DE2211608A1 - Warmebehandeltes Erzeugnis sowie Ver fahren und Vorrichtung zu seiner Her stellung - Google Patents

Description

RESEARCH ENGINEERING & MANUFACTURING, INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Massachusetts, 459 Mount Pleasant Street, New Bedford, Staat Massachusetts 02742 (V.St.A.)

Wärmebehandeltes Erzeugnis sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einvWerkstück ^mit einem Schaft, an dem ein Längenabschnitt eine erste Zone und ein anderer Längenabschnitt eine zweite Zone bildet und beide Zonen an ihrem Umfang mit Gewinde versehen sind, sowie ein Verfahren nebst Vorrichtung zu dessen Herstellung. Hierbei handelt es sich insbesondere um örtlich begrenzt wärmebehandelte Erzeugnisse wie Schrauben, Gewindebolzen od. dgl.

Bei der Herstellung von selbstschneidenden Schrauben aus härtbaren Metallen ist es üblich, die Schrauben teilweise zu härten, damit ihr ^Gewinde in der;;Lage ist, ein Innengewinde in ein Werkstück einzuschneiden. Bei dieser teilweisen Härtung bzw. Oberflächenhärtung ist eine

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Wärmebehandlung in einer besonderen Atmosphäre, gewöhnlich in einer mit Kohlenstoff angereicherten Atmosphäre notwendig. Im Verlaufe einer gewöhnlichen Oberflächenhärtung wird die Schraube bzw. das Werkstück in seiner Gesamtheit aufgeheizt, und während der Beheizung dringt der Kohlenstoff über eine vorbestimmte Strecke in die Tiefe des Werkstückes ein. Bei der Abkühlung in Wasser oder Öl bildet die aufgekohlte Oberflächenschicht eine gehärtete Schale. Nach dem Kühlvorgang kann zur Spannungsfreisetzung ein mildes Anlassen erfolgen.

Ferner ist es bereits bekannt, Gewindeschneid-Werkzeuge wie selbstschneidende Schrauben und dgl, in der Weise zu härten und anzulassen, in dem man einfach in einer Atmosphäre härtet, welche genügend Kohlenstoff enthält, um die Reduktion des Kohlenstoffgehaltes in der Außenhaut des Gewindes zu verhindern. Jedoch muß auch bei diesem bekannten Verfahren das gesamte Erzeugnis bis auf die erforderliche Wärmebehandlungstemperatur aufgeheizt werden.

Bei den vorgenannten oder anderen bekannten Härteverfahren lassen sich nicht immer selbstschneidende Schrauben mit gewünschten Eigenschaften herstellen. Zwar mag die Härtung so weit zufriedenstellend ausfallen, daß ein Gewinde entsteht, welches den Bearbeitungskräften des Werkstückes widersteht. Leider kommt es hierbei häufig vor, daß die fertige Schraube für bestimmte Verwendungszwecke entweder eine unerwünschte Struktur oder Zusammensetzung oder beides aufweist. Wie der Fachmann weiß, wird bei vielen selbstschneidenden Schrauben nur ein Teil des Gewindes v/irklich zur Formung des Gegengewindes benötigt, während der Rest des Gewindes die eingeschraubte Schraube im Werkstück sichern soll. Wird die in das Werkstück

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hineingedrehte Schraube dynamischen oder auch nur hohen statischen Belastungen unterworfen, so neigen bekannte Schrauben zur Rißbildung auf ihrer Oberfläche, weil sie spröde sind. Aus Oberflächenrissen können bekanntlich Sprünge entstehen, welche durch den gesamten Körper der Schraube hindurchwandern, so daß diese bricht und versagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gewindeerzeugnis, insbesondere eine selbstschneidende Schraube nebst Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung zu schaffen, welche nur in ihrem Gewindeschneidbereich örtlich begrenzt gehärtet ist, während der Rest der Schraube die Härte beibehält, welche zuvor durch eine entsprechende Behandlung eingestellt wurde und dem späteren Verwendungszweck der Schraube entspricht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Erzeugnis der genannten Art gelöst, bei dem die erste Zone in ihrem Umfangsbereich bis in eine Tiefe örtlich wärmebehandelt ist, welche mindestens einen Teil der Gewindetiefe einschließt, während ein Kern des Schaftes und das Gewinde der zweiten Zone eine davon abweichende Härte behält; und daß der örtlich wärmebehandelte Teil der ersten Zone im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweist wie der von ihm umgebene Kern. Verfahrensseitig wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die erste Zone an ihrem Umfang bis in eine Tiefe örtlich wärmebehandelt wird, welche mindestens einen Teil der Gewindetiefe einschließt, während der Kern des Schaftes und das Gewinde der zweiten Zone eine davon abweichende Härte behalten; und daß bei der Wärmebehandlung der örtlich wärmebehandelte Teil der ersten Zone so behandelt wird, daß er im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung behält wie der von ihm umgebene

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Kern. Vorrichtungsseitig wird diese Aufgabe durch eine Induktionsheizeinrichtung/ eine Einrichtung zur sukzessiven Förderung der Erzeugnisse durch die Induktionsheizeinrichtung hindurch; und durch eine Einrichtung zur Ausrichtung der durch die Induktionsheizeinrichtung hindurchgeförderten Erzeugnisse in der Weise, daß sie in dem begrenzten ümfangsbereich induktionserwärmt werden, während der Kern des Erzeugnisses im wesentlichen unbeheizt bleibt, gelöst.

