DE4001887C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Kurbelwellen, deren Zapfen durch Wangen getrennt sind, bei dem die Induktoren von der gleichen Seite aus an die Zapfen angelegt werden, für die Härtung von Kurbel­ wellen, bei denen die Hubzapfen mit unterschiedlicher Winkellage direkt aneinander grenzen. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum induktiven Härten nach der vorstehend genannten Art.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE-PS 36 13 909 beschrieben. Dabei umgreifen je­ weils zwei Induktoren direkt hintereinander angeord­ nete Hubzapfen halbschalenförmig, wobei sie versetzt zueinander gegenüberliegend angeordnet sind. Durch den gemeinsamen Härtevorgang können unzulässige gegensei­ tige Beeinflussungen durch ein getrenntes Härten ver­ mieden werden. Nachteilig dabei ist jedoch, daß die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens als eine Sondermaschine ausgebildet sein muß und aus die­ sem Grunde relativ aufwendig ist.

In der DE-PS 38 42 808 ist eine Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen beschrieben, wobei jeweils zwei sym­ metrisch zur Achsmitte liegende Hublagerflächen gleichzeitig gehärtet werden. Diese Vorrichtung be­ trifft jedoch keinen Kurbeltrieb einer Brennkraftma­ schine der V-Bauart, bei dem jeweils Hubzapfen mit un­ terschiedlicher Winkellage direkt hintereinander ange­ ordnet sind. Für einen derartigen Kurbeltrieb wäre diese bekannte Vorrichtung aufgrund der Notwendigkeit der Einhaltung eines Mindesabstandes in der Aufhängung und im Maschinengestell von benachbart zueinander liegenden Induktoreinheiten wohl nicht geeignet.

In der EP-OS 3 04 651 ist ein Kurbeltrieb einer Brenn­ kraftmaschine der V-Art beschrieben, wobei jedoch zwi­ schen zwei zueinander versetzt angeordneten Hubzapfen eine Zwischenwange 37 angeordnet ist. Die Härtung der Laufflächen erfolgt dabei ebenfalls durch ein Induk­ tionshärtung, die getrennt ausgeführt wird. Wird bei­ spielsweise der linke Hubzapfen gehärtet, so muß der rechte intensiv gekühlt werden, damit die gegenseitige Beeinflussung möglichst gering gehalten wird. Weiter­ hin ist dabei nachteilig, daß unter anderem durch die Zwischenwangen der Kurbeltrieb länger wird, bzw. we­ niger Lagerfläche zur Verfügung steht.

Aus "G. Benkowsky", 1965, Seiten 68/69 und 74/75 ist es bekannt, durch eine entsprechende Gestaltung eines Induktors und des Luftspaltes eine breite Stromdichte­ verteilung im Werkstück und damit einen Härtebereich über die Breite des Induktors hinaus zu erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, die vorstehend genannten Probleme zu vermei­ den, insbesondere die Möglichkeit zu haben, gleichzei­ tig die Laufflächen von direkt hintereinander angeord­ neten Hubzapfen induktiv zu härten, wobei dies jedoch auf relativ einfache Weise erfolgen soll, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, einfachere und gegebenenfalls herkömmliche Vorrichtungen hierfür einzusetzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Induktoren verwendet werden, die schmäler als die Härte­ zonenbreite sind, wobei die Induktoren in bekannter Weise so augebildet sind, daß der auf Härtetemperatur zu erwärmende Oberflächenbereich gegenüber der Breite des Induktors erweitert ist und der Abstand der Induk­ toren so gewählt wird, daß die Erwärmungsbereiche benachbarter Induktoren ineinander übergehen.

Erfindungsgemäß kann nunmehr trotz Fehlens von Zwi­ schenwangen in einem Arbeitsgang gleichzeitig eine in­ duktive Härtung der beiden Laufflächen vorgenommen werden, wobei ein guter Härteverlauf erreicht wird. Insbesondere werden bei dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren die kritischen Bereiche, wie z. B. die auf Biegung beanspruchten Hubinnenseiten und der auf Torsion bean­ spruchte Bereich der Überschneidung der beiden Hubzap­ fen besonders gut berücksichtigt.

Eine der Ursachen für einen gleichmäßigen Härteverlauf liegt darin, daß an dem Bereich zwischen den beiden Induktoren das elektromagnetische Feld wirksam ist und durch geeignete Anordnung des Induktors zum Werkstück so geführt wird, daß Wärme von beiden Laufflächen zusammenläuft. Dadurch wird auch in diesem Bereich die für den Härtevorgang erforderliche Temperatur erreicht unter weitgehender Vermeidung örtlicher Übertemperaturen.

