DE102014102288A1 - System, manufacturing plant and process - Google Patents

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DE102014102288A1
DE102014102288A1 DE102014102288.2A DE102014102288A DE102014102288A1 DE 102014102288 A1 DE102014102288 A1 DE 102014102288A1 DE 102014102288 A DE102014102288 A DE 102014102288A DE 102014102288 A1 DE102014102288 A1 DE 102014102288A1
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cooling
heating
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Marco Burtchen
Tatiana Zedler
Mathieu Langels
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Rothe Erde GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt ein System zum räumlich begrenzten Erwärmen beim Härten eines Werksstücks vor, wobei das System einen Induktor zur partiellen Erwärmung des Werkstücks und eine Seitenkühlung zur Begrenzung einer durch den Induktor hervorgerufenen Wärmeentwicklung im Werkstück umfasst, wobei die Seitenkühlung unmittelbar am Induktor angeordnet ist und in ihrer Position fixierbar ist.The present invention proposes a system for spatially limited heating in the hardening of a workpiece, the system comprising an inductor for partially heating the workpiece and a side cooling for limiting a heat development in the workpiece caused by the inductor, wherein the side cooling is arranged directly on the inductor and is fixable in position.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum räumlich begrenzten Erwärmen eines Werkstücks bei dessen Härtung und ein Verfahren zum induktiven Härten, insbesondere Randschichthärten eines Werkstücks.The present invention relates to a system for spatially limited heating of a workpiece during its curing and a method for inductive hardening, in particular surface hardening of a workpiece.

Induktives Härten ist ein weit verbreitetes Verfahren zur partiellen Härtung von Werkstücken und ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2012 101 304 A1 bekannt. Üblicherweise wird hierbei ein mit einem Induktor hervorgerufenes Wechselmagnetfeld auf das leitfähige Werkstück gerichtet . Das Magnetfeld induziert Wirbelströme in einem Zielgebiet (einem Randbereich des Werkstücks) hervor, die eine für den Härtungsprozess erforderliche Erwärmung bewirken. Typischerweise lassen sich auf diese Weise Temperaturen von etwa 1000 °C im Werkstücksranderzielen. Inductive hardening is a widely used method for partial hardening of workpieces and is known, for example, from the document DE 10 2012 101 304 A1 known. Usually, an alternating magnetic field caused by an inductor is directed to the conductive workpiece. The magnetic field induces eddy currents in a target area (an edge region of the workpiece) that cause heating required for the hardening process. Typically, temperatures of about 1000 ° C in the workpiece edge can be achieved in this way.

Solch ein Wärmestau im Werkstückrand nimmt als Wärmequelle dann selbst Einfluss auf im Umfeld angeordnete Werkstücksbereiche, die unter Umständen keine Härtung erfahren sollen oder deren Härtung durch unerwünschte Wärmeleitungseffekte verschlechtert werden. Beispielsweise kann es sein, dass beim Härten von Wälzlagern zwei Laufbahnen derart nah benachbart zueinander angeordnet sind, dass die Wärmeentwicklung beim Härten der einen Laufbahn die andere beeinflusst. Dadurch kann es passieren, dass die geforderte Oberflächenhärte nicht erreicht wird bzw. Risse entstehen oder es zu einem Anlassen der Laufbahn kommt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen zur Eindämmung der durch den Induktor hervorgerufenen Hitzeentwicklung, machen es erforderlich, dass die getroffenen Maßnahmen für jedes Werkstück, insbesondere jede Laufbahn erneut aufwendig angepasst werden müssen. Solch eine Vorgehensweise ist denkbar ungünstig, wenn man daran interessiert ist, die Fertigung von Wälzlagern, insbesondere von Großwälzlagern vollautomatisch durchzuführen. Such a build-up of heat in the edge of the workpiece as a heat source then influences itself in the vicinity of arranged workpiece areas, which under certain circumstances should not undergo hardening or whose hardening is impaired by undesired heat conduction effects. For example, when rolling bearings are hardened, two raceways may be so closely adjacent to each other that the evolution of heat during curing of one raceway affects the other. As a result, it may happen that the required surface hardness is not achieved or cracks occur or that the raceway is tempered. The known from the prior art approaches to contain the induced by the inductor heat development, make it necessary that the measures taken for each workpiece, in particular each track again have to be adapted consuming. Such a procedure is conceivably unfavorable if one is interested in carrying out the production of roller bearings, in particular large-diameter bearings, fully automatically.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Werkstück für dessen partielle Härtung mit Hilfe eines Induktors erwärmt wird und gleichzeitig die dadurch hervorgerufene Wärmeentwicklung auf ein Zielgebiet begrenzt wird, in dem es gehärtet wird. Dabei wäre es wünschenswert, wenn die dafür vorgenommenen Maßnahmen eine Automatisierung des Härtungsprozesses erlauben und sich vorzugsweise einfach in die Fertigung von Wälzlagern, insbesondere Großwälzlagern, integrieren lassen.It is an object of the present invention to provide a system with which a workpiece for its partial hardening is heated by means of an inductor and at the same time the heat development thereby caused is limited to a target area in which it is hardened. It would be desirable if the measures taken to allow automation of the curing process and preferably can be easily integrated into the production of rolling bearings, especially slewing bearings.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein System zum räumlich begrenzten Erwärmen bei einem Härtungsprozess eines Werksstücks, wobei das System einen Induktor zur partiellen Erwärmung des Werkstücks und eine Seitenkühlung zur Begrenzung einer durch den Induktor hervorgerufenen Wärmeentwicklung im Werkstück umfasst, wobei die Seitenkühlung unmittelbar am Induktor angeordnet ist.The present invention achieves the object by a system for limited heating in a workpiece hardening process, the system comprising an inductor for partially heating the workpiece and a side cooling for limiting heat generation in the workpiece caused by the inductor, the side cooling being applied directly to the inductor is arranged.

Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass mittels der Seitenkühlung der Bereich des Werkstücks kühlbar ist, der unmittelbar an das Zielgebiet angrenzt, wobei unter Zielgebiet der Bereich zu verstehen ist, der durch die Erwärmung gehärtet werden soll. Damit lässt sich die Wärmeentwicklung des Werkstücks auf das Zielgebiet begrenzen. Compared with the prior art, the present invention has the advantage that by means of the side cooling, the area of the workpiece is adjacent, which immediately adjacent to the target area, where target area is the area to be hardened by the heating. This allows the heat development of the workpiece to be limited to the target area.

Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass es sich bei dem Werkstück um ein Wälzlager, insbesondere um ein Großwälzlager handelt. Solche Großwälzlager werden beispielsweise in Riesenrädern oder Windkraftanlagen verwendet. Die auftretenden Kräfte erfordern hohe Ansprüche an die Härtung, damit die Walzlager auf Dauer einen sicheren Betrieb garantieren können. Insbesondere ist es daher vorgesehen, dass das System für das Härten eines geschlossenen Kurvenzugs des Werkstücks, insbesondere einer Lauffläche eines Lagerrings, vorgesehen ist. Vorzugsweise umfasst der Induktor eine Spule bzw. Leiterschleife, insbesondere eine Kupferspule, die mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 40 kHz beaufschlagbar ist. Dadurch wird das Zielgebiet auf dem Werkstück vorzugsweise innerhalb weniger Sekunden unmittelbar auf eine Temperatur von etwa 1000°C erhitzt.. It is preferably provided that the workpiece is a roller bearing, in particular a large roller bearing. Such slewing bearings are used for example in giant wheels or wind turbines. The occurring forces require high demands on the hardening, so that the rolling bearings can guarantee long-term safe operation. In particular, it is therefore provided that the system is provided for hardening a closed curve of the workpiece, in particular a running surface of a bearing ring. Preferably, the inductor comprises a coil or conductor loop, in particular a copper coil, which can be acted upon by an alternating current with a frequency between 2 kHz and 40 kHz. As a result, the target area on the workpiece is preferably heated directly to a temperature of about 1000 ° C. within a few seconds.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawings.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Seitenkühlung relativ zum Induktor in ihrer Position fixiert ist. Durch die Fixierung wird dem Nutzer des Systems zudem erspart, eine Vorrichtung zum Kühlen bei wechselnden Werkstücken immer wieder erneut auf die gewünschte Stelle auf dem Werkstück auszurichten.In a further embodiment, it is provided that the side cooling is fixed in position relative to the inductor. By fixing the user of the system is also spared to align a device for cooling in changing workpieces again and again to the desired location on the workpiece.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das System ortsfest angeordnet ist und das Werkstück relativ zum System entlang einer Bearbeitungsrichtung bewegbar ist, wobei der Induktor und die Seitenkühlung entlang der Bearbeitungsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind der Induktor und die Seitenkühlung über Versorgungsleitungen mit Strom bzw. Abschreckungsmitteln für ein lokales Kühlen des Werkstücks verbunden. Durch die Relativbewegung des Werkstücks zum ortsfesten System lässt sich dann unter anderem in vorteilhafter Weise vermeiden, dass die Versorgungsleitungen derart dimensioniert und ausgestaltet werden müssten, dass sie bei einer andernfalls notwendigen Bewegung entlang des Umfangs des Werkstücks immer mitgeführt werden könnten.In a further embodiment, it is provided that the system is arranged stationary and the workpiece is movable relative to the system along a machining direction, wherein the inductor and the side cooling are arranged adjacent to each other along the machining direction. Preferably, the inductor and the side cooling via supply lines with current or quenching means for a local cooling of the Workpiece connected. By the relative movement of the workpiece to the stationary system can be advantageously avoided, inter alia, that the supply lines should be sized and designed so that they could be carried along in an otherwise necessary movement along the circumference of the workpiece always.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Seitenkühlung einen Grundkörper mit einer Auslassbohrung zur Führung eines ein Abschreckmittel umfassenden Kühlstrahls aufweist. Insbesondere gibt die Auslassbohrung vor, an welcher Stelle neben dem Zielgebiet die Kühlung erfolgen soll, wobei die Auslassbohrung in vorteilhafter Weise während des Härtungsprozesses formstabil ist und damit die Ausrichtung des Kühlstrahls relativ zum Zielgebiet im Wesentlichen im Härtungsprozess konstant bleibt. In a further embodiment, it is provided that the side cooling has a main body with an outlet bore for guiding a cooling jet comprising a quenching agent. In particular, the outlet hole specifies at which point next to the target area the cooling should take place, wherein the outlet hole is advantageously dimensionally stable during the hardening process and thus the orientation of the cooling jet relative to the target area remains substantially constant in the hardening process.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass

  • – ein Durchmesser der Auslassbohrung und/oder
  • – eine Ausrichtung der Auslassbohrung
an das Werkstück und/oder an die durch den Induktor hervorgerufene Wärmeentwicklung im Werkstück angepasst sind. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass die Auslassbohrung geneigt ist zu einer senkrecht zur Bearbeitungsrichtung verlaufende Richtung. Insbesondere ist die Auslassbohrung derart geneigt, dass über die Neigung der Abstand zwischen dem Zielbereich und dem durch das Abschreckmittel gekühlten Bereich festgelegt wird. Durch die Dimensionierung des Durchmessers lässt sich darüber hinaus – angepasst an das Werkstück – die Menge an dem Werkstück zugeführten Abschreckmittel bestimmen bzw. festlegen. Durch die Kontrolle des Kühlungsprozesses lässt sich in vorteilhafter Weise – individuell an das Werkstück angepasst – die für das Härten erforderliche Erwärmung räumlich eingrenzen.In a further embodiment, it is provided that
  • - A diameter of the outlet bore and / or
  • - An orientation of the outlet hole
are adapted to the workpiece and / or caused by the inductor heat generation in the workpiece. It is provided, for example, that the outlet bore is inclined to a direction perpendicular to the machining direction. In particular, the outlet bore is inclined so that the inclination determines the distance between the target area and the area cooled by the quenching means. In addition, by dimensioning the diameter, the amount of quenching agent supplied to the workpiece can be determined or determined, adapted to the workpiece. By controlling the cooling process can be advantageously limited - individually adapted to the workpiece - the space required for curing heating.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Seitenkühlung zur Dosierung eines Volumenstroms des Kühlstrahls einen Druckminderer und/oder eine Stellschraube umfasst. Mit Hilfe von Druckminderer und/oder Stellschraube lässt sich die Kühlung durch die Seitenkühlung noch genauer festlegen. Es ist dabei vorstellbar, dass über Druckminderer und/oder Stellschraube eine Feinabstimmung erfolgt. Darüber hinaus ist denkbar, dass Druckminderer und Stellschraube den Kühlstrom während des Härtungsprozesses ändern bzw. nachkorrigieren. Vorzugsweise sind Druckminderer und Stellschraube Teil eines Regelkreises, der für eine Nachkorrektur des eingestellten Kühlstroms sorgt, sobald im Umfeld des System eine Temperatur festgestellt wird, die einen Schwellwert überschreitet. In a further embodiment, it is provided that the side cooling for metering a volume flow of the cooling jet comprises a pressure reducer and / or a set screw. With the help of pressure reducer and / or adjusting screw, the cooling can be set even more precisely by the side cooling. It is conceivable that via pressure reducer and / or screw fine tuning takes place. In addition, it is conceivable that pressure reducer and screw change or correct the cooling flow during the curing process. Preferably, pressure reducer and screw are part of a control loop, which ensures a correction of the set cooling current as soon as a temperature is detected in the environment of the system, which exceeds a threshold.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Stellschraube fixierbar ist. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise sicherstellen, dass sich der Kühlstrom nicht ungewollt beim Härtungsprozess verändert.In a further embodiment it is provided that the adjusting screw can be fixed. As a result, it can be ensured in an advantageous manner that the cooling flow does not change unintentionally during the hardening process.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das System eine weitere Seitenkühlung, die unmittelbar am Induktor angeordnet und in ihrer Position fixierbar ist, umfasst, wobei der Induktor zwischen der Seitenkühlung und der weitern Seitenkühlung entlang der Bearbeitungsrichtung angeordnet ist. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise die Wärmeentwicklung des Werkstücks sowohl in eine der Bearbeitungsrichtung folgenden Richtung als auch eine der Bearbeitungsrichtung entgegengesetzten Richtung eingrenzen. Insbesondere für Wälzlager hat das den Vorteil, dass bereits gehärtete Bereiche geschützt sind die durch eine Drehbewegung des Wälzlagers beim Härtungsprozess wieder in die Nähe des Induktors kommen, aber nicht noch einmal erwärmt werden. In a further embodiment, it is provided that the system comprises a further side cooling, which is arranged directly on the inductor and fixable in position, wherein the inductor between the side cooling and the further side cooling is arranged along the machining direction. As a result, the heat development of the workpiece can be delimited both in a direction following the machining direction and in a direction opposite to the machining direction. In particular for rolling bearings, this has the advantage that already hardened areas are protected which come back into the proximity of the inductor during a rotational movement of the rolling bearing in the hardening process, but are not heated again.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Abschreckmittel Luft, Wasser, Öl, eine Lösung und oder eine Emulsion aufweist. Vorzugsweise wird das Abschreckmittel, bevor es dem Werkstück zugeführt wird, vorgekühlt. Mit Hilfe des geeigneten Abschreckmittels lassen sich die gewünschten Bereiche auf dem Werkstück effizient und gezielt abkühlen. In a further embodiment it is provided that the quenching agent comprises air, water, oil, a solution and / or an emulsion. Preferably, the quenchant is pre-cooled before being fed to the workpiece. With the help of the appropriate quenching agent can be the desired areas on the workpiece efficiently and selectively cool.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass

  • – das System eine Vielzahl von Induktoren umfasst,
  • – der Induktor eine an das Werkstück angepasste Induktorgeometrie aufweist und/oder
  • – der Grundkörper eine Vielzahl von Auslassbohrungen umfasst. Dadurch lassen sich mehrere Abschnitte simultan härten, wodurch in vorteilhafter Weise der Härtungsprozess beschleunigt wird.
In a further embodiment, it is provided that
  • The system comprises a plurality of inductors,
  • - The inductor has an adapted to the workpiece Induktorgeometrie and / or
  • - The main body comprises a plurality of outlet holes. As a result, several sections can be cured simultaneously, which advantageously accelerates the curing process.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass dem Induktor in Bearbeitungsrichtung gesehen ein Hilfsinduktor als Vorwärmer vorgelagert ist. In a further embodiment, it is provided that, seen in the machining direction, an auxiliary inductor is arranged upstream of the inductor as a preheater.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das System einen Antrieb für eine Vorschubbewegung des Werkstücks umfasst, wobei die Vorschubbewegung durch den Antrieb steuerbar ist. Vorzugsweise handelt es sich beim Antrieb um einen Rollantrieb, der die Vorschubbewegung des Werkstücks bewirkt. Weiterhin ist es denkbar, dass durch den Antrieb eine kontinuierliche Bewegung des Werkstücks realisierbar ist. Durch die kontinuierliche Bewegung des Werkstücks werden optimale Voraussetzungen für ein einfaches und positionsgenaues Erwärmen des Werkstücks bereitgestellt. Es ist auch denkbar, dass der Antrieb die Vorschubbewegung während des Härtungsprozesses beschleunigt und/oder entschleunigt. In a further embodiment, it is provided that the system comprises a drive for a feed movement of the workpiece, wherein the feed movement is controllable by the drive. Preferably, the drive is a roller drive, which causes the feed movement of the workpiece. Furthermore, it is conceivable that a continuous movement of the workpiece can be realized by the drive. Due to the continuous movement of the workpiece optimal conditions for a simple and accurate position heating of the workpiece are provided. It is also conceivable that the drive accelerates and / or decelerates the feed movement during the curing process.

Ein weiterer Gegenstand ist eine Fertigungsanlage zur Fertigung eines Wälzlagers, vorzugsweise eines Großwälzlagers, wobei die Fertigungsanlage eines der oben beschriebenen Systeme aufweist. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die Fertigungsanlage vollautomatisiert Wälzlager, vorzugsweise Großwälzlager realisiert. Dabei ist es von Vorteil, dass die an die Laufbahn angepasste Seitenkühlung fixiert ist und deshalb nicht aufwendiges für jedes neue Werkstück bzw. Laufbahn wieder arretiert werden muss. A further subject matter is a production plant for producing a rolling bearing, preferably a large rolling bearing, the production plant having one of the systems described above. In particular, it is conceivable that the production plant fully automated rolling bearings, preferably large-diameter bearings realized. It is advantageous that the side cooling adapted to the track is fixed and therefore does not need to be locked again for each new workpiece or career consuming.

Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zum induktiven Härten, insbesondere zum Randschichthärten, eines Werkstücks, vorzugsweise eines Großwälzlagers, wobei das Werkstück mittels eines Induktors in einem ersten Verfahrensschritt erwärmt wird, wobei eine durch den Induktor hervorgerufene Erwärmung im Werkstück mittels einer unmittelbar am Induktor angeordneten Seitenkühlung in einem zweiten Verfahrensschritt räumlich begrenzt wird. Vorzugsweise werden der erste und der zweite Verfahrensschritt zeitgleich realisiert. Dadurch lässt sich die Wärmeentwicklung in vorteilhafter Weise möglichst unmittelbar nach ihrer Entstehung im Zielgebiet eingrenzen. A further subject matter is a method for inductive hardening, in particular for surface hardening, of a workpiece, preferably a slewing bearing, wherein the workpiece is heated by means of an inductor in a first method step, wherein heating caused by the inductor in the workpiece by means of a side cooling arranged directly on the inductor is spatially limited in a second process step. Preferably, the first and the second method step are realized simultaneously. As a result, the heat development can advantageously be limited as soon as possible after their formation in the target area.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Werkstück mittels eines Antriebs relativ zu einem System bestehend aus dem Induktor und der Seitenkühlung, insbesondere relativ zu einem der oben beschriebenen Systeme bewegt wird.In a further embodiment, it is provided that the workpiece is moved by means of a drive relative to a system consisting of the inductor and the side cooling, in particular relative to one of the systems described above.