Eine auf diese Weise hergestellte selbstschneidene Schraube hat den Vorteil, daß ihre Härtezone auf eine vorbestimmte Tiefe begrenzt bleibt und das Gewinde an dieser Stelle mit einer Härte versieht, wie sie notwendig ist, um den gegenüber zu bearbeitenden Werkstück aufzubringenden Schneidkräften zu widerstehen. Der selbstschneidende Abschnitt muß nicht unbedingt mit Schneidkanten versehen sein, wie sei ein herkömmliches Gewindeschneidwerkzeug aufweist.

Die selbstschneidende Schraube kann erfindungsgemäß von verschiedener Gestalt sein; besondere Vorteile lassen sich mit einer Type erzielen, welche einen bogenförmigen Polygonal-Querschnitt aufweist, d.h. bei deren Querschnitt kreisbogenförmige Seiten durch bogenförmige Zwischen-Gewindeschneidflügel verbunden sind. Auch diese Gewindeform kann dank des erfindungsgemäßen Verfahren in gewünschter Weise wärmebehandelt werden, indem die zur Wärmebehandlung vorgesehene Zone durch Induzieren eines hochfrequenten Wechselstromfeldes in gewünschter Breite und Tiefe aufgeheizt und anschliessend abgekühlt wird. Bekanntlich wird auf diese Weise eine äußerst gleichmäßige Oberflächenerwärmung erzielt; neben dieser Gleichförmigkeit der Wärmung an der Oberfläche läßt sich auch die Eindringtiefe der Wärme in ge-

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wünschter Weise steuern; die so erwärmte Zone wird bei der nachfolgenden Abkühlung in eine Härtezone mit gewünschten Abmessungen umgewandelt.

Das induzierte Wechselstromfeld erzeugt eine Oberflächenerwärmung mittels des an sich bekannten "Skin-Effektes"; dieser Verfahrensschritt bietet außerdem dem Vorteil, daß er in normaler Umgebungsluft durchgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens läßt sich in vorteilhafter Weise zur Massenherstellung, von zonengehärteten Erzeugnissen einsetzen, in dem man die Rohteile der Heizeinrichtung automatisch zuführt, automatisch entnimmt und mittels einer Fördereinrichtung einer Kühleinrichtung zuführt, so lange sie noch zur Erzeugung der gewünschten Härte heiß genug sind. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise mit einer Sprühein- . richtung für Wasser oder Öl bestückt sein. Die Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß sie nicht nur zur Zonenhärtung von Schrauben, sondern auch anderer länglicher Erzeugnisse geeignet ist.

Der Durchlauf von zonengehärteten Erzeugnissen durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann folgendermaßen ablaufen:

Die zu. härtenden Erzeugnisse, insbesondere selbstschneidende Schrauben, werden von einem Trichter in eine Laufbahn eingespeist, mittels der die einzelnen Schrauben nacheinander beispielsweise durch einen Schiebermechanismus in eine Aufnahme befördert werden, wo die Schrauben so ausgerichtet werden, daß ihre Schäfte sich zwischen zwei parallelen Polen einer Induktionsheizeinrichtung mit einer einzelnen Windung und lotrecht zur Hauptebene der Pole befinden. Die Höhe der Pole und ihre Stellung gegen-

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über den Schraubenschäften ist so gewählt, daß die Pole auf der Oberfläche einer vorbestimmten Zone jedes Schraubenschaftes ein örtlich begrenztes Induktionsfeld erzeugen. Bei normalem Betrieb der Vorrichtung befindet sich eine sich berührende Reihe von Schrauben zwischen den Polen, so daß diese progressiv aufgeheizt werden,während sie von dem Schieber Schritt für Schritt durch die zwischen den Polen befindliche Gasse geschoben werden. Während vorn eine Schraube von der Laufbahn in die Gasse zwischen den Polen gefördert wird und der Aufheizungsprozess beginnt, wird hinten eine vollständig aufgeheizte Schraube von einer nachfolgenden Fördereinrichtung aus dem Spalt zwischen den Polen entnommen und in eine zweite Laufbahn bewegt, in der die aufgeheizte Schraube unmittelbar danach hinabgleitet und die Kühleinrichtung durchläuft, welche die aufgeheizte Zone gleichförmig mit einem Hochdruck-Sprühstrahl abkühlt. Zum Anlassen wird die Kühleinrichtung nicht benutzt. Ein Auslaßmechanismus ist in der Nähe des Auslaßendes der Kühleinrichtung in die zweite Laufbahn eingebaut, um die weitere Abwärtsbewegung der abgekühlten Schraube auf der Laufbahn in Richtung auf einen Aufnahmebehälter zu steuern, sobald eine weitere beheizte Schraube die Induktionsheizeinrichtung verläßt und sich der Kühleinrichtung nähert.

