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Vorrichtung zum Härten von Zahnrädern Zum Härten von Zahnrädern ist
bereits vorgeschlagen worden, das erforderlidhe Erhitzen der Zähne bzw. Zahnflanken
auf Härtetemperatur elektroinduktiv durchzuführen. Da es sich bei Zahnrädern um
zylindrische Körper handelt, ist es das Nächstliegende und auch Einfachste, den
Induktor als eine das. Werkstück umfassende Spule auszubilden, die ein- oder mehrwindig
sein kann. Diese Spule kann sowohl unmittelbar als auch über einen Zwischentransformator
an die speisende Stromquelle angeschlossen werden. Sie kann auch als sog. Konzentrator,
d. h. als Tertiärwicklung einesTransformators, ausgebildet sein. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß mit diesem Mittel ein befriedigendes Aufheizen nicht möglich ist; denn
bei Verwendung mittlerer Stromfrequenzen meidet der induzierte Strom den Weg größeren
Widerstandes, der durch die Zähne führt. Er kreist in der Nähe des Fußkreises der
Zähne und zieht sich nur wenig in die Zähne hinein. Dies, führt dazu, ä:aß die Zähm
bzw. deren Flanken kaum auf Härtetemperatur zu brinr gen sind, während in der Nähe
des Fußkreises, die Härtetemperatur rasch erreicht und sogar überschritten wird.
Werden höhere Stromfrequenzen verwendet, so ist der Stromverlauf im Werkstück derart,
daß die Heizströme im Zahnkopf und im obemen Abschnitt der Zahnflanken der Kontur
der Zähne folgen, während im Bereich des Zahngrundes infolge des starken Hauteffektes
die Heizströme in Richtung auf die beiden Stirnseiten des Zahnrades
ausweichen,
wodurch in der Mitte, des Zahngrundes Gebiete entstehen, die ungenügend erwärmt
werden. Das Erhitzen; von Zahnrädern mit umfassenden :pulen führt daher nicht zu
einer befriedigenden konturentreuen Härtung der Werkstücke.
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Es sind! dahelrEinrichtungen versucht worden, bei denen: durch besondere,
Maßnahmen. der Strom ge,-zwungen wird, im einzelnen Zahn zu fließen:, beiispielsweise
indem um jeden. Zahn: eine gesonderte Wicklung gelegt wird'. Auch Induktoren, die,
ein vollkommenes Abbild des Zahnrades bilden und mit sehr enger Kopplung arbeiten
müssen, sind versucht worden. Diese Einrichtungen sind verwickelt und daher für
den p.raktischein Betrieb nicht ohne weiteres anwendbar. Bei den letztgenannten
Einrichtungen kommt hinzu, daß die Induktoren schwierig herzustellen sind! und im
Detrieb Kurzschlüsse, sich nicht vermeiden lassen, die zu Schmelzperlenbildungen
auf der Werkstückoberfläche führen.
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Zweck der Erfindung ist es, auch für das Erhitzen von Zahnrädern eine
Induktorforrn anwendbar zu machen, die, rein äußerlich gesehen, die Form einer das,
Werkstück umfassenden Spule besitzt; denn auf diese Weise kann; das, Erhitzen vo,rgenommen
werden durch einfaches Einlegen der Zahnräder in den Induktor, so dä,ß das Arbeiten
mit einer solchen Vorrichtung nicht die geringsten Schwierigkeiten mit sich bringt.
