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Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Härten von Lagerstellen an
gekröpften Wellen Es ist an sich bekannt, zum induktiven. Härten von Lagerstellen
an gekröpften Wellen beweglich angeordnete Einheiten zu verwenden, die aus einem
Transformator und einem die Werksti.ickoberfläche nur teilweise überdeckenden Induktor
bestehen. Die gekröpften Wellen laufen während des Erhitzens und Abschreckens um,
und der Induktor liegt auf der zu behandelnden Lagerstelle auf. Bei diesen bekannten
Maschinen erfolgen das Aufheizen und das Abschrecken mehr oder minder selbsttätig.
Sie haben sich in der Praxis bewährt, haben jedoch den Nachteil, daß das Einlegen
und Entnehmen der Werkstücke nicht selbsttätig erfolgt und somit entweder von Hand
oder mit Hilfe von Hebezeugen durchgeführt werden muß. In Verbindung mit Taktstraßen
ist es aber notwendig, auch das Einlegen und Entnehmen der Werkstücke vollselbsttätig
durchzuführen, damit die eigentliche Härtemaschine unter allen Umständen im Takt
der übrigen Fertigungsstraße arbeiten kann.
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Eine so weitgehende Automatisierung, daß dieser Forderung entsprochen
wäre, liegt auch bei den ganz neuartigen Induktionserwärmungsanlagen nicht vor.
Irgendwelche Handreichungen sind immer noch erforderlich, wenn auch unter Vermittlung
von Hebezeugen od. d-1., was aber in Taktstraßen nicht brauchbar ist.
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Die Erfindung will einerseits die Aufgabe lösen, ein kontinuierliches
Verfahren zu schaffen, das in Verbindung mit Taktstraßen angewendet werden kann,
und andererseits die Einrichtung so treffen, daß zwischen Aufheizen und Abschrecken
keine Leerzeiten entstehen und, bezogen auf eine Kurbelwelle, das Werkstück in der
Maschine in einem Durchgang an allen erforderlichen Stellen gehärtet werden kann.
So zu verfahren hätte den Vorzug, daß die Arbeitsabläufe ohne weiteres auf den Takt
des Arbeitsablaufs in einer Fertigungsstraße abgestellt werden könnten und Quertransporte
vermieden würden.
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Gelöst wird diese Aufgabe des kontinuierlichen induktiven Härtens
der Lagerstellen an gekröpften umlaufenden Wellen unter Verwendung von bekannten
beweglich angeordneten, aus einem Transformator und einem die Werkstückoberfläche
nur teilweise überdeckenden Induktor bestehenden Einheiten. Erfindungsgemäß wird
hierbei so verfahren, daß die zu behandelnden Wellen der Härtestation selbsttätig
zugeführt, angehoben, gespannt und ausgerichtet werden, worauf die in Richtung auf
das eingespannte Werkstück zwangsgeführten und in anderen Richtungen pendelnden
Einheiten zum Zwecke des Eingriffs der Induktoren mit den zu härtenden Werkstücklagerstellen
selbsttätig abgesenkt werden, um alsdann, nachdem das Werkstück in Umlauf versetzt
worden ist, nachgiebig auf den Zapfen aufliegend deren Umlaufbewegung mitzumachen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet im Gegensatz zum Vorbekannten
nicht nur, den Härtevorgang an sich vollselbsttätig durchzuführen, sondern auch
das Einbringen der Werkstücke in die Härtestationen und deren Zuführen zu den Stationen.
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Zur Ausübung des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung
vorgeschlagen, bei der jede Härtestation ausgerüstet ist mit senkrecht auf und ab
bewegbaren Schlitten, an denen die Einheiten mittels gleich langen pendelnden Armpaaren
nach Art eines Parallelogramms aufgehängt sind, und einer Spannstelle, die aus zwei
Pinolen besteht, von denen mindestens eine einen Antrieb besitzt. Für die Schlitten
einer Station sind gemeinsame Getriebe vorgesehen, bestehend aus einer von einer
Kurbelwelle auf und ab bewegbaren Leiste, in welche die Schlitten mittels Stangen
aufgehängt und in Absenkstellung frei bewegbar sind. Das Gewicht der Schlitten und
der angelenkten Einheiten ist durch Federn oder Gegengewichte bis auf eine geringe
überlast ausgeglichen, so daß sich der Induktor der Einheiten leicht auf dem zu
behandelnden Zapfen auflegt und dessen Bewegung ungehindert mitmachen kann.
