Verfahren und Einrichtung zum Härten von Gegenständen unter Anwendung von Hochfrequenzströmen. Die Verwendung hochfrequenter Ströme zum Erhitzen der Oberflächenschicht eines Gegenstandsteils, der gehärtet werden soll, ist bereits bekannt. Hochfrequente Energie wird mittels eines sogenannten Heizkopfes in der zu härtenden Schicht induziert. Der Kopf besteht aus einer Spule, die den zu erhitzen den Gegenstand umgibt und wird auf irgend eine bekannte Art mit hochfrequentem Strom gespeist.
Wenn bisher zum Beispiel der in einem Lager laufende Teil einer Kurbelwelle oder ein ähnlicher Maschinenteil gehärtet werden soll, so wird ein Heizkopf verwendet, der den zu härtenden Teil seiner ganzen Länge ent lang umgibt und die Oberflächenschicht in ihrer ganzen Länge auf die zur Härtung er forderliche Temperatur erhitzt.
Da aber solche Teile mit benachbarten Teilen (Arme, Stege usw.) desselben Maschi nenelementes ein ganzes Stück bilden, erzeugt ein solches Verfahren keine gleichmässige Er hitzung der gesamten Oberflächenschicht und deshalb auch keine gleichmässige Härtung dieser Schicht. Die Enden der Welle, die zum Beispiel mit massiven Armen versehen sind, werden zufolge der Ableitung der Wärme weniger erhitzt. Eine genügende Härtung der Oberfläche erfolgt deshalb nur im mittleren Teil des zu härtenden Wellenstückes, während die Enden ungenügend gehärtet werden. Diese Nachteile treten bei Wellen, deren Form besonders komplexer Natur ist, wie dies bei mit Flanschen zur Lagerung in Spur lagern versehenen Wellen zur Aufnahme der axialen Kräfte der Fall ist, noch deutlicher in. Erscheinung.
Die Erfindung bezweckt, derartige Nach teile zu vermeiden. Sie betrifft ein Verfahren zum Härten von Gegenständen, wobei die Oberflächenschicht eines zu härtenden Teils des Gegenstandes mit von Hochfrequenzströ- men induzierter Energie erhitzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass der Heizvorgang mittels eines Heizkopfes ausgeführt wird, dessen Aus dehnung in Richtung der Länge des zu här tenden Teils des Gegenstandes geringer ist als diese Länge und dass der Heizkopf während des Erhitzungsvorganges eine hin und her schwingende Bewegung relativ zu dem zu härtenden Teil des 'Gegenstandes ausführt, wobei diese Bewegung ungleichförmig ist, uni die einzelnen Stellen des zu härtenden Teils während verschieden langer Zeit der Einwir- klang des Heizkopfes auszusetzen.
Die Erfindung betrifft auch eine Einrich tung zur Durchführung dieses Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Heizkopf durch starre stromzuführende Or gane mit der Sekundärwicklung des Heiz- transformators verbunden ist und dass die Sekundärwicklung aus einem geschlitzten Ring besteht, der in axialer Richtung der Pri- märwicklung entlang hin und her bewegt wird, um eine Hin- und Herbewegung des Heizkopfes entlang des zu härtenden Teils des Gegenstandes zu erreichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Anordnung des Heizkop- fes, des Transformators und der Mittel zur Erzeugung von Bewegungen während des Härtungsvorganges eines Kurbelwellenzap- fens.
Fig.2 zeigt in. einem grösseren Massstab den Heizkopf in Planansicht.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt des Heizkopfes, der rechten Hälfte der Schnittlinie III III entsprechend.
Fig.4 stellt die Anordnung für den Vor gang der Abkühlung dar.
Fig. 5 zeigt die Anordnung des Heizkopfes bei einem zu härtenden Zahnrad.
