'by means of a screen shower 18' inserted into the workpiece interior 24 '.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Randschichtenhärten eines hohlen Werkstücks, insbesondere eines Antriebsteils eines Kraftfahrzeugs, wobei der Härteverzug des Werkstücks möglichst gering gehalten werden soll. Hierfür wird eine Härtungsvorrichtung verwendet, die einen Induktor und eine Abschreckbrause umfasst, wobei die Abschreckbrause oberhalb des Induktors angeordnet ist. Wird die Härtungsvorrichtung von oben nach unten an der zu härtenden Werkstückfläche vorbeibewegt, so erfolgt durch den Induktor eine lokale Aufheizung und die Abschreckbrause eine anschliessende Abschreckung und somit Härtung des betroffenen Bereiches. Gleichzeitig wird der aufgeheizte Bereich durch herabrinnendes Abschreckmittel benetzt, was zu einer bedeutenden Verringerung des Härteverzugs bei gutem Härtungsergebnis führt.

Description

Verfahren zum induktiven Randschichthärten von hohlen Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Randschichthärten von hohlen Werkstücken, insbesondere von Kraftfahrzeug-Antπebsteiien, an die besonders hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 4.
Das Randschichthärten dünnwandiger Werkstücke stellt sehr hohe Ansprüche an die zum Härten verwendeten induktiven Verfahren, insbesondere dann, wenn die zu härtenden Werkstücke hohen Genauigkeitsanforderungen genügen sollen und daher ein in der Regel auftretender Härteverzug so weit wie irgend möglich vermieden werden muß. Aus der US 4 401 485 ist ein Verfahren zum Induktionshärten der Innenwandung einer dünnwandigen axialsymmetischen Hülse bekannt, bei dem ein der Hülsengeometrie angepaßter Induktor verwendet wird, der oberhalb einer Abschreckbrause angeordnet ist. Zum Härten wird der aktivierte Induktor zunächst von oben nach unten durch das Werkstück hindurchgeschoben, wobei die Innenwand aufgeheizt und das Werkstück gleichzeitig durch eine das Werkstück von außen umgebende Brause gekühlt wird. Danach folgt eine Wartezeit, während derer eine Tiefenhärtung der Werkstückinnenwand erfolgen soll. Dann wird der aktivierte Induktor in einem zweiten Verfahrensschritt von unten nach oben durch das Werkstück zurückgezogen, wobei der aufgeheizte Randbereich fortschreitend durch die unterhalb des Induktors angeordnete Abschreckbrause gehärtet wird. Durch dieses Verfahren soll eine verzugsarme Härtung des Werkstücks, insbesondere unter Vermeidung eines Aufweitens des oberen Werkstückquerschnitts, erreicht werden. Allerdings sind hierzu zwei Prozeß seh ritte und eine Wartezeit notwendig, was dieses Verfahren zeitaufwendig und daher kostspielig macht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das bekannte Verfahren so zu verbessern, daß eine verzugsarme Randzonenhärtung des hohlen Werkstücks mittels einer einfach aufgebauten Vorrichtung in einem einzigen Prozeßschritt erfolgt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Verfahrensansprüche 1 bis 4 gelost.
Danach wird ein Induktor verwendet, dessen Form der Geometrie des zu härtenden Werkstückes angepaßt ist und oberhalb dessen eine der Werkstückgeometrie angepaßte Abschreckbrause angeordnet ist. Zur Erzeugung einer Härtezone im Inneren eines hohlen Werkstückes wird der Induktor in abgeschaltetem Zustand zunächst von unten bis an den oberen Rand der Härtezone in das Werkstück hineingeschoben. Dann wird der aktivierte Induktor von oben nach unten an der Härtezone entlangbewegt, wodurch die Härtezone fortschreitend aufgeheizt wird. Gleichzeitig wird über die Abschreckbrause ein Kühlmittel auf einen unmittelbar oberhalb der aufgeheizten Härtezone gelegenen Bereich gespritzt, wodurch dieser - bereits aufgeheizte - Bereich abgeschreckt und somit gehärtet wird
Da die Abschreckbrause oberhalb des Induktors angeordnet ist, läuft das zum Abschrek- ken verwendete Kühlmittel an der Werkstoffinnenwand nach unten, so daß die derzeit durch den Induktor aufgeheizte, unterhalb der Brause gelegene Härtezone durch einen fließenden Wasserfilm benetzt wird. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Kühlung des Werkstücks, auch unmittelbar im beheizten Bereich, die den Härteprozeß nicht bee ϊiin- trächtigt, gleichzeitig aber zu einer Minimierung des Härteverzuges führt.