Die
Spannstellen weisen Pinolen auf, die das Werkstück selbsttätig zwischen Körnerspitzen
spannen und das Werkstück im gespannten Zustand in Umlauf versetzen können. Die
an der Spannstelle vorgesehenen Pinolen sorgen dafür, daß das Werkstück zum Zwecke
des Ausrichtens der Kurbelzapfen auf die jeweilige Totpunktlage in Umlauf versetzt
wird, und Steuereinrichtungen bewirken, daß das Werkstück nach Erreichen der Totpunktlage
kurzzeitig stillgesetzt wird, damit sich die Induktoreinheiten auf die zu behandelnden
Lagerzapfen absenken können, sowie dafür, daß nach dem Aufsetzen der Einheiten das
Werkstück zur Durchführung des Aufheizens und Abschreckens erneut in Umlauf gesetzt
wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner eine intermittierend
angetriebene Transporteinrichtung vorgeschlagen, die die Werkstücke mindestens einer,
vorzugsweise zwei nebeneinander angeordneter Härtestationen in waagerechter Richtung
zuführt. Die Höhe der Transporteinrichtung ist so eingestellt, daß die Werkstücke
an den Spannstellen wenig unter der Pinolenlängsachse zur Ruhe kommen. Dieser geringfügige
Unterschied in der Höhenlage der Transporteinrichtung und der Pinolenlängsachse
bewirkt, daß das Werkstück beim Eingreifen der Körnerspitzen von der Transporteinrichtung
abgehoben wird und während der Behandlung frei von der Transporteinrichtung umlaufen
kann.
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Vorzugsweise wird die Fördereinrichtung aus zwei Ketten gebildet,
die in gewissen Abständen mit Prismen zum Auflegen der Werkstücke besetzt sind.
Der Fördereinrichtung innerhalb der Maschine ist eine Zubringerförderung vorgeordnet,
die vorzugsweise auch in der Form zweier Ketten gestaltet ist, die mit Prismen besetzt
sind. Diese Prismen sind so zueinander angeordnet, daß die Werkstücke nur in die
Prismen eingelegt werden können, um auf diese Weise eine sichere übergabe an die
Fördereinrichtung in der eigentlichen Härtemaschine zu gewährleisten.
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Wenn beispielsweise mit einer derartigen Einrichtung eine vierfach
gekröpfte Kurbelwelle mit drei Hauptlagern bearbeitet werden soll, so werden in
der ersten Härtestation die Kurbelzapfen bearbeitet und in der zweiten Härtestation
die Lagerzapfen. Nach der Behandlung in der ersten Station wird die Kurbelwelle
wieder auf die Fördereinrichtung abgelegt und zur zweiten Station befördert, wobei
eine Ruhestation zwischengeschaltet sein kann. Wenn sechsfach gekröpfte Wellen mit
sieben Hauptlagern behandelt werden sollen, kann es zweckmäßig sein, nicht mit zwei
Härtestationen, sondern mit drei oder vier Härtestationen zu arbeiten, die in der
Förderrichtung hintereinander angeordnet werden. Die Maschine gemäß der Erfindung
läßt sich somit ohne weiteres der Werkstückgestaltung durch Vorsehen einer entsprechenden
Anzahl von Härtestationen anpassen.
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In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Härtemaschine
gemäß der Erfindung dargestellt. In dem gewählten Beispiel handelt es sich um eine
Maschine mit zwei Härtestationen, in der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
eine vierfach gekröpfte Welle behandelt werden kann.
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A b b. 1 ist eine Seitenansicht der Maschine; A b b. 2 ist eine Vorderansicht
unter Weglassen des Zubringerförderers; A b b. 3 zeigt die Spannstelle in vergrößertem
Maßstab; A b b. 4 zeigt die Vorrichtung für das Ausrichten des Werktsückes; A b
b. 5 zeigt die Aufhängung und Führung der aus Transformator und Induktor bestehenden
Einheit.
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Die nachfolgende Beschreibung des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels für die Maschine gemäß der Erfindung ist so durchgeführt, daß
der selbsttätige Ablauf des Zubringens, Spannens und Härtens erkennbar wird.
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Wie aus A b b. 1 ersichtlich, ist ein Maschinengestell vorgesehen,
das aus zwei spiegelbildlich gleichen Hälften 1 und 2 besteht. In jedem dieser Gestelle
1 und 2 ist je eine Härtestation untergebracht. Im unteren Drittel jedes Gestelles
ist an der Außenseite je ein Lagerbock 3 und 4 für die Fördereinrichtung 5 vorgesehen,
die aus zwei Ketten besteht, die über Kettenräder 6 und 7 (A b b. 2) laufen. Die
Ketten sind in gewissen Abständen, die den Arbeitsschritten entsprechen, mit Prismen
8 versehen, auf die die Werkstücke vom Zubringerförderer 9 übergeben werden. Der
Zubringerförderer besteht ebenfalls aus zwei Ketten und fördert in waagerechter
Richtung. Es ist jedoch auch möglich, diesen Zubringerförderer in irgendeiner geneigten
Richtung anzuordnen.
