DE1583333B1

DE1583333B1 - Induktor zum Oberflaechenhaerten von langgestreckten mit einem Flansch versehenen Werkstuecken unterschiedlichen Durchmessers

Info

Publication number: DE1583333B1
Application number: DE19671583333
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedhelm Reinke; Dr-Ing Gerhard Seulen
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1967-11-14
Filing date: 1967-11-14
Publication date: 1971-01-14
Also published as: JPS4814215B1; GB1153962A; US3472990A; FR1554383A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf das induktive Heizleiterschleifen in Richtung senkrecht zur Werk-Oberflächenhärten solcher Werkstücke, die im Stückachse aber unmöglich machen würde, wesentlichen aus einem langgestreckten zylindri- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, sehen Schaft bestehen, der mindestens an einem Ende einen Induktor zur Erzeugung einer unbeträchtigt in einen, beispielsweise tellerförmigen, Flansch mit 5 durchlaufenden Härteschicht an solchen Werkeinem zum Schaft wesentlich größeren Durchmesser stücken nach dem Gesamtflächenumlaufverfahren ausläuft. In dieser Weise geformte Werkstücke wer- anzugeben, die aus einem langgestreckten im wesentden beispielsweise als Hinterachswellen, Hinterrad- liehen zylindrischen Schaft unterschiedlichen Durchwellen und Getriebewellen im Kraftfahrzeugbau ver- messers und mindestens einem Flansch mit unterwendet, und es ist in zunehmendem Maße erwünscht io schiedlichem, jedoch wesentlich größerem Durchbzw, erforderlich, diese Werkstücke auf der gesamten messer zusammengesetzt sind, und bei dem. die im Oberfläche, d. h., unter Einbeziehung der Oberfläche Zusammenhang mit den vorbekannten bzw. bereits des Schaftes, hochbelasteten Bereichen des Flansches vorgeschlagenen Verfahren oder Einrichtungen auf- und der Hohlkehle zwischen beiden einer induktiven tretenden genannten Schwierigkeiten vermieden Oberflächenhärtung zu unterziehen. 15 werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese minde- Der Induktor gemäß der Erfindung ist dadurch stens an einem Ende mit einer Verdickung oder gekennzeichnet, daß die Heizleiter je zwei sich im einem Flansch versehenen Wellen nach dem Gesamt- wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Leiterflächenumlaufverfahren induktiv zu härten, iieim äste aufweisen, von denen jeweils mindestens zwei induktiven Härten nach dem Gesamtflächenumlauf- ao zu verschiedenen Heizleitern gehörende im Grenzverfahren werden in bekannter Weise die rotations- bereich der Einflußzonen der beiden Heizleiter an symmetrischen Werkstücke, mit konstanter Ge- ihren Endflächen durch eine Isolierschicht voneinschwindigkeit um ihre Symmetrieachse rotierend, von ander getrennt * aneinander - stoßen und daß jeweils einem die gesamte Länge des Werkstückes über- mindestens zwei in den genannten Grenzbereichen streichenden Induktor in der Oberfläche erhitzt und 25 an die axialen Leiteräste anschließenden Stromzudurch Abschrecken gehärtet. führungen nebeneinander und sich axial überlappend

Dieses Härteverfahren hat sich in der Praxis auch angeordnet sind. *-'^::'^:: . -" /;; bei der Behandlung der erwähnten Wellentypen gut Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erbewährt; es hat sich allerdings als außerordentlich findung sind die Stoßstellen von jeweils zwei zu nachteilig erwiesen, daß für jede Welle mit vor- 30 verschiedenen Heizleitern gehörigen axialen Leitergegebenen Dimensionen des Schaftes und des Flan- ästen axial gegeneinander versetzt. ';■>. sches ein dem Werkstück genau angepaßter Induktor Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des' erfinverwendet werden muß, wenn das vorgeschriebene derischen Induktors ist dadurch gekennzeichnet, daß oder erwünschte Härteergebnis erzielt werden soll. ein auswechselbarer Heizleiter -(Hauptheizleiter) für Dieser Nachteil tritt insbesondere immer dann 35 die Behandlung des zylindrischen Schaftes und ein sehr deutlich zutage, wenn ein Hersteller oder ein weiterer auswechselbarer Heizleiter (Nebenheizleiter) Anwender ein Vielfalt von gleich langen Wellentypen für die Behandlung des Flansches sowie der Hohlmit den unterschiedlichsten Schaft- und Flansch- kehle zwischen Schaft und Flansch vorgesehen ist. durchmessern bei geringer Stückzahl pro Wellentype Die Nutzanwendung der Erfindung besteht nun zu härten hat. Abgesehen von der hohen Kapital- 40 darin, daß die Schäfte der unterschiedlichen F^nschinvestition für die Vielzahl der Induktoren ist auch wellentypen einer Typengruppe meist mit" einem das häufige Umrüsten der induktiven Härteeinrich-■<■;;■ einzigen Induktor gehärtet werden können. C^ tung mit erheblichen Verlusten an Produktionszeit Die Trennlinie zwischen beiden Heizleiter^ wird und somit mit vermeidbaren finanziellen Verlusten in vielen Fällen vorteilhaft möglichst nahe an die verbunden. 45 Hohlkehle herangelegt sein, damit der Nebenheiz-Aus der deutschen Auslegeschrift 1 228 645 ist leiter einerseits optimal geformt werden kann und nun ein Verfahren zum induktiven Härten der Lager- der durch ihn zu heizende Schaftbereich möglichst stellen von Kurbelwellen bekannt, bei dem zur Be- klein bleibt. Der Hauptheizleiter braucht daher bei rücksichtigung des unterschiedlichen Wärmeabflusses der induktiven Erhitzung bzw. beim induktiven in den verschiedenen -Bereichen einer" zusammen- 50 Härten einer Vielzahl von FIanschwellentyp6i^: nicht hängenden Härtezone jeder dieser Bereiche von einer ausgewechselt zu werden, sondern dies ist lediglich zugehörigen, von den anderen Heizleiterschleifen für die Nebenheizleiter erforderlich. Eine solche galvanisch getrennten, Heizleiterschleife induktiv Maßnahme spart nicht unbeträchtliche Investitionserhitzt wird. kosten, sondern auch erhebliche Rüstzeiten ein.

