DEP0052634DA

DEP0052634DA - Device for inductive surface hardening of crankshaft journals and other cylindrical surfaces

Info

Publication number: DEP0052634DA
Authority: DE
Inventors: Walter Schultze
Original assignee: EMA Elektro-Maschinen KG Schultze & Co., Hirschhorn, Neckar
Publication date: 1950-11-09

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.The inductive surface hardening of the crankshaft journals can be carried out with the help of a hinged single-turn inductor, which is pushed over the journal in the shape of a pincer. The entire surface to be hardened is heated at the same time. If a high specific heating power is desired for the purpose of thin hardening, the pin is heated in the rotary feed process with an inductor, which is designed as a single heating conductor which does not surround the pin to be hardened. The axially arranged heating conductor carries out a relative movement in the circumferential direction of the pin at a certain feed rate. The heating and quenching for the purpose of hardening take place continuously.

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.The heating conductor can be equipped with a laminated sheet iron package, which facilitates the return of the heating magnetic alternating field around the heating conductor and thus significantly increases its heating effect. Since the ends of the laminated core have to be shielded with copper plates so that the alternating field cannot penetrate a full iron surface and thereby heat up, the heating conductor loses its effective length considerably. Because the thickness of the shielding plates reduces the effective length of the heating conductor. The consequence of this is that with such an inductor design an intensive heating of the pin is possible, but the hardening of the corners between the cheeks and the pin leaves something to be desired.

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.According to the invention, the heating conductor is equipped with an iron powder core (earth core) instead of a laminated iron core. The heating conductor is embedded in the iron powder core in such a way that the alternating heating field in its return path around the conductor, i.e. outside the workpiece, is routed through the iron powder core except for an unavoidable air gap. The iron powder core does not need any shielding because it is field-permeable in any direction without losses. As a result, you can do with this Fit the heating conductor magnetically up to the cheeks, i.e. embed it in the field-conducting medium.

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.Furthermore, since the fillets of the crank pin, i.e. the intersections between the pin and the cheeks or, in the case of other hardness tasks, the intersections between the cylindrical hardness surface with the planar surfaces of attachments, are subject to increased heat extraction due to the attached flesh compared to the remaining part of the hardness surface, is in the fillets even an increased specific heating power is desirable. According to the invention, an improved heating effect can be achieved on the fillets in that the heating conductor is shaped in such a way that an axial center piece provides heating of the pin, while angled heating conductor ends are guided a piece along the fillets. These heating conductor ends are also embedded in the iron powder core.

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.With regard to the efficiency or the intensity of the heating effect, the iron powder core is inferior to the laminated iron core, however, for example, the crank pin hardening is primarily the form of hardening that can be carried out properly with the design of the inductor according to the invention.

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.A hardening head, which is clamped rotatably on the pin, carries the heating conductor. In addition to the inductor designed as a heating conductor, this hardening head contains a high-current transformer that feeds it, as well as the quenching shower and contact surfaces that keep the heating conductor at a certain distance from the pin surface to be hardened. During the hardening process, the hardening head follows the crank movement of the pin, which rotates at the desired hardening feed rate relative to the heating conductor. An embodiment of the inductor according to the invention can be found in the schematic figure 1. The crank pin 1, which is located between the cheeks 2, is encompassed by the carrier 3, the recessed supports 4 being pressed by the spring 5 against the pin so that the exact distance between the water-cooled heating conductor and the surface to be hardened is guaranteed. The heating conductor is divided into the axial center piece 6 and the two heating conductor ends 7, which are guided along the groove 8. The recess 10 adjusts the correct ratio of the heating capacities in the pin in the middle and at the fillets 8. The deeper the recess 10 becomes, the less the pin is heated by the heating conductor middle piece 6, since its field return deteriorates. Since the iron powder core 9 is permeable to the alternating field without loss in any direction, the conductor parts 7, which heat the fillets, have a power output that is just as good or stronger than the conductor part 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.The pin to be hardened rotates in the direction of rotation noted in Figure 1 at a constant feed speed, which is dimensioned so that the hardening temperature is achieved on the workpiece surface with the respective heating power to be achieved. The quenching shower 11, which preferably consists of several nozzles from which water exits under pressure, provides the cooling necessary for hardening.

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.If Figure 2 shows the hardening that can be achieved with the aid of a lamellar iron core, Figure 3 shows the course of the hardening that is brought about by the use of the iron powder core according to the invention.

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.The rotary feed hardening requires a joint with an annealing structure, which should be kept as narrow as possible. If, according to the invention, the direction of advance is chosen so that the surface to be hardened moves in the direction from the center piece 6 of the heating conductor to the bent ends 7 of the same, then only a thin straight transition strip results; because then the heating zone runs everywhere with a sharp local temperature drop against the already hardened surface. For reasons of wear, it is beneficial to arrange the transition strip at a slight angle to the axial direction. For this reason, according to the invention, the heating conductor center piece 6 is moved diagonally to the axis, contrary to the illustration in Figure 1.

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.For manufacturing reasons, it is advisable to assemble the iron powder core 9 with the cutout 10 from several pieces, which each enclose the conductor piece 6 and the conductor ends 7, for example. Furthermore, according to the invention, the heating effect of the conductor center piece is throttled in that the iron powder core 9 in places within the axial part of the cutout 10 is interrupted, i.e. is only effective with a fill factor. A division of the core 9 into individual pieces is also necessary for this measure.

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.The inductor described can also be used to advantage if a cylindrical surface with a very large diameter is hardened in the rotary feed process and a collar is located immediately adjacent to the surface to be hardened. But even if a hardening of a certain width is to be achieved on a smooth cylindrical surface with the same depth everywhere - including at the edges - the inductor according to the invention is in place, because the angled heating conductor ends 7 emphasize the edges of the surface to be hardened the heating, where otherwise the hardening runs out flat due to the cooling neighboring area.

Claims

1) Inductor designed as a heating conductor for the inductive surface hardening of crankshaft journals and other cylindrical surfaces, in particular between or next to approaches of larger diameter, in the rotary feed process, characterized in that the heating conductor is embedded in an iron powder core.

2) inductor according to claim 1, characterized in that the heating conductor is partially guided along the fillets of the workpiece, which are the intersections between the pin and cheeks or approaches.

3) inductor according to claims 1 and 2, characterized in that the iron powder core has a recess, the dimensioning of which determines the strength of the heating in the inductor center to that at its ends.

4) inductor according to claims 2 and 3, characterized in that the surface to be hardened moves in the direction of the angled heating conductor ends (7) with the hardness feed rate relative to the heating conductor.

5) inductor according to claims 1 to 4, characterized in that the heating conductor center piece (6) is guided obliquely to the axial direction.

6) inductor according to claims 1 to 5, characterized in that the iron powder core is composed of several pieces.