DE3711450C2

DE3711450C2 - Partiell oberflächengehärtete Riffelwalze und Verfahren zum Oberflächenhärten

Info

Publication number: DE3711450C2
Application number: DE19873711450
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Paul; Ralf Dr Krumphold; Dieter Dr Pollack; Peter Dr Burck; Lothar Kraegelin; Peter Neubert
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: ZENTRALINSTITUT FUER FESTKOERPERPHYSIK UND WERKSTO
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1987-04-04
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2007-04-05
Also published as: DE3711450A1; DD260403A3; CS378487A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie. Objekte, in denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind Riffelwalzen, wie sie zur Produktion von Wellpappen eingesetzt werden, oder dergleichen.

Bekannt sind partiell oberflächengehärtete Riffelwalzen, deren Riffelquerschnitte im Kammbereich kreissegmentförmige Härtezonen aufweisen. Zur Herstellung dieser Härtezonen werden die Kammbereiche der Riffel in Richtung ihrer Längsachse mit einem kontinuierlich strahlenden 1,25 kW CO₂-cw-Laser bestrahlt. Die Strahlungsparameter und die Relativgeschwindigkeit zwischen Riffelwalze und Laserstrahl werden dabei so gewählt, daß die Härtetiefe, die der Höhe des Kreissegments entspricht, 0,7 mm beträgt [Creal, R.: heat treating 12/80, S. 24-27]. Durch die relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Riffelwalzen im Einsatz unterliegen sie einem starken Verschleiß. Der Grenzverschleiß ist dann erreicht, wenn der Höhenabtrag der Riffel den maximal zulässigen Wert erreicht hat, die Riffelwalze ausgewechselt und regeneriert werden muß. Der Mangel der bekannten Riffelwalzen besteht darin, daß das Regenerieren einen hohen Kostenaufwand erfordert, da die noch vorhandenen Reste ehemals kreissegmentförmiger Härtezonen der Riffel vor dem Nachfräsen weichgeglüht werden müssen. Darüber hinaus sind in VDI-Z., Bd. 128 (1986), Nr. 1/2, S. 27 bis 31 Bedingungen für das Härten von konkav gekrümmten Oberflächen (vgl. dort Bild 2 und 3, speziell für Synchronringe) angegeben. Auch bei Anwendung dieses Verfahrens können die Nachteile der bereits oben beschriebenen bekannten Riffelwalzen nicht beseitigt werden. Auch mit einer derartigen Härtung bleibt der Grenzverschleiß der Riffelwalze unberücksichtigt und die noch vorhandenen Reste dieser ehemals vorliegenden Härtezonen der Riffel müssen vor dem Nachfräsen weichgeglüht werden. Somit kann auch hiermit der Kostenaufwand des Regenerierens der Riffelwalze nicht gesenkt werden. Bekannt sind auch verchromte lasergehärtete Riffelwalzen, die mit dem Problem des Abplatzens der Chromschicht behaftet sind und in diesem Fall nur mit hohem technischen Aufwand regeneriert werden können.

Ziel der Erfindung ist es, den Kostenaufwand für das Regenerieren der Riffelwalzen zu senken.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine sichelförmig ausgebildete, am Scheitel des Riffelkammes maximal 0,4 mm dicke Härtezone angeordnet ist. Die Breite dieser Härtezone ist durch beiderseits der Riffelflanken unter einem Winkel von 45° zur Scheitelebene des Riffelkammes angelegte Tangenten begrenzt. Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Oberflächenhärten mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO₂- cw-Laserstrahlen, gelöst. Dabei wird erfindungsgemäß der Kammbereich der Riffel axial mit dem Laserstrahl bestrahlt. Der Öffnungswinkel des Bestrahlungskegels wird dazu 25° und der Laserspotdurchmesser mindestens auf die doppelte Breite der Härtezone eingestellt.

Durch die relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Riffelwalzen und den direkten Kontakt mit Stoffen, die die Abrasion fördern, unterliegen die Riffelkämme einem starken Verschleiß. Der Grenzverschleiß ist dann erreicht, wenn der Höhenabtrag der Riffel den maximal zulässigen Wert erreicht hat, die Riffelwalze ausgewechselt und regeneriert werden muß.

