DE19955670B4

DE19955670B4 - Method and device for hardening surfaces of a crankshaft or camshaft

Info

Publication number: DE19955670B4
Application number: DE19955670A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dipl.-Ing. Gezarzick
Original assignee: SMS Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: DE19955670A1

Abstract

Verfahren zum Härten von in Achsrichtung (A) nebeneinander angeordneten zu härtenden Flächen (10, 11, 12; 39, 40, 41) einer Kurbel- (K) oder Nockenwelle (N), bei dem die zu härtenden Flächen (10, 11, 12; 39, 40, 41) durch einen ihnen jeweils zugeordneten Induktor (14, 15, 16; 33, 34, 35) induktiv erwärmt und nach der Erwärmung abgeschreckt werden, wobei jeweils mindestens zwei benachbart angeordnete zu härtende Flächen (10, 11, 12; 39, 40, 41) gleichzeitig erwärmt werden, wobei bei der gleichzeitigen Erwärmung der zu härtenden Flächen (10, 11, 12; 39, 40, 41) der einer der Flächen (10, 11, 12; 39, 40, 41) jeweils zugeordnete Induktor (14, 15, 16; 33, 34, 35) mit einer anderen Frequenz (F1, F2; F3, F4) betrieben wird als der Induktor (10, 11, 12; 39, 40, 41), welcher der nächst benachbarten zu härtenden Fläche (10, 11, 12; 39, 40, 41) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (F1; F3), mit...Method for hardening surfaces (10, 11, 12, 39, 40, 41) of a crank (K) or camshaft (N) arranged side by side in the axial direction (A), in which the surfaces to be hardened (10, 11, 12, 39, 40, 41) are inductively heated by a respective inductor (14, 15, 16, 33, 34, 35) and quenched after heating, wherein in each case at least two adjacently arranged surfaces (10, 11, 12, 39, 40, 41) are heated simultaneously, with simultaneous heating of the surfaces to be hardened (10, 11, 12, 39, 40, 41) of one of the surfaces (10, 11, 12, 39, 40, 41 ), each having an inductor (14, 15, 16, 33, 34, 35) operated at a different frequency (F1, F2, F3, F4) than the inductor (10, 11, 12, 39, 40, 41) the next adjacent surface to be hardened (10, 11, 12, 39, 40, 41) is assigned, characterized in that the frequency (F1, F3), with ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von in Achsrichtung nebeneinander angeordneten zu härtenden Flächen einer Kurbel- oder Nockenwelle, bei dem die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angeführten Arbeitsschritte absolviert werden. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Härten der Flächen einer Kurbel- oder Nockenwelle, welche in besonderer Weise zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist und die im Oberbegriff von Anspruch 10 angegebenen Merkmale aufweist.The The invention relates to a method for hardening in the axial direction next to each other arranged to be cured surfaces a crankshaft or camshaft, in which the in the preamble of claim 1 quoted Work steps are completed. Likewise, the invention relates a device for curing the surfaces a crankshaft or camshaft, which in a special way to carry out a suitable for such process and that in the preamble of claim Has 10 specified characteristics.

Aus der DE 195 37 738 C1 ist es bekannt, beim Härten von rotationssymmetrischen Bauteilen unterschiedliche, benachbart zueinander angeordnete und sich überlappende Oberflächenpartien durch jeweils zugeordnete Induktoren gleichzeitig zu erwärmen und abzuschrecken, wobei die beiden Induktoren mit unterschiedlichen Frequenzen (Hochfrequenz, Mittelfrequenz) betrieben werden. Jeder der Induktoren wird dabei von einem Generator versorgt und mit einer Brause kombiniert, über die zum Abschrecken benötigte Flüssigkeit ausgebracht wird.From the DE 195 37 738 C1 It is known, during the hardening of rotationally symmetrical components, to simultaneously heat and quench different, adjacently arranged and overlapping surface portions by respectively associated inductors, wherein the two inductors are operated with different frequencies (high frequency, medium frequency). Each of the inductors is supplied by a generator and combined with a shower, is spread over the required for quenching liquid.

Aus der DE 1 583 329 C ist es darüber hinaus bekannt, dass beim induktiven Härten von Kurbelwellenflächen die Induktoren unabhängig voneinander gesteuert werden können.From the DE 1 583 329 C It is also known that inductive hardening of crankshaft surfaces can independently control the inductors.

Um den Lagerflächen der Haupt- und Hublager einer Kurbelwelle und den Nockenflächen oder Lagerflächen einer Nockenwelle die notwendige Verschleißfestigkeit zu geben, ist es erforderlich, diese Flächen zu härten. Kurbel- und Nockenwellen werden daher im Zuge ihrer Herstellung einer Härtung unterzogen.Around the storage areas the main and hub bearings of a crankshaft and the cam surfaces or bearing surfaces of a Camshaft to give the necessary wear resistance, it is required, these areas to harden. Crankshafts and camshafts are therefore in the course of their production subjected to a hardening.

Der besondere Vorteil des Härtens von Kurbel- oder Nockenwellen mittels induktiver Erwärmung besteht darin, daß die zu härtenden Flächen in kurzer Zeit auf Härtetemperatur gebracht werden können, wobei die Eindringtiefe der Erwärmung exakt vorgegeben werden kann. Dabei ist es jedoch erforderlich, die für die Verschleißbeständigkeit erforderliche Härtung der zu härtenden Flächen auf einen möglichst eng begrenzten Bereich zu beschränken. Andernfalls wird die Einbuße an Zähigkeit des Wellenwerkstoffs so groß, daß die Lebensdauer und das Lastaufnahmevermögen der Welle herabgesetzt ist. Besonders problematisch ist dies bei Kurbelwellen, welche im Betrieb große, stoßweise auftretende Belastungen aufnehmen müssen.Of the special advantage of hardening of crankshafts or camshafts by means of inductive heating in that the to be hardened surfaces in a short time at hardening temperature can be brought, with the penetration depth of the heating can be specified exactly. However, it is necessary that for wear resistance required hardening the one to be hardened surfaces on a close as possible limited area. Otherwise, the loss will be toughness of the shaft material so big that the Lifespan and load capacity of the shaft reduced is. This is particularly problematic in crankshafts, which are in operation size, fitfully must absorb occurring loads.

Letzteres Problem besteht insbesondere im Bereich der Wangen, durch welche bei herkömmlichen Wellen die achsial benachbart zueinander angeordneten Zapfen voneinander getrennt sind. Diese Wangen können während des Einsatzes der Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeug durch seitliche, von den Pleuellagern ausgeübte Kräfte belastet werden. Diese Belastung kann dazu führen, daß die belasteten Bereiche der Wange mit der Folge brechen, daß die Kurbelwelle nicht mehr einsatzfähig ist.The latter Problem exists especially in the area of the cheeks, through which at conventional Shafts axially adjacent pins arranged from each other are separated. These cheeks can while the use of the crankshaft in a motor vehicle by lateral, exerted by the conrod bearings personnel be charged. This load can cause the loaded areas of the Cheek break with the result that the crankshaft no longer operational is.

Um die Gefahr einer zu großen Veränderung der Werkstoffeigenschaften im Bereich der gehärteten Lagerflächen zu verringern, werden die an die jeweils bearbeitete Lagerfläche angrenzenden Wangen während der Erwärmung der betreffenden Fläche gekühlt. Auf diese Weise kann das übermäßige Eindringen von Wärme in die seitlichen Wangen verhindert werden.Around the danger of being too big Change in the Material properties in the area of hardened bearing surfaces too reduce, adjacent to the respective processed storage area Cheeks while the warming the area concerned cooled. In this way, the excessive penetration of heat be prevented in the lateral cheeks.

Bei speziellen Kurbelwellen, bei denen die Hublagerzapfen eng benachbart, ohne eine dazwischenliegende Wange in Achsrichtung nebeneinander angeordnet sind, besteht ein weiteres Problem darin, daß es beim Härten der Lagerfläche eines der Hubzapfen zur Wiedererwärmung des jeweils anderen, eng benachbart angeordneten Hubzapfens kommt. Dieses ”Anlassen” hat zur Folge, daß die Härte der jeweils zuvor gehärteten Lagerfläche des jeweils anderen Hubzapfens abnimmt. Aus diesem Grund ist beispielsweise in der DE 36 13 909 C1 vorgeschlagen worden, die nächstbenachbart angeordneten Hubzapfen einer derartigen, in der Fachsprache als ”Split-Pin”-Kurbelwelle bezeichneten Welle umlaufend gleichzeitig zu härten. Weitere Ausgestaltungen dieser Vorgehensweise sind in der DE 40 01 887 C1 , der DE 42 36 921 C1 , der DE 195 30 430 C1 und der DE 196 38 008 C1 beschrieben.For special crankshafts in which the crankpins are juxtaposed closely next to each other without an intermediate cheek there is another problem in that, when the bearing surface of one of the crankpins hardens, it reheats the other, closely adjacent crankpin. This "tempering" has the consequence that the hardness of each previously hardened bearing surface of the other respective crank pin decreases. For this reason, for example, in the DE 36 13 909 C1 has been proposed to cure the next adjacent arranged Hubzapfen such, referred to in the jargon as a "split-pin" crankshaft circumferentially simultaneously. Further embodiments of this procedure are in the DE 40 01 887 C1 , of the DE 42 36 921 C1 , of the DE 195 30 430 C1 and the DE 196 38 008 C1 described.

Durch das gleichzeitige Härten der ohne eine dazwischen liegende Wange nebeneinander angeordneten Hubzapfen konnten die Probleme beim Härten der Lagerflächen von Hubzapfen einer ”Split-Pin”-Kurbelwelle vermindert werden. Probleme, wie sie bei Kurbelwellen, bei denen eine Wange zwischen den Hubzapfen vorhanden ist, aufgrund der seitlichen Belastung der Wangen durch die Pleuellager im Einsatz auftreten, sind wegen des Fehlens einer solchen Wange bei ”Split-Pin”-Kurbelwellen nicht vorhanden. Daher können gute Betriebseigenschaften dieser Kurbelwelle auch dann erhalten werden, wenn beim Härten nur die Wangen gekühlt werden, welche an die vom jeweils anderen Hubzapfen abgewandte Seite der jeweils zu härtenden Lagerflächen angrenzen.By the simultaneous hardening which arranged side by side without a cheek in between Crank pins could reduce the problems of hardening the bearing surfaces Stroke pin of a "split-pin" crankshaft be reduced. Problems, as with crankshafts, where a cheek exists between the crankpins, due to the lateral Loading of the cheeks through the connecting rod bearing in use occur are absent due to the lack of such a cheek in split-pin crankshafts. Therefore, you can good operating characteristics of this crankshaft even then obtained when hardening just the cheeks cooled be, which to the side facing away from the other crank pin side each to be cured storage areas adjoin.