Weitere Einzelheiten können der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles für eine erfindungsgemäße Vorrichtung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine abgebrochene perspektivische Ansicht von Teilen einer erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Teilansicht von der Seite auf die Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung;

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt im Verlauf einer Linie 4-4 von Fig. 3;

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Fig. 5 und 6 je einen Ausschnitt im Verlauf einer Linie 5-5 bzw. 6-6 aus Fig. 4;

Fig. 7 und 8 je einen Ausschnitt im Verlauf

je einer Linie 7-7 bzw. 8-8 von Fig. 6;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer Induktionsheizeinrichtung innerhalb der Vorrichtung;

Fig. IO einen von einer Linie 10-IO aus Fig. gesehenen Ausschnitt;

Fig. 11 einen aus Richtung einer Linie 11-11 von Fig. 10 gesehenen Ausschnitt;

Fig. 12 einen vergrößerten Ausschnitt,wie er sich annähernd aus Richtung einer Linie 12-12 von Fig. 11 darstellt;

Fig. 13 einen Ausschnitt gesehen von einer Linie 13-13 von Fig. 12;

Fig. 14 einen vergrößerten Ausschnitt, wie er etwa aus Richtung einer Linie 14-14 von Fig. 3 sichtbar ist;

Fig. 15 einen vergrößerten Ausschnitt, gesehen aus der Richtung einer Linie 15-15 von Fig. 14;

Fig. 16 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße selbstschneidencle Schraube, welche mittels des erfindungsgemäSen Verfahrens hergestellt wurde; und

Fig. 17 einen Schnitt im Verlauf einer Linie 17-17 von Fig. 16.

Insbesondere in den Fig. 15 bis 17 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße selbstschneidende Schraube 2 dargestellt, welche einen Schaft 4 mit einem äußeren Gewinde 6 besitzt. Zu diesem Gewinde 6 gehört ein Gewindeschneidabschnitt 8, in dessen Verlauf der Gewindespitzendurchmesser progressiv in Richtung auf ein Werkstück-Eintrittsehde IO der Schraube 2 abnimmt. Wie Fig. erkennen läßt, besitzt die Schraube 2 einen relativ lan-

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gen gewindefreien Abschnitt 12 zwischen ihrem Eintrittsende 10 und dem Gewindeschneidabschnitt 8; dieser gewindefreie Abschnitt 12 könnte aber ebensogut bei dieser Schraube 2 fehlen, der Gewindeschneidabschnitt 8 sich also unmittelbar an das Eintrittsende 10 anschließen.

Gemäß Fig. 17 bildet der Querschnitt der Schraube 2 ein regelmäßiges Polygon mit einer ungeraden Anzahl von Seiten. Diese Querschnitts-Konfiguration kann sich entweder über die Gesamtlänge des Gewindes 6 hinweg erstrekken oder auch nur auf die Länge des Gewindeschneidabschnittes 8 und gegebenenfalls auf den gewindefreien Abschnitt 12 beschränken. Im gewählten Ausführungsbeispiel wird das Querschnitts-Polygon von drei bogenförmigen Seiten 14, 15, 16 begrenzt, zwischen denen sich je ein bogenförmiger Zwischen-Gewindeschneidflügel 17 bzw. 18 bzw. 19 befindet. Ferner weist die Schraube 2 einen Kopf 20 auf, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des benachbarten Schaftes 4.

Ein in den übrigen Figuren der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 22 zur Behandlung solcher Schrauben 2 besitzt einen Trichter 24 zur Bevorratung einer Anzahl von Schrauben 2. An den Trichter 24 schließt sich ein an sich bekannter Fördermechanismus zur Einzelförderung der Schrauben 2 an, und zwar in Form einer abwärts geineigten Gleitbahn 26. Die Gleitbahn 26 ist mit einem gewünschten Neigungswinkel mittels eines Trägers 28 fest auf einem geeigneten Rahmenabschnitt 30 der Vorrichtung 22 befestigt. Zum Träger 28 gehören Seitenteile 32, an die Endstücke 34 angeschraubt sind. Durch diese Endstücke 34 hindurchragende Schrauben 36 sind ihrerseits in Schienen 38 eingeschraubt. Wenn die Schrauben 2 nacheinander auf der Gleitbahn 26 runterrutschen, liegen ihre Köpfe 20 auf den Oberkanten der Schienen 38 auf, und ihre Schäfte 4 hängen im Spalt zwischen diesen Schienen 38. Damit die Schienen

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gegeneinander verstellt werden können, hat man sie mit Schrauben 35 innerhalb von länglichen Schlitzen 40 in den Seitenteilen 32 angeschraubt (siehe Fig. 7),

