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Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden eines abgebogenen Randes an einer Röhre oder Platte aus gehärtetem Stahl zum
Festhalten von Nadeln, Walzen oder Kugeln für Lager
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die oben genannten Maschinenelemente der Fall ist. Bei solchen Teilen ist ein wirksamer Schutz gegen die Einwirkung der thermischen Härtebehandlung ausgeschlossen und ein Eintauchen in ein entsprechendes Bad ist praktisch unmöglich, beispielsweise auf Grund der sehr engen ringförmigen Ausbildung des Teiles, der dieser Behandlung unterworfen werden soll. Auch ist eine Übertragung der Behandlungswärme auf die anliegenden Teile nicht zu vermeiden, wobei die Wärmeanwendungszeit nicht mit genügender Genauigkeit kontrolliert werden kann, weder in ihrer Höhe noch in ihrer Zeit.
Ziel der Erfindung ist, diese Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden. Sie bezieht sich somit auf ein verbessertes Verfahren zur selektiven thermischen Behandlung eines dünnen Teiles mit der Genauigkeit in der Grössenordnung von Bruchteilen eines Millimeters zur Erzielung eines Bereiches guter Dehn-und Biegefähigkeit, der zwischen zwei unmittelbar angrenzenden Bereichen mit grosser Ober- flächenhärto liegt.
Dieses Verfahren, das sich an das zweite bekannte Verfahren anschliesst, besteht im wesentlichen darin, dass zuerst die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Teiles einer Oberflächenhärtung unterzogen wird, um anschliessend die Bereiche einer genau begrenzten Vergütung auszusetzen, die eine grosse Dehn- und Biegefähigkeit aufweisen müssen, indem während kurzer Zeit dieser Bereich mit Hilfe eines hochfrequenten Induktionsstromes einem thermischen Schock ausgesetzt wird.
Ist der zubehandelnde Teil aus weichem oder besonders weichem Stahl, so wird das erfindungsgemässe Verfahren zweckmässig in der Weise ausgeführt, dass die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Teiles einer an sich bekannten Kohlenstoff-Stickstoff-Behandlung unterzogen wird, um anschliessend den dehnfähig bleibenden Bereich einem Induktionsstrom zu unterwerfen, durch den die Temperatur dieses Teiles auf einen Wert gebracht wird. der eine Vergütung erzielt, ohne dass die Temperatur der Lufthärtung erreicht wird, während die anschliessenden, gehärteten Bereiche auf einer Temperatur gehalten werden, die niedriger als der Temperaturwert ist, der die Härtung mindert.
Es versteht sich, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren nicht nur ein einziger Bereich von guter Dehn- und Biegefähigkeit sondern auch mehrere derselben auf dem behandelten dünnen Teil geschaffen werden können, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird.
Die Erfindung bezieht sich weiters auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die im wesentlichen einen Träger für die zu behandelnden Teile und eine offene Induktionswindung oberhalb dieses Trägers aufweist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Vorrichtung ist sodann so ausgebildet, dass die rohrförmig gestaltete Windung durch einen inneren Kühlstrom kühlbar ist und einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt eine Breite entsprechend der Breite des Bereiches des Teiles aufweist und eine ausreichend grosse Oberfläche zur Aufnahme der in der Windung erzeugten Wärme besitzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen hervor.
Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen äusseren Ring eines Nadellagers vor der thermischen Behandlung, in Fig. 2 den gleichen Teil im Schnitt in einer Vergütungsvorrichtung, die ebenfalls im Schnitt dargestellt ist, in Fig. 3 in Aufsicht der Gesamtanordnung der Vorrichtung, jedoch in kleinerem Massstab als in Fig. 2, in Fig. 4 im Axialschnitt das fertige Nadellager, in Fig. 5 im Axialschnitt eine abgeänderte Ausführungsform der Induktionsheizschleife, in Fig. 6 in entsprechendem Schnitt die Anordnung der Induktionsheizschleife im Falle eines inneren Nadellagerringes, in Fig. 7 im Axial- und Radialschnitt das fertige Nadellager, in Fig. 8 im Axialschnitt die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf eine Anschlagplatte, und in Fig.
9 in entsprechendem Schnitt einen Teilschnitt durch den fertigen Anschlag in grösserem Massstab.
Gemäss dem in den Fig. 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemässe Verfahren auf die thermische Behandlung eines äusseren Ringes 1 (Fig. 4) eines Nadellagers 2 oder auf ähnliche Rollelemente angewandt, die innerhalb der inneren Fläche 3, dem sogenannten Rollweg des Ringes 1 laufen, während ihre kegelstumpfförmigen Enden 4, 5 in axialer Richtung gegen die inneren Flächen 6,7 der beiden durch Umbiegen nach innen der beiden Enden des Ringes erzielten Ringbunde 8 und 9 stossen.
