DE2334126C3 - Vorrichtung zum induktiven Harten von um eine Drehachse drehbaren Werkstucken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum induktiven Härten von um eine Drehachse drehbaren Werkstücken, insbesondere der Lager von Kurbelwellen, im Umlaufverfahren, bei dem verschiedene Teile der Oberfläche der Werkstücke mittels unterschiedlich geformter, die zu härtende Oberfläche nur teilweise umfassender Induktoren erwärmt werden, mit einem parallel zur Werkstückdrehachse verfahrbaren, in den einzelnen Arbeitspositionen lagefixierbaren Härtewagen, einer an dem Härtewagen höhenverschiebbar und über ein Gestänge schwenkbar angeordneten Transformator, der über flexible Primärzuleitungen mit einer Mittelfrequenzstromquelle verbunden ist

Eine halbautomatische Vorrichtung, die nach diesem Prinzip arbeitet, ist z. B. aus der deutschen Patentschrift 8 65 321 bekannt Diese Vorrichtung enthält in ihrem Maschinengestell ein Becken zur Aufnahme des Abschreckmittels, eine über diesem Becken mit horizontaler Achse angeordnete Trägerwelle, an der — azimutal gegeneinander versetzt — vier Spannkopfpaare mit Einspannelementen zur Aufnahme einer Kurbelwelle angeordnet sind. Diese Trägerwelle ist mit einem Getriebe verbunden, das einerseits zur Ausführung von Durch teil-Drehungen der Trägerwelle dient, welche die in den Einspannelementen der Spannköpfe gehalterten Kurbelwellen jeweils von einer dem Bedienungsmann zugänglichen Einspannstation, in der gleichzeitig die induktive Härtung erfolgt, schrittweise über drei sich im Abschreckmittelbad befindlichen Stationen zurück zur Einspannstation verbringt

Zur induktiven Erhitzung der Lagerflächen-Oberflächenbereiche ist ein Härtewagen vorgesehen, der auf Trägerschienen am Rande des Abschreckmittelbeckens in Richtung parallel zur Trägerwellenachse bzw. zur Achse der eingespannten Kurbelwellen verfahrbar ist Ein über flexible Zuleitungen gespeister Mittelfrequenz-Leistungstransformator, der an dem Induktor sekundärseitig elektrisch sowie auch mechanisch starr, jedoch lösbar, angeschlossen ist und mit diesem eine Einheit bildet, ist über seine Trägerplatte und ein doppeltes Gestänge nach Art eines Pantographen mit dem Härtewagen verbunden. Das Gewicht der Transformator-Induktoreinheit mit Trägerplatte samt dem Gestänge ist zum größten Teil durch Gegengewichte ausgeglichen, so daß der Induktorblock während der induktiven Erhitzung mit einer relativ geringen Kraft auf dem zu härtenden Lager aufsitzt.

Im Betrieb werden jeweils vier Kurbelwellen von Hand aus durch den Bedienungsmann zwischen die vier Spannkopfpaare der Trägerwelle eingespannt.

Danach verschiebt der Bedienungsmann den Härtewagen, bis die axiale Lage des Induktors mit der des zu härtenden Lagers der sich in Einspann- bzw. Erhitzungsstation befindlichen Kurbelwelle übereinstimmt, wonach er den Induktor von Hand aus auf das zu härtende Lager der inzwischen in Rotation versetzten Kurbelwelle aufsetzt, wonach die induktive Erhitzung des Lagers durch Einschalten des Induktorstromes eingeleitet wird. Die Abschaltung des Induktorstromes erfolgt dann bei vollendeter Aufheizung mittels eines Zeitschalters, der Induktor hebt darauf automatisch ab, es startet eine Durchteil-Drehung der Trägerwelle, wodurch die Kurbelwelle mit dem eben aufgeheizten Lager zwecks Abschreckung in das Abschreckmittelbad übergeführt bzw. die nächste Welle in Aufheizposition gebracht wird. Nun kann in derselben Stellung des Härtewagens auf analoge Weise die Härtung des entsprechenden Lagers der sich nun in der Aufheizstation befindlichen Kurbelwelle vorgenommen werden. Dies wird so lange wiederholt, bis die dieser Härtewagenstellung entsprechenden Lager aller vier eingespannten

Kurbelwellen gehärtet sind. Kann der eingespannte Induktor zur Härtung mehrerer Lager an der Kurbelwelle dienen, wird in den diesen Lagen, entsprechenden Stellungen des Härtewagens der eben geschilderte Vorgang wiederholt Dasselbe erfolgt jeweils mit einem oder mehreren anderen Induktoren, bis alle Kurbelwellenlager gehärtet sind.

