DE1565244B1 - Induktor zum induktiven oberflaechenhaerten nicht rotations symmetrischer umlaufender werkstuecke - Google Patents

Induktor zum induktiven oberflaechenhaerten nicht rotations symmetrischer umlaufender werkstuecke

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DE1565244B1
DE1565244B1 DE19641565244 DE1565244A DE1565244B1 DE 1565244 B1 DE1565244 B1 DE 1565244B1 DE 19641565244 DE19641565244 DE 19641565244 DE 1565244 A DE1565244 A DE 1565244A DE 1565244 B1 DE1565244 B1 DE 1565244B1
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DE
Germany
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inductor
workpiece
camshaft
inductors
mouth
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Withdrawn
Application number
DE19641565244
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English (en)
Inventor
Hermann Kuhlbars
Friedhelm Dr-Ing Reinke
Gerhard Dr-Ing Seulen
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SMS Elotherm GmbH
Original Assignee
AEG Elotherm GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/44Coil arrangements having more than one coil or coil segment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, besteht dieser Leiter aus einem das Maul offenlassenden, kreisförmig gebogenen Flachband, auf dem ein Kühlrohr aufgelötet ist.
  • 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.
  • Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen, C 4D die Beispiele darstellen, nachstehend eingehend erläutert.
  • Eine bevorzugte Ausführungsfonn des Induktors gemäß der Erfindung ist in Ab b. 1 im Querschnitt und in A b b. 2 im Längsschnitt dargestellt.
  • 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.
  • Die Ränder des Mauls 4 bilden mit den Enden des Kühlrohres 5, welche mit Kühlwasseranschlüssen 9 versehen sind, zueinander parallele, ebene Begrenzungen 7.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Induktor zum induktiven Oberflächenhärten nicht rotationssymmetrischer umlaufender Werkstücke, wie Nocken 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, dadurch gekennzeichne t' daß der Induktor im wesentlichen durch einen mehr als halbkreisförmigen, mit Jochblechen(6) besetzten flachen Leiter (3) gebildet wird, der ein Maul (4) aufweist, dessen Weite gleich dem Hüllenkreisdurchmesser (H) des Werkstücks (1) zuzüglich eines Sicherheitsaufmaßes (2 A) ist. Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (3) aus einem das Maul (4) offenlassenden, kreisförmig gebogenen Flachband besteht, auf dem ein Kühlrohr (5) aufg gelötet ist. 3. Anordnun- mit mehreren Induktoren nach Anspruch 1 oder 2-, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erwärinung der Nocken (1) einer Nockenwelle (2) und gegebenenfalls der Lagerstellen dieser Nockenwelle (2) mehrere Induktoren (10) elektrisch in Reihe geschaltet nebeneinander angeordnet und die Verbindungen (11, 13) zwischen diesen Induktoren (10) parallel zur Wellenachse (12) und wechselweise auf entgegengesetzten Seiten der Nockenwelle (2) geführt sind.
DE19641565244 1964-12-14 1964-12-14 Induktor zum induktiven oberflaechenhaerten nicht rotations symmetrischer umlaufender werkstuecke Withdrawn DE1565244B1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8835820B2 (en) 2009-09-10 2014-09-16 Sms Elotherm Gmbh Inductor and use of such an inductor
DE102014013131A1 (de) 2014-09-09 2016-03-10 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Verfahren zum Härten von Nocken

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10686C (de) * A. herbst in Moskau Neuerungen an Verdampfapparaten für Flüssigkeiten
FR1021515A (fr) * 1950-07-05 1953-02-19 Csf Perfectionnement aux inducteurs pour traitements thermiques en haute fréquence
DE1079240B (de) * 1958-02-18 1960-04-07 Werkzeugmaschinenfabrik Iaherm Verfahren zur Induktionshaertung von Werkstuecken

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