Die Fläche 6 schliesst sich über die Ausnehmung 10 an die Fläche 3 an, wobei die Ausnehmung 10 mitden Endendes beweglichen Elementes 2 eine ringförmige Kehle bildet, in welcher jeder Kontakt zwischen dem Ring 1 und diesen Elementen vermieden wird.
Die Rollflächen 3 und die beiden inneren Flächen 6, 7 müssen ausserordentlich hart ausgebildet sein, um dadurch Verschleiss, ein Festfressen oder jede andere Störung zu vermeiden.
Zur Herstellung des Ringes l, dessen Wände sehr dünn sind, wobei die Dicke in der Grössenordnung von Millimetern liegt, wird von einem gezogenen Teil ausgegangen, welcher den Anschlag 9 aufweist, wobei jedoch das andere Ende, wie dies strichpunktiert bei la in Fig. 1 dargestellt ist, zylindrisch ausge-
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bildet ist und bei 10a eine Ausnehmung aufweist, die die Kehle 10 bildet. Anschliessend wird bei 8b der zweite Anschlag hergestellt, wobei die vorläufige Form 8b derart ist, dass die beweglichen Elemente unterhalb der Kante 12b eingeführt werden können.
Der so vorgeformte Ring Ib (Fig. l) wird nunmehr der thermischen Härtebehandlung auf seiner gesamten Oberfläche ausgesetzt. Diese thermische Behandlung ist vorzugsweise eine an sich bekannte Koh- lonstoff-Stickstoff-Behandlung, der eine entsprechende Härtebehandlung bekannter Art folgt.
Man erzielt auf diese Weise einen auf seiner ganzen Oberfläche vollständig gehärteten Teil, welcher daher jedem Verschleiss widersteht, jedoch ist es nicht möglich, den zweiten Anschlag aus seiner vorläufigen Stellung 8b in seine endgültige Stellung 8 (Fig. 1 und Fig. 4) umzubiegen, ohne dass Risse und Sprünge in der äusseren Oberfläche dieses Teiles, und zwar im Bereich der umgebogenen Fläche des Anschlages entstehen, d. h. im Bereich der Ausnehmung 10 auf der gesamten äusseren Oberfläche des Ringes zwischen den beiden Umfangslinien a-a und b-b (Fig. l, 2 und 4).
Es ist daher erforderlich, die äussere Oberfläche 13, die zwischen diesen beiden Linien liegt und ebenso auf einem etwas geringeren Bereich die innere, gegenüberliegende Fläche, d. h. den Bereich der Ausnehmung10 von neuem dehnfähig zu machen, wobei die beiden anschliessenden Bereiche 3 und 4, die einem Verschleiss unterliegen, gehärtet bleiben müssen.
Dieses Ergebnis wird gemäss der Erfindung dadurch erzielt, dass auf den Bereich des Ringes zwischen den Umfangslinie a-a und b-b ein scharf abgegrenzter, fast augenblicklicher thermischer Schock mit Hilfe eines hochfrequenten Stromes ausgeiibt wird. Der Strom wird in die einzige Windung einer Leitung eingeführt, die durch die ringförmige Zone des Ringes Ib begrenzt wird, und zwar mit Hilfe einer Induktionsspule 14, in welche ein hochfrequenter Induktionsstrom in kurzer Zeit eingeführt wird, der eine ausreichende Stromstärke aufweist, um in dieser Zone die Oberflächentemperatur auf einen Wert T zu heben.
Der Wert T muss zwischen den ringförmigen, oben genannten Linien ausreichen, um eine Vergütung durch Rückführung des Mattensits in ein Gefüge, das weniger hart ist (Bainit, Perlit) zu erreichen, um derart die Härte, die durch die Stickstoffbehandlung erzielt wurde, zu verringern, was bei etwa 5000C erfolgt. Diese Temperatur bildet daher eine untere Grenze für den Wert T, die jedoch unterhalb eines Wertes TM liegt, um eine neue vollständige oder teilweise Umwandlung dieser Verbindungen in Martensit auf Grund der anschliessenden Abkühlung zu vermeiden.
Zum anderen muss der Wert T so liegen, dass er nicht ausreicht, um in den sich anschliessenden Bereichen eine Steigerung der Temperatur bis auf einen Tm zu bewirken. oberhalb dessen die durch die Stickstoffbehandlung erzielte Härtung anulliert wird.
