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Vorrichtung zur Verteilung der Kühlflüssigkeit auf abzukühlenden Werkstückoberflächen
l@ie Frfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verteilung der Kühlflüssigkeit auf
abzukühlenden Werkstückoberfliichen. Insbesondere bei den verschiedensten Verfahren
zum Härten oder Vergiften von Stahlteilen, aber auch im Zusammenhang mit anderen
Verfahren, bei denen es darauf ankommt, eine erhitzte Oberfläche abzukühlen, ergeben
sich Schwierigkeiten im Hinblick auf eine gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit
auf der abzukühlenden Werkstückoberfläche. Vornehmlich wenn die Ol;erfläche auf
sehr hohe Temperaturen erwärmt worden ist, wie (lies beispielsweise beim Härten
von Stahl erforderlich wird, treten Dampfblasenbildungen und Dampffilmbildungen
auf, die den Wärmeaustausch verhindern oder zum mindesten stark beeinträchtigen,
was beim Härten von Stahl zu Weichfleckigkeit führt. Es ergibt sich ferner die Schwierigkeit,
daß die Kühlflüssigkeit nicht unter allen Umständen an die Stellen gelangt, an denen
die Abschreckwirkung stattfinden soll. Beispielsweise bei den Härteverfahren, die
sich zum Erhitzen des Werkstückes der Induktionserhitzung bedienen, ist es im sogenannten
fortschreitenden Verfahren erforderlich, zu verhindern, daß die Kühlflüssigkeit
in den Wirkbereich des Induktors gelangt. Es ist versucht worden, diese Aufgabe
dadurch zu lösen, daß ein Preßluftstrom auf die sich auf der Oberfläche verteilende
Kühlflüssigkeit gerichtet wird, um sie aus dem Bereich des Induktors wegzudrücken.
Diese Methode ist zwar wirksam, erfordert aber verhältnismäßig verwickelte zusätzliche
Apparaturen. Dieses Verfahren ist aber nicht anwendbar, wenn die Bewegung zwischen
Induktor und Werkstück so erfolgt, daß oberhalb
des Induktors abgeschreckt
werden muß, weil dann die Flüssigkeit trotz des Preßluftstromes unter den Induktor
zurücktritt. In allen Fällen muß außerdem mit verhältnismäßig großen Flüssigkeitsmengen
gearbeitet werden, um das Leidenfrostsche Phänomen der Dampffilmbildung zu vermeiden
und damit beispielsweise bei der Stahlhärtung Fehlhärtungen durch Weichfieckigkeit
zu unterbinden. Die Verwendung großer Kühlflüssigkeitsmengen hat, abgesehen von
dem großen unerwünschten Wasserverbrauch, den Nachteil, daß die WaAsermengen in
geeigneter Form abgeführt werden müssen, um sie gegebenenfalls wieder verwenden
zu können.
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Die Erfindung will die Aufgabe lösen, mit geringen Wassermengen auszukommen
und dabei sicherzustellen, daß die Flüssigkeit ausschließlich an die Stellen gelangt,
wo sie gewünscht wird, und daß das Leidenfrostsche Phänomen unterdrückt wird. Zur
Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß am Ende des Kühlmittelanschlusses ein
Körper aus nicht brennbaren Fasern vorgesehen, der auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt
wird. Als nicht brennbare Fasern sollen hierbei insbesondere Metall- oder Glasfasern
benutzt werden. Es hat sich ergeben, daß es mit diesen einfachen Mitteln gelingt,
den Flüssigkeitsstrom zusammenzuhalten und genau an die Stellen zu richten, an denen
die Flüssigkeit ihre Abschreckwirkung ausüben soll. Die Fasern wirken hierbei in
einem gewissen Umfang wie ein Schwamm, und zwar auch dann, wenn metallische oder
gläserne Fasern benutzt werden. Die auf der Werkstückoberfläche aufsitzenden Fasern
verhindern in wirksamer Weise die Entstehung eines zusammenhängenden Dampffilms
bzw. zerstören diesen bereits im Entstehen. Es wird daher auf diese Weise eine vollkommen
gleichmäßige Abkühlung auf der Oberfläche erzielt, und insbesondere beim Härten
von Stahl wird Weichfleckigkeit vermieden.
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Die Fasern können in Richtung des Kühlstromes gestellt, in Form einer
Bürste oder auch in Form mehrerer Bürsten angeordnet sein, wobei die Enden der Fasern
auf der Werkstückoberfläche aufstehen. Hierbei sind zwei unterschiedliche Anordnungsarten
möglich, und zwar für die Ganzflächenhärtung und für die nur örtliche Härtung. Bei
der Ganzflächenhärtung kann die Bürste so ausgebildet sein, daß sie den gesamten
Werkstückabschnitt überdeckt, der abgekühlt werden soll. Wenn nur eine örtliche
Abkühlung durchgeführt werden soll, wie dies beispielsweise im fortschreitenden
Verfahren bei der Behandlung von zylindrischen Körpern der Fall ist, können die
Bürsten den betreffenden Werkstückabschnitt wie durch aufgesetzte Wände begrenzen,
wobei alsdann der Raum zwischen den Bürsten frei mit einem Flüssigkeitsstrahl beschickt
wird. Die Bürsten bzw. die Fasern der Bürste wirken hierbei wie Labyrinthdichtungen
und verhindern das Zurücktreten der Abschreckflüssigkeit unter den Induktor. Da
außerdem bei dieser Art der fortschreitenden Behandlung der von der Abschreckflüssigkeit
beaufschlagte Bereich des Werk-Stückes anschließend unmittelbar unter die Bürsten
gelangt, wird auch hier die Dampfbildung vermieden.
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Eine weitere Art der Anordnung der Fasern besteht darin, sie in Form
mindestens eines Schwammes vorzusehen, der sich auf den Bereich des zu kühlenden
Werkstückabschnittes legt. Der Flüssigkeitsanschluß wird in den Schwamm eingeführt
und die Flüssigkeit auf diese Weise sicher und ohne seitliche Ausweichmöglichkeiten
auf die Oberfläche des Werkstückes geführt. Das schwammartige Polster, das auf der
Werkstückoberfläche liegt, verhindert ebenfalls wirksam die Entstehung irgendwelcher
Leidenfrostscher Phänomene. Darüber hinaus werden durch derartige Schwämme und auch
bei derartigen Bürsten Unreinigkeiten, wie beispielsweise Zunder, von der Stahloberfläche
abgebürstet oder abgekratzt, falls das Werkstück unter dem aufliegenden Schwamm
bzw. der aufliegenden Bürste weiterbewegt wird.
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Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung lassen sich sinngemäß überall
dort anwenden, wo es darauf änkommt, eine erhitzte Werkstückoberfläche durch eine
Flüssigkeit in kurzer Frist gleichmäßig abzukühlen, d. h. also insbesondere beim
Abschrecken von Stahl oder sonstigen Metallen oder Metallegierungen zum Zwecke des
Härtens oder Vergütens. Die Verwendung der :Mittel ist unabhängig von der Art des
Erhitzens. Besonders zweckmäßig ist ihre Verwendung indes in Verbindung mit dem
Induktionserhitzen, weil es gerade hierbei in besonderem Maße darauf ankommt, zu
verhindern, daß die Flüssigkeit an Stellen gelangt, wo sie unerwünscht ist, also
beispielsweise unter den in Betrieb befindlichen Induktor. Wenn Metallfasern benutzt
werden, kann aber beim induktiven Erhitzen durch die Bürsten oder Schwämme eine
Störung der elektroinduktiven Vorgänge eintreten. Erfindungsgemäß werden solche
Störungen dadurch unterbunden, daß die einzelnen metallischen Faserlt elektrisch
isoliert werden, beispielsweise durch einen Laeküberzug oder einen Überzug aus Aluminiumoxyd.
Es schadet nicht, wenn der isolierende Überzug im Bereich der Faserenden durch die
Berührung mit der Werkstückoberfläche zerstört wird.
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Sowohl die bürstenartig als auch schwammartig angeordneten Fasern
können in einem Flüssigkeitsanschlußstück gefaßt sein, das aus Kunstharzpreßstoff
o. dgl. hergestellt ist. Es ist aber auch möglich, Fassungen aus Metall zu verwenden.
Die Stärke der Faseranordnung ergibt sich jeweils in Abhängigkeit von der zu bewältigenden
Flüssigkeitsmenge, wobei in jedem Einzelfall zu entscheiden ist, ob und in welchem
Maße Höhe und Breite der Faserkörper voneinander abweichen.