DE2157064A1

DE2157064A1 - Verfahren und Einrichtung zum Induktionshärten von Ventilsitzen

Info

Publication number: DE2157064A1
Application number: DE19712157064
Authority: DE
Inventors: George David Farmington; Hammond Michael Richard Clawson; Mich. Pfaffmann (V.StA.). P
Original assignee: Park Ohio Industries Inc
Current assignee: Park Ohio Holdings Inc
Priority date: 1971-06-09
Filing date: 1971-11-17
Publication date: 1972-12-14
Also published as: FR2140986A5; JPS5029804B1; SE384037B; BR7200609D0; CA941459A; IT945037B; DE7143334U; US3737612A; GB1387126A; GB1387125A

Description

Patentanmeldung

der Firma

Park-Ohio Industries, Inc., 3800 Harvard Avenue,

Cleveland, Ohio 44105 (USA)

Verfahren und Einrichtung zum Induktionshärten von Ventilsitzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Induktionshärten der konischen Ventilsitze von Brennkraftmaschinenteilen mittels eines im wesentlichen kreisrunden Induktors, der an den Ventilsitz herangeführt wird.

Insbesondere ist die Erfindung für das induktive Erwärmen der Auslaßventilsitze an Grauguß-Motorblocks u.dgl. vor dem eigentlichen Abschreckhärten bestimmt. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung einen breiteren Anwendungsbereich

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hat und mit Vorteil auch, zum induktiven Erwärmen anderer konischer Metallflächen Verwendung finden kann.

Der Ventilsitz eines Auslaßventils, insbesondere an dem aus Grauguß "bestehenden Motorkopf einer Brennkraftmaschine muß bekanntlich eine außerordentlich hohe Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen. Diese Forderung stellt sich in besonderem Maße bei den im Bleigehalt verminderten Kraftstoffen, da bei Abwesenheit von Blei und/oder Phosphor im Kraftstoff der Verschleiß am Ventilsitz und an den Ventilen im Betrieb erheblich erhöht wird. Die Kraftfahrzeughersteller haben daher das Verschleißproblem durch bessere Kontrolle des Erwärmungsvorgangs vor dem Abschreckhärten des Ventilsitzes zu lösen versucht. Dabei hat man in der Vergangenheit für das induktive Erwärmen der konischen Ventilsitze kreisrunde, im Querschnitt im wesentlichen runde Induktorleiter vorgesehen, die unmittelbar an die konischen Ventilsitze herangeführt werden. Die Induktoren werden hierbei von einem Hochfrequenzgenerator, wie z.B. einer Motor-Generatoreinheit, gespeist, um die konischen Ventilsitzflächen auf induktivem Wege zu erwärmen. Bei dieser Arbeitsweise ist die richtige Position des Induktors im Hinblick auf die Erzielung der gewünschten Ergebnisse außerordentlich kritisch. Außerdem bewirkte das nachfolgende Abschreckhärten mit Hilfe eines Kühlmittels eine vorzeitige Abkühlung der Außenfläche des Ventilsitzes. Die Verwendung einer solchen In-

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duktionsbeheizungseinrichtung führte überdies zu einer tiefen Erhitzung des Werkstückmaterials am Ventilsitz, so daß der HärteVorgang mit einer ungleichmäßigen Erwärmung insbesondere in Nähe derjenigen Stellen verbunden war, die aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffmassen des Motorkopfs unterschiedliche radiale Erwärmungstiefen aufweisen. Die verhältnismäßig große Erwärmungstiefe führt dazu, daß in Nähe des Ventilsitzes eine größere Werkstoffmasse erwärmt werden muß. Hierdurch wurde die Werkstoffmenge, die aufgrund der Temperaturerhöhungen einer Wärmeausdehnung unterworfen ist, außerordentlich stark erhöht. Dies führte wiederum zu Wärmespannungen beim Abkühlen des Werkstoffs und demgemäß zu einem ungleichmäßigen Aushärten desselben.

Um den Kraftfluß des Induktors zu bündeln, wurden dem Induktor Weicheisenteile zugeordnet. Diese Weicheisenteile sind aber im Gebrauch einer Abnutzung unterworfen, was zur Folge hatte, daß sich häufig die magnetische Kopplung zwischen dem Induktor und der Ventilsitzfläche änderte. Aufgrund des Kreisquerschnitts war der Induktor äußerst empfindlich auf Schwankungen im Abstand zu dem Ventilsitz.

