DE10024990A1 - Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Härten von Kurbelwellen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum induktiven Härten von Kurbelwellen mit wenigstens einem Pleuelzapfen und mit wenigstens zwei Hauptlagern, insbesondere zum Härten des wenigstens einen Pleuelzapfens mittels eines berührungslos arbeitenden Induktors, führt die Kurbelwelle während des Härtens des wenigstens einen Pleuelzapfens eine Rotationsbewegung aus. Als Achse für die Rotationsbewegung der Kurbelwelle wird die Mittelachse des wenigstens einen zu härtenden Pleuelzapfens verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Härten von Kurbelwellen mit wenigstens einem Pleuel­ zapfen und mit wenigstens zwei Hauptlagern, insbeson­ dere zum Härten des wenigstens einen Pleuelzapfens, mittels eines berührungslos arbeitenden Induktors, wobei die Kurbelwelle während des Härtens des wenig­ stens einen Pleuelzapfens eine Rotationsbewegung aus­ führt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der US-PS 6,013,904 bekannt. Hierbei wird die Kurbelwelle an ihren beiden Enden eingespannt und mit einer bestimm­ ten, jedoch an sich variablen Drehzahl rotiert. Um bei diesem Verfahren neben den Hauptlagern auch die Pleu­ elzapfen zu härten, ist der Induktor an einem Handha­ bungsgerät angeordnet, welches der Rotationsbewegung des Pleuelzapfens kontinuierlich folgt. Hierdurch ist ein berührungsloses Härten der Kurbelwelle möglich, was zu einer insgesamt kürzeren Bearbeitungszeit beim Härten der Kurbelwelle führen soll.

Allerdings ist ein solches ständiges Nachführen des Induktors sehr aufwendig sowie verschleiß- und störan­ fällig. Durch das eventuelle Auftreten von Schlägen, also Werkstückungenauigkeiten, kann es noch immer zu unerwünschten Berührungen des Werkstücks mit dem Werk­ zeug kommen. Des weiteren ist für das ständige Nach­ führen des Induktors eine sehr aufwendige Steuerung erforderlich. Schließlich stellen das oben beschriebe­ ne Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sehr hohe Anforderungen an das Bedienungspersonal, was zwangs­ läufig zu höheren Lohn- und somit Werkstückkosten führt.

Einen ähnlichen Stand der Technik zeigt auch die DE 40 29 724 C2, wobei hier der Kopplungsabstand zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück im Gegensatz zu der US-PS 6,013,904 so eingestellt werden soll, daß er an einen hohen Wärmeabfluß aufweisenden Werkstückteil­ oberflächen kleiner ist als an einen niedrigen Wärme­ abfluß aufweisenden Werkstückteiloberflächen. Hier­ durch soll ein homogener Härteverlauf in einem schnel­ len Takt, d. h. in kurzer Zeit, erreicht werden.

Allerdings weisen diese Vorrichtung und das zugehörige Verfahren ähnliche Nachteile wie bereits oben ange­ führt auf.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Härten der Pleuelzapfen von Kurbelwellen zu schaffen, mittels welchem ein berührungsloses Härten bei vergleichsweise niedrigem Aufwand möglich ist. Zugleich soll ein mög­ lichst geringer Werkzeugverschleiß und eine einfache Bedienbarkeit gegeben sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Achse für die Rotationsbewegung der Kurbelwelle die Mittelachse des wenigstens einen zu härtenden Pleuelzapfens verwendet wird.

Durch das Verwenden der Mittelachse des wenigstens einen zu härtenden Pleuelzapfens als Achse für die Rotationsbewegung der Kurbelwelle, d. h. durch die Ver­ legung der Mittelachse des Pleuelzapfens zu der Rota­ tionsachse der Kurbelwelle, führt der jeweils zu här­ tende Bereich der Kurbelwelle, im vorliegenden Fall der Pleuelzapfen, keine exzentrische Bewegung um einen Punkt mehr aus, sondern eine rein rotatorische Bewe­ gung um seine Mittelachse oder, mit anderen Worten, eine zur Rotationsmittelachse koaxial-zentrische Bewe­ gung. Aus diesem Grund muß der Induktor dem zu härten­ den Pleuelzapfen nicht mehr nachgeführt werden, son­ dern er kann während des gesamten Härtevorgangs für den einzelnen Pleuelzapfen an ein und derselben Stelle verbleiben. Hierdurch ergibt sich eine sehr viel ein­ fachere Beherrschbarkeit des Verfahrens, da keine ständigen Nachführbewegungen notwendig sind und vor­ teilhafterweise sowohl eine einfachere Steuerung mög­ lich ist als auch die Bewegung der mechanischen Teile auf ein Minimum reduziert wird.