Im Zuge der Weiterentwicklung von Kurbelwellen ist die Anforderung gestellt worden, die Dicke der Wangen der Kurbelwelle zu reduzieren, um Gewicht und Bauraum zu sparen. Bei Versuchen, Lagerflächen derartiger Kurbelwellen zu härten, ist es, je nach Leistung der jeweils eingesetzten Induktoren, im Bereich der Wangen zu einer übermäßigen oder unzureichenden Härtung gekommen. Dabei stellte sich eine besondere Schwierigkeit bei den Wangen heraus, die zwischen den Hauptlagern und den jeweils benachbarten Hubzapfen angeordnet sind. Besonders betroffen von dieser Schwierigkeit sind die Hohlkehlenbereiche am Übergang der Lagerflächen in die seitlichen Wangen, wenn nicht nur die Lagerfläche selbst, sondern auch der Kehlenbereich gehärtet werden soll.In the course of the further development of crankshafts, the requirement has been made to reduce the thickness of the cheeks of the crankshaft in order to save weight and installation space. In attempts to harden the bearing surfaces of such crankshafts, depending on the power of the respective inductors used, excessive or insufficient hardening has occurred in the region of the cheeks. It turned out a particular difficulty in the cheeks between the main camps and the ever because adjacent crank pins are arranged. Particularly affected by this difficulty are the groove areas at the transition of the bearing surfaces in the side cheeks, if not only the bearing surface itself, but also the throat area to be cured.

Zur Beseitigung der voranstehend erläuterten, sich bei Kurbelwellen im besonderen Maße stellenden Probleme ist vorgeschlagen worden, die Lagerflächen der beiden in Achsrichtung der Kurbelwelle jeweils seitlich eines Hauptlagers der Welle angeordneten und von diesem durch jeweils eine Wange getrennten Hublager gleichzeitig mit der Lagerfläche des Hauptlagers derart zu härten, daß nach der Härtung eine durchgehende Härtezone ausgebildet ist. Überraschend hat sich ergeben, daß bei einem derartigen Vorgehen die sich im Bereich der Wangen einstellende Härtezone derart beschaffen ist, daß die Gefahr einer vorzeitigen Zerstörung der Wange aufgrund eines übermäßigen Verlusts an Zähigkeit des Werkstoffs in diesem Bereich nicht gegeben ist.to Elimination of the above explained, is particularly problematic in crankshafts has been proposed, the bearing surfaces of the two in the axial direction arranged the crankshaft each side of a main bearing of the shaft and from this by a cheek separate stroke bearings simultaneously with the storage area of the Hardening the main camp so that after hardening a continuous hardness zone is trained. Surprised has shown that at Such an approach which adjusts in the cheeks hardening zone Such is the danger a premature destruction the cheek due to excessive loss toughness of the material is not given in this area.

In der Praxis ist festgestellt worden, daß sich bei der gleichzeitigen Härtung engbenachbart angeordneter Flächen das Problem ergibt, daß es im Bereich der zu härtenden Flächen aufgrund von nicht zu beherrschenden wandernden Strömen zu gegenseitigen Beeinflussungen kommt. Diese Beeinflussungen führen zu einem fehlerhaften Härteergebnis. So ist bei der gleichzeitigen Härtung von drei in Achsrichtung hintereinander angeordneten Lagerflächen einer Kurbelwelle festgestellt worden, daß es im Bereich des jeweiligen Übergangs von der einen zur anderen Lagerfläche zu einer Überhitzung aufgrund der dort ineinander laufenden magnetischen Felder kommt.In The practice has been found to be simultaneous hardening closely spaced surfaces the problem is that it in the field of hardening surfaces due to uncontrollable migratory flows to each other Influences comes. These influences lead to a faulty Hardness result. So is at the same time curing of three consecutively arranged in the axial direction bearing surfaces of a Crankshaft has been found to be in the range of the respective transition from one to the other storage area to overheating due to the magnetic fields running into each other.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem das gleichzeitige Härten von eng benachbart angeordneten Flächen bei verminderter Gefahr eines fehlerhaften Härteergebnisses möglich ist. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung geschaffen werden, welche im besonderen Maße zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.The The object of the invention is to provide a method with which the simultaneous hardening from closely adjacent arranged surfaces at reduced risk a faulty hardness result possible is. About that In addition, a device is to be created, which in particular to carry out the inventive method suitable is.

Diese Aufgabe ist in Bezug auf das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass bei diesem Verfahren die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen durchgeführt werden.These Task is in terms of the method according to the invention thereby solved have been specified in claim 1 in this method activities carried out become.

