DE2107355B2

DE2107355B2 - Verfahren und vorrichtung zum haerten von mit radialen vorspruengen versehenen, scheiben- bzw. ringfoermigen stanzteilen, insbesondere federscheiben

Info

Publication number: DE2107355B2
Application number: DE19712107355
Authority: DE
Inventors: Franz Josef 5820 Gevels berg Overkott
Original assignee: Fa Paul Ferd Peddinghaus, 582OGevelsberg
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1971-02-16
Publication date: 1973-04-12
Also published as: US3737609A; ES393799A1; DE2107355C3; AT323782B; SE368421B; DE2107355A1; FR2125831A5; GB1311627A; NL7110396A

Description

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wird möglichst ein niederohmiger Induktor verwendet folgenden näher beschrieben. Es zeigt m jeweils

und der Kopplungsabstand so eng wie möglich ge- schematischer Darstellung

halten. Mit Hufe des erfindungsgemäßen Verfahrens F i g. 1 eine Aufsicht auf ein mit radialen Vorkönnen Werkstücke der eingangs genannten Art in Sprüngen versehenes Stanzteil in Gestalt einer Federgroßer Stückzahl und kürzester Zeil absolut gleich- 5 scheibe,

mäßig erwärmt werden, so daß die Fertigungszeiten Fig. 2 den zum Erwärmen des Werkstücks dienen-

solcher t,tanzteile wesentlich verkürzt werden. den Induktor mit dem konzentrisch angeordneten

Durch die USA.-Patentschrift 2 426 053 ist zwar Kontaktring,

bereits ein Verfahren zum induktiven Erhitzen von F i g. 3 einen Schnitt durch die den Induktor auf Werkstücken vorgeschlagen, wobei Teile des Werk- io nehmende Presse mit einer Obermatrize und einer Stücks während des Erhitzens elektrisch leitend mit- Untermatrize.

einander verbunden sind. Dieses bekannte Verfahren Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besteht das zu härbezweckt jedoch ein partielles Härten von Zahn- tende Werkstück 4 aus einer Federscheibe mit einem rädern od. dgl. Teilen, wobei ein Teil des Umfangs äußeren geschlossenen Ringteil 5 und davon radial gehärtet werden und ein anderer Teil weich bleiben 15 nach innen weisenden Zungen bzw. Vorsprüngen 6. soll. Da das Erwärmen der Werkstücke durch Ring- Das Werkstück 4 kann mit Hilfe eines Induktors 7 induktoren erfolgt, werden die nicht zu härtenden erwärmt werden. Zu diesem Zweck sind zwei entZonen durch zwischen diesen und den Ringinduktor sprechend ausgebildete Induktoräste 8 und 9 oberangeordnete, elektrisch gut leitende Elemente vor halb und unlcihalb des Werkstücks 4 angeordnet. Erhitzen auf Härtetemperatur geschützt. Eine gleich- 20 Um sowohl den äußeren Ringteil 5 als auch die mäßige Erwärmung und Temperaturverteilung wird radialen Vorsprünge 6 mit Hilfe d ·> Induktors 7 hei dem bekannten Verfahren somit geradezu ver- gleichmäßig zu erwärmen, sind die Yorsprünge 6 an hindert. ihren inneren Enden 11 durch einen Kontaktring 12

Die gleichmäßige Erwärmung der Werkstücke konzentrisch kurzgeschlossen, d. h. elektrisch leitend wird nach der Erfindung noch dadurch begünstigt, 25 miteinander verbunden. Durch diesen Kontaktring 12 daß die radialen Vorsprünge unter Druck elektrisch kann in Verbindung mit den Induktorästen 8 und 9 leitend miteinander verbunden werden und schließ- im Werkstück 4 ein derartiges Induktionsquerfeld lieh auch dadurch, daß die Stanzteile während des erzeugt werden, daß das gesamte Werkstück gleichinduktiven Erhitzens in Drehung versetzt werden. mäßig erwärmt wird. Die Höhe der auf diese Weise Dadurch wird überdies eine äußerst feine Gefüge- 30 gleichmäßig gehaltenen Temperatur richtet sich nach struktur erzielt. der Generatorleistung und der Induktorform.

