DE1583333B1 - Inductor for surface hardening of elongated work pieces with a flange of different diameters - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf das induktive Heizleiterschleifen in Richtung senkrecht zur Werk-Oberflächenhärten solcher Werkstücke, die im Stückachse aber unmöglich machen würde, wesentlichen aus einem langgestreckten zylindri- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, sehen Schaft bestehen, der mindestens an einem Ende einen Induktor zur Erzeugung einer unbeträchtigt in einen, beispielsweise tellerförmigen, Flansch mit 5 durchlaufenden Härteschicht an solchen Werkeinem zum Schaft wesentlich größeren Durchmesser stücken nach dem Gesamtflächenumlaufverfahren ausläuft. In dieser Weise geformte Werkstücke wer- anzugeben, die aus einem langgestreckten im wesentden beispielsweise als Hinterachswellen, Hinterrad- liehen zylindrischen Schaft unterschiedlichen Durchwellen und Getriebewellen im Kraftfahrzeugbau ver- messers und mindestens einem Flansch mit unterwendet, und es ist in zunehmendem Maße erwünscht io schiedlichem, jedoch wesentlich größerem Durchbzw, erforderlich, diese Werkstücke auf der gesamten messer zusammengesetzt sind, und bei dem. die im Oberfläche, d. h., unter Einbeziehung der Oberfläche Zusammenhang mit den vorbekannten bzw. bereits des Schaftes, hochbelasteten Bereichen des Flansches vorgeschlagenen Verfahren oder Einrichtungen auf- und der Hohlkehle zwischen beiden einer induktiven tretenden genannten Schwierigkeiten vermieden Oberflächenhärtung zu unterziehen. 15 werden.The invention relates to the inductive heating conductor looping in the direction perpendicular to the work surface hardening such workpieces, which would make it impossible in the piece axis essential from an elongated cylindri- The invention is now based on the object see shaft exist that at least at one end disregards an inductor for generating a into a, for example, plate-shaped flange with a 5 continuous hardness layer on such a plant to the shaft much larger diameter pieces according to the total surface circulation method expires. Workpieces shaped in this way are to be indicated which essentially consist of an elongated one For example, as rear axle shafts, rear wheel borrowed cylindrical shaft different through shafts and gear shafts in automotive engineering with a surveyor and at least one flange, and it is increasingly desirable in different, but much larger through or required, these workpieces are assembled on the entire knife, and at the. the in Surface, d. h., taking into account the surface connection with the previously known or already of the shaft, highly stressed areas of the flange on proposed methods or devices. and the fillet between both of an inductive stepping mentioned difficulties avoided To undergo surface hardening. Become 15.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese minde- Der Induktor gemäß der Erfindung ist dadurch stens an einem Ende mit einer Verdickung oder gekennzeichnet, daß die Heizleiter je zwei sich im einem Flansch versehenen Wellen nach dem Gesamt- wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Leiterflächenumlaufverfahren induktiv zu härten, iieim äste aufweisen, von denen jeweils mindestens zwei induktiven Härten nach dem Gesamtflächenumlauf- ao zu verschiedenen Heizleitern gehörende im Grenzverfahren werden in bekannter Weise die rotations- bereich der Einflußzonen der beiden Heizleiter an symmetrischen Werkstücke, mit konstanter Ge- ihren Endflächen durch eine Isolierschicht voneinschwindigkeit um ihre Symmetrieachse rotierend, von ander getrennt * aneinander - stoßen und daß jeweils einem die gesamte Länge des Werkstückes über- mindestens zwei in den genannten Grenzbereichen streichenden Induktor in der Oberfläche erhitzt und 25 an die axialen Leiteräste anschließenden Stromzudurch Abschrecken gehärtet. führungen nebeneinander und sich axial überlappendIt has already been proposed to minimize this. The inductor according to the invention is thereby at least at one end with a thickening or marked that the heating conductors are two in each a flange provided shafts according to the overall substantially in the axial direction extending conductor surface circulation method to induce hardening, have in the branches, of which at least two each inductive hardening according to the total area circulation ao belonging to different heating conductors in the boundary process the area of rotation of the zones of influence of the two heating conductors are shown in a known manner symmetrical workpieces, with constant ge their end faces through an insulating layer of one-speed rotating around their axis of symmetry, separated from each other * butting against each other and that in each case one the entire length of the workpiece over at least two in the mentioned border areas The coating inductor is heated in the surface and current is passed through to the axial conductor branches Quenching hardened. guides side by side and axially overlapping