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Der Zubringerförderer 9 ist ebenfalls mit Prismen 10 besetzt.
Diese Prismen sind eng nebeneinander angeordnet, und der jeweils vordere Schenkel
11 der Prismen ist mit einem überhöhten Nocken 12 versehen. Dieser Nocken 12 hat
den Zweck, zu verhindern, daß ein Werkstück so auf den Zubringer aufgelegt werden
könnte, daß es nicht völlig im Prisma liegt. Sobald es in die bei 13 strichpunktiert
angedeutete Lage eingelegt wird, rutscht das Werkstück selbsttätig in den Prismengrund.
Die Nocken 12 stellen außerdem sicher, daß die Werkstücke am Ende des Zubringerförderers
mit Sicherheit sanft in die Prismen 8 des waagerechten Förderers 5 der eigentlichen
Härtemaschine übergeben werden. Der Zubringerförderer 9 wird ebenso wie der Förderers
intermittierend angetrieben, und selbstverständlich müssen die Bewegungszeiten und
die Stillstandszeiten der beiden Förderer aufeinander abgestimmt sein.
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Die Werkstücke gelangen auf dem Obertrum des Förderers 5, das zweckmäßig
durch eine Führung unterstützt wird, in einem Bewegungsschritt zu der in A b b.
1 und 2 bei 14 angedeuteten Spannstelle, die unmittelbar unter den Induktoren liegt,
die bei 15 angedeutet sind.
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An der Spannstelle 14 (vgl. insbesondere A b b. 2) müssen mit dem
Werkstück 16 verschiedene Manipulationen durchgeführt werden. Das Werkstück rnuß
zunächst in eine Vorrichtung eingespannt werden, die bei der späteren Härtung einen
Umlauf des Werkstückes ermöglicht. Außerdem muß insbesondere für das Härten der
Lagerzapfen 17 das Werkstück von den Prismen 8 der Förderkette um ein geringes abgehoben
werden, und es ist zweckmäßig, diese Hebbewegung auch für die Bearbeitung der Kurbelzapfen
18 durchzuführen. Die hierfür erforderlichen Einrichtungen sind in A b b. 3 dargestellt.
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Rechts und links neben der Fördereinrichtung 5 ist je eine Pinole
19 und 20 angeordnet. Die Körner
21 und 22 der beiden Pinolen sind
in einer Ebene vorgesehen, die um wenige Millimeter höher liegt als die Förderebene
der Werkstücke, d. h. der Ebene, in der sich die Mittelachsen der Werkstücke auf
dem Förderer bewegen. Wenn daher die Körnerspitzen zum Eingriff mit den Körnern
an den Weriistücken vorgeführt werden, werden die Werkstücke um den erwähnten geringen
Betrag von der Fördereinrichtung abgehoben und befinden sich sodann in einer Lage,
in der sie von der Fördereinrichtung völlig frei sind.
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Um dies bewerkstelligen zu können, ist die Pinole 19 kolbenartig ausgeführt;
die Körnerspitze 21 ist in einer Büchse 23 drehbar gelagert. An dieser Büchse 23
befindet sich ein Kolben 25, der sich im Pinolenkörper 24 unter hydraulischem oder
pneumatischem Druck hin- und herbewegen kann. Die Körnerspitze 21 kann also in Achsrichtung
vor- und zurückgefahren werden. Die Körnerspitze 22 der gegenüberliegenden Pinole
ist, wie bei 26 angedeutet, gefedert, so daß sie einem Druck in Achsrichtung nachgeben
kann. Die Pinole selbst ist mittels eines Exzenters 27 in Achsrichtung beweglich
und in der dargestellten Endstellung durch den Exzenter 27 starr fixierbar. Die
Stirnseite der Pinole ist mit einem Reibbelag 28 versehen.
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Wenn daher die Körnerspitze 21 der Pinole 19 unter Druck in Achsrichtung
gegen das Werkstück vorgeführt wird, so rastet die Körnerspitze im Körner ein und
schiebt das Werkstück gegen die Körnerspitze 22 der Pinole 20, bis auch hier der
Körner in der Spitze 22 einrastet. Damit gelangt dann schließlich auch der Flansch
des Werkstückes 29 zur Anlage an der Reibfläche 28, die um die Körnerspitze 22 herum
vorgesehen ist. Auf diese Weise ist das Werkstück zwischen den beiden Pinolen 19
und 20 fest eingespannt und steht in Reibverbindung mit der Pinole 20.
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Ehe nun das Härten beginnen kann, ist es notwendig, die Kurbelzapfen
so auszurichten, daß sie in ihren oberen Totpunktlagen liegen, damit hernach die
Induktoren selbsttätig aufgesetzt werden können. Zu diesem Zweck wird das Werkstück
zunächst in Umdrehung versetzt, und zwar über die Pinole 20, die zum axialen Umlauf
ausgebildet ist. Im gewählten Beispiel ist hierzu ein Schneckentrieb 30 vorgesehen,
der den Umlauf besorgt. Die Übertragung der Drehbewegung auf das zwischen den Pinolen
gespannte Werkstück erfolgt durch den Reibbelag 28.
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In A b b. 4 ist die Einrichtung veranschaulicht, mit der das Ausrichten
des Werkstückes erfolgt. Es ist ein Schwenkhebel 31 vorgesehen, dessen freies
Ende in den Bereich der exzentrischen Umlaufbahn 33 der Kurbelzapfen 18 eingeschwenkt
werden kann. Der Hebel 31 betätigt den fest mit ihm verbundenen Steuerhebel 34.
Normalerweise haben der eingeschwenkte Hebel 31 und der Steuerhebel 34 die
in gestrichelten Linien 31' bzw. 34' angedeutete Lage, in die sie durch eine. Feder
35 gebracht werden. Wenn die Kurbelwelle in der Einrichtung gemäß A b b. 3 eingespannt
ist, wird der Hebel 31 in den Bereich der exzentrischen Umlaufbahn 33 der Kurbelzapfen
18 eingeschwenkt. Läuft der Kurbelzapfen bei seinem Umlauf am Hebel 31 in
der Stellung 31' an, so wird dieser vom Kurbelzapfen in Pfeilrichtung mitgenommen
und öffnet über einen Nocken 36 zunächst den Ruhekontakt des Endschalters 37. Dadurch
wird der Antrieb abgeschaltet. Beim Auslaufen wird der Hebel 31 in die stark ausgezogen
dargestellte Stellung gedrückt und bewirkt über den zweiten Nocken 36 und den Endschalter
37, daß der Antrieb gebremst wird. Ein Rückstellhebel 38, der von einer Zahnstange
39 über Kolben 32 betätigt wird, drückt das gesamte Hebelsystem in die mit strichpunktierten
Linien dargestellte Lage 31"/34". In dieser Lage befindet sich der Hebel 31 außerhalb
der exzentrischen Umlaufbahn 33 des Werkstückes. Ein zweiter Endschalter 40 sorgt
in dieser Endstellung dafür, daß die Maschine für den weiteren Arbeitsablauf freigegeben
wird.
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Nachdem nun das Werkstück durch die Vermittlung des Hebels 31 so zum
Stillstand gebracht worden ist, daß sich die Kurbelzapfen 18 in der oberen bzw.
unteren Totpunktlage befinden, können die Induktoren zur Einleitung des Härtevorganges
abgesenkt werden.
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Das Heben und Senken der Induktoren wird durch die ili A b b. 2 angedeuteten
Motoren 41 und 42 und ein Kurbelgetriebe bewirkt. Das Getriebe besteht aus einer
Kurbelscheibe 43, die mit einer Rolle 44 versehen ist. Die Rolle 44 greift unter
eine Leiste 45, die fest verbunden ist mit einem Abhebeschlitten 46. Durch die Bewegung
der Kurbelscheibe 43 wird somit der Abhebeschlitten 46 in seine obere und untere
Totpunktlage bewegt. Im Abhebeschlitten 46 sind Führungsstücke 47 befestigt, in
welchen die mit den Konsolen 48 verbundenen Bolzen 49 gleiten. Eine solche Konsole
48 ist in A b b. 5 in Ansicht dargestellt, und wie aus A b b. 2 ersichtlich, sind
in der ersten Station vorzugsweise vier solcher Konsolen 48 vorgesehen. Die Konsolen
sind an Schlitten 50 befestigt, die an Kugelführungen 51 senkrecht
auf und ab bewegbar sind. Der Hebeschlitten 46 ist infolge der getroffenen Anordnung
in der Lage, mittels der Bolzen 49 die Konsolen 48 in eine obere Lage zu heben und
sie in eine untere Lage abzusenken. In dieser unteren Lage können die Bolzen 49
sich in den Führungsstücken 47 frei bewegen, und infolgedessen ist es möglich, daß
die Konsolen 48 sich in abgesenkter Lage unabhängig vom Kurbeltrieb auf und ab bewegen
können.
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Das Gewicht der Konsolen 48 und der damit verbundenen Teile ist teilweise
bis auf eine geringe Überlast durch die angelenkten Stangen 52, die unter Einfluß
einer Druckfeder 53 stehen, ausgeglichen.
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An der Oberseite der Konsole 48 ist die Oberplatte 54 einschiebbar,
die die Parallelogrammführung trägt. Die Parallelogrammführung besteht aus zwei
Stangen 55 und 56, die an der Oberplatte 54 bei 57 und 58 angelenkt sind. Anden
unteren Enden der Stangen 55 und 56 ist die Unterplatte 59 entsprechend angelenkt.
Zwischen den Stangen 55 und 56 der Parallelogrammführung befindet sich der scheibenförmige
Transformator 60 für den Induktor 15. Der Transformator 60 ruht auf der Unterplatte
59, an deren Unterseite der Induktor 15 befestigt ist. Es ist zweckmäßig, den Induktor
auswechselbar vorzusehen.
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Die Anordnung bewirkt, daß die Konsole 48 und damit der Induktor 15
in senkrechter Richtung zwangsgeführt sind. Infolge der Parallelogrammführung kann
der Induktor 15 die exzentrische Umlaufbewegung der zu härtenden Zapfen mitmachen.
Außerdem sind die Gelenkstellen der Parallelogrammfiihrung bewußt mit einem gewissen
Spiel ausgerüstet, so daß ein Pendeln in Querrichtung
möglich ist.
Insgesamt wird hierdurch also erreicht, daß der Induktor 15 mit seinem Maul 61 auf
den zu härtenden Zapfen 18 störungsfrei aufgesetzt werden kann und daß sodann der
Induktor die exzentrische Bewegung des Kurbelzapfens ohne weiteres mitmacht, wenn
das Werkstück in Umlauf versetzt wird. Die Einrichtung gestattet ferner, daß zunächst
alle Induktoren auf die zu bearbeitenden Zapfen abgesenkt werden und gemeinsam das
Aufheizen und Abschrecken vornehmen, während das Werkstück umläuft.
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Es ist zweckmäßig, Induktoren an sich bekannter Bauart zu verwenden,
bei welchen der Heizleiter aufgehängt ist zwischen zwei käfigartig zusammengehaltenen
Platten aus nichtferromagnetischern Werkstoff, vorzugsweise aus Messing oder nichtrostendem
Stahl. Der Raum zwischen diesen Platten wird außerdem dazu ausgenutzt, eine Abschreckmittelkammer
aufzunehmen, die mit Auslässen und Spritzöffnungen versehen ist, die auf das Maul
61
des Induktors und damit auf die Werkstückoberfläche gerichtet sind. Solche
Induktoren gestatten das Abschrecken unmittelbar nach Erreichen der erforderlichen
Härtetemperatur. Es entstehen somit zwischen Beendigung des Aufheizens und Einsetzen
des Abschreckens keine Leerzeiten. Zum Auffangen des Abschreckmittels ist unterhalb
der Gestelle 1 und 2 eine Wanne 62 vorgesehen. Ein Abschreckmittelbad, wie dies
sonst bei derartigen Maschinen üblich war, ist bei der Maschine gemäß der Erfindung
nicht erforderlich.
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Nach Beendigung des Abschreckens werden die Pinolen 19 und 20 in Achsrichtung
zurückgefahren, so daß das Werkstück von der Spanneinrichtung frei wird und auf
die Prismen der Fördereinrichtung 5 zurückfällt. Die Fördereinrichtung setzt sich
alsdann erneut in Bewegung und bringt das Werkstück zur nächsten Härtestation, worauf
sich sinngemäß das gleiche Spiel wiederholt. Je nach den gegebenen betrieblichen
Voraussetzungen kann auf dem Wege von der einen Härtestation zur anderen eine Ruhepause
bei 63 eingeschaltet werden.
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Die Gestelle 1 und 2 weisen, wie aus A b b. 2 ersichtlich, Räume 65
und 66 auf, um Kondensatoren und Schalteinrichtungen aufzunehmen, die benötigt werden,
um die elektrische Anpassung der Induktoren zu bewirken und die Schaltvorgänge für
das Zuführen der Werkstücke, das Heben und Senken der Induktoren, das Zu- und Abschalten
der Leistung sowie der Abschreckflüssigkeit durchzuführen.