Das gesamte Verfahren wird schließlich noch Um die gleichmäßige Temperaturverteilung über

dadurch erheblich vereinfacht, daß die Stanzteile in das Werkstück 4 noch weiter zu verbessern, wird der

einer gleichzeitig zum Verformen und Abschrecken Kontaktring 12 zusammen mit dem Werkstück 4 in

dienenden Presse in Drehung versetzt werden, wobei 35 Umdrehung versetzt. Zu diesem Zweck ist der Kon-

dic Drehzahl vorzugsweise zwischen 50 und taktring 12 gemäß l· i g. 3 mit einem Zentrierkolben

500 L' min liegt. In dieser Presse werden die Stanz- 13 verbunden, der beispielsweise in der angegebenen

teile zunächst über ihren gesamten Querschnitt gleich- Pfeilrichtung umlaufen kann. Auf seiner dem Zen-

mäßig erwärmt und bei Erreichen der gewünschten trierkolben abgewandten Seite ist der Kontaktring 12

Temperatur verformt und gleichzeitig abgeschreckt. 40 an einem Axialdrucklager 14 abgestützt, über das

Zu einer beschleunigten Fertigung der Stanzteile er mit Druck auf die Enden 11 des Werkstücks 4

trägt ferner auch bei, wenn die Härte- und Verfor- aufgesetzt werden kann. Wie weiterhin aus Fig. 3

mungstempcratur trägheitslos und berührungsfrei hervorgeht, sind sowohl der Kontaktring 12, der

gemessen und durch die Temperaturmessung der Zentrierkolben 13 als auch das Axialdrucklager 14

Schmiede- und Abschreckvorgang automatisch aus- 45 in einer Presse 15 untergebracht, die gleichzeitig zum

gelöst werden. Verformen und zum Abschrecken des Werkstücks 4

Eine geeignete Vorrichtung zum Durchführen des dient. Zu diesem Zweck besteht die Abschreckpresse

erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch aus einer Obermatrize 16 und einer Untermatrize 17,

einen die Stanzteile mindestens auf Härtetemperatur in denen vertikale Kanäle 18, 19 mit Ringkanälen 20

erhitzenden Induktor sowie einen die radialen Vor- 50 für den Durchfluß eines Abschreckmittels angeordnet

Sprünge der Stanzteile in konzentrischer Anordnung sind. Die Unterseite 21 der Obermatrize 16 und die

elektrisch leitend miteinander verbindenden Kontakt- Oberseite 22 der Untermatrize 17 sind trichterförmig,

ring aus. Der vorzugsweise in der zum Verformen aber parallel zueinander verlaufend ausgebildet, so

und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse daß beim Niedergehen der Obermatrize 16 bzw. beim

angeordnete Kontaktring ist einerseits an einem 55 Hochgehen der Untermatrize 17 das Werkstück 4

axialen Drucklager abgestützt und andererseits mit einsprechend abgewinkelt werden kann, sobald die

einem drehbaren Zentrierkolben verbunden, wobei Verformungstemperatur am Werkstück 4 erreicht ist.

das Drucklager und der Kontaktring in der Presse Die Verformungstemperatur kann beispielsweise mit

axial verschiebbar sind. Hilfe eines trägheitslos und berührungsfrei ar-

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann 60 bellenden Temperaturmeßgerätes 23 gemessen wer-

eine vollautomatische Arbeitsweise zum Herstellen den.

von mit radialen Vorsprüngen versehenen Stanzteilen Das Härten bzw. Fertigen des in Fig. 1 dargestellerzielt werden, wobei die Werkstücke der Presse im ten Werkstücks geschieht auf folgende Weise:
kalten Zustand zugeführt werden können, so daß Bei hochgefahrenem Konlaktring 12 wird das sowohl pneumatische als auch magnetische Be- und 65 Werkstück 4 auf die Untermatrize 17 aufgelegt. Da-Entladeeinrichtungen benutzt werden können. nach wird der Kontaktring 12 über das Axialdruck-