Dieses Härteverfahren hat sich in der Praxis auch angeordnet sind. *-'^::'^:: . -" /;; bei der Behandlung der erwähnten Wellentypen gut Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erbewährt; es hat sich allerdings als außerordentlich findung sind die Stoßstellen von jeweils zwei zu nachteilig erwiesen, daß für jede Welle mit vor- 30 verschiedenen Heizleitern gehörigen axialen Leitergegebenen Dimensionen des Schaftes und des Flan- ästen axial gegeneinander versetzt. ';■>. sches ein dem Werkstück genau angepaßter Induktor Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des' erfinverwendet werden muß, wenn das vorgeschriebene derischen Induktors ist dadurch gekennzeichnet, daß oder erwünschte Härteergebnis erzielt werden soll. ein auswechselbarer Heizleiter -(Hauptheizleiter) für Dieser Nachteil tritt insbesondere immer dann 35 die Behandlung des zylindrischen Schaftes und ein sehr deutlich zutage, wenn ein Hersteller oder ein weiterer auswechselbarer Heizleiter (Nebenheizleiter) Anwender ein Vielfalt von gleich langen Wellentypen für die Behandlung des Flansches sowie der Hohlmit den unterschiedlichsten Schaft- und Flansch- kehle zwischen Schaft und Flansch vorgesehen ist. durchmessern bei geringer Stückzahl pro Wellentype Die Nutzanwendung der Erfindung besteht nun zu härten hat. Abgesehen von der hohen Kapital- 40 darin, daß die Schäfte der unterschiedlichen F^nschinvestition für die Vielzahl der Induktoren ist auch wellentypen einer Typengruppe meist mit" einem das häufige Umrüsten der induktiven Härteeinrich-■<■;;■ einzigen Induktor gehärtet werden können. C^ tung mit erheblichen Verlusten an Produktionszeit Die Trennlinie zwischen beiden Heizleiter^ wird und somit mit vermeidbaren finanziellen Verlusten in vielen Fällen vorteilhaft möglichst nahe an die verbunden. 45 Hohlkehle herangelegt sein, damit der Nebenheiz-Aus der deutschen Auslegeschrift 1 228 645 ist leiter einerseits optimal geformt werden kann und nun ein Verfahren zum induktiven Härten der Lager- der durch ihn zu heizende Schaftbereich möglichst stellen von Kurbelwellen bekannt, bei dem zur Be- klein bleibt. Der Hauptheizleiter braucht daher bei rücksichtigung des unterschiedlichen Wärmeabflusses der induktiven Erhitzung bzw. beim induktiven in den verschiedenen -Bereichen einer" zusammen- 50 Härten einer Vielzahl von FIanschwellentyp6i^: nicht hängenden Härtezone jeder dieser Bereiche von einer ausgewechselt zu werden, sondern dies ist lediglich zugehörigen, von den anderen Heizleiterschleifen für die Nebenheizleiter erforderlich. Eine solche galvanisch getrennten, Heizleiterschleife induktiv Maßnahme spart nicht unbeträchtliche Investitionserhitzt wird. kosten, sondern auch erhebliche Rüstzeiten ein.This hardening process has also been arranged in practice. * - ' ^:: ' ^:: . - "/ ;; good for the treatment of the wave types mentioned. According to an advantageous embodiment of the proven; however, it has proven to be an extraordinary discovery that the joints of two are too disadvantageous that for each wave with predefined 30 different heating conductors, the appropriate axial conductors are given dimensions the shank and the flank branches axially offset from one another. ';■> ULTRASONIC a workpiece exactly matching inductor another advantageous embodiment of the.' must be erfinverwendet when the prescribed derischen inductor is characterized in that or desired hardening result to be achieved. an exchangeable heating conductor - (main heating conductor) for this disadvantage is always the treatment of the cylindrical shaft and is very clearly evident when a manufacturer or another exchangeable heating conductor (auxiliary heating conductor) uses a variety of shaft types of the same length for treating the flange as well the ho A wide variety of shank and flange fillets are provided between the shank and the flange. diameters with a small number of pieces per shaft type The useful application of the invention now has to harden. Apart from the high capital that the shafts of the different F ^ nschinvestment for the multitude of inductors is also shaft types of a type group mostly with "a single inductor that can be hardened. C ^ tion with considerable losses in production time The dividing line between the two heating conductors ^ is advantageously connected as close as possible to the can be optimally formed and now a method for inductive hardening of the bearings - the shaft area to be heated by it - if possible, known from crankshafts, which remains small in the different areas of a "together- 50 H aerten a variety of ^{FIanschwellentyp6i:} to be replaced by a non-hanging hardening zone each of these areas, but this is merely associated, required by the other Heizleiterschleifen for Nebenheizleiter. Such a galvanically separated, inductive heating conductor loop saves considerable investment in heating. cost, but also considerable set-up times.