Gemäß PLg. 7 ist verstellbar oberhalb des Schlitzes zwischen den Schienen 38 ein Niederhalter 42 angebracht, welcher die Schrauben 2 lotrecht gegenüber der Gleitbahn 26 ausrichten soll. Der Niederhalter besitzt zwei Stützen 43 in Form je eines Bügels 44, der an eines der Seitenteile angeschraubt ist. Am oberen Bügelende befindet sich eine Lasche 4 6 zur Aufnahme eines Gewindebolzens 48, an dessen unterem Ende der Niederhalter 42 befestigt ist. Eine über den Gewindebolzen 48 geschobene Schraubenfeder 50 ist zwischen Lasche 46 und Niederhalter 42 eingespannt, und oberhalb der Lasche 46 ist eine Verstellschraube 52 auf den Gewindebolzen 48 aufgeschraubt. Mittels dieser Verstellschraube 52 läßt sich der Niederhalter 42 gegenüber den Schienen 38 verstellen. -

Im normalen Vorrichtungsbetrieb wird die Gleitbahn 26 ständig aus dem Trichter 24 mit Schrauben 2 gefüllt. Um die Gleitbahn 26 stets automatisch zu füllen, befindet sich neben ihr, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, eine Lichtquelle 54 nebst Fotozelle 56 zur Steuerung eines Motors, welcher eine Zuführeinrichtung innerhalb des Trichters 24 betreibt. Sollte der Lichtstrahl nicht mehr durch Schrauben 2 unterbrochen werden, so läuft die Zuführeinrichtung'an und schiebt wieder Schrauben 2 aus dem Trichter 24 in die Gleitbahn 26 nach.

Am unteren Ende der Gleitbahn 26 befindet sich ein Induktionsheizelemente 58 innerhalb eines zügehörigen Gehäuses 59, welches außerdem eine Gleitbahn für*die durch das

Heizelement 58 hindurchwandernden Schrauben 2 bildet. Dieses Induktions-Heizelement 58 ist nach dem Prinzip einer einzelnen Tnduktionswindung aufgebaut. Gemäß Fig. 9

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besitzt das Heizelement 58 die Form eines kupfernen Rohrkörpers mit rechtwinkligem Querschnitt (siehe Fig. 8), bestehend aus länglichen, in einem Abstand parallel geführten Leisten 60, welche an ihrem einen Ende in nach unten abgewinkelte Füße 62 übergehen, welche durch ein Endstück 64 miteinander verbunden sind. An das andere Ende der Leisten 60 sind ebenfalls nach unten abgewinkelte Füße 66 angesetzt, welche über Gewindestutzen 6 8 mechanisch und elektrisch mit Kupferleitungen 70 verbunden sind. Zwischen den Gewindestutzen 68 und den Füßen 66 können die Kupferleitungen 70 in einem geeigneten Krümmer 72 befestigt sein (siehe Fig. 4 und 6). Gemäß Fig. 8 kann das Induktions-Heizelement 58 zwecks Isolierung mit Glas oder Keramik 61 überzogen sein. Gemäß Fig. 2 werden die Kupferleitungen 7o über zwei rohrförmige Anschlußleitungen 76 durch einen Induktionsgenerator 76 mit Strom versorgt; zusätzlich zu dem durch die Leitungen 70 und Anschlußleitungen 76 fließenden Strom kann durch ihren hohlen Innenraum hindurch dem Heizelement 58 ein zirkulierender Wasserstrom zugeführt werden, um diesen auf seiner gewünschten Betriebstemperatur zu halten. Die Stromversorgung zum Heizelement 58 erfolgt vorzugsweise mit Hochfrequenz in der Größenordnung von 400 KHz.

Gemäß Fig. 4, 5, 6 und 8 besteht das Gehäuse 59 aus einer Grundplatte 78, welche fest mit einem Rahmenabschnitt der Vorrichtung verbunden sind. Auf die Oberseite der Grundplatte 78 geschraube Distanzklötze 8O tragen einen Oberblock 82, der mittels Schrauben 84 angeschraubt ist. Oben auf dem Qberblock 82 befinden sich beiderseits der Leisten 60 des Heizelementes 58 angeordnete dielektrische Elemente 86; sie sind mit dem Oberblock 82 durch Gewindebolzen und Muttern 88 aus Fibermaterial verschraubt. Die Oberseite der dielektrischen Elemente 86 ist mit Keramik-

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platten 9O belegt, welche den auf ihnen entlanggleitenden Schraubenköpfen der Schrauben 2 einen relativ niedrigen Peibungskoeffizionten bieten, wenn sie zwischen den Leisten 6O des Heizelementes 58 hilldurchwandern. Zwischen der Oberkante der Leisten 60 und der ünterkante der Keramikplatten 9O sind isolierende Abstandsleisten 9 2 aus Glas eingeschoben.

