Bei der Erwärmung von Werkstücken mit in Achsrichtung unterschiedlichem Durchmesserverlauf besteht bei induktiver Erwärmung die Anforderung, die Leiteräste des Induktors derart an dem Werkstück zu positionieren, daß einerseits das elektro-magnetische Feld in ausreichender Weise in das Werkstück induziert wird und andererseits eine Überhitzung an bestimmten exponierten Kanten vermieden wird. Derartige Kanten sind beispielsweise im Bereich des Übergangs zwischen den einzelnen, unterschiedliche Durchmesser besitzenden Absätzen des Werkstücks vorhanden.

Bei aus der Praxis bekannten Vorrichtungen zum Erwärmen von Werkstücken der in Rede stehenden Art werden Induktoren eingesetzt, deren Induktoräste wendelförmig um das sich während der Erwärmung drehende Werkstück geführt sind. Die Wirksamkeit des von den Induktorästen erzeugten Feldes wird dabei durch eine geeignete Beblechung eingestellt. Auf diese Weise steht ein Induktor zur Verfügung, der den jeweils zu erwärmenden Abschnitt des Werkstücks vollständig umgibt und dessen Leistung an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt ist.

Praktische Erfahrungen mit bekannten Vorrichtungen der voranstehend erläuterten Art zeigen, daß die Erwärmung trotz der individuellen Anpassung der Form des Induktors an die äußere Form des zu erwärmenden Bauelements nur zu unbefriedigenden Ergebnissen führt. So ist festgestellt worden, daß es selbst bei Verwendung von Induktoren, bei denen die Wendel der Induktoräste in enger Nähe angeordnet sind, zu einer inhomogenen Verteilung der Wärme in dem Werkstück kommt. Dies gilt insbesondere dann, wenn mittels einer solchen Vorrichtung ein aus Vollmaterial bestehendes, gehärtetes Werkstück im Bereich seines zapfenartigen Vorsprungs durch eine Wiedererwärmung angelassen werden soll.

Bei solchen Werkstücken handelt es sich beispielsweise um mit einer Längsverzahnung im Bereich eines Zapfens versehene Bauelemente aus dem Getriebe oder dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Nachdem zuvor eine Härtung des gesamten Werkstücks durchgeführt worden ist, werden derartige Bauelemente oder die daran angrenzenden Abschnitte angelassen, um die erforderliche Zähigkeit des Materials in den betreffenden Abschnitten wiederherzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der voranstehend erläuterten Art zu schaffen, die es ermöglicht, Werkstücke der voranstehend erläuterten Art mit einem verbesserten Arbeitsergebnis zu erwärmen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von Abschnitten metallischer Werkstücke, insbesondere zum Anlassen von zuvor gehärteten Bauteilen, gelöst, die mit einem Induktor, der mindestens ein ausgehend von einer Energieversorgung sich in Längsrichtung über die Länge des zu erwärmenden Abschnitts des Werkstücks erstreckendes und eng an diesem geführtes Leiterstück, welches das Werkstück höchstens um einen Teil seines Umfangs umgreift, und ein zweites in Längsrichtung des Werkstücks zurück zur Energieversorgung geführtes Leiterstück besitzt, und mit einer Antriebseinrichtung ausgestattet ist, die während der Erwärmung eine um die Längsachse des Werkstücks rotierende Relativbewegung zwischen Werkstück und Induktor bewirkt.

In einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird zum Induzieren des elektro-magnetischen Feldes ein Induktor eingesetzt, dessen Form durch zwei sich im wesentlichen längs des zu erwärmenden Werkstücks erstreckende Leiterstücke bestimmt wird. Anders als beim Stand der Technik sind diese Leiterstücke nicht mehrfach um den Umfang des Werkstücks gewickelt, sondern allenfalls um einen Teilabschnitt des Gesamtumfangs geführt.

Die sich im wesentlichen linear in Achsrichtung des Werkstücks erstreckenden Induktoräste induzieren ein in Längsrichtung des Werkstücks gleichmäßig ausgebildetes Feld, welches aufgrund seiner eingeschränkten Breite jeweils nur einen Teilbereich der Umfangsfläche des Werkstücks überdeckt. Durch die um die Längsachse des Werkstücks rotierende Relativbewegung ist jedoch sichergestellt, daß der gesamte Umfang des Werkstücks gleichmäßig von den induzierten Feldern überstrichen wird.

Im Ergebnis führt die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu einer homogenen Erwärmung des Werkstücks. Das erwärmte Werkstück weist keine Totzonen auf, welche von der Wärme nicht erreicht werden. Dies gelingt der Erfindung mit einem Induktor, der, gemessen an den in bekannten Vorrichtungen eingesetzten Induktoren, einfach geformt und auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Weist das zu erwärmende Werkstück mehrere in Achsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte auf, so ist es zweckmäßig, wenn der Induktor entsprechend der Aufeinanderfolge von zu erwärmenden Abschnitten des Werkstücks stufenförmig unterteilt ist und jedem der Abschnitte ein sich in Längsrichtung erstreckender, über die Länge des jeweiligen Abschnitts erstreckender und eng an dem betreffenden Abschnitt geführtes Leiterstück zugeordnet ist. Auf diese Weise ist die Form des Induktors optimal an die Form des zu erwärmenden Werkstücks angepaßt. Indem an geeigneter Stelle der jeweiligen Leiterstücke entsprechend ausgelegte Beblechungen vorgesehen werden, können die elektro-magnetischen Felder in die erforderlichen Bereiche so induziert werden, daß eine der jeweiligen Bearbeitungsaufgabe ebenso optimal angepaßte Erwärmung durchgeführt wird.

In Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Werkstücks kann es ebenso zweckmäßig sein, wenn in Längsrichtung verlaufende Leiterstücke des Induktors untereinander durch jeweils ein in Umfangsrichtung laufendes Leiterstück verbunden sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn zwischen den einzelnen Abschnitten des Werkstücks ausgeprägte Absätze vorhanden sind, die einer besonderen Behandlung bedürfen. Derartige Abschnitte können von den von den radial um den Umfang geführten Leiterstücken induzierten Feldern direkt mit großer Genauigkeit erwärmt werden.

Die gleichmäßige Erzeugung der Erwärmung kann zudem dadurch vervollkommnet werden, daß die Leiterstücke des Induktors bezogen auf die Drehachse des Werkstücks symmetrisch angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung sind die einzelnen Stücke des Induktors gleichwertig . ausgebildet und ebenso gleichwertig im Raum angeordnet, so daß auch die Felder mit großer Gleichmäßigkeit in das Werkstück induziert werden. Aus demselben Grund ist es zweckmäßig, wenn die in Umfangsrichtung geführten gemeinsam den jeweiligen Absatz mindestens zur Hälfte umgreifen.

In Abhängigkeit von der Größe des jeweils zu erwärmenden Abschnitts, der Wandstärke des Bauteils in diesem Bereich und Formgebung kann es erforderlich sein, mindestens eines der sich in Längsrichtung erstreckenden Leiterstücke gleichzeitig in Längs-und Umfangsrichtung des Werkstücks zu führen. Auf diese Weise lassen sich größere Leistungen über eine größere Fläche verteilt in den betreffenden Abschnitt des Werkstücks induzieren.

Wesentlich ist dabei jedoch, daß das Leiterstück jeweils nur einen Teil des Umfangs des Werkstücks umgreift, jedoch nie vollständig um dessen Umfang geführt ist.

Eine erste Möglichkeit, das jeweilige Leiterstück nicht nur ausschließlich achsparallel zur Längsachse des Werkstücks zu führen, sondern zusätzlich auch in Umfangsrichtung, besteht darin, daß bei dem Leiterstück ausgehend von einem in Längsrichtung gerichteten Teilstück eine Schleife ausgebildet ist, die entlang des Umfangs des Werkstücks geführt ist. Alternativ oder ergänzend kann das Leiterstück auch in einem Winkel von der Längsrichtung des Werkstücks abweichend entlang des Umfangs des Werkstücks geführt sein, um sowohl eine Längs-als auch eine Umfangserstreckung des betreffenden Leiterstücks zu erreichen. Dabei kann das Leiterstück in mindestens zwei Teilstücke geteilt sein, die spitzwinklig aufeinander zulaufen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es ebenfalls, über einen kleinen Abschnitt des Werkstückumfangs eine große Länge des betreffenden Leiterstücks zu verteilen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Energieeinspeisung den Induktor mit elektrischer Energie pulsierend in der Weise beaufschlagt, daß auf jedes Erwärmungsintervall ein Pausenintervall folgt. Bei dieser Funktionsweise der Energieeinspeisung ist nach der Zuführung von Wärme jeweils ausreichend Zeit vorhanden, daß die erzeugte Wärme sich durch Wärmewanderung im Werkstück verteilt. So kann bei optimaler Energieausbeute eine Überhitzung des Werkstücks vermieden und eine gleichmäßige, schonende Erwärmung des Werkstücks gewährleistet werden. Bei praktischen Versuchen hat sich in diesem Zusammenhang herausgestellt, daß es günstig ist, wenn das Verhältnis der Dauer des Erwärmungsintervalls zur Dauer des Pausenintervalls 3 : 4 beträgt.

Besonders vorteilhaft läßt sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anlassen von zuvor gehärteten Werkstücken verwenden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung : Fig. 1 eine Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken in einer seitlichen, ausschnittsweisen Ansicht ; Fig. 2 einen in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzten Induktor in einer perspektivischen Darstellung ; Fig. 3 einen anderen zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bestimmten Induktor in seitlicher Ansicht ; Fig. 4 einen dritten zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bestimmten Induktor in seitlicher Ansicht.

Das in der Vorrichtung 1 bearbeitete, in Fig. 1 dargestellte rotationssymmetrische Werkstück W weist einen länglichen, zapfenförmigen Vorsprung W1, in welchen eine Verzahnung eingeformt ist, einen sich in Längsrichtung L daran anschließenden ersten Absatz W2, dessen Durchmesser D2 größer ist als der Durchmesser D1 des Vorsprungs W1, und einen topfförmigen Absatz W3 auf, dessen Durchmesser D3 wiederum größer ist als der Durchmesser D2 des Absatzes W2. Das Werkstück W ist, bevor es in die Vorrichtung 1 gesetzt worden ist, einer Härtung unterzogen worden.

Das Werkstück W sitzt auf einem Drehteller 2 der Vorrichtung 1, welcher über einen nicht gezeigten Antrieb um eine Drehachse X rotierend angetrieben ist. Das Werkstück W ist dabei so ausgerichtet, daß die Drehachse X und die Längsachse des Werkstücks W zusammenfallen und der zapfenförmige Vorsprung W1 frei nach oben zeigt.

Zum Erwärmen des Werkstücks W ist ein Induktor 3 vorgesehen, welcher symmetrisch bezogen auf die Drehachse X der Vorrichtung 1 ausgebildet ist.

Der Induktor 3 besitzt ein erstes in Längsrichtung L des Werkstücks W axial sich erstreckendes Leiterstück 31. In seinem unteren Endbereich 31a ist das Leiterstück 31 in Richtung des Vorsprungs W1 gekröpft, so daß er in diesem Bereich enger an dem Vorsprung W1 geführt ist.

An den gekröpften Endbereich 31a ist ein radial umlaufendes Leiterstück 32 angeschlossen, welches dem Fußbereich Wla des Vorsprungs W1 des Werkstücks W zugeordnet ist. Das radial umlaufende Leiterstück 32 umgreift mit geringem Abstand zu dessen Außenseite ein Viertel des Umfangs des Vorsprungs W1. Dabei befindet sich das Leiterstück 32 im auf das Werkstück W aufgesetztem Zustand mit ebenso geringem Abstand über der freien Oberseite des zweiten Absatzes W2 des Werkstücks W.

An das vom ersten axial sich erstreckenden Leiterstück 31 abgewandte Ende des ersten radial umlaufenden Leiterstücks 32 ist ein zweites axial entlang des Werkstücks W sich erstreckendes Leiterstück 33 angeschlossen. Dieses Leiterstück 33 ist in seinem dem Leiterstück 32 zugeordneten Endabschnitt 33a so in Richtung der Drehachse X gebogen ausgebildet, daß sein Endabschnitt 33a auf die Oberseite des Endes des Leiterstücks 32 aufgesetzt ist. Auf diese Weise umgreift das Leiterstück 33 die freie Kante W2a des zweiten Absatzes W2 mit ausreichendem Abstand.

Mit dem unteren Ende des axial verlaufenden Leiterstücks 33 ist ein radial um den zweiten Absatz W2 des Werkstücks W umlaufendes Leiterstück 34 verbunden. Dieses zweite radial umlaufende Leiterstück 34 umgreift den zweiten Absatz W2 um 180 °, wobei auch zwischen dem Leiterstück 34 und der äußeren Seite des Absatzes W2 nur ein geringer Abstand besteht. Gleichzeitig ist die Länge des zweiten axial sich erstreckenden Leiterstücks 33 so bemessen, daß sich das zweite radial verlaufende Leiterstück 34 bei auf das Werkstück W aufgesetztem Induktor 3 mit ebenso geringem Abstand oberhalb der freien Oberseite des dritten Absatzes W3 des Werkstücks W befindet.

An seinem vom axial verlaufenden Leiterstück 33 abgewandten Ende ist gegenüberliegend zu diesem Leiterstück 33 an das zweite radial umlaufende Leiterstück 34 ein weiteres axial verlaufendes Leiterstück 35 angeformt. Das Leiterstück 35 weist dieselbe Form auf wie das Leiterstück 33 und liegt, die freie Kante W2a umgreifend, mit seinem vom radial umlaufenden Leiterstück 34 abgewandten Ende auf einem weiteren radial umlaufenden Leiterstück 36 auf.

Das Leiterstück 36 ist bezogen auf die Längsachse des Werkstücks W punktsymmetrisch zum ersten radial umlaufenden Leiterstück 32 ausgebildet und umgreift wie dieser den Fußbereich Wla des Vorsprungs W um 90 °.

Mit dem vom Leiterstück 35 abgewandten Ende des Leiterstücks 36 ist ein letzter axial sich erstreckender und gegenüberliegend zum ersten Leiterstück 31 angeordnetes Leiterstück 37 verbunden, dessen Form der Form des Leiterstücks 31 entspricht.

An das von den jeweils zugeordneten, radial umlaufenden Leiterstücken 32 bzw. 36 abgewandte Ende der Leiterstücke 31 bzw. 37 ist jeweils eine der im einzelnen nicht gezeigten Versorgungsleitungen angeschlossen, über welche eine ebenfalls nicht gezeigte Energieeinspeisung den Induktor 3 mit elektrischer Energie versorgt.

Durch eine geeignete ebenso nicht dargestellte Beblechung der einzelnen Leiterstücke 31-37 wird die Stärke und Ausrichtung des von diesen jeweils induzierten Feldes eingestellt.

Zum Anlassen des zuvor gehärteten, auf dem Drehteller 2 angeordneten Werkstücks W wird der Induktor 3 aufgesetzt und über die nicht gezeigte Einspeisung mit elektrischer Energie versorgt. Dabei erfolgt die Energiezuführung pulsierend in der Weise, daß auf ein Erwärmungsintervall einer Dauer T1 ein Pausenintervall von der Dauer T2 folgt. Das Verhältnis der Dauer Tl zur Dauer T2 beträgt 3 : 4. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich die während des Erwärmungsintervalls zugeführte Wärme während des Pausenintervalls im Werkstück W verteilt, so daß es zu einer gleichmäßigen Erwärmung ohne die Gefahr einer Überhitzung kommt.

Durch die jeweils radial um das Werkstück geführten Leiterstücke 32,34 und 36 werden die Übergangsbereiche zwischen dem Vorsprung W1 und dem Absatz W2 bzw. zwischen dem Absatz W2 und dem Absatz W3 des Werkstücks W in die Erwärmung einbezogen, so daß nicht nur der Vorsprung W1, sondern auch die betreffenden Übergangsbereiche nach der Erwärmungsbehandlung in der Vorrichtung 1 angelassen sind.

Soll auch der topfförmige Absatz W3 des Werkstücks W angelassen werden, so kann dazu der in Fig. 3 dargestellte Induktor 50 eingesetzt werden. Dieser Induktor 50 weist ein erstes an die einen ersten Pol 51 einer weiter nicht dargestellten Energieversorgung angeschlossenes, in Längsrichtung L verlaufendes und achsparallel zur Drehachse X geführtes Leiterstück 52 zum Erwärmen des zapfenförmigen Vorsprungs W1 auf. Daran schließt sich ein radial um etwa ein Viertel des Umfangs des zapfenförmigen Vorsprungs W1 geführtes Leiterstück 53 an.

Über einen abgekröpften, auf das Leiterstück 53 aufgelegten Endabschnitt ist ein axial sich in Längsrichtung erstreckendes Leiterstück 54 mit dem Leiterstück 53 verbunden. Das Leiterstück 54 erstreckt sich in Längsrichtung L entlang der Kontur des topfförmigen Absatzes W3, wobei es in einer Ebene mit der Drehachse X angeordnet ist. An das Leiterstück 54 ist ein radial im Bereich des unteren Randes des Absatzes W3 ein Leiterstück 55 angeschlossen, welches den Umfang des Absatzes W3 um ca. 180 ° umgreift.

In einem spitzen Winkel ausgehend von dem ihm zugeordneten Ende des Leiterstücks 55 läuft ein sich in Längsrichtung L erstreckendes und gleichzeitig um einen Teilabschnitt von ca. 150 ° des Umfangs des Absatzes W3 geführtes Leiterstück 56 in Richtung der oberen Kante des Absatzes W3. Dort geht das Leiterstück 56 in ein radial um ca. 180 ° um den Absatz W2 des Werkstücks W geführtes Leiterstück 57 über.

Über ein achsparallel zur Drehachse X in Längsrichtung L geführtes Leiterstück 58 ist das Leiterstück 57 mit einem weiteren den zapfenförmigen Vorsprung W1 in seinem Fußbereich um ca. 90 ° umgreifendes Leiterstück 59 verbunden. Dieses Leiterstück 59 ist schließlich über ein in Fig. 3 durch das Werkstück W verdecktes, achsparallel zur Drehachse X und angeordnetes und in Längsrichtung L geführtes Leiterstück mit dem zweiten Pol der Energieversorgung verbunden.

Durch geeignete Beblechung des Induktors 50 wird an den erforderlichen Stellen Wärme in das Werkstück W induziert. Dabei wird durch das sich gleichzeitig in Längsrichtung L und Umfangsrichtung erstreckende Leiterstück 56 die gleichmäßige und exakt dosierte Induktion eines elektrischen Feldes in die in diesem Bereich verhältnismäßig dünne Wand des Abschnitts W3 ermöglicht.

Der in Fig. 4 dargestellte Induktor 70 ist insbesondere zum Anlassen eines nicht rotationssymmetrischen Bauteils B geeignet. So weist das in Fig. 4 gezeigte Bauteil B einen Zapfen B1 auf, an den sich über einen Absatz B2 ein topfförmiger Abschnitt B3 anschließt. Bei dem Bauteil B kann es sich beispielsweise um eine sogenannte"Tripode" handeln, wie sie im Bereich des Frontantriebs von Pkws eingesetzt wird.

Der Induktor 70 weist ein erstes, sich in Längsrichtung L entlang des Zapfens B1 und des Absatzes B2 erstreckendes Leiterstück 71 auf, das mit seinem einen Ende an den ersten Pol einer nicht dargestellten Energieversorgung angeschlossen ist. An das andere Ende des Leiterstücks 71 ist ein radial um etwa ein Viertel des Fußbereichs des Absatzes B2 geführtes Leiterstück 72 angeschlossen.

An das Leiterstück 72 ist ein sich in Längsrichtung L erstreckendes Leiterstück 73 angeschlossen, welches sich über die Länge Lb3 des topfförmigen Abschnitts B3 erstreckt. Das Leiterstück 73 ist in drei Teilstücke 73a, 73b und 73c geteilt, von denen die Teilstücke 73a und 73c zueinander fluchtend achsparallel zur Drehachse X des Bauteils B geführt sind. Das zwischen den Teilstücken 73a und 73c angeordnete Teilstück 73b ist demgegenüber nach Art einer Schleife ausgebildet und in Umfangsrichtung um ca. 120 ° um den Abschnitt B3 geführt.

An das vom Teilstück 73b abgewandte Ende des Teilstücks 73c ist ein radial den Fußbereich des Absatzes B geführtes Leiterstück 74 angeformt, welches nach ca. 180 ° in ein in Längsrichtung L zurückgeführtes, achsparallel zur Drehachse X angeordnetes Leiterstück 75 übergeht. Ein radial um ca. 90 ° um den Fußbereich des Absatzes B2 greifendes Leiterstück 76 führt von dem Leiterstück 75 zu einem letzten in Längsrichtung L entlang des Zapfens Bl sich erstreckenden Leiterstück 77, welches mit dem zweiten Pol der Energieversorgung verbunden ist.

Über geeignet dimensionierte Beblechungen 78, die im Bereich des schleifenförmigen Teilstücks 73b angeordnet sind, wird die in die Wand des topfförmigen Abschnitts B3 induzierte Leistung eingestellt.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Vorrichtung zum Erwärmen eines Werkstücks W 2 Drehteller 3 Induktor 31-37 Leiterstücke 31a unterer Endbereich des Leiterstücks 31 50 Induktor 51 Pol der Energieversorgung 52-59 Leiterstücke 70 Induktor 71-77 Leiterstücke 73a, 73b, 73c Teilstücke des Leiterstücks 73 78 Beblechungen Bauteil Bu zapfen B2 Absatz B3 topfförmiger Abschnitt D1 Durchmesser des Vorsprungs W1 D2 Durchmesser des Absatzes W2 D3 Durchmesser des Absatzes W3 L Längsrichtung des Werkstücks W Lb3 Länge des topfförmigen Abschnitts B3 Werkstück W1 zapfenförmiger Vorsprung Wla Fußbereich des Vorsprungs W1 W2 Absatz des Werkstücks W W2a Kante des zweiten Absatzes W2 W3 topfförmiger Absatz X Drehachse des Werkstücks W und des Bauteils B