Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Randschichthärten einer Fläche, die ein aus einem härtbaren Stahl bestehendes ringförmiges Bauteil umläuft.

Mit „Verfahren zur induktiven Härtung einer Randschicht“ werden Verfahren bezeichnet, bei denen die an die jeweils zu härtende Fläche angrenzende Randschicht des Stahlmaterials, aus dem das jeweils die Fläche tragende Bauteil besteht, mittels eines in das Bauteil induzierten elektromagnetischen Feldes auf Härtetemperatur erwärmt wird und bei dem anschließend der so erwärmte Abschnitt der Randschicht durch Beaufschlagung mit einem geeigneten Abschreckmittel ausreichend schnell abgekühlt wird, um in dem betreffenden Randabschnitt Härtegefüge zu erzeugen.

Die technischen und physikalischen Hintergründe des induktiven Randschichthärtens sind im Merkblatt 236, "Wärmebehandlung von Stahl - Randschichthärten", Ausgabe 2009, erläutert, das von der Wirtschaftsvereinigung Stahl, Sohnstraße 65, 40237 Düsseldorf, herausgegeben wird und unter der URL https://www.stahl-online.de/wp- content/uploads/2019/04/MB236_Waemnebehandlung_von_Stahl_ Randschichthaerten.pdf, Auffindedatum 6. Februar 2020, zum Download bereitsteht.

Bei den ringförmigen Bauteilen, an denen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Flächen randschichtgehärtet werden können, handelt es sich typischerweise um Lagerringe für Großwälzlager oder desgleichen. Solche Lagerringe werden beispielsweise für die Wälzlager, in denen die Rotoren von großen Wind kraftan lagen gelagert sind, oder für Wälzlager eingesetzt, in denen Turmkräne und desgleichen um eine Vertikalachse drehbar gelagert sind. Die Durchmesser solcher Lager liegen typischerweise im Bereich von 40 - 1000 cm.

Besonders effektiv lassen sich umlaufende Flächen von derart großen ringförmigen Bauteilen durch den Einsatz von zwei Induktoren randschichthärten, die in synchronen, gegenläufigen Bewegungen entlang der zu härtenden Fläche bewegt werden. Die Induktoren erwärmen auf diese Weise sukzessive die jeweils von dem von ihnen erzeugten elektromagnetischen Feld erfassten Flächenabschnitte auf Härtetemperatur. Die so erwärmten Flächenabschnitte werden anschließend durch Brausenstrahlen abgeschreckt, die von jeweils einer den Induktoren nachgeführten Brause ausgebracht werden.

Den Vorteilen dieser Art der Randschichthärtung steht gegenüber, dass die zwei oder mehr Induktoren aufgrund des von ihnen eingenommenen Bauraums jeweils nur bis zu einem bestimmten Abstand aneinander angenähert werden können. Auf diese Weise verbleibt selbst dann, wenn die Induktoren zu Beginn oder am Ende des Bearbeitungsvorgangs engst benachbart angeordnet werden, am Werkstück eine Zone, in der nur eine unzureichende Härte erreicht wird, weil die von den Induktoren erzeugten elektromagnetischen Felder die zwischen den Induktoren vorhandene Zone der zu härtenden Fläche nicht unmittelbar erreichen oder weil es aufgrund von gegenseitigen Störungen der von den Induktoren erzeugten Feldern nur zu einer unzureichenden Erwärmung dieser Zone kommt. Hierbei erweist sich in der Praxis die Anfangszone der zu härtenden Fläche, über der die Induktoren zu Beginn des Härtevorgangs eng benachbart stehen, als weniger problematisch als die Endzone, da während der Erwärmung der Anfangszone nicht zeitgleich auch schon ein zuvor erwärmter Flächenabschnitt abgeschreckt werden muss und somit ausreichend Zeit zur Verfügung steht, um durch Wärmewanderung auch den von den elektromagnetischen Feldern der Induktoren nicht direkt überstrichenen Bereich auf Härtetemperatur zu bringen.

Ohne besondere Gegenmaßnahmen verbleibt jedoch in der Endzone der zu härtenden Fläche, in der sich die Induktoren wieder treffen, nachdem sie entlang der ihnen jeweils zugeordneten Ringabschnitte bewegt worden sind, aufgrund der baulichen Bedingungen ein Bereich, der nur unzureichend erwärmt wird und daher nicht die Härte erreicht, die über die restlichen Abschnitte der randschichtzuhärtenden Fläche erzielt worden ist. Dieser nur unvollkommen gehärtete Bereich wird in der Fachsprache auch als "Schlupf" bezeichnet und kann im praktischen Einsatz insbesondere bei Anwendungen, bei denen die randschichtgehärteten Flächen regelmäßig über ihren gesamten Umfang belastet werden, zu einem frühzeitigen Ausfall führen. So verschleißt der Schlupfbereich aufgrund seiner geringeren Härte schneller als der restliche höher gehärtete Bereich der randschichtgehärteten Fläche.

Es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, die ein schlupfloses Härten von umlaufenden Flächen von großen Ringbauteilen ermöglichen sollen.