Beim Härten besonders dünnwandiger Werkstücke ist es zweckmäßig, das Werkstück außerdem von außen zu kühlen Hierfür wird das Werkstück von einer Brause umgeben, die die Werkstückaußenseite mit Kühlmittel benetzt (siehe Patentanspruch 8).
Mit Hilfe dieses einstufigen Verfahrens und der einfachen Vorrichtung erfolgt in der Härtezone - trotz der starken Kühlwirkung durch fließenden Wasserfilm und Außenbrause - eine einwandfreie Gefügeumwandlung z.B. hinsichtlich Korngröße und Martensitnadellänge. Die erreichbaren Härtetiefen liegen bei bis zu 3 mm. Durch die simultane Kühlung der Werkstückwandung von außen und von innen - sogar im Bereich der lokalen induktiven Aufheizung - bleibt während des Härtens der Eigenspannungszustand des Werkstücks weitgehend erhalten, und der Härteverzug wird minimiert. Auch bei sehr dünnwandigen Werkstücken wie z.B. bei Gelenkgehäusen wird daher ein sehr reproduzierbarer Härtevorgang erreicht und der Härteverzug auf Werte von weniger als 1 /100 mm reduziert. Somit entfällt auch bei Werkstücken mit hohen Genauigkeitsanforderungen, wie z.B. Präzisions- schmiedeteilen, eine nachträgliche Bearbeitung durch Schleifen, Hartfräsen o.a. Das erfindungsgemäße Härteverfahren erfolgt besonders schnell und einfach, wenn die zu härtende Innenwandung des Werkstücks näherungsweise Axialsymmetrie aufweist (siehe Patentanspruch 5). In diesem Fall wird zweckmäßigerweise ein Induktor verwendet, der der Innenkontur des Werkstücks angepaßt ist, so daß die gesamte Innenwandung des Werkstücks in einem einzigen Prozeßschritt bearbeitet werden kann.
Um eine gleichförmige Erhitzung und Kühlung der zu härtenden Randbereiche sicherzustellen, ist es zweckmäßig, das Werkstuck während des Härtevorganges gleichförmig gegenüber Induktor und Abschreckbrause zu bewegen. Dies ist insbesondere dann einfach zu bewerkstelligen, wenn die zu härtende Innenwandung des Werkstücks - wie z.B. bei Gelenkgehäusen - annähernd Zylindersymmetrie aufweist (siehe Patentanspruch 6). In diesem Fall ist der Induktor vorteilhafterweise als ein Ring ausgebildet, dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des Werkstücks ist, so daß ein gleichmäßiges Aufheizen der gesamten Innenwandung gewährleistet wird, wenn der Induktor entlang der Zylinderachse durch das Werkstückinnere abwärtsbewegt wird. Zur Erreichung einer gleichmäßigen Erhitzung und Kühlung der Härtezone wird das Werkstück dabei um die Zylinderachse der zu härtenden Innenwandung des Werkstücks gedreht (siehe Patentanspruch 7).