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Werkstück in einem dem ersten Verfahrensschritt zeitlich vorgelagerten nullten Verfahrensschritt geformt wird, vorzugsweise gegossen und/oder gefräst wird. Es ist dabei vorstellbar, dass das Werkstück unmittelbar nachdem es gegossen, geschmiedet und/oder gefräst wurde, gehärtet wird. In a further embodiment, provision is made for the workpiece to be shaped, preferably cast and / or milled, in a zero-step method step upstream of the first method step. It is conceivable that the workpiece is hardened immediately after it has been cast, forged and / or milled.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränkenFurther details, features and advantages of the invention will become apparent from the drawings, as well as from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings illustrate only exemplary embodiments of the invention, which do not limit the essential inventive idea

Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein System zum räumlich begrenzten Erwärmen eines Werkstücks beim Härten gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows in a perspective view a system for limited heating of a workpiece during curing according to a first exemplary embodiment of the present invention.

2 zeigt in ein System zum räumlich begrenzten Erwärmen eines Werkstücks beim Härten gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows in a system for limited heating of a workpiece during curing according to a second exemplary embodiment of the present invention.

Die 3a bis 3d zeigen jeweils ein System zum räumlich begrenzten Erwärmen eines Werkstücks beim Härten gemäß einer dritten, vierten, fünften und einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.The 3a to 3d each show a system for spatially heating a workpiece during curing according to third, fourth, fifth and sixth exemplary embodiments of the present invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.

