DE3737694C1 - Method for operating an induction hardening device for crankshafts and such a device - Google Patents

Method for operating an induction hardening device for crankshafts and such a device

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DE3737694C1
DE3737694C1 DE3737694A DE3737694A DE3737694C1 DE 3737694 C1 DE3737694 C1 DE 3737694C1 DE 3737694 A DE3737694 A DE 3737694A DE 3737694 A DE3737694 A DE 3737694A DE 3737694 C1 DE3737694 C1 DE 3737694C1
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Edgar Stengel
Waldemar Gezarziek
Friedhelm Dr Reinke
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AEG Elotherm GmbH
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Abstract

Apparatus for the low-distortion hardening of crankshafts includes a system (1) for heating and quenching a crankshaft (2), clamping heads (3,4), and a drive (8) for rotating the crankshaft around its longitudinal axis. Actuators (17) provided with pistons (16) are located at one end in a casing (10) and cooperate with stops (18) on a square spindle sleeve (12) freely mounted in needle bearings (14) to move the casing (10). A hollow spindle (11) carrying one of the clamping heads (3) is rotatably mounted in the casing (10). Thus during heating and quenching the crankshaft which is fixed at one end (9) can move freely in the axial direction so that no harding distortion takes place. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Induktions-Härtevorrichtung für Kurbelwellen, bei dem die Kurbelwelle beidendig in radial steifen axial verschiebbaren drehbeweglichen Spannköpfen eingespannt und um ihre Achse gedreht wird.The invention relates to a method for operating a Induction hardening device for crankshafts, in which the Crankshaft at both ends in radially rigid axially displaceable rotatable clamping heads clamped and around their axis is rotated.

Es ist hinlänglich bekannt, daß das verzugsfreie Härten von Werkstücken gleich welcher Profilierung oder Formgebung nahezu unmöglich ist. Ursache ist die beim Erhitzen infolge Ausdehnung auftretende Dehnung und Schrumpfung des Werkstücks beim Abschrecken, die zu einer bleibenden Verformung, dem Verzug, führen. Das verzugsarme Härten flacher Werkstücke, wie Flachstreifen, gelingt z. B. durch Pressen des erhitzten Werkstücks beim Abschrecken. Ein solches festes Einspannen des zu härtenden Werkstücks sah die Fachwelt generell als optimale Lösung an. Der beherrschende Gedanke war dabei, dem Werkstück beim Erhitzen und Abschrecken keine Gelegenheit zu geben, dem Verformungsbestreben nachzugeben. Hierfür erschien das feste Einspannen des zu härtenden Werkstücks die optimale Lösung, wie sie für das Härten von Nockenwellen beispielsweise aus der DE-OS 35 08 131 bekannt war. Die Nockenwelle wird beidendig von Spannköpfen drehbeweglich gehalten, von denen einer zum Einspannen in Achsrichtung der Nockenwelle verschiebbar ist. Mit dieser Methode gelang es nicht, auf das abschließende Richten des gehärteten Werkstücks verzichten zu können. Besondere Schwierigkeiten bereiten beim Härten unregelmäßig geformte langgestreckte Werkstücke, wie Kurbelwellen, Nockenwellen und Zahnstangen, bei denen der Härteverzug sehr unterschiedlich ausfällt, die Größe des Härteverzugs schwer vorhersehbar ist und bei denen das Einspannen keine brauchbare Abhilfe gegen Härteverzug schafft. So nützt bei Kurbelwellen, deren Kurbellager gehärtet werden sollen, das Einspannen an den Drehlagern nur wenig, denn an den freiliegenden Kurbellagern kann ein Härteverzug unbehindert auftreten.It is well known that distortion-free hardening of workpieces of whatever profile or shape is almost impossible. The cause is the result of heating Expansion occurring expansion and contraction of the Workpiece when quenching, resulting in a permanent Deformation, the default. The low warpage hardening flat workpieces, such as flat strips, succeed z. B. by Pressing the heated workpiece when quenching. A saw such firm clamping of the workpiece to be hardened experts generally see it as the optimal solution. The The dominant idea was to heat the workpiece and not giving deterrence an opportunity to Yield to deformation efforts. The fixed appeared for this Clamping the workpiece to be hardened the optimal solution, such as those used for hardening camshafts DE-OS 35 08 131 was known. The camshaft will rotatably held at both ends, of which one for clamping in the axial direction of the camshaft is movable. With this method it was not possible to the final straightening of the hardened workpiece to be able to do without. Special difficulties  prepare irregularly shaped elongated elongate during hardening Workpieces such as crankshafts, camshafts and racks, where the delay in hardness is very different, the Size of the delay in hardness is difficult to predict and for which clamping is not a useful remedy for delay in hardness creates. This is useful for crankshafts, their crank bearings should be hardened, only clamping on the pivot bearings little, because one can on the exposed crank bearings Delay in hardness occurs unhindered.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand den Härteverzug von im Umlaufverfahren gehärteten Kurbelwellen zu minimieren, damit auf ein aufwendiges Richten verzichtet werden kann.The invention is based on the task with little Effort the hardness delay of hardened in the circulation process To minimize crankshafts, so on a complex Straightening can be dispensed with.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß ein weitgehend verzugsarmes Härten dann gelingt, wenn man einen der Spannköpfe von seinem Verschiebeantrieb während des Härtevorgangs abgekuppelt, in einem nach außen mittels Sperrluft berührungslos oder über Faltenbälge hemmungsarm abgedichtet und gegenüber axialer Ausdehnung der Kurbelwelle bei einer Reibungszahl von kleiner als 0,01 hydrostatisch oder wälzgeführt gelagert wird. Wenn dann während des Erhitzens eine Längung des Werkstücks auftritt, kann das Werkstück diesem Bestreben folgen und ebenso kann es beim Abschrecken frei schrumpfen, so daß kaum Verzug auftritt.Surprisingly, it has now been found that a Hardening that is largely free from warpage can be achieved if you have one the clamping heads of its sliding drive during the Decoupled hardening process, in one with the outside Non-contact sealing air or low inhibition via bellows sealed and against axial expansion of the Crankshaft with a coefficient of friction of less than 0.01 is stored hydrostatically or roller-guided. If then elongation of the workpiece occurs during heating, the workpiece can follow this endeavor and can as well shrink it freely when quenched, so that hardly any delay occurs.

Die erfindungsgemäße Lehre stellt eine völlige Abkehr von der bislang herrschenden Fachmeinung dar, daß man zur Vermeidung von Härteverzug das Werkstück in axialer Richtung starr einspannen soll. Nach dem Erfindungsvorschlag wird dem Werkstück gerade Gelegenheit geboten, dem Verformungsbestreben beim Erhitzen und Abschrecken nachzugeben. The teaching of the invention represents a complete departure from the prevailing technical opinion so far that Avoiding hardness distortion in the workpiece To clamp in the direction. After this Proposed invention is just the opportunity for the workpiece required, the tendency to deform when heated and Giving in to deterrence.  

Die praktisch sinnvolle Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die umlaufende Kurbelwelle an mindestens einem ihrer Enden bei einer Reibungszahl von kleiner als 0,01 so reibungsarm zu lagern, daß sie sich schon beim Auftreten ganz geringer Axialkräfte, wie sie von Wärmedehnungen herrühren, in Axialrichtung frei bewegen kann.The practically sensible realization of the invention The solution is to turn the crankshaft around at least one of its ends with a coefficient of friction of less than 0.01 to store so low friction that they even with the occurrence of very low axial forces, like them arise from thermal expansion, move freely in the axial direction can.

Bei einer Vorrichtung zum Umlaufhärten von Kurbelwellen, die gemäß DE-AS 23 43 684 an beiden Enden in einander gegenüberliegenden Spannköpfen um ihre Achse drehbeweglich eingespannt sind, eine Heiz- und Abschreckvorrichtung, einen Antrieb an einem der beiden Spannköpfe zum Drehen der eingespannten Kurbelwelle um ihre Achse, je einem Einspannantrieb an beiden Spannköpfen und mit einem Verschiebeantrieb für die Spannköpfe gegenüber der Kurbelwelle beim Aufnehmen derselben zum Einspannen umfaßt, wird erfindungsgemäß der Verschiebeantrieb aus pneumatischen oder hydraulischen Kolbenzylindereinheiten bestehen, die an einem Ende in einem Gehäuse ortsfest sind und am anderen Ende mit Anschlägen an einer in Nadellagern beweglich in einem weiteren Gehäuses schwimmend gelagerten Vierkantpinole zusammenwirken, in der eine den Spannkopf tragende Hohlspindel drehbar gelagert ist, durch die von einer Steuereinrichtung betätigbare Einspannantriebsmittel koaxial hindurchgeführt sind. Die zu härtende Kurbelwelle wird also an einem Ende fest, d. h. axial unbeweglich eingespannt, während der Spannkopf am gegenüberliegenden Ende der drehbar gelagerten Kurbelwelle in seiner Axialrichtung beweglich ist, nachdem der Verschiebeantrieb vom Spannkopf gelöst ist.In a device for the rotary hardening of crankshafts, the according to DE-AS 23 43 684 at both ends in each other opposite clamping heads rotatable about their axis are clamped, a heating and quenching device, a Drive on one of the two clamping heads for turning the clamped crankshaft around its axis, one each Clamping drive on both clamping heads and with one Sliding drive for the clamping heads compared to the Includes crankshaft for receiving the same for clamping, According to the invention, the shift drive pneumatic or hydraulic piston cylinder units exist, which are fixed at one end in a housing and at the other end with stops on one in needle bearings floating in another housing Square quill interact, in one the clamping head supporting hollow spindle is rotatably supported by the a control device actuable clamping drive means are passed coaxially. The crankshaft to be hardened becomes solid at one end, i.e. H. axially immobile clamped while the clamping head on the opposite End of the rotatably mounted crankshaft in its Is movable axially after the sliding drive is released from the clamping head.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung soll das Gehäuse durch Faltenbälge nach außen hemmungsarm abgedichtet sein. According to a preferred embodiment of the invention the housing has little outward inhibition due to bellows be sealed.  

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigtIn the drawing, an embodiment of the Device according to the invention shown. It shows

Fig. 1 eine Ansicht der Härtevorrichtung, Fig. 1 is a view of the hardening device,

Fig. 2 einen Längsschnitt des axial beweglichen Spannkopfes und Fig. 2 shows a longitudinal section of the axially movable clamping head and

Fig. 3 einen Querschnitt des Spannkopfes. Fig. 3 shows a cross section of the clamping head.

Gleiche Teile sind in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.The same parts are in the different figures provided the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt die gesamte Härtevorrichtung mit strichpunktiert angedeuteter Einrichtung 1 zum Erhitzen und Abschrecken der zu härtenden Kurbelwelle 2 mit Spannköpfen 3, 4 zum Einspannen der Kurbelwelle 2 an gegenüberliegenden Enden und mittiger Stütze 5 für das Mittellager der Kurbelwelle 2. Das Einspannen der Kurbelwelle 2 in die Spannköpfe 3 und 4 wird durch Steuerungen 6 und 7 bewirkt. Fig. 1 shows the entire hardening device with dash-dotted device 1 for heating and quenching the crankshaft 2 to be hardened with clamping heads 3, 4 for clamping the crankshaft 2 at opposite ends and central support 5 for the central bearing of the crankshaft 2nd The clamping of the crankshaft 2 in the clamping heads 3 and 4 is effected by controls 6 and 7 .

Das Einspannen der sich beim Härtevorgang um ihre Längsachse drehenden Kurbelwelle 2 erfolgt auf der einen Seite (rechte Seite in Fig. 1) in dem Spannkopf 3, an dem der Antrieb 8 zum Drehen der Kurbelwelle 2 um ihre Achse angreift und der in einem Gehäuse 9 axial festliegend gelagert ist. Der das andere Ende der Kurbelwelle 2 (linke Seite in Fig. 1) einspannende Spannkopf 3 ist in dem Gehäuse 10 schwimmend, d. h. axial verschiebbar gelagert, wie sich im einzelnen aus den Fig. 2 und 3 ergibt.The crankshaft 2 rotating about its longitudinal axis during the hardening process is clamped on one side (right side in FIG. 1) in the clamping head 3 , on which the drive 8 for rotating the crankshaft 2 engages around its axis and in a housing 9 is axially fixed. The clamping head 3 , which clamps the other end of the crankshaft 2 (left side in FIG. 1), is floating in the housing 10 , that is to say axially displaceably, as can be seen in detail from FIGS. 2 and 3.

Der Spannkopf 3 sitzt am Ende einer rohrförmigen Spindel 11, die in einem in einer Vierkantpinole 12 gelagerten Wälzlager 13 drehbar ist. Die Vierkantpinole 12 ist ihrerseits an gegenüberliegenden Kanten in einem Nadellager 14 axial verschiebbar im Gehäuse 10 gelagert. Die Zugstange 15 für die Betätigung des Spannkopfes 3 beim Einspannen der Kurbelwelle 2 ist koaxial durch die Spindel 11 hindurchgeführt.The clamping head 3 sits at the end of a tubular spindle 11 which is rotatable in a roller bearing 13 mounted in a square spindle sleeve 12 . The square quill 12 is in turn mounted axially displaceably in opposite directions in a needle bearing 14 in the housing 10 . The pull rod 15 for actuating the clamping head 3 when clamping the crankshaft 2 is guided coaxially through the spindle 11 .

Pneumatische oder hydraulische Kolbenzylindereinheiten 17 sind an im Gehäuse 10 starren Böcken 19 einseitig angebracht. Die Kolben 16 sind in Achsrichtung des Drehlagers 2 ausfahrbar, bis sie gegen Anschläge 18 stoßen, die an der Vierkantpinole 12 befestigt sind.Pneumatic or hydraulic piston-cylinder units 17 are mounted on one side of the rigid in the housing 10 blocks 19th The pistons 16 can be extended in the axial direction of the pivot bearing 2 until they abut stops 18 which are fastened to the square sleeve 12 .

Hemmungsarme Faltenbälge 20 sichern das Innere des Gehäuses 10 vor dem Verschmutzen. Alternativ kann die Abdichtung des Gehäuses 10 nach außen auch mittels Sperrluft berührungslos erfolgen.Low-inhibition bellows 20 secure the interior of the housing 10 from contamination. Alternatively, the housing 10 can be sealed from the outside in a contactless manner by means of sealing air.

Zum Einspannen der Kurbelwelle 2 werden die Spannköpfe 3, 4 gegenüber den Enden der Kurbelwelle 2 zugestellt, und diese werden dann durch Betätigen der Futter an den Spannköpfen 3, 4 mittels der Steuerungen 6, 7 eingespannt. Das Zustellen der Spannköpfe wird bewirkt durch Kolben 16 der Kolben-Zylinder-Einheit 17, der gegen die an der Vierkantpinole 12 befestigten Anschläge 18 Druck ausübt und dadurch die Vierkantpinole 12 und mit ihr die Spindel 11 und der Spannkopf 3 im Gehäuse 10 axial verschiebt. Beim Ausspannen der Kurbelwelle 2 wird die Kolben-Zylinder-Einheit 17 betätigt, welcher den Spannkopf 3 von der Kurbelwelle 2 wegschiebt. Durch das Abkoppeln des aus den Kolben-Zylinder-Einheiten 17 gebildeten Verschiebeantriebs für die Spannköpfe 3, 4 nach dem Spannvorgang wird die Voraussetzung für die reibungsarme Axialverschieblichkeit der Spannköpfe 3, 4 geschaffen. To clamp the crankshaft 2 , the clamping heads 3, 4 are fed towards the ends of the crankshaft 2 , and these are then clamped by actuating the chuck on the clamping heads 3, 4 by means of the controls 6, 7 . The adjustment of the clamping heads is effected by piston 16 of the piston-cylinder unit 17 , which exerts pressure against the stops 18 attached to the square sleeve 12 and thereby axially displaces the square sleeve 12 and with it the spindle 11 and the clamping head 3 in the housing 10 . When the crankshaft 2 is unclamped, the piston-cylinder unit 17 is actuated, which pushes the clamping head 3 away from the crankshaft 2 . By uncoupling the displacement drive for the clamping heads 3, 4 formed from the piston-cylinder units 17 after the clamping process, the prerequisite for the low-friction axial displaceability of the clamping heads 3, 4 is created.

  • Bezugszeichenliste  1 Erhitzungs- und Abschreckeinrichtung
     2 Kurbelwelle
     3 Spannkopf
     4 Spannkopf
     5 Stütze
     6 Steuerung
     7 Steuerung
     8 Drehantrieb
     9 Gehäuse
    10 Gehäuse
    11 Spindel
    12 Vierkantpinole
    13 Wälzlager
    14 Nadellager
    15 Zugstange
    16 Kolben
    17 Kolben-Zylinder-Einheit
    18 Anschlag
    19 Bock
    20 Faltenbalg     1 heating and quenching device
    2 crankshaft
    3 clamping head
    4 clamping head
    5 support
    6 control
    7 control
    8 rotary drive
    9 housing
    10 housing
    11 spindle
    12 square quill
    13 rolling bearings
    14 needle bearings
    15 tie rod
    16 pistons
    17 piston-cylinder unit
    18 stop
    19 buck
    20 bellows

Claims (3)

1. Verfahren zum Betrieb einer Induktions-Härtevorrichtung für Kurbelwellen, bei dem die Kurbelwelle beidendig in radial steifen axial verschiebbaren drehbeweglichen Spannköpfen eingespannt und um ihre Achse gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Spannköpfe von seinem Verschiebeantrieb während des Härtevorgangs abgekuppelt, in einem nach außen mittels Sperrluft berührungslos oder über Faltenbälge hemmungsarm abgedichtet und gegenüber axialer Ausdehnung der Kurbelwelle bei einer Reibungszahl von kleiner als 0,01 hydrostatisch oder wälzgeführt gelagert wird. 1. A method of operating an induction hardening device for crankshafts, in which the crankshaft is clamped at both ends in radially rigid axially displaceable rotatable clamping heads and rotated about its axis, characterized in that one of the clamping heads is uncoupled from its displacement drive during the hardening process, in one after externally sealed by means of sealing air without contact or by means of bellows with little inhibition and is supported hydrostatically or roller-guided against axial expansion of the crankshaft with a coefficient of friction of less than 0.01. 2. Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen, die an beiden Enden in einander gegenüberliegenden Spannköpfen um ihre Achse drehbeweglich eingespannt sind, mit einer Heiz- und Abschreckvorrichtung und einem Antrieb an einem der beiden Spannköpfe zum Drehen der eingespannten Kurbelwelle um ihre Achse, je einem Einspannantrieb an beiden Spannköpfen und mit einem Verschiebeantrieb für die Spannköpfe gegenüber der Kurbelwelle beim Aufnehmen derselben zum Einspannen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeantrieb aus pneumatischen oder hydraulischen Kolbenzylindereinheiten (17) besteht, die an einem Ende in einem Gehäuse (9) ortsfest sind und am anderen Ende mit Anschlägen (18) an einer in Nadellagern (14) beweglich in einem weiteren Gehäuse (10) schwimmend gelagerten Vierkantpinole (12) zusammenwirken, in der eine den Spannkopf (3) tragende Hohlspindel (11) drehbar gelagert ist, durch die von einer Steuereinrichtung (6) betätigbare Einspannantriebsmittel (15) koaxial hindurchgeführt sind.2. Device for hardening crankshafts, which are clamped at both ends in mutually opposed clamping heads about their axis, with a heating and quenching device and a drive on one of the two clamping heads for rotating the clamped crankshaft about its axis, one clamping drive each two clamping heads and with a displacement drive for the clamping heads with respect to the crankshaft when receiving the same for clamping, characterized in that the displacement drive consists of pneumatic or hydraulic piston-cylinder units ( 17 ) which are fixed at one end in a housing ( 9 ) and at the other end interact with stops ( 18 ) on a square spindle sleeve ( 12 ) floating in a further housing ( 10 ) floating in needle bearings ( 14 ), in which a hollow spindle ( 11 ) carrying the clamping head ( 3 ) is rotatably supported, by a control device ( 6 ) actuatable clamping drive means ( 15 ) coaxial hi are carried out. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) durch Faltenbälge (20) nach außen hemmungsarm abgedichtet ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the housing ( 10 ) is sealed by bellows ( 20 ) to the outside with little inhibition.
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