Ein solches Verfahren ist· auch in der britischen 55 Weitere Einzelheiten, der "Erfindung werden aus

Patentschrift 1 030 047 näher beschrieben, bei dem den Abbildungen ,deutlich. Es zeigen

die Oberfläche des Lagerzapfens durch eine erste Abb. la und"Ib zwei unterschiedlich dimensio-

Heizleiterschleife und die der Hohlkehle und der nierte Flanschwellen,

anschließenden Kurbelwellenwange durch eine zweite A b b. 2 in stark schematisierter Weise die An-Heizleiterschleife erhitzt wird. Um eine Diskontinui- 60 Ordnung von Haupt- und Nebenheizleiter, tat des Härtebildes im Grenzbereioh der Einfluß- A b b. 3 und 4 die Ausgestaltung der Stromzufüfozonen beider Heizleiterschleifen zu vermeiden, sind rung zu den Heizleitern an den Stoßstellen, die Heizleiterschleifen dort (F i g. 2) in azimuthaler A b b. 5 in stark schematisierter Weise eine Richtung versetzt. Bei einer derartigen Versetzung Schaltungsanordnung zur Durchführung des Härtewürden bei vielen Anwendungsfällen die beiden 65 Verfahrens.

Heizleiterschleifen aber einen Winkelbereich von Die Flanschwellen gleicher Länge gemäß den

mehr als 180° einnehmen, was die Zuführung des Abb. la und Ib weisen grundsätzlich die gleiche

Werkstückes in seine Arbeitsstellung relativ zu den Form auf, nämlich einen langgestreckten zylindri-

sehen Schaft 1, der an seinem linken Ende mit einem tellerförmigen Flansch 2 versehen ist, und auf der rechten Seite in eine Vielkeilverzahnung 3 ausläuft. Beide Flanschwellen unterscheiden sich durch die unterschiedlichen Schaft- und Flanschdurchmesser. Außerdem soll die Härteschicht 4 bei dem Werkstück gemäß Abb. Ib in der Flanschoberfläche unmaßstäblich anders sein als beim Werkstück gemäß Abb. la. Von der unterschiedlichen Länge der Härtezone im Flansch 2 beim Werkstück gemäß Abb. Ib abgesehen, ist die Härteaufgabe bei beiden Werkstücken jedoch identisch, nämlich Härtung der gesamten Schaftoberfläche unter Einbeziehung der Hohlkehle 5 und der Vielkeilverzahnung 3. Diese Härtung muß zur Vermeidung von Zonen verminderter Festigkeit aus einer Wärme heraus erfolgen, d. h. der gewünschten Härteschicht entsprechend muß im Werkstück eine unbeeinträchtigt durchgehend erhitzte Oberflächenschicht erzeugt werden.

Dies geschieht mit einem Induktor gemäß Ab b. 2, der einen Hauptheizleiter mit den Lßiterästen 6 und 6' sowie einen Nebenheizleiter mit den Leiterästen 7 und T enthält. Die Heizleiteräste 6, 6' bzw. 7, T werden durch die Verbindungen 6" bzw. 7" und die Stromzuführungen 8, 8' bzw. 9,9' zu sich über dem Werkstück schließenden Heizleiterschleifen ergänzt. Die beiden zueinander gehörenden Heizleiteräste jeder Heizleiterschleife sollen nicht mehr als 180 Winkelgrade auf der Oberfläche voneinander entfernt sein.