Ein solches Verfahren ist· auch in der britischen 55 Weitere Einzelheiten, der "Erfindung werden ausSuch a method is · also in the British 55 Further details, the "invention will be made from

Patentschrift 1 030 047 näher beschrieben, bei dem den Abbildungen ,deutlich. Es zeigenPatent specification 1 030 047 described in more detail, in which the figures clearly. Show it

die Oberfläche des Lagerzapfens durch eine erste Abb. la und"Ib zwei unterschiedlich dimensio-the surface of the journal through a first Fig. la and "Ib two differently dimensio-

Heizleiterschleife und die der Hohlkehle und der nierte Flanschwellen,Heating conductor loop and that of the fillet and the rened flange shaft,

anschließenden Kurbelwellenwange durch eine zweite A b b. 2 in stark schematisierter Weise die An-Heizleiterschleife erhitzt wird. Um eine Diskontinui- 60 Ordnung von Haupt- und Nebenheizleiter, tat des Härtebildes im Grenzbereioh der Einfluß- A b b. 3 und 4 die Ausgestaltung der Stromzufüfozonen beider Heizleiterschleifen zu vermeiden, sind rung zu den Heizleitern an den Stoßstellen, die Heizleiterschleifen dort (F i g. 2) in azimuthaler A b b. 5 in stark schematisierter Weise eine Richtung versetzt. Bei einer derartigen Versetzung Schaltungsanordnung zur Durchführung des Härtewürden bei vielen Anwendungsfällen die beiden 65 Verfahrens.subsequent crankshaft cheek by a second A b b. 2 shows the heating conductor loop on in a highly schematic manner is heated. A discontinuous order of main and secondary heating conductors did the hardness picture in the border area of the influence- A b b. 3 and 4 the design of the power supply zones to avoid both heating conductor loops are to be attached to the heating conductors at the joints, the heating conductor loops there (FIG. 2) in azimuthal A b b. 5 in a highly schematic manner Offset direction. In the event of such an offset, circuitry for performing the hardness would be in many cases the two 65 procedures.

Heizleiterschleifen aber einen Winkelbereich von Die Flanschwellen gleicher Länge gemäß denHeating conductor loops, however, have an angular range of The flange shafts of the same length according to

mehr als 180° einnehmen, was die Zuführung des Abb. la und Ib weisen grundsätzlich die gleicheoccupy more than 180 °, what the supply of Fig. la and Ib show basically the same

Werkstückes in seine Arbeitsstellung relativ zu den Form auf, nämlich einen langgestreckten zylindri-Workpiece in its working position relative to the shape, namely an elongated cylindri-

sehen Schaft 1, der an seinem linken Ende mit einem tellerförmigen Flansch 2 versehen ist, und auf der rechten Seite in eine Vielkeilverzahnung 3 ausläuft. Beide Flanschwellen unterscheiden sich durch die unterschiedlichen Schaft- und Flanschdurchmesser. Außerdem soll die Härteschicht 4 bei dem Werkstück gemäß Abb. Ib in der Flanschoberfläche unmaßstäblich anders sein als beim Werkstück gemäß Abb. la. Von der unterschiedlichen Länge der Härtezone im Flansch 2 beim Werkstück gemäß Abb. Ib abgesehen, ist die Härteaufgabe bei beiden Werkstücken jedoch identisch, nämlich Härtung der gesamten Schaftoberfläche unter Einbeziehung der Hohlkehle 5 und der Vielkeilverzahnung 3. Diese Härtung muß zur Vermeidung von Zonen verminderter Festigkeit aus einer Wärme heraus erfolgen, d. h. der gewünschten Härteschicht entsprechend muß im Werkstück eine unbeeinträchtigt durchgehend erhitzte Oberflächenschicht erzeugt werden.see shaft 1, which at its left end with a plate-shaped flange 2 is provided, and terminates in a spline 3 on the right side. Both flange shafts differ in the different shaft and flange diameters. In addition, the hardness layer 4 should be in the flange surface of the workpiece according to Fig. Ib to be immeasurably different from the workpiece according to Fig. la. Of the different length Apart from the hardening zone in flange 2 on the workpiece according to Fig. Ib, the hardening task is for both Workpieces, however, identical, namely hardening of the entire shaft surface with the inclusion of the Concave groove 5 and the spline 3. This hardening must be reduced to avoid zones Solidity comes from a heat, d. H. according to the desired hardness layer an unimpaired, continuously heated surface layer must be created in the workpiece.

