DE7702409U1

DE7702409U1 - DEVICE FOR HARDENING THE CAMSHAFT SURFACES OF CAMSHAFT FOR COMBUSTION MACHINERY

Info

Publication number: DE7702409U1
Application number: DE7702409U
Authority: DE
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1977-06-23

Description

Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen vnn Nockenwellen für BrennkraftmaschinenDevice for hardening the cam surfaces of camshafts for internal combustion engines

Die Neuerung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Härten der Ncckenlaufflächen von Nockenwellen für Brennkraftmaschinen nach dem Lichtbogen-Umschmelz-Härteverfahren.The innovation relates to a device for hardening the neck running surfaces of camshafts for internal combustion engines according to the arc remelt hardening process.

Aufgabe der Heuerung ist es, eine funktionssichere und wirtschaftliche Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen von Nockenwellen zu schaffen.The job of hiring is to ensure a functionally reliable and economical one To provide means for hardening the cam surfaces of camshafts.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches gelöst.According to the innovation, this task will be carried out with the features in the characteristic Part of the main claim solved.

Weitere wesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele zu entnehmen.Further essential features and advantages of the innovation are the dependent claims and the following description of two Refer to exemplary embodiments.

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Die Zeichnung zeigt inThe drawing shows in

Fig. 1 die schematische Darstellung einer neuerungsgemäßen Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen einer Nockenwelle im Schnitt gemäß Linie I-I der Fig. 2,1 shows the schematic representation of a device according to the invention for hardening the cam running surfaces of a Camshaft in section along line I-I of FIG. 2,

Fig. 2 die neuerungsgemäße Einrichtung in der Ansicht S der Fig. 1,FIG. 2 shows the device according to the innovation in view S of FIG. 1,

Fig. 3 die neuerungsgemäße Einrichtung in der Ansicht D der Fig. 1 und in den3 shows the device according to the invention in view D. of Fig. 1 and in the

Fig. 4 und 5 eine für eine Serienfertigung geeignete, neuerungsgemäße Einrichtung in zwei schematisierten Ansichten.4 and 5 a suitable for series production, Modern facility in two schematic views.

Die Einrichtung gemäß den Fig. 1-3 weist einen Maschinensockel 1 auf, auf dem eine Platte 2 verschiebbar gelagert ist. Auf der Platte 2 ist eine Einspannvorrichtung für eine zu härtende Nockenwelle 3 angeordnet. Die Einspannvorrichtung besteht einerseits aus einem Reitstock 4- mit einer Körnex-spitze 5 und andererseits aus einem Lagerbock 6, in dem eine Kegelhülse 7 drehbar gelagert ist. Die Kegelhülse 7 sitzt auf einer gemeinsamen Welle mit einem Antriebsrad 8, welches über einenThe device according to FIGS. 1-3 has a machine base 1 on which a plate 2 is slidably mounted. On the Plate 2 is a clamping device for a camshaft 3 to be hardened. The jig consists on the one hand from a tailstock 4- with a Körnex point 5 and on the other hand from a bearing block 6 in which a conical sleeve 7 is rotatably mounted. The conical sleeve 7 sits on a common Shaft with a drive wheel 8, which has a