Ein erstes Beispiel für ein solches Verfahren ist aus der EP 1 848 833 B1 bekannt. Bei diesem Verfahren zum Herstellen eines Lagerrings für Großwälzlager mit mindestens einer Laufbahn mit gehärteter Randschicht werden mindestens zwei Induktoren zu Beginn der Härtung über einer gemeinsamen Anfangszone der zu härtenden ringförmigen Laufbahn angeordnet und erwärmen dort die gegenüberliegende Randschicht auf Härtetemperatur. Anschließend werden die Induktoren zur Erwärmung der sich jeweils an die Anfangszone anschließenden Zwischenzonen der ringförmigen Laufbahn des Lagerrings in entgegengesetzter Richtung entlang der Laufbahn bewegt. Nachdem die gegenläufig zueinander bewegten Induktoren eine kurze Wegstrecke zurückgelegt haben, werden auf die erwärmten Randschichten gerichtete Brausen eingeschaltet, so dass die betreffenden zuvor erwärmten Randschichten ausgehend von der Mitte der zu Beginn erwärmten Anfangszone abgeschreckt werden. Die Induktoren und mit ihnen die jeweils zugeordnete Brause werden dann weiter auf ihren Ringhälften bewegt, bis sie bei an einer dem Ausgangspunkt gegenüberliegenden Endzone wieder Zusammentreffen und dort erneut eine gemeinsame Heizzone bilden. Nachdem die erforderliche Härtetemperatur in der Endzone erreicht ist, werden beide Induktoren senkrecht von der Oberfläche der Laufbahn abgehoben, um Platz zu machen für die Brausen, die nun auf die Endzone gerichtet werden, um diese abzuschrecken. Um zuverlässig und schnell die Endzone auf Härtetemperatur zu bringen, sieht das bekannte Verfahren einen zusätzlichen Hilfsinduktor vor, der die Endzone bereits während der Erwärmung der Anfangszone oder der Zwischenzonen vorerwärmt.

Ein weiteres Verfahren der hier in Rede stehenden Art ist aus der EP 2 310 543 B1 bekannt. Dieses Verfahren setzt auf dem in der EP 1 848 833 B1 beschriebenen älteren Verfahren auf und sieht vor, dass der beim aus der EP 1 848 833 B1 bekannten Verfahren zum Vorwärmen der Endzone eingesetzte Hilfsinduktor zur Vergleichmäßigung der Erwärmung in einem gegenüber den schon bei dem älteren Verfahren vorgesehenen Bewegungen zusätzlichen Freiheitsgrad, beispielsweise pendelnd oder kreisend, bewegt wird.

Ein drittes Verfahren zum Härten eines einen geschlossenen Kurvenzug beschreibenden Werkstücks, wie einem Lager- oder Zahnring, ist aus der EP 1 977 020 B1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden in einem ersten Arbeitsschritt an das Werkstück mindestens zwei Induktoren in einem Startbereich angesetzt, wobei die Induktoren zueinander eng benachbarte Startpositionen einnehmen, die zwischen sich eine Startzone begrenzen. Dann wird die Startzone mittels mindestens einer der Induktoren auf Härtetemperatur erwärmt und anschließend abgeschreckt. Daraufhin werden die Induktoren ausgehend von ihrer jeweiligen Startposition entlang des Werkstücks bewegt, wobei die Bewegungsrichtung des einen Induktors entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des anderen Induktors gerichtet ist und wobei die jeweils im Wirkbereich der Induktoren befindlichen Abschnitte des Werkstücks auf Härtetemperatur erwärmt und anschließend abgeschreckt werden. Die entgegengesetzten Bewegungen der Induktoren werden fortgesetzt, bis die Induktoren eine Endposition erreicht haben, in der sie eng benachbart zu dem jeweils anderen Induktor angeordnet sind. Zwischen den dann erreichten Endpositionen der beiden Induktoren ist nun eine Endzone eingeschlossen. Um auch diese auf Härtetemperatur zu bringen, werden die Induktoren gemeinsam in Richtung einer der Bewegungsrichtungen der Induktoren bewegt und die Endzone durch desjenigen Induktors auf Härtetemperatur erwärmt, der schon zuvor in diese Bewegungsrichtung bewegt worden ist. Auf diese Weise wird die Endzone vollständig von mindestens einem der Induktoren überfahren und gleichmäßig auf Härtetemperatur gebracht.

Schließlich sind aus der EP 2 542 707 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Induktionshärten einer ringförmigen Fläche eines kreisförmigen Bauteils bekannt, bei denen vier Induktoren zu zwei Induktorpaaren gruppiert an der zu härtenden ringförmigen Fläche angeordnet werden, wobei jedem Induktorpaar eine Brause zugeordnet ist und zu Beginn der Erwärmung die Brausen eng benachbart zueinander angeordnet sind. Ebenso unmittelbar nebeneinander angeordnet sind die Induktoren der Induktorpaare und die zugeordneten Brausen. Die so über einer Anfangszone der zu härtenden Laufbahn ausgerichteten Induktor-Brause-Kombinationen werden nach dem Einschalten in entgegengesetzte Umfangsrichtungen entlang des ihnen jeweils zugeordneten Zwischenabschnitts der zu härtenden Laufbahn bewegt, so dass die zuvor mittels der Induktorpaare auf Härtetemperatur erwärmten Flächenabschnitte unmittelbar anschließend abgeschreckt werden, um Härtegefüge an der Randschicht der Laufbahn zu bilden. Die Induktorpaare setzen ihre gegenläufige Bewegung fort, bis die jeweils vorlaufenden Induktoren der Induktorpaare über eine Endzone der Laufbahn Zusammentreffen. Wenn die Endzone erreicht ist, werden die vorlaufenden Induktoren von der Lauffläche entfernt um Platz zu machen für die nachlaufenden Induktoren der Induktorpaare. Diese nachlaufenden Induktoren werden in ihrer jeweiligen bisherigen Umfangsrichtung weiterbewegt, bis auch sie über der Endzone aufeinander treffen und auch die Endzone von den beiden nachlaufenden

Induktoren auf Härtetemperatur erwärmt ist. Nachdem auch die nachlaufenden Induktoren gemeinsam mit der ihnen jeweils zugeordneten Brause nacheinander oder gleichzeitig von der Endzone der zu härtenden Fläche weg bewegt worden sind, wird durch eine weitere Brause auch die Endzone abgeschreckt, um dort ebenfalls Härtegefüge zu erzielen.

Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik hat sich die Aufgabe ergeben, ein hinsichtlich des Zeitbedarfs optimiertes Verfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, eine umlaufende Fläche eines ringförmigen Bauteils optimal gleichmäßig und unterbrechungsfrei randschichtzuhärten.

Die Erfindung hat diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem mindestens die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte absolviert werden.

Dabei versteht es sich von selbst, dass ein Fachmann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner hier erläuterten Varianten und Ausbaumöglichkeiten diejenigen vorliegend nicht explizit erwähnten Arbeitsschritte ergänzt, von denen er aufgrund seiner praktischen Erfahrung weiß, dass sie bei der Durchführung solcher Verfahren regelmäßig angewendet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum induktiven Randschichthärten einer um ein aus einem härtbaren Stahl bestehendes ringförmiges Bauteil, insbesondere einen Lagerring für ein Großwälzlager, umlaufenden Fläche, die eine Anfangszone, die zu Beginn randschichtgehärtet wird, und eine Endzone aufweist, die am Ende randschichtgehärtet wird. Hierzu umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren folgende Arbeitsschritte: a) Randschichthärten der Anfangszone, indem die Anfangszone mittels mindestens eines Induktors auf Härtetemperatur gebracht und mittels mindestens einer Brause, die einen Strahl eines Abschreckmediums auf die erwärmte Anfangszone richtet, abgeschreckt wird; b) an das Randschichthärten der Anfangszone anschließendes sukzessives Randschichthärten der randschichtzuhärtenden Fläche des ringförmigen Bauteils

- mittels zweier Induktoranordnungen, die jeweils einen vorlaufe.nden Induktor, der eine Vorerwärmung des jeweils von ihm überstrichenen Bereichs der randschichtzuhärtenden Fläche bewirkt, einen nachlaufenden Induktor, der gegenüber dem vorlaufenden Induktor in Richtung der Anfangszone versetzt angeordnet ist und eine Fertigerwärmung des zuvor von dem vorlaufenden Induktor vorerwärmten Bereichs auf Härtetemperatur bewirkt, sowie eine Brause umfassen, die mit einem Strahl eines Absch reckmed i ums den jeweils zuvor durch den nach laufenden Induktor fertig erwärmten Bereich der randschichtzuhärtenden Fläche abschreckt,

- wobei die eine Induktoranordnung stationär angeordnet ist,

- die andere Induktoranordnung beweglich ausgebildet ist und für das Randschichthärten entlang der randschichtzuhärtenden Fläche bewegt wird und

- gleichzeitig das ringförmige Bauteil um eine Drehachse rotiert, um die randschichtzuhärtende Fläche entlang der stationären Induktoranordnung zu bewegen, wobei die Geschwindigkeit, mit der die bewegliche Induktoranordnung längs der randschichtzuhärtenden Fläche bewegt wird, größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit der randschichtzuhärtenden Fläche des ringförmigen Bauteils; c) Härten der Endzone, indem, wenn sich die Endzone in einem bestimmten Abstand zu den Induktoranordnungen befindet, der vorlaufende Induktor mindestens einer der Induktoranordnungen zumindest zeitweilig mit einer gegenüber dem nachlaufenden Induktor dieser Induktoranordnung erhöhten Vorschubgeschwindigkeit in Richtung der Endzone bewegt wird, so dass ein vergrößerter Abstand zwischen dem betreffenden vorlaufenden Induktor und dem ihm zugeordneten nachlaufenden Induktor entsteht und sich der vorlaufende Induktor unrein Zeitintervall früher an der Endzone befindet, dessen Dauer gleich der Dauer ist, die der nachlaufende Induktor benötigt, bis der zwischen ihm und dem vorlaufenden Induktor zuvor entstandene Abstand überwunden ist, so dass der mindestens eine zuerst an der Endzone angekommene vorlaufende Induktor die Endzone vorerwärmt, bis der nachlaufende Induktor seiner Induktoranordnung sich an der Endzone befindet und die Endzone auf Härtetemperatur fertig erwärmt, wobei die auf Härtetemperatur fertig erwärmte Endzone anschließend mittels einer Brause abgeschreckt wird.

Dabei befinden sich zwischen der Anfangszone und der Endzone der zu härtenden Fläche zwei Zwischenzonen, von denen die erste Zwischenzone in einer ersten Umfangsrichtung an die Anfangszone angeschlossen ist und von denen die zweite Zwischenzone in einer zur ersten Umfangsrichtung entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung an die Anfangszone angeschlossen ist, so dass sich die Endzone zwischen den von der Anfangszone abgewandten Enden der Zwischenzonen erstreckt. Diese Zwischenzonen werden während des Randschichthärtens von den erfindungsgemäß eingesetzten Induktoranordnungen in Folge der von der beweglichen Induktoranordnung ausgeführten Bewegung und der gleichzeitigen Rotation des ringförmigen Bauteils überstrichen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt somit die Vorerwärmung der Endzone der randschichtzuhärtenden Fläche mittels mindestens eines der Induktoren, die bereits an der im Umlauf erfolgenden Randschichthärtung der Zwischenzonen der Fläche beteiligt sind.

In Folge seiner ab einer bestimmten Annäherung an die Endzone höheren Vorschubgeschwindigkeit gelangt der auf die Endzone zulaufende vorlaufende Induktor schneller zur Endzone der zu härtenden Fläche, so dass er diese bereits vorwärmen kann, solange der nachlaufende Induktor seiner Induktoranordnung noch auf dem Weg zu der Endzone ist bzw. die Endzone auf dem Weg zu dem jeweiligen nachlaufenden Induktor ist. Ist der nachlaufende Induktor dann an der Endzone bzw. die Endzone bei dem nachlaufenden Induktor angekommen, wird der vorlaufende Induktor von der Endzone wegbewegt und der nachlaufende Induktor tritt an seine Stelle, um die Endzone auf Härtetemperatur fertig zu erwärmen. Hat die Endzone Härtetemperatur erreicht, kann auch der nachlaufende Induktor von der Endzone entfernt und die Endzone mittels der dazu vorgesehenen Brause abgeschreckt werden. Alternativ kann auch die Endzone zu einer Brause bewegt werden, um die Abschreckung vorzunehmen.

Die Vorschubgeschwindigkeit, mit der die bewegte Induktoranordnung entlang der zu härtenden, ebenfalls mit einer Umfangsgeschwindigkeit bewegten Umfangsfläche bewegt wird, ist größer als die Umfangsgeschwindigkeit der Umfangsfläche, so dass die bewegte Induktoranordnung der Umfangsfläche voreilt. Die Bewegung der beweglichen Induktoranordnung entlang der rotierenden, randschichtzuhärtenden Umfangsfläche und die Rotationsrichtung der randschichtzuhärtenden Umfangsfläche sind dementsprechend gleichgerichtet.

Der vorlaufende Induktor der bewegten Induktoranordnung ist dabei in Vorschubrichtung vor dem nachlaufenden Induktor angeordnet, hinter dem, bezogen auf die Vorschubrichtung, die Brause der Induktoranordnung positioniert ist. Auf diese Weise gelangt laufend neuer ungehärteter Bereich der randschichtzuhärtenden Umfangsfläche in den Wirkbereich des von dem vorlaufenden Induktor der bewegten Induktoranordnung induzierten elektromagnetischen Feldes, wird infolgedessen vorerwärmt und gelangt anschließend unterbrechungsfrei in den Wirkbereich des von dem nachlaufenden Induktor der bewegten Induktoranordnung induzierten elektromagnetischen Feldes. Durch dieses Feld wird die jeweils erfasste Zone der randschichtzuhärtenden Fläche fertig auf Härtetemperatur erwärmt, um dann von der Brause der bewegten Induktoranordnung abgeschreckt zu werden.

Bei der stationären Induktoranordnung ist der vorlaufende Induktor gegenüber dem nachlaufenden Induktor entgegen der Drehrichtung der Umfangsfläche des ringförmigen Bauteils versetzt angeordnet, so dass in Folge der Rotationsbewegung des ringförmigen Bauteils laufend ein jeweils ungehärteter Bereich der randschichtzuhärtenden Fläche (d.h., ein Bereich der zwischen der Anfangs- und der Endzone vorhandenen Zwischenzonen) in den Wirkbereich des elektromagnetischen Feldes des vorlaufenden Induktors („Vorwärminduktor“) und anschließend in den Wirkbereich des elektromagnetischen Feldes des nachlaufenden Induktors („Fertigwärminduktor“) der stationären Induktoranordnung gelangt, um anschließend von der der stationären Induktoranordnung zugeordneten Brause abgeschreckt zu werden, die bezogen auf die Drehrichtung des ringförmigen Bauteils hinter dem nachlaufenden Induktor der stationären Induktoranordnung angeordnet ist.

Eine symmetrische Härtung der Zwischenzonen kann dadurch erreicht werden, dass die Vorschubgeschwindigkeit der festen Induktoranordnung konstant gleich dem Doppelten der Umfangsgeschwindigkeit der zu härtenden Umfangsfläche des ringförmigen Bauteils gehalten wird. Der vorlaufende Induktor der bewegten Induktoranordnung kann dabei nach Erreichen seines als Startpunkt für seine Beschleunigung vorgesehenen Abstands zur Endzone mit gegenüber der bis dahin eingehaltenen Vorschubgeschwindigkeit der beweglichen Induktoranordnung weiter mit erhöhter Geschwindigkeit in Richtung der Endzone bewegt werden, während der nachlaufende Induktor und die Brause der bewegten Induktoranordnung weiterhin mit der zuvor schon eingehaltenen Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich zu der bei Erreichen des dazu jeweils vorgesehenen Abstands zur Endzone einsetzenden beschleunigten Vorschubbewegung des vorlaufenden Induktors der bewegten Induktoranordnung kann auch der vorlaufende Induktor der stationären Induktoranordnung, in diesem Fall entgegengesetzt zur Drehrichtung der zu härtenden Umfangsfläche, auf die Endzone zubewegt werden, sobald sich die Endzone in dem für den Start dieser Bewegung vorgesehenen Abstand zum vorlaufenden Induktor befindet.

Im Fall, dass sowohl der vorlaufende Induktor der bewegten, als auch der vorlaufende Induktor der stationären Induktoranordnung auf die Endzone zu bewegt werden, ist optimalerweise die Geschwindigkeit, mit der sich die vorlaufenden Induktoren aufeinander zu bewegen, gleich. Auf diese Weise treffen sich die vorlaufenden Induktoren über der Endzone, um diese dann gemeinsam zu erwärmen. Dazu wird die Bewegungsrichtung des vorlaufenden Induktors der stationären Induktoranordnung nach Erreichen der Endzone umgekehrt und die beiden vorlaufenden Induktoren von stationärer und beweglicher Induktoranordnung gemeinsam mit einer Geschwindigkeit vorgeschoben, die so eingestellt ist, dass keine Relativbewegung mehr zwischen der Endzone und den vorlaufenden Induktoren stattfindet, die vorlaufenden Induktoren also konstant über der Endzone der zu härtenden Umfangsfläche verweilen und diese auf diese Weise gemeinsam gleichmäßig vorerwärmen.

Da die Rotation des ringförmigen Bauteils einerseits und die Vorschubbewegung des nachlaufenden Induktors und der Brause der bewegten Induktoranordnung andererseits dabei konstant aufrechterhalten werden, nähern sich die Endzone der zu härtenden Fläche und mit ihr die vorlaufenden Induktoren dem nachlaufenden Induktor der stationären Induktoranordnung und gleichzeitig, von der entgegengesetzten Seite her, der nachlaufende Induktor der bewegten Induktoranordnung der Endzone an. Hat der nachlaufende Induktor der bewegten Induktoranordnung die Endzone und die Endzone den stationär verharrenden nachlaufenden Induktor der stationären Induktoranordnung erreicht, kann der jeweilige vorlaufende, sich noch über der Endzone befindende vorlaufende Induktor wegbewegt werden, um Platz für die nachlaufenden Induktoren zu machen. Sind zuvor zwei vorlaufende Induktoren über der Endzone positioniert gewesen, kann das Wegbewegen der betreffenden vorlaufenden Induktoren nacheinander erfolgen, so dass der jeweils noch über der Endzone verweilende vorlaufende Induktor die Endzone weitererwärmen kann, bis auch er weg bewegt werden muss, um Platz für den nachrückenden nachlaufenden Induktor der beweglichen Induktoranordnung bzw. Platz für das Einrücken der Endzone in den Wirkbereich des nachlaufenden Induktors der stationären Induktoranordnung zu machen.

Die Fertigerwärmung kann in diesem Fall ebenfalls durch die nachlaufenden Induktoren der Induktoranordnungen gemeinsam oder durch jeweils einen der betreffenden nachlaufenden Induktoren vorgenommen werden.

Grundsätzlich kann es ausreichen, wenn die erfindungsgemäß eingesetzten Brausen zum Abschrecken einen einzigen Strahl des Abschreckrriediums auf die jeweils abzuschreckende Zone richten, sofern dieser Strahl ausreichend stark und das ausgebrachte Flüssigkeitsvolumen ausreichend groß ist, um der zu härtenden Zone mit der erforderlichen Geschwindigkeit Wärme zu entziehen. In der Praxis haben sich hierzu Brausen bewährt, die eine Vielzahl von Einzelstrahlen gleichzeitig ausbringen, um die abzuschreckende Zone sicher und vollständig mit einer für den Wärmeabtransport ausreichenden Menge an Abschreckmedium zu beaufschlagen.

Ein Vorteil der Vor- und/oder Fertigerwärmung der Endzone mit jeweils nur einem Induktor besteht darin, dass gegenseitige Störungen des jeweils wirksamen elektromagnetischen Feldes, zu denen es kommen kann, wenn zwei Induktoren eng benachbart gemeinsam eine Zone erwärmen, nicht auftreten. Besondere Maßnahmen zur Vermeidung dieser Störungen sind daher nicht erforderlich. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung eines einzigen Induktors für die Vor- und / oder Fertigerwärmung der Endzone eine genaue Steuerung der in die Endzone eingebrachten Wärme, so dass beispielsweise ein entsprechend genau gestalteter Härteverlauf in der gehärteten Randschicht erzielt werden kann.

Alternativ zu den voranstehend erläuterten Varianten, bei denen die Vor- und

Fertigerwärmung der Endzone jeweils nur mit einem Induktor vorgenommen worden ist, ist es in Fällen, in denen beispielsweise möglichst schnell die Erwärmung auf Härtetemperatur erreicht werden soll, auch möglich, die Vor- und/oder Fertigerwärmung jeweils durch zwei Induktoren gemeinsam vorzunehmen.

In der Praxis wird die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem jeweils mit erhöhter Vorschubgeschwindigkeit bewegten vorlaufenden Induktor und dem ihm zugeordneten nachlaufenden Induktor bzw. zwischen der zu härtenden Umfangsfläche des ringförmigen Bauteils und dem jeweils vorlaufenden Induktor beispielsweise so eingestellt, dass die Dauer, die für die Vorerwärmung der Endzone durch den vorgelaufenen Induktor zur Verfügung steht, 1 - 10 s beträgt.

Betragsmäßig liegen hierzu geeignete erhöhte Vorschubgeschwindigkeiten der vorlaufenden Induktoren in der Praxis beispielsweise im Bereich von 240 mm/min bis 1800 mm/min, wogegen die Vorschubgeschwindigkeiten, mit der die nachlaufenden Induktoren und zeitweilig auch die vorlaufenden Induktoren entlang der Zwischenzonen bewegt werden, im Bereich von 180 mm/min bis 1200 mm/min liegen können. Dabei versteht es sich von selbst, dass innerhalb der für die erhöhten Vorschubgeschwindigkeit der vorlaufenden Induktoren und die Vorschubgeschwindigkeit der nachlaufenden Induktoren vorgegebenen Bereiche die jeweilige Geschwindigkeit so gewählt wird, dass die erhöhte Vorschubgeschwindigkeit der vorlaufenden Induktoren höher ist als die Geschwindigkeit, mit der die nachlaufenden Induktoren bewegt werden.

In der Praxis kann der ausgehend von der Startposition, ab der die schnellere Vorschubbewegung des jeweils vorlaufenden Induktors einsetzt, bis zum Beginn der Endzone in der Richtung der Bewegung des vorlaufenden Induktors gemessene Abstand 40 - 300 mm betragen.

Um sicherzustellen, dass der jeweilige vorlaufende Induktor auch während der Phase seiner schnellen Bewegung ausreichend Wärme in den von ihm überstrichenen Bereichen erzeugt, kann es zweckmäßig sein, die elektrische Leistung des mit erhöhter Vorschubgeschwindigkeit vorlaufenden Induktors gegenüber der elektrischen Leistung zu erhöhen, mit der der betreffende vorlaufende Induktor betrieben wird, solange er mit derselben Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird wie der nach laufende Induktor seiner Induktoranordnung. Genauso kann es zweckmäßig sein, auch die Leistung des jeweiligen nachlaufenden Induktors anzupassen, wenn der ihm zugeordnete vorfaufende Induktor mit einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird, um einen für die Erwärmung auf Härtetemperatur ausreichenden Wärmeeintrag zu gewährleisten.

Auch bei Erwärmung der Anfangszone kann es im Hinblick auf die gezielte Einstellung eines bestimmten Härteverlaufs vorteilhaft sein, wenn nur ein Induktor eingesetzt wird. Hierzu kann gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens im Arbeitsschritt a) praktischerweise die Erwärmung der Anfangszone auf Härtetemperatur durch einen Induktor einer der Induktoranordnungen vorgenommen werden. Dabei ergibt sich ein in der Praxis einfach umzusetzender Bewegungsablauf der beteiligten Induktoren, wenn der zur Erwärmung der Anfangszone eingesetzte Induktor ein nachlaufender Induktor einer der erfindungsgemäß vorgesehenen Induktoranordnungen ist. Um in diesem Fall nach der Erwärmung der Anfangszone auf Härtetemperatur Platz zu machen für den Einsatz der Brause, kann der zum Erwärmen der Anfangszone eingesetzte nachlaufende Induktor, nachdem die Anfangszone auf Härtetemperatur erwärmt ist, insbesondere sprungartig, in Richtung des Startbereichs der seiner Induktoranordnung zugeordneten Zwischenzone bewegt werden, so dass anschließend der Strahl der für die Abschreckung der Anfangszone vorgesehenen Brause in den durch das Wegbewegen des Induktors frei gewordenen Raum auf die Anfangszone gerichtet werden kann.

Bei der für das Abschrecken der Anfangszone oder der Endzone jeweils eingesetzten Brause kann es sich um eine Brause einer der Induktoranordnungen handeln. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass mindestens die hierzu eingesetzte Brause unabhängig von den Induktoren bewegt werden kann, so dass sie zum Abschrecken der Anfangszone aus ihrer im normalen Hirtebetrieb räumlichen Zuordnung zu den Induktoren in eine Betriebsposition verfahren werden kann, in der ihr Brausenstrahl optimal auf die abzuschreckende Anfangszone trifft.

Im Hinblick auf die Optimierung des Obergangs zwischen der Härtung der Anfangszone und der Härtung der an sie anschließenden Zwischenzonen kann es gegebenenfalls aber auch günstig sein, wenn zum Abschrecken der Anfangszone eine separate Brause vorgesehen ist, deren Strahl und Leistung speziell auf die im Bereich der Anfangszone herrschenden Bedingungen abgestimmt ist.

Genauso kann für die Abschreckung der Endzone mindestens eine der mit den Induktoranordnungen mitgeführten Brausen eingesetzt werden. Hierzu kann es ebenfalls vorgesehen sein, dass die Brause unabhängig von den Induktoren der jeweiligen Induktoranordnung bewegt werden kann, so dass sie zum Abschrecken der Endzone aus ihrer räumlichen Zuordnung zu den Induktoren der jeweiligen Induktoranordnung in eine Betriebsposition gebracht werden kann, in der ihr Brausenstrahl optimal auf die abzuschreckende Endzone trifft.

Alternativ ist es jedoch auch hier möglich, ein optimiertes Abschreckergebnis bei minimiertem Aufwand für die Verstellung der Brausen der Induktoranordnungen dadurch zu erreichen, dass zur Abschreckung der Endzone eine zusätzliche Brause eingesetzt wird, die unabhängig von den Brausen der Induktoranordnungen ist und sich während der Erwärmung der Endzone in einer Warteposition befindet. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Die Figuren 1 - 9b zeigen jeweils schematisch und nicht maßstäblich in Draufsicht eine Vorrichtung zum Randschichthärten in verschiedenen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in den Figuren 1 - 9b gezeigte Vorrichtung dient zum Randschichthärten einer Umfangsfläche 2a eines Lagerrings 2. Sie umfasst eine Induktoranordnung 1 , die stationär angeordnet ist und die einen Vorwärminduktor 1a, einen Fertigwärminduktor 1b und eine Brause 1 c aufweist. Der Vorwärminduktor 1a ist dabei in einer Umfangsrichtung U vor dem Fertigwärminduktor 1b an der zu härtenden Umfangsfläche 2a des Lagerrings 2 angeordnet. Der ebenfalls nah benachbart zu der Umfangsfläche 2a angeordnete Fertigwärminduktor 1b ist wiederum in Umfangsrichtung U vor der Brause 1c positioniert, die gegenüber den Induktoren 1a, 1b in radialer Richtung gegenüber der Umfangsfläche 2a nach außen versetzt angeordnet ist.

Zusätzlich weist die Vorrichtung eine bewegliche zweite Induktoranordnung 3 auf, die in der Umfangsrichtung U entlang des Lagerrings 2 bewegt werden kann. Die zweite Induktoranordnung 3 umfasst einen Vorwärminduktor 3a, einen in Umfangsrichtung U hinter dem Vonwärminduktor 3a angeordneten Fertigwärminduktor 3b und eine in Umfangsrichtung U hinter dem Fertigwärminduktor 3b angeordnete Brause 3c. Die Brause 3c ist dabei in radialer Richtung nach außen gegenüber der Umfangsfläche 2a des Lagerrings 2 versetzt so positioniert, dass sie in der Startposition, bei der die bewegliche Induktoranordnung 3 sich in enger Nachbarschaft zu der stationären Induktoranordnung 1 befindet (siehe Fig. 1), bezogen auf die Umfangsfläche 2a hinter dem Fertigwärminduktor 1 b der stationären Induktoranordnung 1 angeordnei ist, jedoch in Bezug auf die Umfangsfläche 2a vor der Brause 1c der stationären Induktoranordnung 1 entlang bewegt werden kann. Der während des Randschichthärtens horizontal ausgerichtete Lagerring 2 ist in einer Werkstückaufnahme 4 gehalten, die ihn um seine vertikal ausgerichtete zentrale Achse X in Umfangsrichtung U mit einer Umfangsgeschwindigkeit V1 rotierend bewegen kann.

In der Startposition ist der Fertigwärminduktor 3b der beweglichen Induktoranordnung 3 in Umfangsrichtung U unmittelbar neben dem Fertigwärminduktor 1b der stationären Induktoranordnung 1 positioniert. Die Brause 1 c der stationären Induktoranordnung 1 befindet sich in Bezug auf die Umfangsfläche 2a in radialer Richtung nach außen versetzt hinter dem Fertigwärminduktor 3b. Der Lagerring 2 steht still bzw. wird in einem kleinen Winkelbereich pendelnd betrieben, um den Wärmeeintrag beim Erwärmen der Anfangszone A der zu härtenden Umfangsfläche 2a zu vergleichmäßigen. Die Induktoren 1a, 1b der stationären Induktoranordnung 1 und 3a, 3b der beweglichen Induktoranordnung 3 erwärmen nun gemeinsam die Anfangszone A (Fig. 1).

Sobald in der Anfangszone A die Härtetemperatur erreicht ist, wird der Lagerring 2 in Umfangsrichtung U um die Achse X gedreht, so dass die Umfangsfläche 2a mit einer Umfangsgeschwindigkeit V1 die Achse X umläuft. Die Brause 1c der stationären Induktoreinheit 1 wird eingeschaltet und schreckt die sich an ihr entlang bewegende Anfangszone A ab.

Gleichzeitig werden auch die Vorwärminduktoren 1a, 3a der stationären und der beweglichen Induktoreinheiten 1,3 eingeschaltet und die bewegliche Induktoreinheit 3 mit einer Geschwindigkeit V2 in Umfangsrichtung U entlang der Umfangsfläche 2a des Lagerrings 2 bewegt. Die Geschwindigkeit V2 ist doppelt so groß wie die Umfangsgeschwindigkeit V1 (V2 = 2 x V1). Ebenso wird die Brause 3c der beweglichen Induktoranordnung 3 eingeschaltet, sobald sie den Fertigwärminduktor 1b der stationären Induktoranordnung 1 passiert hat (Fig. 2). Während der Bewegung entlang der Umfangsfläche 2a erfolgt eine sukzessive Härtung und Abschreckung der jeweils sich im Wirkbereich der Induktoreinheit 3 befindenden Zone der Umfangsfläche 2a. Dabei bewirkt der Vorwärminduktor 3a eine Vorerwärmung und der Fertigwärminduktor 3b eine Fertigerwärmung der jeweiligen Zone auf Härtetemperatur, während die Brause 3c die auf Härtetemperatur erwärmte Zone abschreckt, um Härtegefüge in der an die Umfangsfläche 2a angrenzenden Randschicht zu erzeugen.

Gleichzeitig erwärmt der Vorwärminduktor 1a der stationären Induktoranordnung

1 die entlang von ihm bewegte Zone der Umfangsfläche 2a, die anschließend vom Fertigwärminduktor 1b der stationären Induktoranordnung 1 fertig erwärmt wird, um anschließend von der Brause 1c der stationären Induktoranordnung 1 abgeschreckt zu werden. Aufgrund gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit V1 doppelten Vorschubgeschwindigkeit V2 der beweglichen Induktoranordnung 3 ist die relative Geschwindigkeit zwischen der Induktoranordnung 3 und der Umfangsfläche 2 gleich der Umfangsgeschwindigkeit V1. Dementsprechend bewegt sich die bewegliche Induktoranordnung 3 mit derselben Geschwindigkeit auf die Endzone E der Umfangsfläche 2a zu wie die Endzone E auf die stationäre Induktoranordnung 1 (Figuren 2 - 4).

Die sukzessive Härtung der Umfangsfläche 2a wird fortgesetzt, bis die Endzone E der Umfangsfläche 2a sich in einem bestimmten Abstand dem Vorwärminduktor 1a der stationären Induktoranordnung 1 angenähert hat. Von diesem Punkt an wird der Vorwärminduktor 3a der beweglichen Induktoranordnung 3 mit gegenüber der Vorschubgeschwindigkeit V2 zusätzlich erhöhter Vorschubgeschwindigkeit V2' dem Fertigwärminduktor 3b der beweglichen Induktoranordnung 3 voreilend in Richtung der Endzone E bewegt. Gleichzeitig wird der Vorwärminduktor 1a der stationären Induktoranordnung 1 in zur Bewegung des Vorwärminduktors 3a und zur Drehbewegung des Lagerrings

2 entgegengesetzter Richtung auf die Endzone E mit einer Geschwindigkeit V1' zubewegt, die betragsmäßig gleich der Geschwindigkeit V2' ist. Der Fertigwärminduktor 3b und die Brause 3c sowie der Lagerring 2 werden währenddessen unverändert weiterbewegt. Auf diese Weise treffen sich die Vorwärminduktoren 1a, 3a an einer exakt zwischen den Fertigwärminduktoren 3b und 1b liegenden Position über der Endzone E (Fig. 5).

Ist diese Position erreicht, werden beide Vorwärminduktoren 1a, 3a gemeinsam in Richtung des stationären Fertigwärminduktors 1b mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt, die so eingestellt ist, dass keine Relativbewegung mehr zwischen den Vorwärminduktoren 1a, 3a und der Endzone E stattfindet, während der Fertigwärminduktor 3b und die Brause 3c sowie der Lagerring 2 unverändert weiterbewegt werden, bis sich der Induktor 1a wieder in seiner ursprünglichen stationären Position befindet. Während dieser Phase wird die Endzone E durch die Vorwärminduktoren 1a, 3a gemeinsam vorgewärmt (Fig. 6).

Nun wird der Vorwärminduktor 3a der beweglichen Induktoranordnung 3 abgeschaltet und in eine von der Umfangsfläche 2a entfernte Warteposition bewegt. Der Vorwärminduktor 3a wird weiter mit der Geschwindigkeit V2' in Richtung des stationären Fertigwärminduktors 1b bewegt, während der Fertigwärminduktor 3b und die Brause 3c sowie der Lagerring 2 unverändert weiterbewegt werden, bis der Vorwärminduktor 3a sich dem Fertigwärminduktor 3b angenähert hat (Fig. 7).

Auch der Vorwärminduktor 3a wird nun abgeschaltet und in eine Warteposition verfahren, während der bewegliche Fertigwärminduktor 3b mit der Brause 3c weiter mit der Geschwindigkeit V2 in Umfangsrichtung U auf den stationären Fertigwärminduktor 1b zubewegt wird, während sich der Lagemng 2 weiterhin mit der Umfangsgeschwindigkeit V1 bewegt, bis sich der bewegte Fertigwärminduktor 3b in einer unmittelbar zum stationären Fertigwärminduktor 1b benachbarten Position befindet. Die Bewegung des Lagerrings 2 wird nun gestoppt und die Fertigerwärmung der Endzone E, die sich nun exakt unter den Fertigwärminduktoren 1b, 3b befindet, durch die Fertigwärminduktoren 1b, 3b gemeinsam vorgenommen (Fig. 8). Alternativ wäre es hier auch möglich, beide Vorwärminduktoren 1a, 3a abzuschalten und in die Warteposition zu bringen, sobald sie sich einander angenähert haben, und dann die Bewegungen von Lagerring 2 und beweglichem Fertigwärminduktor 3b sowie Brause 3c fortzusetzen, bis der Fertigwärminduktor 3b seine zum Fertigwärminduktor 1b nächstbenachbarte und über der Endzone E positionierte Stellung erreicht hat.

Ist in der Endzone E die Härtetemperatur erreicht, werden gemäß einer ersten Variante die Fertigwärminduktoren 1b, 3b von der Endzone E weggeschwenkt und die Abschreckung mittels einer zusätzlichen Brause 5 vorgenommen (Fig. 9a) oder gemäß einer zweiten Variante der Lagerring 2 im Schnellgang in Umfangsrichtung U rotiert, bis die Endzone E unter der stationären Brause 1c angeordnet ist, die dann die Abschreckung vornimmt (Fig. 9b).

Die Erfindung stellt somit Verfahren zum induktiven Randschichthärten einer um ein ringförmiges Bauteil aus einem härtbaren Stahl umlaufenden Fläche 2a zur Verfügung, das eine gleichmäßige und unterbrechungsfreie Härtung erzielt. Hierzu wird eine Anfangszone A der Fläche 2a randschichtgehärtet, indem sie mittels eines Induktors 1a, 1b, 3a, 3b auf Härtetemperatur gebrächt und einer Brause 1c, 3c abgeschreckt wird. Im Anschluss wird die Fläche 2a mittels einer stationär angeordneten Induktoranordnung 1 und einer beweglich angeordneten Induktoranordnung 1 ,3 gehärtet, die jeweils einen vorlaufenden Induktor 1a, 3a zum Vorerwärmen des von ihm überstrichenen Bereichs der Fläche 2a, einen in Richtung der Anfangszone A versetzten, nachlaufenden Induktor 1 b, 3b zum Fertigerwärmen des vorerwärmten Bereichs auf Härtetemperatur sowie eine Brause 1c, 3c zum Abschrecken des fertig erwärmten Bereichs umfassen, wobei die bewegliche Induktoranordnung 3 entlang der Fläche 2a bewegt wird und gleichzeitig das ringförmige Bauteil 2 um eine Drehachse X rotiert^um die zu härtende Fläche 2a entlang der stationären Induktoranordnung 1 zu bewegen, wobei die Geschwindigkeit V2 der beweglichen Induktoranordnung 3 längs der Fläche 2a größer ist als deren Umfangsgeschwindigkeit V1. Dann wird eine Endzone E der Fläche 2a gehärtet, indem, wenn sich die Endzone E in einem bestimmten Abstand zu den Induktoranordnungen 1 ,3 befindet, der vorlaufende Induktor 1a, 3a einer der Induktoranordnungen 1 ,3 zeitweilig mit einer gegenüber deren nachlaufenden Induktor 1b, 3b erhöhten Vorschubgeschwindigkeit V1‘,V2‘ in Richtung der Endzone E bewegt wird, so dass ein vergrößerter Abstand zwischen dem vorlaufenden Induktor 1a, 3a und dem ihm nachlaufenden Induktor 1b, 3b entsteht und sich der vorlaufende Induktor 1a, 3a um ein Zeitintervall früher an der Endzone E befindet, das gleich der Dauer ist, die der nachlaufende Induktor 1b, 3b benötigt, bis der zwischen ihm und dem vorlaufenden Induktor entstandene Abstand überwunden ist, so dass der mindestens eine zuerst an der Endzone E angekommene vorlaufende Induktor 1a, 3a die Endzone E vorerwärmt, bis der nachlaufende Induktor 1b, 3b sich an der Endzone E befindet und die Endzone E auf Härtetemperatur fertig erwärmt. Abschließend wird die fertig erwärmte Endzone E mittels einer Brause 1c, 3c, 5 abgeschreckt.

BEZUGSZEICHEN

1 stationäre Induktoranordnung

1a Vorwärminduktor der Induktoranordnung

1 b Fertigwärminduktor der Induktoranordnung

1c Brause der Induktoranordnung

2a zu härtende Umfangsfläche des Lagerrings 2

2 Lagerring (= ringförmiges Bauteil)

3 bewegliche Induktoranordnung

3a Vorwärminduktor der Induktoranordnung 3

3b Fertigwärminduktor der Induktoranordnung 3

3c Brause der Induktoranordnung 3

4 Werkstückaufnahme

5 zusätzliche Brause

A Anfangszone der zu härtenden Umfangsfläche 2a

E Endzone der zu härtenden Umfangsfläche 2a

U Umfangsrichtung

V1 Umfangsgeschwindigkeit des Lagerrings 2

V1' Vorschubgeschwindigkeit des Vorwärminduktors 1 a

V2 Bewegungsgeschwindigkeit der beweglichen Induktoranordnung 3

V2' erhöhte Vorschubgeschwindigkeit des Vorwärminduktors 3a

X vertikal ausgerichtete zentrale Achse der Werkstückaufnahme 4