Hieraus resultiert, dass durch diese Behandlung der erzielte Teil auf der Gesamtheit seiner äusseren und inneren Oberfläche eine ausreichende Härtung aufweist, mit Ausnahme des Bereichs 13 der äusseren Oberfläche zwischen den ringförmigen Linien a-a und b-b und der inneren Oberfläche, die die Ausnehmung 10 bildet und gegenüber dem Bereich 13 liegt.
Um diese gehärteten Zonen von den durch Vergütung wieder dehnfähigen Zonen in den Zeichnungen genau unterscheiden zu können, sind die gehärteten Bereiche in starken Strichen und die dehnfähigen Bereiche mit feinen Strichen angedeutet.
Nach der genau abgegrenzten Aufheizung durch Hochfrequenzstrom, durch die die Oberflächen 13 dehnfähig geworden sind, werden die beweglichen Teile 2 eingesetzt und das Lager durch Umbiegen der Teile 8b (Fig. l) in die endgültige Stellung 8 (Fig. 4) fertiggestellt, wobei der Anschlag mit der Kante 12 die Elemente 2 aufnimmt und die Fläche 6 diese Elemente in axialer Richtung mit der Oberfläche 7 des ebenfalls gehärteten andern. Anschlags 9, der schon bei Beginn gebildet wurde, in Kontakt hält.
Selbstverständlich ändern sich die zahlenmässigen Beispiele für die Vergütung mit der Art des verwendeten Stahls ebenso wie die Dickenabmessung und die Breite a-b der Zone, auf welche die Vergütung beschränkt ist.
Ausgezeichnete Ergebnisse werden im Falle eines Ringes erhalten, der 1 mm stark ist und einen äusse- ren Durchmesser von 30 mm aufweist, wobei die Breite a-b 2 mm beträgt, wobei ein weicher Stahl ohne Legierungszusatz verwendet wird, der zuerst durch eine Stickstoff-Kohlenstoff-Behandlung auf eine Tiefe von 0,01 bis 0,02 mm gehärtet ist.
Hierbei wurden folgend Werte verwendet:
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<tb>
<tb> Frequenz <SEP> des <SEP> Induktionsstromes <SEP> 450 <SEP> khz
<tb> Stromleistung <SEP> 3 <SEP> KW
<tb> Luftspalt <SEP> c <SEP> zwischen <SEP> der <SEP> Windung <SEP> 14 <SEP> und <SEP> dem <SEP> Ring <SEP> 1 <SEP> mm
<tb> Induktionsdauer <SEP> 1 <SEP> sec <SEP>
<tb> Temperatur <SEP> T <SEP> der <SEP> Vergütung <SEP> 700 <SEP> OC
<tb> Temperatur <SEP> TM <SEP> der <SEP> Härtung <SEP> 850 <SEP> OC
<tb> Temperatur <SEP> Tm <SEP> der <SEP> anschliessenden <SEP> Teile <SEP> 500 <SEP> C
<tb>
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Die Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele einet einfachen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Diese Vorrichtung weist eine feste Trägerplatte 15 auf, auf welcher sich über einen Zapfen 16 eine Drehplatte 17 drehen kann. In dieser Platte sind mehrere. beispielsweise vier, regelmässig gegeneinander versetzte in gleichem Abstand von der Drehachse x-x angeordnete zylindrische Ausnehmungen vorgesehen, die so bemessen werden, dass jede ohne nennenswertes Spiel einen der Vergütung zu unterwerfenden Ring Ib aufnehmen kann. Durch aufeinanderfolgende Drehung um 900 der Platte 17 in Richtung des Pfeiles (Fig. 3) können die Ausnehmungen daher nacheinander die beiden Aufsetzstellen 18a und 18b durchlaufen, um anschliessend in die Vergütungsstellung 18c und dann in die Abnahmestellung 18d zu gelangen.
Dl der Vergütungsstellung 18c weist die feste Platte 15 eine Bohrung 19 von gleichem Radius wie jede Ausnehmung 18 in der drehbaren Platte auf, sodass die in die Stellung 18c gelangte Ausnehmung mit dieser Bohrung 19 koinzidiert. In der Bohrung 19 ist ein Träger 20 eingesetzt, der sich unter der Wirkung seines eigenen Gewichtes auf das Niveau der oberen Flächen 21 des Trägers 15 senkt. wobei dieser Träger 20 über einen Hebel 22 in die in Fig. 2 dargestellte Lage gehoben werden kann.
Der Hebel 22 kann sich bei 23 in einen mit dem Träger 15 verbundenen Bügel 24 drehen, u. zw. zwischen einer abgesenkten Stellung 22a, bei welcherer gegendenBodenderAusnehmungindemBügel24anstösst, und einer oberen Stellung, in welcher der Träger 20 gegen die untere Fläche der Platte 15 unter Zwischenschaltung eines Ansatzes 25 anschlägt.
