DE2703469B2 - Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen von Nockenwellen für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen von Nockenwellen für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer Vorrichtung zum Härten der Lagerstellen und Kurbelzapfen an gekröpften Wellen (DE-PS 22 578) ist es bekannt, die Brenner beweglich anzuordnen, so daß sie der kreisenden Bewegung der Kurbelzapfen folgen können. Zur Erreichung eines gleichmäßigen Abstandes wjrden die Brenner mit einer der gekröpften Welle konformen Steuerwelle gekoppelt, wobei die gekröpfte Welle und die Steuerwelle synchron zueinander angetrieben wurden. Die Brenner sind radial zu den zu härtenden Kurbelzapfen beweglich, so daß sie deren Kreisbahn folgen können.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Einrichtung derart auszubilden, daß bei einer geringen Härtezeit und einer hohen spezifischen Härtegeschwindigkeit eine spannungs- und verzugsarme Härtung der Nockcnlaufflächen erzielbar ist

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Durch die Oszillatorbewegung der Einspannvorrichtung in axialer Richtung der Nockenwelle entsteht auf der Nockenlauffläche eine schlangenlinienförmige Härtebahn, deren Verlauf durch geeignete Abstimmung von Amplitude und Frequenz der Einspannvorrichtung optimal bestimmbar ist Durch die der Amplitude der Einspannvorrichtung entsprechenden, kurz zusammenhängenden Härtebahnen (kurze Erstarrungslängen) wird eine gleichmäßige, konzentrierte Wärmeverteilung auf den Nocken erreicht, die Wärmespannungen und Verzüge vermindert und gleichzeitig eine Anhebung der spezifischen Härtegeschwindigkeit ermöglicht Da der zu härtende Oberflächenbereich der Nocken während der Härtung nur einmal überfahren werden muß, ergibt sich eine vereinfachte Steuerung der Brennerzu- und Abschaltung.

Ein zweckmäßiger Antrieb für die Oszillation der Nockenwelle ist den Merkmalen des Anspruchs 2 entnehmbar. Durch die Anwendung eines Exzenters wird aufgrund der gleichmäßigen Beschleunigung der oszillierenden Teile bei geringem Verschleiß die Herstellung einer gleichmäßig alternierenden Härtebahn auf den Nockenlaufflächen ermöglicht

Eine weitere bedeutende Verringerung der Härtezeit sowie eine Energieeinsparung von bis zu 50% wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 erzielt Wie eingehende Versuche zeigten, wirken sich die ungehärtet verbleibenden Flächen am Nockengrundkreis nicht nachteilig auf die Laufzeit der Nockenwelle aus.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 wird eine sehr vorteilhafte gleichmäßige Spannungsverteilung im Werkstück bzw. in der Nockenwelle gefördert; zudem kann die spezifische Härtegeschwindigkeit weiter erhöht werden. Eine zweckmäßige Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen von Nockenwellen in Serienherstellung weist die Merkmale des Anspruchs 5 auf. Die Zeichnung zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen einer Nockenwelle im Schnitt gemäß Linie I-I der Fig. 2,

F i g. 2 die erfindungsgemäße Einrichtung in der Ansicht Sder F ig. 1,

Fig.3 die erfindungsgemäße Einrichtung in der Ansicht Oder F i g. 1 und in den

F i g. 4 und 5 eine für die Serienfertigung geeignete, erfindungsgemäße Einrichtung in zwei schematisierten Ansichten.

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 Körnerspitze 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 einen 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 Meisternockenwelle 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 β 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 Maschjyensockel 1 sind entsprechend der Anzahl der zu härtenden Nocken im oberen Bereich 30° abgewinkelte Führungen 13 verbunden, auf denen Schlitten 14 gelagert sind. Anden Schlitten 14 sind die Brenner 15 und die Meisternockenwelle 12 abtastenden und dabei den radialen Hub der Schlitten 14 bzw. Brenner 15 bewirkenden Stößel 16 befestigt Der Einfachheit halber sind in den F i g. 2 und 3 nur zwei Brenner 15 bzw. zwei Schlitten 14 dargestellt, während die restlichen durch Mittellinien angedeutet sind. An der 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 diese mit einer der Breite der Nocken entsprechenden Amplitude oszilliert Koaxial mit dem Antriebsrad 11 auf der Meisternockenwelle 12 ist eine Steuerscheibe 18 (Fig.3) angeordnet, die mit ihrem Außenumfang 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 Nocke eine ausreichende Verschleißfestigkeit der Nockenwelle 3 sicherstellt Die Brenner 15 shd demgemäß über dem Nockengrundkreis abgeschaltet (ca. 50% Energieeinsparung).

Die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung nach den F i g. 1 bis 3 ist wie folgt:

