Traub, Harald (Schwalbenstrasse 8 Aalen, D-73431, DE)
Ottenwälder, Adalbert (In der Talklinge 24 Stimpfach, D-74597, DE)
Traub, Harald (Schwalbenstrasse 8 Aalen, D-73431, DE)
| 1. | Vorrichtung zum umlaufend gleichzeitig erfolgenden elek troinduktiven Härten von Laufflächen (2A, 3A) und tuber gangsradien an Kurbelwellen (1) mit unmittelbar neben einander und mit unterschiedlicher Winkellage in der Ebene senkrecht zu deren Drehachse (D) direkt hinterein ander angeordneten Hubzapfen (2,3), wobei aus wenigstens annähernd derselben Richtung (C) auf die Hubzapfen (2,3) aufgesetzte Induktoren (8,9) vorgesehen sind, welche jeweils einem Hubzapfen (2,3) zugeordnet und einander in Achsrichtung der Kurbelwelle (1) überschneidend an geordnet sind sowie mindestens zwei parallel zueinan der angeordnete Induktoraste (8C, 8D, 9C, 9D) aufweisen, von denen jeweils ein Induktorast (8D, 9D) in einem Überdeckungsbereich (4) der Hubzapfen (2,3) und der andere Induktorast (8C, 9C) in einem einer Wange (5,6) zugewandten Randbereich des Hubzapfens (2,3) angeord net ist, und jeweils mit einem langen Induktorabschnitt (8A, 9A) und einem kurzen Induktorabschnitt (8B, 9B) derart ausgebil det sind, da3 die langen Induktorabschnitte (8A, 9A) ei ne Breite (b_1) aufweisen, welche größer ist als die Halte der Gesamtbreite (B) der Laufflächen (2A, 3A), wobei die langen Induktorabschnitte (8A, 9A) in Umfangs richtung der Kurbelwelle (1) stets einen Abstand (E) zueinander aufweisen. |
| 2. | Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dal die kurzen Induktorabschnitte (8B, 9B) mit einer Breite (b_2) derart schmal ausgebildet sind, daß die langen In duktorabschnitte (8A, 9A) an den kurzen Induktorabschnit ten (8B, 9B) des jeweils anderen Induktors bei Umlauf der Kurbelwelle (1) berührungsfrei vorbeigleiten. |
| 3. | Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dans die Umschlingung der langen Induktorabschnitte (8A, 9A) wenigstens 70° beträgt. |
| 4. | Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dan die langen Induktorabschnitte (8A, 9A) derart angeordnet sind, daß sie einen der oberen Quadranten (I, II) des Hub zapfenumfanges um wenigstens 60° und den daran angrenzen den unteren Quadranten (III, IV) um wenigstens 30° umfas sen. |
| 5. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Induktoräste (8C, 8D, 9C, 9D) im Bereich der langen In duktorabschnitte (8A, 9A) als Radienharter ausgebildet sind, welche an ihrem freien Ende durch eine als Flache harter ausgebildete Verbindung (10,11) miteinander ver bunden sind. |
| 6. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die kurzen Induktorabschnitte (8B, 9B) als Laufflachenhar ter ausgebildet sind. |
| 7. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dan zwischen den Induktorabschnitten (8A, 8B und 9A, 9B) und an den freien Enden der Induktorabschnitte (8A, 8B, 9A, 9B) je weils ein Gleitschuh (13,14,15) angeordnet ist, wobei der Gleitschuh (15) an dem freien Ende des kurzen Induktorab schnittes (8B, 9B) wenigstens annahernd im Bereich der Halbierenden des ihm zugeordneten oberen Hubzapfenqua dranten (I, II) und der Gleitschuh (13) am freien Ende des langen Induktorabschnittes (8A, 9A) um wenigstens vanna hernd 180° versetzt zu letzterem Gleitschuh angeordnet ist. |
| 8. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Induktorgehäuse (7A, 7B) in seinem unteren Bereich eine Schräge (16) zum Aufsetzen auf die zu hartenden Laufflächen (2A, 3A) der Hubzapfen (2,3) aufweist. |
Derartige Vorrichtungen zum elektroinduktiven Hårten von so- genannten"Split-Pin-Kurbelwellen", welche unmittelbar neben- einander und versetzt angeordnete Hubzapfen aufweisen, sind aus der Praxis der Automobilindustrie hinlänglich bekannt, wobei mit mehreren bekannten konstruktiven Ausführungen ange- strebt wird, die Lagerflachen der direkt nebeneinander ange- ordneten Hubzapfen einer Kurbelwelle gleichzeitig mit gerin- gem maschinellen Aufwand zu härten sowie ein gewunschtes Har- tebild zu erhalten.