Kommen gemäß Fig. 6 die Schrauben 2 nacheinander auf der Gleitbahn 26 an und erreichen die Keramikplatten 90, so wandern sie zwischen den Leisten 60 des Heizelementes. 58 hindurch und werden induktiv beheizt. Die Lage der Gewindeabschnitte 8 der Schrauben 2 gegenüber den Leisten 60 ist so eingestellt, daß sich die Gewindeschneidabschnitte 8 zwischen und neben den Leisten 60 befinden, damit ein maximaler Heizeffekt erzielt wird und die Eindringtiefe der Vvärnie in engen Grenzen steuerbar ist. Die durch den Hochfrequenzstrom erzeugte induktive Wärme dringt in die Gewindeschneidabschnitte 8 der Schrauben 2 innerhalb einer Aufwärmzone 94 ein, wie sie in Fig. 16 und 17 dargestellt ist. Da der Hochfrequenzstrom den bekannten "Skin Effekt" erzielt, ist die Erwärmung auf diese äußere Aufwärmzone 94 begrenzt, während der Innenkern der Schraube 2· sowie ihre axial benachbarten Teile unbeheizt bleiben. Die Beheizung erfolgt progressiv und läßt sich leicht steuern, so daß sich ihre gewünschte Eindringtiefe in der örtlich begrenzten Aufwärmzone 94 leicht einstellen läßt. Tiefe und Länge der Aufwärmzone 94 werden so eingestellt, daß die selbstschneidende Schraube 2 eine ausreichende Oberflächenfestigkeit erhält, um den Verformungskräften bei der späteren Benutzung widerstehen zu können.

Jetzt soll anhand der Fig. 4 und 5 eine zwischen den Leisten 60 des Heizelementes 58 wirksame Fördereinrichtung beschrieben werden. Kin auf geeignete Weise am Rahmen der Vorrichtung befestigter Mo ι orträqer .96 mit einer Deck-

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platte 98 trägt einen Fördermotor 100 mit veränderlicher Drehzahl. Eine auf der Welle des Fördermotors 100 befestigte Kurbel 102 ragt durch eine Öffnung in der Oberplatte 98 nach unten, und am freien Ende der Kurbel ist drehbar eine Verbindungsstange 104 angelenkt. Deren anderes Ende ist drehbar auf einem Stift 106 gelagert, welcher in ein Joch 108 eingeschraubt ist. An diesem Joch ist mittels eines Winkelstückes 110 ein Schieber 112 befestigt. Das Winkelstück 110 läßt sich gegenüber dem Joch 108 mittels einer Schraube 114, und der Schieber gegenüber dem Winkelstück 110 mittels einer Schraube verstellen. Diese Verstellmöglichkeiten dienen der Anpassung an die verschiedenen Abmessungen von zu fördernden Schrauben 2. Der Schieber 112 macht einen Hub, welcher durch die Exzentrizität der Kurbel 102 vorgegeben ist. Zur Führung des Joches 108 bei seiner hin- und hergehenden Bewegung ist eine Lasche 118 an den Motorträger 96 angeschraubt; in dieser Lasche 118 sind zwei Führungsbolzen 120 mittels Muttern 122 fest verschraubt. Bei jeder Umdrehung der Kurbel 102 erfaßt eine Ecke 124 des Schiebers 112 jeweils die unterste Schraube auf der Gleitbahn 26 und schiebt sie in den Spalt zwischen den Leisten 60 des Heizelementes 58, wo ihre Aufheizung beginnt.

Um Verklemmungen am Schieber 112 zu verhindern, ist ein vertikaler Schenkel 126 an einem Element 128 befestigt, welches seinerseits gleitend in einem Horizontalabschnitt 130 des Schiebers 112 untergebracht ist. Zwischen der Vorderkante 'des Elementes 128 und dem vertikalen Schenkel 126 ist eine Feder 132 eingespannt, um den vertikalen Schenkel 126 gegen den Horizontalabschnitt 130 zu drücken. Trifft die vordere Ecke 124 jedoch auf außergewöhnlichen Widerstand in Folge einer Verklemmung in der Vorrichtung, so verschiebt sich das Element 128 gegenüber dem Horizontalabschnitt 130 und dehnt dabei die Feder 132. Dabei

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wandern die Elemente 126 und 128 gemäß Fig. 4 gegenüber dem Horizontalabschnitt 130 nach links,, und der Kurbelhub geht ins Leere.

Gemäß Fig. 4 - und 6 befinden sich stets mehrere Schrauben 2 mit aneinanderstoßenden Köpfen auf den Keramikplatten 90 und werden Schritt für Schritt zwischen den Leisten 60 des Heizelementes 58 hindurchbewegt, wo sie in vorbestimmter Weise lokal aufgeheizt sind, wenn sie das gemäß Fig. 4 und 6 linke Ende des Heizelementes 58 erreicht haben. An diesem linken Ende des Heizelementes befindet sich eine Transporteinrichtung, um nacheinander jede aufgeheizte Schraube zu entnehmen und«in eine nach unten geneigte Cleitbahn 134 zu bewegen, welche in eine zur Vorrichtung gehörige Kühleinrichtung mündet. Zu dieser Transporteinrichtung gehört ein auf einem Sokkel 9 7 gelagerter Motor 136 mit einer Welle 138 und einer daran befestigten Transportrolle 140, welche sich oberhalb der Keramikplatten 90 am Ende des Heizelementes 58 befindet. Die Transportrolle 140 erfaßt den Kopf der jeweils zuletzt aufgeheizten Schraube 2 immer dann, wenn der Schieber 112 eine neue Schraube 2 aus der Gleitbahn 26 in den Spalt zwischen den Leisten 60 schiebt.