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Zahnriemen 9 von einem Elektromotor 10 antreibbar ist. Der Zahnriemen 9 umspannt zugleich ein weiteres Antriebsrad 11, welches mit einer parallel zur Nockenwelle 3 drehbar angeordneten Meisternockenwelie 12 verbunden ist. In der Kegelhülse 7 ist ein Mitnehmer (nicht dargestellt) vorgesehen, der in eine entsprechende Nut der Nockenwelle 3 eingreift und somit eine stets definierte Lage der Nockenwelle 3 zum Antriebsrad 8 sicherstellt. Die Antriebsräder 8 und 11 weisen die gleiche Zähnezahl auf und sind derart zueinander eingestellt, daß die Nocken der Nockenwelle 3 und der Meisternockenwelle 12 synchron zueinander rotieren. Mit dem Maschinensockel 1 sind entsprechend der Anzahl der zu härtenden^Nocken im oberen Bereich 30° abgewinkelte Führungen 13 verbunden, aixf denen Schlitten 14 gelagert sind. An den Schlitten 14 sind die Brenner 13 und die die Meisternockenwelle 12 abtastenden und dabei den radialen Hub der Schlitten bzw. Brenner 15 bewirkenden Stößel 16 befestigt. Der Einfachheit ^ halber sind in den Fig. 2 tind 3 nur zwei Brenner 15 bzw. zwei Schlitten 14 dargestellt, während die restlichen durch Mittellinien angedeutet sind. An der einen Stirnseite des Maschinensockels 1 ist ein Exzenter 17 gelagert, der von. einem Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben wird und an der Stirnseite der Platte 2 derart anläuft, daß diene mit einer der Breite der Nocken entsprechenden Amplitude oszilliert. Koaxial mit demToothed belt 9 can be driven by an electric motor 10. the Toothed belt 9 also spans a further drive wheel 11, which is rotatably arranged with a parallel to camshaft 3 Master camshaft 12 is connected. In the conical sleeve 7, a driver (not shown) is provided which is in a corresponding groove of the camshaft 3 engages and thus ensures a constantly defined position of the camshaft 3 in relation to the drive wheel 8. The drive wheels 8 and 11 have the same number of teeth and are set to one another in such a way that the cams of the camshaft 3 and the master camshaft 12 are synchronized with one another rotate. With the machine base 1, corresponding to the number of cams to be hardened, there are 30 ° angled guides in the upper area 13 connected, aixf which carriages 14 are mounted. On the carriage 14 are the burners 13 and the master camshaft 12 scanning and thereby the radial stroke of the carriage or burner 15 causing plunger 16 attached. Of simplicity ^ For the sake of Fig. 2 and 3 only two burners 15 or two Slide 14 shown, while the rest are indicated by center lines. On one end of the machine base 1 an eccentric 17 is mounted, which of. an electric motor (not shown) is driven and starts at the end face of the plate 2 in such a way that it serves with one of the widths the corresponding amplitude of the cam oscillates. Coaxial with the

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Antriebsrad 11 auf der Meisternockenwelle 12 ist eine Steuerscheibe 18 (Fig. 3) angeordnet, die mit ihrem Außenumi'ang an einer Schalteinheit 19 vorbeiläuft und durch Impulse das Zu- bzw. Abschalten der Brenner 15 steuert. Die Steuerscheibe 18 löst für jeden Nocken einen Impuls zum Zuschalten und zum Abschalten des entsprechenden Brenners 15 aus. Es hat sich durch. Versuche erwiesen, daß eine Härtung nur des Nockenbereiches jeder Nooke eine ausreichende Verschleißfestigkeit der Nockenwelle 3 sicherstellt. Die Brenner 15 sind demgemäß über dem Nockengrundkreis abgeschaltet (ca. 50 % Energieeinsparung).Drive wheel 11 A control disk 18 (FIG. 3) is arranged on the master camshaft 12, the outer diameter of which runs past a switching unit 19 and controls the switching on and off of the burners 15 by means of pulses. The control disk 18 triggers a pulse for switching on and switching off the corresponding burner 15 for each cam. It got through. Tests have shown that hardening only the cam area of each nook ensures sufficient wear resistance of the camshaft 3. The burners 15 are accordingly switched off above the cam base circle (approx. 50 % energy saving).

Die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung nach den Fig. 1 bis 3 ist wie folgt:The function of the device according to the invention according to FIGS. 1 to 3 is as follows:

Die zu härtende Nockenwelle 3 wird in die Einspannvorrichtung eingesetzt, wobei die Körnerspitze 5 gegen die Kraft einer nicht dargestellten Feder zurückgedrückt \rivd.'. Durch Verdrehen rastet die Nockenwelle 3 in den Mitnehmer der Kegelhülse ein. Durch Einschalten dos Elektromotors 10 worden die Nockenwelle 3 und die Meisternockenwelle 12 in Rotation versetzt. Die ebenfalls mitdrehende Steuerscheibe 18 zündet mit einem ersten Zuschaltimpuls don Brenner 15, 'bei dem der ernte Nockenbereich einläuft. Das weitere Zu- bzw. Abschalten der entsprechenden Brenner geschieht in der Roiheniolgo des Nockenversatzes derThe camshaft 3 to be hardened is inserted into the clamping device, the punch tip 5 being pushed back against the force of a spring (not shown ). By turning, the camshaft 3 engages in the driver of the tapered sleeve. By switching on the electric motor 10, the camshaft 3 and the master camshaft 12 are set in rotation. The control disk 18, which also rotates with it, ignites with a first switch-on pulse from the burner 15, at which the harvested cam area enters. The further connection and disconnection of the corresponding burner takes place in the Roiheniolgo of the cam offset