Zur Erhöhung des Kurbelwellendurchsatze;; ist dabei eine Vaiiante in der bekannten deutschen Patentschrift 8 65 321 beschriebenen Vorrichtung bekanntgeworden, bei der nebeneinander zwei Härtebecken angeordnet sind, die jeweils eine Trägerwelle mit Spannköpfen zum Einspannen der Kurbelwellen aufweisen und die durch ein und denselben entlang von beiden Härtebekken verfahrbaren Härtewagen bedient werden. Dies hat den Vorteil, daß, wenn an einem Härtebecken die Be- bzw. Entladung von Kurbelwellen erfolgt, an dem anderen Härtebecken gehärtet werden kann und umgekehrt

Bei diesem sogenannten halbautomatischen Vorrichtungstyp, der sich nun seit vielen Jahren bewährt hat, sind jedoch ständig ein — bzw. bei einer Zweibeckenvorrichtung — mindestens zwei Bedienungsleute erforderlich.

Zur Härtung von Kurbelwellen mit großen Durchsatzzahlen pro Stunde sind außerdem — z. B. aus der deutschen Patentschrift 12 09137 - selbsttätig arbeitende Vorrichtungen zum induktiven Härten von Kurbelwellen bekannt, bei welchen die Kurbelwellen mittels einer Transporteinrichtung in Richtung senkrecht zu ihren Achsen nacheinander zwei Härtestationen zugeführt werden, in denen sie jeweils eingespannt, mehrere ihrer Lager gleichzeitig dann in Eingriff mit jeweils einer zugehörigen Transforrnator-Induktoreinheit gebracht werden. Bei rotierender Kurbelwelle werden danach die Lager mittels der auf ihnen aufsitzenden Induktoren induktiv erhitzt, wonach die Abschreckung mit Hilfe von mit diesen Induktoren verbundenen Abschreckbrausen erfolgt Danach wird die Kurbelwelle in ihrer Drehung angehalten, ausgespannt und weiter transportiert.

Diese bekannte selbsttätig arbeitende Vorrichtung zum induktiven Härten von Kurbelwellen stellt an sich bzw. mit den für die gleichzeitige Härtung mehrerer Lager erforderlichen erhöhten Leistungsbedarf einen hohen technischen Aufwand dar, der sich nur bei sehr großen Wellen-Durchsatzzahlen rechtfertigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für das zumindest bis auf den Ein- und Ausspannvorgang selbsttätige induktive Härten von Oberflächenbereichen vo.n eine Drehachse aufweisenden Werkstücken, insbesondere der Lager von Kurbelwellen, anzugeben, die einen nur wenig höheren Aufwand als die genannte bekannte halbautomatische Vorrichtung darstellt, jeweils eine einfache und rasche Umröstung auf einen anderen Wellentyp erlaubt und wesentlich weniger aufwendig ist als die genannte bekannte selbsttätig arbeitende Kurbelwellenhärtevorrichtung.

Zur Lösung dieser Aufgabe an Vorrichtungen dei eingangs näher bezeichneten Art schlägt ein älterer, nicht vorveröffentlichter Vorschlag vor, die Anordnung derart zu treffen, daß ein im Fahrbereich des Härtewagens angeordnetes Induktormagazin, in dem die unterschiedlichen Induktoren nebeneinander entlang einer der Drehachse des Werkstücks parallelen Richtung abstellbar sind, daß eine automatisch betätigte Kupplung zur Befestigung der Induktoren an der Transformatorplatte und zur Herstellung der elektrischen Verbindung des jeweiligen Induktors mit den Sekundäranschlüssen des Transformators und eine Programmsteuervorrichtung zum Verfahren des Härtewagens und der Transformator-Induktoreinheit in Arbeits- und Wechselpositionen sowie zur Einleitung und Beendigung der einzelnen Arbeitsabläufe vorgesehen in (deutsche Patentanmeldung P 23 32 832.7-24).