Die zu härtende Nockenwelle 3 wird in die Einspannvorrichtung eingesetzt wobei die Körnerspitze 5 gegen die Kraft einer nicht dargestellten Feder zurückgedrückt wird. Durch Verdrehen rastet die Nockenwelle 3 in den Mitnehmer der Kegelhülse ein. Durch Einschalten des Elektromotors 10 werden die Nockenwelle 3 und die Meisternockenwelle 12 in Rotation versetzt Die ebenfalls mitdrehende Steuerscheibe 18 zündet mit einem ersten Zuschaltimpuls den Brenner 15, bei dem der erste Nockenbereich einläuft. Das weitere Zu- bzw. Abschalten der entsprechenden Brenner geschieht in der Reihenfolge des Nockenversatzes der Nockenwelle 3 und endet mit dem Abschaltimpuls für den in der Reihenfolge letzten Nocken, mit dem zugleich der Elektromotor 10 wieder abgeschaltet wird. Während des Umschmelzens bzw. Härtens eines Nockenbereiches wird der radiale Hub des Brenners 15 bzw. des entsprechenden Schlittens 14 durch das Abtasten des Stößels 16 der synchron mitrotierenden Nocke der Meisternockenwelle 12 bewirkt so daß ein kontinuierlicher Abstand von ca. :">"> 2 mm zwischen der umzuscbmeizenden Nocke und der Wolframelektrode des Brenners 15 aufrechterhalten bleibt Es ist selbstverständlich, daß an geeigneter Stelle der Nockenwelle 3 ein Stromanschluß (Massepol) zum Schließen des Stromkreises angelegt werden muß. Zugleich mit dem Einschalten des Elektromotors 10 wird auch 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 jeweiliger. Nocke in einer schlangeniinieniönriigen, gleichmäßig alternierenden Kurvenbahn. Versuche haben gezeigt daß damit eine befriedigend verschleißfeste Härtung der Nockenlauffläche bei wirtschaftlicherr Aufwand erzielt wird. Die Frequenz der Platte 2 relativ zur Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 3 ist je nach geometrischer Ausbildung und den Leistungskriterien der Nockenwelle 3 abzustimmen.

In den F i g. 4 und 5 ist eine Einrichtung schematisch dargestellt die bei in etwa gleichem Prinzip gänzlich automatisiert ist Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugzeichen versehen. Auf dem Maschinensockel 20 ist eine Grundplatte 21 verschiebbar gelagert Auf der Grundplatte 21 sind so viele 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 Nocken zum anderen Nocken versetzt sind, so daß — wie in F i g. 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 F i g. 5, 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 24 eine Vorwärmstation auf, bei der in nicht näher dargestellter Weise die Nockenwelle 3 eingespannt und konduktiv auf ca. 68O⁰K vorgewärmt wird. Durch das gleichmäßige Vorwärmen der gesamten Nockenwelle wird der nachfolgende Umschmelzvorgang begünstigt und Wärmespannungen oder Spannungsrisse vermieden. Das automatische Befördern der Nockenwellen geschieht mittels einer z. B. pneumatisch betätigten Fördereinrichtung 25, deren beiderseits der Nockenwellen angeordnete Hubbalken 26 horizontal und vertikal bewegbar sind. Die Hubbalken 26 weisen zum Weiterbefördern der Nockenwellen je zehn prismenförmige Mitnehmer 27 (es sind in F i g. 5 nur zwei Mitnehmer 27 dargestellt) auf.

Das Weiterbefördern der Nockenwellen geschieht durch Anheben der Hubbalken 26 und gleichzeitiges Zurückfahren der Reitstöcke 4, wodurch die Nockenwellen auf 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 Einspannvorrichtung 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 derei Mitnehmer in der jeweiligen Nut der Nockenwelle eingerastet sind. Der während der Förderung der Nockenwellen angehobene Schlitten 23 wird abgesenkt und liegt nun auf den Meisternocken auf. Die Hubbalken 26 wurden inzwischen ebenfalls abgesenkt und horizontal in ihre Ausgangsstellung zumckverschoben. Nach dem Absenken des Schlittens 23 werden die Brenner 15

gezündet Zugleich setzt die oszillierende Bewegung der Grundplatte 21 ein. Während des gleichzeitigen Umschmelzens je einer Nocke der acht Nockenwellen wird in der vorgelagerten Vorwärmstation 24 eine Nockenwelle vorgewärmt Nach dem Abschalten der Brenner 15 wird der Schlitten 23 hochgefahren und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.

Während die in F i g. 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 F i g. 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 Nockenlauffläche plus Förderzeit entspricht Die automatische Steuerung kann elektronisch erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen von Nockenwellen für Brennkraftmaschinen nach dem Lichtbogen-Umschmelz-Härteverfahren, wobei die Nockenwelle in einer drehbaren Einspannvorrichtung aufgenommen und synchron mit einer Meisternockenwelle angetrieben ist, die über Betätigungsmittel den — entsprechend der Kontur des zu härtenden Nockens — radialen Hub eines Brenners ι ο steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Einspannvorrichtung (4,5,6, 7) in axialer Richtung der Nockenwelle verschiebbar ist und während der Rotation der Nockenwelle in einer etwa der Breite des Nockens entsprechenden Amplitude derart oszilliert, daß ruf der Nockeolauffläche eine üchlangenlinienförmige Härtebahn entsteht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillation der Nockenwelle eines auf die Einspannvorrichtung (4, 5, 6, 7) wirkenden Exzenterantriebs erfolgt (17).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (18, 19) den Brenner derart zu- bzw. abschaltet, daß der Bereich des Nockengrundkreises nicht umgeschmolzen wird bzw. ungehärtet bleibt

4. Einrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorwärmstation (bei 24) vorgesehen ist, in der die Nockenwelle konduktiv vorgewärmt wird.

5. Einrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß je Nocken der Nockenwelle eine separate Härtestation vorgesehen ist, die untereinander gegebenenfalls mit der Vorwärmstation mittels einer Fördereinrichtung (25) verbunden sind, daß jede Härtestation mit einer drehbaren Einspannvorrichtung (4,5,6,7) und einem Brenner (15) ausgestattet ist, wobei die die Nockenwelle justierenden Mitnehmer der Einspannvorrichtung entsprechend den Nockenversetzungen zueinander versetzt angeordnet sind und daß die vorhandenen Härtestationen sowie die Vorwärmstation und die Fördereinrichtung synchron takten.

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