Der Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung eines Induktors, der mit einer Frequenz von 250 kHz, im allgemeinen im Bereich von 250 - 500 kHz, arbeitet, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der sich die vorgenannten Nachteile und Schwierig-

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keiten der bekannten Verfahren und Einrichtungen wirksam beheben lassen.

Die Erfindung ist demgemäß auf ein Verfahren zum Härten der konischen Ventilsitzfläche eines eisernen Brennkraftmaschinenkopfes gerichtet, wobei ein im wesentlichen runder Induktor verwendet wird, der an die zu härtende Ventilsitzfläche herangeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor an eine elektrische Primärquelle mit einer Frequenz oberhalb 300 kHz über eine Zeitspanne angelegt wird, in der das den Ventilsitz bildende Metall bis zu einer im wesentlichen der Bezugstiefe der Frequenz der Primärquelle entsprechenden Tiefe in den austenitischen Zustand umgewandelt wird, worauf dann der Werkstoff des Ventilsitzes durch Wärmeableitung von dem Ventilsitz zu dem Maschinenteil (Motorkopf) gekühlt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Induktor zunächst an eine Stromquelle mit einer Frequenz oberhalb 500 kHz angelegt, deren Leistung höher ist als diejenige der vorgenannten Primärquelle. Nach dem Abkühl Vorgang kann der Ventilsitz einem induktiven Spannungsfreiglühen unterworfen werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet eine Einrichtung Verwendung, die einen an eine Hochfrequenzquelle anlegbaren Induktor von etwa kreisförmiger, der Ven-

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tilsitzflache angepaßter Form aufweist. Der Motorkopf weist in Nähe des zu härtenden Ventilsitzes einen zweiten konischen Ventilsitz des Motoreinlaßventils auf, der im allgemeinen keiner Induktionshärtung unterworfen wird. Zur Induktionshärtung des Auslaßventilsitzes kann mit besonderem Vorteil eine Einrichtung verwendet werden, die erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Positionseinstellung des Induktors an dem Ventilsitz unter Belassung eines kleinen Spalts zwischen Ventilsitz und Induktor und ferner eine Hochfrequenz-Spannungsquelle mit einer Frequenz oberhalb 250 kHz aufweist, die über zwei im Abstand angeordnete Leitungen an den Induktor angeschlossen ist und eine Einschaltvorrichtung sowie eine Ausschaltvorrichtung zum Abschalten der Spannungsquelle nach einer vorgewählten Zeitspanne aufweist. Mit Hilfe dieser Einrichtung wird der Ventilsitz nur in einer verhältnismäßig geringen Tiefe induktiv erwärmt, so daß das Abkühlen durch Ableiten der Wärme in den Motorkopf bewirkt werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Induktor exzentrisch ausgebildet bzw. angeordnet, derart, daß mindestens ein Abschnitt des Induktors in größerem Abstand von dem Ventilsitz liegt als ein zweiter Induktorabschnitt, wobei der erstgenannte Induktorabschnitt an derjenigen Stelle des Ventilsitzes liegt bzw. in diejenige Stelle desselben einstellbar ist, an der sich die kleinere Werkstoffmasse befindet.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Induktor einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Der Induktor ist hierbei so gehalten, daß seine eine Außenfläche etwa parallel zu dem konischen Ventilsitz verläuft. Lie Breite dieser parallel verlaufenden Induktorfläche ist vorteilhafterweise erheblich größer als die Breite des konischen Ventilsitzes. Weiterhin empfiehlt es sich, Mittel zur Verminderung des Kraftflusses des Induktorleiters an derjenigen Stelle bzw. denjenigen Stellen des Werkstücks vorzusehen, an der bzw. den sich die geringere Werkstoffmasse befindet. Vorteilhaft in dieser Hinsicht ist insbesondere eine Ausführung, bei der der Induktor an der der geringeren Werkstoff masse zugewandten Seite eine Verjüngung, Aussparung od.dgl., vorzugsweise in !Form einer Abschrägung od.dgl., aufweist.