Des weiteren entsteht dadurch ein verhältnismäßig ein­ faches und somit bedienungsfreundliches und fehler­ unanfälliges Verfahren, welches zu einem geringen Ver­ schleiß des Induktors und somit auch zu geringen Stillstandszeiten bei der Durchführung des Verfahrens führt. Erfindungsgemäß ist nunmehr ein berührungsloses Härten der Kurbelwelle möglich, was zusätzlich zu ei­ nem geringeren Verschleiß des Induktors führt, kürzere Heizzeiten und somit einen Gewinn an Taktzeit ermög­ licht und außerdem geringere Wärmeeinflußzonen mit sich bringt. Die Rotation während des Härtens führt vorteilhafterweise zu einer sehr homogenen Härtezone. Durch die dabei vorhandene verhältnismäßig große Um­ schlingung des Pleuelzapfens durch den Induktor ent­ steht ein Freiraum im Kopplungsmaß, also dem Abstand zwischen der Kurbelwelle und dem Induktor. Dadurch kann gegebenenfalls ein auftretender Rundschlag der Kurbelwelle innerhalb gewisser Grenzen kompensiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise auf die verschiedensten Arten und mit den verschieden­ sten Automatisierungsgraden durchgeführt werden, was zu einer sehr großen Flexibilität bei der Härtung von Kurbelwellen führt.

Beim Härten von Kurbelwellen mit mehreren, versetzt zueinander angeordneten Pleuelzapfen, kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß zum Härten des versetzt zu dem ersten Pleuelzapfen angeordneten zweiten Pleuelzapfens die Kurbelwelle um einen dem Winkel zwischen dem er­ sten Pleuelzapfen und dem zweiten Pleuelzapfen ent­ sprechenden Winkel verschwenkt wird. Da die angespro­ chenen Winkel zwischen den Pleuelzapfen stets bekannt sind, ist hierbei eine sehr hohe Präzision möglich, die zu einem guten Härteergebnis führt. Selbstver­ ständlich kann diese Vorgehensweise auch vom zweiten auf den dritten und allgemein jeweils auf den nachfol­ genden Pleuelzapfen übertragen werden.

Wenn die zu härtende Kurbelwelle mehrere miteinander fluchtende Pleuelzapfen aufweist, so kann es einer­ seits vorteilhaft sein, diese mittels eines Induktors zu härten, wobei der Induktor dann nach dem Härten eines Pleuelzapfens um einen entsprechenden Weg in axialer Richtung verfahren werden muß. Alternativ hierzu ist es auch möglich, mehrere miteinander fluch­ tende Pleuelzapfen mittels einer entsprechenden Anzahl von Induktoren gleichzeitig zu härten. Je nach Ausfüh­ rung der zu härtenden Kurbelwelle und der davon abhän­ gigen Möglichkeit, Induktoren vorzusehen, wird eine der beiden genannten Möglichkeiten vorteilhafter sein. Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung inner­ halb der gesamten erwärmten Bereich der Kurbelwelle zu erreichen, kann in einer weiteren vorteilhaften Aus­ führungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß ent­ sprechend der geometrischen Form der sich an den zu härtenden Pleuelzapfen anschließenden Kurbelwellenwan­ ge die Leistung des Induktors verändert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens er­ gibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 8.

Durch den wenigstens einen Induktor, die Rotationsein­ richtung und die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung ergibt sich eine, gemessen an bereits bekannten Härte­ vorrichtungen für Kurbelwellen, einfach und damit be­ dienungsfreundlich aufgebaute Vorrichtung, bei der unter anderem auch aufgrund des berührungslosen Härte­ vorgangs ein nur geringer Wartungsaufwand erforderlich ist.

Eine sehr große Wärmeeinbringung in den zu härtenden Bereich der Kurbelwelle ist gegeben, wenn in einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Induktor den zu härtenden Pleuelzapfen wenigstens an der Hälfte seines Umfangs umschließt. Eine sehr einfache und kostengünstig zu fertigende Ausführung des Induktors kann dadurch gegeben sein, daß der wenigstens eine Induktor durch maschinelle Fertigung hergestellt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung kann eine Schwenkeinrichtung vorgesehen sein, welche in der Lage ist, die Kurbelwelle um einen be­ stimmten Winkel um ihre Mittelachse zu verschwenken.

Hierdurch ist es bei Kurbelwellen mit versetzt zuein­ ander angeordneten Pleuelzapfen sehr einfach möglich, den jeweils zu härtenden Pleuelzapfen in die Rota­ tionsachse der Härtevorrichtung einzuschwenken.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Un­ teransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei­ spiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum induktiven Härten von Kurbelwellen;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV aus Fig. 3;

Fig. 5 eine Vorderansicht der Vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1, bei der sich der Induktor in Ein­ griff mit einem Pleuelzapfen befindet;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 6;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 und Fig. 6, bei der sich der Induk­ tor in Eingriff mit einem anderen Pleuelzapfen befindet;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 8;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens zum in­ duktiven Härten von Pleuelzapfen von Kurbel­ wellen;

Fig. 11 eine Schwenkeinrichtung für die erfindungsge­ mäße Vorrichtung in einer Ausführung als Schneckentrieb; und

Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII aus Fig. 11.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Vor­ richtung 1 zum induktiven Härten einer Kurbelwelle 2 mit im vorliegenden Fall drei Pleuelzapfen 3, nämlich den Pleuelzapfen 3a, 3b und 3c sowie mit vier Hauptla­ gern 4, und zwar den Hauptlagern 4a, 4b, 4c und 4d. In sämtlichen nachfolgend beschriebenen Verfahrensschrit­ ten werden lediglich die Pleuelzapfen 3a, 3b und 3c der Kurbelwelle 2 gehärtet, wobei die Hauptlager 4a, 4b, 4c und 4d der Kurbelwelle 2 jedoch ebenfalls mit­ tels der Vorrichtung 1 gehärtet werden können, was jedoch nicht näher beschrieben wird.

Selbstverständlich ist mit der Vorrichtung 1 auch das Härten von Kurbelwellen 2 mit weniger oder mit mehr als drei Pleuelzapfen 3 möglich, wobei das im folgen­ den beschriebene Verfahren von einem Fachmann in sehr einfacher Weise auch auf solche Kurbelwellen 2 über­ tragen werden kann. Die vorliegend dargestellte Kur­ belwelle 2 ist nur beispielhaft anzusehen und muß nicht notwendigerweise einer tatsächlich bei Brenn­ kraftmaschinen verwendeten Kurbelwelle 2 entsprechen.

Die Vorrichtung 1 weist einen Induktor 5, eine Rota­ tionseinrichtung 6, eine Verstelleinrichtung 7, eine Schwenkeinrichtung 8, einen Grundkörper 9 und einen Transformator 10 für den Induktor 5 auf. Der Induktor 5 ist auf einer nicht dargestellten Verfahreinrichtung angeordnet. Der Zweck und die Wirkungsweise dieser einzelnen Elemente der Vorrichtung 1 wird im folgenden näher beschrieben, wobei jedoch nicht auf das Grund­ prinzip des induktiven Härtens der Kurbelwelle 2 ein­ gegangen wird, da dieses bereits aus dem eingangs be­ schriebenen Stand der Technik hinreichend bekannt ist. Grundsätzlich wird dabei in der Oberflächenzone des zu härtenden Bereichs der Kurbelwelle 2 kurzzeitig mit­ tels hochfrequenter Spannungen ein Wirbelstrom indu­ ziert. Dadurch erwärmt sich der zu härtende Bereich an der Oberfläche sehr schnell auf eine bestimmte Härte­ temperatur. Anschließend wird der Bereich durch Ab­ schrecken mit einem Kühlmittel gehärtet.

Auf der an dem Grundkörper 9 angebrachten und in Form eines Aufnahmefutters ausgebildeten Rotationseinrich­ tung 6 befindet sich eine Führungsbahn 11, welche zwei parallel zueinander verlaufende Nuten 11a und 11b auf­ weist. Auf der Führungsbahn 11 ist ein Schlitten 12 verschieblich angebracht, der gemeinsam mit der Füh­ rungsbahn 11 die eingangs beschriebene Verstellein­ richtung 7 bildet. Der Schlitten 12 kann beispielswei­ se mittels einer nicht dargestellten Kurbel, die an einem Vierkant 11c angreift, entlang der Führungsbahn 11 verstellt werden. Selbstverständlich sind auch an­ dere Verfahrmöglichkeiten für den Schlitten 12 denk­ bar, z. B. mittels NC- oder CNC-gesteuerter Antriebs­ einrichtungen, die beispielsweise elektrisch angetrie­ ben sein können.

Auf dem Schlitten 12 ist ein als Backenfutter 13 aus­ gebildetes Spannmittel angebracht, welches in an sich bekannter Weise ausgebildet ist und einen Teil der in dieser Ausführungsform als mechanischer Teilapparat ausgebildeten Schwenkeinrichtung 8 darstellt. In dem Backenfutter 13 ist die Kurbelwelle 2 eingespannt, so daß sie über das Backenfutter 13 mit der Verstellein­ richtung 7 und dadurch auch mit der Rotationseinrich­ tung 6 verbunden ist. Auf diese Art und Weise kann durch Antreiben der Rotationseinrichtung 6 die Kurbel­ welle 2 rotiert werden. Selbstverständlich könnte statt des dargestellten Backenfutters 13 auch jedes andere geeignete Spannmittel verwendet werden, wie z. B. Schwenkspanner.

Vor der Erläuterung des Verfahrens zum Härten der Kur­ belwelle 2 wird zunächst auf bestimmte geometrische Gegebenheiten der Kurbelwelle 2 eingegangen: Die Kur­ belwelle 2 weist eine durch die Hauptlager 4 verlau­ fende Mittelachse 14 und mehrere, durch die jeweiligen Pleuelzapfen 3a, 3b und 3c verlaufende Mittelachsen 15a, 15b und 15c auf. Diese Mittelachsen 15a, 15b und 15c weisen einen bestimmten, für jede einzelne Mittel­ achse 15a, 15b und 15c gleichen Abstand von der Mit­ telachse 14 auf, der dem sogenannten Hub der Kurbel­ welle 2 entspricht. In Fig. 2 sind die beschriebenen geometrischen Gegebenheiten der Kurbelwelle 2 noch besser nachzuvollziehen.

Um die Hauptlager 4 der Kurbelwelle 2 in nicht darge­ stellter Weise härten zu können, wird die durch die Hauptlager 4 verlaufende Mittelachse 14 der Kurbelwel­ le 2 mit der Mittelachse 16 der Rotationseinrichtung 6 fluchtend eingestellt und die Kurbelwelle mittels der Rotationseinrichtung 6 rotiert. Dann erfolgt die Zu­ stellung des Induktors 5 mit Hilfe der Verfahreinrich­ tung, deren mögliche Verfahrwege durch Pfeile X und Y angedeutet sind. Es ist hierbei ein Verfahren des In­ duktors 5 entlang der Mittelachse 14 der Kurbelwelle 2 möglich, was dem mit X bezeichneten Pfeil entspricht. Die Zustellbewegung, also die Bewegung senkrecht zu der Mittelachse 14 in Richtung der Kurbelwelle 2, ist mit dem Pfeil Y angegeben.

Um beim Einspannen der Kurbelwelle 2 in das Backenfut­ ter 13 die genaue Position der Pleuelzapfen 3 festzu­ legen bzw. nach dem erfolgten Einspannen diese Posi­ tion festzustellen, ist ein gabelartiges Aufnahme- und Justierelement 17 vorgesehen. Im Regelfall nimmt das gabelartige Element 17 einen der Pleuelzapfen 3 auf, worauf das Backenfutter 13 gespannt wird. Im vorlie­ genden Fall wird der Pleuelzapfen 3c aufgenommen, das gabelartige Element 17 könnte selbstverständlich auch einen der anderen Pleuelzapfen 3a oder 3b aufnehmen. Wenn die Position der Kurbelwelle 2 innerhalb des Bak­ kenfutter 13 anhand der Lage der Pleuelzapfen 3 be­ kannt ist, kann das nachfolgend beschriebene Verfahren aufgenommen werden.

Zum Härten eines der Pleuelzapfen 3, beispielsweise wie gemäß Fig. 1 bis Fig. 7 vorgesehen des Pleuelzap­ fens 3b, wird die Verstelleinrichtung 7 so einge­ stellt, daß die Mittelachse 15b des Pleuelzapfens 3b exakt mit der Mittelachse 16 der Rotationseinrichtung 6 fluchtet bzw. identisch mit derselben ist. Hierzu wird bei der beschriebenen Ausführungsform der Schlit­ ten 12 um den Abstand zwischen der Mittelachse 14 und den Mittelachsen 15a, 15b und 15c verstellt. Somit kann als Achse für die Rotationsbewegung der Kurbel­ welle 2 die jeweilige Mittelachse 15 des jeweils zu härtenden Pleuelzapfens 3 verwendet werden, im vorlie­ genden Fall also die Mittelachse 15b des zu härtenden Pleuelzapfens 3b.

Bei dem Härtevorgang, der mittels des den zu härtenden Pleuelzapfen 3b ungefähr an der Hälfte seines Umfangs umschließenden Induktors 5 durchgeführt wird, rotieren dann sämtliche Hauptlager 4, das Backenfutter 13 und der Schlitten 12 mit variabler Drehzahl um die Mittel­ achse 15b des in diesem Fall zu härtenden Pleuelzap­ fens 3b, der sich in der Achse der Rotationsbewegung der Kurbelwelle 2 befindet. Wie oben beschrieben wird der Induktor 5 in Richtung des Pfeiles Y an den Pleu­ elzapfen 3b herangeführt, wird jedoch auf einem gewis­ sen Abstand von demselben, dem sogenannten Kopplungs­ maß gehalten. Dann erfolgt eine berührungslose Härtung des Pleuelzapfens 3b, bei dem die oben kurz beschrie­ benen Vorgänge ablaufen.

Selbstverständlich ist die Verwendung ein und dessel­ ben Induktors 5 für die Hauptlager 4 und die Pleuel­ zapfen 3 nur beispielhaft zu sehen und nur in sehr theoretischen Anwendungsfällen brauchbar, da in den meisten Fällen wohl separate Induktoren notwendig sind. Die prinzipielle Bewegung der jeweiligen Induk­ toren entspricht jedoch einander, so daß auf diese Art und Weise eine sehr gute Erläuterung der verfahrensge­ mäßen Vorgänge möglich ist. Für die Hauptlager 4 könn­ te zusätzlich zu den Induktoren 5 für die Pleuelzapfen 3 ein oder mehrere weitere, nicht dargestellte Induk­ toren mit zugehörigen Verfahreinrichtungen vorgesehen sein. Auf diese Weise könnte die Kurbelwelle 2 in ei­ ner Aufspannung fertig gehärtet werden.

Neben dem Härten der Mantelflächen des jeweiligen Pleuelzapfens 3 können mittels des Induktors 5 auch Übergangsradien zu den Kurbelwangen der Kurbelwelle 2 gehärtet werden.

Des weiteren kann es bezüglich der Wärmeverteilung innerhalb des Querschnitts der Kurbelwelle 2 vorteil­ haft sein, entsprechend der geometrischen Form der sich an den jeweils zu härtenden Pleuelzapfen 3 an­ schließenden Kurbelwange die Leistung des Induktors 5 zu verändern. Diese Leistungsverteilung wäre der Mas­ senverteilung im Querschnitt der Kurbelwelle 2 ange­ paßt, d. h. bei einer größeren Masse wäre eine höhere Leistung erforderlich.

Aus der Draufsicht gemäß Fig. 3 geht der Aufbau der Kurbelwelle 2 mit den Pleuelzapfen 3 und den Hauptla­ gern 4 nochmals genauer hervor. Es sind in dieser Fi­ gur auch nochmals deutlich die möglichen Bewegungen des Induktors 5 mittels der Pfeile X und Y darge­ stellt.

In dem Schnitt gemäß Fig. 4, der durch den zu härten­ den Pleuelzapfen 3c verläuft, ist der dem Hub der Kur­ belwelle 2 entsprechende Abstand zwischen der Mittel­ achse 14 der Hauptlager 4 und der Mittelachsen 16 und 15b der Rotationseinrichtung bzw. des Pleuelzapfens 3b, die ja miteinander fluchten bzw. aufeinanderlie­ gen, erkennbar.

Eine sehr ähnliche Darstellung zeigt die Vorderansicht gemäß Fig. 5, wobei hier der zu härtende Pleuelzapfen 3c verdeckt ist.

Um den nächsten Pleuelzapfen, z. B. wie in Fig. 8 dar­ gestellt den äußeren Pleuelzapfen 3c, zu härten, wird nach dem Härtevorgang des Pleuelzapfens 3b lediglich die Schwenkeinrichtung 8 um den Winkel in Rotations­ richtung, also dem Verschränkungswinkel, zwischen dem soeben gehärteten Pleuelzapfen 3b und dem nachfolgend zu härtenden Pleuelzapfen 3c verschwenkt.

Dies wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine beispielsweise von Hand durchgeführte Verdrehung des Backenfutters 13 realisiert. Hierzu kann eine Ra­ sterung für das Backenfutter 13 vorgesehen sein, so daß auch bei der Verdrehung von Hand eine Fehlbedie­ nung ausgeschlossen ist. Dann fluchtet die Mittelachse 15c des Pleuelzapfens 3c mit der Mittelachse 16 der Rotationseinrichtung 6 und der Pleuelzapfen 3c kann somit, in gleicher Weise wie zuvor der Pleuelzapfen 3b, mittels des Induktors 5 gehärtet werden. Hierzu wird lediglich der Induktor 5 mit Hilfe der Verfahr­ einrichtung entlang der Mittelachse 16 gemäß dem Pfeil X verfahren, worauf die Zustellung in Richtung des Pleuelzapfens 3c, also in Richtung des Pfeiles Y er­ folgt. Beide genannten Bewegungen der Verfahreinrich­ tung können beispielsweise NC- oder CNC-gesteuert er­ folgen. Während der Verfahrbewegung des Induktors 5 kann gleichzeitig auch die oben beschriebene Ver­ schwenkbewegung der Kurbelwelle 2 erfolgen. Theore­ tisch ist es jeweils auch denkbar, statt des Induktors 5 die Kurbelwelle 2 in Richtung des Pfeiles X zu ver­ fahren.

Im vorliegenden, wie bereits oben erwähnt nur theore­ tisch auftretenden Fall können mehrere miteinander fluchtende Pleuelzapfen 3, nämlich der Pleuelzapfen 3c und der Pleuelzapfen 3a mittels des einen Induktors 5 gehärtet werden. Sinnvollerweise werden die Pleuelzap­ fen 3a und 3c nacheinander gehärtet, da ihre Mittel­ achsen 15a und 15c identisch sind und hierdurch ein Verschwenken der Kurbelwelle 2 nicht notwendig ist. Alternativ wäre es selbstverständlich auch möglich, die miteinander fluchtenden Pleuelzapfen 3a und 3c mittels einer entsprechenden Anzahl von hier jedoch nicht dargestellten Induktoren 5 gleichzeitig zu här­ ten, um so bei etwas erhöhtem Vorrichtungsaufwand eine gewisse Zeitersparnis zu erreichen. Je nach Anzahl und jeweiliger Anordnung der Pleuelzapfen 3 sind hier die verschiedensten Ausführungen denkbar.

Das für die Einstellung der Mittelachsen 15 der Pleu­ elzapfen 3 als Achse für die Rotation der Kurbelwelle 2 erforderliche Maß kann beispielsweise durch ein End­ maß gebildet sein, um dessen Länge dann die Verstell­ einrichtung 7, d. h. im vorliegenden Fall der Schlitten 12 entlang der Führungsbahn 11 verstellt wird. In nicht dargestellter Weise kann dieses Endmaß z. B. an einem an der Rotationseinrichtung 6 angebrachten An­ schlag 18 angelegt werden, worauf dann die Verstellung des Schlittens 12 erfolgt bis derselbe an dem Endmaß anliegt. Alternativ ist selbstverständlich auch denk­ bar, für verschiedene Maße zur Einstellung der Mittel­ achsen 15 auf die Mittelachse 16 eine nicht darge­ stellte Rasterung für den Schlitten 12 entlang der Führungsbahn 11 zu schaffen. Auf diese Weise könnten häufig wiederkehrende Hubmaße verschiedener Kurbelwel­ len 2 erfaßt werden. Die bereits oben erwähnte NC- oder CNC-Steuerung würde sich beispielsweise für einen solchen Fall anbieten.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen die bereits in Fig. 1 bis Fig. 5 dargestellte Kurbelwelle, wobei sich der Induk­ tor 5 jedoch in Eingriff mit dem Pleuelzapfen 3b be­ findet. Durch den Aufbau der Vorrichtung und die be­ schriebene Durchführung des Verfahrens zum Härten der Pleuelzapfen 3 der Kurbelwelle 2 ist es möglich, sehr einfach aufgebaute Induktoren 5 zu verwenden, die durch maschinelle Fertigung, beispielsweise durch Dre­ hen und Fräsen, hergestellt sein können. Durch diese einfache Fertigung der Induktoren 5 ergibt sich ein Gewinn an Genauigkeit und dadurch an Reproduzierbar­ keit, was insbesondere beim Wechseln der Induktoren 5 zum Tragen kommt.

Grundsätzlich sind auch Induktoren 5 verwendbar, die aus zwei Halbschalen bestehen und so den zu härtenden Bereich der Kurbelwelle 2 besser umschließen.

Bei der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 8 und Fig. 9 nimmt der Induktor 5 eine Position ein, in der der Pleuel­ zapfen 3c gehärtet wird. Auch hierbei könnte für die Verstelleinrichtung 7 eine nicht dargestellte, bei­ spielsweise elektrisch arbeitende Antriebseinrichtung vorgesehen sein.

