DEP0052634DA - Einrichtung zur induktiven Oberflächenhärtung von Kurbelwellenzapfen und sonstigen zylindrischen Flächen - Google Patents

Description

Die induktive Oberflächenhärtung der Kurbelwellenzapfen kann mit Hilfe eines aufklappbaren Einwindungsinduktors ausgeführt werden, der zangenförmig geöffnet über den Zapfen geschoben wird. Dabei wird die gesamte zu härtende Fläche gleichzeitig erhitzt. Wenn eine hohe spezifische Heizleistung zwecks dünner Einhärtung erwünscht ist, wird der Zapfen im Drehvorschubverfahren mit einem Induktor erhitzt, der als ein einzelner Heizleiter ausgebildet ist, welcher den zu härtenden Zapfen nicht umschließt. Der axial angeordnete Heizleiter führt dabei mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit eine Relativbewegung in der Umfangsrichtung des Zapfens aus. Das Heizen und Abschrecken zwecks Härtung geschieht hierbei kontinuierlich.

Der Heizleiter kann mit einem lamellierten Eisenblechpaket ausgerüstet sein, das dem heizenden magnetischen Wechselfeld den Rückschluss um den Heizleiter herum erleichtert und so dessen Heizwirkung wesentlich erhöht. Da die Enden des Blechpaketes aber mit Kupferplatten abgeschirmt werden müssen, damit das Wechselfeld nicht eine volle Eisenfläche durchsetzen und dadurch erhitzen kann, verliert der Heizleiter erheblich an wirksamer Länge. Denn um die Stärke der Abschirmplatten vermindert sich die wirksame Länge des Heizleiters. Die Folge davon ist, dass mit einer solchen Induktorausführung wohl eine intensive Beheizung des Zapfens möglich ist, aber es lässt die Aushärtung der Ecken zwischen Wangen und Zapfen zu wünschen übrig.

Erfindungsgemäß ist der Heizleiter anstelle eines lamellierten Eisenkernes mit einem Eisenpulverkern (Massekern) bestückt. Der Heizleiter ist derart im Eisenpulverkern eingebettet, dass das heizende Wechselfeld in seinem Rückschluss um den Leiter herum, das heißt außerhalb des Werkstückes, bis auf einen nicht zu vermeidenden Luftspalt durchwegs im Eisenpulverkern geführt wird. Der Eisenpulverkern bedarf keiner Abschirmung, da er in jeder beliebigen Richtung verlustfrei felddurchlässig ist. Infolgedessen lässt sich mit diesem der Heizleiter bis zu den Wangen hin magnetisch bestücken, d.h. im feldleitenden Medium einbetten.

Da ferner die Hohlkehlen des Kurbelzapfens, das sind die Verschneidungen zwischen Zapfen und Wangen oder bei anderen Härteaufgaben die Verschneidungen zwischen der zylindrischen Härtefläche mit den Planflächen von Ansätzen, infolge des ansitzenden Fleisches einer erhöhten Wärmeabsaugung gegenüber dem übrigen Teil der Härtefläche unterliegen, ist in den Hohlkehlen sogar eine erhöhte spezifische Heizleistung erwünscht. Eine verbesserte Heizwirkung ist gemäß der Erfindung an den Hohlkehlen dadurch zu erreichen, dass der Heizleiter derart geformt ist, dass ein axiales Mittelstück die Heizung des Zapfens besorgt, während abgewinkelte Heizleiterenden ein Stück entlang den Hohlkehlen geführt sind. Auch diese Heizleiterenden sind im Eisenpulverkern eingebettet.

Hinsichtlich des Wirkungsgrades bzw. der Intensität des Heizeffektes steht der Eisenpulverkern dem lamellierten Eisenkern allerdings nach, jedoch handelt es sich z.B. bei der Kurbelzapfenhärtung in erster Linie um die Form der Einhärtung, die mit der Ausführung des Induktors gemäß der Erfindung einwandfrei durchführbar ist.

Eine Härtekopf, der an den Zapfen drehbar angeklemmt ist, trägt den Heizleiter. Dieser Härtekopf enthält neben dem als Heizleiter ausgebildeten Induktor einen Hochstromübertrager, der diesen speist, ferner die Abschreckbrause und Anlageflächen, die den Heizleiter in gewissem Abstand von der zu härtenden Zapfenfläche halten. Der Härtekopf macht während des Härtevorganges die Kurbelbewegung des Zapfens mit, der sich mit der erwünschten Härtevorschubgeschwindigkeit relativ zum Heizleiter dreht. Ein Ausführungsbeispiel des Induktors gemäß der Erfindung findet sich in dem schematischen Bild 1. Der Kurbelzapfen 1, der sich zwischen den Wangen 2 befindet, wird von dem Träger 3 umfasst, wobei die ausgesparten Auflager 4 durch die Feder 5 gegen den Zapfen gedrückt werden, sodass der genaue Abstand des wassergekühlten Heizleiters von der zu härtenden Fläche gewährleistet ist. Der Heizleiter gliedert sich in das axiale Mittelstück 6 und in die beiden, an der Hohlkehle 8 entlang geführten Heizleiterenden 7. Die Ausnehmung 10 justiert das richtige Verhältnis der Heizleistungen in der Zapfen- mitte und an den Hohlkehlen 8. Je tiefer die Ausnehmung 10 wird, umsoweniger wird der Zapfen vom Heizleitermittelstück 6 beheizt, da dessen Feldrückschluss sich verschlechtert. Da der Eisenpulverkern 9 in jeder beliebigen Richtung für das Wechselfeld verlustfrei durchlässig ist, erhalten die Leiterteile 7, die die Hohlkehlen beheizen, eine ebenso gute, bzw. stärkere Leistungsabgabe als der Leiterteil 6.

