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_Waermebehandlung_von_Stahl_Ran dschicht haerten.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 Windkraftanlagen 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 Felderfassten Flächenabschnitt 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 unmittelbarerreichen 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 sch lupf loses 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 2310 543 B1 bekannt. Dieses Verfahren setzt auf dem in der EP 1 848833 B1 beschriebenen älteren Verfahren auf und sieht vor, dass der _. beim aus der EP 1 848833 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 Zahn ring, ist aus der EP 1 977020 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 angeordhet 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 schlägt zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren vor, 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 somit zum induktiven Randschichthärten einer um ein aus einem härtbaren Stahl bestehendes ringförmiges Bauteil umlaufenden Fläche, die eine Anfangszone, 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, und eine Endzone umfasst, die sich zwischen den von der Anfangszone abgewandten Enden der Zwischenzonen erstreckt.

Dabei werden im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik folgende

Arbeitsschritte absolviert: a) Randschichthärten der Anfangszone, indem die Anfangszone mittels mindestens eines Induktors auf Härtetemperatur gebracht und mittels mindestens einer Brause, die einen Strahl eines Absch reckmed i ums auf die erwärmte Anfangszone richtet, abgeschreckt wird, b) an das Randschichthärten der Anfangszone anschließendes sukzessives Randschichthärten der Zwischenzonen, indem jeweils eine Induktoranordnung, die ausgehend von einem an die Anfangszone angrenzenden Startbereich der jeweiligen Zwischenzone entlang dieser Zwischenzone bis zu der Endzone bewegt wird, wobei jede Induktoranordnung einen vorlaufenden Induktor, der eine Vorerwärmung des jeweils von ihm überstrichenen Bereichs der Zwischenzone bewirkt, einen nachlaufenden Induktor, der gegenüber dem vorlaufenden Induktor in Richtung der Anfangszone angeordnet ist und eine Fertigerwärmung des zuvor von dem vorlaufenden Induktor vorerwärmten Bereichs auf Härtetemperatur bewirkt, sowie eine Brause umfasst, die mit einem Strahl eines Absch reckmed iums den jeweils zuvor durch den nachlaufenden Induktor fertig erwärmten Bereich abschreckt, c) an das Randschichthärten der Zwischenzonen anschließendes Randschichthärten der Endzone, indem mindestens einer der nachlaufenden Induktoren der in die Endzone gelangten Induktoranordnungen die Endzone auf Härtetemperatur erwärmt und die Endzone mittels einer Brause abgeschreckt wird, die nach der Erwärmung einen Strahl eines

Absch reckmed iums gegen die Endzone richtet.

Erfindungsgemäß wird nun, nachdem die Induktoranordnungen im Arbeitsschritt b) sich in einem bestimmten Abstand zu der Anfangszone befinden, der vorlaufende Induktor mindestens einer der Induktoranordnungen zumindest zeitweilig mit einer gegenüber dem nachlaufenden Induktor dieser Induktoranordnung erhöhten Vorschubgeschwindigkeit in Richtung der Endzone bewegt, so dass ein vergrößerter Abstand zwischen dem vorlaufenden Induktor und dem nachlaufenden Induktor entsteht und der vorlaufende Induktor um ein Zeitintervall früher die Endzone erreicht, dessen Dauer gleich der Dauer ist, die der nachlaufende Induktor benötigt, um den zwischen ihm und dem vorlaufenden Induktor zuvor entstandenen Abstand zu überwinden. Der mindestens eine zuerst bei der Endzone angekommene vorlaufende Induktor vorerwärmt dann die Endzone, bis zumindest einer der nachlaufenden Induktoren der Induktoranordnungen in der Endzone angekommen ist und die Endzone auf Härtetemperatur fertig erwärmt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt somit die Vorerwärmung der Endzone der randschichtzuhärtenden Fläche mittels eines der Induktoren, die bereits an der im Umlauf erfolgenden Randschichthärtung der Zwischenzonen der Fläche beteiligt sind. Dazu werden zwei Induktoranordnungen mit jeweils zwei Induktoren und einer Brause verwendet, die nach einer Startphase gemeinsam einen entgegengesetzten Umlauf über die Zwischenzonen beschreiben.