Ausgehend von solchen Vorrichtungen, bei denen die Induktoren mit den Sekundäranschlüssen des Transformators selbsttätig kuppelbar sind und eine Programmsteuerung zum Verfahren des Härtewagens und der Transformator-Induktoreinheit in Arbeits- und Wechselposition sowie zur Einleitung und Beendigung der einzelnen Arbeitsabläufe vorgesehen ist löst die Erfindung die genannte Aufgabe an Vorrichtungen der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß durch eine Ausbildung, die sich dadurch kennzeichnet, daß die Induktoren neben dem Transformator in einer Ebene auf einem Trägerstern angeordnet sind, der auf einer zur gemeinsamen Induktorebene senkrechten drehbaren Achse und mit dieser an der Transforroatorplatte befestigt ist, daß ein Antrieb für die schrittweise Drehung des Trägersterns vorgesehen ist und daß die Induktorkühlmittelanschlüsse an die entsprechenden Anschlüsse des jeweiligen, in Arbeitsstellung befindlichen Induktors selbsttätig ankuppelbar sind.

Diese Anordnung weist den Vorzug auf, daß auch bei einer relativ geringen Anzahl notwendiger Induktoren die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit verhältnismäßig einfachen Mitteln gelöst ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfinderische Vorrichtung ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Induktorstern mit einer an der Transformatorplatte drehbar gelagerten Welle verbunden ist und daß der mit der Welle gekuppelte Antrieb zur Erzeugung von Teildrehungen des Induktorsternes mit einer Verstelleinrichtung zur axialen Verschiebung des Induktorsternes zwecks Kuppeins bzw. Entkuppeins der Anschlüsse verbunden ist. Dabei weist die Verstelleinrichtung vorteilhaft zum Kuppeln der Anschlüsse einen diese Anschlüsse gegeneinander pressenden Kraftspeicher, vorzugsweise eine Druckfeder, und zu ihrem Entkuppeln einen den den Induktorstern gegen die Wirkung des Kraftspeichers verschiebenden Verstellzylinders auf.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in schematischer, perspektivischer Teildarstellung die für den Erfindungsgegenstand wesentlichen Teile einer bis auf den Belade- und Entladevorgang selbsttätig arbeitende Kurbelwellenhärtevorrichtung;

F i g. 2 erläutert in einer Teildarstellung Einzelheiten der Maschine nach F i g. 1.

Das Maschinengestell 1 der Vorrichtung enthält ein Härtebecken 2, an dem mit horizontaler Achse eine Trägerwelle 4 gelagert ist, deren vier Spannkopfpaare (in F i g. 1 sind zwei davon zu erkennen) geeignet sind, mit Hilfe von Pinolen 6 Kurbelwellen 7 zwischen Spitzen einzuspannen. Von den von der Trägerwelle 4 aufzunehmenden Kurbelwellen ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in F i g. 1 jene Kurbelwelle dargestellt, die sich gerade in Heizposition außerhalb des Abschreckmittelbades befindet. Zum Antrieb der Durchteildrehung der Trägerwellen sowie der Pinolen 6 dient ein mit 8 angedeutetes Getriebe. An der Vorrichtung ist ferner am hinteren Beckenrand eine Rampe mit Schienen 9 angeordnet, auf der — mittels eines Getrie-

bemotors 10 über eine Spindel 11 angetrieben — ein Härtewagen 12 in Richtung parallel zur Kurbelwelleneinspannachse zwischen mehreren axialen Positionen verfahrbar ist. An dem Härtewagen 12 ist vertikal verschiebbar ein Schlitten 13 angebracht, an dem über ein pendelnd auslenkbares Parallelogrammgestänge 14 eine Transformatorplatte 15 in einer Ebene verschwenkbar ist, deren Normale parallel zur Kurbelwelleneinspannachse ist. Die Transformatorplatte 15 trägt einen Mittelfrequenz-Leistungstransformator 16, der primärseitig über flexible Zuleitungen (in F i g. 1 nicht dargestellt) mit der im Härtewagen befindlichen Kondensatorbatterie eines Mittelfrequenzgenerators verbunden ist. An der Transformatorplatte 15 ist ein Trägerstern 17 mit mehreren unterschiedlichen HaIbschalen-Induktoren 18 drehbar gelagert, wobei jeder dieser Induktoren 18 in eine Arbeitsstellung gebracht werden kann, in der seine Mittellinie eine vertikale Lage hat.

Das an dem Parallelogrammgestänge 14 aufgehängte, die Transformatorplatte 15 und den Trägerstern 17 umfassende Aggregat ist in F i g. 2 zum Teil im Schnitt dargestellt.