Der Vorteil der erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Dicke der Härtezone so gewählt werden kann, daß sie beim Erreichen des zulässigen Verschleißes bereits abgetragen ist. Daher kann beim Regenerieren das Weichglühen der Riffelwalze vor dem Nachfräsen der Riffel entfallen. Zum Härten wird kein aufwendiges Strahlformungssystem, z. B. Strahlteilung, benötigt. Die für das Oberflächenhärten erforderliche Laserleistung kann aus Temperaturfeldberechnungen abgeleitet und die Relativgeschwindigkeit zwischen Riffelwalze und Laserstrahl aus einfachen Versuchen ermittelt werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Riffel einer Riffelwalze.

Eine Riffelwalze von 3500 mm Länge und einem Durchmesser von 316 mm besitzt am Umfang 135 Riffel (1). Im Kammbereich besitzen die Riffel (1) eine sichelförmig ausgebildete Härtezone (2), die am Scheitel 0,4 mm dick ist und eine Rockwellhärte von 62 HRC besitzt. Die Breite der Härtezone (3) ist durch beiderseits der Riffelflanken (4) angelegte Tangenten (5) begrenzt, die mit der Scheitelebene des Riffelkammes (6) einen Winkel von 45° bilden. Zum Oberflächenhärten der Riffelwalze wird sie entfettet, die Riffel (1) werden mit schwarzer Farbe als Absorptionsschicht versehen und anschließend wird der Kammbereich der Riffel (1) mit einem 1 kW CO₂-cw-Laser mit Multimoden-Primärstrahlenenergieverteilung bestrahlt. Dabei wird die Riffelwalze mit einem Vorschub von 2500 mm min^-1 axial unter dem feststehenden Laserstrahl bewegt. Die Fokussierung des Laserstrahles ist von der Riffelgeometrie abhängig, die sich mit der Funktion

y = A· cos Bx

beschreiben läßt, wobei A die halbe Riffelhöhe, B = und x die Ortskoordinate bedeuten. Für eine Riffelhöhe von 3,7 mm und eine Riffelteilung λ von 8,5 mm erfolgt die Fokussierung des Primärstrahles von 45 mm Durchmesser mit einer Optik von 100 mm Brennweite, so daß sich ein Öffnungswinkel für den Bestrahlungskegel (7) von 30° ergibt. Während der Bestrahlung befindet sich die Scheitelebene des Riffelkammes (6) zwischen der Fokussierungslinse und dem Laserfokus. Aus der geforderten Breite der Härtezone (3) von 2,2 mm ergibt sich in der Scheitelebene des Riffelkammes (6) ein defokussierter Spotdurchmesser (8) von 5,8 mm. Bei diesen Parametern wird eine sichelförmig ausgebildete Härtezone (2), deren Dicke am Scheitel des Riffels 0,4 mm beträgt, erzielt.

Bezugszeichenliste

1 Riffel
2 sichelförmig ausgebildete Härtezone
3 Breite der Härtezone
4 Riffelflanken
5 Tangenten
6 Scheitelebene des Riffelkammes
7 Öffnungswinkel des Bestrahlungskegels
8 Spotdurchmesser

Claims

1. Partiell oberflächengehärtete Riffelwalze, deren Riffelquerschnitt im Kammbereich eine Härtezone aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß eine sichelförmig ausgebildete, am Scheitel des Riffelkammes maximal 0,4 mm dicke Härtezone (2) angeordnet ist, deren Breite (3) durch beiderseits der Riffelflanken (4) unter einem Winkel von 45° zur Scheitelebene des Riffelkammes (6) angelegte Tangenten (5) begrenzt ist.

2. Verfahren zum Oberflächenhärten von Riffelwalzen nach Anspruch 1 mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO₂-cw-Laserstrahlen, gekennzeichnet dadurch, daß der Kammbereich der Riffel (1) axial mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, wobei der Öffnungswinkel des Bestrahlungskegels (7) 25° und der Spotdurchmesser (8) mindestens auf die doppelte Breite der Härtezone (3) eingestellt werden.