Besondere Aufmerksamkeit muß auf die Gestaltung der Stoßstellen zwischen Haupt- und Nebenheizleiter gelegt werden. Diese müssen in der Weise ausgebildet sein, daß die von ihnen erzeugten Heizzonen unbeeinträchtigt ineinander übergehen. Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß — wie aus den A b b. 3 und 4 hervorgeht — die parallel zum Werkstück verlaufenden Heizleiteräste 6' und T, durch die Isolierschicht 10 getrennt, stirnseitig aneinanderstoßen, während die Stromzuführungen 8' und 9' nebeneinander und hinsichtlich ihrer Heizwirkung überlappend angeordnet sind. Dabei kann — wie aus A b b. 4 ersichtlich — die Stirnfläche jedes Heizleiterastes rechtwinklig zu den übrigen Oberflächen des Heizleiterastes angeordnet sein. Mitunter kann es aber auch zweckmäßig sein, die Stirnflächen schräg über- oder nebeneinander anzuordnen. Dadurch wird erreicht, daß die im Werkstück induzierten Ströme in den Bereichen hoher Stromdichte, nämlich an den Stoßstellen, nahezu ausschließlich in axialer Richtung fließen und durch die Stromzuführung lediglich eine vernachlässigbare Leistung induziert wird.

Die Vergleichmäßigung der erhitzten Oberflächenschicht kann dadurch weiter verbessert werden, daß — wie nicht dargestellt — die Stellen, an denen die Heizleiteräste 6' und T bzw. 6 und 7 aneinanderstoßen, auf der Werkstücklänge gegeneinander versetzt angeordnet sind, d. h., beispielsweise ist die Stoßstelle zwischen 6' und T in geringerem Abstand vom Werkstückende angeordnet als die Stoßstelle zwischen 6 und 7.

Wie deutlich aus Abb. 4 zu erkennen, ist die Stromzuführung 8' zum Hauptheizleiter in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß sie dem Nebenheizleiter gleichzeitig als Führung dient, wenn dieser beim Austausch in Richtung des Pfeiles 11 von oben her eingesetzt wird.

In A b b. 5 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, mit welcher die Oberflächenaufheizung von Flanschwellen weiter den praktischen Erfordernissen angepaßt und verbessert werden kann. Hauptheizleiter 6 und Nebenheizleiter 7 des Induktors sind über separate Transformatoren 12 und 13 an eine Mittel- bzw. Hochfrequenzstromquelle angeschlossen. Durch die Kondensatoren 14 und 15 werden die Transformatoren zu den erforderlichen Schwingkreisen ergänzt. Die Einspeisung des Stromes erfolgt über die Schalter 18 und 19, welche zu unterschiedlichen Zeiten und während unterschiedlicher Zeitspannen von den Zeitgebern 16 und 17 betätigt werden können.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß mit der neuen Vorrichtung und dem neuen Verfahren nicht nur Werkstücke mit tellerförmigem Flansch behandelt werden können, sondern auch solche, die entweder an einem oder beiden Enden des Schaftes glockenförmige oder konkav bzw. konvex gebogene Flansche aufweisen.

Claims

Patentansprüche:

1. Induktor zur Erzeugung einer unbeeinträchtigt durchlaufenden Härteschicht an solchen Werkstücken nach dem Gesamtflächenumlaufverf ahren, die aus einem langgestreckten, im wesentlichen zylindrischen Schaft unterschiedlichen Durchmessers und mindestens einem Flansch mit unterschiedlichem, jedoch wesentlich größerem Durchmesser zusammengesetzt sind, welcher mindestens zwei galvanisch voneinander getrennte, sich über zugehörige Teile der Werkstückoberfläche erstreckende Heizleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter je zwei sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Leiteräste (6, 6', 7, T) aufweisen, von denen jeweils mindestens zwei zu verschiedenen Heizleitern gehörende (6, T bzw. 6', 7) im Grenzbereich der Einflußzonen der beiden Heizleiter an ihren Endflächen durch eine Isolierschicht (10) voneinander getrennt aneinander stoßen, und daß jeweils mindestens zwei in den genannten Grenzbereichen an die axialen Leiteräste (6, 6', 7, T) anschließenden Stromzuführungen (8,9 bzw. 8', 9') nebeneinander und sich axial überlappend angeordnet sind.

2. Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen von jeweils zwei zu verschiedenen Heizleitern gehörigen axialen Leiterästen (6, T bzw. 6', 7) axial gegeneinander versetzt sind.

3. Induktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auswechselbarer Heizleiter (Hauptheizleiter 6) für die Behandlung des zylindrischen Schaftes (1) und ein weiterer auswechselbarer Heizleiter (Nebenheizleiter 7) für die Behandlung des Flansches (2) sowie der Hohlkehle (5) zwischen Schaft (1) und Flansch (2) vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen