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Patent Searching and Data


Title:
COMPONENT FOR A MECHANICAL DEVICE, PRODUCTION DEVICE THEREFOR AND METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/079296
Kind Code:
A1
Abstract:
The disclosure describes a component (100) for a mechanical device. The component (100) is made at least partly of steel and has one or more circular holes (102-105) for receiving a screw. Furthermore, for each circular hole (102-105) the steel is hardened in a first region (106-109) directly surrounding the circular hole and is unhardened in a second region (110) directly surrounding the first region.

Inventors:
STAMMLER MATTHIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/078433
Publication Date:
April 18, 2024
Filing Date:
October 12, 2023
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E V (DE)
International Classes:
C21D1/09; B23B41/00; B23B51/08; C21D8/00; C21D9/40; F16C9/02; H05B6/10
Attorney, Agent or Firm:
PFENNING, MEINIG & PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Bauelement (100) für eine mechanische Vorrichtung, wobei das Bauelement (100) zumindest teilweise aus Stahl besteht, und eine oder mehrere kreisrunde Ausnehmungen (102-105) zur Aufnahme einer Schraube, insbesondere zur Herstellung einer Schraubverbindung, auf- weist, wobei für eine jeweilige kreisrunde Ausnehmung (102-105), der Stahl in ei- nem die jeweilige kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgebenden ersten Bereich (106-109) gehärtet ist und der Stahl in einem den ersten Bereich un- mittelbar umgebenden zweiten Bereich (110) ungehärtet ist.

2. Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei eine Oberflächenhärte des gehärteten Stahls im ersten Bereich (106-109) größer ist als 600 HRV und/o- der eine Oberflächenhärte des ungehärteten Stahls im zweiten Bereich (110) kleiner als 350 HRV ist.

3. Bauelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gehärtete Stahl im ersten Bereich (102-105) aus einem Materialgefüge besteht, das einen Martensit-Gehalt aufweist, der größer als 50% ist, und/oder der ungehärtete Stahl im zweiten Bereich (110) aus einem Materialgefüge besteht, das ein Mischgefüge ist.

4. Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gehärtete Stahl im ersten Bereich (106-109) eine Dicke (D) von 0,5 bis 5 mm aufweist.

5. Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (100) ein Ringelement für ein Wälzlager ist.

6. Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei das Bauelement (100) ein Führungselement (120, 121) zur Führung eines Wälzkörpers auf einer Innen- seite (S) des Ringelementes oder auf einer Außenseite des Ringelementes auf- weist.

7. Bauelement (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die ein oder mehre- ren kreisrunden Ausnehmungen (102-105) so im Ringelement angeordnet sind, dass eine Längsachse (L) der kreisrunden Ausnehmung parallel zur Sym- metrieachse (A) des Ringelementes verläuft.

8. Fertigungsvorrichtung (200) zur Fertigung eines Bauelementes (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: ein erstes Bearbeitungswerkzeug zum induktiven Härten des Stahls im ersten Bereich um eine kreisrunde Ausnehmung, wobei das erste Bearbei- tungswerkzeug aufweist: eine Sonde (202) mit einem Sondenkopf (204) und einer am Son- denkopf (204) angeordneten Spule, wobei die Sonde (202) ausgebildet ist, in die kreisrunde Ausnehmung eingeführt zu werden, und eine Verfahreinheit (206), die ausgebildet ist, den Sondenkopf (204) entlang einer Längsachse (B) der Sonde zu verfahren.

9. Fertigungsvorrichtung (300) nach Anspruch 8, umfassend ein zweites Bearbeitungswerkzeug (304), das ausgebildet ist, einen weiteren Fertigungs- schritt zur Fertigung des Bauelementes (100) durchzuführen.

10. Fertigungsvorrichtung (300) nach Anspruch 9, wobei das erste Bearbei- tungswerkzeug (200) und das zweite Bearbeitungswerkzeug (304) ausgebildet sind, das Härten des Stahls und den weiteren Fertigungsschritt gleichzeitig auszuführen.

11. Fertigungsvorrichtung (300) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vor- richtung (300) einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf (320) für das erste Be- arbeitungswerkzeug (200) und das zweite Bearbeitungswerkzeug (304) auf- weist.

12. Fertigungsvorrichtung (300) nach Anspruch 9 bis 11, umfassend ein ge- meinsames Verfahrelement (312) mit dem das erste Bearbeitungswerkzeug (200) und das zweite Bearbeitungswerkzeug (304) mechanisch verbunden sind und das ausgebildet ist, das erste Bearbeitungswerkzeug (200) und das zweite Bearbeitungswerkzeug (304) gemeinsam zu verfahren.

13. Fertigungsvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das zweite Bearbeitungswerkzeug (304) einen Bohrer umfasst, der aus- gebildet ist eine kreisrunde Ausnehmung herzustellen und/oder das zweite Bearbeitungswerkzeug (304) ein Härtungswerkzeug um- fasst, das ausgebildet ist, mittels Induktion Stahl eines Führungselementes (120, 121) zur Führung eines Wälzkörpers zu härten.

14. Fertigungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das erste Bearbeitungswerkzeug ein oder mehrere Kühlflüssigkeitsauslässe (210A, 210B) umfasst, die so an der Sonde (202) angeordnet sind, dass sich ein Kühlflüssigkeitsfilm oberhalb und/oder unterhalb der Spule bildet, so dass eine durch ein induktives Härten verursachte Schallemission reduziert wird.

15. Verfahren (400) zur Herstellung eines Bauelementes (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden Schritte:

Herstellen einer kreisrunden Ausnehmung in einem Bauelement aus ungehärtetem Stahl für eine mechanische Vorrichtung (402),

Induktives Härten des Stahls in einem ersten Bereich, der die kreis- runde Ausnehmung unmittelbar umgibt (404).

16. Verfahren (404) nach Anspruch 15, wobei das Herstellen einer ersten kreisrunden Ausnehmung und das Härten einer zweiten, von der ersten ver- schiedenen kreisrunden Ausnehmung gleichzeitig durchgeführt wird.

Description:
BAUELEMENT FÜR EINE MECHANISCHE VORRICHTUNG, FERTIGUNSVORRICHTUNG DAFÜR UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BAUELEMENTS

Diese Offenbarung befasst sich mit einem Bauelement für eine mechanische Vorrichtung, einer Fertigungsvorrichtung zur Fertigung dieses Bauelementes sowie einem Verfahren zur Herstellung dieses Bauelements.

Große Bauteile von Maschinen werden häufig über Schraubverbindungen mit- einander verbunden. Hierfür sind Löcher, im Folgenden auch als Ausnehmun- gen bezeichnet, in den Bauteilen erforderlich. Ist das Basismaterial Stahl und ist die Maschine Umwelteinflüssen wie Regen und Temperaturschwankungen oder dynamischen Belastungen ausgesetzt, kann sich Korrosion in den Lö- chern bilden und der Ausgangspunkt für schnell wachsende Risse im Material sein. Die Folgen einer Ausdehnung der Risse sind fast immer katastrophal, da die Integrität der Maschine nicht mehr gewährleistet ist.

Um den Verlust der Integrität der Maschine zu verhindern, müssen Maschinen kontinuierlich, meist manuell, auf Korrosionen und schnell wachsende Risse überwacht werden. Alternativ ist es zwar möglich die Löcher von innen gegen Korrosionen zu beschichten. Gerade bei großen Konstruktionen ergeben sich aber aus den Toleranzen der einzelnen Bauteile Situationen, in denen eine verwendete Schraube die Wand der Löcher berührt und die Beschichtung schädigen kann. Damit muss auch bei dieser Lösung eine zusätzliche Überwa- chung der Maschine durchgeführt werden. Solch eine Überwachung ist jedoch immer mit großem Aufwand verbunden und bedeutet meist eine Stilllegung der Maschine für eine gewisse Zeit. Sowohl die Überwachung selbst als auch die Stilllegung der Maschine führen dabei zu hohen Kosten.

Das Ziel dieser Offenbarung ist es daher eine verbesserte Lösung für den Schutz der Löcher gegen Korrosion aufzuzeigen.

Dieses Ziel wird erreicht durch das Bauelement für eine mechanische Vorrich- tung gemäß Anspruch 1, die Fertigungsvorrichtung zur Herstellung dieses Bau- elements gemäß Anspruch 8 und dem Verfahren zur Herstellung dieses Bau- elements gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausführungsformen werden jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Im Folgenden wird das Bauelement für eine mechanische Vorrichtung gemäß dieser Offenbarung ausführlich beschrieben.

Das Bauelement für eine mechanische Vorrichtung besteht zumindest teil- weise aus Stahl und weist eine oder mehrere kreisrunde Ausnehmungen, ins- besondere zur Aufnahme einer Schraube, auf. Weiterhin ist für eine jeweilige kreisrunde Ausnehmung, der Stahl in einem die jeweilige kreisrunde Ausneh- mung unmittelbar umgebenden ersten Bereich gehärtet und der Stahl in ei- nem den ersten Bereich unmittelbar umgebenden zweiten Bereich ungehär- tet. Das Bauelement basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass um Ausneh- mungen gehärteter Stahl geeignet ist für die Herstellung von widerstandsfähi- gen Schraubverbindungen. Zwar ist eine Härtung bereits aus der Herstellung großer Wälzlager bekannt. Diese Härtung geschieht im Bereich der Laufbah- nen, welche durch die Kontakte mit den Wälzkörpern ständiger dynamischer Belastung ausgesetzt sind. Hierbei wird ein weicheres Grundmaterial (Ring- stahl) von der Oberfläche ausgehend einige mm gehärtet. Die Anwendung dieses Verfahrens auf Ausnehmungen für Schraubverbindungen lag jedoch bisher nicht nahe, denn es ist bekannt, dass im Falle einer fortdauernden, dy- namischen Belastung dieser Laufbahnen im gehärteten Bereich unter der Oberfläche Schäden (Wälzkontaktermüdung) entstehen. Bei den Schäden handelt es sich um Risse, welche sich an Fehlstellen im Materialgefüge bilden und in der Folge durch das Material wandern. Bisher ist man davon ausgegan- gen, dass eine analoge Härtung von Bohrlöchern nicht sinnvoll ist, weil diese Schäden sich bis ins Grundmaterial erstrecken würden und damit auch hier eine Korrosion und schnell wachsende Risse zu befürchten sind. Bei Untersu- chungen dieser Schäden hat sich nun jedoch herausgestellt, dass die Schäden zwar im gehärteten Bereich des Materials fortschreiten, aber nicht in den un- gehärteten Bereich übergehen. D.h. durch die Härtung bleiben die Risse auf einen Bereich nahe der Oberfläche des Bohrlochs beschränkt, was zu einem verbesserten Schutz der Bohrlöcher gegen Korrosion und gegen schnell wach- sende Risse führt.

Im Folgenden werden nun bevorzugte Ausführungsformen des Bauelementes beschrieben.

Zunächst soll an dieser Stelle auf den Begriff Stahl eingegangen werden. Hier- unter wird im Rahmen dieser Offenbarung ein Werkstoff verstanden, dessen Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elements, dessen Koh- lenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner als 2 % ist und der andere Elemente enthält (siehe auch Definition von Stahl in der EN 10020).

Wie bereits oben mit Bezug auf die Wälzlager beschrieben wurde, eignet sich auch für die Härtung des Stahls um die Ausnehmungen herum insbesondere induktives Härten. Weiterhin handelt es sich bei den kreisrunde Ausnehmung meist um Bohrlöcher. Die Ausnehmungen können aber auch durch Schleifen, Erodieren oder Schneiden (bspw. mit Laser) hergestellte werden.

Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der kreisrunden Ausneh- mung um ein Sackloch. Bei anderen Ausführungsformen umfasst das Bauele- ment alternativ oder zusätzlich mindestens ein Durchgangsloch. Bei einigen dieser oder anderer Ausführungsformen weist die kreisrunde Ausnehmung al- ternativ oder zusätzlich ein Gewinde auf. Einige Ausführungsformen des Bau- elementes bestehen alternativ oder zusätzlich vollständig aus Stahl.

In einer Ausführungsform des Bauelements ist eine Oberflächenhärte des ge- härteten Stahls im ersten Bereich zusätzlich oder alternativ größer als 600 HRV und/oder eine Oberflächenhärte des ungehärteten Stahl im zweiten Be- reich zusätzlich oder alternativ kleiner als 350 HRV. Die Einheit HRV bezieht sich hier auf die Skala V des Rockwell Härtetests für Oberflächen.

In einer anderen Ausführungsform besteht der gehärtete Stahl im ersten Be- reich alternativ oder zusätzlich aus einem Materialgefüge, das einen Marten- sit-Gehalt aufweist, der größer als 50% ist. Alternativ oder zusätzlich besteht in einigen anderen Ausführungsformen der ungehärtete Stahl im zweiten Be- reich aus einem Materialgefüge, das ein Mischgefüge ist. In einer Variante die- ser Ausführungsform ist das Mischgefüge bainitisch und/oder martensitisch- bainitisch.

In einigen Ausführungsformen weist der gehärtete Stahl im ersten Bereich al- ternativ oder zusätzlich eine Dicke von 0,5 bis 5 mm auf. Dies entspricht einer Dicke, die sich mittels induktivem Härten herstellen lässt.

In einer anderen Ausführungsform ist das Bauelement alternativ oder zusätz- lich ein Ringelement für ein Wälzlager. Dabei kann das Bauelement sowohl der Außen- wie auch der Innenring eines Wälzlagers sein. Gerade bei Wälzla- gern ist ein Korrosionsschutz der Ausnehmungen aufgrund der intensiven Be- anspruchung vorteilhaft. Alternativ oder zusätzlich weist in einigen Varianten dieser Ausführungsform das Bauelement ein Führungselement zur Führung eines Wälzkörpers auf ei- ner Innenseite des Ringelementes und/oder auf einer Außenseite des Ringele- mentes auf. Als Außenseite wird dabei eine von der Symmetrieachse des Rin- ges abgewandte Seite des Bauelementes verstanden. Analog wird unter dem Begriff Innenseite eine der Symmetrieachse zugewandte Seite des Bauele- mentes verstanden.

In einer weiteren Variante der oben beschriebenen Ausführungsform des Bau- elementes sind alternativ oder zusätzlich die eine oder mehreren kreisrunden Ausnehmungen so im Ringelement angeordnet, dass eine Längsachse der kreisrunden Ausnehmung parallel zur Symmetrieachse des Ringelementes verläuft. Die Symmetrieachse ist hier in der Regel die Rotationssymmetrie- achse, die durch ein zentrales Loch des Ringelementes verläuft.

Sofern es sich bei dem Bauelement um ein Führungselement zur Führung ei- nes Wälzkörpers handelt, ist es besonders vorteilhaft dieses in einer Wind- energieanlage zu verwenden. Eine solche Windenergieanlage umfasst ein Wälzlager mit einem Führungselement zur Führung eines Wälzkörpers gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Insbesondere ist das Wälz- lager ein Großwälzlager, ein Rotorlager, ein Getriebelager, ein Generatorlager

Im Folgenden wird nun eine Fertigungsvorrichtung zur Fertigung des beschrie- benen Bauelementes vorgestellt. Diese Fertigungsvorrichtung umfasst ein Be- arbeitungswerkzeug, insbesondere ein erstes Bearbeitungswerkzeug, zum in- duktiven Härten des Stahls im ersten Bereich um eine kreisrunde Ausneh- mung. Dazu weist das erste Bearbeitungswerkzeug die folgenden Komponen- ten auf. eine Sonde mit einem Sondenkopf und einer am Sondenkopf angeord- neten Spule, wobei die Sonde ausgebildet ist, in die kreisrunde Aus- nehmung eingeführt zu werden, und eine Verfahreinheit, die ausgebildet ist, den Sondenkopf entlang einer Längsachse der Sonde zu verfahren.

Die Fertigungsvorrichtung hat die gleichen Vorteile, wie das zu fertigende Bau- element. In einigen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung zudem eine Stromversorgungseinheit, die elektrisch mit der Spule verbunden ist und aus- gebildet ist, einen Wechselstrom bereitzustellen.

In anderen Ausführungsformen umfasst die Fertigungsvorrichtung zusätzlich oder alternativ eine Spulenanordnung mit einer Vielzahl von Spulen, wobei die Vielzahl von Spulen symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch, um eine Längsachse der Sonde angeordnet sind. Bei der Symmetrie kann es sich aber auch um eine Drehsymmetrie im weiteren Sinne handeln, wobei mittels einer Drehung um einen festen Drehwinkel zwischen 0° und 360° die Spulen wieder in eine mit der Ausgangsposition deckungsgleiche Lage versetzt wer- den. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine gleichmäßige Härtung des Stahls in einer Ausnehmung zu erreichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich ein zweites Bearbeitungswerkzeug, das ausgebildet ist, einen weiteren Ferti- gungsschritt zur Fertigung des Bauelementes durchzuführen.

Alternativ kann eine Vorrichtung mit zwei Bearbeitungswerkzeugen verein- facht auch wie folgt beschrieben werden: Fertigungsvorrichtung zur Fertigung eines Bauelementes, umfassend ein erstes Bearbeitungswerkzeug und ein zweites Bearbeitungswerkzeug, wobei das erste Bearbeitungswerkzeug ausge- bildet ist, mittels induktiver Härtung im ersten Bereich um ein Bohrloch den Stahl zu härten, und das zweite Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist, einen weiteren Fertigungsschritt zur Fertigung des Bauelementes durchzuführen. Diese Vorrichtung ist unabhängig von der genauen Ausgestaltung des Bearbei- tungswerkzeuges zum induktiven Härten.

In einer Variante der oben beschriebenen Ausführungsform sind das erste Be- arbeitungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug ausgebildet, das Härten des Stahls und den weiteren Fertigungsschritt gleichzeitig auszufüh- ren.

In einer anderen Variante weist die Vorrichtung alternativ oder zusätzlich ei- nen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf für das erste Bearbeitungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug auf. In einer noch anderen Variante umfasst die Fertigungsvorrichtung alternativ oder zusätzlich ein gemeinsames Verfahrelement mit dem das erste Bearbei- tungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug mechanisch verbunden sind und das ausgebildet ist, das erste Bearbeitungswerkzeug und das zweite Bearbeitungswerkzeug gemeinsam zu verfahren.

In einer weiteren Variante umfasst das zweite Bearbeitungswerkzeug einen Bohrer, der ausgebildet ist eine kreisrunde Ausnehmung herzustellen. Alter- nativ oder zusätzlich umfasst das zweite Bearbeitungswerkzeug ein Härtungs- werkzeug, das ausgebildet ist, mittels Induktion Stahl eines Führungselemen- tes zur Führung eines Wälzkörpers zu härten.

In einer noch anderen Ausführungsform umfasst das erste Bearbeitungswerk- zeug alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere Kühlflüssigkeitsauslässe, die so an der Sonde angeordnet sind, dass sich ein Kühlflüssigkeitsfilm oberhalb und/oder unterhalb der Spule bildet, so dass eine durch ein induktives Härten verursachte Schallemission reduziert wird.

Im Folgenden wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebe- nen Bauelementes beschrieben. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:

Herstellen einer kreisrunden Ausnehmung in einem Bauelement aus ungehärtetem Stahl für eine mechanische Vorrichtung, und Induktives Härten des Stahls in einem ersten Bereich, der die kreis- runde Ausnehmung unmittelbar umgibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird das Herstellen einer ersten kreisrunden Ausnehmung und das Härten einer zweiten, von der ersten verschiedenen kreisrunden Ausnehmung gleichzeitig durchgeführt. Diese Verfahrensführung ist besonders zeiteffizient.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das induktive Härten des Stahls alternativ oder zusätzlich die folgenden Schritte:

Bereitstellen eines Wechselstroms durch eine Spule in einem Son- denkopf einer Sonde, Positionierung des Sondenkopfes an einem ersten Ende eines Bohr- lochs, und

Verfahren des Sondenkopfes entlang einer Längsachse des Bohrlochs von vom ersten Ende des Bohrlochs zu einem zweiten, vom ersten Ende verschiedenen Ende des Bohrlochs.

In einer Version dieser Ausführungsform erfolgt das Verfahren des Son- denkopfes entsprechend einer gegebenen Geschwindigkeit. In einer anderen Version erfolgt das Bereitstellen eines Wechselstroms mit einer gegebenen Wechselstromstärke.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand beigefügter Figuren be- schrieben. Dazu wird zunächst eine Übersicht über die Figuren gegeben. Im Anschluss wird im Detail auf das in den Figuren Gezeigte eingegangen.

Fig. la zeigt ein Bauelement gemäß der Idee dieser Offenbarung mit vier Ausnehmungen;

Fig. lb zeigt einen Querschnitt des in Fig. la gezeigten Bauelementes;

Fig. 2a zeigt eine Fertigungsvorrichtung zur Fertigung des in Fig. la ge- zeigten Bauelementes;

Fig. 2b zeigt eine Spulenanordnung der in Fig. 2a gezeigten Fertigungsvor- richtung;

Fig. 3 zeigt eine zweite Fertigungsvorrichtung zur Herstellung des in Fig. la gezeigten Bauelementes; und

Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes gemäß der Idee dieser Offenbarung.

Im Folgenden wird das in den Figuren Gezeigte im Detail beschrieben. Dabei wird zunächst auf das in Fig. la und Fig. lb gezeigte Bauelement eingegangen. Fig. la zeigt ein Bauelement 100 gemäß der Idee dieser Offenbarung mit vier Ausnehmungen 102-105. Fig. lb zeigt einen Querschnitt des in Fig. la gezeig- ten Bauelementes 100. Der in Fig. lb gezeigte Querschnitt entspricht dem Querschnitt entlang der in Fig. la eingezeichneten Ebene E.

Bei dem Bauelement 100 handelt es sich um ein Bauelement für eine mecha- nische Vorrichtung, speziell in diesem Beispiel um einen Innenring eines Wälz- lagers für eine Windenergieanlage. Das Bauelement 100 besteht in dieser bei- spielshaften Ausführungsform vollständig aus Stahl. In anderen Ausführungs- formen können aber auch noch andere Materialien vom Bauelement umfasst werden.

Das Bauelement umfasst zwei Führungselemente 120 und 121 zur Führung ei- nes Wälzkörpers auf einer Innenseite S des Bauelementes. Die Führungsele- mente 120 und 121 verfügen über eine gehärtete Oberfläche, wie in Fig. lb angedeutet ist. Diese soll im Folgenden jedoch nicht weiter besprechen wer- den. Vielmehr soll es um die ebenfalls sichtbaren kreisrunden Ausnehmungen 102-105 gehen.

Das Bauelement 100 umfasst vier kreisrunde Ausnehmungen 102-105, hier Bohrlöcher, zur Aufnahme einer Schraube. Bei den kreisrunden Ausnehmun- gen 102-105 handelt es sich um Durchgangslöcher, durch die Schrauben ge- führt werden können. Bei dem in Fig. la und Fig. lb gezeigten Beispiel haben die Ausnehmungen kein Gewinde. In anderen Ausführungsformen können die Ausnehmungen jedoch auch ein Gewinde umfassen. Die kreisrunden Ausneh- mungen sind so im Bauelement 100 angeordnet, dass eine Längsachse L jeder der kreisrunden Ausnehmungen parallel zur Symmetrieachse A des Bauele- mentes verläuft.

Weiterhin ist der Stahl um eine jeweilige kreisrunde Ausnehmung 102-105 in einem die jeweilige kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgebenden ersten Bereich 106-109 gehärtet und in einem den ersten Bereich 106-109 unmittel- bar umgebenden zweiten Bereich 110 ungehärtet. Die Härtung des Stahls zur Herstellung des Bauelements im ersten Bereich erfolgte dabei durch indukti- ves Härten. Dadurch wird erreicht, dass im ersten Bereich in diesem Beispiel der gehärtete Stahl eine Oberflächenhärte von mehr als 600 HRV besitzt, wo- hingegen die Oberflächenharte im zweiten Bereich weniger als 350 HRV be- trägt. Durch das induktive Härten handelt es sich im ersten Bereich um ein Materialgefüge, das einen Martensit-Gehalt aufweist, der größer als 50% ist. Demgegenüber handelt es sich beim ungehärteten Stahl im zweiten Bereich um ein Mischgefüge. Weiterhin weist der erste Bereich um die Ausnehmun- gen eine Dicke D von 5 mm auf, wobei die Dicke hier radial von einer Längs- achse L der jeweiligen Ausnehmung gemessen wird.

Im Folgenden werden nun Fertigungsvorrichtungen zur Herstellung des Bau- elementes 100 anhand der Fig. 2a und 2b sowie der Fig. 3 beschrieben.

Fig. 2a zeigt eine Fertigungsvorrichtung 200 zur Fertigung des in Fig. la gezeig- ten Bauelementes 100.

Die Vorrichtung 200 umfasst dabei ein Bearbeitungswerkzeug zum induktiven Härten des Stahls im ersten Bereich um eine kreisrunde Ausnehmung. Das Be- arbeitungswerkzeug weist dazu eine Sonde 202 mit einem Sondenkopf 204 und einer am Sondenkopf 204 angeordnete Vielzahl von Spule auf. Die Sonde ist in diesem Fall länglich und rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch, ausgebildet, um in eine kreisrunde Ausnehmung eingeführt werden zu kön- nen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 200 eine Verfahreinheit 206, die aus- gebildet ist, den Sondenkopf 204 entlang einer Längsachse B der Sonde zu verfahren. Die Verfahrrichtung ist auch mit einem Doppelpfeil 208 angedeu- tet. Zudem umfasst die Vorrichtung 200 eine Kühlflüssigkeitsauslassanord- nung, die einen ersten Kühlflüssigkeitsauslass 210A und einen zweiten Kühl- flüssigkeitsauslass 210B umfasst. Beide Kühlflüssigkeitsauslässe sind dabei so an der Sonde 202 angeordnet, dass sich ein Kühlflüssigkeitsfilm oberhalb und unterhalb des Sondenkopfes 204 mit der Spule bildet, dass eine durch ein in- duktives Härten verursachte Schallemission reduziert wird.

Im Folgenden soll nun auf die Anordnung der Vielzahl von Spulen mit Bezug auf Fig. 2b eingegangen werden.

Fig. 2b zeigt eine Spulenanordnung 240 der in Fig. 2a gezeigten Vorrichtung. Fig. 2b zeigt dabei einen Querschnitt durch den Spulenkopf 204. Die Spulenanordnung 240 umfasst dabei acht Spulen 241-248. Diese Spulen sind symmetrisch um die Längsachse B der Sonde 202 angeordnet. Dies ist be- sonders vorteilhaft, um eine gleichmäßige Härtung des Stahls um eine kreis- runde Ausnehmung zu erreichen.

Mittels der Vorrichtung 200 kann der Stahl um eine Ausnehmung gehärtet werden. In vielen Fällen ist es jedoch ökonomisch sinnvoller, die induktive Härtung des Stahls gleichzeitig mit einem anderen Fertigungsschritt durchzu- führen. Eine Vorrichtung die hierfür ausgebildet ist, wird im Folgenden mit Be- zug auf Fig. 3 beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine zweite Fertigungsvorrichtung 300 zur Herstellung des in Fig. la gezeigten Bauelementes 100.

Die Vorrichtung 300 umfasst schematisch dargestellt das Bearbeitungswerk- zeug aus Fig. 2a als erstes Bearbeitungswerkzeug 200. Zudem umfasst die Vor- richtung 300 ein zweites Bearbeitungswerkzeug 304, das ausgebildet ist, einen weiteren Fertigungsschritt zur Fertigung des Bauelementes durchzuführen. Bei dem zweiten Bearbeitungswerkzeug 304 handelt es sich bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel um einen Stahlbohrer, der ausgebildet ist, eine kreisrunde Ausnehmung herzustellen. In anderen Ausführungsformen kann das zweite Bearbeitungswerkzeug aber auch beispielsweise ausgebildet sein, mittels In- duktion Stahl eines Führungselementes zur Führung eines Wälzkörpers zu här- ten. Insbesondere sind die in Fig. 3 gezeigten Bearbeitungswerkzeuge jedoch ausgebildet, das Härten des Stahls und das Bohren des Stahls gleichzeitig aus- zuführen.

Die Fertigungsvorrichtung 300 umfasst weiterhin ein gemeinsames Ver- fahrelement 310 mit dem das erste Bearbeitungswerkzeug 200 und das zweite Bearbeitungswerkzeug 304 mechanisch verbunden sind und das ausge- bildet ist, das erste Bearbeitungswerkzeug 200 und das zweite Bearbeitungs- werkzeug 304 gemeinsam zu verfahren. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ist das Verfahrelement 310 ausgebildet, die beiden Bearbeitungswerkzeuge in ei- nem Kreis zu verfahren, wie mit dem Doppelpfeil 312 angedeutet ist. So kön- nen beide Bearbeitungswerkzeuge beispielsweise um ein Ringelement herum- gefahren werden. Zudem sind beide Bearbeitungswerkzeuge auch ausgebil- det, um ihre jeweilige Längsachse verfahren zu werden. Dies ist durch die Pfeile 306 und 308 angedeutet.

Zusätzlich zu einem gemeinsamen Verfahrelement 310 weist die Vorrichtung 300 auch einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf 320 auf. Dieser Kühlmittel- kreislauf 320 umfasst ein Auffangbehältnis 322 für Kühlflüssigkeit und eine Kühlflüssigkeitspumpe 326 sowie eine erste Verbindungsleitung 324 vom Auf- fangbehältnis 322 zur Kühlflüssigkeitspumpe 326. Weiterhin umfasst der Kühl- mittelkreislauf eine zweite Verbindungsleitung 328 und eine dritte Verbin- dungsleitung 330, durch die das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 326 zum ersten Bearbeitungswerkzeug 200 bzw. zum zweiten Bearbeitungswerkzeug 304 gepumpt wird.

Abschließend soll noch in Bezug auf Fig. 4 ein Verfahren zur Herstellung des in Fig. la und Fig. lb gezeigten Bauelementes 100 besprochen werden.

Fig. 4 zeigt ein Verfahren 400 zur Herstellung eines Bauelementes 100 gemäß der Idee dieser Offenbarung.

Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt 402 wird eine kreisrunde Ausnehmung in einem Bauelement aus ungehärtetem Stahl für eine mechanische Vorrichtung hergestellt. In einem zweiten Schritt 404 wird der Stahl in einem ersten Bereich, der die kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgibt, induktiv gehärtet. In einer besonders bevorzugten Ver- fahrensweise wird das Herstellen 402 einer ersten kreisrunden Ausnehmung und das Härten 404 einer zweiten, von der ersten verschiedenen kreisrunden Ausnehmung gleichzeitig durchgeführt wird.

Zusammenfassend beschreibt die Offenbarung ein Bauelement (100) für eine mechanische Vorrichtung, wobei das Bauelement (100) zumindest teilweise aus Stahl besteht, und eine oder mehrere kreisrunde Ausnehmungen (102- 105) zur Aufnahme einer Schraube aufweist. Zudem ist der Stahl für eine je- weilige kreisrunde Ausnehmung (102-105) in einem die jeweilige kreisrunde Ausnehmung unmittelbar umgebenden ersten Bereich (106-109) gehärtet und in einem den ersten Bereich unmittelbar umgebenden zweiten Bereich (110) ungehärtet.