Weiterhin empfiehlt es sich, den Induktor so anzuordnen, daß seine beiden Zuleitungen an derjenigen Stelle des Ventilsitzes liegen bzw. in diejenige Stellung einführbar sind, in der die Zuleitungen in unmittelbarer Nähe des Verbindungssteges zwischen dem zu härtenden Ventilsitz und dem benachbarten Ventilsitz liegen. Der Abstand der beiden Zuleitungen ist zweckmäßig kleiner als etwa 1,3 Bim} er liegt im allgemeinen bei etwa 0,5

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich die Ventilsitze an den Motorköpfen gleichmäßig aushärten, wobei sich an dem

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Ventilsitz eine druckgehärtete, verdichtete Struktur einstellt. Das Abkühlen der erwärmten Werkstückfläche kann durch die Wärmeleitung der den Ventilsitz umgebenden Werkstückmasse erfolgen. Wichtig ist vor allem, daß sich mit der Erfindung unabhängig von der Massenverteilung und der Massentiefe am Umfang des Ventilsitzes eine gleichmäßige Erwärmung desselben erzielen läßt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Es zeigen:

Pig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung in einer Teildraufsiehtj

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1} Fig.2A ein geändertes Ausführungsbeispiel in einer der

Fig. 2 entsprechenden Schnittdarstellung j Pig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. Ij Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. Ij Fig. 5 eine Teilansicht zur Verdeutlichung des Erwärmungsvorgangs}

Fig. 6 und 7 zwei Diagramme, von denen das Diagramm gemäß Fig. 6 auf die Erfindung und das Diagramm gemäß Fig. 7 auf den Stand der Technik bezogen ist.

Die Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben ist, zeigt in Fig. 1 einen Motorkopf A herkömmlicher Ausbildung, der aus einem Graugußteil besteht und eine Auslaßöffnung B und eine in dichtem

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Abstand daneben angeordnete Einlaßöffnung O aufweist. Die beiden öffnungen sind jeweils mit einem Ventilsitz versehen. Erfindungßgemäß wird aber lediglich der Ventilsitz des Motorauslasses B mittels der Induktionsbeheizungsvorrichtung D gehärtet,

In den Fig. 2, 2A, 3 und 4 ist der konische Ventilsitz der Motorauslaßöffnung B mit 10 bezeichnet. Der Durchmesser des Ventilsitzes 10 beträgt im allgemeinen etwa 38 - 45,7 die Breite des Ventilsitzes ist mit a bezeichnet. Der Ventilsitz umfaßt einen ersten Abscnnitt, der in den Fig. 2 und 2A dargestellt ist und in dem sich oberhalb des Ventilsitzes eine verhältnismäßig große Werkstoffmasse 12 befindet. Auf dem in Fig. 3 dargestellten Abschnitt ist die Werkstoffmasse in Umfangsrichtung des Ventilsitzes oberhalb und unterhalb desselben im wesentlichen gleich. Der in Fig. 4 dargestellte dritte ümfangsabschnitt liegt in Nähe der Einlaßöffnung 0, die über einen Steg 14 mit der Auslaßöffnung verbunden ist. Die Dicke des Steges ist mit r bezeichnet. Der dritte Abschnitt des Ventilsitzes befindet sich demgemäß in Jiähe des oberen Bereichs 16 des Ventilsitzes, der eine erheblich geringere Werkstoffmasse hat als der stärkere untere Bereich 18. Es versteht sich, daß die Werkstoffmasse des Motorblocks in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes in dessen Umfangsrichtung stark unterschiedlich ist. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Erwärmung und demgemäß zu einer ungleichmäßigen Härtung des Ven-

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tilsitzes, wenn sämtliche vorgenannten Abschnitte des Ventilsitzes durch dasselbe Kraftfeld induktiv erwärmt werden. Mit der Erfindung werden unter Verwendung eines neuartigen Induktors 20 Maßnahmen getroffen, mit denen die Nachteile behoben werden, die sich aus der unterschiedlichen Massenverteilung und damit der unterschiedlichen Temperaturverteilung im Umfangsbereich der konischen Ventilsitzfläche ergeben.

Der Induktor 20 weist einen im wesentlichen ring- bzw. kreisförmigen leiter 22 mit etwa rechteckigem Querschnitt und einem zentralen Kühlkanal 24- auf. Die flache Seitenfläche 26 des Induktorleiters 22 verläuft im wesentlichen parallel zu der konischen Fläche des Ventilsitzes 10\ sie hat eine Breite b, die erheblich größer ist als die Breite a des Ventilsitzes. Infolgedessen können vertikale Abstandsänderungen, die sich aus Toleranzabweichungen am Motorblock ergeben, den Kopplungsspalt zwischen der Fläche 26 des Induktorleiters 22 und der Oberfläche des Ventilsitzes 10 nicht nennenswert beeinflussen.