Dies geschieht mit einem Induktor gemäß Ab b. 2, der einen Hauptheizleiter mit den Lßiterästen 6 und 6' sowie einen Nebenheizleiter mit den Leiterästen 7 und T enthält. Die Heizleiteräste 6, 6' bzw. 7, T werden durch die Verbindungen 6" bzw. 7" und die Stromzuführungen 8, 8' bzw. 9,9' zu sich über dem Werkstück schließenden Heizleiterschleifen ergänzt. Die beiden zueinander gehörenden Heizleiteräste jeder Heizleiterschleife sollen nicht mehr als 180 Winkelgrade auf der Oberfläche voneinander entfernt sein.This is done with an inductor according to Ab b. 2, which contains a main heating conductor with the conductor branches 6 and 6 ' and a secondary heating conductor with the conductor branches 7 and T. The heating conductor branches 6, 6 'and 7, T are supplemented by the connections 6 "and 7" and the power supply lines 8, 8' and 9, 9 'to form heating conductor loops that close over the workpiece. The two related heating conductor branches of each heating conductor loop should not be more than 180 degrees apart on the surface.

Besondere Aufmerksamkeit muß auf die Gestaltung der Stoßstellen zwischen Haupt- und Nebenheizleiter gelegt werden. Diese müssen in der Weise ausgebildet sein, daß die von ihnen erzeugten Heizzonen unbeeinträchtigt ineinander übergehen. Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß — wie aus den A b b. 3 und 4 hervorgeht — die parallel zum Werkstück verlaufenden Heizleiteräste 6' und T, durch die Isolierschicht 10 getrennt, stirnseitig aneinanderstoßen, während die Stromzuführungen 8' und 9' nebeneinander und hinsichtlich ihrer Heizwirkung überlappend angeordnet sind. Dabei kann — wie aus A b b. 4 ersichtlich — die Stirnfläche jedes Heizleiterastes rechtwinklig zu den übrigen Oberflächen des Heizleiterastes angeordnet sein. Mitunter kann es aber auch zweckmäßig sein, die Stirnflächen schräg über- oder nebeneinander anzuordnen. Dadurch wird erreicht, daß die im Werkstück induzierten Ströme in den Bereichen hoher Stromdichte, nämlich an den Stoßstellen, nahezu ausschließlich in axialer Richtung fließen und durch die Stromzuführung lediglich eine vernachlässigbare Leistung induziert wird.Particular attention must be paid to the design of the joints between the main and secondary heating conductors. These must be designed in such a way that the heating zones generated by them merge into one another without being impaired. This requirement is met in that - as shown in A b b. 3 and 4 - the heating conductor branches 6 'and T running parallel to the workpiece, separated by the insulating layer 10, butt against one another at the end, while the power supply lines 8' and 9 'are arranged next to one another and overlapping with regard to their heating effect. Here - as from A b b. 4 can be seen - the end face of each heating conductor branch can be arranged at right angles to the other surfaces of the heating conductor branch. Occasionally, however, it can also be expedient to arrange the end faces at an angle above or next to one another. This ensures that the currents induced in the workpiece in the areas of high current density, namely at the joints, flow almost exclusively in the axial direction and only negligible power is induced by the power supply.

Die Vergleichmäßigung der erhitzten Oberflächenschicht kann dadurch weiter verbessert werden, daß — wie nicht dargestellt — die Stellen, an denen die Heizleiteräste 6' und T bzw. 6 und 7 aneinanderstoßen, auf der Werkstücklänge gegeneinander versetzt angeordnet sind, d. h., beispielsweise ist die Stoßstelle zwischen 6' und T in geringerem Abstand vom Werkstückende angeordnet als die Stoßstelle zwischen 6 und 7.The homogenization of the heated surface layer can be further improved by the fact that - as not shown - the points at which the heating conductor branches 6 'and T or 6 and 7 abut are arranged offset from one another over the length of the workpiece, that is to say, for example, the joint is between 6 'and T are arranged at a smaller distance from the end of the workpiece than the joint between 6 and 7.

Wie deutlich aus Abb. 4 zu erkennen, ist die Stromzuführung 8' zum Hauptheizleiter in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß sie dem Nebenheizleiter gleichzeitig als Führung dient, wenn dieser beim Austausch in Richtung des Pfeiles 11 von oben her eingesetzt wird.As can be clearly seen from Fig. 4, the power supply 8 'to the main heating conductor is more advantageous Way designed so that it also serves as a guide for the auxiliary heating conductor when this is used when exchanging in the direction of arrow 11 from above.