Gemäß der Erfindung werden bei der gleichzeitigen Erwärmung einer Gruppe von zu härtenden Lagerflächen die jeweils unmittelbar nebeneinander angeordneten Induktoren mit einer unterschiedlichen Frequenz betrieben. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß sich durch diese Betriebsweise die in das jeweilige Werkstück von den Induktoren jeweils induzierten Felder nicht mehr in der Weise gegenseitig beeinflussen, daß es aufgrund ihrer nicht kontrollierbaren Überlagerung zu einer Überhitzung in den Übergangsbereichen zwischen den zu härtenden Lagerflächen kommt. Statt dessen wird durch die Erfindung sichergestellt, daß die Wirkung der jeweiligen elektro-magnetischen Felder auf die vom jeweiligen Induktor unmittelbar erzeugte Härtezone beschränkt bleibt. Dies ermöglicht es, die Erwärmung der zu härtenden Flächen gezielt und örtlich beschränkt durchzuführen, so daß es in Bereichen, in welche kein elektro-magnetisches Feld unmittelbar induziert wird, nicht mehr zu einer unbeabsichtigten, unkontrollierbaren Überhitzung kommt. Auf diese Weise ist es möglich, den Verlauf der Härtzone in Achsrichtung der jeweiligen Welle exakt vorauszubestimmen.According to the invention are the simultaneous heating of a group of hardened storage areas the each directly juxtaposed inductors with a operated at different frequencies. Surprisingly, it has turned out that yourself by this mode of operation in the respective workpiece of the Inductors each induced fields no longer in the manner of each other affect it due to their uncontrollable overlay to overheating in the transition areas between the ones to be hardened storage areas comes. Instead, the invention ensures that the effect the respective electro-magnetic fields on the respective of the respective Inductor directly generated hardness zone limited remains. this makes possible it, the warming of the to be hardened surfaces targeted and local limited perform, so that it in areas where no electro-magnetic field is directly induced is no longer an unintended, uncontrollable overheating comes. In this way it is possible the course of the hardening zone to predict exactly in the axial direction of the respective wave.

Praktische Versuche haben ergeben, daß eine gegenseitige Beeinflussung der beim gleichzeitigen Härten von mindestens zwei Flächen eines Werkstücks von den jeweiligen Induktoren induzierten Felder dann sicher vermieden werden kann, wenn die Frequenz, mit welcher der eine Induktor betrieben wird, um das 1,5- bis 4-fache größer ist als die Frequenz, mit welcher der andere Induktor betrieben wird.practical Experiments have shown that a mutual influence of the simultaneous hardening of at least two surfaces a workpiece then safely avoided by the respective inductors induced fields can be when the frequency at which the one inductor operated will be 1.5 to 4 times larger as the frequency at which the other inductor is operated.

Bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise kann beispielsweise bei der gleichzeitigen Härtung von durch Wangen voneinander getrennten Lagerflächen einer Kurbelwelle gezielt zugelassen werden, daß die in die Lagerflächen und Wangenbereiche von den Induktoren jeweils eingeleitete Wärme in die Wärme des benachbarten Induktors mit der Folge übergeht, daß sich auch im Bereich der Wangen eine durchlaufende Härtezone einstellt. Dabei kann die Wärme durch die direkte Einwirkung des von den Induktoren erzeugten elektromagnetischen Feldes oder im Sinne einer indirekten Erwärmung durch Wärmewanderung in die Wangen gelangen. Es ist festgestellt worden, daß bei einem derartigen Vorgehen die sich im Bereich der Wangen einstellende Härtezone derart beschaffen ist, daß die Gefahr einer vorzeitigen Zerstörung der Wange aufgrund eines übermäßigen Verlusts an Zähigkeit des Werkstoffs in diesem Bereich nicht gegeben ist. So läßt sich eine gleichmäßige Härtezone ausbilden, bei der, anders als bei dem nacheinander erfolgenden Härten der Lagerflächen nach dem Stand der Technik, die Gefahr der Qualitätsminderung durch ein gegenseitiges Anlassen nicht mehr besteht.at inventive approach can for example, in the simultaneous curing of cheeks from each other separate storage areas a crankshaft to be specifically approved that in the bearing surfaces and Cheek areas of the inductors each introduced heat into the heat of adjacent inductor passes with the result that also in the field of Cheeks a continuous hardness zone established. This can be the heat by the direct action of the electromagnetic generated by the inductors Field or in the sense of indirect heating by heat migration get into the cheeks. It has been found that at a Such approach is the adjusting in the cheeks hardening zone is such that the Danger of premature destruction the cheek due to excessive loss toughness of the material is not given in this area. That's how it works a uniform hardness zone training in which, unlike the successive take place hardening the storage areas according to the prior art, the risk of quality degradation by a mutual tempering no longer exists.

Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Härtung von Kurbelwellen, bei denen es sich bei den zu härtenden Flächen jeweils um die Lagerfläche eines Hauptlagerzapfens und die Lagerflächen von zwei Hublagerzapfen einer Kurbelwelle handelt, von denen der eine Hublagerzapfen in Achsrichtung der Kurbelwelle auf der einen und der andere Hublagerzapfen auf der anderen Seite des Hauptlagerzapfens angeordnet ist.The method according to the invention for hardening crankshafts, in which the surfaces to be hardened are in each case the bearing surface of a main journal and the bearing surfaces of two crankpins of a crankshaft, of which the one journal bearing journal in the axial direction of the crankshaft on the one and the other crankpins on the other side of the Main journal is arranged.

Auch kann durch die Erfindung problemlos gewährleistet werden, daß die von den Induktoren gleichzeitig erwärmten Bereiche der Kurbel- oder Nockenwelle derart ineinander übergehen, daß aus ihnen nach dem Abschrecken eine zusammenhängende Härtezone entsteht. Diese Ausbildung der Härtezone ist beispielsweise dann günstig, wenn aus den voranstehend erläuterten Gründen die die Lagerflächen einer Kurbelwelle trennenden Wangen mit in die Härtung einbezogen werden sollen.Also can be easily ensured by the invention that the of the inductors heated simultaneously Areas of the crankshaft or camshaft so merge into each other, that out After quenching a coherent hardening zone develops. This training the hardness zone is, for example, then cheap, if from the above explained establish the the storage areas a crankshaft separating cheeks to be included in the cure.

Da die zu härtenden Flächen in der Regel unterschiedliche Abmessungen aufweisen, ist es vorteilhaft, wenn die den Lagerflächen zugeordneten Induktoren sich voneinander unterscheidende Leistungen abgeben. Ebenso zweckmäßig im Hinblick auf die Erzielung eines möglichst optimalen Härteergebnisses ist es, wenn die Dauer, über welche die den zu härtenden Flächen zugeordneten Induktoren jeweils Leistung abgeben, unterschiedlich ist.There the ones to be hardened surfaces usually have different dimensions, it is advantageous when the the storage areas associated inductors differ from each other services submit. Equally appropriate in terms to achieve one as possible optimal hardness result is it, if the duration, over which the one to be hardened surfaces assigned inductors each output power, different is.

Der verfahrenstechnische Aufwand und die Verarbeitungsdauer kann zudem weiter dadurch vermindert werden, daß das Abschrecken der induktiv erwärmten Flächen gleichzeitig erfolgt.Of the procedural effort and the processing time can also be further reduced by the quenching of the inductively heated surfaces simultaneously he follows.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die von den Induktoren abgegebenen Leistung in Abhängigkeit von der Drehstellung der Kurbelwelle gesteuert wird. Ergänzend oder alternativ kann auch das Abschrecken der erwärmten Flächen in Abhängigkeit von der Drehstellung der jeweils verarbeiteten Welle ausgelöst werden. Die drehwinkelabhängige Steuerung der Leistung der Induktoren und/oder der Abschreckeinrichtung hat gegenüber einer beim Stand der Technik üblichen zeitabhängigen Steuerung den Vorteil, daß sämtlichen Abschnitten der zu härtenden Flächen sicher dieselbe Leistung zugeteilt werden kann. Durch die direkte Bezugnahme auf die jeweilige Winkelstellung der Welle kann auf einfache Weise sichergestellt werden, daß die einzelnen Stufen der Erwärmung oder das Abschrecken erst dann eingeleitet werden, wenn die jeweilige Fläche über ihren gesamten Umfang in der erforderlichen Weise behandelt worden ist.A particularly preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the Power output by the inductors as a function of the rotational position of the Crankshaft is controlled. additional or alternatively, the quenching of the heated surfaces in dependence be triggered by the rotational position of each processed wave. The angle of rotation dependent Control of the power of the inductors and / or the quenching device has opposite a customary in the prior art time-dependent Control the advantage that all sections the one to be hardened surfaces certainly the same power can be allocated. By direct reference on the respective angular position of the shaft can easily to be sure that the individual stages of warming or the quenching will be initiated only if the respective Surface over her entire extent has been treated in the required manner.

Dem voranstehenden entsprechend ist eine Vorrichtung zum Härten von Flächen einer Kurbel- oder Nockenwelle erfindungsgemäß durch die in Anspruch 10 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.the The preceding is accordingly an apparatus for curing surfaces a crankshaft or camshaft according to the invention by the in claim 10 specified characteristics.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schmatisch:following the invention will be described with reference to an exemplary embodiment Drawing closer explained. It shows slippery:

1 eine Kurbelwelle, welche in eine Vorrichtung zum Härten ihrer Lagerflächen eingespannt ist, in einer seitlichen Teilansicht; 1 a crankshaft, which is clamped in a device for hardening their bearing surfaces, in a partial side view;

2 eine Nockenwelle, welche ebenfalls in einer Vorrichtung zum Härten der Nockenflächen eingespannt ist, in einer seitlichen Teilansicht. 2 a camshaft, which is also clamped in a device for hardening the cam surfaces, in a partial side view.

Die in 1 gezeigte Kurbelwelle K besitzt einen Hauptlagerzapfen 1, zu dem in Achsrichtung A seitlich benachbart jeweils ein Hublagerzapfen 2, 3 angeordnet ist. Dabei sind die Hublagerzapfen 2, 3 an das Hauptlager 1 über jeweils eine Wange 4, 5 angeschlossen. Auf ihrer dem Hauptlagerzapfen 1 abgewandten Seite sind die Hublagerzapfen 2, 3 jeweils über eine weitere Wange 6, 7 mit einem weiteren Hublagerzapfen 8,9 verbunden.In the 1 shown crankshaft K has a main journal 1 , to which in the axial direction A laterally adjacent to each a crankpins journal 2 . 3 is arranged. Here are the crankpins 2 . 3 to the main camp 1 over one cheek each 4 . 5 connected. On her the main journal 1 the opposite side are the crankpins 2 . 3 each over another cheek 6 . 7 with another stroke bearing pin 8th . 9 connected.

Im Übergangsbereich von der jeweiligen Lagerfläche 10, 11, 12 der Hublagerzapfen 2, 3 bzw. des Hauptlagers 1 zu den Wangen 4, 5 ist jeweils eine Hohlkehle 13 ausgebildet.In the transition area of the respective storage area 10 . 11 . 12 the crankpins 2 . 3 or the main warehouse 1 to the cheeks 4 . 5 each is a groove 13 educated.

Die Wangen 4, 5 weisen eine gegenüber der Breite der Lagerflächen 10, 11, 12 eine geringe Dicke d auf, während die Dicke der Wangen 6, 7 zwischen den Hublagerzapfen 2, 8 bzw. 3, 9 größer ist als die Dicke d der Wangen 4, 5.The cheeks 4 . 5 have one opposite the width of the storage areas 10 . 11 . 12 a small thickness d on, while the thickness of the cheeks 6 . 7 between the crankpins 2 . 8th respectively. 3 . 9 is greater than the thickness d of the cheeks 4 . 5 ,

Jeder der Lagerflächen 10, 11, 12 ist jeweils ein Induktor 14, 15, 16 zugeordnet, dessen Heizleiter und Beblechung derart ausgebildet ist, daß das von den Induktoren 14, 15, 16 erzeugte elektromagnetische Feld nicht nur die jeweilige Lagerfläche 10, 11, 12 selbst, sondern auch den Bereich der jeweiligen Hohlkehle 13 erfaßt. Die Induktoren 14, 15, 16 werden über jeweils eine eigene Energieversorgung 17, 18, 19 mit Leistung versorgt. Dabei erfolgt die Energieversorgung der Induktoren 14 und 16 durch die ihnen zugeordneten Energieversorgungen 17 und 19 bei einer Frequenz F1, während der zwischen den beiden Induktoren 14, 16 angeordnete Induktor 15 mit einer Frequenz F2 versorgt wird. Das Verhältnis der Frequenzen F1:F2:F1 beträgt 14:8:14, so daß die zueinander jeweils benachbarten Induktoren 14, 15 bzw. 15, 16 jeweils mit so unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, daß beim Härten der Lagerflächen 10, 11, 12 eine gegenseitige Beeinflussung durch unkontrollierbar wandernde Wirbelströme sicher vermieden wird.Each of the storage areas 10 . 11 . 12 is each an inductor 14 . 15 . 16 assigned, the heating conductor and Beblechung is formed such that the of the inductors 14 . 15 . 16 generated electromagnetic field not only the respective storage area 10 . 11 . 12 itself, but also the area of the respective groove 13 detected. The inductors 14 . 15 . 16 each have their own energy supply 17 . 18 . 19 powered. In this case, the energy supply of the inductors 14 and 16 by the energy supplies assigned to them 17 and 19 at a frequency F1, while that between the two inductors 14 . 16 arranged inductor 15 is supplied with a frequency F2. The ratio of the frequencies F1: F2: F1 is 14: 8: 14, so that the mutually adjacent inductors 14 . 15 respectively. 15 . 16 each operated with such different frequencies that during curing of the bearing surfaces 10 . 11 . 12 Mutual influence by uncontrollably migrating eddy currents is reliably avoided.

Die Leistungsabgabe der Energieversorgungseinrichtungen 17, 18, 19 wird von einer Steuereinrichtung 20 gesteuert, an welche die Steuereingänge der Energieversorgungseinrichtungen 17, 18, 19 angeschlossen sind. Eingangsseitig liegt an der Steuereinrichtung 20 das Signal einer Drehwinkelerfassungseinrichtung 21, welche die jeweils aktuelle Drehwinkelstellung β der sich um ihre Längsachse L1 drehenden Kurbelwelle K1 während der Bearbeitung erfaßt.The power output of the power supply facilities 17 . 18 . 19 is from a controller 20 controlled, to which the control inputs of the power supply facilities 17 . 18 . 19 are connected. The input side is located at the control device 20 the signal of a rotation angle detection device 21 , which are the current ones Angular position β of the crankshaft K1 rotating about its longitudinal axis L1 during machining.

Zum Härten der Lagerflächen 10, 11, 12 werden die Induktoren 14, 15, 16 gleichzeitig auf die Lagerflächen 10, 11, 12 gesetzt, auf denen sie während der Erwärmung der Lagerflächen 10, 11, 12 bei sich drehender Kurbelwelle K1 reiten. Die Erwärmung der Lagerflächen 10, 11, 12, der Hohlkehle 13 und der Wangen 4, 5 erfolgt in mehreren Schritten, welche in Abhängigkeit von dem von der Kurbelwelle K1 jeweils überstrichenen Drehwinkel β von der Steuereinrichtung 20 eingeleitet werden. Die während des Erwärmungsvorgangs in die Wangen 4, 5 zwischen den Hublagerzapfen 2, 3 und dem Hauptlager 1 eingeleitete Wärme ergänzt sich dabei derart, daß auch im Bereich dieser Wangen 4, 5 Härtetemperatur erreicht wird.For hardening the storage areas 10 . 11 . 12 become the inductors 14 . 15 . 16 at the same time on the storage areas 10 . 11 . 12 set on top of them while warming the storage areas 10 . 11 . 12 ride with rotating crankshaft K1. The heating of the storage areas 10 . 11 . 12 , the hollow throat 13 and the cheeks 4 . 5 takes place in several steps, which depend on the crankshaft K1 respectively swept by the rotational angle β from the control device 20 be initiated. The during the heating process in the cheeks 4 . 5 between the crankpins 2 . 3 and the main camp 1 initiated heat complements such that even in the area of these cheeks 4 . 5 Hardening temperature is reached.

Ergibt die Überwachung des seit Beginn der Erwärmung überstrichenen Drehwinkels β, daß alle Abschnitte der Lagerflächen 10, 11, 12 in ausreichender Weise gleichmäßig erwärmt sind, so beendet die Steuereinrichtung 20 den Erwärmungsvorgang und löst das durch eine hier nicht gezeigte Abschreckeinrichtung mittels Flüssigkeit ausgeführte Abschrecken der Lagerflächen 10, 11, 12 und der Wangen 4, 5 aus. Nach dem Abschrecken sind die Lagerflächen 10, 11, 12 der Hublagerzapfen 2, 3 und des zwischen ihnen liegenden Hauptlagerzapfens 1 mit einer zusammenhängenden Härtezone versehen.If the monitoring of the sweeping angle β swept since the beginning of the heating results in that all sections of the bearing surfaces 10 . 11 . 12 are heated sufficiently evenly, the control device ends 20 the heating process and dissolves the performed by a quenching device, not shown here by means of liquid quenching of the bearing surfaces 10 . 11 . 12 and the cheeks 4 . 5 out. After quenching are the storage areas 10 . 11 . 12 the crankpins 2 . 3 and the main journal between them 1 provided with a coherent hardness zone.

Bei der in 2 dargestellten Nockenwelle N sind drei Nocken 30, 31, 32 in Achsrichtung A nebeneinander angeordnet. Der mittlere Nocken 31 weist eine größere Breite B auf als die beiden in Achsrichtung A neben ihm angeordneten Nocken 30 bzw. 32.At the in 2 shown camshaft N are three cams 30 . 31 . 32 arranged in the axial direction A next to each other. The middle cam 31 has a greater width B than the two arranged in the axial direction A next to him cams 30 respectively. 32 ,

Jedem Nocken 30, 31, 32 ist jeweils ein Induktor 33, 34, 35 zugeordnet. Jeder Induktor wird über jeweils eine Energieversorgungseinrichtung 36, 37, 38 mit elektrischer Energie versorgt.Every cam 30 . 31 . 32 is each an inductor 33 . 34 . 35 assigned. Each inductor is connected via a respective power supply device 36 . 37 . 38 supplied with electrical energy.

Zum Härten der Nockenflächen 39, 40, 41 der Nocken 30, 31, 32 werden die Induktoren 33, 34, 35 gleichzeitig auf die ihnen jeweils zugeordnete Nockenfläche 39, 40, 41 aufgesetzt. Auf ein Steuersignal einer nicht dargestellten Steuereinrichtung werden die Induktoren 33, 34, 35 dann von den Energieversorgungseinrichtungen 36, 37, 38 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei werden der erste und der dritte Induktor 33, 35 mit einer ersten Frequenz F3 und der zwischen diesen beiden angeordnete Induktor 34 mit einer Frequenz F4 betrieben. Die Frequenz F3, mit dem die beiden äußeren Induktoren 33, 35 betrieben werden, ist um das 1,5- bis 4-fache, insbesondere um das 1,5–2-fache höher als die Frequenz des Stromes, mit dem der mittlere Induktor 34 gespeist wird, um während des Erwärmens das Entstehen von Wirbelströmen in der Nockenwelle N zu verhindern. Auf diese Weise ist einerseits sichergestellt, daß es in den Bereichen 42, 43 zwischen den Nocken 30, 31 bzw. 31, 32 zu keiner Überhitzung durch die andernfalls unkontrollierbar wandernden Ströme kommt. Auf der anderen Seite kann auch in diesen Bereichen 42, 43 durch eine gezielte Überlagerung der zwar nicht durch die direkte Wirkung des von den Induktoren 33, 34, 35 erzeugten Felder, jedoch durch Wärmewanderung erwärmten Erwärmungsbereiche Härtetemperatur erreicht werden, so daß auch in diesen Bereichen 42, 43 eine gehärtete Zone gezielt hergestellt werden kann.For hardening the cam surfaces 39 . 40 . 41 the cam 30 . 31 . 32 become the inductors 33 . 34 . 35 at the same time on their respective assigned cam surface 39 . 40 . 41 placed. On a control signal of a control device, not shown, the inductors 33 . 34 . 35 then from the power supply facilities 36 . 37 . 38 supplied with electrical energy. In this case, the first and the third inductor 33 . 35 with a first frequency F3 and the inductor arranged between these two 34 operated at a frequency F4. The frequency F3, with which the two outer inductors 33 . 35 is 1.5 to 4 times, in particular 1.5-2 times higher than the frequency of the current, with the middle inductor 34 is fed to prevent the generation of eddy currents in the camshaft N during heating. In this way, on the one hand, it ensures that it is in the areas 42 . 43 between the cams 30 . 31 respectively. 31 . 32 does not come to overheating by the otherwise uncontrollably migrating currents. On the other hand can also be in these areas 42 . 43 by a deliberate superposition of the not by the direct effect of of the inductors 33 . 34 . 35 generated fields, but heated by heat migration heating areas hardening temperature can be achieved, so that even in these areas 42 . 43 a hardened zone can be made specifically.

Die Leistungssteuerung der Induktoren 33, 34, 35 erfolgt durch die nicht dargestellte Steuereinrichtung, wie für die Härtung der Kurbelwelle K1 beschrieben in Abhängigkeit vom Drehwinkel β der sich während des Härtens um ihre Längsachse L2 drehenden Kurbelwelle K2. Dabei wird der Nockenfläche 40 aufgrund deren größerer Breite mehr Leistung zugeführt als den Lagerflächen 39, 41.The power control of the inductors 33 . 34 . 35 is performed by the control device, not shown, as described for the hardening of the crankshaft K1 as a function of the rotational angle β of the rotating during hardening about its longitudinal axis L2 crankshaft K2. This is the cam surface 40 due to their greater width more power supplied as the storage areas 39 . 41 ,

Die Höhe der tatsächlich eingestellten Frequenzen F1, F2 bzw. F3, F4 richtet sich nach der Spannung, mit der die Induktoren 33, 34, 35 versorgt werden, dem Kopplungsabstand zwischen dem jeweiligen Induktor 33, 34 bzw. 35 und der ihm jeweils zugeordneten Lagerfläche 30, 31 bzw. 32 und der Geometrie der jeweils eingesetzten Induktoren 33, 34, 35.The height of the actually set frequencies F1, F2 or F3, F4 depends on the voltage with which the inductors 33 . 34 . 35 be supplied, the coupling distance between the respective inductor 33 . 34 respectively. 35 and the bearing surface assigned to each 30 . 31 respectively. 32 and the geometry of the inductors used in each case 33 . 34 . 35 ,

11: HauptlagerzapfenMain bearing journal
2, 32, 3: Hublagerzapfencrankpins
4, 5, 6, 74, 5, 6, 7: Wangecheek
8, 98th, 9: Hublagerzapfencrankpins
10, 11, 1210 11, 12: Lagerflächenstorage areas
1313: Hohlkehlefillet
dd: Dicke der Wangen 4, 5 Thickness of the cheeks 4 . 5
14, 15, 1614 15, 16: Induktorinductor
17, 18, 1917 18, 19: EnergieversorgungseinrichtungenPower supply equipment
2020: Steuereinrichtungcontrol device
2121: DrehwinkelerfassungseinrichtungRotation angle detection device
F1, F2F1, F2: Frequenzenfrequencies
KK: Kurbelwellecrankshaft
30, 31, 3230 31, 32: Nockencam
33, 34, 3533 34, 35: Induktoreninducers
36, 37, 3836 37, 38: EnergieversorgungseinrichtungenPower supply equipment
39, 40, 4139, 40, 41: Nockenflächen der Nocken 30, 31 bzw. 32 Cam surfaces of the cams 30 . 31 respectively. 32
42, 4342 43: Bereiche zwischen den Nocken 30, 31 bzw. 31, 32 Areas between the cams 30 . 31 respectively. 31 . 32
BB: Breite des Nockens 31 Width of the cam 31
F3, F4F3 F4: Frequenzenfrequencies
NN: Nockenwellecamshaft
AA: Achsrichtung Drehwinkelstellungaxially Angular position
L1, L2L1, L2: Längsachsenlongitudinal axes

Claims

Method for hardening surfaces to be hardened in the axial direction (A) ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) of a crank (K) or camshaft (N), in which the surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) by an inductor ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) are inductively heated and quenched after heating, wherein in each case at least two adjacently arranged surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) are heated simultaneously, with the simultaneous heating of the surfaces to be cured ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) of one of the surfaces ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) each associated inductor ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) is operated at a different frequency (F1, F2, F3, F4) than the inductor ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ), which of the next adjacent surface to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ), characterized in that the frequency (F1; F3) with which the one inductor ( 14 . 16 ; 33 . 35 ) is 1.5 to 4 times greater than the frequency (F2, F4), with which the other inductor ( 15 ; 34 ) is operated.

Process according to Claim 1, characterized in that the surfaces ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) each by a cheek ( 4 . 5 ) are separated from each other.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in the areas to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) each around the storage area ( 11 ) of a main journal ( 1 ) and the storage areas ( 10 . 12 ) of two crankpins ( 2 . 3 ) is a crankshaft (K), of which the one crankpin ( 2 ) in the axial direction (A) of the crankshaft (K) on one side and the other crankpins ( 3 ) on the other side of the main journal ( 1 ) is arranged.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that that of the inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) simultaneously heated areas ( 4 . 5 . 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 . 42 . 43 ) of the crankshaft (K) or camshaft (N) merge into one another in such a way that they form a coherent hardening zone after quenching.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) associated inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) deliver different services.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the duration over which the surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) associated inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) each deliver power, is different.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the quenching of the heated surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) takes place simultaneously.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that that of the inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) output depending on the rotational position (β) of the crank (K) or camshaft (N) is controlled.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the quenching of the heated surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) in response to the rotational position (β) of the crankshaft (K) is triggered.

Device for hardening surfaces ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) a crank (K) or camshaft (N) with inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ), one of which is an inductor ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) each of a surface to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ), with energy supplies ( 17 . 18 . 19 ; 36 . 37 . 38 ), one of which is one of the inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) and with a quenching device for quenching the heated surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ), wherein the at least two adjacent to each other to the hardening surface ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) associated inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) at the same time on the surfaces to be hardened ( 10 . 11 . 12 ; 39 . 40 . 41 ) and the energy supplies ( 17 . 18 . 19 ; 36 . 37 . 38 ) of adjacent inductors ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) the respective inductor ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) is supplied with electrical energy at a frequency (F1; F3) different from the frequency (F2; F4) with which the power supply (F3; 17 . 18 . 19 ; 36 . 37 . 38 ) of the respectively adjacent inductor ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) supplied with this, characterized in that a control device ( 20 ) provided by the inducers ( 14 . 15 . 16 ; 33 . 34 . 35 ) output depending on the angle of rotation (β) of the crankshaft (K) or camshaft controls.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the control device ( 20 ) controls the quenching device in response to the rotational position (β) of the crank (K) or camshaft (N).

Use of a device according to one of claims 10 to 11 for implementation The method according to any one of claims 1 to 9.