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1 » r-« » ♦ ti1 »r-« »♦ ti

1 K- ^l "Λ- * · ι1 K- ^l "Λ- * · ι

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Nockenwelle 3 und endet mit dem Abschaltimpuls für den in der ί Camshaft 3 and ends with the switch-off pulse for the ί

I Reihenfolge letzten Nocken, mit dem ztigleich der Elektromotor jj I sequence of the last cam, with which the electric motor jj

10 wieder abgeschaltet wird. Während des Umschmelzens Tdzw. Härtens eines Nockenbereiches wird der radiale Hub des Brenners j10 is switched off again. During remelting Tdzw. Hardening of a cam area becomes the radial stroke of the burner j

15 bzw. des entsprechenden Schlittens 14 dxirch das Abtasten des ; Stb'ße'js 16 der synchron mitrotierenden Nooke der Neisternocken- \ 15 or the corresponding carriage 14 dxirch the scanning of the; Stb'ße'js 16 of the synchronously rotating Nooke of the Neisternocken- \

welle 12 bewirkt, so daß ein kontinuierlicher Abstand von ca. ]wave 12 causes a continuous distance of approx.]

2 mm awischen der umzuschmelzenden Nooke und der Wolframelektrode des Brenners 15 aufrechterhalten bleibt. Es ist selbstverständlich, daß an geeigneter Stelle der Nockenwelle 3 ein Stromanschluß (Hassepol) z\w Schließen des Stromkreises^ angelegt werden muß. Zugleich mit dem Einschalten des Elektromotors 10 wird aucn der Elektromotor für den Antrieb des Exzenters 17 in Betrieb gesetzt, so daß die Platte 2 gegenüber dem Maschinensockel 1 bzw. gegenüber den Führungen 13, Schlitten 14, Brenner 15 und Stößel 16 in einer der Breite der Nocken entsprechenden Amplitude oszilliert. Dadurch verläuft die Härtebahn auf der jeweiligen Nocke in einer schlangenlinienformigen, gleichmäßig alternierenden Kurvenbahn. Versuche haben gezeigt, daß damit eine befriedigend verschleißfeste Härtung der Nockenlauffläche bei wirtschaftlichem Aufwand erzielt wird. Die Frequenz der Platte 2 relativ zur Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 3 ist je "nach geometrischer Ausbildixng und den Leistungskriterien der Nockenwelle 3 abzustimmen.2 mm wipe the nook to be remelted and the tungsten electrode of the burner 15 is maintained. It is understood that 3 a current terminal (Hassepol) z \ w ^ closing of the circuit must be applied to a suitable point of the camshaft. At the same time as the electric motor 10 is switched on, the electric motor for driving the eccentric 17 is also put into operation, so that the plate 2 opposite the machine base 1 or the guides 13, carriage 14, burner 15 and plunger 16 in one of the widths of the The corresponding amplitude of the cam oscillates. As a result, the hardening path runs on the respective cam in a serpentine, evenly alternating curved path. Tests have shown that a satisfactorily wear-resistant hardening of the cam running surface is achieved with an economic outlay. The frequency of the plate 2 relative to the angular velocity of the camshaft 3 is to be coordinated depending on the geometrical design and the performance criteria of the camshaft 3.