Die drehbare Platte kann beispielsweise über ein am unteren Ende der Achse 16 befestigtes Handrad gedreht werden.
Mit Hilfe dieses Handrades kann daher der zu behandelnde Ring lb, der bei 18a und 18b aufgesetzt wird, bei 18c in den Bereich des Trägers 20 geführt werden und durch Schwenken des Hebels aus der Stellung 22a in die Stellung 22, wobei der Träger 20 angehoben wird, angehoben werden, sodass die Flä-
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heizwindung geführt wird.
Die Windung 14 ist rohrförmig und hat trapezförmigen Querschnitt, sodass die kleine Grundfläche eine Breite auf weist, die nahezu gleich dem vertikalen Abstand zwischen den beiden Linien a-a und b-b, zwi- schen welchen die Vergütung erfolgen soll, ist, wobei die Windung jedoch einen ausreichenden Querschnitt aufweist.
Diese vorzugsweise aus Kupfer. bestehende rohrförmige Windung wird durch die Platte 15 unter Zwischenschaltung einer Konsole 30, die einen Bund 30a trägt, welche die beiden Enden der Windung einschliesst, getragen. Diese Enden sind durch zwei Kontakte 31 und 32 an die Klemmen eines HF-Generators 33 bekannter. Art unter Zwischenschaltung eines Schalters 34, der die Regelung der Stromzuführung zu der Windung 14 ermöglicht, angeschlossen. Um eine ausserordentliche Temperaturerhöhung der Win- dung zu vermeiden, sind deren Enden an Rohrleitungen 35 und 36 eines Wasser-oder Ölkühlstromes angeschlossen.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Heizwindung dargestellt. Sie waist ringförmigen Querschnitt auf, an welcher ein trapezförmiger Ansatz 37 angeordnet ist.
Selbstverständlich können zahlreiche kleine Maschinenelemente gemäss der Erfindung behandelt werden.
So können beispielsweise Innenringe 38 für Lager, wie beispielsweise gemäss Fig. 6, behandelt werden die Nadeln oder andere äussere Rollelemente 39 (Fig. 7) aufnehmen, über welche der äussere Anschlag 40a bei 40 gebogen ist. Der an seiner Oberfläche vollständig gehärtete Teil 38 unterliegt gemäss der Erfindung einer auf den Bereich 13a der inneren Oberfläche und auf den gegenüberliegenden Bereich seiner äusseren Oberfläche beschränkten Vergütung mittels hochfrequentem Strom, der beispielsweise über eine Induktionswindung 14b zugeführt wird, deren kleine trapezförmige Grundfläche nach aussen zeigt.
Weiterhin können Anschlagplatten für Rollenkörper, wie sie beispielsweise bei 41 in Fig. 8 dargestellt sind, behandelt werden, auf welchen die beweglichen Elernente42 abrollen. die in der Ausneh- mung 43 einer Anschlagplatte liegen, die selbst. wiederum auf der Platte 41 durch Umbiegen eines ringförmigen Vorsprunges 45a erhalten wird. Dieses auf seiner Oberfläche vollständig gehärtete Element wird mittels eines hochfrequenten Induktionsstromes einer Vergütung im Bereich der ringförmigen Zone 13b unterworfen, wobei der Strom über die Windung 14b gemäss dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zugeführt wird.
In jedem Fall können die für ein Ausführungsbeispiel oben bezeichneten Temperaturgrenzen T, TM und Tm durch einige Versuche leicht festgestellt werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das vorstehend im einzelnenbeschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änds-
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rungen möglich, ohne von ihrem Grundgedanken abzuweichen.
So kann man beispielsweise entsprechend einem bekannten Verfahren eine oder mehrere in Kontaktmit dem zu behandelnden Teil stehende Kühlvorrichtungen verwenden, die auf den Bereich wirken, dessen Härte man nicht verändern will, um dadurch eine noch bessere örtliche Beschränkung der Beheizung zu erzielen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. VerfahrenzumAusbildeneinesabgebogenenRandes an einer Röhre oder Platte von geringer Wandstärke (in der Grössenordnung von Millimetern) aus durch Karbo-Nitrierung gehärtetem Stahl zum Festhalten von vorher an Ort und Stelle gebrachten Nadeln, Walzen oder Kugeln für Lager, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr oder die Platte mit genauer Beschränkung auf den Bereich, der die Biegestelle bil- det, unter Verwendung einer an sich bekannten Hochfrequenz-Induktionsheizung kurzzeitig erhitzt und ausgeglüht und hierauf durch Kaltbiegen der Rand über die eingelegten Nadeln usw. geformt wird.