DE7143333U - Induktionsbeheizungseinrichtung insbesondere zum induktiven erwaermen der konischen ventilsitzflaechen eines motors - Google Patents

Description

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Gebrauchsmusteranmeldung

der Firma

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

Cleveland. Ohio 44105 (USA)

Induktionsbeheizungseinrichtung, insbesondere sum induktiven rwäragü der konisches Veffoiisa/ozflachen eines fiotors

Die Erfindung betrifft eine Induktionsbeheizungseinrichtung sum induktiven Erwärmen von Werkstückflächen, insbesondere von konischen Ventilsitzflächen eines Motors od.dgl. beim Induktionshärten*

Die Erfindung ist vor allem für das induktive Erwärmen der konischen Ventilsitzflachen eines aus Grauguß bestehenden Kotorblocks einer Brennkraftmaschine bestimmt, obwohl ihr Anwendungsbereich breiter ist und sie auch für das induktive Erwärmen von zylindrischen, konischen und flachen Fla-

chen verschiedener Formen und Abmessungen geeignet ist.

Insbesondere in neuerer Zeit hat man erhebliche Bemühungen dafür verwendet, eine Induktionsbeheizungseinrichtung zu schaffen, sit der sich die konischen Ventilsitzflächen eines Motorblocks vor dem eigentlichen Abschreckhärten erwärmen lassen. Hierbei wird ein Induktor an die zylindrische Fläche herangeführt und dann an eine Hochfrequenz-Spannungsquelle angelegt, so daß der Ventilsitz auf induktivem Wege in dem für das Induktionshärten erforderlichen Maße erwärmt wird. Der Induktor muß hierbei verstellbar so angeordnet sein, daß er sich für die aufeinanderfolgende Bearbeitung der Motorblöcke an den Ventilsitz heranbringen und von diesem zurückstellen läßt. Dies bereitet bei den bekannten Einrichtungen nicht unerhebliche Schwierigkeiten. Der Induktor muß an das Sekundärteil eines Transformators angeschlossen werden, der zur Kopplung der Spannungsquelle mit dem Induktor verwendet wird. Aufgrund der Hin- und Herbewegung des Induktors läßt sich bei den bekannten Einrichtungen die Verbindung zwischen Induktor und Sekundärteil nur mit flexiblen Anschlußleitungen herstellen. Solche flexiblen Leitungen bewirken aber Energieverluste und unterliegen in besonderem Maße der Gefahr einer Beschädigung. Außerdem sind für die Zuführung des Kühlmittels zu dem Induktor ebenfalls flexible Leitungen erforderlich. Um diese Schwierigkelten und Nachteile der flexiblen Anschlußleitungen des Induktors zu beheben, hat man vorgeschlagen, den

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Induktor mit dem Sekundärteil des Transformators starr zu verbinden und dabei das Sekundärteil und das Primärteil als Baueinheit hin- und herzubewegen. In diesem Fall werden flexible Anschlußleitungen zwischen der ßpennungsguelle und der Primärwicklung des Transformators benötigt. Entsprechend müssen auch flexible Kühlleitungen bei dieser Anordnung vorgesehen werden.

Per Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsbeheizungseinrichtung zu schaffen, mit der die genannten Nachteile und Schwierigkeiten ganz oder weitgehend behoben werden und eine Vereinfachung der elektrischen Anschlüsse und der Kühlmittelanschlüsse der Gesamteinrichtung erzislt wird. Insbesondere soll eine Transformator-Induktoreinheit ge schaff «r- werden, welche sich leicht einbauen läßt und "bei der die Anzahl flexibler Anschlüsse nach Möglichkeit vermindert ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß sie eine feststehende Primärwicklung mit einer Mehrzahl an Windungen und einer zentralen öffnung aufweist, deren Achse etwa senkrecht zu den Windungen verläuft, und daß ein Träger mit einem Sekundärteil und einem hiermit elektrisch verbundenen und im Abstand angeordneten Einschleifeninduktor vorgesehen ist, wobei die Mittelachse des Trägers mit der Achse der Primärwicklung im wesentlichen zusammenfallt und zur Verstellung des Trägers etwa in Bichtung der Achse

der Primärwicklung von einer Bückstellposition in eine Beheizungsposition, in der der Induktor bei Vorhandensein eines Spalts mit der Werkstückfläche magnetisch gekuppelt und das Sekundärteil in der Primärwicklung liegt, ein Verstellmechanismus vorgesehen ist. Pas Sekundärteil besteht vorzugsweise aus einem einwindigen Mantelkörper od.dgl., dessen Mittelachse etwa parallel zur Achse der Primärwicklung verläuft bzw. mit dieser Achse zusammenfällt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist somit das Primärteil des Transformators feststehend angeordnet, während der Induktor und das Sekundärteil des Transformators an einem Träger befestigt sind, der im Inneren des Primärteils hin- und herbeweglich ist. Auf diese Weise lassen sieh fleälole Anschlüsse weitgehend vermeiden. Gegebenenfalls brauchen lediglich flexible Anschlüsse für die Kühlleitungen dee Transformator-Sekundärteils und des Induktors vorgesehen zu werden. Diese Leitungen lassen sich aber mit geringerer Schwierigkeit flexibel ausbilden als die elektrischen Induktorleitungen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Träger eine über den Induktor nach vorne vorragende Verlängerung auf, die mit einem Fühler bzw. einem Zentrierorgan versehen ist, welches den Induktor gegenüber der Werkstückfläche (Ventilsitzfläche) ausrichtet. Weiterhin empfiehl* es sich, die Anordnung so zu treffen, daß sieh das Sekandärteil des Transformators zumindest teilweise außerhalb

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der zentralen öffnung des Primärteils "befindet, wenn sich der Träger in seiner Rückstellposition befindet. Das Sekundärteil ist zweckmäßig an dem rückwärtigen ünde des Trägers angeordnet. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, das Sekundärteil so auszubilden, daß es einen im wesentlichen zylindrischen Teil und einen sich hieran anschließenden konischen Teil aufweist, wobei es so angeordnet ist, daß in j der Beheizungsposition nur der zylindrische Teil des Sekun- j darteils in der zentralen öffnung des Primärteils liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich somit der Induktor für das Einführen des Motorblocks in die Bearbeitungsstelle und für das Herausführen des Motorblocks aus seiner Beheizungsposition zurückfahren. Außerdem kann der Induktor in einen unterschiedlichen Abstand zu der Ventilsitzfläche gebracht werden, ohne daß hierbei das Primärteil j "bewegt zu werden braucht. Bei der Bewegung des Induktors wird das Sekundärteil mitgenommen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich das Sekundärteil in der erforderlichen Position zu dem Priinärteil des Transformators befindet, wenn der Induktor seine Beheizungsstellung einnimmt und sich dabei mit dem jeweils gewünschten Spaltabstand vor die Ventilsitzfläche legt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht, teilweise im Schnitt eine Einrichtung gemäß der Erfindung}

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Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Pig. 1} Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. Ij Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 1} Fig. 5 ein geändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht, teilweise im Schnitt.

Die Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben sind, zeigt in Fig. 1 erjaen Motorblock A, der mit einer Anzahl im Abstand angeordneter Motorauslaßöffnungen B mit den hier befindlichen Ventilsitzen 10, Motorbohrungen 12 für die Aufnahme der Ventilscnäfte und bearbeiteten Flächen 14 versehen ist. Die zur lnduktionshärtung verwendete Einrichtung weist eine Anzahl Induktionsbeheizungsvorrichtungen C auf, die jeweils oberhalb der einzelnen Auslaßöffnungen angeordnet sind. Diese Vorrichtungen arbeiten gemeinsam im gleichen Arbeitstakt, wobei sie in Vertikalrichtung unabhängig voneinander auf die jeweiligen Ventilsitz lachen einstellbar sind. Da die Einzelvorrichtungen O in ihrer Bauweise übereinstimmen, wird im folgenden nur eine dieser Vorrichtungen näher beschrieben.

Oberhalb der Auslaßöffnungen B sind gegenüber den Vorrichtungen feststehende, jeweils eine Mehr- oder Vielzahl an Windungen aufweisende Primärteile 20, 22 und 24 angeordnet. Diese Primärwicklungen sind über Leitungen 30 und 32 mit einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 34 in Reihe geschaltet. Die Primärteile bestehen aus einem Hohlleiter, der im Betrieb von einem zirkulierenden Kühlmittel durchströmt wird.

Mit 40 ist der Kühlmitteleinlaß und mit 42 der Kühlmittelauslaß bezeichnet.

Jede Vorrichtung C weist einen Träger 50 mit einer oberen Tragplatte 52 und einem darunter befindlichen Isolierkörper 54 auf. Der Träger 50 ist innerhalb einer geeigneten Führung, deren Führungsflächen schematisch bei 56 und 58 angedeutet sind, in beiden Hubrichtungen geführt. An dem einen Ende des Trägers 50 ist ein Sekundärteil 60 befestigt, das aus einem einlagigen hohlen Mantelkörper besteht und einen zylindrischen Hohlteil 62 und einen konischen Hohlteil 64 aufweist. Diese Teile bilden eine einzige Windung, die von einem axial verlaufenden Schlitz oder Spalt 66 begrenzt ist. Zuführungsleitungen 70 und 72 verbinden das Sekundärteil 60 mit dem darunter befindlichen Induktor 80, der an dem Isolierkörper 54 des Trägers 50 befestigt ist. Kühlmittel zirkuliert durch das Sekundärteil, die Leitungen 70 und 72 und durch den Induktor 80. Für den Kühlmittelkreislauf können Vorrichtungen unterschiedlicher Ausführung verwendet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Kühlmitteleinlaß 90 vorgesehen, der über eine flexible Schlauchleitung an eine (nicht dargestellte) Kühlmittelquelle angeschlossen ist. Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Leitwand 92 und eine sich axial erstreckende Leitwand 94 bewirken einen Kühlmittelfluß durch das Sekundärteil 60 in der in den Pig. I, 2 und 3 durch Pfeile angedeuteten Weise. Das Kühlmitte] fließt dann durch die Leitung 70 und den Induktor 80 und von diesem nach oben

über die Leitung 72 in das Sekundärteil 60. Diesea wird von dem Kühlmittel auf einem zweiten Kühlmittelweg durchströmt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Das Kühlmittel strömt dann zu dem Auslaß 96, der über eine flexible Leitung an die nächstfolgende Induktionsbeheizungsvorrichtung oder an einen Sumpf oder Ablauf angeschlossen ist.

Der Träger 50 weist eine nach unten vorspringende Nase 100 auf, an der ein fühler bzw. eine Zentrierspitze 102 gelagert ist, welche mit der Bohrung 12 so zusammenwirkt, daß sie den Induktor 80 konzentrisch zu dem Ventilsitz 10 ausrichtet, wenn der Träger 50 in seine untere Position gelangt. Zur Hubbewegung des Trägers in beiden Hubrichtungen ist ein Hubmechanismus vorgesehen, der hier aus einem doppeltwirkenden pneumatischen Zylinder 110 besteht, dessen Kolbenstange 112 an die Tragplatte 52 angeschlossen ist. Statt dessen könnten aber auch andere Vorrichtungen scr Vertitalbewegung des Trägers 50 gegenüber dem Motorblock A vorgesehen werden. Beispielsweise könnte hierfür eine vom eimer drehbaren Spindelmutter angetriebene Spindel verwendet werden. Die Hubbewegung erfolgt von einer im Abstand von dem Motorblock befindlichen Hubstellung zu der gewünschten Beheizung sposition oder von einer Position, in der sich der Induktor gegen den Motorblock legt, in eine Eückst^llposition, in der sich der Induktor unter Belassung eines Spaltes zu der Ventilsitzfläche in der richtigen Beheizungsposition befindet.

Wenn der Träger 50 mit Hilfe des Zylinders 110 in seine obere Hubstellung gebracht ist, kann ein Motorblock A in seine Bearbeitungsposition bewegt werden, in der seine Auslaßöffnungen mit den einzelnen Indukticnsbeheizungsvorrichtungen C fluchten. Anschließend wird der Träger 50 mit Hilfe des Zylinders 110 nach unten in die in Pig. I dargestellte Position gebracht, in der der Induktor 80 mit dem zugeordneten Ventilsitz 10 magnetisch gekoppelt ist. Die Zentrierspitze 102 stellt den Induktor 80 konzentrisch zu dem Ventilsitz ein. Die Abwärtsbewegung des Trägers kann mittels einer Tastvorrichtung oder eines Servomechanismus gesteuert werden. Andererseits läßt sich auch eine Einstellung durch feste Anordnung der Teile erzielen. Auch kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Zentrierspitze 102 gegen die Fläche 14 läuft und dabei die genaue Einstellung bewirkt. Befindet sich der Träger in seiner unteren Arbeitsstelle, so wird der Induktor von der Spannungsquelle 34 erregt, so daß der Ventilsitz induktiv erwärmt wird. Das nachfolgende Abschrecken wird in herkömmlicher Weise vorgenommen. Anschließend kann der Träger 50 wieder in seine obere Position gehoben werden, in der sich mm der Motorblock entfernen und ein neuer Motorblock in die Bearbeittingsstellung einbringen läßt.

Die Arbeitsweise läßt sich aber auch so durchführen, daß der Induktorträger 50 von irgendeiner Position, in der kein zweckmäßiger Kopplungsspalt zwischen Induktor und Ventil-

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sitz vorliegt, in eine Position gebracht wird, in der der richtige Kopplungsspalt vorhanden ist.

Bei dem Aueführungsbeispiel gemäß Fig. 5 umschließt das PriHSrtsil 120 dss Sekimdärteil 122, ähnlich des Sekundärteil 60 gemäß den Fig. 1 bis 4. Der Induktor 126 ist an den Träger 124- angeordnet. In diesem Fall befindet sich der Induktor 126 nur in sehr geringem Abstand von dem Sekundärteil 122. Entsprechend sind die Anschlußleitungen 70 und 72 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels verhältnismäßig kurz. Auch ist die Länge des Trägers selbst erheblich herabgesetzt. Bas Kühlmittel wird durch einen Einlaß 134 dem Sekundärteil zugeführt und über den Auslaß 136 aus diesem abgeleitet. Der Kühlmitteldurchfluß durch dna gakundftffcftiT . ΑΛ_& Aüsohlu&leitungen und den Induktor entspricht im wesentlichen demjenigen des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels.

Aufgrund der Verwendung eines feststehenden Primärteils ist es möglich, unterschiedliche Induktorträger einzusetzen, wenn Ventilsitze unterschiedlicher Ausführungen induktiv erwärmt werden sollen. Außerdem besteht in manchen Fällen die Möglichkeit, eine Mehrzahl an Induktorträgern an einer Schalteinrichtung od.dgl. zu verwenden, die jeweils bei übereinstimmender Bauweise des Sekundärteils einen unterschiedlichen Induktor aufweisen. Bei einer solchen Anordnung läßt sieh jeweils derjenige Träger, der für die Durchführung des

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jeweiligen Beheizungevorgangs benötigt wird, auswählen und mittels der Schalteinrichtung in die richtige Position zu dem Primärteil bringen, worauf dann der Induktorträger
durch das Primärteil nach unten in die Beheizungsposition bewegt wird. Bei einer solchen Fortschalteinrichtung sind somit mehrere unterschiedliche Induktorträger jeweils einem Primärteil zugeordnet.

Claims (7)

- 12 Schutzansprüche

1. Induktionsbeheizungseinrichtung zum induktiven Erwärmen von Werkstückflächen, insbesondere von konischen Ventilsit zf lachen eines Motors od.dgl. beim Induktionshärten, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine feststehende Primärwicklung (20, 22, 24, 120) mit einer Mehrzahl an Windungen und einer zentralen öffnung aufweist, deren Achse etwa senkrecht zu den Windungen verläuft, und daß ein Träger (50, 124) mit einem Sekundärteil (60, 122) und einem hiermit elektrisch verbundenen, im Abstand angeordneten Einschleifeninduktor (80, 126) vorgesehen ist, wobei die Mittelachse des Trägers mit der Achse der Primärwicklung im wesentlichen zusammenfällt und zur Verstellung des Trägers etwa in Richtung der Achse der Primärwicklung von einer Rückstellposition in eine Arbeitsposition, in der der Induktor unter Belassung eines Spalts mit der Werkstückfläche (10) magnetisch gekoppelt und das Sekundärteil in der Primärwicklung liegt, ein Verstellmechanismus (110, 112) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärteil (60, 122) aus einem einwindigen Mantelkörper besteht, dessen Mittelachse etwa parallel zu der Achse der Primärwicklung verläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (50, 124) eine über den Induktor

(80, 126) vorspringende Verlängerung (100) aufweist, die mit einem Fühler oder einem Zentrierorgan (102) versehen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sekundärteil (60, 122) zumindest teilweise außerhalb der ze oralen öffnung des Primärteils "befindet, wenn sich der Träger (50, 124) in seiner Bückstellposition befindet.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sekundärteil (60, 122) an dem rückwärtigen Ende des Trägers und der Induktor (60, 126) zwischen dem Sekundärteil und der am vorderen Ende des Trägers angeordneten Zentrierspitze befindet.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärteil (60, 122) einen im wesentlichen zylindrischen Teil (62) und einen konischen Teil (64) aufweist und so angeordnet ist, daß in des? Beheizungspoaition nur der zylindrische Teil des Sekundärteils in der zentralen Öffnung des Primärteils liegt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (126) in unmittelbarer Nähe des Sekundärteils (122) angeordnet ist.