In den Pig. 4 und 5 ist eine Einrichtung schematisch dargestellt, die bei in etwa gleichem Prinzip gänzlich automatisiert ist. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezug3zeichen versehen. Auf dem Maschinensockel 20 ist eine Grundplatte 21 verschiebbar gelagert. Auf der Grundplatte 21 sind soviele Einspannvorrichtungen (Reitstock 4 mit Körnerspitze 5> Lagerbock 6 und Kegelhülse 7) in geringem Abstand nebeneinander angeordnet, als die Nockenwelle 3 zu härtende Nocken aufweist, im Ausführungsbeispiel also acht. Die Antriebsräder 8 der acht Kegelhülsen 7 werden über einen gemeinsamen Zahnriemen 22 mittels einem Elektromotor (nicht dargestellt) synchron angetrieben, wobei die Mitnehmer in den.Kegelhülsen 7 entsprechend dem Versatz des jeweils einen Nockens zum anderen Nocken versetzt sind, so daß - wie in Fig. 5 ersichtlich ist - bei jeder Nockenwelle 3 ein anderer Nocken an den auf einem gemeinsamen Schlitten 23 befestigten acht Brennern 15 vorbeiläuft, Dementsprechend ist sich die Schnittebene im Bereich der Nockenwellen 3 in Fig. 5j z. B. von links auf der Zeichnung beginnend, jeweils um einen Nocken senkrecht auf die Zeichenebene versetzt vorzustellen. Der vertikale Hub des Schlittens 23 wird von einer Meisternockenwelle (nicht dargestellt) gesteuert, die nur eine Nocke aufweist. Auch das Zu-bzw. Abschalten der acht Brenner 15 erfolgt gleichzeitig, Weiter weist die Einrichtung bei 2^LV eine "Vorwärmstation auf, bei der in nicht näher dargestellter Weise die Nockenwelle 3 eingespannt und konduktiv auf ca. 680 K vorgewärmt wird. Durch das gleichmäßige Vorwärmen der gesamten Nocken-In the pig. 4 and 5 a device is shown schematically, which is completely automated with approximately the same principle. Identical parts are provided with the same reference symbols. A base plate 21 is slidably mounted on the machine base 20. On the base plate 21 as many clamping devices (tailstock 4 with center point 5> bearing block 6 and tapered sleeve 7) are arranged at a short distance next to one another as the camshaft 3 has cams to be hardened, in the exemplary embodiment eight. The drive wheels 8 of the eight conical sleeves 7 are driven synchronously via a common toothed belt 22 by means of an electric motor (not shown), the drivers in the conical sleeves 7 being offset according to the offset of one cam to the other cam, so that - as shown in FIG 5 can be seen - with each camshaft 3 a different cam passes the eight burners 15 fastened on a common slide 23. B. starting from the left on the drawing, in each case to introduce a cam perpendicular to the plane of the drawing. The vertical stroke of the slide 23 is controlled by a master camshaft (not shown) which has only one cam. Also the to or. The eight burners 15 are switched off at the same time. The device also has a "preheating station" at 2 ^L V , in which the camshaft 3 is clamped in a manner not shown and conductively preheated to approx. 680 K. Due to the uniform preheating of the entire camshaft

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welle wird der nachfolgende Umschmelzvorgang begünstigt und Wärmespannungen oder Gpannungsrisse vermieden. Des automatische Befördern der Nockenwellen geschieht mittels einer z. B. pneumatisch betätigten Fördereinrichtung 25, deren beiderseits der Nockenwellen angeordnete Ilubbalket. 26 horizontal und vertikal bewegbar sind. Die Hubbalken 26 weisen zum Weiterbefördern der Nockenwellen je zehn prismenförmige Mitnehmer 27 (es sind in Pig. 5 nur zwei Mitnehmer 27 dargestellt) auf.wave, the subsequent remelting process is favored and Thermal stresses or stress cracks avoided. The automatic Conveying the camshafts is done by means of a z. B. pneumatically operated conveyor 25, both sides of which Ilubbalket arranged on the camshafts. 26 horizontally and vertically are movable. The lifting beams 26 each have ten prism-shaped drivers 27 (there are in Pig. 5 only two drivers 27 shown).

Das Weiterbefördern der Nockenwellen geschieht durch Anheben der Hubbalken 26 und gleichzeitiges Zurückfahren der Reit.stöcke 4, wodurch die Nockenwellen au:? den Mitnehmern 27 aufliegen. Zugleich wird auch die Einspannvorrichtung in der Vorwärmstation gelöst, so daß auch.die vorgewärmte Nockenwelle frei auf den entsprechenden Mitnehmern 27 aufliegt. Dann werden die Hubbalken 26 horizontal um den Abstand von einer Einspannt orrichtting zur anderen verschoben. Nun fahren die Reitstöcke 4 bzw. die Einspannvorrichtung der Vorwärmstation wieder in ihre Zuspannstellung. Der die Kegelhülsen 7 antreibende Elektromotor wird eingeschaltet und dreht die Kegelhülsen 7, bis deren Mitnehmer in der jeweiligen Nut der Nockenwelle eingerastet sind. Der während der Förderung der Nockenwellen angehobene Schlitten 25 wird abgesenkt und liegt nun auf den Meisternocken auf. Die Hubbalken 26 wurden inzwischen ebenfalls abgesenkt und horizontalThe camshafts are transported further by lifting them the lifting beam 26 and simultaneous retraction of the tailstocks 4, whereby the camshafts au :? the drivers 27 rest. Simultaneously the clamping device in the preheating station is also released, so that also the preheated camshaft is free on the corresponding drivers 27 rests. Then the walking beams 26 are orrichtting horizontally by the distance from a clamped to another moved. Now the tailstocks 4 or the clamping device move the preheating station back into its clamping position. The electric motor driving the conical sleeves 7 is switched on and rotates the conical sleeves 7 until their drivers are locked in the respective groove of the camshaft. The during Carriage 25 raised for conveying the camshafts is lowered and now rests on the master cam. The walking beams 26 have now also been lowered and horizontal