Fig. 10 zeigt die Vorrichtung 1 aus Fig. 8, wobei al­ lerdings der Pleuelzapfen 3b gehärtet wird und außer­ dem die Kurbelwelle 2 an ihrer dem Backenfutter 13 gegenüberliegenden Seite in einem weiteren, ebenfalls als Backenfutter 19 ausgebildeten Spannmittel aufge­ nommen ist, welches über eine weitere, nicht darge­ stellte Verstelleinrichtung und eine der Rotationsein­ richtung 6 entsprechende Rotationseinrichtung 20 an einem weiteren Grundkörper 21 angebracht ist. Dieser Aufbau bietet sich für die Vorrichtung 1 an, da ein fliegendes Aufnehmen der Kurbelwelle 2 zu großen Pro­ blemen bezüglich des Rundlaufs führen dürfte. In den Fig. 1 bis 9 wurde der zweite Grundkörper 21 mit dem zweiten Backenfutter 19 aus Gründen der Übersicht­ lichkeit weggelassen.

Die Kopplung der Rotation kann prinzipiell direkt über die Kurbelwelle 2 oder über eine zusätzliche, nicht dargestellte Welle erfolgen. Alternativ ist es theore­ tisch auch möglich, die Kurbelwelle 2 an beiden Enden anzutreiben, wobei dann eine sehr gute Abstimmung zwi­ schen den beiden Bewegungen erforderlich ist. Die oben beschriebene Verstellung der Achsen sollte jeweils an beiden Enden der Kurbelwelle 2 getrennt erfolgen, wo­ zu, wie bereits oben erwähnt, auf der Seite des zwei­ ten Backenfutters 19 ebenfalls eine Verstelleinrich­ tung mit einer Führungsbahn 22 vorgesehen ist, von der nur eine Nut 22a und ein Vierkant 22c dargestellt sind. Zum Verschwenken der Kurbelwelle 2 wird eines der Backenfutter 13 oder 19 leicht geöffnet, wobei die Kurbelwelle 2 an ihrem geöffneten Ende durch eine nicht dargestellte Zentrierspitze gehalten wird. Dann erfolgt das Verschwenken und anschließend das Spannen des leicht geöffneten Backenfutters 13 bzw. 19.

Des weiteren geht aus den Fig. 11 und 12 ein Schneckentrieb 23 hervor, der Teil der Schwenkeinrich­ tung 8 ist und beispielsweise hydraulisch oder elek­ trisch angetrieben sein kann. Mit Hilfe dieses Schnec­ kentriebes 23 kann auf eine Handbedienung der Schwenk­ einrichtung 8 verzichtet werden. Auch für den Schnec­ kentrieb 23 ist gegebenenfalls eine der Ausführungen von Hand entsprechende Rasterung (nicht dargestellt) denkbar.

Das oben beschriebene Verfahren ist nicht nur auf die dargestellten Kurbelwellen 2 anwendbar, sondern kann auch bei Kurbelwellen 2 des Split-Pin-Typs eingesetzt werden. Hierbei werden in nicht dargestellter Weise im Bereich zwischen einer Kurbelwange unmittelbar neben­ einanderliegende Pleuelzapfen 3 mittels zweier Induk­ toren 5 gleichzeitig gehärtet. Die Mittelachse eines der zu härtenden Pleuelzapfen 3 wird dann als Achse für die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 2 verwendet und der andere Induktor 5 wird dem weiteren Pleuelzap­ fen 3 nachgeführt, wobei jedoch nur eine sehr geringe Exzentrizität zu überwinden ist.

Sollte die zu härtende Kurbelwelle 2 einen Rundschlag aufweisen, so ist selbstverständlich der Einsatz einer nicht dargestellten Stützlünette in einem mittleren Bereich der Kurbelwelle 2 möglich. Die Stützlünette sollte dabei möglichst an einem Pleuelzapfen 3 angrei­ fen, der dieselbe Mittelachse 15 wie der in diesem Moment zu härtende Pleuelzapfen 3 besitzt, oder direkt an dem zu härtenden Pleuelzapfen 3. Ebenfalls denkbar ist es, das Spannmittel 13 bzw. 19 durch geeignete Maßnahmen örtlich näher an den zu härtenden Pleuelzap­ fen 3 zu bewegen, was sich beispielsweise im Falle von Schwenkspannern anbietet. Wie oben erwähnt kann durch die größere Umschlingung und das dadurch größer wähl­ bare Kopplungsmaß der durch den Rundschlag gegebenen­ falls entstehenden Berührungsgefahr zwischen dem In­ duktor 5 und der Kurbelwelle 2 entgegengewirkt werden.

Grundsätzlich können die Pleuelzapfen 3 und die Haupt­ lager 4 in einer einzigen Vorrichtung 1 gehärtet wer­ den, wenn die hierfür notwendigen Induktoren 5 unter­ gebracht werden können. Meist bietet es sich jedoch an, die mechanisch aufwendiger zu härtenden Pleuelzap­ fen 3 und die mechanisch einfacher zu härtenden Haupt­ lager 4 in separaten Vorrichtungen zu härten, wobei diese dann modulartig miteinander verbunden sein kön­ nen. Dies führt dann zu einer Reduzierung der Takt­ zeit.

Claims (20)

1. Verfahren zum induktiven Härten von Kurbelwellen mit wenigstens einem Pleuelzapfen und mit wenig­ stens zwei Hauptlagern, insbesondere zum Härten des wenigstens einen Pleuelzapfens, mittels eines berührungslos arbeitenden Induktors, wobei die Kurbelwelle während des Härtens des wenigstens ei­ nen Pleuelzapfens eine Rotationsbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß als Achse für die Rotationsbewegung der Kurbelwel­ le (2) die Mittelachse (15) des wenigstens einen zu härtenden Pleuelzapfens (3) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Härten eines versetzt zu dem ersten Pleuelzap­ fen (3c) angeordneten zweiten Pleuelzapfen (3b) die Kurbelwelle (2) um einen dem Winkel zwischen dem ersten Pleuelzapfen (3c) und dem zweiten Pleu­ elzapfen (3b) entsprechenden Winkel verschwenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere miteinander fluchtende Pleuelzapfen (3c, 3a) mittels eines Induktors (5) gehärtet wer­ den.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere miteinander fluchtende Pleuelzapfen (3c, 3a) mittels einer entsprechenden Anzahl von Induktoren (5) gleichzeitig gehärtet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Mantelflächen des jeweiligen Pleuelzap­ fens (3) auch Übergangsradien zu einer Kurbelwange gehärtet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der geometrischen Form der sich an den jeweils zu härtenden Pleuelzapfen (3) an­ schließenden Kurbelwange die Leistung des Induk­ tors (5) verändert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kurbelwellen (2) des Split-Pin-Typs unmittel­ bar nebeneinanderliegende Pleuelzapfen (3) mittels zweier Induktoren (5) gleichzeitig gehärtet wer­ den, wobei die Mittelachse eines der zu härtenden Pleuelzapfen (3) als Achse für die Rotationsbewe­ gung der Kurbelwelle (2) verwendet wird, und wobei der Induktor (5) dem wenigstens einen weiteren Pleuelzapfen (3) nachgeführt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgenden Merkma­ len:

• - wenigstens einem Induktor (5) für den jeweils zu härtenden Pleuelzapfen (3),
• - wenigstens einer Rotationseinrichtung (6) zum Erreichen einer Drehbewegung der Kurbelwelle (2),
• - wenigstens einer Verstelleinrichtung (7), die die Kurbelwelle (2) aufnimmt und die dazu in der Lage ist, die Mittelachse (15) eines Pleuelzap­ fens (3) der Kurbelwelle (2) als Achse für die Rotationsbewegung der Kurbelwelle (2) einzustel­ len.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Induktor (5) den zu härtenden Pleuelzapfen (3) wenigstens an der Hälfte seines Umfangs umschließt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Induktor (5) durch maschinelle Fertigung hergestellt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schwenkeinrichtung (8) vorgesehen ist, welche in der Lage ist, die Kurbelwelle (2) um einen bestimmten Winkel um ihre Mittelachse (14) zu verschwenken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schwenkeinrichtung (8) einen mechanischen Schneckentrieb (23) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckentrieb (23) hydraulisch angetrieben ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckentrieb (23) elektrisch angetrieben ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schwenkeinrichtung (8) ein Spannmittel (13) zur Aufnahme der Kurbelwelle (2) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Verstelleinrichtung (7) einen Schlitten (12) aufweist, welcher entlang einer Führungsbahn (11) senkrecht zu der Mittelachse (14) der Kurbelwelle (2) verstellbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (12) mittels einer Kurbel entlang der Führungsbahn (11) verstellbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Einstellung der Mittelachse (15) des zu härtenden Pleuelzapfens (3) der Kurbelwelle (2) als Achse für die Rotation der Kurbelwelle (2) er­ forderliche Maß durch ein Endmaß gebildet ist, um dessen Länge die Verstelleinrichtung (7) verstell­ bar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für verschiedene Maße zur Einstellung der Mittel­ achse (15) des zu härtenden Pleuelzapfens (3) der Kurbelwelle (2) als Achse für die Rotation der Kurbelwelle (2) eine Rasterung vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung der Kurbelwelle (2) vor dem Härten ein gabelartiges Aufnahme- und Justierelement (17) vorgesehen ist, welches einen der Pleuelzapfen (3) aufnimmt.