Beispielsweise ist aus der DE 36 13 309 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Harten von Laufflachen und Ubergangsradien an"Split-Pin-Kurbelwellen"bekannt, wobei die Laufflachen und Übergangsradien der direkt hintereinander angeordneten Hubzapfen umlaufend durch Induktoren, die senk- recht zur Drehachse der Kurbelwelle versetzt gegenüberliegend angeordnet sind, gleichzeitig gehartet werden.
Diese Lösung bietet den Vorteil, dans fur den einzelnen Induk- tor viel Raum zu seiner Gestaltung zur Verfügung steht und eine gegenseitige induktive Beeinflussung der Induktoren ver- mieden wird. Des weiteren ermöglicht die seitliche Zuführung der die Hubzapfen jeweils halbschalenförmig umgreifenden In- duktoren eine maximale Umschlingung, ohne daß dabei eine Be- rührung der Induktoren bei einem Umlauf der Kurbelwelle er- folgt. Hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausführung erfordert die gegenuberliegende Anordnung der Induktoren jedoch einen relativ großen Aufwand.
Die DE 40 01 887 offenbart eine verbesserte Lösung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen mit durch Wangen voneinander getrennten Zapfen, wobei die Induktoren von der gleichen Seite aus an die Zapfen angelegt werden, die schmäler als die Härtezonenbreite sind, und wobei die Induktoren in bekannter Weise so ausgebildet sind, daß der auf Hartetemperatur zu erwarmende Oberflachenbereich ge- genuber der Breite des Induktors erweitert ist sowie der Ab- stand der Induktoren so gewählt wird, da8 die Erwarmungsbe- reiche benachbarter Induktoren ineinander übergehen.
Mit der Zuführung der Induktoren aus derselben Richtung, vor- zugsweise von oben, erfordert diese Lösung einen deutlich geringeren maschinellen Aufwand zur Härtung. Um jedoch eine axiale Berührung der Induktoren in ihrem radialen Überschnei- dungsbereich zu vermeiden, muß der Umschlingungswinkel der Induktoren kürzer als bei einer entgegengesetzten Induktoren- zuführung gewählt werden, was zu Nachteilen hinsichtlich der Effizienz des Harteverfahrens und der dabei zu erzielenden Einhartetiefe, insbesondere einer einheitlichen Radienhär- tung, führt.
Diese Einschränkung besteht auch bei einer aus der Praxis bekannten Ausgestaltung der Induktoren mit Abschnitten unter- schiedlicher Breite, wobei ein vornehmlich der Radienhartung dienender Induktorabschnitt tuber die Halfte der Lagerbreite bedeckt und ein zweiter Induktorabschnitt zur Vermeidung ei- ner Kollision mit dem gleich ausgestalteten anderen Induktor entsprechend schmäler ausgebildet ist. Da die Induktorab- schnitte in diesem zuruckgesetzten Bereich nicht auf den in- neren Radius wirksam sind, verbleibt von der Mitte des Hubla- gerzapfens aus gesehen nur ein maximale effektiver Umschlin- gungswinkel von etwa 50°, mit dem vorgegebene Einhartetole- ranzen haufig nur schwer einzuhalten sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wel- che konstruktiv einfach und kostengünstig realisierbar ist und eine gesteigerte Effizienz bei Gewährleitung einer opti- malen Laufflachen-und Radienhartung ermoglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können sowohl die Vor- teile einer langen Umschlingung der Hubzapfen hinsichtlich der Einhärtetiefe als auch die Vorteile der Zuführung der Induktoren aus einer Richtung hinsichtlich eines verminderten maschinellen Aufwandes erzielt werden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der langen Induktorab- schnitte auf Abstand zueinander in Umfangsrichtung kann der Umschlingungswinkel des Induktors im Überschneidungsbereich des Hubzapfenumfanges deutlich verlangert werden, wobei tuber den langen und verbreiterten Induktorabschnitt mit seinem entsprechend langen Heizweg bei gleicher Härtezeit mehr Ener- gie insbesondere in die Übergangsradien eingebracht wird, wodurch dort eine grole und einheitliche Einhärtetiefe ermög- licht wird.
