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Patent Searching and Data


Title:
ALL-STEEL FITTING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/169797
Kind Code:
A1
Abstract:
In the method according to the invention, a wire (11) provided with teeth (15) passes sequentially through a first inductor (16) and a second inductor (18). The inductors (16, 18) function at different frequencies and generate different temperatures. The first inductor (16) heats in particular the base section (17), which is not to be hardened, to a high temperature below the austenitizing temperature range. The second inductor (18) heats the teeth (15) to a still higher second temperature within the austenitizing temperature range. Defined, hardened teeth of consistently high quality result at quenching.

Inventors:
BRUSKE JOHANNES (DE)
MEINERT PETER (DE)
GOLTERMANN CARMEN (DE)
BINDER BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/059839
Publication Date:
November 12, 2015
Filing Date:
May 05, 2015
Export Citation:
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Assignee:
GROZ BECKERT KG (DE)
International Classes:
D01G15/88; C21D9/26
Domestic Patent References:
WO1991015605A11991-10-17
Foreign References:
EP1728878A22006-12-06
JP2909774B21999-06-23
CH670455A51989-06-15
Attorney, Agent or Firm:
RÜGER, BARTHELT & ABEL (DE)
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Claims:
Patentansprüche :

Verfahren zur Herstellung einer Ganzstahlgarnitur für Kardiermaschinen, wobei das Verfahren die folgenden

Schritte aufweist:

Bereitstellen eines Drahts (11) mit einem Fußabschnitt (17) und einem Wandabschnitt (23), der sich von dem Fu߬ abschnitt (17) weg erstreckt und eine geringere Dicke (D15) aufweist als dieser,

Anbringen von Ausnehmungen (14) in dem Wandabschnitt (23) des Rohmaterialdrahts (12) zur Ausbildung von Zähnen (15) ,

Erhitzen wenigstens des Fußabschnitts (17) des Drahts (11) im Durchlauf auf eine erste Temperatur (tl),

Wenigstens abschnittsweises Induktionserhitzen des Wand¬ abschnitts (23) des wenigstens an dem Fußabschnitt (17) vorerhitzten Drahts (11) im Durchlauf mittels mindestens eines Induktors (18) mit einer bestimmten Frequenz (f2) auf eine zweite Temperatur (t2), wobei die zweite Temperatur (t2) höher ist als die erste Temperatur (tl),

Abschrecken wenigstens des Wandabschnitts (23) des Drahts (11) im Durchlauf mit einem Kühlmedium.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (14) im Durchlauf in einem Stanzprozess erzeugt werden.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur (fl) unterhalb eines Austenitisierungstemperaturbereichs (tA) und die zweite Temperatur innerhalb des Austenitisierungstempe- rturbereichs (tA) liegt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen im Durchlauf auf die erste Temperatur (tl) mittels mindestens eines ersten In¬ duktors (16) mit einer ersten Frequenz (fl) erfolgt, wo¬ bei der Induktor (18) zum Erhitzen des Drahts (11) auf die zweite Temperatur (t2) ein zweiter Induktor (18) ist, der mit einer zweiten Frequenz (f2) arbeitet, die höher ist als die erste Frequenz (fl) .

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frequenz (f2) wenigstens das Fünffache der ersten Frequenz (fl) ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz (fl) höchstens 5 MHz, vorzugsweise höchstens 3 MHZ beträgt und dass die zweite Frequenz mindestens 10 MHz, vorzugsweise mindes¬ tens 15 MHz beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (11) nach dem Abschrecken durch einen dritten Induktor (29) geführt wird, der mit einer dritten Frequenz (f3) betrieben wird, die geringer ist als die zweite Frequenz (f2), um den Draht auf eine dritte Temperatur zu erwärmen, die mindestens geringer als die zweite Temperatur (t2) und vorzugsweise geringer als die erste Temperatur (tl) ist.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das Induktionserhitzen mit der zweiten Frequenz (f2) auf die zweite Temperatur (t2) unter Schutzgas erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (11) an mindestens einer Seitenfläche gebürstet wird.

Ganzstahlgarnitur bestehend aus einem eine Längsrichtung (L) festlegenden Draht (11) mit einem Fußabschnitt (17) und mit einem Zähne (15) mit einer Zahnhöhe (H15) aufwei¬ senden Wandabschnitt (23) , der mindestens einen Ab¬ schnitt (19) mit erhöhter Härte aufweist und von dem Fu߬ abschnitt (17) weg weist, wobei der Fußabschnitt (17) eine größere Dicke (D17) auf¬ weist als der Wandabschnitt (23) , dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (23) eine parallel zu der Längsrichtung (L) verlaufende, einer geraden Linie folgende Grenze in Form einer Übergangszone (24) aufweist, bei der die er¬ höhte Härte beginnt und deren Breite (H24) höchstens 20% der Zahnhöhe (H15) beträgt.

Ganzstahlgarnitur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (23) Zähne (15) aufweist und dass die Übergangszone (24) innerhalb der Zähne ausgebil¬ det ist.

12. Ganzstahlgarnitur nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zähnen (15) ein Zahngrund (21) ausgebildet ist, wobei der Abstand der Übergangszone (24) von der Zahnspitze (20) vorzugsweise mindestens 70% der Zahnhöhe (H15) beträgt.

13. Ganzstahlgarnitur nach der Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (23) Zähne (15) aufweist zwischen den jeweils ein Zahngrund (21) ausgebildet ist und dass die Übergangszone (24) den Zahngrund (21) be¬ rührt oder enthält oder unterhalb desselben verläuft.

14. Ganzstahlgarnitur nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (23) im Querschnitt trapezförmig oder dreieckig, sich von dem Fußabschnitt (17) weg verjüngend ausgebildet ist.

15. Ganzstahlgarnitur nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahn (15) eine Zahn¬ spitze (20) und einen geraden Zahnrücken (30) aufweist, der sich bis zu der Zahnspitze (20) erstreckt.

16. Ganzstahlgarnitur nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitgehend metallisch blank bzw. zunderfrei ist, wobei sie frei von Spuren ei¬ ner chemischen Entgratung oder Nachbearbeitung sowie frei von Spuren einer beidseitigen mechanischen Nachbearbeitung ist.

Description:
Ganzstahlgarnitur

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Garniturdrahts für eine Ganzstahlgarnitur sowie ei ¬ nen Garniturdraht mit induktiv gehärteten Zähnen.

[0002] Zur Herstellung von Ganzstahlgarnituren wird ein Garniturdraht (Sägezahndraht) verwendet, wie er bei ¬ spielsweise aus der DE 2904841 bekannt ist. Ein solcher Garniturdraht weist einen Fußabschnitt größerer Dicke und einen sich von dem Fußabschnitt weg erstreckenden gezahnten Wandabschnitt auf. Die dort ausgebildeten Zähne sind vor allem in der Nähe ihrer Zahnspitze gehärtet. Insge ¬ samt weist der Garniturdraht vier Zonen unterschiedlicher Härte auf. In einem ersten, von der Zahnspitze ausgehenden, bis zu etwa zur halben Zahnhöhe reichenden Abschnitt hat der Garniturdraht eine Härte von mindestens 60 HRC . In der anschließenden Zone ist die Härte auf einen Wert von 60 HRC bis 55 HRC festgelegt. In der nächstanschlie ¬ ßenden Zone wird eine Härte von 50 HRC bis 55 HRC in der Weise vorgesehen, dass in dem Bereich des Zahnfußes noch eine Härte von etwa 40 HRC vorliegt. Die übrige Zone, die von dem Fußteil des Drahts eingenommen wird, ist nicht gehärtet .

[0003] Zum Härten wird härtbarer Stahl zunächst auf eine hohe Temperatur gebracht und dann abgeschreckt. [0004] Die CH 670455 A5 sieht dazu vor, die Zähne eines Garniturdrahts unter Verwendung eines CO 2 Gaslasers durch Einzelimpulse oder Impulspakete kurzzeitig auf eine im Austenitisierungstemperaturbereich liegende Temperatur zu erhitzen. Aufgrund der geringen Wärmekapazität eines Zahns kühlt dieser danach an der Luft sehr schnell wieder ab, was eine Abschreckungshärtung bewirkt. Es kann eine Härte von 950 HV im gezahnten Bereich erreicht werden, wobei die Härte hier am Zahngrund lediglich 200 HV be ¬ trägt. Die Grenze zwischen gehärtetem und nicht gehärte ¬ tem Material verläuft als gebogene oder gerade Linie.

[0005] Zwar bewirkt die hohe Energie der Laserstrahlen ein schnelles Erhitzen, jedoch können sich Probleme bei der Gleichmäßigkeit des Energieeintrags und infolgedessen lo ¬ kale Überhitzungen ergeben.

[0006] Die DE 101 06 673 AI geht von der Erkenntnis aus, dass es schwierig ist, die Wärmebehandlung beim Härten stets nur auf definierte Bereiche einzugrenzen. Sie schlägt dazu vor, den Garniturdraht induktiv zu härten und dabei mit einer möglichst hohen Frequenz zu erhitzen, damit sich die Härtungswirkung im Wesentlichen auf die Zahnspitzen und die Oberfläche der Zähne des Garnitur ¬ drahts beschränkt. Dazu wird eine Frequenz von 1 bis 2 MHz vorgesehen. Die Erwärmung kann unter Schutzgas stattfinden. Der Härtungsvorgang erfolgt durch Abschrecken in Wasser, Luft oder Öl. Anschließend wird der Garniturdraht bei einer sehr geringen Anlasstemperatur von beispielsweise lediglich 130° C behandelt, um unerwünschte Span ¬ nungen zu beseitigen, ohne dass der Garniturdraht seine Härte verliert. [0007] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kon ¬ zept zur Erstellung und Gestaltung von Ganzstahlgarnituren zu schaffen. Insbesondere sollen dabei Zähne mit geo ¬ metrisch präzisen Zahnspitzen ohne Nacharbeit erhalten werden .

[0008] Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst :

[0009] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zur Herstellung der Garnitur vorgesehene Draht zunächst in einer ersten Station einem Erhitzungsprozess unterzogen, bei dem der Draht im Durchlauf sowohl in seinem Fußab ¬ schnitt als auch in seinem Wandabschnitt erwärmt wird. Die Erhitzung kann z.B. durch jedes Verfahren geleistet werden, bei dem Wärmeenergie auf den Draht und dabei ins ¬ besondere seinen Fußabschnitt übertragen oder in diesem erzeugt wird. Z.B. kann der Draht durch einen Heizofen geführt werden, in dem Wärme durch Strahlung und/oder natürliche und/oder unterstützte Konvektion auf den Draht übertragen wird. Auch ist es möglich, den Draht unter Ausnutzung seines Ohm x schen Widerstands durch Stromdurchleitung zu erwärmen. Dazu kann der Draht zwischen zwei einander gegenüberliegenden mit Gleichstrom oder niederfrequentem Wechselstrom (z.B. 50 Hz) versorgten Elektroden, z.B. Kohleelektroden hindurchgeführt werden, die den Draht an Seitenflächen berühren. Dadurch wird der Draht insbesondere und vorzugsweise vorwiegend an seinem Fußab ¬ schnitt in Querrichtung elektrisch durchströmt und somit erwärmt. Auch ist es möglich, zwei Elektroden oder auch zwei Elektrodenpaare oder mehrere Elektrodengruppen in Drahtlängsrichtung voneinander beabstandet so anzuordnen, dass Strom an in Drahtlaufrichtung beabstandeten Stellen in den Draht ein- und ausgeleitet wird. Die Längsdurch- strömung des Drahts verteilt die Heizwirkung des Stroms im sich bewegenden Draht auf einen längeren Abschnitt und ermöglicht so eine gleichmäßige Erwärmung insbesondere des Fußabschnitts. Bei beiden Verfahren wird vor allem der Fußabschnitt durchströmt und erwärmt. Die Heizstation kann eine oder mehrere Wärmequellen umfassen.

[0010] Vorzugsweise wird der Draht und dabei insbesondere sein Fußabschnitt in der ersten Heizstation jedoch induktiv erwärmt. Dabei wird mit einer ersten Frequenz gearbeitet und das Feld des Induktors so ausgerichtet, dass insbesondere der Fußabschnitt durch das Feld läuft. Die erste Frequenz ist vorzugsweise so gewählt, dass die im Draht entstehenden Wirbelströme vorwiegend den Fußab ¬ schnitt, weniger aber die Zähne durchsetzen. Vorzugsweise sind der Induktor und das von ihm erzeugte Magnetfeld dazu so ausgerichtet, dass der Wirbelstrom um die Draht ¬ längsachse fließt, d.h. die Achse des Magnetfeldes we ¬ nigstens näherungsweise mit der Längsachse des Drahts übereinstimmt. Die Zähne bleiben so von Wirbelströmen vorwiegend frei. Es ist aber auch möglich, die Achse des Magnetfeldes quer zu dem Draht zu orientieren. Die erste Heizstation kann einen oder mehrere Induktoren umfassen, die mit gleicher oder unterschiedlicher Frequenz arbeiten .

[0011] In der ersten Station wird der Draht im ganzen oder wenigstens an seinem Fußabschnitt auf die erste Tempera ¬ tur vorerwärmt. Danach durchläuft der Draht in (wenigs ¬ tens am Fußabschnitt) vorerwärmten Zustand eine zweite Station zum Induktionserhitzen, wobei der Induktor der zweiten Station mit einer zweiten Frequenz arbeitet, die höher ist als die erste Frequenz. Das Feld des Induktors ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass es nur den Wandab ¬ schnitt, d.h. die dort ausgebildeten Zähne erfasst. Die zweite Frequenz ist derart höher als die erste Frequenz, dass eine gleichmäßige Erwärmung der Zähne bis in die Zahnspitzen erreicht wird. Außerdem ist die zweite Tempe ¬ ratur höher als die erste Temperatur. Sie liegt insbesondere im Austenitisierungstemperaturbereich . Die zweite Station kann einen oder mehrere Induktoren umfassen, die mit gleicher oder unterschiedlicher Frequenz arbeiten. Es gilt, dass die Frequenzen der zweiten Induktoren größer sind als die Frequenzen der ersten Induktoren.

[0012] Nach Durchlaufen des (mindestens einen) zweiten Induktors wird mindestens der Wandabschnitt mit den Zähnen, vorzugsweise aber der gesamte Draht im Durchlauf in einem Kühlmedium abgeschreckt. Das Kühlmedium kann Gas, ein Inertgas, Luft, ein Aerosol, Öl, Wasser, eine Emulsion o- der ein sonstiges inertes, reaktionsträges oder reakti ¬ onsfreudiges Medium sein. Durch die Vorerwärmung des Drahts in der ersten Station auf eine erste Temperatur und der Zuführung dieses erwärmten Drahts dem zweiten Induktor unter weitgehender Vermeidung einer Zwischenabkühlung wird verhindert, dass die Zähne nach Durchlaufen des zweiten Induktors durch die Wärmeabgabe an den Fußab ¬ schnitt ein Härtemaximum im Abstand zur Zahnspitze aus ¬ bilden. Vielmehr wird erreicht, dass ausgehend von der Zahnspitze eine gleichmäßige hohe Härte erreicht wird, die sich bis zu einer Übergangszone erstreckt. Vorzugs ¬ weise kann diese Übergangszone streifenartig geradlinig ausgebildet sein und eine Streifenbreite von zum Beispiel höchstens 0,5 mm aufweisen. Abhängig von der Zahngröße wird eine Breite der Übergangszone angestrebt, die höchs ¬ tens 20% der Zahnhöhe, gemessen vom Zahngrund zur Zahn ¬ spitze, beträgt. Die Zonenbreite wird dabei in der glei ¬ chen Richtung wie die Zahnhöhe senkrecht zur Drahtlängs ¬ richtung gemessen. Dies gilt sowohl für Messungen vor der Zahnbrust als auch für Messungen hinter dem Zahnrücken. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare kleinräumige Temperaturabstufung beim Härten hat eine Beschränkung der Breite der Härte-Übergangszone auf einen fast linieartigen Streifen zur Folge. Dies ergibt gegenüber flammgehärteten Garniturdrähten ein deutlich verbessertes Betriebsverhalten. Zähne verformen sich elastisch oder brechen. Plastische Verformungen der Zähne, d.h. seitliche Verbiegungen derselben, die den Kardierprozess erheblich stören, werden vermieden.

[0013] Die in dem Wandabschnitt vorgesehenen Ausnehmungen zur Ausbildung der Zähne können im Durchlauf in einem Stanzprozess erzeugt werden. Dazu kann der Draht schritt ¬ weise durch eine Stanzstation bewegt werden. Alternativ kann die Stanzstation während des Stanzprozesses mit dem Draht mitbewegt und nach Öffnen des Stanzwerkzeugs wieder in ihre Ausgangsposition zurückgefahren werden. Letzteres ermöglicht eine besonders gleichmäßige Drahtvorschubbewe ¬ gung insbesondere in den Induktoren und der Abschrecksta ¬ tion. Es ist auch möglich, zwischen der Stanzstation und den Induktoren eine Drahtschleife auszubilden, die die ruckartige Drahtbewegung in der Stanzstation an die gleichmäßige Drahtbewegung in den Induktoren angleicht. [0014] Vorzugsweise liegt die von dem ersten Induktor erzeugte Temperatur tl unterhalb eines Austenitisierungs- temperaturbereichs tA, während die von dem zweiten Induk ¬ tor erzeugte Temperatur t2 innerhalb des Austenitisie- rungstemperaturbereichs tA liegt. Vorzugsweise liegt die erste Temperatur tl oberhalb von 500 °C und unterhalb von 900 °C (z.B. 700 - 750 °C) , während die zweite Temperatur t2 bei etwa 950 °C liegen kann. Die erste Temperatur tl ist eine Weichglühtemperatur und wird dabei vorzugsweise so hoch festgelegt, dass der Wärmeverlust der Zähne nach Durchlaufen des zweiten Induktors so gering ist, dass die Zähne beim Eintreten in die Abschreckstation noch eine Temperatur innerhalb des Austenitisierungstemperaturbe- reichs haben. Andererseits ist die Verweilzeit in der zweiten Heizstation und bis zum Abschrecken auch so gering, dass der Fußabschnitt in der zweiten Heizstation weder durch Wirbelströme noch durch Wärmeleitung aus den Zähnen eine wesentliche, hinsichtlich des Härtens rele ¬ vante Temperaturerhöhung erfährt. Vielmehr ist sichergestellt, dass der Fußbereich beim Eintritt in die Ab ¬ schreckstation eine Weichglühtemperatur von z.B. höchstens 680° aufweist. Auf diese Weise wird eine Zufallshär ¬ tung vermieden und eine gute Prozesskontrolle erreicht. Der erste Induktor (oder die sonstige erste Heizstation) und/oder der zweite Induktor können unter Schutzgas betrieben werden. Als Schutzgas eignen sich insbesondere reaktionsträge oder inerte Gase, wie, z.B. Stickstoff, Argon oder dergleichen. Der Begriff „Schutzgas" umfasst hier aber auch reaktionsfreudige, insbesondere reduzie ¬ rende Gase, die zur Oberflächenreinigung beitragen können . [0015] Es ist zweckmäßig, wenn die zweite Frequenz f2 we ¬ nigstens das 5fache der ersten Frequenz fl ist. Bei ¬ spielsweise kann die erste Frequenz auf höchstens 5 MHz vorzugsweise höchstens 3 MHz festgelegt sein. Im bevor ¬ zugten Ausführungsbeispiel kann sie zwischen 1 und 5 MHz liegen. Die zweite Frequenz f2 beträgt vorzugsweise min ¬ destens 10 MHz, weiter vorzugsweise mindestens 15 MHz. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt sie 20 MHz bis 30 MHz, vorzugsweise 27 MHz. Mit dieser Festle ¬ gung lässt sich eine gleich bleibende Qualität und eine gute Prozesskontrolle erzielen.

[0016] Nach dem Abschrecken kann der Draht durch einen dritten Induktor geführt werden, der mit einer dritten Frequenz f3 betrieben wird, die geringer ist als die zweite Frequenz f2. Der Draht kann auf eine dritte Tempe ¬ ratur t3 erwärmt werden, die mindestens geringer ist als die zweite Temperatur t2 und vorzugsweise auch geringer als die erste Temperatur tl. Damit kann ein induktives Anlassen bewirkt werden.

[0017] Es ist vorteilhaft, wenn das Induktionserhitzen in beiden Induktoren unter Inertgas, beispielsweise Stickstoff, erfolgt. Es entsteht eine blanke Ganzstahlgarnitur ohne Verzunderung, ohne Spitzenanschmelzungen der Zähne und mit kontrolliertem Härteverlauf. Insbesondere ist es möglich, die formgebende Bearbeitung vollständig im unge ¬ härteten Zustand auszuführen. Mechanische formverändernde Nachbearbeitung, wie das Schleifen der Zahnspitzen und/oder eine chemische Bearbeitung oder dergleichen, ist im gehärteten Zustand nicht erforderlich. [0018] Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Draht an mindes ¬ tens einer Seitenfläche gebürstet wird. Damit kann der in der Stanzstation erzeugte Stanzgrat beseitigt werden. Aufgrund der Härte des Materials kann der Stanzgrat leicht abbrechen und somit abgebürstet werden.

[0019] Ein mit dem genannten Verfahren hergestellter Garniturdraht hat wenigstens eine und vorzugsweise lediglich eine gebürstete Seitenfläche. Aufgrund der Induktionshär ¬ tung unter Schutzgas haben die ungebürsteten Seitenfläche, die Zahnbrustfläche und der Zahnrücken jedes Zahns die gleiche chemische Zusammensetzung. Fremdatome, die von der Bürste herrühren, sind lediglich an einer Seitenflanke des Garniturdrahts zu finden.

[0020] Der erfindungsgemäße, in Anspruch 10 definierte Gar ¬ niturdraht weist einen Fußabschnitt mit einer Dicke auf, die größer ist, als die Dicke des Wandabschnitts und die Dicke der Zähne. Die Zähne sind gehärtet. Die Grenze zwi ¬ schen dem gehärteten Bereich der Zähne und dem nicht gehärteten Material hat vorzugsweise die Form eines geraden Streifens, dessen Breite höchstens 0,5 mm beträgt. Die Breite beträgt vorzugsweise höchstens 20% der Zahnhöhe. So besteht der Zahn vorzugsweise nur aus ganz oder, in der kleinen Übergangszone, teilweise gehärtetem Material. Er weist vorzugsweise kein ungehärtetes und somit dukti ¬ les Material auf. Vorzugsweise ist die Härte außerhalb dieser Zone jeweils am Zahn einheitlich hoch und am Fußabschnitt einheitlich niedrig. Lokale Härtemaxima sowie insbesondere Härtezunahmen von der Zahnspitze weg zum Zahnfuß werden nicht verzeichnet. [0021] Die streifenförmige Übergangszone ist bei größeren Zähnen von der Zahnspitze vorzugsweise z.B. mindestens 3 mm entfernt. Jedenfalls aber wird angestrebt, dass min ¬ destens 70%, vorzugsweise mindestens 80% der Zahnhöhe durchgehärtet sind. Dies gilt sowohl für Messungen vor der Zahnbrust als auch für Messungen hinter dem Zahnrücken, weil die Übergangszone vorzugsweise parallel zu der Drahtlängsrichtung orientiert ist. So wird ein nachteili ¬ ges seitliches Verbiegen der Zähne ausgeschlossen. Vorzugsweise endet die Übergangszone etwas oberhalb des Zahngrundes. Es ist jedoch auch möglich, die Übergangs ¬ zone so festzulegen, dass sie den Zahngrund berührt. Auf diese Weise wird eine maximal widerstandsfähige Zahnbrust erhalten, ohne die Biegsamkeit des Drahts zu stark einzu ¬ schränken. Eine derart präzise Festlegung der Härtegrenze lässt sich prozesssicher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen.

[0022] Die Wandabschnitte und/oder die Zähne können im Querschnitt trapezförmig oder dreieckig und sich von dem Fußabschnitt weg verjüngend ausgebildet sein. Selbst bei erheblicher Dickenabnahme der Zähne vom Zahnfuß zur Zahn ¬ spitze hin kann die Zahnerwärmung, insbesondere im zwei ¬ ten Induktor so kontrolliert ablaufen, dass Zahnspitzen- anschmelzungen, wie sie insbesondere bei Erhitzung mit Gasflamme zu befürchten sind, hier nicht auftreten. Zum Beispiel kann die Zahndicke vom Zahnfuß zur Zahnspitze hin um mehr als ein Drittel abnehmen, beispielsweise von 0,6 auf 0,37 mm. [0023] Weiter lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Ganzstahlgarnitur schaffen, bei dem die Zähne vom Zahngrund ausgehend einen sich bis zur Zahnspitze hin fortsetzenden geraden Verlauf haben. Dies insbesondere deshalb, weil ein Nachschleifen der Zahnspitzen aufgrund der erfindungsgemäßen Induktionshärtung nicht erforderlich ist.

[0024] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Details der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Zeichnung o- der der Beschreibung. Es zeigen:

[0025] Figur 1 den Prozessablauf beim erfindungsgemäßen Induktionshärten eines Drahts einer Ganzstahlgarnitur, in schematisierter Blockdarstellung .

[0026] Figur 2 den Draht zur Herstellung einer Ganzstahlgarnitur, in schematisierter Perspektivdarstellung.

[0027] Figur 3 den Draht nach Figur 2, in einer Quer- schnittsdarStellung .

[0028] Figur 4 den Draht nach Figur 3, in einer ausschnittsweisen Seitenansicht.

[0029] Figur 5 den Härteverlauf eines Zahns des Drahts nach Figur 3 bis 4 und [0030] Figur 6 eine ausschnittsweise Querschnittsdarstel ¬ lung des Drahts ähnlich Figur 3 mit Veranschaulichung der Zone des Härteübergangs.

[0031] In Figur 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines Drahts 11 veranschaulicht, wie er zum Aufbau einer Ganzstahlgarnitur einer Garniturwalze benötigt wird. Die Vorrichtung 10 dient zur Herstellung dieses Drahts 11 aus einem Profildraht 12, der in seiner Längsrichtung L durch die Stationen der Vorrichtung 10 bewegt wird.

[0032] Die Vorrichtung 10 umfasst unter anderem eine Stanzstation 13, die dazu dient, an dem Profildraht 12 Ausneh ¬ mungen 14 anzubringen (Figur 2) und somit Zähne 15 zu bilden. Vor der Stanzstation 13 können eine oder mehrere Richtstationen oder sonstige Stationen vorgesehen sein. Zusätzlich oder ergänzend kann nach der Stanzstation eine SchleifStation oder dergleichen angeordnet sein. Weitere vor oder nach der Stanzstation 13 angeordnete Stationen, z.B. zum Richten des Profildrahts 12 oder des Drahts 11 können bedarfsweise vorgesehen sein, sind jedoch nicht dargestellt .

[0033] Der Stanzstation 13 ist eine Heizstation, z.B. in Form eines ersten Induktors 16 nachgeordnet, der zur in ¬ duktiven Erwärmung des Drahts 11 mit dient. Der erste In ¬ duktor 16 erzeugt dabei ein Feld, das mindestens den Fuß ¬ abschnitt 17 des Drahts 11, gegebenenfalls aber auch seine Zähne 15 miterfasst. Der erste Induktor 16 arbeitet mit der ersten Frequenz fl zwischen 100 kHz und 5 MHz, vorzugsweise zwischen 500 kHz und 2 MHz, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit 1 MHz. Vorzugsweise wird der Draht 11 dabei insbesondere im Bereich seines Fußab ¬ schnitts 17 auf eine erste Temperatur tl von vorzugsweise mehr als 300 °C erwärmt. Im vorliegenden Ausführungsbei ¬ spiel beträgt die Temperatur tl 700°C bis 750°C. Sie ist vorzugsweise so festgelegt, dass beim späteren Abschre ¬ cken keine Härtung des Fußbereichs 17 erfolgt.

[0034] In einigem Abstand (z.B. wenige Dezimeter) zu dem ersten Induktor 16 ist ein zweiter Induktor 18 vorgesehen, der mit einer deutlich höheren Frequenz f2 arbeitet. Diese ist wenigstens 5, vorzugsweise wenigstens 10 und am meisten bevorzugt wenigstens 20 mal so hoch wie die erste Frequenz f1. Beispielsweise beträgt die zweite Frequenz f2 20 MHz bis 30 MHz, vorzugsweise 27 MHz. Der zweite In ¬ duktor 18 ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass er lediglich die Zähne 15 oder einen Abschnitt jedes Zahns 15 erfasst. Zwischen den Induktoren 16 und 18 ist keine aktive Abkühlung des Drahts 11 vorgesehen. Vielmehr durchläuft der Draht 11 den Abstand in weniger als 2, vorzugsweise weniger als 1 s.

[0035] Figur 4 veranschaulicht einen Zahn 15 mit einer Zahnhöhe H15, die sich senkrecht zur Längsrichtung von dem Zahngrund 21 zu der Zahnspitze 20 erstreckt. Außerdem ist ein Abschnitt 19 des Zahns 15 festgelegt, der sich von der Zahnspitze 20 bis etwa zu seiner Mitte oder etwas weiter in Richtung des Zahngrunds 21 erstreckt. Der Ab ¬ schnitt 19 hat eine Höhe H19, die vorzugsweise größer 70%, besser größer 80% der Zahnhöhe H15 ist. Jedenfalls aber erfasst der zweite Induktor 18 wenigstens den Ab ¬ schnitt 19 jedes Zahns 15 oder auch einen etwas größeren Bereich. Vorzugsweise aber erfasst der zweite Induktor 18 den Zahngrund 21 nicht. Der zweite Induktor 18 und, falls gewünscht, auch der erste Induktor 16 können in einer Inertgasatmosphäre, z.B. aus Stickstoff arbeiten. Diese kann bis an eine Abschreckstation 22 herangeführt sein. [0036] Nach Durchlauf durch die Induktoren 16 und 18 erreicht der Draht 11 die Abschreckstation 22 in heißem Zustand. Dabei hat der Fußabschnitt 17 eine unterhalb des Austenitisierungstemperaturbereichs tA liegende Tempera ¬ tur tl, während der Abschnitt 19 jedes Zahns 15 eine im Austenitisierungstemperaturbereich tA liegende Temperatur t2 aufweist. Das Temperaturgefälle von dem Abschnitt 19 zu dem Fußabschnitt 17 bewirkt, dass der Draht 11 beim Einlaufen in die Abschreckstation 22 insbesondere an dem Abschnitt 19 gleichmäßig härtet, der Draht 11 im Übrigen jedoch ungehärtet bleibt.

[0037] Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist der Fußab ¬ schnitt 17 eine quer zur Längsrichtung und senkrecht zur Seitenfläche zu messende Dicke D17 auf, die größer ist als die an jedem Zahn 15 zu messende Dicke D15. Das Wär ¬ mespeichervermögen des Fußes D17 ist größer als das Wärmespeichervermögen jedes Zahns 15. Ein zu großer Wärmeab- fluss von dem Zahn 15 zu dem Fußabschnitt 17 vor Errei ¬ chen der Abschreckstation 22 wird jedoch durch die Anhe- bung der Temperatur des Fußabschnitts 17 auf die erste Temperatur tl vermieden.

[0038] Von dem im Querschnitt typischerweise rechteckigen Fußabschnitt 17 erstreckt sich der Wandabschnitt 23 weg, der einen dreieckigen oder, wie dargestellt, trapezförmigen Querschnitt haben kann. Nach Durchlauf durch den zweiten Induktor 18 ist an dem Draht 11 eine Temperatu ¬ rübergangszone 24 ausgebildet, in der die Temperatur von der weiten hohen Temperatur t2 (zum Beispiel 950°C) auf die erste niedrige Temperatur tl (z.B. 550°C) abfällt, die unterhalb der Temperaturübergangszone 24 an dem ver ¬ bleibenden Abschnitt der Wand 23 und dem Fußabschnitt 17 zu messen ist. Entsprechend ergibt sich beim Abschrecken nach Durchlauf durch die Abschreckstation 22 in dem Draht 11 der in Figur 5 veranschaulichte Härteverlauf. In dem Abschnitt 19 wird eine gleichmäßige hohe Härte von über 800 HV 0,5 erreicht. Aus der Temperaturübergangszone 24 hat sich eine Übergangszone 24 des Härteübergangs gebil ¬ det, in der die Härte von über 800 HV 0,5 auf ungefähr 200 HV 0,5 oder darunter abfällt. Diese Zone hat eine Vertikalausdehnung H24, gemessen von dem Fußabschnitt 17 weg, von vorzugsweise lediglich 20% der Zahnhöhe H15. Die Temperaturübergangszone 24 bildet einen geradlinig sich in Längsrichtung L erstreckenden Streifen mit einer

Breite, die der Höhe H24 entspricht. Dieser Steifen kann in einem Abstand A zu dem Zahngrund 24 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich und vorteilhaft, den Abstand A auf Null zu reduzieren, so dass die Zone 24 mit ihrer fußabschnittseitigen Grenze den Zahngrund 21 berührt. Weiter ist es möglich, die Übergangszone 24 noch tiefer zu legen, so dass der Zahngrund 21 im Bereich des Härte ¬ übergangs der Übergangszone 24 liegt.

[0039] Figur 6 veranschaulicht die Übergangszone 24 im Querschnitt. Die Grenzen der Übergangszone 24 können sich, wie Linien 25, 26 andeuten, gerade quer durch den Wandabschnitt 23 bzw. den jeweiligen Zahn 15 erstrecken. Es ist aber (bevorzugterweise) auch möglich, dass die Übergangszone 24 entlang gekrümmter Linien 27, 28 von dem gehärteten bzw. nicht gehärteten Bereich abgegrenzt ist. Die Linien 25 und/oder 26 können parallel zur Grundfläche 17a des Fußabschnitts 17 orientiert sein. Entsprechend enden die Linien 27 und/oder 28 an beiden Seiten des Zahns 15 jeweils auf gleicher Höhe. Bevorzugterweise fol ¬ gen die Linien 27, 28 Bögen, die zu der Grundfläche 17a hin gekrümmt sind. Der Krümmungsmittelpunkt liegt vor ¬ zugsweise auf der von dem Fußabschnitt 17 weg liegenden Seite jeder Linie 27, 28, wiederum vorzugsweise innerhalb des Querschnitts des Zahns 15. Die Grenzen der Übergangs ¬ zone 24 sind im Querschliffbild der Ganzstahlgarnitur sichtbar. Jedoch kann durch entsprechende Festlegung der Temperatur tl des Fußabschnitts 17 und durch Festlegung der Verweilzeit des Drahts 11 auf seinem Weg zwischen dem ersten Induktor 16 (oder der sonstigen Heizstation) und dem zweiten Induktor die thermische Last (Quelle oder Senke) des Fußabschnitts 17 so eingestellt werden, dass die Linien 25 und/oder 26 schräg zu der Grundfläche 17a verlaufen. Für die Linien 27 und/oder 28 gilt dann, dass sie an den beiden Seiten des Zahns 15 auf unterschiedli ¬ cher Höhe enden.

[0040] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchläuft ein mit Zähnen 15 versehener Draht 11 nacheinander einen ersten Induktor 16 und einen zweiten Induktor 18. Die Induktoren 16, 18 arbeiten mit unterschiedlichen Frequenzen fl, f2 und erzeugen unterschiedliche Temperaturen tl, t2. Der erste Induktor 16 erwärmt insbesondere die nicht zu härtenden Fußabschnitte 17 auf eine hohe Temperatur tl unterhalb des Austenitisierungstemperaturbereichs tA. Der zweite Induktor 18 erwärmt die Zähne 15 auf eine noch hö ¬ here zweite im Austenitisierungstemperaturbereich tA liegende Temperatur t2. Beim Abschrecken ergeben sich definiert gehärtete Zähne gleichbleibend hoher Qualität. [0041] Zur Verbesserung der Eigenschaften des Drahts 11, insbesondere zum Abbau von Spannungen, kann der Draht ei ¬ nen dritten Induktor 29 durchlaufen. Dieser arbeitet mit einer dritten Frequenz f3, die zwischen 500 kHz und 5 MHz liegen kann und vorzugsweise zwischen 1 MHz und 2 MHz liegt. Die Frequenz f3 kann mit der ersten Frequenz fl übereinstimmen. Die durch den dritten Induktor 29 erzeugte Temperatur t3 ist eine Anlasstemperatur von z.B. wenigen hundert Grad Celsius.

[0042] Außerdem kann der Draht 11 vor oder nach dem Anlassen durch eine Entgratungsstation geführt werden. In dieser können Stanzgrate, die beim Ausstanzen der Ausnehmungen 14 entstanden sein können, z.B. durch Bürsten beseitigt werden, die z.B. auf nur eine Flachseite der Zähne 15 einwirken.

[0043] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchläuft ein mit Zähnen 15 versehener Draht 11 nacheinander einen ersten Induktor 16 und einen zweiten Induktor 18. Die Induktoren 16,18 arbeiten mit unterschiedlichen Frequenzen und erzeugen unterschiedliche Temperaturen. Der erste Induktor 16 erwärmt insbesondere den nicht zu härtenden Fußabschnitt 17 auf eine hohe Temperatur unterhalb des Austenitisierungstemperaturbereichs . Der zweite Induktor 18 erwärmt die Zähne 15 auf eine noch höhere zweite in ¬ nerhalb des Austenitisierungstemperaturbereichs liegende Temperatur. Beim Abschrecken ergeben sich definiert gehärtete Zähne gleichbleibend hoher Qualität. Bezugs zeichenliste

10 Vorrichtung

11 Draht

12 Profildraht

13 Stanzstation

14 Ausnehmungen

15 Zähne

H15 Zahnhöhe

16 Erster Induktor oder sonstige Wärme ¬ quelle

17 Fußabschnitt

tl Erste Temperatur

fl Erste Frequenz

18 Zweiter Induktor

t2 Zweite Temperatur

f2 Zweite Frequenz

19 Abschnitt des Zahns 15

20 Spitze des Zahns 15

21 Zahngrund

H19 Höhe des Abschnitts 19

22 Abschreckstation

tA Austenitisierungstemperaturbereich

D17 Dicke des Fußabschnitts 17

D15 Dicke des Zahns 15

23 Wandabschnitt

24 Temperaturübergangszone

H24 Höhe der Zone

A Abstand

25,26,27,28 Linien

f3 Dritte Frequenz

t3 Dritte Temperatur 29 Dritter Induktor / sonstige Wärmequelle

30 Zahnrücken