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Vorrichtung zum Oberflächenhärten von Werkstücken Es ist bereits vorgeschlagen
worden, zum Erzeugen schmaler Härtezonen an bestimmten Abschnitten der Werkstückoberfläche
schleifenförmige Heizgeräte zu verwenden. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades solcher
Heizleiterschleifen können bügelförmige Joche aus geschichteten Eisenblechen oder
aus Massekernen vorgesehen werden, die gleichzeitig die Bifilarwirkung an entgegengesetzt
gtrom,durchflossenen Heizleitern aufheben.
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Tritt nun die Forderung auf, an einem Werkstück mehrere nebeneinanderliegende
getrennte Härtezonen zu erzeugen, so wurde bisher derart verfahren, daß zunächst
eine Zone mit einer Heizleiterschleife der genannten Art behandelt wurde, in einem
zweiten Arbeitsgang sodann die nächste und sinngemäß so fort, bis alle Härtezonen
in der gewünschtem Anzahl vorlagen. Ein solches Vorgehen ist umständlich und zeitraubend.
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Die Erfindung löst,die Aufgabe, mehrere getrennt ne'beneinanderliegende
Härtezonen am gleichen Weirkstück in einem Arbeitsgang zu erzeugen, und zwar durch
eine Vorrichtung mit einer der Zahl der Härtezonen entsprechenden Anzahl von Heizleiterschleifen
nebeneinander, die so an die Stromquelle angeschlossen sind, daß in benachbarten,
jedoch verschiedenen Heizleiterschleifen angehörenden Leiterästen gleiche Stromrichtung
herrscht. Durch diese Lösung wird erreicht, daß trotz nur einmaliger Behanidlung
deis gesamten Werkstücks die zwischen den Härtezonen liegenden Gebiete vor einem
Aufheizen
und damit einer Geffgeveränderung völlig bewahrt werden.
Besonders wichtig ist die Verwendung einer solchen Vorrichtung für die Behandlung
von Werkstücken, bei denen sich zwischen den vorzusehenden Härtezonen ein hochstehender
Steg befindet, wie :dies beispielsweise bei Kugedlagerringen mit mehreren Laufbahnen
oder bei Maschinenführungen, Vielkeilwellen usw. der Fall ist, da hier in hohem
Maße die Gefahr einer unerwünschten Erwärmung besteht.
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In den Abbildungen sind vorwiegend schematisch Vorrichtungen gemäß
der Erfindung dargestellt. In Abb. i ist :das Werkstück i ein Kugellagerring (im
Schnitt dargestellt),, :der an :den Laufflächen 2 bzw. 2" gehärtet worden soll.
Die erstrebten Härtezonen sind durch Schraffur kenntlich gemacht. Es werden zur
Behandlung des dargestellten Kugellagerringes gleichzeitig die beiden Heizleiterschleifen
3'-3" und 4'-4" zur Einwirkung gebracht. Die Anordnung ist so getroffen,daß:diebenachbarten,
aber nicht zu der gleichen Heizleiterschleife gehörenden Äste 3" und q.' gleichsinnig
stromdurchflossen sind, was durch die Pfeilspitzen i3" bzw. 14' kenntlich gemacht
ist. Die Richtung der Stromspeisungergibt sich außerdem durch die beii 13' bzw.
i4" dargestellten Pfeilenden. Hierdurch wird erreicht, daß,die- Heizzone und damit
die Härteschicht wie angedeutet verläuft und ein Aufheizen des zwischen den Zonen
liegenden Steges 5 vermieden wird.
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Die Heizleiterschleifen 3' und 3" und q.' und 4" sind mit Magnetjochen
6 b:zw. 7 aus geschichteten Blechen versehen, an deren Stelle auch Mas-sekerne treten
können. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Heizleiterschleifen erheblich gesteigert
und eine Bifilarwirkung in der Schleife vermieden. Der Luftspalt 8 zwischen den
Magnetj ochen 6 und 7 kann entsprechend der Werkstückform und dem gewünschten Verlauf
der Härteschicht verschieden groß gewählt werden. Die Heizleiterschleifen können
aus einem Kupferrohr bestehen, um eine Flüssigkeits- oder Gaskühlung zu ermöglichen.
