KR100553634B1

KR100553634B1 - 크랑크샤프트에서의 베아링면 및 변환반경부의전자유도경화장치

Info

Publication number: KR100553634B1
Application number: KR1020007005305A
Authority: KR
Inventors: 아달베르트오텐밸더; 하랄드트라우브
Original assignee: 마쉬넨파브릭 알핑 케슬러 게엠베하
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-21
Publication date: 2006-02-20
Also published as: JP2001526317A; DE19752237A1; US6160248A; JP4500441B2; CZ20001921A3; DE59806892D1; BR9815029A; ES2190621T3; EP1034314B1; CZ296831B6; EP1034314A1; KR20010032118A; CA2310846A1; AU2153699A; WO1999027143A1; ATE230805T1

Abstract

본 발명은 크랑크샤프트(1)에서의 베아링면(2A, 3A) 및 변환반경부의 동시적 주위전자유도경화를 위한 장치에 관한 것으로, 서로 직접 인접되어 정렬되고 크랑크샤프트의 회전축(D)에 수직인 평면상에서 서로의 뒤에서 상이한 각도위치로 정렬되는 리프팅핀(2, 3)으로 구성되고, 여기에서 유도기(8, 9)는 그와 대략 동일한 방향(C)에서 리프팅핀(2, 3)상에 놓여져 구비된다. 리프팅핀(2, 3)은 각 유도기에 할당된다. 이는 크랑크샤프트(1)의 축방향을 교차하도록 정렬된다. 이 유도기는 2 이상의 유도기멈추개(inductor detents)(8C, 8D, 9C, 9D)로 구성되고, 이는 서로에 평행하게 정렬된다. 하나의 유도기멈추개(8D, 9D)는 리프팅핀(2, 3)의 겹침역(4)에 정렬되고, 반면 다른 유도기멈추개(8C, 9C)는 칙(cheek : 5, 6)에 대면하는 리프팅핀(2, 3)의 가장자리역에 정렬된다. 상기 유도기는 긴 유도기세그먼트(8A, 9A)와 짧은 유도기세그먼트(8B, 9B)로 배열되고, 긴 유도기세그먼트(8A, 9A)는 베아링면 (2A, 3A)의 전폭(B)의 반보다 큰 폭(b_1)을 갖고, 여기에서 긴 유도기세그먼트(8A, 9A)는 항상 크랑크샤프트(1)의 주변방향으로 공간(E)을 두어 떨어져 있도록 되어 있다.

Description

크랑크샤프트에서의 베아링면 및 변환반경부의 전자유도경화장치 {Device for Electro-Inductive Hardening of Bearing Surfaces and Transition Radii in Crankshafts}

본 발명은 크랭크샤프트상에서 베아링표면 및 변환반경부(transition radii)의 동시적 주연부 전자유도경화장치에 관한 것이며, 상기 장치는 크랑크샤프트의 회전축에 수직되는 평면에서 서로에 대하여 바로 인접 정렬되고 또한 서로 다른 각도위치를 가지고 바로 연속하여 정렬되는 리프팅핀을 포함한다.

서로 직접 인접되게 오프셋 정렬된 리프팅핀을 포함하는 소위 "스풀릿-핀 크랭크샤프트(split-pin crankshafts)"에 대한 상기 전자유도경화장치는 자동차업계에서 실무에서 충분히 알려져 있다. 많은 공지된 구조가 적은 기계적 비용으로 크랭크샤프트의 바로 인접되어 정렬된 리프팅핀의 베아링표면을 경화시켜 원하는 그레인(grain) 구조를 얻기 위해 구상되었다.

예컨대, 독일특허 DE 36 13 309호에는 "스풀릿-핀-크랭크샤프트"상에서의 베아링표면 및 변환반경부의 유도 경화 장치 및 방법이 개시되어 있는데, 여기에서 바로 인접되어 배치된 리프팅핀의 베아링면과 변환반경부는 크랭크샤프트의 회전축에 관하여 수직으로 오프셋되어 대향 정렬되는 유도기에 의해 동시에 주연 방향으로 경화된다.