Dabei werden die zu Beginn beispielsweise, jedoch nicht notwendig, eng benachbart angeordneten Induktoren der Induktorenanordnungen zunächst gleich schnell entlang der Zwischenzonen bewegt, bis die Induktorenanordnungen ausgehend von dem an die zuerst gehärtete Anfangszone angrenzenden Startbereich der Zwischenzonen eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt haben und sich dementsprechend in einem bestimmten Abstand zur Endzone befinden.

Ist dieser Punkt erreicht, so beschleunigt mindestens einer der in der jeweiligen Vorschubrichtung gesehenen vorderen, also vorlaufenden Induktoren der Induktorenanordnungen, so dass er von dem ihm zugeordneten nachlaufenden Induktor seiner Induktoranordnung getrennt wird und sich mit erhöhter Geschwindigkeit in Richtung der Endzone bewegt. Auch in dieser Phase bleibt der nun schneller bewegte vorlaufende Induktor nach wie vor in Funktion, erwärmt also auch während seiner schnellen Bewegung die Bereiche der Zwischenzone vor, die von dem von ihm induzierten elektromagnetischen Feld jeweils erfasst werden. In Folge seiner höheren Vorschubgeschwindigkeit gelangt der vorlaufende Induktor schneller zur Endzone der Fläche, so dass er diese bereits vorwärmen kann, solange der nachlaufende Induktor seiner Induktoranordnung noch auf dem Weg zu der Endzone ist. Ist der nachlaufende Induktor dann an der Endzone 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, wird auch der nachlaufende Induktor von der Endzone entfernt und die Endzone mittels der dazu vorgesehenen Brause abgeschreckt.

Grundsätzlich kann es ausreichen, wenn die erfindungsgemäß eingesetzten Brausen zum Abschrecken einen einzigen Strahl des Abschreckmediums auf die jeweils abzuschreckende Zone richten, sofern dieser Strahl ausreichend stark und das ausgebrachte Flüssigkeitsvolumen ausreichend groß ist, um der zu härtende 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.

Während der vorlaufende Induktor der einen Induktoranordnung mit erhöhter Geschwindigkeit bewegt wird, können die Induktoren der zweiten Induktoranordnung unverändert mit ihrer ursprünglichen Vorschubgeschwindigkeit weiterbewegt werden. Auch der vorlaufende Induktor der zweiten Induktoranordnung wird in diesem Fall langsamer als der schneller vorlaufende Induktor der ersten Induktoranordnung bewegt und gelangt dementsprechend später zur Endzone. Um dabei den bereits die Endzone vorwärmenden vorlaufenden Induktor nicht zu stören, kann der vorlaufende Induktor der zweiten Induktoranordnung mit Erreichen des an die Endzone angrenzenden Endbereichs der ihm zugeordneten Zwischenzone von der randschichtzuhärtenden Fläche in eine Warteposition weg bewegt werden, so dass der nachlaufende Induktor der zweiten Induktoranordnung bis in diesen Endbereich bewegt und die Zwischenzone fertig erwärmen kann. Genauso wie die Vorerwärmung durch jeweils nur einen der vorlaufenden Induktoren kann auch die Fertigerwärmung der Endzone durch jeweils nur einen der nachlaufenden Induktoren durchgeführt werden. Bei dieser Variante wird also derjenige nachlaufende Induktor der Induktoranordnungen, der nicht für die Fertigerwärmung der Endzone eingesetzt wird, von der randschichtzuhärtenden Fläche in eine Warteposition wegbewegt, nachdem er bei dem an die Endzone angrenzenden Endbereich der ihm zugeordneten Zwischenzone angelangt ist und diesen auf Härtetemperatur erwärmt hat.

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.

Um eine gemeinsame Vorerwärmung der Endzone durch die beiden vorlaufenden Induktoren der Induktoranordnungen zu ermöglichen, können beide vorlaufenden Induktoren der Induktoranordnungen in der voranstehend beschriebenen Weise schneller voran bewegt werden, sobald der als Startpunkt für die schnellere Bewegung vorgesehene Abstand zur Anfangszone erreicht ist. Infolgedessen gelangen beide voreilenden Induktoren, optimalerweise gleichzeitig, zu der Endzone und erwärmen diese solange vor, bis auch die nachlaufenden Induktoren ihrer Induktoranordnungen bei der Endzone ankommen. Ist dieser Zustand erreicht, werden beide vorlaufenden Induktoren von der Endzone entfernt, um Platz zu machen für den für die Fertigerwärmung vorgesehenen einzelnen nachlaufenden Induktor oder die beiden nachlaufenden Induktoren der Induktoranordnungen, wenn diese gemeinsam die Fertigerwärmung durchführen sollen.

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

Hierzu geeignete erhöhte Vorschubgeschwindigkeiten der vorlaufenden Induktoren liegen in der Praxis beispielsweise im Bereich von 240 - 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 - 1200mm/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.

Dabei wird die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem mit erhöhter Vorschubgeschwindigkeit bewegten vorlaufenden Induktor und dem ihm zugeordneten nachlaufenden Induktor vorzugsweise so eingestellt, dass die Dauer, die für die Vorerwärmung der Endzone durch den vorgelaufenen Induktor zur Verfügung steht, 1 - 10 s beträgt.

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, dass die elektrische Leistung des mit erhöhter Vorschubgeschwindigkeit vorlaufenden Induktors gegenüber der elektrischen Leistung erhöht wird, 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 vorlaufende Induktor mit einer erhöhten Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird, um einen für die Erwärmung auf Härtetemperatur ausreichenden Wärmeeintrag zu gewährleisten.

Um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung der Endzone zu erzielen, kann es zudem zweckmäßig sein, wenn der oder die jeweils für die Vor- und/oder Fertigerwärmung eingesetzte(n) Induktor(en) während des Erwärmungsvorgangs in an sich bekannter Weise relativ zu der Endzone bewegt wird bzw. werden. Dies kann beispielsweise in Form einer Pendel- oder Rotationsbewegung erfolgen.

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 nach laufende 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 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 Härtebetrieb 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 Übergangs 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 weden 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 Wartepositiön befindet. Zur Vergleichmäßigung des Ergebnisses der Randschichthärtung kann es auch beitragen, wenn der Vorschubbewegung der Induktoranordnungen eine in mindestens eine seiner Umfangsrichtungen gerichtete Rotationsbewegung des Bauteils überlagert wird. Diese Rotationsbewegung kann beispielsweise auch oszillierend ausgeführt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Die Figuren 1 - 8 zeigen jeweils schematisch und nicht maßstäblich in Draufsicht eine Vorrichtung zum Randschichthärten in verschiedenen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in den Figuren 1 - 8 dargestellte Vorrichtung 1 wird beispielsweise eingesetzt zum Randschichthärten einer Lauffläche 2, die den Außenumfang eines aus einem geeigneten, hierfür bekannten Stahlwerkstoff bestehenden Lagerrings 3 für ein Großwälzlager umläuft.

Die Vorrichtung 1 umfasst hierzu eine horizontal ausgerichtete Werkstückaufnahme 4, die optional um eine zentrale vertikale Achse X drehbar ist und in der der Lagerring 3 in horizontaler Ausrichtung eingespannt ist.

Die Lauffläche 2 des Lagerrings 3 ist unterbrechungsfrei aus einer Anfangszone A, zwei Zwischenzonen Z1 ,Z2, und einer Endzone E zusammengesetzt. Die Zwischenzonen Z1,Z2 sind mit ihren Startbereichen S1,S2 jeweils an einen zugeordneten Rand der Anfangszone A angeschlossen. Die eine Zwischenzone Z1 erstreckt sich dabei in eine erste Umfangsrichtung U1 und die zweite Zwischenzone Z2 erstreckt sich in eine zur ersten Umfangsrichtung U1 entgegengesetzte Umfangsrichtung U2 des Lagerrings. Die Endzone X erstreckt sich zwischen den ihr zugeordneten Endbereichen B1,B2 der Zwischenzonen Z1,Z2 und ist hier gegenüberliegend zur Anfangszone A angeordnet. Während die Zwischenzonen Z1,Z2 sich jeweils annähernd über die Hälfte des von der Lauffläche 2 beschriebenen Kreisbogens erstrecken, nehmen die Anfangs- A und die Endzone E verglichen mit der Länge der Zwischenzonen jeweils nur einen entsprechend kurzen Abschnitt der Umfangslänge der Lauffläche 2 ein.

Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren vier Induktoren 5,6, 7, 8, die jeweils von hier nicht gezeigten Stelleinrichtungen getragen sind, die die Induktoren 5 - 8 in alle hier erforderlichen Freiheitsgrade bewegen.

Ebenso umfasst die Vorrichtung 1 Brausen 9,10,11, von denen die Brausen 9,10 ebenfalls von Stelleinrichtungen getragen sind, welche die Brausen 9,10 in der hier erforderlichen Weise bewegen. Die Brause 11 ist dagegen stationär in der Nachbarschaft der Endzone E der Lauffläche 2 des Lagerrings 3 angeordnet. Sie kann aus einer Warteposition, in der sie sich außerhalb des Raums befindet, in der sich die Induktoren 5 - 8 und die Brausen 9,10 bewegen, in eine Betriebsposition geschwenkt werden, in der sie Strahlen eines geeigneten, für diese Zwecke bekannten Abschreckmediums gegen die Endzone E richtet. Bei dem Abschreckmedium kann es sich beispielsweise um Wasser oder eine wässrige Polymerlösung handeln.

In den Figuren 1 - 8 sind die Induktoren 5 - 8 und die Brausen 9 - 11, die in dem in der jeweiligen Figur dargestellten Betriebszustand eingeschaltet sind, als schwarz ausgefüllte Rechtecke dargestellt, während diejenigen Induktoren 5 - 8 und Brausen 9 — 11, die im jeweiligen Betriebszustand nicht eingeschaltet sind, als weiß gefüllte Rechtecke dargestellt sind.

Die Induktoren 5, 6 und die Brause 10 bilden gemeinsam eine erste in Fig. 1 durch eine gestrichelt dargestellte Umrandung angedeutete Induktoranordnung 12, während eine zweite Induktoranordnung 13 durch die Induktoren 7,8 und die Brause 9 gebildet ist, die in Fig. 1 durch eine strichpunktiert dargestellte Umrandung angedeutet ist.

Zu Beginn des Randschichthärtens (Fig. 1) der Lauffläche 2 wird der Induktor 7 der zweiten Induktoranordnung 13 direkt gegenüber der Anfangszone A positioniert und eingeschaltet, um die Anfangszone A auf Härtetemperatur zu erwärmen. Der zweite Induktor 8 der Induktoreinrichtung 13 befindet sich gleichzeitig ausgeschaltet in einer Warteposition in Umfangrichtung U2 gegenüber dem Induktor 8 versetzt über dem unmittelbar an die Anfangszone A angeschlossenen Startbereich S2 der Zwischenzone Z2.

Die ebenfalls ausgeschaltete Brause 10 der Induktoranordnung 12 ist in radialer Richtung versetzt und bezogen auf den Lagerring 3 hinter dem Induktor 8 angeordnet.

Die Induktoren 5 und 6 sowie die Brause 9 sind ebenfalls ausgeschaltet und befinden sich in einer Warteposition. So ist der Induktor 6 nächstbenachbart zum Induktor 7 über dem Startbereich S1 der Zwischenzone Z1 angeordnet, der Induktor 5 in Umfangsrichtung U1 versetzt zum Induktor 6 ebenfalls über der Startzone S1 angeordnet und die Brause 9 in radialer Richtung versetzt bezogen auf den Lagerring 3 hinter dem Induktor 6 positioniert. Der Abstand der Brause 9 zum Lagerring 3 ist dabei kleiner als der Abstand der Brause 10 zum Lagerring 3. Auf diese Weise können die Brausen 9 und 10 in der jeweiligen Umfangsrichtung U1 ,U2 kollisionsfrei aneinander vorbei bewegt werden.

Bei der Induktoranordnung 12 ist somit bezogen auf eine Bewegung in der Umfangsrichtung U1 der Induktor 5 ein dem Induktor 6 vorlaufender Induktor und der Induktor 6 ein dem Induktor 5 nachlaufender Induktor. Bei der Induktoranordnung 13 ist dagegen bezogen auf eine Bewegung in der Umfangsrichtung U2 der Induktor 8 ein dem Induktor 7 vorlaufender Induktor und der Induktor 7 ein dem vorlaufenden Induktor 8 nachlaufender Induktor.

