DE903256C

DE903256C - Device for hardening toothed wheels

Info

Publication number: DE903256C
Application number: DED10522D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Rollfinke; Dr-Ing Gerhard Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1943-11-04
Filing date: 1943-11-04
Publication date: 1954-02-04

Description

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.Device for hardening gears For hardening gears is has already been proposed, the required heating of the teeth or tooth flanks to be carried out electroinductively at hardening temperature. Since gears are When it comes to cylindrical bodies, it is the closest and also the simplest thing To design inductor as a coil that includes the workpiece and has one or more windings can be. This coil can be used either directly or via an intermediate transformer connected to the feeding power source. It can also be used as a so-called concentrator, d. H. as a tertiary winding of a transformer. It has, however shown that a satisfactory heating is not possible with this agent; because when using medium current frequencies, the induced current avoids the larger path Resistance that passes through the teeth. It circles near the foot circle of the Teeth and pulls only a little into the teeth. This leads to ate the tame or whose flanks can hardly be brought to the hardening temperature while in the vicinity of the foot circle, the hardening temperature is quickly reached and even exceeded. If higher current frequencies are used, the current flow in the workpiece is such that that the heating currents in the tooth tip and in the upper section of the tooth flanks of the contour of the teeth, while in the area of the tooth base due to the strong skin effect the heating currents in the direction of the two end faces of the gear evade, which creates areas in the middle of the tooth base that are insufficiently heated will. The heating; of gears with comprehensive: puling therefore does not lead to a satisfactory contour-true hardening of the workpieces.

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.There are! institutions have been tried in which: through special, Measures. the current is forced to flow in the individual tooth: for example by around everyone. Tooth: a separate winding is laid '. Also inductors that, Form a perfect image of the gear and work with very close coupling must have been tried. These institutions are involved and therefore for the practical operation not easily applicable. With the latter Added facilities are that the inductors are difficult to manufacture! and in The drive short circuits cannot be avoided, which lead to the formation of melting pearls guide on the workpiece surface.

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.The purpose of the invention is to make an inductor shape applicable for the heating of gearwheels, which, from a purely external point of view, has the shape of a coil surrounding the workpiece; because in this way can; The heating can be achieved by simply inserting the gearwheels into the inductor, so that working with such a device does not cause the slightest difficulty. For this purpose, the task has to be solved, to force the current induced by a coil encompassing the workpiece to flow true to the contour in the outer layers of all teeth. Surprisingly, this is achieved with an inductor consisting of two or more in series or parallel connected coils is sawn, so the spe @ ge @: is be that two adjacent coils are strumdurchflossen in opposite directions. This means that the desired current distribution in the workpiece is achieved in the simplest possible way. As a result of the mutual magnetic effect of the oppositely directed, simultaneously induced currents, both when using medium frequency and when using high frequency, the position and course of the current paths in the workpiece can be influenced in the desired sense. In order to achieve the greatest possible uniformity of the heating, and in the subsequent quenching of the hardening, it is advisable to use the; to make mutual distances between the ladder axes fed with currents in the opposite direction as small as possible. To avoid bifilar effects, yokes made of layered metal sheets, mass or the like are placed on the conductors in the event of narrow lefter spacing, which individually encompass them in the form of a bow To completely compensate for the heating differences, the axis of the workpiece can be at a certain angle to the axis of the heating device during the rotation. The mutual distance j of the bodies on the circumference of the heating device can also be different With the rotation, every surface section of the workpiece to be treated automatically comes under a uniform effect of the heating elements.

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.With such inductors, the gears can be perfectly contoured harden. and, the result contradicts the previous with comprehensive coils i at Gearwheel “heating and hardening” experiences. It is apparently mutual Influence from the individual coils through which current flows in opposite directions. traced back.

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.The inductor will be more expedient depending on its size, diameter and Module of the gears operated with a frequency in the range from io ooo to aoooooo Hz. Experiments have shown that in some cases the geometrical shape, i.e. H. the Width, height and the diameter of the heating coils, appropriately chosen differently to the course of the current path in the workpiece in any desired shape influence. Especially for gears with a small module using high frequency from. aoo to iooo Hz continues to eat: an advantage, an odd number of single: bobbins in front of .. Also with these each, the geometric shape can be different be. It is also advantageous here to feed the coils in such a way that the two external current flows through them in the same direction.

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.The, heated gear is quenched in the usual way by either that: Put the gear in a quenching bath immediately after the hardness temperature has been reached is lowered, or else the quenching, as known per se, takes place from the coil turns out; where the, quenching liquid is the hollow, with injection openings provided heating conductors is fed as soon as the heating current is switched off. It but can also be quenched through the turns "by using the quenching liquid When the electricity is switched off, chambers that are located between the winds are fed in! o, rdnet are.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for hardening gears, in which the. Gear is heated with an inductor comprising the workpiece, thereby characterized in that the inductor consists of two or more adjacent, there is a series or parallel coil, two of which are adjacent; are flowed through in opposite directions. a. Device according to claim i, characterized in that that the conductor sections fed with currents in the opposite direction are bow-shaped Magnetic yokes are included. 3. Device according to claim i and, a, characterized in that that an odd number of individual coils encompassing the workpiece is provided, which are fed in such a way that the external coils each have the same current direction. 4th Device according to claims r to 3, characterized by different geometrical ones Shape (width, height and diameter) of the current-carrying in different directions Coil parts. 5. Apparatus according to claim i or the following, characterized in that that there is a rotating relative movement between the workpiece and during the treatment Heater is maintained, preferably the axes of heater and Work piece form an angle. 6. Apparatus according to claim r to 5, characterized due to different mutual distances of the side by side in the axial direction arranged individual coils.