상기 해결방법은 각 유도기의 구성을 위한 상당한 공간이 제공되고 유도기의 상호간 유도 영향이 회피되는 장점을 제공한다. 또한, 각각 리프팅핀을 절반쉘(half-shell) 형상으로 둘러싸는 유도기를 측방향으로 공급함에 의해, 크랑크샤프트가 회전하는 동안 유도기의 접촉이 이루어지지 않고도 최대한의 차폐(wrapping enclosure)가 가능하게 된다. 그러나, 이러한 구조와 관련하여, 유도기의 대향 정렬은 상대적으로 큰 비용을 필요로 한다.

DE 40 01 887호에는 크랑크샤프트를 경화하기 위한 개선된 방법과 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 웨브에 의하여 서로 분리되어 있는 핀을 포함한다. 유도기는 동일측으로부터 핀에 접촉하게 되고, 이 핀은 경화역(hardening zone)의 폭보다 좁으며, 유도기는 경화 온도로 가열되는 표면역이 유도기의 폭에 비해 증가되도록 알려진 방법으로 설계되며, 유도기들 사이의 거리는 인접하는 유도기의 가열 영역이 서로 병합되도록 선택된다.

동일방향으로부터, 양호하게는 위로부터 유도기를 장입(feeding)함에 있어, 이 방법은 경화를 위한 기계적 비용을 매우 낮추어 준다. 그러나, 반경상의 겹침역에서 유도기의 축방향 접촉을 피하기 위해, 유도기의 둘러쌈 각도는 유도기의 반대편 장입의 경우보다 더 짧게 선택되어야 하며, 이는 경화 방법의 효율 및 이에 의해 달성되는 경화 깊이, 특히 반경부의 균일한 경화와 관련된 단점을 발생시킨다.

이러한 제한들은 또한 상이한 폭으로 된 부위를 가진 실제로 알려져 있는 유도기의 구조에도 존재하며, 주로 반경부 경화를 위해 사용되는 유도기 부위는 베어링 폭의 절반을 덮으며, 제2 유도기 부위는 동일하게 구성된 다른 유도기와의 충돌을 회피하도록 상응하게 보다 더 좁게 형성된다. 이 방해 영역(set-back region)에서 유도기 부위는 내측 반경에 대해 효율적이지 못하므로, 리프팅 베아링핀의 중앙부에서 볼 때, 최대 효과를 가진 약 50°둘러쌈 각만이 존재하며, 이 각에 의해 전술한 경화 공차는 종종 어렵게만 충족된다.

따라서, 본 발명의 목적은 서두에 설명한 유형의 장치를 제공하기 위한 것으로, 구조적으로 간단하고 저비용으로 구현함으로써 베아링면과 반경부의 최적의 경화를 보증하는 한편 증가된 효율을 허용하는 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구범위 제1항에 언급된 특징을 통해 달성된다.

본 발명에 따른 장치에 의해, 감소된 기계적 비용과 관련하여 일방향으로부터 유도기를 장입하는 장점과 경화 깊이와 관련하여 리프팅핀 주위로 길게 둘러싸는 장점 두 가지가 모두 달성된다.

주연 방향으로 서로 이격되어 긴 유도기부를 배치하는 본 발명에 관한 정렬은 리프팅핀 주연부의 겹침역에서의 유도기의 둘러쌈 각을 길어지게 하며, 상응하는 긴 가열 경로를 갖는 넓은 긴 유도기부에 걸쳐 동일한 경화 시간 동안 보다 많은 에너지가 특히 변환 반경부내로 도입되며, 그 결과 경화가 이루어진 깊이가 크고 균일하게 될 수 있다.

본 발명에 따라 정렬된 유도기는 하나의 방향으로부터 유도기가 공급되는 종래의 유도기보다 반경부 경화를 위한 긴 유도기부가 두 배 이상 길게 구현 가능하며, 이러한 이유로, 상기 설계에 의해, 예컨대, 리프팅핀의 주연상의 일 지점은 소정의 시간 간격에서 크랑크샤프트의 n회전수 동안 n번 통과되며, 가열 길이는 2배이다.