In A b b. 5 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, mit welcher die Oberflächenaufheizung von Flanschwellen weiter den praktischen Erfordernissen angepaßt und verbessert werden kann. Hauptheizleiter 6 und Nebenheizleiter 7 des Induktors sind über separate Transformatoren 12 und 13 an eine Mittel- bzw. Hochfrequenzstromquelle angeschlossen. Durch die Kondensatoren 14 und 15 werden die Transformatoren zu den erforderlichen Schwingkreisen ergänzt. Die Einspeisung des Stromes erfolgt über die Schalter 18 und 19, welche zu unterschiedlichen Zeiten und während unterschiedlicher Zeitspannen von den Zeitgebern 16 und 17 betätigt werden können.In A b b. 5 shows a circuit arrangement with which the surface heating of flange shafts can be further adapted to practical requirements and improved. Main heating element 6 and auxiliary heating conductors 7 of the inductor are connected to a central or central heating element via separate transformers 12 and 13. High frequency power source connected. Through the capacitors 14 and 15, the transformers added to the required oscillating circuits. The power is fed in via the switch 18 and 19, which at different times and for different periods of time from the Timers 16 and 17 can be operated.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß mit der neuen Vorrichtung und dem neuen Verfahren nicht nur Werkstücke mit tellerförmigem Flansch behandelt werden können, sondern auch solche, die entweder an einem oder beiden Enden des Schaftes glockenförmige oder konkav bzw. konvex gebogene Flansche aufweisen.It should be noted that with the new device and the new method not only workpieces with a plate-shaped flange can be treated, but also those that either bell-shaped or concave or convex curved at one or both ends of the shaft Have flanges.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Induktor zur Erzeugung einer unbeeinträchtigt durchlaufenden Härteschicht an solchen Werkstücken nach dem Gesamtflächenumlaufverf ahren, die aus einem langgestreckten, im wesentlichen zylindrischen Schaft unterschiedlichen Durchmessers und mindestens einem Flansch mit unterschiedlichem, jedoch wesentlich größerem Durchmesser zusammengesetzt sind, welcher mindestens zwei galvanisch voneinander getrennte, sich über zugehörige Teile der Werkstückoberfläche erstreckende Heizleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter je zwei sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Leiteräste (6, 6', 7, T) aufweisen, von denen jeweils mindestens zwei zu verschiedenen Heizleitern gehörende (6, T bzw. 6', 7) im Grenzbereich der Einflußzonen der beiden Heizleiter an ihren Endflächen durch eine Isolierschicht (10) voneinander getrennt aneinander stoßen, und daß jeweils mindestens zwei in den genannten Grenzbereichen an die axialen Leiteräste (6, 6', 7, T) anschließenden Stromzuführungen (8,9 bzw. 8', 9') nebeneinander und sich axial überlappend angeordnet sind.1. Inductor for generating an unimpaired continuous hardness layer on such workpieces according to the Gesamtflächenumlaufverf ahren, which are composed of an elongated, essentially cylindrical shaft of different diameters and at least one flange with a different, but much larger diameter, which are at least two galvanically separated from each other having heating conductors extending over associated parts of the workpiece surface, characterized in that the heating conductors each have two conductor branches (6, 6 ', 7, T) extending essentially in the axial direction, of which at least two belonging to different heating conductors (6, T or 6 ', 7) in the border area of the zones of influence of the two heating conductors abut each other at their end faces separated by an insulating layer (10), and that at least two in each of the border areas mentioned on the axial conductor branches (6, 6', 7, T ) subsequent power supply guides (8, 9 or 8 ', 9') are arranged next to one another and axially overlapping. 2. Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen von jeweils zwei zu verschiedenen Heizleitern gehörigen axialen Leiterästen (6, T bzw. 6', 7) axial gegeneinander versetzt sind.2. Inductor according to claim 1, characterized in that the joints of two axial conductor branches belonging to different heating conductors (6, T or 6 ', 7) are axially offset from one another. 3. Induktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auswechselbarer Heizleiter (Hauptheizleiter 6) für die Behandlung des zylindrischen Schaftes (1) und ein weiterer auswechselbarer Heizleiter (Nebenheizleiter 7) für die Behandlung des Flansches (2) sowie der Hohlkehle (5) zwischen Schaft (1) und Flansch (2) vorgesehen ist.3. Inductor according to claim 1 and 2, characterized in that an exchangeable heating conductor (main heating conductor 6) for treating the cylindrical shaft (1) and another exchangeable heating conductor (auxiliary heating conductor 7) for treating the flange (2) and the fillet ( 5) is provided between the shaft (1) and flange (2). Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings