DE4339204C1 - Induction hardening process and equipment for universal joint crosspieces of carbon steel - Google Patents

Abstract

Induction hardening process for universal or Kardan joint crosspieces, with simultaneous overall surface hardening of pin and saddle areas. The carbon steel crosspiece (1) is inductively heated over its whole surface area to transition temperature and subsequently quenched in a water based medium by rotation of the crosspiece (1) about an axis (5') through the intersection (11) of the pin centre lines (4) in the centre (10) of a toroidal medium frequency alternating field (9). The toroidal field is generated by a ring induction coil (7) and its axis (8) is inclined 30 to 60 deg. to the rotation axis (5') of the crosspiece and approximately concentric with the centre point (11) of the crosspiece.Process equipment is also claimed.The axis of the toroidal field (9) produced by the ring induction coil (7) is inclined 30 to 60 deg., pref. about 45 deg., to the rotation axis (5') of the crosspiece. The alternating field (9) has a frequency of about 10 kHz +/- 10%.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum gleichzeitigen und zusammenhängend-vollständigen Randschichthärten von Kreuz­ gelenk-Sternen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie von einer entsprechenden Einrichtung nach dem Oberbegriff von An­ spruch 5, wie beides aus der industriellen Praxis als bekannt hervorgeht.The invention is based on a method for simultaneous and coherent-complete surface hardening of cross articulated stars according to the preamble of claim 1 and a corresponding facility according to the preamble of An Proverb 5, as both are known from industrial practice emerges.

Dynamisch belastete Teile wie z. B. Gelenksterne von Kardan- oder Kreuzgelenken sollen nicht durchgehärtet sein, sondern ei­ ne harte Randschicht und einen zähen Kern aufweisen. Unter der Voraussetzung, daß nicht nur die Oberflächen der kreuzförmig angeordneten Zapfen der Gelenksterne von Kardan- oder Kreuzge­ lenken, sondern auch die im wesentliche sattelförmig gestalte­ ten Oberflächen zwischen den Zapfen - wegen der Drehmomentbe­ anspruchung - gehärtet werden müssen, wurden diese Werkstücke nach Kenntnis der Antragstellerin bisher nur einsatzgehärtet. Die aus einem kohlenstoffarmen Stahl geschmiedeten und bear­ beiteten Gelenksterne wurden in einer kohlenstoffabgebenden Ofenatmosphäre bis zu der gewünschten Einhärtetiefe auf etwa 0,8% Kohlenstoffgehalt aufgekohlt und abgeschreckt, wobei nur die aufgekohlten Randzonen hart wurden, wogegen der kohlen­ stoffarme Kern weich blieb. Dieses Einsatzhärten ist jedoch wegen der langen Glühzeiten im Aufkohlungsofen ein sehr zeit­ raubender und vor allem energie-intensiver, insgesamt sehr teurer Bearbeitungsvorgang. Nachteilig ist auch, daß trotz der relativ langen Aufkohlungszeiten nur eine dünne Härteschicht erzielbar ist. Das Einsatzhärten wird im übrigen auch dadurch verteuert, daß die nicht in übliche Fertigungslinien inte­ grierbaren Aufkohlungsöfen in einer örtlich gesonderten Härte­ rei aufgestellt werden müssen, wodurch Wegezeiten und Wegeko­ sten anfallen und ein harmonischer Materialfluß gestört ist.Dynamically loaded parts such as B. Cardan joint stars or universal joints should not be hardened, but egg ne hard surface layer and a tough core. Under the Prerequisite that not only the surfaces of the cruciform arranged pins of the joint stars of gimbals or Kreuzge steer, but also the essentially saddle-shaped surfaces between the pins - because of the torque load stress - these workpieces have to be hardened according to the applicant's knowledge, so far only case-hardened. The forged from a low carbon steel and bear Jointed stars were placed in a carbon donor Furnace atmosphere to the desired hardening depth to about 0.8% carbon content carburized and quenched, only the carburized margins became hard, whereas the carbons low-fiber core remained soft. This case hardening is however a very long time due to the long glow times in the carburizing furnace more consuming and, above all, more energy intensive, very much overall  expensive machining process. Another disadvantage is that despite the relatively long carburizing times only a thin layer of hardness is achievable. The case hardening is also by the way more expensive that the inte in normal production lines grittable carburizing furnaces in a locally separate hardness must be set up, thereby reducing travel times and travel costs most incurred and a harmonious flow of material is disturbed.

Induktive Härteverfahren arbeiten rationeller als das Einsatz­ härten und erlauben größere Einhärtetiefen. Ein gewisser Nach­ teil des induktiven Härtens liegt in dem Erfordernis nach werkstückangepaßten Forminduktoren, unter denen das Werkstück mit definiertem Kopplungsabstand rotiert.Inductive hardening processes work more efficiently than the application harden and allow greater hardening depths. A certain after part of inductive hardening is in accordance with the requirement workpiece-adapted form inductors, under which the workpiece rotates with a defined coupling distance.

