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Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Vielkantprofilen für
Zwecke des Oberflächenhärtens Es ist an sich bekannt, daß das elektroinduktive lErhitzen
mit Vorteil dazu benutzt werden kann, um Werkstücke, insbesondere solche aus :Stahl,
nur an der Oberfläche zu erwärmen und sodann die erhitzten Flächen durch Abschrecken
zu härten. Sofern es sich hierbei um wenig verwickelte Körper bzw. um ein wenig
verwickeltes Härtebild handelt, läßt sich die gestellte Aufgabe im allgemeinen verhältnismäßig
einfach lösen, indem je nach den vorliegenden ;Bedingungen eine das Werkstück umfassende
Spule oder eine Heizleiterschleife angewendet wird, die sich über der Werkstückob.erfläche
schließt. Durch Anordnung von Magnetjochen, die die Heizleiter umfassen, kann außerdem
in verhältnismäßig weitem Umfang die räumliche Ausdehnung der erhitzten Flächenabschnitte
und damit die räumliche Ausdehnung der gehärteten Flächenteile gesteuert werden.
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Schwierigkeiten ergeben sich, wenn Vielkantprofile erhitzt werden
sollen, und zwar insbesondere dann, wenn außerdem noch die Aufgabe gestellt ist,
daß auf einzelnen Profilflächen die gehärteten Zonen größere Ausdehnung aufweisen
sollen als auf anderen. Eine solche Aufgabenstellung ergibt sich häufig bei der
Behandlung von Maschinenteilen, die der Führung oder dem Transport anderer Teile
dienen, so beispielsweise bei Klauen, Triebzähnen von Kettengliedern und ähnlichen
Teilen. Schwierigkeiten sind aber auch dann zu überwinden, wenn ein derartiges Vielkantprofil
auf allen Flächen in gleieher
Ausdehnung gehärtet werden soll,
weil unter Verwendung einer .das Werkstück umfassenden Spule die Gefahr des Überhitzens
der Werkstückkanten besteht.
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DieErfindung schlägt eine Vorrichtung vor, mit der die gestellte Aufgabe
unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile gelöst wird. tDie Erfindung ist gekennzeichnet
durch die Anordnung einer das Werkstück umfassenden Spule, in die gegenüber einzelnen
oder allen Profilflächen Heizleiterschleifen größerer Länge, als der Spulenbreite
entspricht, eingeschaltet sind. Auf .diese Weise wird in dem Werkstück ein induzierter
Stromkreis erzeugt, der- in einer Ebene praktisch senkrecht zur Werkstückachse fließt.
Des weiteren werden in dem Werkstück je nach der Anzahl der eingeschalteten Heizleiterschleifen
induzierte Stromkreise in 'Ebenen parallel zu den Profilflächen erzeugt. Die Wirkung
dieser voneinander praktisch unbeeinflußt fließenden Ströme führt im Ergebnis zu
dem gewünschten Erhitzungs- und damit Härtebild.
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Im nachfolgenden wird an Hand .einiger schematischer Darstellungen
der Erfindungsgedanke näher erläutert: Abb. i- zeigt in perspektivischer Darstellung
ein stabförmiges Vielkantprofil i. Dieser Körper soll mit einem Härtebild versehen
werden, wie es durch die schraffiert angelegten Stellen angedeutet ist. Auf der
einen Pröfilfläche soll ein nur verhältnismäßig schmaler Härtestreifen 2 erzeugt
werden, während gegenüber der anstoßenden Profilfläche eine wesentlich breitere
Härtezone 3 entstehen soll. Auf den beiden übrigen, in der perspektivischen Darstellung
nicht sichtbaren Profilflächen können die Härtezonen beispielsweise entsprechend
ausgebildet sein oder -auch noch andere Ausdehnungen aufweisen. Um .einen solchen
Körper derart zu härten, wird gemäß der Erfindung der in Abb. 2 schematisch,dargestellte
Induktor benutzt. Dieser Induktor besteht aus einem Teil q., der .das Werkstück
spulenförmig umfaßt. Dieser spulenförmige Teil erhitzt das Werkstück in den Zonen
2, weil durch ihn ein induzierter Stromkreis erzeugt wird, der sich in einer Ebene
schließt, die parallel zu den Stirnflächen liegt. Um die Härtezone 3 auf der anderen
Profilfläche zu erzeugen, ist in die Spule ein schleifenförmiger Induktor 5 eingeschaltet,
der in Reihe zur Spule liegt. Durch .diesen Induktor 5 wird .ein induzierter Stromkreis
erzeugt, der in einer Ebene parallel zur Längsachse fließt. ;Die Längserstreckung
dieser Schleife muß größer sein, als der Breite des spulenförmigen Induktorteiles
entspricht, damit das Verhältnis der Ausdehnungen der Zonen 2 und 3 zueinander entsteht,
wie es in Ab'b. i durch die schraffierten Flächen angedeutet ist.
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Um die gewünschte Konzentrierung der induzierten Stromfäden zu erreichen,
kann sowohl der spulenförmige Teil q. als auch der schleifenförmige Teil 5 mit Magnetjochen
versehen werden.
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Der Induktor kann, wie an sich für Induktoren üblich, hohl ausgebildet
sein, so @daß er gekühlt werden kann. Es kann aber auch die Einrichtung so getroffen
werden, daß ohne Kühlung gearbeitet wird, jedoch der Induktor an sich hohl ist,
um nach beendetem Aufheizen die Zufuhr eines Abschreckmittels durch die Heizleiter
selbst zu ermöglichen. Es kann aber selbstverständlich. auch eine gesonderte Abschreckeinrichtung
dem Induktor zugeordnet werden, die nach beendetem Aufheizen in Wirkung tritt und
die Härtung herbeiführt.
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In Abb. 2 ist der einfachste Fall dargestellt, bei welchem sowohl
der spulenförmige als auch der schleifenförmige Teil des Induktors einwindig ist.
Eine solche Anordnung wird sich im allgemeinen dann empfehlen, wenn mit höheren
Frequenzen gearbeitet wird. Werden dagegen die sog. Normalfrequenzen von i62/3;
5o oder 6o Hz benutzt, so empfiehlt es sich, im allgemeinen sowohl für den spulenförmigen
als auch für :den schleifentörmigen Teil mit mehrwindiger Ausbildung zu arbeiten.
Die Schleife wird in diesem Falle mehrfach parallel zur aufzuheizenden Fläche hin
und her geführt und der spulenförmige Teil in mehrere Windungen um das Werkstück
herumgelegt, wobei an einer Windung der Anschluß für die in Reihe liegende Schleife
vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, nur die Schleife oder nur die Spule mehrwindig
auszulegen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich auch dort anwenden,
wo die Aufgabe gestellt ist, auf den Profilflächen .gehärtete Zonen zu erzeugen,
die praktisch gleiche Ausdehnung haben. Unter Bezugnahme auf Abb. i würde dies bedeuten,
daß die Zone :2 in ihrer Ausdehnung der Zone 3 zu entsprechen habe. In diesem Falle
wird an dem spulenförmigen Teil q. (vg1. Abb. 2) gegenüber j eder Fläche eine in
Reihe liegende Schleife 5 eingeschaltet. Mit Hilfe einer so ausgebildeten Vorrichtung
gemäß der Erfindung gelingt es, ohne Gefahr .des überhitzens der Kanten eine gleichmäßige
Oberflächenerhitzung und damit eine gleichmäßige Oberflächenhärtung oder bei Ausnutzung
.der Wärmeleitung durchgehende Härtung sicherzustellen. Würde dagegen ausschließlich
mit einer das Werkstück umfassenden Spule gearbeitet, die in ihrer Breite etwa der
Ausdehnung der zu härtenden Zone entspräche, so wäre ein außerordentlich ungleichmäßiges
Erhitzen die Folge, wobei außerdem die Gefahr des überhitzens der Kanten bestünde.
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Die Vorrichtung gemäß der (Erfindung ist aber nicht nur dort anwendbar,
wo es sich um eckige Grundformen des Werkstückes handelt. Sie kann vielmehr in einfachster
Weise angepaßt werden an ,die Behandlung von Rundstücken, die am Stirnende herausragende
Ansätze, wie Klauen od. dgl., aufweisen. Dieser Fall ist in Abb. 3 schematisch dargestellt.
Der Rundkörper 6 ist an seinem einen Stirnende mit klauenartigen Ansätzen 7 und
8 versehen. Es sollen sowohl die Oberflächen der Klauen 7 und 8 als auch ein Teil
des zylinderförmigen Schaftes gehärtet werden. Zu diesem Zweck wird eine den zylinderförmigen
Schaft umfassende Spule 9 vorgesehen. In diese .Spule sind Heizleiterschleifen fo
in Reihe eingeschaltet, die gegenüber den Klauen angeordnet sind. Es entstehen auf
diese Weise ein Stromkreis, der in einer Ebene senkrecht
zur Achse
des Körpers 6 fließt, und ferner je zwei Stromkreise, die in Ebenen parallel zu
den Klauenoberflächen fließen.
