DE19537738C1 - Einrichtung zum gleichzeitigen Induktionshärten von mehreren unterschiedlichen Oberflächenpartien eines Stahlwerkstückes - Google Patents
Einrichtung zum gleichzeitigen Induktionshärten von mehreren unterschiedlichen Oberflächenpartien eines StahlwerkstückesInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum gleichzeitigen
Induktionshärten von mehreren unterschiedlichen Oberflächenpar
tien eines im wesentlichen rotationssymmetrischen Stahlwerkstückes
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise
aus der industriellen Fertigung von Kurbelwellen bekannt ist.
Beim induktiven Härten der Lagerzapfen von Kurbelwellen werden
mehrere wenn auch nicht alle Lagerzapfen gleichzeitig gehärtet,
indem mehrere Forminduktoren an Lagerzapfen angelegt und diese
dadurch während des Umlaufes der Zapfen gleichzeitig und unter
einander gleichmäßig und gleich tief auf Umwandlungstemperatur
erwärmt werden. Anschließend werden die Induktoren zeitgleich
von den Lagerzapfen der Kurbelwelle entfernt und die Lagerzapfen
mittels eines aufgeduschten wäßrigen Abschreckfluids abge
schreckt. Die geometrischen Formen und die zu realisierenden
Einhärtetiefen sind an allen gleichzeitig zu härtenden Oberflä
chenpartien die gleichen. Die verschiedenen, gleichzeitig einge
setzten, untereinander im wesentlichen baugleichen Formindukto
ren sind dabei an einen für alle Forminduktoren einheitlichen
Generator angeschlossen und arbeiten demgemäß alle unter der
gleichen Frequenz und der gleichen Heizzeit; lediglich die Span
nung und somit die Induktionsleistung kann für die einzelnen,
von einem gemeinsamen Generator gespeisten Induktoren individu
ell unterschiedlich eingestellt werden. Nach dem Härten eines
ersten Satzes von Lagerstellen einer Kurbelwelle werden an
schließend in einem ähnlichen Härteschritt weitere Lagerzapfen
gehärtet, bis alle Lagerzapfen der Kurbelwelle wärmebehandelt
sind. Wesentlich ist hier, daß die zu härtenden Oberflächenpar
tien des Werkstückes auf ihm örtlich so weit voneinander ent
fernt sind, daß im Falle eines zeitversetzten Härtens der Ober
flächenpartien keine Wärmebeeinflussung von dem einen zu dem
anderen Lagerzapfen stattfinden kann. Im übrigen besteht das
gesamte Werkstück Kurbelwelle aus ein und dem selben Werkstoff;
auch sind die beim Härten der verschiedenen Lagerzapfen gleich
zeitig zu erwärmenden Werkstoffmassen untereinander durchaus
ähnlich.
Bei Werkstücken mit unterschiedlich zu härtenden Oberflächenpar
tien, insbesondere bei unterschiedlichen Werkstoffen, Werkstoff
massen und/oder unterschiedlich tiefen Einhärtetiefen müssen
diese Oberflächenpartien zeitversetzt mit unterschiedlichen
Forminduktoren und unterschiedlich eingestellten Arbeitsparame
tern des Generators nacheinander gehärtet werden, was zeitrau
bend und nachteilig für eine hohe Produktivität ist. Im übrigen
ist die bekannte Arbeitsweise auch nur bei solchen Werkstücken
einsetzbar, bei denen sich die unterschiedlich zu härtenden Par
tien nicht überlappen, sondern einen ausreichend großen Abstand
voneinander haben, so daß keine Anlaßwirkung von der einen Ober
flächenpartie auf die andere zu befürchten ist. Werkstücke mit
unterschiedlich zu härtenden Oberflächenpartien, die unmittelbar
aneinanderstoßen, können bisher nur mehrteilig dadurch herge
stellt werden, daß die eine Oberflächenpartie an einen ersten
Werkstückteil und die andere Oberflächenpartie an einem separa
ten, zweiten Werkstückteil vorgesehen wird und beide Werkstück
teile über genau bearbeitete - und ebenfalls gehärtete - Füge
flächen mechanisch gefügt werden, was selbstverständlich sehr
umständlich ist aber bisher als unvermeidbar angesehen wurde.
Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäß zugrundegelegte
Induktionshärte-Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß bei
Werkstücken mit unterschiedlich zu härtenden Oberflächenpartien,
insbesondere bei unterschiedlichen Werkstoffen, Werkstoffmassen
und/oder unterschiedlich tiefen Einhärtetiefen eine hohe Produk
tivität möglich ist und auch solche Teile einfach hergestellt
werden können, bei denen unterschiedlich zu härtende Oberflä
chenpartien unmittelbar benachbart sind oder sich gar überlap
pen.
Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen Induk
tionshärte-Einrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Aufgrund der Speisung der Form
induktoren, die den unterschiedlichen, zu härtenden Oberflächen
partien zugeordnet sind, von jeweils separaten Generatoren aus
können sämtliche Arbeitsparameter, nämlich Frequenz, Heizlei
stung und Heizzeit für die jeweiligen Induktoren separat einge
stellt und optimiert werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran
sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an Hand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nach
folgend noch erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schema
tisch eine Induktionshärteeinrichtung, bei der zwei unterschied
lich gespeiste Forminduktoren unterschiedlicher Bauart gleich
zeitig an unterschiedlichen Oberflächenpartien des Werkstückes
zum Einsatz gelangen.
Mit der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung können in ra
tioneller Weise zugleich mehrere unterschiedliche Oberflächen
partien 8 und 9 eines Stahlwerkstückes 3 induktionsgehärtet wer
den, die unmittelbar aneinanderstoßen und sich zu einer zusam
menhängenden, durchlaufende Härtezone vereinigen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem
Werkstück 3 um eine Antriebswelle eines Kleinwagens mit einer
Gelenknabe 4 mit Rillen 7 für Mitnahmekugeln und einer über eine
Reibschweißnaht 6 mit ihm verbundene Hohlwelle 5; anstelle der
Hohlwelle wäre auch eine Vollwelle denkbar. Die Gelenknabe be
steht aus einem höherwertigen Stahl als die Hohlwelle und soll
lediglich mit einer oberflächennahen Einhärtetiefe t induktions
gehärtet werden, wogegen sein Kern zäh, d. h. ungehärtet bleiben
soll. Die Hohlwelle und der Bereich der Schweißnaht 6 sollen
hingegen durchgehärtet werden; hier ist eine hohe Einhärtetiefe
T gefordert. Die der angeschweißten Hohlwelle 5 zugekehrte
Stirnseite der Gelenknabe soll ebenfalls gehärtet werden, wobei
in diesem Bereich die Einhärtetiefe von dem geringen Wert t auf
die große Einhärtetieft T der Welle zunehmen soll. Die Härtzone
soll ohne anlaßbedingte Weichzonen über beide Oberflächenpartien
hinweg unterbrechungsfrei durchlaufen.
Die Härtemaschine 1 vermag das Werkstück in Werkstückaufnahmen 2
lagedefiniert und drehbar aufzunehmen. Das Werkstück ist zumin
dest im Bereich der zu härtenden Partien 8 und 9 im wesentlichen
rotationssymmetrisch ausgebildet. In der Härtemaschine sind meh
rere Forminduktoren 10 und 11 unterschiedlicher Bauart vorgese
hen, die jeweils an die Form einer der Oberflächenpartien 8 bzw.
9 des Werkstückes hinsichtlich Leiterschleifenverlauf und Beble
chung zur Bündelung und/oder Lenkung des Magnetflusses sowie zur
Erfüllung jeweils spezieller Härteaufgaben optimal angepaßt
sind. Den zu härtenden Oberflächenpartien 8 und 9 ist eine axial
verschiebbare Brauseeinrichtung 14 zugeordnet (Hubbewegung 18),
mit der die induktiv erwärmten Oberflächenpartien des Werkstückes
mit einem Abschreckfluid abgeschreckt werden können, nachdem
die Forminduktoren aus dem Arbeitsbereich entfernt worden sind
und die Brauseeinrichtung axial in den Arbeitsbereich des Werk
stückes eingefahren ist.
Die Forminduktoren sind in der Härtemaschine beweglich gehal
tert. Und zwar kann der eine als geschlossener Ringinduktor aus
gebildete Forminduktor 10 axial entlang der Hubbewegung 16 an
die zu härtende Oberflächenpartie 8 des Werkstückes bei umlau
fendem Werkstück herangerückt und von ihm wieder abgerückt wer
den, wogegen der andere als Halbschaleninduktor ausgebildete
Forminduktor 11 radial - Hubbewegung 17 - an das Werkstück
heran bzw. wegbewegt wird, solange die ringförmige Brauseein
richtung 14 axial aus dem Werkstückbereich entfern ist.