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin- lager 14 nach unten bewegt, bis der Kontaktring 12

dung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im mit Druck auf der Oberseite des Werkstücks 4 auf-

liegt, wobei dieses gleichzeitig durch den Ring 12 zentriert ist. Danach wird von der Seite her der Induktor 7 eingefahren und in Verbindung mit dem Kontaktring 12 ein gleichmäßiges Wechselfeld und damit eine gleichmäßige Erwärmung des Werkstücks 4 erzeugt. Während der Erwärmung wird das Werkstück 4 durch den Zentrierkolben 13 gedreht, und zwar mit einer Umlaufgeschwindigkeit zwischen vorzugsweise 50 und 500 U/min. Während des Erhitzern des Werkstücks wird die Temperatur durch das Temperaturmeßgerät 23 gemessen. Sobald die erforderliche Verformungstemperatur des Werkstücks 4 erreicht ist, gibt der Induktor 7 in der angegebenen Richtung das Werkstück 4 frei. Gleichzeitig senkt sich die Obermatrize 16, und gegebenenfalls wird die Untermatrize 17 angehoben, wobei beispielsweise durch die Kanäle 19 jeweils Abschreckmittel unter Druck zugeführt und durch die Kanäle 18 abgeführt wird, bis eine martensitische Aushärtung des gleichzeitig verformten Werkstücks 4 erfolgt ist.

Das Abschreckmittel kann auch durch die Kanäle 18 zugeführt und durch die Kanäle 19 abgeführt werden. Zur Erzielung eines ausreichenden Härteergebnisses sind die Ringkanäle 20 von besonderem Vorteil. Auch empfiehlt es sich, die Matrizen 16, 17 einzeln oder beide mit Wasser zu kühlen. Das Abschreckmittel richtet sich nach dem jeweils verwendeten Werkstoff der Werkstücke. Als Abschreckmittel kann Luft, Nebelgemisch, Wasser, Emulsion oder öl verwendet werden. Am besten eignet sich Luft, da hierbei das Werkstück sauber bleibt und somit ein Reinigungsprozeß gespart werden kann.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So braucht das Werkstück selbstverständlich nicht kreisförmig ausgebildet zu sein, vielmehr kann es jede beliebige Gestalt besitzen, wobei lediglich erforderlich ist, daß es Vorsprünge aufweist. Diese Vorsprünge bzw. Zungen brauchen auch nicht nach innen gerichtet zu sein, sondern können auch radial nach außen vorstehen. Auch die Ausbildung des Induktors und der Preßwerkzeuge können je nach den Erfordernissen anders als dargestellt ausgebildet sein. Ferner kann das Härten wahlweise von Hand oder automatisch nach der Härtetemperatur gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen scheiben- bzw. ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß während des induktiven Erhitzens der Stanzteile auf Härtetemperatur die radialen Vorsprünge zum Erzeugen eines Induktionsquerfeldes und damit gleich- mäßigen Erwärmen der Stanzteile elektrisch leitend miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Vorsprünge unter Druck elektrisch leitend miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzteile während des induktiven Erhitzens in Drehung versetzt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzteile in einer gleichzeitig zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile dienenden Presse in Drehung versetzt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zwischen 50 und 500 U min liegt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte- und Verfonnungstemperatur trägheitslos und berührungsfrei gemessen und durch die Temperaturmessung der Schmiede- und Abschreckvorgang automatisch aufgelöst werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen die Stanzteile mindestens auf Härtetemperatur erhitzenden Querfeld-Induktor (7) sowie einen die radialen Vorsprünge (6) der Stanzteile (4) in konzentrischer Anordnung elektrisch leitend miteinander verbindenden Kontaktring (12).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (12) in einer zum Verformen und Abschrecken der Stanzteile (4) dienenden Presse (15) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (12) einerseits an einem Axialdrucklager (14) abgestützt und andererseits mit einem drehbaren Zentrierkolben

(13) verbunden ist und daß das Axialdrucklager

(14) und der Kontaktring (12) in der Presse (15) axial verschiebbar gelagert sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkolben (13) zentrisch in einer mit einer Gegenmatrize (16) zusammenwirkenden Matrize (17) gelagert ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Matrizen (16,17) vertikale Kanäle (18, 19) und damit in Verbindung stehende Ringkanäle (20) vorhanden sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch ein die Verformungs- und Härtetemperatur trägheitslos und berührungsfrei messendes Temperaturmeßgerät (23).