Eine denkbare Alternative zum Einsatzhärten von Gelenksternen wäre das zeitversetzte paarweise induktive Härten der Oberflä­ chen jeweils zweier koaxial liegender Zapfen des Gelenkster­ nes, wobei Forminduktoren zum Einsatz gelangen, die an die Zapfenoberfläche angepaßt sind. Dieses Verfahren ist jedoch nur in den Fällen durchführbar, in denen die Sattelflächen zwischen den Zapfen ungehärtet bleiben können. Eine Erweite­ rung der Forminduktoren bis in den Bereich der Sattelflächen hinein würde nicht den gewünschten Effekt einer Härtung auch der Sattelflächen erbringen, weil aufgrund der zeitversetzt durchzuführenden Teiloperationen des Härtens es in den Grenz­ zonen zu unerwünschten Anlaßvorgängen und zu einer streifen­ förmigen Erweichung kommt, wobei diese Anlaßzonen gerade in den zu härtenden Sattelflächen liegen würden. Ein theoretisch denkbares, gleichzeitiges induktives Härten aller vier Zapfen einschließlich Sattelflächen bei stillstehendem Gelenkstern und mit vier gleichzeitig um die Zapfen umlaufenden Forminduk­ toren scheitert praktisch daran, daß die Versorgung der Induk­ toren mit Wechselstrom "mittlerer" Frequenzen über wasserge­ kühlte Leiter mit vertretbarem Bauaufwand und bei vertretbaren Standzeiten derartiger Konstruktionen nicht realisierbar ist.A conceivable alternative to case hardening of joint stars would be the staggered inductive hardening of the surface in pairs Chen two coaxial pins of the joint star nes, where shape inductors are used that are connected to the Pin surface are adapted. However, this procedure is only feasible in cases where the saddle surfaces can remain unhardened between the pins. An expanse Form inductors in the area of the saddle surfaces it would not have the desired hardening effect either of the saddle surfaces because of the time shift partial operations to be performed hardening it in the limit zones to undesired starting processes and to a streak shaped softening comes, these tempering zones straight in would be the saddle surfaces to be hardened. A theoretically conceivable, simultaneous inductive hardening of all four pins including saddle surfaces with the articulated star stopped and with four mold inductors rotating around the cones at the same time toren practically fails because the supply of the induct gates with alternating current "medium" frequencies over water cooled ladder with reasonable construction effort and with reasonable Service life of such constructions is not feasible.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundegeleg­ te Verfahren bzw. die entsprechende Härte-Einrichtung dahinge­ hend zu verbessern, daß die Gelenksterne sowohl an den Zapfen­ oberflächen als auch in den Sattelflächen zwischen den Zapfen durchgehend auf rationelle Weise randschichtgehärtet werden können.The object of the invention is that of the generic type te process or the corresponding hardening device hend to improve that the joint stars both on the peg surfaces as well as in the saddle surfaces between the pins surface hardened throughout in a rational manner can.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Ver­ fahrens erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen Härte- Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 5 gelöst. Dank des Einsatzes des Induktivhärtens ist das Härten in die allgemeine Fertigungslinie integrierbar; außerdem ge­ staltet sich das Härten sehr rationell. Aufgrund der Verwen­ dung eines nicht unmittelbar werkstückangepaßten Ringinduktors und der Schräglage des umlaufenden Werkstückes in dem erzeug­ ten, innen in erster Näherung torusförmigen Magnetwechselfeld können alle zu härtenden Oberflächenpartien des Gelenksternes - sowohl an den Zapfen als auch in den dazwischen liegenden Sattelpartien - gleichzeitig und in zufriedenstellender Tiefe auf Umwandlungstemperatur erwärmt und durch Abschreckbrausen zusammenhängend gehärtet werden.This task is based on the generic Ver driving according to the invention by the characterizing features of Claim 1 and based on the generic hardness Device by the characterizing features of claim 5 solved. Thanks to the use of induction hardening, hardening is can be integrated into the general production line; also ge hardening is very rational. Because of the use a ring inductor that is not directly adapted to the workpiece and the inclined position of the rotating workpiece in the generated inside, in a first approximation toroidal alternating magnetic field can all hardened surface parts of the joint star - Both on the pegs and in between Saddle sections - at the same time and at a satisfactory depth warmed to transition temperature and by quenching showers be cured continuously.

Die Vorteile der anspruchsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens bzw. einer entsprechenden Vorrichtung liegen darin, daß damit das an sich bekannte und kostengünstige induktive Randschicht­ härten erstmals auch für dieses in soweit ungünstige Werkstück - Gelenkstern - zum Einsatz gelangen kann und somit aufwendi­ gere Härteverfahren hierfür umgangen werden können.The advantages of the sophisticated design of the method or a corresponding device is that the well-known and inexpensive inductive surface layer harden for the first time for this so far unfavorable workpiece - Articulated star - can be used and thus expensive More severe hardening processes can be avoided.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an­ hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ les nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:Appropriate embodiments of the invention can the Unteran sayings are taken; otherwise the invention is on hand of an exemplary embodiment shown in the drawing les explained below; show:

Fig. 1 eine perspektivische Einzeldarstellung eines Gelenk­ sternes, Fig. 1 is an exploded perspective view of a joint star,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Werkstückaufnahme, des Ringinduktors und der Brauseköpfe in der Indukti­ onshärtemaschine zum Härten des Gelenksternes nach Fi­ gur 1,2 is a perspective view of the workpiece holder, the ring inductor and the shower heads in the induction hardening machine for hardening the articulated star according to FIG. 1 ,