In 1 ist eine System 1 zum räumlich begrenzten Erwärmen eines Werkstücks 10 bei dessen Härtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Für das Härten des Werkstücks 10 ist hierbei ein Induktor 2 vorgesehen, der mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird und dann über ein durch den Wechselstrom hervorgerufenes Magnetfeld auf das Werkstück 10 partiell, d.h. räumlich begrenzt, einwirkt. Dabei wird insbesondere eine Randschicht des Werkstücks 10 erwärmt und dadurch, vorzugsweise innerhalb von wenigen Sekunden, auf etwa 1000 °C erwärmt. Bei den üblicherweise eingesetzten Materialien wird in der Randschicht durch die Erwärmung ein möglichst homogener Austenit erzeugt und durch ein sich anschließendes Abschrecken des erwärmten Randbereichs mit einem Abschreckungsmittel ein möglichst hoher Anteil an Martensit gebildet. Insbesondere erfolgt das Abschrecken mit einer hohen Abkühlgeschwindigkeit unter Verwendung einer Brause, die das Abschreckungsmittel auf das Werkstück richtet. Abhängig von einer Induktorgeometrie ist dabei eine Einwärmtiefe bzw. ein Rht-Profil generierbar, die zudem auch durch die Temperaturverteilung in der Randschicht des Werkstücks oder durch die Frequenz des Wechselstroms, die vorzugsweise zwischen 2 kHz und 40 kHz liegt, beeinflussbar ist.In 1 is a system 1 for spatially limited heating of a workpiece 10 when cured according to a first exemplary embodiment of the present invention. For hardening the workpiece 10 this is an inductor 2 provided, which is acted upon by an alternating current and then via a caused by the alternating magnetic field on the workpiece 10 partially, ie spatially limited, acts. In this case, in particular, an edge layer of the workpiece 10 heated and thereby, preferably within a few seconds, heated to about 1000 ° C. In the case of the materials usually used, as homogeneous as possible austenite is produced in the surface layer by the heating, and the highest possible proportion of martensite is formed by a subsequent quenching of the heated edge region with a quenching agent. In particular, quenching occurs at a high cooling rate using a showerhead which directs the quenching agent onto the workpiece. Depending on an inductor geometry, a warming depth or an Rht profile can be generated, which can also be influenced by the temperature distribution in the surface layer of the workpiece or by the frequency of the alternating current, which is preferably between 2 kHz and 40 kHz.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Werkstück 10 um ein Wälzlager, insbesondere um ein Großwälzlager, wie es beispielsweise in Riesenrädern oder Windkraftanlagen verwendet wird. Solche Werkstücke 10 werden vorzugsweise im Vorfeld des Härtungsprozesses geformt, insbesondere gegossen und/oder gefräst. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass ein geschlossener Kurvenzug des Werkstücks 10, insbesondere eine Lauffläche eines Lagerrings, gehärtet wird. Für das Härten des gesamte Werkstück 10 oder nur von bestimmten Bereichen des Werkstücks 10 ist es vorgesehen, dass der Induktor 2 im Wesentlichen ortsfest angeordnet ist und das Werkstück 10 mittels eines Antriebs 8 relativ zum Induktor 2 bewegt wird, insbesondere am Induktor 2 abschnittsweise entlang einer Bearbeitungsrichtung B vorbeigeführt wird. Vorzugsweise erfolgt die Bewegung entlang der Bearbeitungsrichtung B kontinuierlich. Es ist weiter denkbar, dass der Induktor 2 auf eine Innenseite und/oder eine Außenseite des Werkstücks 10 gerichtet ist. Um zu verhindern, dass der erwärmte Randbereich andere Bereiche des Werkstücks 10 oder andere Werkstücke erwärmt und dadurch deren Oberflächenqualität ungewollt manipuliert, ist es vorgesehen, dass das System 1 neben dem Induktor 2 eine Seitenkühlung 3 umfasst, die unmittelbar am Induktor 2 angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Seitenkühlung 3 fixiert ist, wodurch es dem Nutzer des Systems 1 in vorteilhafter Weise erspart bleibt, die Seitenkühlung 3 beim Wechsel des Werkstücks 10 zeitaufwendig wiederholt neu auszurichten. Vorzugsweise ist die Seitenkühlung 3 in Bearbeitungsrichtung B gesehen hinter dem Induktor 2 angeordnet, um bereits gehärtete Bereich vor einem erneuten und ungewollten Erwärmen zu bewahren. Es ist auch denkbar, dass die Seitenkühlung 3 derart ausgestaltet ist, dass die Seitenkühlung 3 einen Wärmetransport vom erwärmten Randbereich, dem Zielgebiet, in mehrere Richtungen unterbindet. Beispielsweise ist dafür eine weitere Seitenkühlung in Bearbeitungsrichtung B vor dem Induktor 2 angeordnet um noch nicht gehärtete Bereiche des Werkstücks 10 vor dem ungewollten Erwärmen zu bewahren. Insbesondere bei Wälzlagern ist eine Begrenzung der Wärmeentwicklung des erhitzen Bereichs (Zielgebiet) erwünscht, wenn nach einem Umlauf der bereits gehärtet Bereich wieder in die Nähe des Induktors 2 gelangt oder die Laufbahnen derart nah zueinander positioniert sind, dass die Wärmeentwicklung der einen Laufbahn die andere indirekt wärmt. Eine solche ungewollte Erwärmung könnte dazu führen, dass die geforderte Härte nicht erreicht wird bzw. Risse entstehen oder es zu einem Anlassen der Laufbahn kommtPreferably, the workpiece is 10 a rolling bearing, in particular a large rolling bearing, as used for example in giant wheels or wind turbines. Such workpieces 10 are preferably formed in advance of the curing process, in particular cast and / or milled. It is provided in particular that a closed curve of the workpiece 10 , in particular a running surface of a bearing ring is hardened. For hardening the entire workpiece 10 or only from certain areas of the workpiece 10 it is envisaged that the inductor 2 is arranged substantially stationary and the workpiece 10 by means of a drive 8th relative to the inductor 2 is moved, in particular at the inductor 2 sections along a processing direction B is passed. The movement along the machining direction B preferably takes place continuously. It is further conceivable that the inductor 2 on an inside and / or an outside of the workpiece 10 is directed. To prevent the heated edge area from other areas of the workpiece 10 or other workpieces heated and thereby their surface quality unintentionally manipulated, it is provided that the system 1 next to the inductor 2 a side cooling 3 includes, directly on the inductor 2 is arranged. In particular, it is provided that the side cooling 3 is fixed, which makes it the user of the system 1 advantageously saved, the side cooling 3 when changing the workpiece 10 time consuming to realign repeatedly. Preferably, the side cooling 3 seen in the machine direction B behind the inductor 2 arranged to preserve already hardened area from renewed and unwanted heating. It is also conceivable that the side cooling 3 is configured such that the side cooling 3 prevents heat transfer from the heated edge area, the target area, in several directions. For example, this is another side cooling in the machine direction B in front of the inductor 2 arranged around not yet hardened areas of the workpiece 10 to protect against unwanted heating. In particular, in rolling bearings, a limitation of the heat generation of the heated area (target area) is desired when after one revolution of the already hardened area back to the vicinity of the inductor 2 or the tracks are positioned so close to each other that the heat of one career indirectly warms the other. Such unwanted heating could lead to the required hardness not being reached, cracking or tempering of the raceway

In 2 ist ein System 1 zum räumlich begrenzten Erwärmen eines Werkstücks 10 bei dessen Härtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Übersicht halber lediglich ein Teil des in Bearbeitungsrichtung B bewegten Werkstücks 10 illustriert ist. Insbesondere umfasst das System 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Induktoren 2, an denen jeweils eine Seitenkühlung 3 unmittelbar angeordnet ist. Dabei sind die Induktoren 2 bezüglich des Werkstücks 10 zueinander gegenüberliegend angeordnet, wodurch das Werkstück 10 sowohl entlang der Innenseite als auch entlang der Außenseite, vorzugsweise simultan, gehärtet werden kann. Durch die Seitenkühlung 3 wird dabei die Wärmeentwicklung des Werkstücks 10 in positiver Weise auf einen Erwärmungsbereich 9 begrenzt bzw. eingeschränkt. In 2 is a system 1 for spatially limited heating of a workpiece 10 shown during its curing according to a second exemplary embodiment of the present invention, wherein the sake of clarity, only a part of the moving direction in the machining direction B workpiece 10 is illustrated. In particular, the system includes 1 According to the second embodiment of the present invention, two inductors 2 , on each of which a side cooling 3 is arranged directly. Here are the inductors 2 with respect to the workpiece 10 arranged opposite each other, whereby the workpiece 10 both along the inside and along the outside, preferably simultaneously, can be cured. Through the side cooling 3 becomes thereby the heat development of the workpiece 10 in a positive way to a warming area 9 limited or restricted.