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Eine besonders schwierige ,Aufgabe stellt das Härten von Triebzähnen
an Kettengliedern dar. Die Triebzähne i i (1A bb. q.) solcher Kettenglieder sind
eingesetzt zwischen zwei verhältnismäßig sperrige Seitenteile 12 und 13 und reichen
tief zwischen diese beiden Seitenteile hinein. Auf Grund der Beanspruchung der Zähne
muß eine Härtung vorgenommen werden, die etwa dem Bilde entspricht, das durch die
schraffierten Flächen 14 und 15 angedeutet ist, d. h. die breite Zahnfläche muß
über eine größere Zone 14 gehärtet werden, während die Stirnflächen des Zahnes eine
nur schmale Härtezone 15 aufweisen sollen. Vor allem aber soll die Zahnspitze ungehärtet
bleiben, um hier ein Abblättern oder Reißen zu vermeiden. Unter sinngemäßer Anwendung
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kann diese verwickelte Werkstückform mit den
gewünschten Härtezonen ohne weiteres versehen werden. Zu diesem Zweck wird der Induktor
so angeordnet, wie .dies aus Abb. 5 ersichtlich ist. Der spulenförmige Teil 16 umfaßt
den Zahn i r. Die in Reihe liegendenHeizleiterschleifen 17 sind so in die .Spule
eingeschaltet, daß sie sich parallel der Zahnflanken des Zahnes i i erstrecken.
Sofern mit Normalfrequenz gearbeitet wird, empfiehlt es sich, die Schleife mehrwindig
auszulegen, und es kann auch vorteilhaft sein, den spulenförmigen Teil 16 mehrwindig
auszubilden.
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Bei der Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf die Behandlung
von Triebzähnen an Kettengliedern ist es im allgemeinen erforderlich, die Heizleiterabschnitte
mit Magnetjochen zu versehen. Diese werden so angeordnet, daß sie die beiden Schleifenäste
der Heizleiterschleife 17 umfassen. Auf dem spulenförmigen Teil 16 sind die Joche
jeweils den Heizleiter umfassend aufgesetzt.
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Das Abschrecken der erhitzten Zonen kann entweder, wie beim elektroinduktiven
Erhitzen zum Zwecke des Härtens üblich, aus ,den Heizleitern heraus erfolgen. Es
ist aber auch möglich, in den erforderlichen Magnetjochen die notwendigen Leitungen
für die Abschreckmitteleinrichtung vorzusehen. Ferner kann das Abschrecken auch
so stattfinden, daß das Werkstück nach beendetem Aufheizen in ein Abschreckmittelbad
abgesenkt oder nach Abheben des Heizkopfes weiterbefördert wird. Welche Art des
Abschreckens angewendet wird, entscheidet sich nach den Umständen des 'Einzelfalles.
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!Als besonders zweckmäßig hat sich eine Vorrichtung zum !Behandeln
von Kettengliedern gemäß Abb. 6 erwiesen. Diese besteht aus einem kastenförmigen
Teil 2o, an dem außerhalb die Anschlußflansche 2i für die Zuführung des Heizstromes,
die bei 22 voneinander isoliert sind, angebracht werden. Von .diesenAnschlußflanschen
wird über das Stromverteilungsstück 23 und 2¢ die Speisung des gemäß der Erfindung
ausgebildeten Heizgerätes mit Strom vorgenommen. Gemäß der Erfindung besteht das
Heizgerät aus dem den Zahn des Werkstückes 25 spulenförmig umfassenden Induktortei126
und den schleifenförmigen Induktorteilen 27 gegenüber den Längsflächen des Zahnes.
Um eine gleichmäßige Verteilung der Erwärmung auf den Stirnseiten des Zahnes zu
gewährleisten, sind die spulenförmigen Induktorteile 26 zweiwindig ausgeführt. Durch
entsprechende T-Stücke, .die bei 28 zu erkennen sind, erfolgt die Reihenschaltung
der schleifenförmigen Teile 27 mit dem spulenförmigen Teil 26. Auf der in der Abb.
6 nicht sichtbaren rückseitigen Stirnfläche des Zahnes befindet sich ebenfalls .ein
zweiwindiger Induktorteil wie bei 26. Um den Aufheizeffekt gleichmäßig über die
zu härtenden Teile verteilen zu können, sind die geschichteten Magnetjoche 29" über
den schleif enförmigen Teilen 27 und geschichtete Magnetjoche 29' über den spulenförmigen
Teilen 26 des Heizgerätes angeordnet. Unmagnetische Abstandhalter 3o dienen zur
Einhaltung des Kopplungsspaltes zwischen Heizgerät und Werkstück. Die Heizleiter
und die Jochpakete sind an einem Formkörper 31 befestigt, der sich innerhalb des
Kastens 2o befindet. Hierzu sind Bleche 32 vorgesehen, die an den Heizleitern angelötet
sind. Im oberen Teil gehen diese Bleche in Schraubenschäfte über, mittels welcher
sie durch die Muttern 33 am Formstück 31 befestigt werden.
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Die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auf die dargestellten
charakteristischen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sondern kann überall dort
erfolgen, wo es sich darum handelt, Vielkantprofile oder Rundprofile mit Ansätzen
so zu erwärmen und damit zu härten, daß die Härtezonen in einzelnenFlächenabschnitten
größereAusdehnung besitzen als in anderen.