In Fig.1 ist mit 1 ein Zapfen einer Kur- belwelle bezeichnet, dessen Oberfläche Gegen stand des Härtungsvorganges ist. Der Zapfen wird vom schmalen wegnehmbaren Heizkopf 2 umgeben. Man sieht, dass die Ausdehnung des Heizkopfes in Richtung der Zapfenlänge bedeutend geringer ist als diese Länge.
Der Heizkopf ist mit starren Stromzuführungs- gliedern 3 und mit einem geschlitzten Ring 4, der die Sekundärwicklung des Heiztransfor- mators darstellt, versehen; 5 ist die Primär- wicklung des Transformators.
Der Heizkopf 2 ist wegnehmbar, was am besten aus Fig. 2 er sichtlich ist; die beiden Hälften desselben sind -mit 9 und 9' bezeichnet und -um<B>-</B>die Drehpunkte 10 drehbar angeordnet.
Am untern Ende der Stromzuführungs- glieder 3 und 3' können an Stelle des vorlie genden Heizkopfes noch andere Heizköpfe verschiedenen Durchmessers austauschbar be festigt werden, wodurch die Vielseitigkeit der Einrichtung erhöht wird, indem Zapfen von Kurbelwellen verschiedenen Durchmessers be handelt werden können.
Der Sekundärring 4 ist mittels einer An zahl Stangen 6 mit einer querverlaufenden Gleitbahn 8 verbunden, und 7 ist rein aiif einer angetriebenen Welle 71 fest aufgesetz ter Exzenter 7, der in einem Gleitblock 72 drehbar gelagert ist, wobei der Gleitblock 72 in der Gleitbahn 8 querverschiebbar ist. Die Stangen 6 können mit beliebigen Mitteln ge führt werden.
Es ist ersichtlich, dass während der Rotation der Welle 71 und dadurch auch des Exzenters 7, der die Sekundärwicklung darstellende Ring 4 gemeinsam mit dem Heiz- kopf 2 harmonisch hin und her bewegt wird, während der Heizkopf 2 die Oberflächen schicht des Zapfens 1 erhitzt, um denselben mittels hochfrequenter Energie zu härten. Die Primärwicklung des Heiztransformators ist genügend lang, um dauernd eine genügend grosse Kopplung mit dem Ring 4 zu erzeugen, wobei die Hin- und Herbewegung des Ringes 4 zu berücksichtigen ist.
Es ist ersichtlich, dass während der har monischen Hin- und Herbewegung des Heiz- kopfes 2 die Enden des Kurbelwellenzapfens 1 längere Zeit der Einwirkung dieses Heizkop- fes ausgesetzt sind als die Mitte des Zapfens. Dies ist deshalb von Vorteil, weil dies den Umstand kompensiert, dass die Kurbelarme an den Enden des Zapfens Wärme von dem letzteren abführen und somit eine gleich mässige Erhitzung der Zapfenoberfläche er zielt wird.
Um eine gleichmässige Erhitzung- zur Här tung des Gegenstandes zu erzielen, kann eine andere als eine harmonische Hin- und Her bewegung des Kopfes erforderlich sein. Ent sprechend einem andern Gesetz der zu erzeu genden Bewegung wird die exzentrisch ge lagerte Kreisscheibe 7 durch eine entspre chend geformte Nockenscheibe ersetzt, die dann unmittelbar mit der Gleitbahn 8 zusam menarbeitet.
Um den Heizkopf gegenüber dem Zapfen 1 zweckentsprechend zu bewegen und zu zen trieren oder einzustellen, wird der Heizkopf zum Beispiel so angeordnet, dass der Kurbel wellenzapfen 1 als Führung für die Bewe gung dient. Zweckentsprechend werden die Oberflächen der Hälfte 9 und 9' des Heiz- kopfes mit einem auf Kupferblech angebrach ten isolierenden -Emailüberzug<B>-</B> 12 versehen. wodurch der Heizkopf gegenüber dem erhitz ten Zapfen 1 isoliert wird.