Gemäß Fig. 10 ist die Gleitbahn 134 aus sich gegenüberliegenden Platten 142 zusammengesetzt, auf denen die Schraubenköpfe herunterrutschen und die zwischen sich einen Spalt 144 bilden, in denen die Schäfte 4 der Schrauben 2 geführt werden. An den Platten 142, die mittels eines Trägers 135 am Vorrichtungsrahmen befestigt sind, ist eine erste elektrische Steuereinrichtung angebracht, die aus einer Lichtquelle 146 und einer Fotozelle 148 besteht und eine zeitverzögerte Sicherheitseinrichtung be' tätigt. Wird der Lichtstrahl nicht innerhalb einer festge-

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legten Zeitdauer unterbrochen, so wird die Maschine von dieser Sicherheitseinrichtung abgeschaltet. Dies ist bei Störungen infolge einer Verkleiranung od. dgl. der Fall. Weiter unten im Verlauf der Gleitbahn 134 befindet sich eine zweite Steuereinrichtung, bestehend aus einer Lichtquelle 150 und einer Fotozelle 152 zur Betätigung einer Auslaßeinrichtung, welche anschließend beschrieben wird.

Ein im wesentlichen lotrecht zu den Platten 142 verlaufender Niederhalter 154 dient der Ausrichtung der Schrauben 2 innerhalb der Gleitbahn 13.4. Dieser Niederhalter 154 wird von auf den Platten 142 befestigten Stützen 156 getragen und läßt sich durch Verstellschrauben 158 in der Höhe gegenüber der Gleitbahn 134 verstellen, um die Anpassung an verschiedene Schraubenkopfgrößen zu ermöglichen.

Die Gleitbahn 134 weist vertikale Platten 160 auf, an denen mittels Schrauben 162 zwei sich gegenüberliegende Kühlkanäle 164 festgeschraubt sind. Diese Kühlkanäle 164 weisen eine Reihe von Düsen 166 auf, die sich über ein gutes Stück der Gesamtlänge der Gleitbahn 134 hinweg erstrecken, und aus denen eine Kühlflüssigkeit wie Wasser oder öl auf die beheizten Schrauben 2 innerhalb der örtlich begrenzten Zone aufgesprüht wird, wo diese zuvor mittels des Heizelementes 58 erhitzt wurden. Die Kühlkanäle 164 sind deshalb ein Stück unterhalb der Platten 142 angebracht, so daß ihre Düsen 166 gemäß Fig. 15 auf die Gewindeschneidabschnitte 8 der Schrauben 2 ausgerichtet sind. Entsprechende Langlöcher gestatten die vertikale Justierung der Kühlkanäle 16 4 gegenüber der Gleitbahn 134.

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Die Kühlflüssigkeit in Form von Wasser kann gemäß Fig. 2 in einem Vorratsbehälter 168 untergebracht sein. Eine durch einen Elektromotor 172 angetriebene Pumpe 170 saugt Wasser aus dem Vorratsbehälter 16 8 und drückt es mit einem Überdruck in eine Leitung 174 mit Leitungsabschnitten 176, welche an die beiden Kühlkanäle 164 angeschlossen sind. Das auf die Schrauben 2 gesprühte Kühlwasser läuft zwischen den Kühlkanälen 164 nach unten und kann, falls erwünscht, gesammelt und dem Vorratsbehälter 168 wieder zugeführt werden.

Da die aufgeheizten Schrauben 2 durch die Transportrolle 140 schnell aus dem Heizelement 58 abgefördert werden und rasch die Gleitbahn 134 in Richtung auf die Kühlkanäle 16 4 herunterrutschen, erfolgt der Kühlbeginn sehr schnell, so daß in der örtlich begrenzten Zone die gewünschte Härte erzielt wird. Im unteren Bereich der Kühlkanäle 164 wird ■ die Kühlung dann fortgesetzt; dort zz ■-* "den sich mehrere Schrauben 2 (siehe Fig. 10), von denen die unterste an einer Auslaßeinrichtung 178 anliegt.

Diese Auslaßeinrichtung 178 ist so konstruiert, daß sie schneller als der normale Vorrichtungstakt und völlig unabhängig davon arbeiten kann. Sie besitzt ein schwenkbar auf einem Zapfen 182 gelagertes Segment 180; dieser Zapfen 182 ruht in einem Auslaßträger 184, welcher seinerseits an der Gleitbahn 134 festgeschraubt ist. Eine pneumatische Kolben-Zylinder-Anordnung 186 ist einerseits drehbar am Segment 180 und andererseits drehbar mittels eines Drehzapfens 188 am Auslaßträger gelagert.sDer Kolben dieser Kolben-Zylinder-Anordnung 186 läßt das Segment 180 über einen' vollen Arbeitstakt hin- und herschwingen, wenn der untere Teil der Gleitbahn 134 bis zum Lichtstrahl aus der Lichtquelle 150 gefüllt ist. Diese Lichtunerbrechung muß für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgen, um die

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Betätigung der Auslaßeinrichtung 178 zu verhindern, wenn eine Schraube 2 vom Heizelement 58 herunterfällt und den Lichtstrahl der Lichtquelle 150 nur kurzzeitig unterbricht, Die Fotozelle 152 steuert also die Kolben-Zylinder-Anordnung 186; wie hierfür geeignete Ventile geschaltet und durch die Fotozelle 152 betrieben werden, ist dem Fachmann hinlänglich bekannt.

An den freien Enden des Segementes 180 sind radiusförmig gebogene Platten 189 festgeschraubt, von denen Abschnitte 190 und 192 eine Öffnunq 194 bilden (Fig. 12). Schwingen die Platten 189 im Uhrzeigersinne um den Zapfen 182 aus (bezogen auf Fig. 11), so fällt eine Schraube 2 in die Öffnung 194 hinein und wird dort von den Abschnitten 19o und 192 gehalten. Überschreiten die Platten 189 jedoch in Gegenrichtung ihre Ruhelage, so gibt der abgesetzte. Abschnitt 192 die Schraube in der Öffnung 194 frei, so daß sie ungehindert den Rest der Gleitbahn 134 herunterrutschen kann und in einen Aufnahmebehälter fallen kann. Die nächste Schraube 2 in der Reihe legt sich jetzt gegen die Oberkante des Abschnittes I9o. äberschreiten die Platten 189 jetzt bei Rückdrehung iiu Uhrzeigersinne wieder ihre Ruhe- bzw. Mittellage, so fällt diese nächste Schraube in die Öffnung 194."

Die so behandelten Schrauben 2 sind jetzt örtlich begrenzt gleichmäßig gehärtet im Bereich einer ringförmioen Zone mit vorbestimmter Tiefe unterhalb des Umfanges des Gewindeschneidabschnittes 8 des Schraubengewindes. Wie bereits gesagt, ist 'die Härtetiefe in Fig. 16 und 17 als Aufwärmzone 94 dargestellt. Diese Härtetiefe mag sich nur über einen kleineren Bruchteil vom Nenndurchmesser des Schraubengewindes erstrecken, und sie kann sich ferner auf nur wenige Gänge des Gewindes erstrecken, nämlich jene, welche den Gewindeschneidvorgang in dem genannten Werkstück durch-

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zuführen haben. Der Kern der Schraube innerhalb dieser örtlich begrenzten Härtezone und die axial an die gehärtete Zone angrenzenden Bereiche der Schraube behält seine bereits vorhandene optimale Härte für den gedachten Verwendungszweck. Diese benachbarten Regionen bleiben im wesentlichen unverändert bezüglich Zusammensetzung oder Kornstruktur, und zwar aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein in einem örtlich begrenzten Bereich gehärtetes oder angelassenes Erzeugnis sowie ein Verfahren nebst Vorrichtung zu seiner Herstellung. Handelt es sich bei dem Erzeugnis um eine selbstschneidende Schraube, so ist dieser gehärtete Bereich der Teil des Gewindes, welcher das Gewindeschneiden in einem Werkstück besorgt. Die Härte im restlichen Körper des Erzeugnisses bleibt unverändert. Bei der Durchführung des Verfahrens zur örtlich begrenzten Härtung wird nur der ausgewählte Bereich durch Hochfrequenz induktiv beheizt und anschließend abgekühlt, so daß eine Härtezone in Form einer Haut von vorbestimmter Tiefe entsteht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung dieser Erzeugnisse umfaßt eine Fördereinrichtung zur sukzessiven Förderung der Artikel in ein induktives Heizelement, einen Vorschubmechanismus zur Hindurchbewegung der Erzeugnisse durch das Heizelement unter progressiver Beheizung der Oberfläche des Erzeugnisses in seinem örtlich begrenzten Bereich und in die vorbestimmte Tiefe, eine Kühleinrichtung zum Besprühen des beheizten Erzeugnisses mit einer Kühlflüssigkeit und eine Transporteinrichtung zur Entnahme der aufgeheizten Erzeugnisse aus der Heizeinrichtung und zu ihrem Transport in die Kühleinrichtung .

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Claims (20)

1. Ansprüche

   1· Werkstück mit einem Schaft, an dem ein Längenabschnitt e"ine erste Zone und ein anderer Längenabschnitt eine zweite Zone bildet und beide Zonen an ihrem Umfang mit Gewinde versehen sind; dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (8) in ihrem Umfangsbereich bis in eine Tiefe (94) örtlich wärmebehandelt ist, welche mindestens einen Teil der Gewindetiefe einschließt, während ein Kern des Schaftes (4) und das Gewinde der zweiten Zone eine davon abweichende Härte behält; und daß der örtlich wärmebehandelte Teil der ersten Zone (8) im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweist wie der von ihm umgebene Kern.
2. 2. Werkstück

   nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (8) mit einem zum Gewindeschneiden geeigneten Gewinde versehen und in Längsrichtung vor

   der zweiten Zone angeordnet ist.
3. 3. Werkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der örtlich wärmebehandelte Teil (94) der Gewindetiefe einem kleineren Bruchteil des Schaftdurchmessers innerhalb der ersten Zone (8) entspricht.
4. 4. Werkstück, nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde innerhalb der zwei Zonen eine im wesentlichen gleichartige Gestaltung aufweist.
5. 5. Werkstück nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste

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   Zone {8) im Querschnitt bogenförmig-polygonal gestaltet und mit bogenförmigen Seiten (14 bis 16) sowie bogenförmigen Zwischen-Gewindeschneidflügein (17 bis 19) versehen ist.
6. 6. Werkstück nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespitzen in der ersten Zone (8) sich in Richtung auf das eindringende Ende (10) verjüngen.
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes mit einem in zwei über Abschnitte seiner Länge reichende Zonen eingeteilten und innerhalb der Zonen mit einem Außengewinde versehenen Schaft, nach mindestens einem der An-. Sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone an ihrem Umfang bis in eine Tiefe örtlich wärmebehandelt wird, welche mindestens einen Teil der Gewindetiefe einschließt, während der Kern des Schaftes und das Gewinde der zweiten Zone eine davon ?>weichende Härte behalten; und daß bei der Wärmebehandlung der örtlich wärmebehandelte Teil der ersten Zone so behandelt wird, daß er im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung behält wie der von ihm umgebene Kern.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in dieser Zone durch Induzieren eines hochfrequenten Wechselstromfeldes bewirkt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das induzierte Feld um diese Zone herum eine im wesentlichen gleichförmige Erwärmung bewirkt.
10. 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem Abschnitt der ersten Zone durchgeführt wird, welche zum Gewindeschneiden eingerichtet ist.

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11. 11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone nach ihrer Erwärmung abgekühlt wird.
12. 12. Verfahren nach .'mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durchgeführt wird, während das Werkstück zwischen zwei sich gegenüberliegenden Balken einer induktionsheizeinrichtung hindurch in der Weise, daß die Mittelachse des Gewindes der ersten Zone im 'wesentlichen lotrecht zu den Balken verläuft, befördert wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich immer nur ein Erzeugnis zu einem Zeitpunkt zwischen den Balken befindet und die Förderung schrittweise erfolgt.
14. 14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in der ersten Zone zumindest bei der Anlaßtemperatur des Materials durchgeführt wird.
15. 15. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von länglichen Erzeugnissen innerhalb eines begrenzten Umfangsbereiches um einen Kern des Erzeugnisses herum, nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Induktions-Heizeinrichtung (58) ; eir.e Einrichtung (112 ...) zur sukzessiven Förderung der Werkstücke (2) durch die Induktions-Heizeinrichtung (58j hindurch; und eine Einrichtung (90 ...) zur, Ausrichtung der durch die. Induktionsheizeinrichtung (58) hindurch geförderten Werkstückes (2) in der Weise, daß sie in dem begrenzten Umfangsbereich (8) induktions erwärmt werden, während der Kern des Werkstückes im wesentlichen unbeheizt bleibt.

    BAD ORiGINAL

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16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch

    eine Einrichtung (164 ...) zum Abkühlen jedes Werkstückes

    (2) in dem Umfangsbereich (8) nacheinander; und durch eine Einrichtung (140 ...) zum sukzessiven Transport der erwärmten Werkstücke (2) von der Heizeinrichtung (58) zur Kühleinrichtung. (164 ...).
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (58) voneinander entfernte Balken (60) aufweist; und daß die. Werkstücke (2) mittels der Ausricht-Einrichtung (90 ...) so zwischen diese Balken (60) befördert werden, daß die örtlich wärmebehandelte Zone (8) sich nahe den Balken befindet.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken (60) so lang sind, daß mehrere Werkstücke (2) zwischen ihnen durch die Ausricht-Einrichtung (90 . . .·) aufgenommen werden können, wobei diese im wesentlichen lotrecht zur durch die Balken bestimmten Hauptebene stehen; daß die Fördereinrichtung (112 ·..) zum Fördern der Werkstücke (2) durch die Induktionsheizeinrichtung (58) mit der Transporteinrichtung (140 ...) zur Kühleinrichtung (164 ...) so zusammenarbeitet, daß zu einem Zeitpunkt jeweils ein Erzeugnis (2) in eine Anfangs-Heizstellung zwischen den Balken (60) und gleichzeitig ein anderes Werkstück (2) aus einer Ausgangs-Heizsteilung zwischen den Balken entnommen und der Kühleinrichtung zugeführt wird.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrere Erzeugnisse (2) aufnehmende Gleitbahn (26), die nahe den Balken (60) endet, zur Zuführung der Werkstücke

    an die Fördereinrichtung (112 ...) vorhanden ist; daß die Fördereinrichtung (112 ...) ein die von der Gleitbahn (26) zugeführten Erzeugnisse zyklisch erfassendes hin- und

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    hergehendes Element (108, 112 ...) aufweist; und daß die Transporteinrichtung eine drehbare Förderrolle (140) besitzt.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Auslaßeinrichtung (178) nahe der Kühleinriqhtung (164 ...), an welcher die abgekühlten Werkstücke (2) innerhalb einer Gleitbahn (134) anliegen; und durch eine Antriebseinrichtung (186) , welche .dj-_e. .Auslaßeinrichtung so betätigt, daß jeweils ei ν. ..Werkstück (2) freigegeben wird, wenn ein anderes Werkstück der Heizeinrichtung (58) entnommen wird, in die Gleitbahn (134) einwandert und sich der Kühleinrichtung (164 ...) nähert.

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