White paper – story of success
Ringinduktor für einen Zahnkranz
Für eine neue Härtezone auf einem Zahnkranz, siehe Abbildung 1, hatten wir viele Ideen, wie man den Zahnbereich härten könnte. Wir wollten jedoch ohne großen Aufwand verschiedene Optionen ausprobieren und die Anforderungen an die Härtezone direkt mit dem ersten gebauten Induktor erfüllen.
In einem ersten Schritt wurden drei verschiedene Induktorausführungen erstellt und mit der Software CENOS simuliert.
Abbildung 2: Drei verschiedene Induktorformen; links: abgeschrägt, Mitte: mit einer Stufe, rechts: parallel
Aufgrund von Symmetrieüberlegungen konnten wir einen Winkelschnitt auswählen, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Damit konnten wir in kurzer Zeit und ohne Experimente die Härtezone des Zahnbereichs überprüfen.
Abbildung 3: Die schwarze Ebene zeigt die Übergangszone zwischen der vollständig gehärteten Zone in den Zähnen (oben) und dem Grundgefüge (unten)
Abbildung 3 zeigt drei verschiedene Härtezonen. Nur ein Induktor erreicht die erforderliche kontinuierliche Härtezone sowohl im Zahnkopf- als auch im Zahnfußbereich.
Abbildung 4: Vergleich der Härtezone im Zahn (links) und Zahnfuß (rechts) mit der Simulation. Die links zeigt jeweils die Härtezone, also den Bereich, der über die AC3-Temperatur erwärmt wurde
Die Härtezone der Simulation stimmte gut mit dem simulierten 3D-Modell überein, siehe Abbildung 4.
Abbildung 5: Innerer Zahnkranz
Abbildung 6: Vorschubrichtung des Induktors, das grüne Teil stellt den magnetischen Kern dar
Die Härtezone für einen Innenzahnkranz umfasste auch den Zahnfuß. Der Härteprozess war eine Vorschub-Anwendung mit Rotation. Aufgrund der radialen Symmetrie wurde nur ein Winkelschnitt simuliert, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Erste Simulationen zeigten, dass mit nur einem Erwärmungsdurchgang nur der Zahnkopf, nicht aber der Zahnfuß gehärtet wird.
Die Lösung in Simulation und späterem Härteprozess lag in einem Vorwärmdurchgang gefolgt von einem Härtungsdurchgang.
Abbildung 7: Härtezone nach dem Vorwärmen (links) und nach dem Härten (rechts)
Abbildung 8: Härtezone nach dem Vorwärmen (links) und nach dem Härten (rechts) in 3D
SMS Elotherm ist in der Lage, ohne großen Aufwand Induktoren für neue Härtezonen zu entwickeln und fortschrittlichere Wärmebehandlungsansätze zu realisieren, die den Entwicklungsaufwand bei den nachfolgenden Laborversuchen stark reduzieren oder sogar den Verzicht auf Versuche ermöglichen.