Die Wicklung des Heizkopfes ist gekühlt, indem eine Kühlflüssigkeit in einer im Innern der Wicklung vorhandenen Ausnehmung vor gesehen ist. Der Email dient. ebenfalls zur Be festigung von Führungsstücken 13, die zweck entsprechend aus Kupfer bestehen und mit dem erhitzten Zapfen 1 in Berührung stehen und den Heizkopf während der Hin- und Herbewegung führen.
Eine zweckentsprechende Führung kann auch mit andern Mitteln erreicht werden, die jedoch ebenfalls wirksam gegenüber der Heiz- kopfwicklung isoliert sein müssen.
Die Abkühlvorrichtung, die beispielsweise in Fig.4 dargestellt ist, besteht zur Haupt sache aus einem Behälter 15, in welchem der im Härtungsvorgang befindliche Gegenstand - im vorliegenden Fall eine Kurbelwelle zwischen den Spitzen 14 eingeklammert ist, wobei eine der Spitzen auf dem Boden des Behälters und die andere oberhalb demselben vorgesehen ist, so dass die Kurbelwelle in ver tikaler Lage im Behälter angeordnet ist. Die Wände des Behälters können auszieh- und zusammendrückbar geformt sein, wodurch die Höhe des Behälters, entsprechend der Lage des Zapfens der Kurbelwelle veränderbar ist, der gerade über der Flüssigkeit erhitzt und dann abgekühlt werden soll.
Sobald der Zap ien die erforderliche Temperatur erreicht hat, wird das Niveau der Flüssigkeit im Behälter 15 erhöht, um den erhitzten Zapfen 1 mit Flüssigkeit zu umgeben.
Zu diesem Zweck besitzt der Behälter 15 einen ringförmigen Trog 16, der durch eine Öffnung 17 mit dem Behälter 15 verbunden ist.
Über dem Niveau der Flüssigkeit befindet sich ein zur Flüssigkeitsverdrängung be stimmter Ring 18; sobald ein Zapfen die er forderliche Temperatur erreicht hat, wird der Ring 18 in die Flüssigkeit im Trog 16 gelegt., wodurch das Niveau der Flüssigkeit im Be hälter auf die gewünschte Höhe gehoben wird und der erhitzte Zapfen in die steigende Flüs sigkeit eintaucht. An Stelle eines am Umfang des Behälters angeordneten Troges kann ein inhaltsgleiches Gefäss am Behälter angeschlos sen werden, das, wenn wünschbar, nur auf einer Seite des Behälters 15 liegt.
Die Bewegungen des Heizkopfes werden ununterbrochen fortgesetzt, um die Abkühl- flüssigkeit um den gehärteten Zapfen herum in Bewegung zu halten, wodurch Dampfbla sen, die sich am zu härtenden Zapfen anset zen würden und für die Härtung des Zapfens schädlich wären, entfernt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung besteht in der Härtung flacher Gegenstände, wie zum Beispiel der Zähne von Zahnrädern. Die Härtung von Zahnrädern - speziell von solchen mit gro ssen Zähnen - war bis anhin mit beträcht lichen Schwierigkeiten verbunden. Die Zahn radzähne werden nun einzeln mittels eines Heizkopfes (Fig.5) gehärtet, der während des Heizvorganges in den dem Zahne benach barten Zahnlücken eine Hin- und Herbewe- gung in Richtung der Zahnradachse ausführt.
Mittels dieser Anordnung kann die bestmög liche Wärmeverteilung und die vorteilhafteste Härtung der Zahnflanken erreicht werden, wobei die ungleichförmige Bewegung des Heizkopfes unter Verwendung einer Nocken scheibe so getroffen werden kann, dass prak tisch nur die Flankenoberfläche gehärtet wird, die übrigen Zahnradteile aber ihre Zä higkeit und Biegsamkeit beibehalten.
Der Abkühivorgang kann dabei entspre chend der vorausgegangenen Beschreibung ausgeführt werden. Der Heizkopf wird dann vom Zahn abgezogen, das Zahnrad um den erforderlichen Winkel gedreht und der nächste Zahn der Behandlung unterworfen.