Fig. 3 eine teilweise Schnittdarstellung durch einen erfin­ dungsgemäß induktionsgehärteten Gelenkstern, die rand­ nahe Härtezone im Bereich einer Mittenebene, insbeson­ dere im Bereich der Sattelfläche, zeigend, welche bei Betrieb des Gelenksternes drehmomentbelastet ist (Schnittführung III-III in Fig. 4), Fig. 3 is a partial sectional view through a OF INVENTION dung according induction hardened joint spider, the near-edge hardened zone in the region of a center plane, in particular in the region of the saddle surface, pointing, which is torque-loaded during operation of the joint star (line III-III in Fig. 4),

Fig. 4 einen weiteren, ebenfalls die Härtetiefe - allerdings in Axialrichtung - veranschaulichende Schnitt durch den Gelenkstern entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 4 shows another, also the hardness depth - but in the axial direction - illustrating section through the joint star along the section line IV-IV in Fig. 3 and

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Zapfen des Gelenksternes nach Fig. 3 entlang der Schnittlinie V-V, der den Ver­ lauf der gehärteten Randzone in Umfangsrichtung um den Zapfen zeigt. Fig. 5 shows a cross section through a pin of the hinge star of FIG. 3 along the section line VV, which shows the United course of the hardened edge zone in the circumferential direction around the pin.

Der in Fig. 1 einzeln dargestellte, zu härtende Gelenkstern 1 eines Kardan- oder Kreuzgelenkes weist insgesamt vier kreuz­ förmig angeordnete Zapfen 2 auf. Jeweils zwei Zapfen sind gleichachsig zur zugehörigen Zapfenachsen 4 angeordnet, wobei die beiden Zapfenachsen orthogonal zueinander stehen. Im Be­ trieb des entsprechenden Kreuzgelenkes rotiert der Gelenkstern 1 um die quer zu den Zapfenachsen 4 stehende Rotationsachse 5, wobei die Betriebsdrehmomente die Zapfen um die Rotationsachse 5 zu verbiegen trachten. Die an ihren Umfangsflächen und den Stirnseiten bearbeiteten und gehärteten Zapfen 2 vollführen nur kleine hin- und hergehende Schwenkbewegungen innerhalb ei­ nes Gelenklagers und sind um die Zapfenachsen nicht drehmo­ mentbelastet, sondern - wie gesagt - nur auf Verbiegung in Um­ fangsrichtung bezüglich der Rotationsachse 5 beansprucht. Die Zapfenoberflächen stellen häufig unmittelbar Laufflächen für Nadellager dar. Um die Zapfen 2 hinsichtlich der Umfangs-Bie­ gebeanspruchung besonders belastbar zu machen, sollen nicht nur die Zapfenoberflächen sondern auch die Sattelflächen 3 zwischen den einzelnen Zapfen in einer randnahen Zone gehärtet werden, wobei allerdings die Härtung an keiner Stelle - bei­ spielsweise durch eine Anlaßzone - unterbrochen sein darf, weil dadurch der stabilisierende Effekt der Härtung weitgehend in Frage gestellt würde.The articulated star 1 of a gimbal or universal joint shown in FIG. 1 to be hardened has a total of four cross-shaped pins 2 . Each two pins are arranged coaxially with the associated pin axes 4 , the two pin axes being orthogonal to one another. In operation of the corresponding universal joint, the articulated star 1 rotates about the axis of rotation 5 which is transverse to the journal axes 4 , the operating torques trying to bend the journal about the axis of rotation 5 . The machined and hardened pin 2 on their peripheral surfaces and the end faces perform only small reciprocating pivoting movements within a spherical plain bearing and are not loaded with torque about the pin axes, but - as said - only stressed in bending in the circumferential direction with respect to the axis of rotation 5 . The pin surfaces often directly represent treads for needle bearings. In order to make the pins 2 particularly resilient with regard to the circumferential bending stress, not only the pin surfaces but also the saddle surfaces 3 between the individual pins should be hardened in a zone near the edge, however, the hardening must not be interrupted at any point - for example by a tempering zone - because this would largely question the stabilizing effect of hardening.

Um den Gelenkstern in dem erwähnten Umfang, d. h. im Bereich der Zapfenoberflächen und der Sattelflächen zwischen den kreuz­ förmig angeordneten Zapfen, entlang einer Randschicht nicht nur gleichzeitig und zusammenhängend-vollständig, sondern vor allem auf rationelle Weise härten zu können, wird das an sich bekannte, aber in dieser Anwendung neue Induktionshärteverfah­ ren eingesetzt. Zu diesem Zweck ist als Werkstoff für den Ge­ lenkstern ein kohlenstoffhaltiger Stahl vorgesehen, der auf induktive Weise durch Erwärmen auf Umwandlungstemperatur und anschließendes Abschrecken härtbar ist.To the articulated star to the extent mentioned, i.e. H. in the area the pin surfaces and the saddle surfaces between the cross cones arranged in a shape, not along an edge layer only simultaneously and coherently and completely, but before To be able to harden everything in a rational way is in itself known but new induction hardness in this application ren used. For this purpose, as a material for the Ge Steering star provided a carbon steel on the inductive way by heating to transition temperature and subsequent quenching is curable.