Die Forminduktoren sind bezüglich ihrer Leiterschleifen mit
einem Generator 12 bzw. 13 zur Energieversorgung elektrisch lei
tend verbunden, wobei diese hinsichtlich ihrer Arbeitsparameter
wie Frequenz, Spannung und Stromstärke einstellbar bzw. frei
anwählbar sind. Für jeden Forminduktor 10, 11 ist jeweils ein
separater, für sich bezüglich der gewünschten Arbeitsparameter
einstellbarer Generator 12, 13 vorgesehen. Einer der Forminduk
toren, und zwar der Ringinduktor 10, der der Oberflächenpartie 8
mit der geringen Einhärtetiefe t zugeordnet ist, ist über die
Leitungsverbindung 15 mit einem ersten Generator 12 verbunden,
dessen Frequenz entsprechend dem gewünschten Härtebild empirisch
ermittelt bzw. optimiert werden muß. Der andere als Halbschalen
induktor ausgebildete und die Oberflächenpartie 9 mit der großen
Einhärtetiefe T sowie die Stirnseite - Zone 9′ - der Gelenknabe
4 erwärmende Forminduktor 11 ist über die Leitungsverbindung 15′
an den zweiten Generator 13 angeschlossen. Aufgrund der unter
schiedlichen Speisung der Forminduktoren mit elektrischer Ener
gie aus unterschiedlichen Generatoren ist es trotz gleichzeitigem
Härtens der jeweils zugeordneten Oberflächenpartien möglich,
diese ganz unterschiedlich härtetechnisch zu behandeln, insbe
sondere unterschiedlich tief in einer einheitlichen, örtlich un
terbrechungsfrei gehärteten Zone zu härten. Soweit wegen unter
schiedlicher, gewünschter Einhärtetiefen an den einzelnen Ober
flächenpartien unterschiedliche Werkstoffvolumina erwärmt werden
müssen, kann dies zum einen durch Einstellung unterschiedlich
starken Heizleistungen oder durch Einstellung unterschiedlicher
Heizzeiten realisiert werden, wobei allerdings wegen des unmit
telbar anschließenden Abschreckens an allen Oberflächenpartien
die Erwärmung gleichzeitig beendet sein muß. Zum Erwärmen der
weniger tief einzuhärtenden Partien wird dort daher entsprechend
später mit dem Beheizen begonnen als bei den tiefer einzuhärten
den Partien.
Zum Abschrecken werden die Forminduktoren axial bzw. Radial vom
Werkstück 3 abgerückt und die Brauseeinrichtung 14 aus einer
Wartestellung (nicht gezeigt) in die dargestellte Arbeitsstel
lung eingeschobenem und das Werkstück mit einem wäßrige Fluid
abgeschreckt.
Claims (4)
1. Einrichtung zum gleichzeitigen Induktionshärten von mehreren
unterschiedlichen Oberflächenpartien eines zumindest im Bereich
der zu härtenden Partien im wesentlichen rotationssymmetrischen
Stahlwerkstückes,
- - mit einer das Werkstück lagedefiniert und drehbar aufnehmen den Härtemaschine,
- - mit mehreren, jeweils an die Form einer der Oberflächenpar tien des Stahlwerkstückes hinsichtlich Leiterschleifenverlauf und Beblechung zur Bündelung und/oder Lenkung des Magnetflus ses angepaßten, in der Härtemaschine beweglich gehalterten Forminduktoren, die an die zu härtende Oberflächenpartie des Werkstückes bei umlaufendem Werkstück heranrückbar und von vom Werkstück abrückbar sind,
- - mit einem elektrisch mit den Leiterschleifen der Formindukto ren verbundenen, hinsichtlich seiner Arbeitsparameter wie Fre quenz, Spannung und Stromstärke einstellbarer bzw. wählbarer Generator zur Energieversorgung der Forminduktoren und
- - mit einer den zu härtenden Oberflächenpartien zugeordneten Brauseeinrichtung zum Abschrecken der induktiv erwärmten Ober flächenpartien des Werkstückes mit einem Abschreckfluid,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Forminduktor (10, 11) jeweils ein separater, für sich bezüglich der gewünschten Arbeitsparameter einstellbarer Generator (12, 13) vorgesehen ist.
daß für jeden Forminduktor (10, 11) jeweils ein separater, für sich bezüglich der gewünschten Arbeitsparameter einstellbarer Generator (12, 13) vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Induktoren (10) als geschlossener Ringinduktor
ausgebildet und axial auf das Werkstück zu- bzw. wegbeweglich
(Hubbewegung 16) und der andere (11) als Halbschaleninduktor ra
dial auf das Werkstück zu- bzw. wegbeweglich ist (Hubbewegung
17).
3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der beiden Induktoren (10 und 11) mit einem Hochfre
quenzgenerator (12) und der andere mit einem Mittelfrequenzgene
rator (13) verbunden ist.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1995
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Title |
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VDI-Z 99 (1957) Nr. 12, S. 507-510 * |
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