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in ihre Ausgangsstellung zurückverachobon. Nach dem Absenken ded Schlittens 2.3 v/erden die Brenner 15 gezündet. Zugleich setzt die oszillierende Bewegung der Grundplatte 21 ein. Während des gleichzeitigen Umschmelzens je einer Nooke, der acht Nockenwallen wird in der vorgelagerten Vorwärmatation 24 eine Nockenwelle vorgewärmt. Nach dem Abschalten der Brenner 15 wird der Schlitten 25 hochgefahren und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.verachobon back to their original position. After lowering With the slide 2.3, the burners 15 are ignited. Simultaneously the oscillating movement of the base plate 21 begins. During the simultaneous remelting of one nooke each, the eight cam walls is a camshaft in the upstream preheating station 24 preheated. After the burner 15 has been switched off, the carriage 25 is raised and the process described is repeated himself.

Während die in den Fig. 1-3 dargestellte Einrichtung für kleinere Stückzahlen eingerichtet ist, wobei bei im Prinzip gleicher Anordnung auch weniger Brenner, z. B. nur zwei Brenner eingesetzt werden können, ist die Einrichtung nach den Fig. 4 und 5 für den automatischen Betrieb bzw. für die Serienfertigung vorgesehen. Bei jedem Takt wird eine Nockenwelle fertiggestellt, wobei der Zeitbedarf dem Umschmelzen einer einzigen ITockenlaufflache plus Förderzeit entspricht. Die automatische Steuerung kann elektronisch erfolgen.While the device shown in Figs. 1-3 for smaller numbers of items is set up, with in principle the same arrangement and fewer burners, z. B. only two burners can be used, the device according to FIGS. 4 and 5 for automatic operation or for series production intended. A camshaft is completed with each cycle, whereby the time required is the remelting of a single IT cam surface plus funding time. The automatic control can be done electronically.

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Claims

1. Device for hardening the cam surfaces of camshafts for internal combustion engines after the arc remelting hardening process, characterized in that the camshaft (3) is received in a rotatable clamping device (4, 5 * 6, 7) and is driven synchronously with a master camshaft (12) and a control device (18, 19), the master camshaft (12) via actuating means (14, 16) the - accordingly the contour of the cam to be hardened - controls the radial stroke of the burner (15), while the control device (18, 19) switches the burner (15) on or off.

2. Device according to claim 1, characterized in that the rotatable clamping device (4, 5 »6, 7) in the axial direction the camshaft is displaceable and by means of an eccentric drive (17) during the rotation of the camshaft in a about the width of the cam corresponding amplitude oscillates.

3- device according to claims 1 and 2, characterized in that that the control device (18, 19) switches the burner on and off in such a way that the area of the cam base circle is not remelted becomes or remains uncured.

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'■] -. Device according to claims 1-3, characterized in that a burner (15) is provided for each cam of the camshaft, the stroke of which is controlled via a corresponding cam of the master camshaft (12).

5. Device according to the preceding claims, characterized in that that a preheating station (at 24) is provided in which the camshaft is conductively preheated.

6. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a separate hardening station is provided for each cam of the camshaft, which are connected to each other and optionally with the preheating station by means of a conveyor (25), that each hardening station with a rotatable clamping device (4 ·, 5 _? 6, 7) and a burner (15), whereby the drivers of the clamping device adjusting the camshaft are arranged offset from one another according to the cam displacements xxnd. that the existing hardening stations as well as the preheating station and the conveyor clock synchronously.

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