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Die Erfindung betrifft einen Induktor zum induktivenOberflächenhärten
nicht rotationssymmetrischer Werkstücke, wie der Ngcken von Nockenwellen, im Umlaufverfahren,
wobei- der Induktor in axialer Richtung die zu erhitzende Werkstückbreite umfaßt
und im Oberflächenbereich des Werkstücks Stromfäden erzeugt, die sich im gleichen
Richtungssinn um den Werkstückumfang schließen, bzw. eine Anordnung mit mehreren
Induktoren dieser Art.
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Ein solcher Induktor zum induktiven Oberflächenhärten der Nockeli
em*cr< Nockenwelle ist z. B. be-
kannt aus dem Bu#Ii. von K. K e
g e 1, »Die Praxis der induktiven, W4rmbehandlung«, 1961, S. 89,
Kapitel
4, 5 »Nockenwellen«, Abs. 1. Der Induktor ist dabei eine' die-- Nockenwelle
umschließende Arbeitsspule. Die Nocken werden jeweils nacheinander durch axiale
Verschiebung der Nockenwelle in die Arbeitsspqle7 gebracht und jeder Nocken bei
rotierender Welle einzeln aufgeheizt und abgeschreckt. Der zeitliche Aufwand für
das Härten einer Nockenwelle ist bei diesem bekannten Verfahren aber sehr hoch,
da es eines absatzweisen Vorschubes des Werkstücks von Nocken zu Nocken bedarf.
Hingegen ist es für die Erzielung einer gleichmäßigen Härtezone günstig, daß sich
die induzierten Stromfäden um das Werkstück herum schließen.
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Bei dem beschriebenen Verfahren wird als Arbeitsspule vorteilhaft
ein eine einzige Spulenwindung aufweisender, den Nocken umschließender Induktor
verwendet, wie er aus dem Aufsatz von G. S e u 1 e n, »Oberflächenhärtung
mit Induktionserhitzung bei mittleren FrequerLz#eii«, in »Stahl und Eisen«,
23. Dezember 1943, Heft 5 1, S. 93 1, Figur 5, bekannt ist.
Im selben Aufsatz -wird an Hand von Figur 6, S. 93 1,
eine zum Härten vön-
zylindrischen bzw. rotationssymmetrischen Werkstückteilen dienende Heizleiterschleife
beschrieben, die einem gekrümmten Rechteck gleicht und sich im Kopplungsabstand
an die Oberfläche des Werkstücks anschnliegt.
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Unter einer solchen Leiterschleife entstehen induzierte Stromfäden
im Werkstück, die ein Abbild dieser Rechteckforuf' -sind. Die Stromfäden laufen
mithin nicht um den Umfang des Werkstücks herum, sondern schließen sich im Überdeckungsbereich
des Heizleiters in der Werkstückoberfläche. Zur Erhitzung der gesamten Werkstückoberfläche
ist es bei diesem bekannten Verfahren nötig, während des Erhitzungsvorganges das
Werkstück gegenüber dem Induktor zu drehen. Wegen der Notwendigkeit, den Induktor
unter Einhaltung eines, geringen Kopplungsabstandes bei rotierendem Werkstück an
die Werkstückoberfläche anzuschiniegen, ist dieses Verfahren vor allem zum Härten
von rotationssymmetrischen Werkstückflächen geeignet wie z. B. zum Härten von Kurbelwellenhublagern,
wobei beim Umlauf der Welle um ihre Achse der Induktor - dem Hublager folgend
- eine periodische Bewegung in radialer Richtung ausführen muß. Der dazu
nötige große konstruktive Aufwand ist ein Nachteil. Der wesentliche Vorteil Diesel
Verfahrens liegt hingegen darin, daß das Werkstück, ohne daß es ausgespannt werden
muß, mit dem Induktor in Eingriff gebracht werden im
kann. Außer zum Härten
von rotationssymmetrischen Werkstückflächen ist dieses bekannte Verfahren eventuell
noch zum Härten von elliptischen Werkstücken geeignet, die nur unwesentlich von
der Rotationssymmetrie abweichen, wobei seine Vor-und Nachteile auch bei dieser
Anwendung die gleichen bleiben. Zum Härten -der Nocken einer Nockenwelle ist dieses
Verfahren im allgemeinen aber ungeeignet.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Induktor zum induktiven
Erwärmen zwecks Oberflächenhärtens nicht rotationssymmetrischer Werkstücke, wie
der Nocken einer Nockenwelle, anzugeben, der eine Synthese der Vorteile der genannten
Verfahren bietet und - ohne neue Nachteile hervorzurufen - ihre bekannten
Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Induktor gemäß der Erfindung
im wesentlichen durch einen mehr als halbkreisförmigen flachen Leiter gebildet wird,
der ein Maul aufweist, dessen Weite gleich dem Hüllenkreisdurchmesser des Werkstücks
zuzüglich eines Sicherheitsaufmaßes ist.
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Der Induktor gemäß der Erfindung hat also keine einfache U-Fonn. Dadurch,
daß bei ihm der lichte Durchmesser des kreisförmigen Induktionsleiters größer als
die lichte Weite seines »Mauls« ist, wird gegenüber einer reinen U-Förm eine relative
Vergleichmäßigung des wirksamen Feldes erreicht. Da das Werkstück voraussetzungsgemäß
nicht rotationssymmetrisch ist, kann bei einer Rotation desselben eine optimale
Gleichmäßigkeit streng genommen nämlich nur bei rotationssymmetrischen Induktoren
erreicht werden. Durch die Vergrößerung des lichten Kreisbogendurchmessers über
das Maß des Mauls hinaus erreicht man bei der Erfinduncy nun auf vorteilhafte Weise
eine überraschend-gute--Annäherung an diese optimalen Verhältnisse.