Erfindungsgemäß angeordnete Induktoren sind mit einem mehr als doppelt so langen Abschnitt zur Radienhartung als her- kömmliche Induktoren mit Induktorzuführung aus einer Richtung realisierbar, weshalb z. B. bei einer derartigen Ausgestaltung ein Punkt am Umfang des Hubzapfens in einem bestimmten Zei- tintervall bei n Umdrehungen der Kurbelwelle n-mal mit der doppelten Erwarmungslange uberstrichen wird.
Um der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine hohe Effizienz zu verleihen, können in einer besonders vorteilhaften Ausgestal- tung die langen Induktorabschnitte derart angeordnet sein, daß sie einen der oberen Quadranten des Hubzapfenumfanges um wenigstens 60° und den daran angrenzenden unteren Quadranten um wenigstens 30° umfassen, wobei sie jeweils den Hubzap- fenumfang vorzugsweise in einem Winkelbereich von 120° um- schlingen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Vorteile der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den weiteren Un- teranspruchen und dem nachfolgend anhand der Zeichnung prin- Äusführungsbeispiel.zipmäßigbeschriebenen Es zeigt : Fig. 1 eine ausschnittsweise Draufsicht auf eine Kurbelwelle mit Induktoren einer Vorrichtung zur Laufflächen- und Radienhartung ; Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kurbelwelle gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 1 ; Fig. 3 eine schematisierte Frontalansicht der Vorrichtung zur Laufflachen-und Radienhartung nach den Fig. 1 und 2 ; Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung zur Laufflachen-und Radienhartung ; und Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Induktors der Vor- richtung nach den Fig. 1 bis 4.
In den Figuren 1 bis 4 ist eine Kurbelwelle 1 mit unmittelbar nebeneinander und mit unterschiedlicher Winkellage in der Ebene senkrecht zu deren Drehachse D direkt hintereinander angeordneten Hubzapfen 2,3 dargestellt, welche auch als "Split-Pin-Kurbelwelle"bezeichnet wird.
Die versetzt zueinander angeordneten Hubzapfen 2,3 weisen jeweils Laufflächen 2A, 3A auf, welche auf einer Seite an einen Überdeckungsbereich 4 zwischen den Hubzapfen mit nicht naher dargestellten Übergangsradien grenzen und auf der ge- genüberliegenden Seite durch eine Wange 5 bzw. 6 der Kurbel- welle 1 begrenzt sind.
Zum gleichzeitigen elektroinduktiven Härten der Laufflächen 2A, 3A und der sie begrenzenden Radien sind in jeweils einem Induktorgehause 7A, 7B angeordnete Induktoren 8,9 mit ais Heizschleifen ausgebildeten Induktorabschnitten 8A, 8B, 9A, 9B vorgesehen, deren Krümmung der Krümmung der Laufflächen 2A, 3A entspricht und welche aus derselben durch einen Pfeil C in Fig. 2 ersichtlichen Richtung auf jeweils einen der Hub- zapfen 2,3 aufgesetzt werden.
Wie insbesondere in Fig. 1 und 5 ersichtlich ist, weisen die Induktoren 8,9 bzw. die Induktorabschnitte 8A, 9A jeweils zwei parallel zueinander angeordnete Induktoräste 8C, 8D und 9C, 9D auf, von denen jeweils ein Induktorast 8D bzw. 9D in dem Überdeckungsbereich 4 zwischen der Hubzapfen 2,3 und der andere Induktorast 8C bzw. 9C in einem der jeweils angrenzen- den Wange 5,6 zugewandten Randbereich des Hubzapfens ange- ordnet ist.
Die Heizschleifen in den Induktoren 8,9 sind geteilt und als lange Induktorabschnitte 8A, 9A und kurze Induktorabschnitte 8B, 9B ausgeführt. Die langen Induktorabschnitte 8A, 9A sind dabei derart ausgebildet, daß sie eine Breite b 1 aufweisen, welche größer ist als die Halte der Gesamtbreite B der Lauf- flache 2A, 3A.