Die Transformatorplatte 15, an dem die Stangen 14 des Parallelogrammgestänges 14 in Lagern 19 angelenkt sind, weist eine Buchse 20 auf, in der eine Welle 21 drehbar gelagert ist. An einem Ende der Welle 21 ist — gegen Drehung gesichert — der Trägerstern 17 aufgeschoben, während das andere Wellenende mit einem an der Buchse 20 angeflaschten Getriebe 22 gekuppelt ist. Dieses Getriebe 22, das mit einem Motor 23 ein Antriebsaggregat bildet, dient zur Erzeugung von Durchteil-Drehungen des Trägersterns 17. In der hohl ausgebildeten Welle 21 ist axial verschiebbar eine Verstellstange 24 angeordnet, die an einem Ende mit den Trägerstern 17 (nicht dargestellt) und am anderen Ende der Welle mit einer Druckfeder 25 verbunden ist, die mittels eines Verstellzylinders 26 komprimiert werden kann. Die Transformatorsekundär- bzw. Induktorkühlmittelanschlüsse 27 sind jeweils mit dem entsprechenden Anschlüssen 28 des sich in Arbeitsstellung befindlichen Induktors gekuppelt.

Diese an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung arbeitet nun wie folgt:

Es sei angenommen, der Härtewagen befinde sich in der F i g. 1 dargestellten Position mit dem Schlitten 13 in seiner höchsten Stellung. In dieser Phase des Arbeitsablaufes sei ζ. B. die Härtung aller mittels des angekuppelten Induktors 18 zu härtenden Lager abgeschlossen. Dieser Zustand löst nun ein Startsignal für den Induktorwechsel bzw. das Verfahren des Härtewagens 12 in seine zu dem nächsten Induktor gehörige erste axiale Härteposition aus.

Der Induktorwechsel geht nun so vor sich, daß zunächst durch Betätigung des Verstellzylinders 26 die Verstellstange 24 und mit ihr der Induktorstern gegen die Kraft der Druckfeder 25 (in F i g. 2 nach links) axial verschoben wird, dadurch werden die Transformatorsekundär- bzw. Induktorkühlmittelanschlüsse 27 von den entsprechenden Anschlüssen 28 des auszuwechselnden Induktors gelöst. Hiernach werden mittels des Antriebs 22, 23 eine oder mehrere Durchteildrehbewegungen des Trägersternes 17 ausgeführt bis der programmiert nächstanzuschließende Induktor des Induktorsternes sich mit seinen Anschlüssen 28 gegenüber den entsprechenden Anschlüssen 27 an der Transformatorunterstützung 15 befindet. Danach wird schließlich nach Lüftung des Verstellzylinders 25 der Trägerstern 17 unter der Wirkung der Druckfeder 26 gegen die Anschlüsse 27 gepreßt, wodurch der elektrische bzw. kühlmittelmäßige Anschluß des nun neu in Arbeitsstellung verbrachten Induktors hergestellt und der Induktorwechsel damit vollzogen ist.

Mit der Beendigung des Induktorwechsels wird dann der selbsttätige Härtevorgang an allen zu diesem neu angeschlossenen Induktor gehörigen Kurbelwellenlagern ausgelöst.

Dieser Härtevorgang besteht für jede zu diesem Induktor zwecks Härtung einzunehmende axiale Position des Härtewagens 12 aus vier aufeinanderfolgenden Härtevorgängen, wobei die Beendigung des Härtevorganges äie "Einleitung des jeweils nächsten auslöst und das Ende des jeweils letzten, vierten Härtevorganges das Verfahren des Härtewagens 12 in seine zum angekuppelten Induktor gehörige, nächste axiale Position bewirkt, in der dann erneut die vier zugehörigen Härtevorgänge ausgelöst werden usw., bis alle zu dem eingespannten Induktor gehörigen Lager gehärtet sind und automatisch der nächste Induktorwechselvorgang erfolgt. Dies wird so lange fortgesetzt, bis alle Lager der eingespannten Wellen gehärteten Kurbelwellen bzw. zum Beladen mit neuen Kurbelwellen angezahlten wird.