Dadurch, daß erfindungsgemäß nunmehr beide Induktoren sich auf der gleichen Seite befinden und damit neben­ einander im gleichen Maschinengestell angeordnet sein können, wird das Härten wesentlich einfacher. Insbe­ sondere kann man z. B. herkömmliche Härtemaschinen ent­ sprechend ohne große Aufwendungen für das erfindungs­ gemäße Verfahren umbauen. Dabei ist lediglich dafür zu sorgen, daß die Heizschleifen so ausgebildet sind, daß die Wärme auch zwischen den beiden auf Abstand vonein­ ander angeordneten Induktoren zusammenläuft.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens kann vorgesehen sein, daß die bei­ den Induktoren jeweils über eine Aufhängeeinrichtung an der gleichen Seite eines Maschinengestelles aufge­ hängt sind, wobei wenigstens einer der beiden Indukto­ ren in Richtung auf den anderen Induktor mit einer Ab­ kröpfung versehen ist, und die beiden Induktoren der­ art zueinander angeordnet sind, daß wenigstens im Übergangsbereich zwischen den beiden hintereinander angeordneten Hubzapfen ein freier Bereich verbleibt.

Um eine zu starke gegenseitige Beeinflussung durch die, beim Induktionshärten, auftretenden magnetischen Felder der beiden Induktoren zu vermeiden, wird man in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorse­ hen, daß die beiden Induktoren auf den einander zuge­ kehrten Seiten magnetisch abgeschirmt werden. Dies kann z. B. durch eine oder an beiden Induktoren außen­ seitig auf den einander zugekehrten Seiten angeordnete elektrisch leitende Platten erfolgen, in denen die magnetische Energie durch Umwandlung in Wärme vernich­ tet wird und weshalb gegebenenfalls eine zusätzliche Kühlung von Vorteil sein kann.

Es ist auch möglich, das Seitenblech des Induktors durch geeignete Gestaltung für diese Funktion mitzu­ verwenden.

Durch wenigstens eine zusätzliche Isolatorplatte wird eine vollständige elektrische Trennung erreicht. Die Verwendung einer Kunststoff- oder Verbundwerkstoff­ platte mit guten Gleiteigenschaften ermöglicht es, diese gleichzeitig auch als Führungsplatte zu verwenden.

Die Induktoren hängen in üblicher Weise in einem Parallelogramm, wobei sie radial durch das Parallelo­ gramm geführt sind und nunmehr erfindungsgemäß in axialer Richtung durch die als Führungsplatten ausge­ bildete Isolatorplatten geführt sind. Über die beiden Isolatorplatten können nämlich die beiden Induktoren aneinander gleiten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt auch darin, daß nunmehr die am meisten gefährde­ ten Bereiche auf Biegung und Torsion in den Hubzapfen getrennt voneinander optimiert werden können. Aus dem gleichen Grunde wird man im allgemeinen auch jeden In­ duktor mit einer eigenen Leistungssteuerung versehen, so daß eine unabhängige Regelung möglich ist.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine verkleinerte Darstellung einer Kurbel­ welle mit zwei Induktoren, die an einem ge­ meinsamen Maschinengestell aufgehängt sind

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teiles einer Kurbel­ welle mit zwei Induktoren (in vergrößerter Darstellung, ausschnittsweise)

Fig. 3 ausschnittsweise Darstellung der Kurbelwelle nach der Fig. 1 mit den Härtezonen

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 mit der Härtezone

Das Oberflächenhärten durch Induktoren ist in seiner Wirkungsweise und seinem Prinzip hinlänglich bekannt, weshalb nachfolgend hier nicht näher darauf eingegan­ gen wird. Grundsätzlich wird dabei in der Oberflächen­ zone des zu härtenden Werkstückes kurzzeitig mit Hilfe höherfrequenter Spannungen ein Wirbelstrom induziert.

Dabei erwärmt sich das Werkstück an der Oberfläche sehr schnell auf eine bestimmte Härtetemperatur. An­ schließend wird gehärtet durch Abschrecken mit einem Kühlmittel.

Zur Vereinfachung sind in der Fig. 1 nur zwei Indukto­ ren 1 dargestellt, die über eine Aufhängeeinrichtung 2 an einem Maschinengestell 3 befestigt sind. Über die Aufhängeeinrichtung 2 sind die Induktoren 1 entlang einer zu härtenden Kurbelwelle 4 verschiebbar und damit entsprechend den zu härtenden Kurbelzapfen ein­ stellbar. Selbstverständlich können im Bedarfsfalle auch ebenso viele Induktoren wie zu härtende Flächen vorhanden sein.