Da sich die Induktoren 8,9 einander in Achsrichtung der Kur- belwelle 1 überschneiden, sind die kurzen Induktorabschnitte 8B, 9B mit einer Breite b 2 derart schmal ausgebildet, daß sie bei einem Kurbelwellenumlauf auch an den langen Induktor- abschnitten 8A, 9A mit der Breite b 2 beruhrungsfrei vorbeig- leiten, so daß eine Kollision mit einem möglichen Kurzschluß ausgeschlossen werden kann.
Die langen Induktorabschnitte 8A, 9A, welche einen der oberen Quadranten I, II des Hubzapfenumfanges um mindestens 50°, im vorliegenden Ausführungsbeispiel um 65°, und den daran an- grenzenden unteren Quadranten III bzw. IV um mindestens 30°, bei der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 5 um 40°, umfassen, wei- sen in Umfangsrichtung der Kurbelwelle 1 stets einen Abstand E zueinander auf, welcher in einer anderen, nicht dargestell- ten Ausführung auch infinitesimal klein dimensioniert sein kann.
Diese Anordnung ermöglicht die Ausführung der langen Induk- torabschnitte 8A, 9A mit einer Lange, mit der die Hubzapfen 2,3 jeweils um einen Umfangswinkel von 105° umschlungen sind.
In den Fig. 1 und 5 ist ersichtlich, daß die Induktor-aste 8C, 8D, 9C, 9D im Bereich der langen Induktorabschnitte 8A, 9A jeweils als Radienhärter mit einem seitlichen Außenradius R ausgebildet sind und an ihrem freien Ende durch eine als Flächenhärter ausgebildete Verbindung 10,11 zur Stromführung miteinander verbunden sind.
Während die langen Induktorabschnitte 8A, 9A somit im wesent- lichen der Radienhärtung dienen, sind die kurzen Induktorab- schnitte 8B, 9B als Flächenhärter ausgebildet.
Die Dimensionierung bzw. Ausgestaltung der Induktor-aste 8C, 8D, 9C, 9D insbesondere hinsichtlich ihrer Lange ergibt sich aus den jeweiligen Erwärmungsbedingungen und konstruktiven Gegebenheiten an der Kurbelwelle und kann in anderen Ausfuh- rungsbeispielen selbstverständlich anders gewahlt werden.
Um Strom durch die Induktoren 8,9 führen zu können und zur Durchführung von Kühlwasser sind die Induktor-aste 8C, 8D, 9C, 9D mit Zuführungen 12, welche als Rohre ausgebildet sind, verbunden.
Bezug nehmend auf Fig. 3 ist ersichtlich, dal3 zur Abstützung und Ftihrung der Induktoren 8,9 auf den zu härtenden Hubzap- fen 2,3 jeweils drei Gleitschuhe 13,14,15 vorgesehen sind, wobei jeweils zwischen den Induktorabschnitten 8A, 8B und 9A, 9B sowie an den freien Enden der Induktorabschnitte 8A, 8B, 9A, 9B einer der Gleitschuhe 13,14,15 angeordnet ist. Der Gleitschuh 15 an dem freien Ende des kurzen Induktorabschnit- tes 8B, 9B ist dabei im Bereich der Halbierenden des ihm zu- geordneten oberen Hubzapfenquadranten I bzw. II und der Gleitschuh 13 am freien Ende des langen Induktorabschnittes 8A, 9A um 180 versetzt angeordnet.
Bei Betrachtung des ebenfalls in Fig. 3 dargestellten Induk- torgehäuses 7A ist ersichtlich, daß in seinem unteren Be- reich eine Schräge 16 fur ein einfaches Aufsetzen der Induk- toren 8,9 aus einer Richtung auf die zu hartenden Lauffla- chen 2A, 3A der Hubzapfen 2,3 ausgeformt ist.
Zudem sind im unteren Bereich des Induktorgehauses zum Auf- spritzen eines Abschreckmediums auf die Laufflächen 2A, 3A und die daran angrenzenden Radien seitlich der Induktoren 8, 9 schematisch angedeutete Brausekästen 17 mit einem Lochblech 18 und Spaltbrausen 19 ersichtlich.