Es ist bekannt, scheiben- bzw. ringförmige Stanzteile nut radialen Vorsprüngen, die beispielsweise als Federscheiben, Federbleche, Sicherungsscheiben, Sicherungsringe od. dgl. ausgebildet sein können, im großen Durchlaufofen langsam zu erwärmen. Nach dem Erwärmen werden die erhitzten Stanzteile zwischen matrizenähnlichen Werkzeugen einer Presse — soweit erforderlich — plastisch verformt und gleichzeitig abgeschreckt. Nach dem Verformen und Abschrecken in der Presse werden dh Teile dann paketweise zusammengespannt und auf eine bestimmte, die gewünschte Federhärte gewährleistende Temperatur angelassen. Das Erwärmen der Stanzteile nach dem Durchlaufverfahren bedingt sehr lange Erwärmungszeiten. Hinzu kommt, daß in solchen Durchlaufofen oft ungleichmäßige Temperaturen herrschen, die ein gleichmäßiges Erwärmen der Stanzteile unmöglich machen. Ein weiterer erheblicher Nachteil dei bekannten Durchlaufofen i^t darin zu sehen, daß diese einen großen Platzlvdarf haben.

Man hat daher schon lange versucht, das umständliche und unwirtschaftliche Erwärmen von Stanzteilen in Durchlaufofen durch induktive Heizverfahren zu verbessern. Bedingt durch die spezielle Konstruktion der zu härtenden Stanzteile mit einer geschlossenen Ringfläche und radialen Vorsprüngen kann aber auch beim induktiven Erhitzen der Teile eine ungleichmäßige Erwärmung nicht restlos beseitigt werden. Das ist sogar dann der Fall, wenn die Induktoren eine das Erwärmungsfeld beeinflussende Form erhalten oder die Werkstücke in Drehung versetzt werden. Selbst Induktoren, die ein sehr flaches, fast quadratisches Wechselfeld erzeugen, wobei die Werkstücke in Führungen durch dieses Wechselfeld hindurchgleitcn, können keine gleichmäßige Teniperaturverteilung erzielen. Das gleiche gilt schließlich auch für nierenförmige, quadratische oder ungleichförmige Induktorformen mit und ohne Konzenlratoren. Allen durchgeführten Versuchen mit induktiver Erhitzung ist somit der Nachteil gemeinsam, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Werkslücke in zufriedenstellender Weise nicht erreicht werden kann, vielmehr auch weiterhin noch lange Erhitzungszeiten notwendig sind, was zur Kornvergröberung und nachteiliger Oberflächenveränderung führt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein zum Härten von mit radialen Vorsprüngen versehenen scheiben- bzw. ringförmigen Stanzteilen, insbesondere Federscheiben, geeignetes Verfahren vorzuschlagen, das eine gleichmäßige Temperaturverteilung und damit eine Qualitätssteigerung der Werkstücke ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des induktiven Erhitzens der Stanzteile auf Härtetemperatur die radialen Vorsprünge zum Erzeugen eines Tnduktionsquerfeldes und damit gleichmäßigen Erwärmen der Stanzteile elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Die radialen Vorsprünge werden also lediglich kurzgeschlossen, wodurch bei entsprechend ausgebildeten Induktorästen im Werkstück ein derartiges Induktionsquerfeld aufgebaut wird, daß trotz der unterschiedlichen Querschnittsflächen in den einzelnen Bereichen des Werkstücks eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet wird. Das Induktionsquerfeld wird in seiner Ausdehnung durch die jeweilige Form des Induktors begrenzt, der ansonsten aber beliebig gestaltet sein kann. Dabei