Selbstverständlich ist dieses Verfahren nicht auf das Härten von Innenwandungen beschränkt. Mit einem geeignet gestalteten Induktor und darüber angeordneter Abschreckbrause lassen sich analog auch Außenwände härten (siehe Patentansprüche 3 und 4), wobei zusätzlich eine Innenbrause zur Kühlung der Werkstückinnenwand vorgesehen werden sollte.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh- rungsbeispieles näher erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 Ein Werkstück mit einer Härtungsvorπchtungzur Härtung der Werkstückinnenwand ... Fig. 1 a ... vor Beginn des Härtungsvorgangs, Fig. 1 b ... am Anfang des Härtungsvorgangs, Fig. 1 c .. während des Härtungsvorgangs, Fig. 1 d . . nach Abschluß des Härtungsvorgangs,
Fig. 2 eine Detailansicht einer Werkstückwand während des Härtungsprozesses, gemäß dem Bereich II in Figur 1 c, Fig. 3 Ein Werkstück mit einer Härtungsvorπchtungzur Härtung der Werkstückaußenwand.
Figur 1 a zeigt ein hohles Werkstück 1 , z.B. ein Gelenkgehäuse eines Kraftfahrzeugs, dessen Innenwandung 2 in einer gestrichelt angedeuteten Härtezone 3, z.B. einer Kugellaufbahn, gehärtet werden soll. Zur Erzeugung dieser Härtezone, die sich zwischen einem oberen Rand 4 und einem unteren Rand 5 erstreckt, wird eine Härtungsvorrichtung 6 verwendet. Sie umfaßt einen Induktor 7 und einer Abschreckbrause 8, die oberhalb des Induktors 7 auf einer gemeinsamen Handhabungsvorrichtung 9 angeordnet ist. Die Handhabungsvorrichtung 9 kann über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Maschine oder auch manuell geführt werden. Die Handhabungsvorrichtung 9 enthält die Stromzuleitung
1 0 für den Induktor 7 und eine Zuführung 1 1 , die ein Abschreckmittel 1 2 zur Abschreckbrause 8 leitet.
Die Form des Induktors 7 und der Abschreckbrause 8 ist der Geometrie der Härtezone 3 auf dem Werkstück 1 angepaßt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Härtezone 3 des Werkstücks 1 zylindersymmetrisch ausgebildet. Der Induktor 7 besteht in diesem Fall aus einer ringförmigen Schleife 13, deren Außendurchmesser 14 etwas kleiner ist als der Innendurchmesser 1 5 der Härtezone 3. Mit einer solchen Wahl des Induktors 7 können ringförmig umlaufende Bereiche in der Härtezone 3 gehärtet werden. Die Abschreckbrause 8 beinhaltet eine Prallplatte 1 6, die in angeschaltetem Zustand das aus der Zuführung
1 1 zugeleitete Abschreckmittel 1 2 ringförmig nach allen Seiten verteilt. Alternativ kann die Abschreckbrause 8 aus einem Hohlzylinder bestehen, auf dessen Außenwand eine Vielzahl von Spritzdüsen so angeordnet sind, daß sie das Abschreckmittel 1 2 ringförmig nach außen versprühen.
Zur Kühlung der Werkstückaußenwand 1 7 wird, wie in Figur 1 b gezeigt, eine Schirmbrause 1 8 verwendet, deren Innenkontur 1 9 so gewählt ist, daß die Schirmbrause 1 8 das zu bearbeitende Werkstück 1 in ihrem Inneren aufnehmen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel eines zylindersymmetrischen Werkstücks 1 hat die Innenkontur 1 9 der Schirmbrause 1 8 die Form eines Hohlzylinders, der die gesamte dem Härtebereich 3 gegenüberliegende Außenwand 1 7 des Werkstücks 1 überspannt und über diesen hinausragt. Die Innenwand 19 der Schirmbrause 1 8 weist eine Vielzahl von Spritzdüsen 20 auf, durch die ein Kühlmittel 21 von außen auf das Werkstück 1 gespritzt werden kann.
Zu Beginn des Härtevorgangs wird das Werkstück 1 mit seiner Öffnung 22 nach unten so aufgespannt, daß die Werkstückachse 23 im wesentlichen senkrecht zu liegen kommt (siehe Figur 1 a). Anschließend wird die Schirmbrause 1 8 über die Werkstückaußenwand 1 7 geschoben. Dann wird die Hartungsvorπchtung 6 in ausgeschaltetem Zustand von unten her kommend durch die Öffnung 22 des Werkstücks 1 so weit in das Innere 24 des Werkstücks 1 eingeführt, daß die Induktorschleife 13 gegenüber dem oberen Rand 4 der Härtezone 3 zu liegen kommt. Die oberhalb der Induktorschleife 13 befindliche Abschreckbrause 8 ragt dabei tiefer als die Induktorschleife 13 in das Werkstückinnere 24 hinein und befindet sich somit außerhalb der Härtezone 3. Nun werden Induktor 7, Abschreckbrause 8 und Schirmbrause 1 8 eingeschaltet (siehe Figur 1 b). Dadurch wird ein der Induktorschleife 13 gegenüberliegender, in Figur 1 b schraffiert gekennzeichneter, ringförmiger Heizbereich 25 am oberen Rand 4 der Härtezone 3 aufgeheizt. Gleichzeitig wird ein oberhalb dieses Heizbereiches 25 gelegener Nachbarbereich 26 der Werkstückinnenwand 2 durch die oberhalb des Induktors 7 angeordnete Abschreckbrause 8 mit Abschreckmittel 1 2 besprüht. Das Abschreckmittel 1 2 rinnt die Werkstückinnenwand 2 hinab und benetzt den Heizbereich 25, der dadurch eine Oberflachenkühlung erfährt.
Beginnend vom oberen Rand 4 der Härtezone 3 wird nun die Härtungsvorrichtung 6 fortschreitend im Inneren 24 des Werkstücks 1 entlang der Werkstückinnenwand 2 in Richtung Werkstücköffnung 22 bewegt, wodurch jeweils der der Induktorschleife 13 gegenüberliegende ringförmige Heizbereich 25 lokal erwärmt wird (siehe Figur 1 c). Bei dieser kontinuierlichen Abwartsbewegung der Hartungsvorπchtung 6 wird der unmittelbar oberhalb dieses Heizbereiches 25 liegende, kurz vorher erhitzte Nachbarbereich 26' fortschreitend durch die Abschreckbrause 8 lokal abgeschreckt, wodurch eine lokale Härtung dieses Bereiches 26' erfolgt. Wie im Detail in Figur 2 gezeigt, kühlt das durch die Abschreckbrause 8 verspritzte Abschreckmittel 1 2 lokal den Nachbarbereich 26', rinnt anschließend entlang der Werkstückinnenwand 2 nach unten und benetzt den der Induktorschleife 13 gegenüberliegenden Heizbereich 25. Dort bewirkt das Abschreckmittel 1 2 eine Kühlung der Werkstückinnenwand 2. Der Heizbereich 25 erfährt somit einerseits durch den Induktor 7 eine Erhitzung, deren Eindringtiefe 27 in die Werkstückinnenwand 2 durch Induktorstrom, -frequenz und Vorschubgeschwindigkeit bestimmt wird; andererseits erfährt der Heizbereich 25 durch das herabrinnende Abschreckmittel 1 2 im unmittelbaren Wandbereich 28 eine Abkühlung Durch die induktive Heizung und anschließende Abschreckung wird hierbei in der Härtezone 3 die erwünschte Randschicht- und Oberflächenhärte erzeugt, während die simultane Kühlung des Heizbereiches 25 durch die Benetzung mit Abschreckmittel 1 2 den Harteverzug des Werkstücks 1 verringert Dieser Härtungsprozeß wird so lange fortgesetzt, bis die Induktorschleife 1 3 den unteren Rand 5 der Härtezone 3 erreicht. Dann wird der Induktor 7 abgeschaltet, und die Härtungsvorrichtung 6 wird weiter aus dem Werkstückinnenraum 24 hinausgezogen, während die Abschreckbrause 8 in Betrieb bleibt, bis sie sich gegenüber dem unteren Rand 5 der Härtezone 3 befindet und somit die gesamte Härtezone 3 abgeschreckt wurde (siehe Figur 1 d). Dann wird die Ab- schreckbrause 8 abgeschaltet und die Härtungsvorrichtung 6 aus dem Werkstückinnenraum 24 entfernt.
Während dieses gesamten Heiz- und Abschreckvorgangs der Härtezone 3 wird die Werkstückaußenwand durch die Schirmbrause 1 8 gekühlt. Dadurch wird der durch den Härtungsprozeß bedingte Härteverzug weiter minimiert.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Werkstück 1 während des Härtungsprozesses stationär gehalten, während die Härtungsvorrichtung 6 in den Werkstük- kinnenraum 24 hinein- und hinausgeschoben wird. Alternativ kann die Härtungsvorrichtung 6 stationär gehalten, wahrend das Werkstück 1 gegenüber der Härtungsvorrichtung 6 bewegt wird.
Zweckmäßigerweise wird das Werkstuck 1 - wie in Figuren 1 b bis 1 d durch einen Pfeil angedeutet - während des Härtevorgangs relativ zu Härtungsvorrichtung 6 und Schirmbrause 1 8 um seine Symmetrieachse 23 gedreht, um eine möglichst gleichförmige Heizung und Abschreckung über die gesamte zylindersymmetrische Härtezone 3 hinweg zu erreichen.
Das erfindungsgemäße Härtungsverfahren ist - neben der bisher beschriebenen Härtung einer zylindersymmetrischen Hartezone - auch auf nichtzylindersymmetπsche Werkstückinnenräume anwendbar. Hierzu müssen Induktor 7, Abschreckbrause 8 und Schirmbrause 1 8 der Werkstückgeometrie angepaßt werden. Eine Aufheizung und Abschreckung der Werkstückinnenwand 2 in ringförmigen Bereichen 25, 26' ist jedoch nur dann möglich, wenn die Härtezone 3 zumindest näherungsweise axialsymmetrisch ist.
Neben der oben beschriebenen Härtung einer Werkstuckinnenwand 2 kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Härtung einer Werkstückaußenwand verwendet werden. Figur 3 zeigt ein Werkstück 1 ', dessen Außenwand 1 7' in einem zylindersymmeti- schen Härtebereich 3' gehärtet werden soll. Hierzu wird eine Härtungsvorrichtung 6' verwendet, die eine ringförmige Induktionsspule 1 3' und eine ringförmige Abschreckbrause 8' umfaßt, die oberhalb der Induktionsspule 1 3' angeordnet ist. Die Durchmesser von Induktionsspule 13' und Abschreckbrause 8' sind hierbei größer gewählt als der Durchmesser des Werkstücks 1 ', so daß sie über das Werkstück 1 ' geschoben werden können. Der Härtungsvorgang der Werkstückaußenwand 1 7' erfolgt analog zum oben beschriebenen, auf die Werkstückinnenwand bezogenen Härtungsprozeß. Um den Härteverzug zu minimieren, ist es auch hier zweckmäßig, die der Härtezone 3' gegenüberliegende Werkstük- kinnenwand 2' mittels einer in das Werkstückinnere 24' eingeführten Schirmbrause 1 8' zu kühlen.
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Claims

Patentansprüche
Verfahren zum induktiven Randschichthärten einer Innenwandung eines hohlen Werkstücks, insbesondere eines Antπebsteils eines Kraftfahrzeugs, _ mit Hilfe eines Induktors, dessen geometrische Form der Innenform des Werkstücks angepaßt ist und der mit Hochfrequenzstrom einer ausgewählten Frequenz und Leistung beaufschlagt werden kann, und einer oberhalb des Induktors angeordneten Abschreckbrause, deren geometrische Form der Innenform des Werkstücks angepaßt ist und mit Hilfe derer flüssiges Kühlmittel auf die Innenwandung des Werkstücks gespritzt werden kann, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Verfahrensschritte: ~ das hohle Werkstück (1 ) wird zunächst mit der Öffnung (22) nach unten so aufgespannt, daß die Werkstückachse (23) im wesentlichen senkrecht zu liegen kommt, ~~ der Induktor (7) wird dann in ausgeschaltetem Zustand durch die Öffnung (22) des hohlen Werkstücks (1 ) bis an einen oberen Rand (4) einer Härtezone (3) geschoben, _ der Induktor (7) wird daraufhin in eingeschaltetem Zustand von oben nach unten entlang der Innenseite (2) des hohlen Werkstücks (1 ) bewegt und somit ein Heizbereich (25) auf der Innenwandung (2) des Werkstücks fortschreitend aufgeheizt, während der unmittelbar oberhalb dieses erhitzten Heizbereichs (25) gelegene Nachbarbereich (26, 26') während der Abwärtsbewegung des Induktors (7) fortschreitend durch die oberhalb des Induktors (7) angeordnete Abschreckbrause (8) gekühlt wird, und der dem Induktor (7) gegenüberliegende erhitzte Heizbereich (25) durch herabrinnende Kühlflüssigkeit aus der Abschreckbrause (8) benetzt wird.
Verfahren zum induktiven Randschichthärten einer Innenwandung eines hohlen Werkstücks, insbesondere eines Antπebsteils eines Kraftfahrzeugs, mit Hilfe eines Induktors, dessen geometrische Form der Innenform des Werkstücks angepaßt ist und der mit Hochfrequenzstrom einer ausgewählten Frequenz und Leistung beaufschlagt werden kann, _ und einer oberhalb des Induktors angeordneten Abschreckbrause, deren geometrische Form der Innenform des Werkstücks angepaßt ist und mit Hilfe derer flüssiges Kühlmittel auf die Innenwandung des Werkstücks gespritzt werden kann, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Verfahrensschritte: das hohle Werkstück (1 ) wird, mit der Öffnung (22) nach unten, von oben über den stationär aufgespannten, in ausgeschaltetem Zustand befindlichen Induktor
(7) geschoben, wobei die Werkstückachse (23) im wesentlichen senkrecht ausgerichtet wird, wobei das Werkstück (1 ) so weit über den Induktor (7) geschoben wird, bis der obere Rand (4) einer Härtezone (3) des Werkstücks (1 ) gegenüber dem Induktor (7) zu liegen kommt, der Induktor (7) wird daraufhin eingeschaltet, und das hohle Werkstück (1 ) wird von unten nach oben am Induktor (7) vorbeibewegt, wobei ein Heizbereich (25) auf der Innenwandung (2) des Werkstücks (1 ) fortschreitend aufgeheizt wird, während der unmittelbar oberhalb dieses erhitzten Heizbereichs (25) gelegene Nachbarbereich (26, 26') wahrend der Aufwärtsbewegung des Werkstücks (1 ) fortschreitend durch die oberhalb des Induktors (7) angeordnete Abschreckbrause
(8) gekühlt wird, und der dem Induktor (7) gegenüberliegende erhitzte Heizbereich (25) durch herabrinnende Kühlflüssigkeit aus der Abschreckbrause (8) benetzt wird.
Verfahren zum induktiven Randschichthärten einer Außenwandung eines hohlen Werkstücks, insbesondere eines Antπebsteils eines Kraftfahrzeugs, _ mit Hilfe eines Induktors, dessen geometrische Form der Außenform des Werkstücks angepaßt ist und der mit Hochfrequenzstrom einer ausgewählten Frequenz und Leistung beaufschlagt werden kann, _ und einer oberhalb des Induktors angeordneten Abschreckbrause, deren geometrische Form der Außenform des Werkstücks angepaßt ist und mit Hilfe derer flüssiges Kühlmittel auf die Außenwandung des Werkstücks gespritzt werden kann, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Verfahrensschritte: das hohle Werkstück (T) wird zunächst mit der Öffnung (22') nach unten so aufgespannt, daß die Werkstückachse (23') im wesentlichen senkrecht zu liegen kommt, der Induktor (7') wird dann in ausgeschaltetem Zustand von unten kommend bis an einen oberen Rand einer Härtezone (3') geschoben, der Induktor (7') wird daraufhin in eingeschaltetem Zustand von oben nach unten entlang der Außenseite (1 7') des hohlen Werkstücks (1 ') bewegt und somit ein Heizbereich auf der Außenwandung (1 7') des Werkstücks (V) fortschreitend aufgeheizt, während der unmittelbar oberhalb dieses erhitzten Heizbereichs gelegene Randbereich während der Abwärtsbewegung des Induktors (7') fortschreitend durch die oberhalb des Induktors (7') angeordnete Abschreckbrause (8') gekühlt wird, und der dem Induktor (7') gegenüberliegende erhitzte Heizbereich durch herabrinnende Kühlflüssigkeit (1 2') aus der Abschreckbrause (8') benetzt wird.
Verfahren zum induktiven Randschichthärten einer Außenwandung eines hohlen
Werkstücks, insbesondere eines Antriebsteils eines Kraftfahrzeugs, ~ mit Hilfe eines Induktors, dessen geometrische Form der Außenform des Werkstücks angepaßt ist und der mit Hochfrequenzstrom einer ausgewählten Frequenz und Leistung beaufschlagt werden kann, und einer oberhalb des Induktors angeordneten Abschreckbrause, deren geometrische Form der Außenform des Werkstücks angepaßt ist und mit Hilfe derer flüssiges Kühlmittel auf die Außenwandung des Werkstücks gespritzt werden kann, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Verfahrensschritte: das hohle Werkstück (1 ') wird, mit der Öffnung (22') nach unten, von oben in den stationär aufgespannten, in ausgeschaltetem Zustand befindlichen Induktor (7') hineingeschoben, wobei die Werkstückachse (23') im wesentlichen senkrecht ausgerichtet wird, wobei das Werkstück (1 ') so weit in den Induktor (7') hineingeschoben wird, bis der obere Rand einer Härtezone (3') des Werkstücks (1 ') gegenüber dem Induktor (7') zu liegen kommt, der Induktor (7') wird daraufhin eingeschaltet, und das hohle Werkstück (V) wird von unten nach oben am Induktor (7') vorbeibewegt, wobei ein Heizbereich auf der Außenwandung (1 7') des Werkstücks (1 ') fortschreitend aufgeheizt wird, während der unmittelbar oberhalb dieses erhitzten Heizbereichs gelegene Randbereich während der Aufwartsbewegung des Werkstücks (1 ') fortschreitend durch die oberhalb des Induktors (7') angeordnete Abschreckbrause (8') gekühlt wird, und der dem Induktor (7') gegenüberliegende erhitzte Heizbereich durch herabrinnende Kühlflüssigkeit (1 2') aus der Abschreckbrause (8') benetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Werkstück (1 ,1 ') im Bereich der Härtezone (3,3') eine näherungsweise axiale
Symmetrie aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1,1') im Bereich der Härtezone (3,3') näherungsweise Zylindersymmetrie aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1,1') während des gesamten Härtungsvorganges gleichförmig um die Symmetrieachse (23,23') der Härtezone (3,3') gedreht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Kühlung der Härtezone (3,3') an der Innenwand (2) oder Außenwand (17') des Werkstücks (1,1') durch eine oberhalb dem Induktor (7,7') angeordneten Abschreckbrause (8,8') auch die der Härtezone (3,3') gegenüberliegende Außenwand (17) oder Innenwand (2') des Werkstücks (1 ,1 ') mit Hilfe einer Schirmbrause (18,18') gekühlt wird.
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