Es ist natürlich auch möglich, dass der Heizkopf während der Erhitzung im Ruhe zustand bleibt, wobei die relative Bewegung des Heizkopfes und des zu behandelnden Ge genstandes durch Bewegung des Gegenstan des erreicht wird. Die erforderliche relative Bewegung kann selbstverständlich durch gleichzeitiges Bewegen des Heizkopfes und des zu härtenden Gegenstandes erreicht wer den.
Method and device for hardening objects using high frequency currents. The use of high frequency currents to heat the surface layer of an article part to be cured is already known. High-frequency energy is induced in the layer to be hardened by means of a so-called heating head. The head consists of a coil which surrounds the object to be heated and is fed with high-frequency current in some known way.
So far, for example, if the part of a crankshaft or a similar machine part running in a bearing is to be hardened, a heating head is used which surrounds the part to be hardened along its entire length and the surface layer in its entire length to the hardening he required Temperature heated.
However, since such parts form a whole piece with adjacent parts (arms, webs, etc.) of the same machine element, such a method does not produce uniform heating of the entire surface layer and therefore also no uniform hardening of this layer. The ends of the shaft, which are provided with massive arms, for example, are less heated due to the dissipation of heat. Sufficient hardening of the surface therefore only takes place in the middle part of the shaft section to be hardened, while the ends are insufficiently hardened. These disadvantages occur even more clearly in the case of shafts whose shape is of a particularly complex nature, as is the case with shafts provided with flanges for bearing in track bearings for absorbing the axial forces.
The invention aims to avoid such parts after. It relates to a method for hardening objects, the surface layer of a part of the object to be hardened being heated with energy induced by high-frequency currents.
The method according to the invention is characterized in that the heating process is carried out by means of a heating head whose expansion in the direction of the length of the part of the object to be hardened is less than this length and that the heating head relatively oscillates back and forth during the heating process to the part of the object to be hardened, this movement being non-uniform, so that the individual points of the part to be hardened are exposed to the action of the heating head for different times.
The invention also relates to a Einrich device for performing this method, which is characterized in that the heating head is connected to the secondary winding of the heating transformer by rigid current-supplying organs and that the secondary winding consists of a slotted ring that extends in the axial direction of the Pri - is moved back and forth along the winding in order to achieve a back and forth movement of the heating head along the part of the object to be hardened.
Embodiments of the invention are shown schematically in the accompanying drawing.
1 shows the arrangement of the heating head, the transformer and the means for generating movements during the hardening process of a crankshaft journal.
2 shows the heating head in a plan view on a larger scale.
Fig. 3 shows a section of the heating head, the right half of the section line III III.
Fig. 4 shows the arrangement for the process of cooling.
Fig. 5 shows the arrangement of the heating head in a gear to be hardened.
In FIG. 1, 1 denotes a pin of a crankshaft, the surface of which is the subject of the hardening process. The pin is surrounded by the narrow, removable heating head 2. It can be seen that the expansion of the heating head in the direction of the pin length is significantly less than this length.
The heating head is provided with rigid power supply members 3 and with a slotted ring 4, which represents the secondary winding of the heating transformer; 5 is the primary winding of the transformer.
The heating head 2 is removable, which is best seen in Figure 2; the two halves of the same are -indicated 9 and 9 'and -a <B> - </B> the pivot points 10 are rotatably arranged.
At the lower end of the power supply members 3 and 3 ', other heating heads of different diameters can be interchangeably fastened in place of the present heating head, which increases the versatility of the device in that journals of crankshafts of different diameters can be treated.
The secondary ring 4 is connected to a transverse slide 8 by means of a number of rods 6, and 7 is fixedly mounted purely by means of a driven shaft 71, the eccentric 7 which is rotatably supported in a slide block 72, the slide block 72 being transversely displaceable in the slide 8 is. The rods 6 can be performed by any means.