Die Induktionshärtemaschine für das Randschichthärten des Ge­ lenksternes 1 weist eine drehantreibbare Aufnahmevorrichtung 12, 13 zur exponierten Halterung des Gelenksternes auf, mit­ tels der der Gelenkstern um eine ortsfeste Rotationsachse 5′ langsam rotiert werden kann. Und zwar ist die drehantreibbare Aufnahmevorrichtung in Form zweier gleichachsig zueinander an­ geordneter, einander gegenüberstehender Aufnahmespitzen 15, 15′ ausgebildet, die jeweils in entsprechende zentrische An­ senkungen 16 auf den Stirnseiten des Korpus des Gelenksternes 1 einsenkbar sind. Von den Aufnahmespitzen ist die eine, im Beispiel die untere Aufnahmespitze 15, ortsfest gelagert, dre­ hantreibbar und mit am Korpus des Gelenksternes angreifenden Mitnehmerkrallen 17 versehen. Die andere, hier die obere Auf­ nahmespitze 15′, ist axial vor- und zurückschiebbar, wodurch ein Gelenkstern zwischen die beiden Aufnahmespitzen 15 und 15′ eingespannt werden kann. Durch diese Art der Werkstückauf­ nahme rotiert der Gelenkstern auch beim Induktionshärten um die Betriebsrotationsachse 5. Zwar wäre es denkbar, daß der Ge­ lenkstern während des Härtens konzentrisch um zwei gegenüber­ liegende Zapfen 2 gedreht wird, so daß beim Härten eine der beiden Zapfenachsen 4 als Rotationsachse maßgebend wäre. Wie jedoch praktische Erprobungen gezeigt haben, ist es zweckmäßi­ ger, wenn der Gelenkstern auch beim Härten um die Betriebs-Ro­ tationsachse 5 umläuft. Wichtig hiebei ist, daß der drehan­ treibbar aufgenommene Gelenkstern in der Härtemaschine expo­ niert gehaltert und weiträumig zugänglich ist, so daß der noch zu erörternde Ringinduktor 7 sowie die Brauseköpfe 14 für das Abschrecken um das zu behandelnde Werkstück herum angeordnet werden können.The induction hardening machine for the surface hardening of the joint star 1 has a rotatably drivable receiving device 12 , 13 for the exposed mounting of the joint star, by means of which the star joint can be rotated slowly about a stationary axis of rotation 5 '. Namely, the rotatably drivable receiving device in the form of two coaxially to each other in an orderly, opposing receiving tips 15 , 15 'is formed, each of which can be countersunk into corresponding central recesses 16 on the end faces of the body of the articulated star 1 . Of the receiving tips, the one, in the example the lower receiving tip 15 , is mounted in a stationary manner, can be driven dr and is provided with driving claws 17 which engage the body of the articulated star. The other, here the upper receiving tip 15 ', is axially movable back and forth, whereby an articulated star between the two receiving tips 15 and 15 ' can be clamped. With this type of workpiece holder, the jointed star also rotates around the operational rotation axis 5 during induction hardening. It would be conceivable that the Ge steering star during the hardening is rotated concentrically around two opposite pins 2 , so that one of the two pin axes 4 would be decisive as the axis of rotation during hardening. However, as practical tests have shown, it is expedient if the articulated star also rotates around the operational axis 5 during hardening. It is important here that the rotatably drivable articulated star is held in the hardening machine and is widely accessible so that the ring inductor 7 still to be discussed and the shower heads 14 for quenching can be arranged around the workpiece to be treated.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ringinduktor 7 ortsfest gehaltert, der - zumindest im zentrumsnahen Bereich - ein torusförmiges Magnetwechselfeld 9 erzeugt. Der Ringinduk­ tor ist im wesentlichen durch eine kreisförmig gebogene Lei­ terschleife ohne Jochbleche o. dgl. gebildet. An einer - im Ausführungsbeispiel an oberster Position liegenden - Stelle ist der Ringinduktor um einen Spalt offen; die Ringleiterenden sind dort jeweils mit stabförmigen, radial abragenden An­ schlüssen versehen, die zu einem nicht dargestellten Transfor­ mator für die Energieversorgung des Ringinduktors führen. Zu erwähnen ist noch, daß nicht nur die Induktorschleife sondern auch die Zu- und Ableitungen hohl ausgebildet sind und von Kühlwasser durchströmt sind. Damit der Gelenkstern im Innern des Ringinduktors umlaufen kann, ist der Innendurchmesser D des Ringinduktors geringfügig größer als der über die Zapfen­ stirnseiten gemessene Durchmesser d des Gelenksternes. Der Ringinduktor ist ferner annähernd konzentrisch zu dem durch den Schnittpunkt der Zapfenmittenlinien 4 bestimmten Mittel­ punkt 11 des Gelenksternes angeordnet, wodurch nicht nur ein symmetrischer Wärmeeintrag in den Gelenkstern erreicht werden kann, sonder es kann dadurch der Ringinduktor im Durchmesser möglichst klein gehalten und dadurch der Leiter so nah wie möglich an den Gelenkstern herangerückt werden. Durch die kon­ zentrische Anordnung von Ringinduktor 7 und zu härtendem Ge­ lenkstern 1 fallen das Magnetfeldzentrum 10 und die Gelenk­ sternmitte 11 zumindest annähernd zusammen. Der Ringinduktor 7 ist im übrigen mit seiner Achse 8, die zugleich die Magnet­ feldachse ist, um etwa 45° zu der während des Härtens maßgeben­ den Rotationsachse 5′ des Gelenksternes geneigt. Die exakte Einstellung der Schräglage des Ringinduktors ist zwar wichtig für ein gleichmäßiges und gesamtes Oberflächenhärten, jedoch können generelle Voraussagen genauer Einstellwerte diesbezüg­ lich nicht gemacht werden; vielmehr können geeignete Einstell­ werte nur experimentell optimiert werden.In the illustrated embodiment, the ring inductor 7 is held in a fixed position, which - at least in the area close to the center - generates a toroidal alternating magnetic field 9 . The ring inductor is essentially formed by a circularly curved conductor loop without yoke plates or the like. At one point - in the exemplary embodiment at the uppermost position - the ring inductor is open by a gap; the ring conductor ends there are each provided with rod-shaped, radially projecting connections, which lead to a transformer, not shown, for the energy supply of the ring inductor. It should also be mentioned that not only the inductor loop but also the supply and discharge lines are hollow and have cooling water flowing through them. So that the articulated star can rotate in the interior of the ring inductor, the inner diameter D of the ring inductor is slightly larger than the diameter d of the articulated star measured on the end faces of the pins. The ring inductor is also arranged approximately concentrically to the center point 11 of the joint star determined by the intersection of the pin center lines 4 , whereby not only a symmetrical heat input can be achieved in the joint star, but it can thereby keep the ring inductor in diameter as small as possible and thereby the conductor as close as possible to the joint star. Due to the con centric arrangement of ring inductor 7 and Ge hardening star 1 , the magnetic field center 10 and the articulation center 11 coincide at least approximately. The ring inductor 7 is otherwise with its axis 8 , which is also the magnetic field axis, inclined by about 45 ° to the axis of rotation during hardening 5 'of the joint star. The exact setting of the inclined position of the ring inductor is important for a uniform and total surface hardening, but general predictions of precise setting values cannot be made; rather, suitable setting values can only be optimized experimentally.

Was die Frequenz des Wechselstromes, mit dem der Ringinduktor beaufschlagt ist, anlangt, so ist zu sagen, daß es sich hier­ bei um eine sog. Mittelfrequenz - nach dem Verständnis der In­ duktionshärte-Fachleute - handelt, die im Bereich von etwa 10 kHz liegt. Diese Mittelfrequenz zeichnet sich bezüglich des vorliegenden Anwendungsfalles durch zwei Vorteile aus: Zum ei­ nen ist die übertragbare Leistung ausreichend hoch, um über die im Vergleich zu den bei werkstückangepaßten Forminduktoren gegebenen Koppelabstände große Entfernung zwischen Ringinduk­ tor und Gelenkstern die Erwärmungsenergie in das Werkstück in einer so kurzen Zeit einzutragen, daß der Wärmeabfluß ins Werkstückinnere vernachlässigbar ist. Zum anderen ist die Fre­ quenz ausreichend niedrig, damit sich noch nicht die sog. Skin-Effekte einstellen, die den Wärmeeintrag auf sehr dünne, oberflächennahe Schichten beschränken.As for the frequency of the alternating current with which the ring inductor is concerned, it can be said that it is here at around a so-called medium frequency - according to the understanding of the In production hardness specialists - trades in the range of about 10 kHz. This center frequency stands out with respect to the present application by two advantages: For ei the transferable power is sufficiently high to exceed compared to the shape inductors adapted to the workpiece given coupling distances large distance between ring inductors Tor and articulated star in the heating energy in the workpiece in such a short time that the heat flow into the Workpiece interior is negligible. On the other hand, the Fre sufficiently low so that the so-called Set skin effects that reduce heat input to very thin, Limit layers close to the surface.

Die beiden bereits erwähnten, ortsfest gehalterten, zu- und abschaltbaren Brauseköpfe 14 sind bezüglich des genannten Ma­ gnetfeld- bzw. Induktorzentrums 10 diametral gegenüberliegend und spiegelbildlich zueinander angebracht und mit ihren - un­ tereinander etwa parallelen - Wasserstrahlen auf den Gelenk­ stern gerichtet. Sie sind mit ihrer Mittelachse etwa konzen­ trisch zur Mittelachse 8 des Ringinduktors 7 und etwa äquidi­ stant zum Mittelpunkt 10 des Magnetwechselfeldes 9 angeordnet. The two previously mentioned, fixed, switchable and disconnectable shower heads 14 are diametrically opposed and mirror-inverted to one another with respect to the above-mentioned magnetic field or inductor center 10 and are directed with their - a roughly parallel to one another - water jets onto the articulated star. They are arranged with their central axis approximately concentrically to the central axis 8 of the ring inductor 7 and approximately equidistant to the center 10 of the alternating magnetic field 9 .

Durch eine solche Ausbildung und Anordnung der Brauseköpfe er­ gibt sich eine rasche und gleichmäßige Abschreckung der gesam­ ten erwärmten Oberfläche des Gelenksternes und somit ein gutes Härteergebnis.Through such training and arrangement of the shower heads he there is a quick and even deterrence of the whole warmed surface of the joint star and thus a good one Hardness result.