Sobald die Anfangszone A auf Härtetemperatur erwärmt ist (Fig. 2), werden die Induktoren 7 und 8 und mit ihr die zugeordnete Brause 9 sprungartig schnell in der Umfangsrichtung U1 entlang der Zwischenzone Z2 bewegt, so dass der nachlaufende Induktor 8 den zuvor von ihm an der Anfangszone A besetzten Platz freigibt und die Brause 9 sich gegenüber der Anfangszone A befindet. Sie steht in dieser Position zwischen dem Lagerring 3 und der Brause 10 der Induktoranordnung 12. Die Brause 9 richtet nun einen Strahl des Abschreckmediums auf die Anfangszone A, so dass diese unter Ausbildung von Härtegefüge in einer an die Lauffläche 2 angrenzenden Randschicht abgeschreckt wird. Gleichzeitig werden die Induktoren 5,6, 7,8 der Induktoranordnungen 12,13 eingeschaltet und mit kontinuierlicher Vorschubgeschwindigkeit V1, V2 (V1 = V2) entlang der jeweils zugeordneten Zwischenzone Z1 ,Z2 bewegt. Die jeweils vorlaufenden Induktoren 5,8 führen dabei jeweils eine Vorerwärmung der von ihrem elektromagnetischen Feld erfassten Bereiche durch, wogegen die jeweils nachlaufenden Induktoren 6,7 die zuvor vorerwärmten Bereiche der Zwischenzonen Z1 ,Z2 auf Härtetemperatur aufheizen.

Den nachlaufenden Induktoren 6,7 folgt die jeweils zugeordnete Brause 9,10, die Abschreckmedien gegen die zuvor auf Härtetemperatur erwärmten Bereiche der Zwischenzonen Z1,Z2 richten und diese unter Ausbildung von Härtegefüge im jeweiligen Bereich der Randschicht abschrecken (Fig. 3).

Um die Induktoren 5 - 8 jeweils in tangentialer Ausrichtung und konstantem Abstand zu der Lauffläche 2 zu halten, werden die Induktoranordnungen 12,13 in an sich bekannter Weise nicht nur in der Horizontalebene entlang des Lagerrings 3 bewegt, sondern zusätzlich auch um eine vertikale Achse rotiert.

Sobald die Induktoranordnungen 12,13 sich jeweils in einem bestimmten Abstand a zur Anfangszone A befinden, der beispielsweise 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % der in Umfangsrichtung gemessenen Länge der Zwischenzonen Z1 ,Z2 entspricht, werden die vorlaufenden Induktoren 5,8 der Induktoranordnungen 12,13 mit erhöhter Geschwindigkeit V1',V2' (V1' = V2') in Richtung der Endzone E entlang der jeweils zugeordneten Zwischenzone Z1,Z2 bewegt. Die nachlaufenden Induktoren 6,7 werden dagegen mit den ihnen jeweils zugeordneten Brausen weiterhin mit der Vorschubgeschwindigkeit V1,V2 bewegt. In Folge dessen vergrößert sich laufend der Abstand b zwischen den nachlaufenden und den vorlaufenden Induktoren 5,6 und 7,8 der Induktoranordnungen 12,13, bis die vorlaufenden Induktoren 5,8 die Endzone E erreichen (Fig. 4,5).

Nun wird der vorlaufende Induktor 8 der Induktoranordnung 13 abgeschaltet und in eine Warteposition bewegt. Gleichzeitig wird der vorlaufende Induktor 5 der Induktoranordnung 12 zentral über der Endzone E positioniert und beginnt mit der Vorerwärmung der Endzone E (Fig. 6). Diese Vorerwärmung wird fortgesetzt, bis die nachlaufenden Induktoren 6,7 zu den Endbereichen B1 ,B2 der Zwischenzonen Z1.Z2 gelangen. Sobald dies eingetreten ist, wird der über der Endzone E angeordnete vorlaufende Induktor 5 abgeschaltet und in eine Warteposition bewegt. Damit einhergehend werden die nachlaufenden Induktoren 6,7 gemeinsam über der Endzone E angeordnet, so dass sie gemeinsam die Endzone E auf Härtetemperatur erwärmen. Währenddessen schrecken die Brausen 9,10 die Endbereiche B1,B2 der Zwischenzonen ab (Fig. 7). Alternativ wäre es auch möglich, einen der nachlaufenden Induktoren abzuschalten und ebenfalls in eine Warteposition zu bewegen und nur den anderen nachlaufenden Induktor zum Aufheizen der Endzone E auf Härtetemperatur einzusetzen.