본 발명 상의 장치에 고효율을 부여하기 위하여, 특히 유리한 구조에서, 긴 유도기부는, 리프팅핀 주연부의 상부 사분면 중 하나를 60°이상 덮고 인접하는 하부사분면을 30°이상을 덮고 리프팅핀 주연부 주위로, 양호하게는 120°의 각도 범위에서 각각 둘러싸도록 정렬될 수 있다.

본 발명 상의 추가적인 특징 및 장점은 다른 종속항으로부터 이하에서 도면을 참조하여 기본적으로 설명된 실시예로부터 이해될 것이다.

제 1 도는 베아링표면과 반경부를 경화시키기 위한 장치의 유도기를 가진 크랭크샤프트의 부분 평면도로 나타낸 것이다.

제 2 도는 제 1 도의 A-A단면을 따른 제 1 도에 따른 크랭크샤프트를 통해 본 횡단면도를 나타낸 것이다.

제 3 도는 제 1 도 및 제 2 도에 따른 베아링표면 및 반경부를 경화하기 위한 장치의 개략적 정면도를 나타낸 것이다.

제 4 도는 베아링표면 및 반경부를 경화하기 위한 장치를 개략적 평면도로 나타낸 것이다.

제 5 도는 제 1 ~ 4 도에 따른 장치의 유도기의 사시도를 나타낸 것이다.

제 1 도 ~ 제 4 도에서, 크랭크샤프트 1이 나타나 있는데, 이는 리프팅핀 2, 3을 포함하고, 리프팅핀 2, 3은 서로에 직접 인접하여 정렬되고, 상기 크랭크샤프트의 회전축 D에 수직으로 되는 평면에 상이한 각도위치를 가지고 다른 것 뒤로 정렬되는데, 이 크랭크샤프트를 “스풀릿-핀 크랭크샤프트(split-pin crankshafts)”라고도 불리운다.

리프팅핀 2, 3은 상호간 오프셋 정렬되어 있고, 각각은 베아링면 2A, 3A를 갖고 있는데, 베아링면 2A, 3A은 일측에서 리프팅핀들 사이에서 겹침역(overlapping region) 4의 경계를 형성하고, 변환반경부(transition radii)는 더이상 구체적으로 도시되지 않으며, 반대편측에서는 크랑크샤프트 1의 웨브(web) 5, 6에 의해 각각 경계가 형성된다.

베아링면 2A, 3A 및 이들의 경계를 형성하는 반경부(radii)의 동시적 전자유도경화를 위해, 유도기 8, 9가 구비되고, 각각 유도기하우징(inductor housing) 7A, 7B에 정렬되며, 유도기 8, 9에는 가열루프(heating loop)로 형성되는 유도기부 8A, 8B, 9A, 9B가 구비되며, 상기 유도기부 8A, 8B, 9A, 9B의 곡선은 베아링면 2A, 3A의 굴곡도에 상응하고 제 2 도의 화살표 C로 나타나 있는 동일방향으로부터 리프팅핀 2, 3 중 하나에 위치된다.

제 1 도, 5 도에서 특히 나타나 있듯이, 유도기 8, 9와 유도기부(inductor portions) 8A, 9A는 각각의 경우에 서로 평행하게 정렬되는 두 개의 유도기세그먼트(inductor segments) 8C, 8D 및 9C, 9D를 가진다. 각각의 경우, 하나의 유도기세그먼트 8D, 9D는 리프팅핀 2, 3 사이에서 겹침역 4에서 정렬되고, 다른 유도기세그먼트 8C, 9C는 각각 인접된 웨브 5, 6에 대면하는 리프팅핀의 바깥역에 정렬된다.

유도기 8, 9의 가열루프는 분리되어 있고, 긴 유도기부 8A, 9A의 형태와 짧은 유도기부 8B, 9B 형태로 만들어진다. 긴 유도기부 8A, 9A는 베아링면 2A, 3A의 전폭(total width)B의 절반보다는 큰 폭 b_1으로 되도록 설계된다.

유도기 8, 9가 각기 크랑크샤프트 1의 축방향에서 겹치므로, 짧은 유도기부 8B, 9B는 폭 b_2를 가지도록 설계함으로써 크랑크샤프트 회전 중에는 폭 b_2에 의해 긴 유도기부 8A, 9A를 지나 접촉됨이 없이 미끄러지도록 충분히 좁게 함으로써 발생 가능한 단궤적(short-circuit)과의 충돌이 피해지도록 한다.

긴 유도기부 8A, 9A는, 50°이상 리프팅핀 주연부의 상부 사분면 Ⅰ,Ⅱ 중 하나를 덮는데, 본 발명 실시예에서는 65° 로 되어 있다. 또한 인접 하부 사분면 Ⅲ 또는 Ⅳ에 대해서는 30°이상을 덮는데, 제 1 ~ 5 도상의 배열에서는 40°로 되어 있으며, 긴 유도기부 8A, 9A는 항상 크랑크샤프트 1의 주연방향으로 서로에 관하여 간격 E를 가지며, 이 간격은 다른 구조(도시 안됨)에서는 또한 극히 작을 수 있다.

이러한 배열에 의해, 긴 유도기부 8A, 9A는 리프팅핀 2, 3이 각기 105°의 둘러쌈 각도(wrapping angle)로 주위로 둘러싸이게 하는 길이로 구성될 수 있다.

제 1 도 및 제 5 도에서 볼 수 있는 것은, 유도기세그먼트 8C, 8D, 9C, 9D가 긴 유도기부 8A, 9A의 역(region)에서 측방향 외경 R을 가진 반경경화부(radius hardeners)로서 설계되고, 또한 그 자유단에서 표면경화부(surface hardener)로서 설계되는 연결부 10, 11에 의해 동력 유도를 위해 서로 연결되어 있다는 점이다.

긴 유도기부 8A, 9A가 반경 경화를 위해 필수적으로 기능을 하게 되는 반면, 짧은 유도기부 8B, 9B는 표면경화부로 설계된다.

유도기세그먼트 8C, 8D, 9C, 9D를 특히 이들의 길이에 관련하여 치수를 정하고 성형하는 것은 각 가열 조건 및 크랭크샤프트가 구조적으로 설계되는 방법으로부터 이루어지며, 물론 다른 실시예에서 서로 다르게 선택될 수도 있다.

유도기 8, 9를 통해 전력(power)을 안내하기 위해 또한 냉각수를 통류시키기 위해, 유도기세그먼트 8C, 8D, 9C, 9D는 관으로 설계된 장입부(feed) 12에 연결된다.

제 3 도를 참조하면, 유도기 8, 9를 지지하고 안내하기 위해, 3개의 슬라이딩 슈즈(sliding shoes) 13, 14, 15는 각기 경화되어야 할 리프팅핀 2, 3에 구비되고, 그 슬라이딩 슈즈 13, 14, 15 중 하나의 슈즈는 각기 유도기부 8A, 8B, 9A, 9B 사이에서 그리고 유도기부 8A, 8B, 9A, 9B의 자유단에서 정렬된다. 짧은 유도기부 8B, 9B의 자유단의 슬라이딩 슈(sliding shoe) 15는 이 경우, 관련된 상부 리프팅핀 사분면 Ⅰ또는 Ⅱ의 2등분(bisector) 지역에 정렬된다. 슬라이딩 슈 13는 긴 유도기부 8A, 9A의 자유단에서 약 180° 만큼 오프셋 정렬된다.

유도기하우징 7A를 볼 때, 제 3 도에서 나타나 있는 바와 같이, 리프팅핀 2, 3의 경화되는 베아링면 2A, 3A 상으로 하나의 방향으로부터 유도기 8, 9의 단순한 배치를 위해 그 낮은 역에서 경사면 (slope) 16이 형성되는 것을 알 수 있다.

더욱이, 구멍뚫린 관(perforated plate) 18과 슬롯트분사기 19를 포함하는 개략 개시되어 있는 분사실(spray chamber) 17은, 베아링면 2A, 3A 및 유도기 8, 9의 측부에 대한 인접반경부 상으로 급냉 매개물(quenching medium)을 분사하기 위한 유도기하우징의 낮은 역에서 볼 수 있다.