Der zu härtende Zapfen dreht sich in der in Bild 1 vermerkten Drehrichtung mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit, die so bemessen ist, dass bei der jeweils zu erreichenden Heizleistung die Härtetemperatur an der Werkstückoberfläche erzielt wird. Die Abschreckbrause 11, die vorzugsweise aus mehreren Düsen besteht, aus denen Wasser unter Druck austritt, sorgt für die zur Härtung notwendige Abkühlung.

Zeigt Bild 2 die Einhärtung, die sich mit Hilfe eines lamellierten Eisenkernes erreicht lässt, so ist aus Bild 3 der Verlauf der Einhärtung zu ersehen, der durch die Anwendung des Eisenpulverkernes gemäß der Erfindung bewirkt wird.

Die Drehvorschubhärtung bedingt eine Stoßstelle mit Anlassgefüge, das tunlichst schmal gehalten werden soll. Wird gemäß der Erfindung die Vorschubrichtung so gewählt, dass die zu härtende Fläche sich in der Richtung vom Mittelstück 6 des Heizleiters zu den abgebogenen Enden 7 desselben hin bewegt, dann ergibt sich nur ein dünner geradliniger Übergangsstreifen; denn dann verläuft die Heizzone überall mit einem schroffen örtlichen Temperaturabfall gegen die schon gehärtete Fläche. Aus Verschleißgründen ist es günstig, den Übergangsstreifen etwas schräg zur Achsrichtung anzuordnen. Aus diesem Grunde wird gemäß der Erfindung das Heizleitermittelstück 6 entgegen der Darstellung in Bild 1 schräg zur Achse verlegt.

Aus Herstellungsgründen empfiehlt es sich, den Eisenpulverkern 9 mit dem Ausschnitt 10 aus mehreren Stücken zusammenzusetzen, die beispielsweise jeweils das Leiterstück 6 und die Leiterenden 7 umschließen. Ferner wird gemäß der Erfindung die Heizwirkung des Leitermittelstücks dadurch gedrosselt, dass innerhalb des axialen Teils des Ausschnittes 10 der Eisenpulverkern 9 stellenweise unterbrochen ist, das heißt nur mit einem Füllfaktor wirksam ist. Auch zu dieser Maßnahme ist eine Aufteilung des Kernes 9 in einzelne Stücke erforderlich.

Der beschriebene Induktor lässt sich auch mit Vorteil verwenden, wenn eine zylindrische Fläche sehr großen Durchmessers im Drehvorschubverfahren gehärtet wird und sich neben der zu härtenden Fläche unmittelbar benachbart ein Bund befindet. Aber auch dann, wenn auf einer glatten zylindrischen Fläche eine Einhärtung bestimmter Breite mit überall - auch an den Rändern - gleicher Tiefe erzielt werden soll, ist der Induktor gemäß der Erfindung am Platz, denn die abgewinkelten Heizleiterenden 7 betonen an den Rändern der zu härtenden Fläche die Heizung, wo ansonsten infolge des kühlenden Nachbargebietes die Einhärtung flach ausläuft.

Claims (6)

1) Als Heizleiter ausgebildeter Induktor zur induktiven Oberflächenhärtung von Kurbelwellenzapfen und sonstigen zylindrischen Flächen, insbesondere zwischen oder neben Ansätzen größeren Durchmessers, im Drehvorschubverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter in einem Eisenpulverkern eingebettet ist.

2) Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter teilweise entlang den Hohlkehlen des Werkstückes, das sind die Verschneidungen zwischen Zapfen und Wangen bzw. Ansätzen, geführt ist.

3) Induktor nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenpulverkern eine Ausnehmung aufweist, deren Bemessung die Stärke der Heizung in der Induktormitte zu der an dessen Enden bestimmt.

4) Induktor nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu härtende Fläche sich in Richtung der abgewinkelten Heizleiterenden (7) mit der Härtevorschubgeschwindigkeit relativ zum Heizleiter bewegt.

5) Induktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizleitermittelstück (6) schräg zur Achsrichtung geführt ist.

6) Induktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenpulverkern aus mehreren Stücken zusammengesetzt ist.