DE1030484B - Haerteverfahren mit induktivem Erhitzen von Kurbelwellen, Nockenwellen oder aehnlichen langgestreckten Wellen mit unregelmaessigen unrunden und/oder exzentrischen Profilen und Vorrichtung dazu - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Das induktive Härten der Oberfläche langer zylindrischer Teile geschieht im allgemeinen dadurch, daß ein Heizleiter mit einer Windung oder mehreren Windungen das zylindrische Werkstück mit geringem, der Kopplung entsprechendem Luftspalt umschließt und in axialer Richtung über das Werkstück geführt wird. Unmittelbar der Erhitzungszone folgt eine Rundbrause, die das Abschreckmittel auf das Werkstück spritzt. Haben solche zu härtenden Teile keinen einheitlichen Querschnitt, und ist dieser Querschnitt an einzelnen Stellen derart unsymmetrisch zur Achse, daß diese einzelnen Unsymmetrien verschiedene radiale Richtungen haben, so ist die Verwendung der bekannten Heizleiter nicht möglich. Solche Schwierigkeiten bestehen beispielsweise beim Härten der Nocken einer Nockenwelle. Man hat bislang die Nocken einzeln mit einem dafür bestimmten, der Form des Nockens angepaßten Heizleiter gehärtet. Das jeweilige erneute Zentrieren der Welle und das Einrichten des Heizleiters ließ das Verfahren für eine Fließfertigung ungeeignet erscheinen. Auch war eine jederzeit reproduzierbare Erhitzung und Härtung nicht möglich, da der an sich recht unstabile Heizleiter durch das im Betrieb unvermeidliche mechanische Anstoßen in seiner Lage leicht geändert werden konnte. Damit änderte sich dann die Kopplung zwischen Heizleiter und Werkstück und mit ihr die Härteschicht. Es ist weiterhin ein Heizleiter zur induktiven Erwärmung einzelner Werkstücke bekannt, bei dem ein auswechselbares, der jeweiligen Werkstückform angepaßtes metallenes Zwischenstück in dem Raum zwischen Heizleiter und Werkstück eingebracht wird. Diese Vorrichtung dient zum Behandeln von Körpern im Vorschubverfahren, wobei diese Körper ihren Querschnitt entlang ihrer Achse nicht ändern. Zur gleichzeitigen Erwärmung beispielsweise aller Nocken einer Nockenwelle ist die vorbekannte Vorrichtung nicht geeignet.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Härteverfahren vorgeschlagen, bei dem eine gleichmäßige, jederzeit reproduzierbare Erwärmung und Oberflächenhärtung ermöglicht wird und die sich in einem Fließprozeß eingliedern und automatisieren läßt. Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Härteverfahren mit induktivem Erhitzen von Kurbelwellen, Nockenwellen oder ähnlichen langgestreckten Wellen mit unregelmäßigen unrunden und/oder exzentrischen Profilen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mehrere zu härtende Profile mit an sich bekannten, gegen das Werkstück isolierten und in Umfangsrichtung durch mindestens einen Schlitz voneinander elektrisch getrennten, die betreffenden Profile ringförmig umschließenden Teilschalen derart umgeben werden, daß die Außenflächen der Teilschalen auf einer Zylinder-

von Kurbelwellen, Nockenwellen

oder ähnlichen langgestreckten Wellen

mit unregelmäßigen unrunden

und/oder exzentrischen Profilen

und Vorrichtung dazu

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs -G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Kurt Kegel, Berlin-Wilmersdorf,
ist als Erfinder genannt worden

fläche liegen, daß der oder die Induktoren mit kreisförmiger Öffnung über die Teilschalenringe in axialer Richtung des Werkstückes geführt werden und daß nach erfolgter induktiver Erwärmung das Abschreckmedium durch die Teilschalen auf das betreffende zu härtende Profil gespritzt wird.

Die beiden halbringförmigen Teilschalen sollen im geschlossenen Zustand (Betriebszustand) mindestens einen elektrisch isolierenden Schlitz in axialer Richtung haben, damit sich die Strombahnen nicht über den Ring schließen können. Der konzentrisch zur Werkstückachse stehende Heizleiter kann axial über die halbringförmigen Teilschalen, die das Werkstück umfassen, fortbewegt werden. Die einzelnen halbringförmigen Teilschalen sind nach innen mit Brauseöffnungen versehen, durch die das Abschreckmittel auf die vorher erwärmten Flächen gespritzt wird. Die Zuführung des Abschreckmittels zu den einzelnen Teilschalen erfolgt durch metallische Leitungen, zweckmäßig aus Messing, die dabei gleichzeitig die Lage der einzelnen halbringförmigen Teilschalen zueinander fixieren. Dadurch wird eine gemeinsame Wasserführung für alle zu härtenden Teile des Werkstückes erreicht. Es ist zweckmäßig, die halbringförmigen Teilschalen, die auf der gleichen Seite des Werkstückes liegen, zu einem Halbkörper mechanisch zu vereinigen und mit nur einem Zuleitungsrohr zu verbinden, damit sich unerwünschte Strombahnen nicht darüber schließen können. Die Halbkörper können dann auch zum Einlegen des Werkstückes leicht aufgeklappt werden. Der bzw. die Heizleiter

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bestehen aus parallel geschalteten Ringen, die so angeordnet sind, daß sie in der Arbeitsstellung die ihnen jeweils zugeordneten beiden halbringförmigen Scheiben mit Luftspalt umschließen. Sie sind in bekannter Weise mit einem Kühlmittel gekühlt.

Um eine gleichmäßige Stromverteilung zu erzielen, können jeweils mehrere Heizleiterschleifen hintereinander und diese in Gruppen parallel geschaltet werden.

Die neue Vorrichtung eignet sich besonders für die

Fig. 1 in Höhe der Linie A-B;

Fig. 5 stellt einen Querschnitt des Gegenstandes der Fig. 3 in Höhe der Linie C-D dar.

In Fig. 1 sind 1 und 2 Teile der Einspannvorrichtung, die mit dem Aufbau der Maschine verbunden sind. Mittels der Spindel 3 wird das zu härtende Werkstück, im Beispielsfall die Nockenwelle 4, eingespannt. In dem beschriebenen Beispiel sind vier zu

ein Spannungsausgleich erreicht, und es werden Risse im Werkstoff vermieden. Es ist ebenfalls, besonders bei Guß, zweckmäßig, zwischen Aufheizen und Abschrecken eine durch Versuche zu ermittelnde Verweilzeit einzulegen, um eine günstigere Gefügegestaltung des Werkstoffes zu erzielen.

Da am Anfang wie am Ende der Welle Verzerrungen des elektromagnetischen Feldes auftreten, wird der Luftspalt zwischen Werkstück und den halbring-Fließfertigung. Hierbei wird wie folgt vorgegangen. io förmigen Teilschalen oder aber bei der Vorschubhär-Das Werkstück wird zentriert, in bekannter Weise tung die Geschwindigkeit des Heizleiters relativ zum eingespannt und die halbringförmigen Teilschalen Werkstück so gewählt, daß eine gleichmäßige Härteunter Beibehaltung mindestens eines Luftspaltes schicht erhalten wird.

gegeneinander geschlossen. Dann wird der Heizleiter Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbei-

axial darübergeführt. Sobald die Arbeitsstellung er- 15 spiel des Gegenstandes der Erfindung, und zwar zeigt reicht ist, bei der jeweils eine Heizleiterschleife die Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungs-

beiden halbringförmigen Teilschalen einer Härtestelle gemäße Vorrichtung;

timfaßt, wird die Hochfrequenz zugeführt. Nach Be- Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Heizleiters;

endigung des Glühens wird abgeschreckt und der Fig. 3 stellt einen Längsschnitt durch die beiden

Heizleiter wieder zurückgeführt. Die Halbkörper 20 Halbkörper dar;

werden geöffnet, und es wird das Werkstück ent- Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des Gegenstandes der

nommen. ~

Die vorbeschriebene Vorrichtung ist im Zusammenhang mit der Standhärtung erläutert worden. Sie ist aber auch mit Vorteil bei der Vorschubhärtung anzuwenden. Diese geschieht zweckmäßig in dem Falle, in dem der Nockendurchmesser kleiner als der Wellendurchmesser ist. In diesem Falle werden die beiden halbringförmigen Teilschalen, zwischen die das

Werkstück so eingelegt wird, daß sie das Werkstück 30 härtende Nocken, die verschiedene radiale Richtungen umschließen, so bemessen, daß sich über den Härte- haben, auf der Welle angenommen. Die Führung 5 ist stellen nach außen hin gleiche Durchmesser ergeben beispielsweise eine Stange, die fest mit dem Aufbau und die nicht zu härtenden Stellen des Werkstückes der Maschine verbunden ist. Auf dieser Stange gleiten einen kleineren Durchmesser haben. Der Heizleiter, die Schieber 6, die mit den Halbkörpern 7, vorteilhaft der ein- oder mehrwindig sein kann, wird nun, kon- 35 mit den Zuführungsrohren 8 für das Abschreckmittel, stant mit Hochfrequenz gespeist, über das Werkstück starr verbunden sind. Eine zweckmäßige von einem axial im Vorschub hinweggeführt. Der Heizleiter um- Handhebel zu bedienende Mechanik, die hier nicht faßt dabei die gesamte Anordnung. Es können auch weiter dargestellt ist, ermöglicht das öffnen bzw. mehrere parallel geschaltete Heizleiterschleifen, die Schließen der beiden Halbkörper 7. In der Fig. 1 ist ein- oder mehrwindig sein können, verwandt werden. 40 der Heizleiter 9 in Arbeitsstellung gezeigt. Die Heizleiter sind in bekannter Weise gekühlt. Die Fig. 2 erläutert eine Ausführungsmöglichkeit

Bei diesem Verfahren der Vorschubhärtung ist des Heizleiters gemäß der Erfindung. Über die Schiejedoch eine gemeinsame Kühlmittelführung aller nen 10 und 11 wird die Hochfrequenz zugeführt. In Härtestellen nicht möglich. Je zwei die zu härtende dem gezeigten Beispiel sind für vier Härtestellen je-Stelle umfassende halbringförmige Teilschalen sind 45 weils zwei Heizleiter zu zwei Gruppen hintereinander gemeinsam an die Kühlmittelführung anzuschließen und diese Gruppen parallel geschaltet. Über einen und so mit einem Ventil versehen, daß die jeweilige zweckmäßigen Anschluß wird dem Heizleiter über die Härtestelle dann mit dem Kühlmittel beschickt wird, Schienen 10 und 11 auch das Kühlmittel zugeleitet, wenn das an der Stelle erhitzte Werkstück abge- In dem Längsschnitt der Fig. 3 sind die beiden

schreckt werden soll. Die halbringförmigen Teil- 50 Halbkörper ohne das Werkstück dargestellt. Die schalen sind auf der dem Werkstück zugewandten Halbkörper bestehen aus den halbringförmigen Teilschalen 12, die zweckmäßig mittels des Zuleitungsrohres für die Abschreckflüssigkeit zu einem solchen Halbkörper mechanisch starr verbunden sind. Die 55 Abschreckflüssigkeit wird durch das Zuführungsrohr 8 und über die hohlen Innenräume der halbringförmigen Teilschalen 12, durch die in diesen auf der Innenseite befindlichen Brauseöffnungen, die in Fig. 3 sichtbar sind, auf das Werkstück gespritzt.

Der Querschnitt, der in der Fig. 4 dargestellt ist, zeigt eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 in axialer Richtung. Die an der Oberfläche zu härtenden Nocken 13 werden von je zwei halbringförmigen Teilschalen 12 mit Luftspalt umschlossen. Der Heiz-

Halbkörper werden geöffnet, z. B. aufgeklappt, und 65 leiter 9 ist in der Fig. 4 in Arbeitsstellung gezeigt, das Werkstück entnommen. Der Querschnitt der Fig. 5 zeigt, daß auch eine

Vorteilhaft wird die axiale Breite der halbring- andere radiale Richtung des Nockens zu den den förmigen Teilschalen bei Werkstücken aus Stahl Nocken umschließenden halbringförmigen Teilschalen schmaler, bei Werkstücken aus Guß breiter als die 12 möglich ist. Die beiden Halbkörper 7 sind in Ar-Härtestelle ausgeführt. Durch diese Maßnahme wird 70 beitsstellung bei dem in den Figuren dargestellten

Fläche mit Brauseöffnungen versehen. Zur Vereinfachung der Bedienung sind diese Vorteile zentral, beispielsweise in Abhängigkeit vom Vorschub des Heizleiters, zu steuern.

Dieser Vorgang verläuft bei der Vorschubhärtung insofern anders als bei der Standhärtung, als nach Einschließen des Werkstückes eine Heizleiterschleife, die mit Hochfrequenz beschickt ist, im Vorschub über das Werkstück geführt wird. Der Vorschub des Heizleiters steuert die Kühlmittelführung derart, daß jede Glühstelle im richtigen Augenblick abgeschreckt wird. Nach Abschrecken der letzten Härtestelle wird der Heizleiter über die Anordnung hinausgeführt. Die

Beispiel durch zwei Schlitze galvanisch voneinander getrennt.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Härteverfahren mit induktivem Erhitzen von Kurbelwellen, Nockenwellen oder ähnlichen langgestreckten Wellen mit unregelmäßigen unrunden und/oder exzentrischen Profilen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zu härtende Profile mit an sich bekannten, gegen das Werkstück isolierten und in Umfangsrichtung durch mindestens einen Schlitz voneinander elektrisch getrennten, die betreffenden Profile ringförmig umschließenden Teilschalen derart umgeben werden, daß die Außenflächen der Teilschalen auf einer Zylinderfläche liegen, daß der oder die Induktoren mit kreisförmiger Öffnung über die Teilschalenringe in axialer Richtung des Werkstückes geführt werden und daß nach erfolgter induktiver Erwärmung das Abschreckmedium durch die Teilschalen auf das betreffende zu härtende Profil gespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Erwärmung im Vorschubverfahren und die Abschreckung schrittweise erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Erwärmung im Standverfahren und die Abschreckung für das ganze Werkstück erfolgt.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Heizleiterschleifenanordnungen untereinander und ihrerseits gruppenweise parallel geschaltet sind.

5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite der Schalen bei Werkstücken aus Stahl kleiner, bei Werkstücken aus Guß größer ist als die Breite der Härtestelle, beispielsweise des Nockens.

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen Werkstück und den Schalen bei den äußeren Härtestellen der Welle von dem Luftspalt der übrigen Härtestellen abweicht, um die Wirkung der Feldverzerrungen am Rande auf die Härteschicht auszugleichen.

7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Heizleiters beim Vorschubverfahren bei den äußeren Härtestellen eine andere ist als bei den dazwischenliegenden Härtestellen, um die Wirkung der Feldverzerrung am Rande auf die Härteschicht auszugleichen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 917 204, 939 222;
schweizerische Patentschriften Nr. 233 627, 304535.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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