Das Härten eines Gelenksternes 1 läuft danach etwa folgender­ maßen ab: Es wird ein Gelenkstern - in den ortsfesten Ringin­ duktor hinein - zwischen die beiden Aufnahmespitzen 15 und 15′ aufgenommen, wobei die obere, angehobene Aufnahmespitze 15′ in die Ansenkung 16 des oberen Zapfens 2 eingesenkt und die Stirnseite des unteren, gegenüberliegenden Zapfens auf die Mitnahmekrallen 17 gedrückt wird. Anschließend wird der aufge­ nommene Gelenkstern um die Betriebs-Rotationsachse 5 in lang­ same Rotation versetzt, beispielsweise mit etwa 60 U/min. Nun kann der Ringinduktor mit dem mittelfrequenten Wechselstrom - ca. 10 kHz - beaufschlagt werden. Durch den geneigt angeordne­ ten Ringinduktor 7 wird ein im Zentrum näherungsweise torus­ förmiges Magnetwechselfeld 9 erzeugt, das mit seiner Achse 8 zu der während des Härtens maßgebenden Rotationsachse 5′ des Gelenksternes geneigt und annähernd konzentrisch zum Mittel­ punkt 11 des Gelenksternes angeordnet ist. Dabei erfolgt das induktive Erwärmen der Gesamtoberfläche des Gelenksternes auf Umwandlungstemperatur des Stahles durch Drehen desselben im Zentrum des torusförmigen Magnetwechselfeldes. Nach einer ge­ wissen Einwirkungsdauer hat die Umwandlungszone eine bestimmte Tiefe im Werkstück erreicht. Es wird nun der Ringinduktor ab­ geschaltet und statt dessen werden die beiden koaxial zum Rin­ ginduktor angeordneten Brauseköpfe 14 zugeschaltet und der Ge­ lenkstern abgeschreckt. Aufgrund des fortgesetzten Drehens des Gelenksternes auch während des Abschreckens werden alle Ober­ flächenpartien des Gelenksternes vom Abschreckwasser in genü­ gendem Ausmaß erreicht, so daß überall eine gleichmäßige Ab­ schreckwirkung erzielt werden kann.The hardening of an articulated star 1 then takes place approximately as follows: an articulated star - into the stationary Ringin ductor - is received between the two receiving tips 15 and 15 ', the upper, raised receiving tip 15 ' into the countersink 16 of the upper pin 2 sunk in and the end face of the lower, opposite pin is pressed onto the driving claws 17 . The articulated star which is picked up is then set into slow rotation about the operational axis of rotation 5 , for example at about 60 rpm. Now the ring inductor can be supplied with the medium-frequency alternating current - approx. 10 kHz. Through the inclined arranged th ring inductor 7 , an approximately toroidal magnetic alternating field 9 is generated in the center, which is inclined with its axis 8 to the axis of rotation 5 'of the jointed star which is decisive during hardening and is arranged approximately concentrically with the center point 11 of the jointed star. The entire surface of the joint star is inductively heated to the transformation temperature of the steel by rotating it in the center of the toroidal alternating magnetic field. After a certain exposure time, the transformation zone has reached a certain depth in the workpiece. The ring inductor is now switched off and instead the two shower heads 14 arranged coaxially to the ring inductor are switched on and the steering star is quenched. Due to the continued rotation of the hinge star even during quenching, all upper surface areas of the hinge star are reached by the quenching water to a sufficient extent, so that a uniform quenching effect can be achieved anywhere.

Das Ergebnis dieser Bemühungen ist in den Schnitt-Darstellun­ gen der Fig. 3 bis 5 veranschaulicht. Die oberflächennahen, kreuzschraffierten Bereiche zeigen die gehärtete Randzone, wo­ gegen der einfach und mit größerem Linienabstand schraffierte Kernbereich weich, d. h. ungehärtet geblieben ist. Der Schnitt nach Fig. 3 macht deutlich, daß nicht nur die Oberflächen der Zapfen 2, sondern auch die Sattelflächen 3 zwischen den Zapfen in einer brauchbaren Tiefe gehärtet sind. Zwar sind die Zapfen im Bereich ihrer Stirnflächen durchgehärtet, was zum einen je­ doch unvermeidbar und im übrigen unschädlich ist. In Umfangs­ richtung sind die Zapfen 2 - wie Fig. 5 zeigt - in einer für die Praxis ohne weiteres tolerierbaren Weise gleichmäßig tief randschicht-gehärtet. Die Einhärtetiefe im Bereich der Sattel­ fläche nimmt zu den Stirnseiten 18 des Grundkörpers 19, von dem die Zapfen abragen, ab, wie die Fig. 4 zeigt. Dies ist nicht weiter nachteilig, weil die Zapfen in dieser Hinsicht keiner Biegebeanspruchung unterliegen. Weil die in den Fig. 3 bis 5 - teilweise - gezeigte oberflächennahe Randzone durch­ gehend und gleichzeitig auf Umwandlungstemperatur erwärmt und danach ebenso durchgehend und gleichzeitig abgeschreckt wird, stellen sich keinerlei störende Anlaßzonen in der Oberfläche ein.The result of these efforts is illustrated in the sectional representations of FIGS. 3-5. The cross-hatched areas near the surface show the hardened edge zone, whereas the core area, which is hatched simply and with a larger line spacing, has remained soft, ie unhardened. The section of FIG. 3 makes it clear that not only the surfaces of the journal 2, but also the saddle surfaces 3 are hardened between the pins in a usable depth. The cones are hardened in the area of their end faces, which is unavoidable on the one hand and harmless on the other. In the circumferential direction, the pegs 2 - as shown in FIG. 5 - are evenly deep-hardened in an easily tolerable manner in practice. The hardening depth in the area of the saddle increases to the end faces 18 of the base body 19 , from which the pins protrude, as shown in FIG. 4. This is not a further disadvantage because the pins are not subjected to any bending stress in this regard. Because the near-surface edge zone shown in FIGS. 3 to 5 is partially and continuously heated to the transition temperature and then also continuously and simultaneously quenched, no annoying tempering zones occur in the surface.

Claims (9)

1. Verfahren zum gleichzeitigen und zusammenhängend-vollstän­ digen Randschichthärten von Gelenksternen von Kreuz- oder Kar­ dangelenken im Bereich der Zapfenoberflächen und der Sattel­ flächen zwischen den kreuzförmig angeordneten Zapfen, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Merkmale:

• - das Randschichthärten des aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl bestehenden Gelenksternes (1) erfolgt durch ein gleichzeitiges induktives Erwärmen des gesamten randnahen Oberflächenbereiches des Gelenksternes (1) auf Umwand­ lungstemperatur und anschließendes Abschrecken durch eine insbesondere auf Wasserbasis zusammengesetzte Kühlflüssig­ keit,
• - dabei erfolgt das induktive Erwärmen der Gesamtoberfläche des Gelenksternes (1) durch Drehen desselben im Zentrum (10) eines torusförmigen, mittelfrequenten Magnetwechsel­ feldes (9) um eine durch den Schnittpunkt (11) der Zapfen­ mittenlinien (4) gehenden Drehachse (5′),
• - wobei das torusförmige, durch einen Ringinduktor (7) er­ zeugte Magnetwechselfeld (9) mit seiner Achse (8) um 30 bis 60° zu der während des Härtens maßgebenden Rotationsachse (5′) des Gelenksternes (1) geneigt und annähernd konzen­ trisch zum Mittelpunkt (11) des Gelenksternes (1) angeord­ net ist.

1. A method for the simultaneous and coherent, complete surface hardening of joint stars of universal or cardan joints in the area of the pin surfaces and the saddle surfaces between the cross-shaped pins, characterized by the common features of the following:

• - The surface hardening of the articulated star ( 1 ) consisting of a carbon steel is carried out by simultaneous inductive heating of the entire surface area of the articulated star ( 1 ) close to the edge to transformation temperature and subsequent quenching by a water-based cooling liquid,
• - while the inductive heating of the entire surface of the joint star (1) is effected by rotating it in the center (10) of a toroidal, medium-frequency alternating magnetic field (9) passing around a through the intersection (11) center lines of the pins (4) axis of rotation (5 ') ,
• - Whereby the toroidal, by a ring inductor ( 7 ) he testifies alternating magnetic field ( 9 ) with its axis ( 8 ) by 30 to 60 ° to the decisive axis of rotation during hardening ( 5 ') of the jointed star ( 1 ) and approximately concentrically to Center ( 11 ) of the articulated star ( 1 ) is net angeord.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkstern (1) beim Härten konzentrisch zu der auch während des Betriebes als Kreuzgelenk maßgebenden Betriebs-Ro­ tationsachse (5) gedreht wird (Rotationsachse 5′).2. The method according to claim 1, characterized in that the articulated star ( 1 ) during hardening is rotated concentrically to the axis of operation ( 5 ) which is also decisive during operation as a universal joint (axis of rotation 5 '). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Ringinduktor (7) erzeugte, im Zentrum näherungs­ weise torusförmige Magnetwechselfeld (9) mit seiner Achse (8) um 30 bis 60°, vorzugsweise um etwa 45° zur Rotationsachse (5′) des Gelenksternes (1) geneigt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the toroidal magnetic alternating field ( 9 ) generated by the ring inductor ( 7 ) in the center approximately with its axis ( 8 ) by 30 to 60 °, preferably by about 45 ° to the axis of rotation ( 5 ' ) of the articulated star ( 1 ) is inclined. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Magnetwechselfeldes (9) etwa 10 kHz ± 10% beträgt.4. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the alternating magnetic field ( 9 ) is approximately 10 kHz ± 10%. 5. Einrichtung zum gleichzeitigen und zusammenhängend-voll­ ständigen Randschichthärten von Gelenksternen von Kreuz- oder Kardangelenken im Bereich der Zapfenoberflächen und der Sat­ telflächen zwischen den kreuzförmig angeordneten Zapfen, gekennzeichnet durch eine Induktionshär­ temaschine für das Randschichthärten des aus einem kohlen­ stoffhaltigen Stahl bestehenden Gelenksternes (1), welche den Gelenkstern (1) in dessen gesamten randnahen Oberflächenbe­ reich gleichzeitig induktiv auf Umwandlungstemperatur erwärmt und anschließend abschreckt, mit folgende Merkmalen:

• - es ist eine drehantreibbare Aufnahmevorrichtung (12, 13) zur exponierten Halterung des Gelenksternes (1) vorgesehen, mittels der der Gelenkstern (1) um eine ortsfeste Rotati­ onsachse (5′) langsam rotiert werden kann,
• - es ist ein ortsfest gehalterter Ringinduktor (7) vorgese­ hen,
  • - der ein im Zentrum zumindest angenähert torusförmiges Magnetwechselfeld (9) erzeugt,
  • - dessen Innendurchmesser (D) geringfügig größer als der über die Zapfenstirnseiten gemessene Durchmesser (d) des Gelenksternes (1) ist,
  • - der mit seiner Achse (8) um 30 bis 60°, vorzugsweise um etwa 45° zu der während des Härtens maßgebenden Rotati­ onsachse (4′) des Gelenksternes (1) geneigt ist und
  • - der annähernd konzentrisch zu dem durch den Schnittpunkt der Zapfenmittenlinien (4) bestimmten Mittelpunkt (11) des Gelenksternes (1) angeordnet ist.

5.Device for the simultaneous and coherent-full permanent surface hardening of joint stars of universal or universal joints in the area of the pin surfaces and the satel surfaces between the cross-shaped pins, characterized by an induction hardening machine for the surface hardening of the joint star made of a carbon-containing steel ( 1 ), which simultaneously heats the jointed star ( 1 ) in its entire surface area near the edge inductively to the transition temperature and then quenched, with the following features:

• - There is a rotationally drivable receiving device ( 12 , 13 ) for the exposed mounting of the articulated star ( 1 ) is provided, by means of which the articulated star ( 1 ) can be rotated slowly about a stationary rotation axis ( 5 '),
• - A stationary ring inductor ( 7 ) is provided,
  • - which generates an at least approximately toroidal magnetic alternating field ( 9 ) in the center,
  • - whose inside diameter (D) is slightly larger than the diameter (d) of the jointed star ( 1 ) measured via the end faces of the pins,
  • - With its axis ( 8 ) by 30 to 60 °, preferably by about 45 ° to the decisive during hardening Rotati onsachse ( 4 ') of the joint star ( 1 ) and inclined
  • - Which is arranged approximately concentrically to the center point ( 11 ) of the joint star ( 1 ) determined by the intersection of the pin center lines ( 4 ).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drehantreibbare Aufnahmevorrichtung (12, 13) derart ausgebildet ist, daß der Gelenkstern (1) beim Härten konzen­ trisch zu der auch während des Betriebes als Kreuzgelenk maß­ gebenden Betriebs-Rotationsachse (5) gedreht wird (Rotationsachse 5′).6. Device according to claim 5, characterized in that the rotatably drivable receiving device ( 12 , 13 ) is designed such that the articulated star ( 1 ) during hardening concentrically rotated to the measuring axis of operation ( 5 ) which also gives measurement during operation as a universal joint will (axis of rotation 5 '). 7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich des genannten Mittelpunktes (10) des Magnetwech­ selfeldes (9) diametral gegenüberliegend und spiegelbildlich zueinander ortsfest zwei zu- und abschaltbare Brauseköpfe (14) angebracht sind, die mit ihren Wasserstrahlen auf den Gelenk­ stern (1) gerichtet sind.7. Device according to claim 5, characterized in that with respect to said center ( 10 ) of the magnetic change selfeldes ( 9 ) diametrically opposite and mirror images of one another, two switchable and disconnectable shower heads ( 14 ) are attached, which star with their water jets on the joint ( 1 ) are directed. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brauseköpfe (14) mit ihrer Mittelachse etwa konzentrisch zur Mittelachse (8) des Ringinduktors (7) und et­ wa äquidistant zum Mittelpunkt (10) des Magnetwechselfeldes (9) angeordnet sind.8. Device according to claim 7, characterized in that the two shower heads ( 14 ) are arranged with their central axis approximately concentric to the central axis ( 8 ) of the ring inductor ( 7 ) and et wa equidistant to the center ( 10 ) of the alternating magnetic field ( 9 ). 9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drehantreibbare Aufnahmevorrichtung (12, 13) zur expo­ nierten Halterung des Gelenksternes (1) in Form zweier gleichachsig zueinander angeordneter, einander gegenüberste­ hender Aufnahmespitzen (15, 15′) ausgebildet ist, die jeweils in entsprechende zentrische Ansenkungen (16) auf den Stirnsei­ ten (18) des Korpus (19) des des Gelenksternes (1) einsenkbar sind, von welchen Aufnahmespitzen die eine (15) ortsfest gela­ gert, drehantreibbar und mit stirnseitig am Gelenkstern (1) angreifenden Mitnehmerkrallen (17) versehen ist und von denen die andere (15′) axial vor- und zurückschiebbar ist.9. Device according to claim 5, characterized in that the rotatably drivable receiving device ( 12 , 13 ) for expo ned mounting of the hinge star ( 1 ) in the form of two coaxially arranged, mutually opposite standing receiving tips ( 15 , 15 ') is formed, each In corresponding central countersinks ( 16 ) on the front sides ( 18 ) of the body ( 19 ) of the articulated star ( 1 ) can be countersunk, from which receiving tips one (15) is mounted in a fixed position, can be driven in rotation and engages with the end face of the articulated star ( 1 ) Driving claws ( 17 ) is provided and of which the other (15 ') can be pushed axially back and forth.