Die in der Fig. 1 dargestellte Kurbelwelle ist für ei­ ne Brennkraftmaschine der V-Bauart gedacht, wobei je­ weils zwei Hubzapfen 5 und 6 mit unterschiedlicher Winkellage in der Ebene senkrecht zur Drehachse direkt hintereinander angeordnet sind. Dabei können auch in Längsrichtung noch Überschneidungen der Laufflächen 7 und 8 vorhanden sein. Sowohl die Aufhängeeinrichtung 2 als auch einige der übrigen an dem Maschinengestell 3 für jeden Induktor 1 angeordneten Bauteile, wie z. B. der Transformator, benötigen einen entsprechenden Raum in axialer Richtung - bezogen auf die zu härtende Kur­ belwelle 4.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist ein Induktor mit einer Abkröpfung 9 versehen, die zu dem anderen Induktor 1 hin gerichtet ist. Diese Abkröpfung kann ohne Verlust an elektrischer Energie durchgeführt wer­ den. Im Bedarfsfalle kann selbstverständlich auch der zweite Induktor noch mit einer Abkröpfung versehen sein, die zu dem anderen Induktor, der für den benach­ barten Hubzapfen vorgesehen ist, gerichtet ist.

Wie aus der Fig. 2 weiter ersichtlich ist, besitzen beide Induktoren auf den einander zugekehrten Seiten jeweils eine elektrisch leitende Platte 10, an der je­ weils außenseitig eine Isolatorplatte 11 angeordnet ist, zur magnetischen Abschirmung. Der Abstand zwi­ schen den beiden nebeneinander liegenden Induktoren entspricht im Minimum dem Hohlkehlenradius des Hub­ zapfens.

Wie weiterhin aus der Fig. 2 ersichtlich ist, liegen die beiden Isolatorplatten 11 aneinander und stellen damit zusammen mit den beiden Seitenwangen 12 und 13 neben den Hubzapfen 5 und 6 Führungen für die Indukto­ ren 1 dar. Als Material für die Isolatorplatten 11 kann man einen Kunststoff mit geringem Reibungswider­ stand verwenden.

Aus den Fig. 3 und 4 ist der Verlauf der Härtezonen ersichtlich, die sich bei einer Härtung mit den beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Induktoren 1 erge­ ben. Wie daraus ersichtlich ist, ist der Verlauf der Härtezonen bzw. die Eindringtiefe relativ gleichmäßig über die Laufflächen 7 und 8 verteilt, wobei insbeson­ dere auch in den gefährdeten Bereichen und in den Ra­ dien eine genügend tiefe Härtezone vorhanden ist.

Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß sich gerade auch durch den gewählten freien Mittelbereich, d. h. einem Bereich, in welchem die beiden Induktoren nicht anlie­ gen, und der sich in dem Übergangsbereich zwischen den beiden Hubzapfen 5 und 6 befindet, eine Härtetiefe einstellt, die einen weitgehend gleichmäßigen Verlauf über die beiden Laufflächen 7 und 8 sicherstellt.

Claims (9)

1. Anwendung eines Verfahrens zum Härten von Kurbel­ wellen, deren Zapfen durch Wangen getrennt sind, bei dem die Induktoren (1) von der gleichen Seite aus an die Zapfen (5, 6) angelegt werden, für die Härtung von Kurbelwellen, bei denen die Hubzapfen mit unterschiedlicher Winkellage direkt aneinander grenzen, dadurch gekennzeichnet, daß Induktoren verwendet werden, die schmäler als die Härtezonenbreite sind, wobei die Induktoren in bekannter Weise so ausgebildet sind, daß der auf Härtetemperatur zu erwärmende Oberflächenbereich gegenüber der Breite des Induktors erweitert ist und der Abstand der Induktoren so gewählt wird, daß die Erwärmungsbereiche benachbarter Induktoren ineinander übergehen.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Induktoren (1) auf den einander zugekehrten Seiten magnetisch abgeschirmt werden.

3. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktoren (1) jeweils über eine Auf­ hängeeinrichtung (2) an der gleichen Seite eines Maschinengestelles (3) aufgehängt sind, wobei wenigstens einer der beiden Induktoren (1) in Richtung auf den anderen Induktor (1) mit einer Abkröpfung (9) versehen ist, und die beiden Induk­ toren (1) derart zueinander angeordnet sind, daß wenigstens im Übergangsbereich zwischen den beiden hintereinander angeordneten Hubzapfen (5, 6) ein freier Bereich verbleibt, der mindestens dem Hohl­ kehlenradius des Hubzapfens entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Induktoren (1) auf der dem anderen Induktor zugewandten Seite mit einer elektrisch leitenden Platte (10) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Platte (10) mit einer Küh­ lungseinrichtung versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Platte (10) aus Kupfer, Messing, Aluminium oder austenitischem Stahl besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außenseitig auf der elektrisch leitenden Platte (10) eine Isolatorplatte (11) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorplatten (11) als Führungsplatten für die beiden Induktoren (1) ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Induktoren (1) mit Isolatorplatten (11) versehen sind, und die beiden Isolatorplatten (11) aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften bestehen.