Für die Stromversorgung des Induktors sind zwei in engem Abstand voneinander angeordnete leiter 30 und 32 (Fig. 1) vorgesehen, die, wie üblich, nach unten zu der Induktorschleife 22 verlaufen oder sich nach innen zu einem zentralen Rohr 34- und einer hierzu koaxialen Hülse 36 erstrecken. Der Spalt χ zwischen den leitern an der Induktorschleife 22 ist gemäß einem Merkmal der Erfindung kleiner

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als 1,27 mmj er liegt vorzugsweise bei etwa 0,5 mm- Die Zuleitungen 30 und 32 liegt unmittelbar seitlich neben dem Stegteil 14 zwischen der Auslaßöffnung und der Einlaßöffnung, d.h. in demjenigen Abschnitt, der am Umfang des Ventilsitzes 10 die kleinste Werkstoffmasse besitzt. Aufgrund dieser Lage der Leitungen 30 und 32 ergibt sich in diesem Bereich eine Verminderung des Erwärmungseffekts, was wünschenswert ist, da hier die Massentiefe am geringsten ist.

Eine Primärstromquelle 40 ist über Leitungen 42 und 44 an die Leitungen 32 und 30 angeschlossen. Die Primär stromquelle besteht aus einem Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung im Bereich zwischen 250 und 5OO kHz und dessen Leistung bei 10 - 12 KW liegt. In der Praxis empfiehlt es sich, einen Oszillator mit einer Ausgangsfrequenz von etwa 290 kHz zu verwenden. Bei diesem Hochfrequenz strom ergibt sich aufgrund des sich um den Induktor 22 herum einstellenden Kraftfeldes ein Erwärmungsverlauf bzw. eine Wärmeverteilung mit vergleichsweise kleiner Bezugstiefe (Eindringtiefe). Eine Zeitverzögerungsvorrichtung 46 ist zwischen die Leitungen 42 und 44 geschaltet, so daß die Stromquelle 40 nach einer vorgewählten Erwärmungszeit abgeschaltet wird. In der Praxis beträgt diese Zeitspanne etwa sechs bis zehn Sekunden. Um den Erwärmungszyklus einzuschalten, ist eine Einschaltvorrichtung 48 vorgesehen, die automatisch betätigt werden kann, nachdem der Induktor 20 in seine richtige Position inner-

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halb der Auslaßöffnung gebracht worden ist. Es versteht sich, daß die Induktionsbeheizungseinrichtung mehrere Induktoren 20 zur induktiven Erwärmung sämtlicher am Motorkopf angeordneter Ventilsitze der Auslaßventile aufweisen kann. Diese Vorrichtungen sind von übereinstimmender Bauweise ι es ist daher in der Zeichnung nur eine einzige Vorrichtung dargestellt.

Nachdem der Induktor in seine Arbeitsposition gebracht worden ist, wird die Einsehaltvorrichtung 48 betätigt, wodurch der Induktor 20 an die Hochfrequenz-Stromquelle 40 angelegt wird. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne schaltet die Zeitverzögerungsvorrichtung 46 den Induktor 20 wieder ab und löst zugleich die nachfolgenden Arbeitsgänge, nämlich das Entfernen der Induktoren aus den Auslaßöffnungen aus, was für das Herausführen des Motorblocks aus der Erwärmungsstation erforderlich ist. Dadurch, daß mit einem hochfrequenten Strom von etwa 290 kHz gearbeitet wird, wird der Ventilsitz 10 nur in einer vergleichsweise kleinen Tiefe induktiv erwärmt. Dies ist in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie Tg₁ angedeutet. Würde mit einem Wechselstrom niedrigerer Frequenz gearbeitet werden, z.B. mit einer Frequenz von 10 - 100 kHz, so würde die Bezugs- bzw. Eindringtiefe erheblich größer sein und die Erwärmungszone würde sich in den unteren, durch die gestrichelte Linie Tg₂ angedeuteten Bereich erstrecken. Aufgrund der geringen Erwärmungstiefe kann das den Ventilsitz 10 bildende Metall verhältnismäßig rasch auf die erforderliche Temperatur gebracht und über

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eine Zeitspanne auf dieser Temperatur gehalten werden, die ausreicht, um das träge, zähflüssige Graugußeisen in eine . ausgehärtete metallurgische Struktur umzuwandeln· Das sich hierbei bildende Austenit wird durch die Abschreck- bzw. Kühlwirkung gehärtet, welche die den Ventilsitz umschließende Werkstoffmasse des Motorblocks bewirkt.

Bei der vergleichsweise geringen Erwärmungstiefe an der Ventilsitzoberfläche ergibt sich von der Innenseite des w Werkstücks her eine rasche Abkühlung. Dies führt aufgrund der Umwandlung des Austenits in Martensit zu einer Volumenerhöhung, was zur Folge hat, daß während des Abkühlens der erhitzten Werkstoff zone von der Innen- zur Außenfläche hin der Ventilsitz unter einer Verdichtung bzw. Druckbelastung bleibt. Diese Verhältnisse sind in Fig. 6 dargestellt, in der die durchgehende Linie den Wärmeverlauf von der Oberfläche S zum Inneren des Ventilsitzes O hin unmittelbar nach dem ErwärmungsVorgang wiedergibt. Während der Abkühlung verschiebt sich die den Wärmeverlauf wiedergebende Kurve nach außen, wie dies durch die strichpunktierte Kurve angedeutet ist. Infolgedessen härtet der Innenbereich des Werkstoffs vor der Werkstoffoberfläche aus. Dies bewirkt die Verdichtung innerhalb der Ventilsitzfläche.

Wenn mit einem Wechselstrom niedriger Frequenz eine verhältnismäßig große Werkstücktiefe erwärmt wird, ergibt sich das in Fig. 7 gezeigte Bild. Beim Abkühlen des Ventilsitzes ergibt sich eine Verschiebung der Temperaturverlaufkurve

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von der durchgehenden Kurve in die gestrichelte Kurve, wobei der Abschnitt O¹ auskühlt. Gleichzeitig nimmt jedoch die Temperatur des Ventilsitzes aufgrund der Wärmestrahlung ab. Dies kann zu Spannungen innerhalb der "Ventilsitzfläche führen, was wiederum die Bildung von Hissen begünstigt. Wird demgegenüber nur mit einer vergleichsweise kleinen Erwärmungs- und Einhärtetiefe gearbeitet, so hat die den Ventilsitz umgebende Werkstoffmasse einen wesentlich geringeren Einfluß auf den Abkühlungsvorgang.

Es kann in einigen fällen zweckmäßig sein, den Ventilsitz rascher auf die erforderliche Erwärmungstemperatur zu brin-

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gen. Dies läßt sich dadurch bewerkstelligen, daß eine Sekundärstromquelle 50 vorgesehen wird, die bei einer frequenz, von 290 kHz eine höhere Ausgangsleistung aufweist. Die Einschaltvorrichtung 48 schaltet in diesem Fall zunächst die Sekundärstromquelle ein, welche in dem Induktor 22 einen hochfrequenten Strom hoher Stromdichte bewirkt, wodurch die !Temperatur des Ventilsitzes 10 rasch auf eine !Temperatur gebracht wird, die der gewünschten Erwärmungstemperatur entspricht» Nach einer kurzen Zeitspanne von etwa vier bis sechs Sekunden schaltet die Zeitverzögerungsvorrichtung die Sekundäretromquclle 5° ab und zugleich die normale Stromquelle 40 ein. Diese Stromquelle bewirkt dann einen etwas langsameren !Temperaturanstieg des Ventilsitzes auf die gewünschte Endtemperatur. Bei dieser Arbeitsweise befindet sich der in Nähe des Ventilsitzes liegende Werkstoff über

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eine etwas längere Zeitspanne auf einem höheren Temperaturniveau. Außerdem ist der Erwärmungsvorgang hier weniger kritisch und die Gefahr einer Überhitzung der Ventilsitzfläche, was zu einer gröberen Kristallstruktur und möglicherweise zu einem Aufschmelzen führen könnte, wird vermindert. Diese zweistufige Arbeitsweise stellt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dar} sie weist im übrigen sämtliche Vorteile auf, die auch bei einer ein-

» stufigen Arbeitsweise gegeben sind.

Weiterhin empfiehlt es sich, Maßnahmen an dem Induktor zu treffen, um die gleichmäßige Erwärmung und den gleichmäßigen Erwärmungsverlauf über den gesamten Umfang der Ventilsitzfläche weiter zu begünstigen. Der Induktor 22 ist in einem Isolierkörper 60 gelagert, der eine untere Führungsspitze 62 aufweist, welche, wie Pig. 2 erkennen läßt, in den Auslaßkanal 64 der Motorauslaßöffnung einfaßt und damit die Lage des Induktors 22 gegenüber dem Ventilsitz 10 genau festlegt. Die aus einem Zentrierbolzen bestehende Führungespitze 62 weist einen Flansch 66 auf, der mit einer bearbeiteten Schulter 68 an der Mündung des Kanals 64 zusammenwirkt. Auf diese Weise wird der Induktor 22 sowohl in vertikaler ale auch in radialer Eichtung genau gegenüber dem Werkstück ausgerichtet. Um die gleichförmige Erwärmung weiter xu verbessern, kann der Induktor 22 unter Beibehaltung seiner Ringform geringfügig exzentrisch so angeordnet werden, daß sich in demjenigen Abschnitt, auf dem

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der Ventilsitz eine verhältnismäßig kleine Werkstoffmasse aufweist (Pig. 5)» ein verhältnismäßig großer Spalt c ergibt, während sich auf demjenigen Bereich, auf dem die den Ventilsitz umgebende Werkstoffmasse groß ist (Fig. 2 und 2A) ein engerer Spalt d einstellt. Zugleich ergibt sich hierbei ein großer Spalt ζ in demjenigen Umfangsabschnitt, der gemäß S"ig. 1 in Stegbereich IM- liegt und daher die kleinste Werkstoffmasse aufweist.

Durch Änderung der Kontur des Induktors läßt sich der Kopplungsspalt zwischen dem Ventilsitz und dem Induktor in verschiedenen Bereichen des Ventilsitzumfangs ändern, und zwar derart, daß in denjenigen Bereichen, in denen größere Werkstoff massen vorhanden sind, ein kleinerer Spalt vorliegt, so daß dieser Bereich stärker erwärmt wird. Ist die Werkstoffmasse in bestimmten Bereichen klein, so sollte hier ein größerer Spalt vorhanden sein, um in diesem Bereich den Erwärmungseffekt herabzusetzen. Auf diese Weise läßt sich unabhängig von der Verteilung des Werkstoffs und von ι Schwankungen in der Werkstoffverteilung eine gleichmäßige Erwärmung des Ventilsitzes auf seinem gesamten Umfang erzielen.

Aus den Pig. 2 und 2A ist zu erkennen, daß die größere Werkstoffmasse hier an der oberen Seite des konischen Ventilsitzes 10 liegt. Demgemäß sollte in diesem Bereich die Erwärmung stärker sein als in Nähe des unteren Endes des konischen Ventilsitzes. Dies läßt sich erfindungsgemäß da-

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durch, bewerkstelligen, daß der Kraftfluß in Nähe des unteren Ventilsitzendes vermindert wird. Hierfür kommen Anordnungen unterschiedlicher Art in Betracht. Gemäß !ig. 2A ist zu diesem Zweck die untere, der Ventilsitzfläche IO zugewandte Fläche des Induktors an derjenigen Kante, die dem unteren Ende des Ventilsitzes zugewandt ist, bei 70 abgeschrägt, was durch Wegschneiden der Ecke des Induktorleiters um das Maß y bewirkt wird. Aus Fig. M- ist zu erkennen, daß hier die größere Werkstoff masse in Nähe des oberen Endes des Ventilsitzes 10 liegt. Entsprechend ist hier der Induktor an der oberen Kante bei 72 abgeschrägt. Es ergibt sich daher ein verminderter Erwärmungseffekt in Nähe der oberen Kante des Ventilsitzes. Diese Formgebung der Erwärmungsfläche des Induktors 22 bewirkt somit eine wesentlich gleichmäßigere Erwärmung des Ventilsitzes von seiner oberen Kante zu seiner unteren Kante hin. Diese vorstehend beschriebene. Formgebung des Induktors in Verbindung mit einer über den Umfang des Induktors 22 entsprechend der

™ Werkstoffmassenverteilung unterschiedlichen Kopplungsspaltbreite führt daher zu einer außerordentlich gleichmäßigen Erwärmung des Ventilsitzes unabhängig von der Verteilung, des Werkstoffs. Obwohl es sich empfiehlt, beide vorgenannten Maßnahmen gleichzeitig anzuwenden, kann gegebenenfalls aber auch' entweder nur mit der vorstehend beschriebenen Formgebung des Induktors 22 oder mit dem ebenfalls erläuterten variablen Kopplungsspalt zwischen Induktor 22 und Ventilsitz gearbeitet werden.

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Claims

Ansprüche

.) Verfahren zum Induktionshärten des konischen Ventilsitzes an einem Brennkraftmaschinenteil mittels eines im wesentlichen kreisrunden Induktors, der an den Ventilsitz herangeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (22) an eine elektrische Primärstromquelle (40) mit einer Frequenz oberhalb 250 kHz, vorzugsweise oberhalb 300 kHz, über eine Zeitspanne angelegt wird, in der das den Ventilsitz bildende Metall bis zu einer im wesentlichen der Bezugstiefe der Frequenz der Stromquelle entsprechenden Tiefe in den austenitischen Zustand umgewandelt wird, worauf dann der Werkstoff des Ventilsitzes durch Wärmeableitung von dem Ventilsitz zu dem Maschinenteil gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (22) zunächst an eine Stromquelle (50) mit einer Frequenz oberhalb 250 kHz, vorzugsweise oberhalb 300 kHz, angelegt wird, deren Leistung höher ist als diejenige der Primärstromquelle (40).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlvorgang der Ventilsitz (10) einem induktiven Spannungsfreiglühen unterworfen wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, mit einem an eine

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Hochfrequenz-Stromquelle anlegbaren Induktor von etwa kreisförmiger, der Ventilsitzfläche angepaßter Form, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Positionseinstellung des Induktors (22) gegenüber dem Ventilsitz (10) unter Belassung eines kleinen Spaltes zwischen Ventilsitz und Induktor sowie eine Hochfrequenz-Stromquelle (40) mit einer Frequenz oberhalb 250 kHz ^ vorzugsweise oberhalb 500 kHz, aufweist, die über zwei im Abstand angeordnete Leitungen (30, 32) an den Induktor angeschlossen ist und eine Einschaltvorrichtung (48) sowie eine Aus schaltvorrichtung (46) zum Abschalten der Stromquelle nach einer vorgewählten Zeitspanne aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (22) exzentrisch so angeordnet ist, daß mindestens ein Abschnitt des Induktors in größerem Abstand von dem Ventilsitz (10) liegt als ein zweiter Induktorabschnitt, wobei der erstgenannte Induktorabschnitt an derjenigen Stelle des Ventilsitzes liegt bzw. in diejenige Stellung desselben einstellbar ist, an der sich die kleinere Werkstoffmasse befindet.
6. Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der beiden Zuleitungen (30, 32) kleiner als etwa 1,3 mm ist und vorzugsweise bei etwa 0,5 mm liegt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4- bis 6, dadurch

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gekennzeichnet, daß der Induktor (22) an seiner die beiden Leitungen (30, 32) aufweisenden Seite an derjenigen Stelle des zu erwärmenden Ventilsitzes (10) angeordnet "bzw. einstellbar ist, die einem dem zu härtenden konischen Ventilsitz (10) benachbarten Ventilsitz (0) näher liegt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4- bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (22) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und so angeordnet ist, daß seine eine Außenfläche (26) etwa parallel zu dem konischen Ventilsitz (10) verläuft.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der parallel zu dem konischen Ventilsitz (10) liegenden Induktorfläche (26) erheblich größer ist als die Breite des konischen Ventilsitzes.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9* gekennzeichnet durch Mittel zur Verminderung des Kraftflusses des Induktorleiters (22) an derjenigen Stelle des Werkstücks (A), an der sich die geringere Werkstoffmasse befindet.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (22) an der der geringeren Werkstoffmasse zugewandten Seite eine Verjüngung, Aussparung od.dgl., vorzugsweise in Form einer Kantenabschrägung (70, 72) od.dgl., aufweist.

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12* Einrichtung nach einem der Ansprüche 4- bis 11, dadurch ' gekennzeichnet, daß der ringförmige Induktor (22) an einem hubbeweglichen Induktorträger (60) angeordnet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktorträger (60) einen vorspringenden, in die Ventilbohrung (64) einführbaren Zentrierbolzen (62) aufweist.

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