Hierzu mußhe, die, Aufgabe gelöst werden, den von einer das Werkstück umfassenden
Spule induzierten Strom zu zwingen, konturentreu in den äußeren, Schichten aller
Zähne zu fließen. Überraschenderweise gelingt dies mit einem Induktor, der aus zwei
oder mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Spulen be-
steht, die so@
ge@spe:ist werden, daß je zwei benachbarte Spulen gegensinnig strumdurchflossen
sind. Durch dieses Mittel wird in einfachster Weise die gewünschte Stromverteilung
im Werkstück erreicht. Infolge der gegenseitigen magnetischen Wirkung der entgegengesetzt
gerichteten, gleichzeitig induzierten Ströme kann sowohl bei Ve!rwendung von Mittelfrequenz
als auch bei Verwendung von Hochfrequenz die Lage und der Verlauf der Strombahnen
im Werkstück im gewollten Sinn beeinflußsti werden. Um eine größtmögliche Gleichmäßigkeit
des- Erhitzens, und bei nachfolgendem Abschrecken der Härtung zu erzielen, ist es
zweckmäßig, die; gegenseitigen Abstände der mit Strömen entgegengesetzter Richtung
gespeisten Leiterbeile möglichst gering zu machen. LT m Bifilarwirkungen zu vermeiden,
werden bei engen Lefterabständen Joche, aus geschichteten Blechen, Masse od. dgl.
auf die Leiter aufgesetzt, die" diese einzeln bügelfärmig umfassen. Um die Gleichmäßigkeit
weiter zu erhöhen, ist es ferner zweckmäßig, das Werkstück oder den> Induktor während
der Behandlung rotieren zu lassen. Zum völligen Ausgleich der Erwärmungsunterschiede
kann während der Drehung die Achse des Werkstückes zur Achse der Heizeinrichtung
in einem gewissen Winkel stehen. Es kann auch der gegenseitige, Abstand j der Leiber
auf den Umfang der Heizeinrichtung verschieden sein. Während der Drehung gerät j
jedler Oberflächenabschnitt des zu behandelnden Werkstückes selbsttätig unter gleichmäßige
Eine wirkurig der Heizleider.
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Mit solchen Induktoren lassen, sick Zahnräder vollkommen umrißtreu
härten. und, das Ergebnis widerspricht den bisher mit umfassenden Spulen i beim
Zahnrad''erhitzen und -härten gemachten Er'-fahrungen. Es ist offenbar auf die gegenseitige
Beeinflussung durch die einzelnen -gegensinnig stromdurchflossenen Spulen. zurückzuführen.
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Der Induktor wird zweckmäßigerwense je nach Größe, Durchmesser und
Modul der Zahnräder mit einer Frequenz im Bereich von io ooo bis aoooooo Hz betrieben.
Versuche haben gezeigt, daß in manchem Fällen die geomeitrische Form, d. h. die
Breite, Höhe und der Durchmesser der Heizspulen, zweckmäßig verschieden gewählt
wird, um den Verlauf der Strornbahneu im Werkstück in jeder gewünschten Form zu
beeinflussen. Namentlich für Zahnräder mit kleinem Modul unter Verwendung von Hochfrequenz
von. aoo bis iooo Hz isst weiterhin: von Vorteil, einei ungerade Zahl von Einzel:spulen
vorzustehen.. Auch bei diesen kann jeweils, die geometrische Form unterschiedlich
sein. Vorteilhaft isa es hierbei auch, die Spulen so zu speisen, daß die beiden
außenliegenden in gleicher Richtung stromdurchflossen sind.
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Das, erhitzte Zahnrad wird in der üblichen Weise abgeschreckt, indem
entweder das: Zahnrad unmittelbar nach erreichter Härtetennperatür in ein Abschreckbad
abgesenkt wird, oder aber, es erfolgt das Abschrecken, wie an sich bekannt, aus
den Spulenwindungen heraus; wobei die, Abschre:ckflüssiigkeit dem hohlen,, mit Spritzöffnungen
versehenen Heizleitern zugeführt wird, sobald der Heizstrom abgeschaltet ist. Es
kann aber auch durch die Windungen hindurch abgeschreckt werden" indem die Ab@sichreckflüssIgkeit
biet abgeschaltetem Strom Kammern zugeleitet wird, die zwischen den Windurigen ange!o,rdnet
sind.