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Entgegen dem Anschein wird die Kopplung zum Werkstück beim erfindungsgemäßen
Induktor gegenüber dem Fall eines rein U-förmigen Induktors im allgemeinen nicht
verschlechtert, und zwar deshalb, weil das Sicherheitsaufmaß, um welches die Maulweite
den Hüllenkreisdurchmesser des Werkstücks übersteigt, insbesondere auch infolge
der Magnetblechbestückung, immer kleiner ist als der doppelte kleinste Kopplungsabstand
des Induktor-Heizleiters vom Werkstück, was dazu führt, daß der lichte Durchmesser
des Leiters des Induktors gemäß der Erfindung also nicht oder nicht wesentlich größer
sein muß als der Durchmesser im Falle eines Induktors mit reiner U-For-m. Aber auch
bei einer geringen Verschlechterung der Kopplung gegenüber einem rein U-förmigen
Induktor wird dieser Nachteil beim erfindungsgemäßen Induktor durch die größere
Gleichmäßigkeit des Feldes bei weitem ausgeglichen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, besteht dieser
Leiter aus einem das Maul offenlassenden, kreisförmig gebogenen Flachband, auf dem
ein Kühlrohr aufgelötet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung, in der zur induktiven
Erwärmung der Nocken und gegebenenfalls der Lagerstellen einer Nockenwelle mehrere
Induktoren elektrisch in Reihe -geschaltet nebeneinander angeordnet und die Verbindungen
zwischen diesen Induktoren parallel zur Wellenachse und wechselweise auf entgegengesetzten
Seiten der Nockenwelle geführt sind.
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Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen, C 4D die Beispiele darstellen,
nachstehend eingehend erläutert.
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Eine bevorzugte Ausführungsfonn des Induktors
gemäß
der Erfindung ist in Ab b. 1 im Querschnitt und in A b b. 2 im Längsschnitt
dargestellt.
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Der Nocken 1 einer Nockenwelle, 2 wird im Umlaufverfahren in
einem Induktor erhitzt, der das Werkstück nicht völlig umfaßt und der im wesentlichen
aus einem zur Kreisforin gebogenen bandförmigen Leiter 3 besteht. Der Leiter
3 läßt ein Maul 4 offen, dessen Weite gleich dem Hüllenkreisdurchmesser H
zuzüglich eines Sicherheitsaufmaßes 2 A ist. Auf diese Weise ist es möglich,
die Nockenwelle durch eine Bewegung relativ zum Induktor in Richtung senkrecht zur
Wellenachse in jeder Wickelstellung in den Induktor einzufahren bzw. die Nockenwelle
während des Einfahrens umlaufen zu lassen. Der Leiter 3 ist zur Feldkonzentration
mit Magnetjochblechen 6 besetzt und besteht zweckmäßiaerweise aus einem Kupferband,
auf dein ein Kühlrohr 5 rechteckigen Querschnitts aufgelötet ist.
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Die Ränder des Mauls 4 bilden mit den Enden des Kühlrohres
5, welche mit Kühlwasseranschlüssen 9
versehen sind, zueinander parallele,
ebene Begrenzungen 7.
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zu einer C vorteilhaften Ausführung ist, wie aus C, Ab b. 2
ersichtlich, die Breite des Leiters 3 bzw. die Breite der Jochbleche
6 jeweils größer als die Breite des Nockens 1. Herdurch wird eine
weitere Ver-,gleichmäßia,uno, des Feldes im Induktorinnenraum T c' herbeigeführt.
Durch die Besetzung des Induktors mit Jochblechen wird eine Feldkonzentration erzielt,
bei der mit geeignet gewählter Frequenz bzw. Kopplungsabstand auch bei sehr spitzen
Nocken eine überhitzung der Nockenspitze vermieden werden kann. Ferner wird durch
diese Feldkonzentration ermöglicht, Induktoren nebeneinander in relativ ge-C CI
ringein Abstand voneinander anzuordnen und sie mit Strömen entgegengesetzter Richtung
zu beaufschlacyen.
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In Ab b. 3 sind für eine Anordnunc, mit mehreren
C
nebeneinander angeordneten Induktoren die elektrischen Verbindunuen zwischen
den Einzelinduktoren angedeutet, welche parallel zur Wellenachse und wechselweise
auf entgegengesetzten Seiten der Nockenwelle geführt sind. Nach Ab b. 3 sind
vier Induktoren 10 nebeneinander und elektrisch in Reihe geschaltet angeordnet,
wobei die Verbindungen 11
zwischen diesen Induktoren 10 parallel zur
Werkstückachse 12 und an der einen Seite der Nockenwelle und die Verbindung
13 sowie die Zuleitung 14 und 15 parallel zur Werkstückachse und an
der anderen Seite der Nockenwelle angeordnet sind. Zur Verringerung der Induktivität
des Heizleiterkreises werden die Zuleitungen-14 und 15 möglichst eng benachbart
an der Verbindung 13 geführt.