Jeder der erwähnten Härtevorgänge besteht aus dem Aufsetzen des Induktors auf das zu härtende Lager durch Absenken des Schlittens 13 und Trennung des Schlittens von seiner Hebevorrichtung in einer Weise, wie es z. B. aus der deutschen Patentschrift 12 09 137 für automatische Kurbelwellenhärtevorrichtungen bekannt ist, dem Starten der Drehbewegung der Welle und Einschalten des Induktorstromes, dem Abschalten des Induktorstromes mittels eines Zeitschalters, dem Hochfahren des Schlittens 13 und schließlich der Durchteildrehung der Trägerwelle 4, wodurch die Kurbelwelle mit dem eben induktiv erhitzten Lagers in das Abschreckmittelbad abgesenkt und eine andere Welle in die Aufheizposkion verbracht wird. Das Ende des Härtevorganges leitet darauf den nachfolgenden Härtevorgang mit dem Absenken des Schlittens 13 bzw. dem Aufsetzen des Induktors auf das nun zu härtende Lager der in azimutal vorgegebener Position angehaltenen nächsten Kurbelwelle ein.

Zur Steuerung des selbsttätigen Arbeitsablaufes bei den beschriebenen Vorrichtungen dienen an sich bekannte Steuerelemente, wie End- und Näherungsschalter, die bei einer vorgegebenen Verstellung eines Vorrichtungsteiles oder Zeitschalter, die z. B. bei der Ein Schaltperiode des Induktorstromes, die Beendigung des betreffenden Arbeitsschrittes der Vorrichtung bewir ken und, gleichzeitig ein Signal zur Einleitung des pro grammiert darauffolgenden Arbeitsschrittes der Vor richtung abgeben. Insbesondere ist z. B. zum Anhaltei des Härtewagens in seinen Arbeits- bzw. Induktor Wechselpositionen am Maschinengestell eine Nocken leiste mit längs der Härtebahn verstellbaren Nockei vorgesehen, die am Härtewagen angebrachten Eind schalter betätigen. Eine Umrüstung der Vorrichten] auf einen anderen Kurbelwellentyp kann dabei bereit allein durch entsprechende Neubestückung des Induk tormagazins mit zum neuen Kurbelwellentyp gehöri gen Induktoren, einer entsprechenden Voreinstellen von Heizzeit Heizleistung und Kompensationskonder satoren für jeden Induktor sowie einer Neueinstellun der Nocken der genannten Nockenleiste erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum induktiven Härten von um eine Drehachse drehbaren Werkstücken, insbeson- j dere der Lager von Kurbelwellen, im Umlaufverfahren, bei dem verschiedene Teile der Oberfläche der Werkstücke mittels unterschiedlich geformter, die zu härtende Oberfläche nur teilweise umfassender Induktoren erwärmt werden, mit einem parallel zur Werkstückdrehachse verfahrbaren, in den einzelnen Arbeitspositionen lagefixierbaren Härtewagen, einem an dem Härtewagen höhenverschiebbar und über ein Gestänge schwenkbar angeordneten Transformator, der über flexible Primärzuleitungen mit der Mittelfrequenzstromquelle verbunden ist, bei der die Induktoren mit den Sekundäranschlüssen des Transformators selbsttätig kuppelbar sind, und einer Programmsteuerung zum Verfahren des Härtewagens und der Transformator-Induktoreinheit in Arbeits- und Wechselpositionen, sowie zur Einleitung und Beendigung der einzelnen Arbeitsabläufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren (18) neben dem Transformator (16) in einer Ebene auf einem Trägerstern (17), der auf einer zur gemeinsamen Induktorebene senkrechten drehbaren Welle (21) und mit dieser an der Transformatorplatte (15) befestigt ist, angeordnet sind, daß ein Antrieb (23, 22) für die schrittweise Drehung des Trägersterns (17) vorgesehen ist und daß die Induktorkühlmittelanschlüsse (27) an die entsprechenden Anschlüsse (28) des jeweiligen in Arbeitsstellung befindlichen Induktors (18) selbsttätig ankuppelbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der Induktoren (18), die in Induktoraufheizposition senkrecht zur zu härtenden Werkstückoberfläche stehen, und die Drehachse des Induktorsterns (17) an der Transformatorunterstützung (15) horizontal angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Induktorsterns (17) parallel zur Werkstückeinspannachse angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Welle (21) gekuppelte Antrieb (22, 23) zur Erzeugung von Teildrehungen des Induktorsterns (17) mit einer Verstelleinrichtung (25, 26) zur axialen Verschiebung des Induktorsterns (17) zwecks Kuppeins bzw. Entkuppeins der Anschlüsse (27,28) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung zum Kuppeln der Anschlüsse (27, 28) einen diese Anschlüsse gegeneinander pressenden Kraftspeicher, und zu ihrem Entkuppeln, einen den Induktorstern (17) gegen die Wirkung des Kraftspeichers verschiebenden Verstellzylinder (26) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher eine Druckfeder (25) ist.