In den 3a bis 3d sind jeweils Systeme 1 zum räumlich begrenzten Erwärmen eines Werkstücks 10 bei dessen Härtung gemäß einer dritten, vierten, fünften und einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei sind die Systeme 1 jeweils in der bereits aus 2 bekannten detaillierten Darstellungsform gezeigt. Es ist hierbei vorgesehen, dass die Seitenkühlung 3 eine Auslassbohrung 12 aufweist, die der Führung eines Abschreckungsmittels umfassenden Kühlstroms dient. Vorzugsweise umfasst das Abschreckungsmittel Luft, Öl, Wasser oder eine spezielle Emulsion bzw. Lösung. Dabei lässt sich durch die Größe eines Durchmessers 7 der Auslassbohrung 12 der Volumenfluss des Abschreckungsmittels festlegen. Beispielsweise wird der auf das Werkstück 10 gerichtete Kühlstrom bei der Seitenkühlung 3 aus 3a größer sein als der der Seitenkühlung aus 3c, deren Durchmesser 7 kleiner ist als der in 3a. Zudem lässt sich der Kühlstrom auf einen gewünschten Bereich relativ zum durch den Induktor 2 erwärmten Bereich ausrichten, indem die Auslassbohrung 12 ausgerichtet wird. Vorzugsweise ist der generelle Verlauf der Auslassbohrung 12 relativ zu einer senkrecht zur Bearbeitungsrichtung B verlaufenden Richtung geneigt, wie es in der Ausführungsform in 3c gezeigt ist. Zusätzlich oder alternativ lässt sich die Dosierung des Volumenstroms mittels eines Druckminderes 17 regulieren.In the 3a to 3d are each systems 1 for spatially limited heating of a workpiece 10 when hardened according to third, fourth, fifth and sixth exemplary embodiments of the present invention. Here are the systems 1 each in the already off 2 shown in known detailed form of representation. It is provided here that the side cooling 3 an outlet hole 12 which serves to guide a deterrent comprehensive cooling flow. Preferably, the quenching agent comprises air, oil, water or a special emulsion or solution. It is possible by the size of a diameter 7 the outlet hole 12 determine the volume flow of the deterrent. For example, the one on the workpiece 10 Directional cooling flow during side cooling 3 out 3a be greater than that of the side cooling off 3c whose diameter 7 smaller than the one in 3a , In addition, the cooling flow can be to a desired range relative to the inductor 2 Align the heated area by the outlet hole 12 is aligned. Preferably, the general course of the outlet bore 12 inclined relative to a direction perpendicular to the machining direction B, as in the embodiment in 3c is shown. Additionally or alternatively, the dosage of the volume flow by means of a pressure reducer 17 regulate.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
System system
22
Induktor  inductor
33
Seitenkühlung side cooling
55
Abschreckmittelzufuhr Abschreckmittelzufuhr
66
Fixierhilfe Fixing
77
Durchmesser der Auslassbohrung Diameter of the outlet hole
88th
Antrieb drive
99
Erwärmungsbereich  heating area
1010
Werkstück workpiece
1212
Auslassbohrung outlet bore
1717
Druckmindere pressure minors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (15)

System (1) zum räumlich begrenzten Erwärmen bei einem Härtungsprozess eines Werksstücks (10), wobei das System (1) einen Induktor (2) zur partiellen Erwärmung des Werkstücks (10) und eine Seitenkühlung (3) zur Begrenzung einer durch den Induktor (2) hervorgerufenen Wärmeentwicklung im Werkstück (10) umfasst, wobei die Seitenkühlung (3) unmittelbar am Induktor (2) angeordnet ist.System ( 1 ) for spatially limited heating in a hardening process of a workpiece ( 10 ), whereby the system ( 1 ) an inductor ( 2 ) for partial heating of the workpiece ( 10 ) and a side cooling ( 3 ) for limiting one by the inductor ( 2 ) caused heat development in the workpiece ( 10 ), wherein the side cooling ( 3 ) directly on the inductor ( 2 ) is arranged. System (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenkühlung relativ zum Induktor in ihrer Position fixiert ist. System ( 1 ) according to claim 1, wherein the side cooling is fixed in position relative to the inductor. System (1) gemäß Anspruch 1, wobei das System (1) ortsfest angeordnet ist und das Werkstück (10) relativ zum System (1) entlang einer Bearbeitungsrichtung (B) bewegbar ist, wobei der Induktor (2) und die Seitenkühlung (3) entlang der Bearbeitungsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind.System ( 1 ) according to claim 1, wherein the system ( 1 ) is stationary and the workpiece ( 10 ) relative to the system ( 1 ) is movable along a processing direction (B), wherein the inductor ( 2 ) and the side cooling ( 3 ) are arranged adjacent to each other along the machining direction. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Seitenkühlung (3) einen Grundkörper mit einer Auslassbohrung (12) zur Führung eines ein Abschreckmittel umfassenden Kühlstrahls aufweist.System ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the side cooling ( 3 ) a base body with an outlet bore ( 12 ) for guiding a cooling jet comprising a quenching agent. System (1) gemäß Anspruch 3, wobei – ein Durchmesser der Auslassbohrung (12) und/oder – eine Ausrichtung der Auslassbohrung (12) an das Werkstück (10) und/oder an die durch den Induktor (2) hervorgerufene Wärmeentwicklung im Werkstück (10) angepasst ist.System ( 1 ) according to claim 3, wherein - a diameter of the outlet bore ( 12 ) and / or - an orientation of the outlet bore ( 12 ) to the workpiece ( 10 ) and / or by the inductor ( 2 ) caused heat development in the workpiece ( 10 ) is adjusted. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Seitenkühlung (2) zur Dosierung eines Volumenstroms des Kühlstrahls einen Druckminderer (17) und/oder eine Stellschraube umfasst, wobei die Stellschraube fixierbar ist. System ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the side cooling ( 2 ) for metering a volume flow of the cooling jet, a pressure reducer ( 17 ) and / or an adjusting screw, wherein the adjusting screw is fixable. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (1) eine weitere Seitenkühlung, die unmittelbar am Induktor (2) angeordnet ist und in ihrer Position fixierbar ist, umfasst, wobei der Induktor (2) zwischen der Seitenkühlung (3) und der weiteren Seitenkühlung entlang der Bearbeitungsrichtung (B) angeordnet ist. System ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the system ( 1 ) another side cooling, directly on the inductor ( 2 ) and is fixable in position comprises, wherein the inductor ( 2 ) between the side cooling ( 3 ) and the further side cooling along the machining direction (B) is arranged. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abschreckmittel Luft, Wasser, Öl, eine Lösung und oder eine Emulsion aufweist.System ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the quenching agent comprises air, water, oil, a solution and or an emulsion. System (1), wobei – das System (1) eine Vielzahl von Induktoren (2) umfasst, – der Induktor (2) eine an das Werkstück (10) angepasste Induktorgeometrie aufweist und/oder – der Grundkörper eine Vielzahl von Auslassbohrungen (12) umfasst.System ( 1 ), where - the system ( 1 ) a plurality of inductors ( 2 ), - the inductor ( 2 ) one to the workpiece ( 10 ) has adapted Induktorgeometrie and / or - the body a plurality of outlet holes ( 12 ). System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Induktor (2) in Bearbeitungsrichtung (B) gesehen ein Hilfsinduktor als Vorwärmer vorgelagert ist. System ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the inductor ( 2 ) seen in the machine direction (B) is preceded by an auxiliary inductor as a preheater. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (1) einen Antrieb (8) für eine Vorschubbewegung des Werkstücks (10) umfasst, wobei die Vorschubbewegung durch den Antrieb (8) steuerbar ist.System ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the system ( 1 ) a drive ( 8th ) for a feed movement of the workpiece ( 10 ), wherein the feed movement by the drive ( 8th ) is controllable. Fertigungsanlage zur Fertigung eines Wälzlagers, wobei die Fertigungsanlage ein System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.Production plant for manufacturing a rolling bearing, wherein the production plant has a system according to one of claims 1 to 11. Verfahren zum induktiven Härten eines Werkstücks (10), wobei das Werkstück (10) mittels eines Induktors (2) in einem ersten Verfahrensschritt erwärmt wird, wobei eine durch den Induktor (2) hervorgerufene Erwärmung im Werkstück (10) mittels einer unmittelbar am Induktor (2) angeordneten Seitenkühlung (3) in einem zweiten Verfahrensschritt räumlich begrenzt wird. Method for inductively hardening a workpiece ( 10 ), whereby the workpiece ( 10 ) by means of an inductor ( 2 ) is heated in a first process step, one through the inductor ( 2 ) caused heating in the workpiece ( 10 ) by means of a directly on the inductor ( 2 ) arranged side cooling ( 3 ) is spatially limited in a second process step. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Werkstück (10) mittels eines Antriebs (8) relativ zu einem System (1) bestehend aus dem Induktor (2) und der Seitenkühlung (3), insbesondere relativ zu einem System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bewegbar ist.Method according to claim 13, wherein the workpiece ( 10 ) by means of a drive ( 8th ) relative to a system ( 1 ) consisting of the inductor ( 2 ) and the side cooling ( 3 ), in particular relative to a system according to one of claims 1 to 12, is movable. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das Werkstück (10) in einem dem ersten Verfahrensschritt zeitlich vorgelagerten nullten Verfahrensschritt geformt wird.Method according to claim 13 or 14, wherein the workpiece ( 10 ) is formed in a zero-step method step upstream of the first method step.
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