Wenn die Endzone E auf Härtetemperatur erwärmt ist, werden auch die nachlaufenden Induktoren 6,7 von der Endzone E entfernt, abgeschaltet und in eine Warteposition bewegt. Ebenso werden die Brausen 9,10 abgeschaltet und in eine Warteposition bewegt. Die Abschreckung der Endzone E erfolgt mit der Brause 11 , die, nachdem die nachlaufenden Induktoren 6,7 von der Endzone E entfernt worden sind, in den dadurch frei gewordenen Raum geschwenkt wird. Ausgehend von ihren Wartepositionen werden die zur jeweiligen Induktoranordnung 12; 13 gehörenden vorlaufenden und nachlaufenden Induktoren 5,6;7,8 und Brausen 9; 10 zurück in ihre in Fig. 1 gezeigten Anfangspositionen gefahren. Die schlupffreie Randschichthärtung der Lauffläche 2 ist damit fertiggestellt.

Die Erfindung stellt somit ein Verfahren zum induktiven Randschichthärten einer um ein ringförmiges Bauteil umlaufenden Fläche zur Verfügung, die aus einer Anfangszone, einer Endzone und zwei Zwischenzonen zusammengesetzt ist, die sich zwischen der Anfangs- und der Endzone erstrecken. Die Anfangszone wird durch einen Induktor auf Härtetemperatur gebracht und durch eine Brause abgeschreckt. Anschließend wird jeweils eine Induktoranordnung entlang der Zwischenzone bis zu der Endzone E bewegt. Jede Induktoranordnung umfasst einen vorlaufenden Induktor zur Vorerwärmung des von ihm überstrichenen Bereichs, einen nachlaufenden Induktor zur Fertigerwärmung des vorerwärmten Bereichs sowie eine Brause zum Abschrecken des fertig erwärmten Bereichs. Nachdem sich die Induktoranordnungen in einem bestimmten Abstand zu der Anfangszone befinden, wird gemäß der Erfindung der vorlaufende Induktor mindestens einer der Induktoranordnungen mit einer gegenüber dem nachlaufenden Induktor erhöhten Vorschubgeschwindigkeit in Richtung der Endzone bewegt. Der vorlaufende Induktor erreicht so die Endzone um ein Zeitintervall früher, dessen Dauer gleich der Dauer ist, die der nachlaufende Induktor benötigt, um den zwischen ihm und dem vorlaufenden Induktor zuvor entstandenen Abstand zu überwinden. Die Endzone wird währenddessen durch den jeweils mit gegenüber dem ihm zugeordneten nachlaufenden Induktor zeitlichen Vorsprung zu ihr gelangten vorlaufenden Induktor vorerwärmt. Wenn einer der nachlaufenden Induktoren der Induktoranordnungen in der Endzone angekommen ist, erwärmt dieser die Endzone fertig auf Härtetemperatur.

BEZUGSZEICHEN

1 Vorrichtung zum Randschichthärten der Lauffläche 2

2 Lauffläche des Lagerrings 3

3 Lagerring

4 Werkstückaufnahme

5,8 vorlaufende Induktoren

6,7 nachlaufende Induktoren

9,10 bewegte Brausen

11 stationäre Brause

12 erste Induktoranordnung umfassend den vorlaufenden Induktor 5, den nachlaufenden Induktor 6 und die Brause 10

13 zweite Induktoranordnung umfassend den vorlaufenden Induktor 8, den nachlaufenden Induktor 7 und die Brause 9 a Abstand zwischen den Induktoreinheiten 12,13 und der Anfangszone A b Abstand zwischen den nach laufenden Induktoren 6,7 und den vorlaufenden Induktoren 5,8 der Induktoreinheiten 12,13 A Anfangszone der Lauffläche 2

B1,B2 Endbereiche der Zwischenzonen Z1 ,Z2

E Endzone der Lagerfläche 2

S1 ,S2 Startbereiche der jeweiligen Zwischenzonen Z1 ,Z2 U1 erste Umfangsrichtung

U2 zur ersten Umfangsrichtung U1 entgegengesetzte Umfangsrichtung V1 ,V2 Vorschubgeschwindigkeiten

V1',V2' erhöhte Vorschubgeschwindigkeiten

X vertikale Achse der Werkstückaufnahme 4

Z1,Z2 Zwischenzonen der Lauffläche 2