It can be seen that during the rotation of the shaft 71 and thus also of the eccentric 7, the ring 4 representing the secondary winding is moved back and forth harmoniously together with the heating head 2, while the heating head 2 heats the surface layer of the pin 1, to harden the same using high-frequency energy. The primary winding of the filament transformer is long enough to permanently generate a sufficiently large coupling with the ring 4, the to and fro movement of the ring 4 being taken into account.
It can be seen that during the harmonious back and forth movement of the heating head 2, the ends of the crankshaft journal 1 are exposed to the action of this heating head for a longer time than the center of the journal. This is advantageous because it compensates for the fact that the crank arms at the ends of the pin dissipate heat from the latter and thus uniform heating of the pin surface is aimed at.
In order to achieve even heating to harden the object, a movement of the head other than a harmonious back and forth may be required. According to another law of the movement to be generated, the eccentrically ge superimposed circular disc 7 is replaced by a correspondingly shaped cam disc, which then men works directly with the slide 8 together.
In order to move the heating head relative to the pin 1 appropriately and to zen or adjust, the heating head is arranged, for example, so that the crankshaft pin 1 serves as a guide for the movement. Appropriately, the surfaces of the half 9 and 9 'of the heating head are provided with an insulating enamel coating <B> - </B> 12 attached to sheet copper. whereby the heating head against the heated pin 1 is isolated.
The winding of the heating head is cooled by a cooling liquid is seen in a recess in the interior of the winding. The email serves. Also for loading the attachment of guide pieces 13, which are made of copper and are in contact with the heated pin 1 and guide the heating head during the reciprocating movement.
Appropriate guidance can also be achieved by other means, which, however, must also be effectively isolated from the heating head winding.
The cooling device, which is shown for example in Figure 4, consists mainly of a container 15 in which the object in the hardening process - in the present case a crankshaft is clamped between the tips 14, one of the tips on the bottom of the container and the other is provided above the same so that the crankshaft is arranged in a vertical position in the container. The walls of the container can be designed to be expandable and compressible, whereby the height of the container can be changed according to the position of the pin of the crankshaft, which is to be heated over the liquid and then cooled.
As soon as the Zap ien has reached the required temperature, the level of the liquid in the container 15 is increased in order to surround the heated pin 1 with liquid.
For this purpose, the container 15 has an annular trough 16 which is connected to the container 15 through an opening 17.
Above the level of the liquid is a liquid displacement be certain ring 18; As soon as a pin has reached the required temperature, the ring 18 is placed in the liquid in the trough 16, whereby the level of the liquid in the container is raised to the desired height and the heated pin is immersed in the rising liquid. Instead of a trough arranged on the circumference of the container, a container of the same content can be ruled out on the container, which is only on one side of the container 15 if desired.
The movements of the heating head are continued uninterrupted in order to keep the cooling liquid in motion around the hardened pin, as a result of which steam bubbles which would attach to the pin to be hardened and would be detrimental to the hardening of the pin are removed.
Another embodiment of the present invention consists in the hardening of flat objects, such as the teeth of gears. The hardening of gears - especially those with large teeth - has so far been associated with considerable difficulties. The toothed wheel teeth are now hardened individually by means of a heating head (FIG. 5) which, during the heating process, moves back and forth in the tooth gaps adjacent to the tooth in the direction of the gear wheel axis.
By means of this arrangement, the best possible heat distribution and the most advantageous hardening of the tooth flanks can be achieved, the uneven movement of the heating head using a cam disc can be made so that practically only the flank surface is hardened, the other gear parts but their toughness and Maintain flexibility.
The cooling process can be carried out according to the preceding description. The heating head is then withdrawn from the tooth, the gear is rotated through the required angle and the next tooth is subjected to treatment.
It is of course also possible for the heating head to remain at rest during the heating process, the relative movement of the heating head and the object to be treated being achieved by moving the object. The required relative movement can of course be achieved by moving the heating head and the object to be cured simultaneously.