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Abb. 2 zeigt ein anderes Anwendungsbeispiel des Erfindungsgedankens.
Die Abbildung zeigt bei i den Querschnitt eines Kugellagerringes oder einer ebenen
Führung. An den Stellen 2' und 2" soll :das Werkstück mit Härteschichten, die in
der Abbildung schraffiert angedeutet sind, versehen werden. Zwischen ,den beiden
Härteschichten befindet sich der Steg 5, der nicht gehärtet und daher nicht erhitzt
werden .darf. Es sind wie nach Ab'b. i zwei Heizleiterschleifen vorgesehen. Um einen
besonders guten Wirkungsgrad beim Aufheizen der mit verhältnismäßig großem Krümmungshalbmesser
angeordneten Gleit- oder Rollenbahnen des Werkstücks zu erzielen, bestehen die Heizleiterschleifen
jeweils aus einem mittleren Ast 3''bzw. q.' und zwei Außenästen 3"-3"' bzw. 4"-4"'.
Die Stromrichtungen in den Ästen der Heizleiterschleifen sind durch die Pfeilspitzen
13' und 14' sowie durch :die Pfeilenden 13" und 13"' und 14" und 14"' kenntlich
gemacht. Außer dem erstrebten, günstigen Wirkungsgrad wird eine sehr gleichmäßige
Ausbildung der Härteschicht erzielt, wobei durch die gleichsinnige Speisung der
Heizleiteräste 3"' bzw. 4" der Steg 5 vor einem Aufheizen und damit einer Gefügeveränderung
praktisch vollständig bewahrt bleibt.
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Zur Erhöhung des Wirkungsgrades an sich und gleichzeitig zur Aufhebung
der Bifilarwirkung der verhältnismäßig eng benachbarten Heizleiteräste der einzelnen
Heizleiterschleifen sind :die Magnet-.d joche 6 n 7 vorgesehen. Auch in diesem Fall
können :die Magnetjoche aus geschichteten Eisenblechen oder aus Masse bestehen.
Der zwischen :den Magnetjochen befindliche Luftspalt 8 kann je nach der Form des
Werkstücks verschieden gestaltet sein. In vielen Fällen kann es auch zweckmäßig
sein, die Magnetjoche 6 und 7 aus einem Stück herzustellen, um hierdurch dem gesamten
Heizgerät eine erhöhte mechanische Festigkeit zu verleihen.
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Abb. 3 zeigt eine Vorrichtung für die Behandlung von Gleitbahnen.
Der besseren Übersicht halber sind die Heizleiterschleifen rein schematisch dargestellt.
Das Werkstück i, das an den Bahnen 2' und 2" behandelt werden soll, ist in -der
Längserstreckung größer als die Länge der Heizleiterschleifen3 bzw.4, und es muß
daher während der Behandlung eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Heizgerät
und Werkstück erfolgen. So kann beispielsweise das Werkstück in Richtung des Pfeiles
18 bewegt werden. Das Härten wird dann durch ein Abspritzen der erhitzten Werkstückoberfläche-
eitwa v an ,der- Vbrderkante,der Heizleiterschleifen 3 und 4 aus herbeigeführt.
Die angestrebte Form der Härtezone ist bei 2' bzw. 2" dargestellt. Um ein Aufheizen
des Steges 5, -der beliebige Form aufweisen und in manchen Fällen auch entfallen
kann, zu vermeiden, sind gemäß der Erfindung die benachbarten, jedoch nicht zur
gleichen Heizleiterschleife gehörenden Äste 3' und 4" gleichsinnig stromdurchflossen.
Durch Pfeile ist die Stromrichtung näher veranschaulicht. Die Speisung der beiden
Heizleiterschleifen erfolgt über die Zuführungsschienen 15 und 16 von einer Mittel-oder
Hochfrequenzstromquelle 17 aus. An Stelle der in Abb. 3 gezeigten Reihenschaltung
kann auch eine Parallelschaltung der beiden Heizleiterschleifen 3 und 4 treten.
Weiter können auch mehrere dieser Heizleiterschleifen in Vorschubrichtung hintereinander
angeordnet werden, so daß beispielsweise auf jeder Seite des Steges. zwei Heizleiterschleifen
liegen. Eine solche Anordnung wird im allgemeinen dann vorzusehen sein, wenn ohne
Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung verhältnismäßig große Werkstückabschnitte
aufgeheizt und gehärtet werden sollen.
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Abb. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung für die Behandlung
von Gleitnuten in Maschinenbetten. Auch in diesem Fall sind wie in Abb. 3 die Heizleiterschleifen
rein schematisch dargestellt. Auf eine Darstellung,der zu verwendenden Magnetjoche,
der Abschreckeinrichtungen, der Abstandhalter usw. ist wegen der besseren übersichtlichkeit
verzichtet worden. Die Gleitnuten 2' und 2" des Werkstücks i sollen gehärtet werden.
Der kontinuierliche Vbrschub kann, sofern erforderlich, in Richtung des Pfeiles
i8 erfolgen. Zum Erzeugein einer möglichst gleichmäßigen Härteschicht sind die Heizleiterschleifen
je
mit einem Mittelast 3' bzw. 4' und zwei Außenästen 3"-3"' bzw. q."-4"' ausgerüstet.
Die Speisung der in diesem Fall parallel geschalterten Heizleiterschleifen 3 und
4 wird so vorgenommen, daß in den benachbarten., jedoch nicht zur gleichen Heizleiterschleife
gehörenden Leiterästen 3f` und 4" gleiche Stromrichtung herrscht, wodurch
ein Erwärmen des kalt zu haltenden Steges 5 praktisch unterbunden wird.
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Die gleiche Wirkung würde bei der ebenfalls möglichen Reihenschaltung
eintreten. Die Speisung der Heizleiter erfolgt über die Stromzuführungen 15 und
i6, die beispielsweise in der Mitte über dem Steg 5 des Werkstücks liegen können.
Die enge Nachbarschaft der gegensinnig stromdurchflossenen Schienen 15 und
16 verhindert ein Aufheizen des Steges 5 durch den den Heizleitern zugeführten Strom.
Um die Härteschichten an den seitlichen Begrenzungsflächen in die Höhei zu ziehen
wie bei 12 ('Abb. 4) angedeutet, ist es zweckmäßig, die Leiterschleife, wie dargestellt,
abzuwinkeln. Auf diese Weise ist es mögldch, den Verlauf in den seitlichen Begrenzungsflächen
der Nuten nach Wunsch genau zu beeinflussen.
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Wird bei Werkstücken eine besonders dünne Härteschicht verlangt, wie
dies beispielsweise, bei dünnwandigen Kugellagerringen vorkommt, so kann es zweckmäßig
sein, bei der fortschreitenden Härtung solcher Teile die in Richtung der größten
Ausdehnung :der Schleifen liegenden Leiteräste 3"-3"' bzw. schräg zur Vorschubrichtung
zu legen. Dabei kann entweder das zurAnwendung kommende Magneitjoch ebenfalls schräg
zur Vorschubrichtung angeordnet sein oder es können die im Magnetjoch vorgesehenen
Aufnahmenuten für die Heizleiter schräg im Magnetjoch angebracht sein. Durch diese
Maßnahme wird erzielt, daß ein völliger Wärmeausgleich über die gesamte Breite der
zu behandelnden Oberflächenabschnitte erzielt wird.
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Die Vorrichtung ist in den Abbildungen in Verbindung mit Kugellagerringen
oder solchen Gleitbahnen dargestellt, bei denen insgesamt zwei benachbarte Härtezonen
erzielt werden sollen. Sinngemäß ist die Vorrichtung mit drei oder mehreren Heizleiterschleifen
anwendbar, wenn drei oder auch mehrere nebeneinander verlaufende Härtezonen an einem
Werkstück erzeugt werden sollen, wie es beispielsweise bei Dreifachkugellagern der
Fall ist.