Claims

크랑크샤프트(1)에서의 베아링면(2A, 3A) 및 변환반경부의 동시적 주연부 전자유도경화장치에 있어서, 상기 장치는 크랑크샤프트의 회전축(D)에 수직되는 평면에서 서로에 대하여 직접적으로 인접 정렬되고 또한 서로 다른 각도위치를 가지고 바로 연속하여 정렬되는 리프팅핀(2, 3)을 포함하며, 적어도 대략 동일방향으로부터 이 리프팅핀(2, 3)상에 위치되는 유도기(inductors)(8, 9)가 구비되며,

이 유도기(8, 9)는,

- 각기 리프팅핀(2, 3)에 할당되고, 또한 크랑크샤프트(1)의 축방향에서 서로에 겹쳐 정렬되며, 또한 서로에 평행한 적어도 2개의 유도기세그먼트(8C, 8D, 9C, 9D)를 가지며, 하나의 유도기세그먼트(8D, 9D)는 리프팅핀(2, 3)의 겹침역(4)에 정렬되고, 다른 유도기세그먼트(8C, 9C)는 웨브(5, 6)에 대면되는 리프팅핀(2, 3)의 바깥역에 정렬되며,

- 긴 유도기부(8A, 9A)와, 짧은 유도기부(8B, 9B)를 포함하며, 긴 유도기부(8A, 9A)는 베아링면(2A, 3A)의 전폭(B)의 절반보다 큰 폭(b_1)을 갖고, 긴 유도기부(8A, 9A)는 크랑크샤프트(1)의 주연방향으로 항상 서로에 관하여 간격(E)을 갖도록 한 전자유도경화장치.
제 1 항에 있어서, 상기 짧은 유도기부(8B, 9B)는 폭(b_2)으로 좁게 설계하므로써, 긴 유도기부(8A, 9A)가 크랑크샤프트(1)의 회전 중에도 각각의 다른 유도기의 짧은 유도기부(8B, 9B) 상에서 접촉없이 미끄러져 통과되도록 된 것을 특징으로 하는 전자유도경화장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 긴 유도기부(8A, 9A)의 둘러쌈 차폐(wrapping enclosure)는 70° 이상인 것을 특징으로 하는 전자유도경화장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 긴 유도부(8A, 9A)는 리프팅핀 주연부의 상부 사분면(Ⅰ,Ⅱ) 중 하나를 60° 이상 덮고, 인접 하부 사분면(Ⅲ,Ⅳ)을 30° 이상 덮도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자유도경화장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유도기세그먼트(inductor segments)(8C, 8D, 9C, 9D)는, 그 자유단에서 표면경화기로 설계된 연결부(10, 11)에 의하여 상호 연결되는 반경부경화기(radius hardeners)로서 긴 유도기부(8A, 9A)의 역(region)에서 형성되는 것을 특징으로 하는 전자유도경화장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 짧은 유도기부(8B, 9B)는 베아링면 경화기로 설계되는 것을 특징으로 하는 전자유도경화장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 슬라이딩슈(sliding shoe)(13, 14, 15)가 각각 유도기부(inductor portions)(8A, 8B와 9A, 9B)사이에서 그리고 이 유도기부(8A, 8B, 9A, 9B)의 자유단에서 정렬되고, 슬라이딩슈(15)는 짧은 유도기부(8B, 9B)의 자유단에서, 상부 리프팅핀 사분면(Ⅰ 또는 Ⅱ)의 2등분지역에서 대략적으로 정렬되고, 슬라이딩슈(13)는 긴 유도기부(8A, 9A)의 자유단에서 상기 슬라이딩슈에 관하여 약 180°이상 오프셋 정렬되는 것을 특징으로 하는 전자유도경화장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 유도기하우징(7A, 7B)은 리프팅핀(2, 3)의 경화되는 베아링면(2A, 3A)상으로 위치되도록 하기 위한 경사면(16)을 그 하부역에서 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유도경화장치.