DE3737694C1 - Verfahren zum Betrieb einer Induktions-Haertevorrichtung fuer Kurbelwellen und eine solche Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Induktions-Härtevorrichtung für Kurbelwellen, bei dem die Kurbelwelle beidendig in radial steifen axial verschiebbaren drehbeweglichen Spannköpfen eingespannt und um ihre Achse gedreht wird.

Es ist hinlänglich bekannt, daß das verzugsfreie Härten von Werkstücken gleich welcher Profilierung oder Formgebung nahezu unmöglich ist. Ursache ist die beim Erhitzen infolge Ausdehnung auftretende Dehnung und Schrumpfung des Werkstücks beim Abschrecken, die zu einer bleibenden Verformung, dem Verzug, führen. Das verzugsarme Härten flacher Werkstücke, wie Flachstreifen, gelingt z. B. durch Pressen des erhitzten Werkstücks beim Abschrecken. Ein solches festes Einspannen des zu härtenden Werkstücks sah die Fachwelt generell als optimale Lösung an. Der beherrschende Gedanke war dabei, dem Werkstück beim Erhitzen und Abschrecken keine Gelegenheit zu geben, dem Verformungsbestreben nachzugeben. Hierfür erschien das feste Einspannen des zu härtenden Werkstücks die optimale Lösung, wie sie für das Härten von Nockenwellen beispielsweise aus der DE-OS 35 08 131 bekannt war. Die Nockenwelle wird beidendig von Spannköpfen drehbeweglich gehalten, von denen einer zum Einspannen in Achsrichtung der Nockenwelle verschiebbar ist. Mit dieser Methode gelang es nicht, auf das abschließende Richten des gehärteten Werkstücks verzichten zu können. Besondere Schwierigkeiten bereiten beim Härten unregelmäßig geformte langgestreckte Werkstücke, wie Kurbelwellen, Nockenwellen und Zahnstangen, bei denen der Härteverzug sehr unterschiedlich ausfällt, die Größe des Härteverzugs schwer vorhersehbar ist und bei denen das Einspannen keine brauchbare Abhilfe gegen Härteverzug schafft. So nützt bei Kurbelwellen, deren Kurbellager gehärtet werden sollen, das Einspannen an den Drehlagern nur wenig, denn an den freiliegenden Kurbellagern kann ein Härteverzug unbehindert auftreten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand den Härteverzug von im Umlaufverfahren gehärteten Kurbelwellen zu minimieren, damit auf ein aufwendiges Richten verzichtet werden kann.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß ein weitgehend verzugsarmes Härten dann gelingt, wenn man einen der Spannköpfe von seinem Verschiebeantrieb während des Härtevorgangs abgekuppelt, in einem nach außen mittels Sperrluft berührungslos oder über Faltenbälge hemmungsarm abgedichtet und gegenüber axialer Ausdehnung der Kurbelwelle bei einer Reibungszahl von kleiner als 0,01 hydrostatisch oder wälzgeführt gelagert wird. Wenn dann während des Erhitzens eine Längung des Werkstücks auftritt, kann das Werkstück diesem Bestreben folgen und ebenso kann es beim Abschrecken frei schrumpfen, so daß kaum Verzug auftritt.

Die erfindungsgemäße Lehre stellt eine völlige Abkehr von der bislang herrschenden Fachmeinung dar, daß man zur Vermeidung von Härteverzug das Werkstück in axialer Richtung starr einspannen soll. Nach dem Erfindungsvorschlag wird dem Werkstück gerade Gelegenheit geboten, dem Verformungsbestreben beim Erhitzen und Abschrecken nachzugeben.

Die praktisch sinnvolle Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die umlaufende Kurbelwelle an mindestens einem ihrer Enden bei einer Reibungszahl von kleiner als 0,01 so reibungsarm zu lagern, daß sie sich schon beim Auftreten ganz geringer Axialkräfte, wie sie von Wärmedehnungen herrühren, in Axialrichtung frei bewegen kann.

Bei einer Vorrichtung zum Umlaufhärten von Kurbelwellen, die gemäß DE-AS 23 43 684 an beiden Enden in einander gegenüberliegenden Spannköpfen um ihre Achse drehbeweglich eingespannt sind, eine Heiz- und Abschreckvorrichtung, einen Antrieb an einem der beiden Spannköpfe zum Drehen der eingespannten Kurbelwelle um ihre Achse, je einem Einspannantrieb an beiden Spannköpfen und mit einem Verschiebeantrieb für die Spannköpfe gegenüber der Kurbelwelle beim Aufnehmen derselben zum Einspannen umfaßt, wird erfindungsgemäß der Verschiebeantrieb aus pneumatischen oder hydraulischen Kolbenzylindereinheiten bestehen, die an einem Ende in einem Gehäuse ortsfest sind und am anderen Ende mit Anschlägen an einer in Nadellagern beweglich in einem weiteren Gehäuses schwimmend gelagerten Vierkantpinole zusammenwirken, in der eine den Spannkopf tragende Hohlspindel drehbar gelagert ist, durch die von einer Steuereinrichtung betätigbare Einspannantriebsmittel koaxial hindurchgeführt sind. Die zu härtende Kurbelwelle wird also an einem Ende fest, d. h. axial unbeweglich eingespannt, während der Spannkopf am gegenüberliegenden Ende der drehbar gelagerten Kurbelwelle in seiner Axialrichtung beweglich ist, nachdem der Verschiebeantrieb vom Spannkopf gelöst ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung soll das Gehäuse durch Faltenbälge nach außen hemmungsarm abgedichtet sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht der Härtevorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt des axial beweglichen Spannkopfes und

Fig. 3 einen Querschnitt des Spannkopfes.

Gleiche Teile sind in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt die gesamte Härtevorrichtung mit strichpunktiert angedeuteter Einrichtung 1 zum Erhitzen und Abschrecken der zu härtenden Kurbelwelle 2 mit Spannköpfen 3, 4 zum Einspannen der Kurbelwelle 2 an gegenüberliegenden Enden und mittiger Stütze 5 für das Mittellager der Kurbelwelle 2. Das Einspannen der Kurbelwelle 2 in die Spannköpfe 3 und 4 wird durch Steuerungen 6 und 7 bewirkt.

Das Einspannen der sich beim Härtevorgang um ihre Längsachse drehenden Kurbelwelle 2 erfolgt auf der einen Seite (rechte Seite in Fig. 1) in dem Spannkopf 3, an dem der Antrieb 8 zum Drehen der Kurbelwelle 2 um ihre Achse angreift und der in einem Gehäuse 9 axial festliegend gelagert ist. Der das andere Ende der Kurbelwelle 2 (linke Seite in Fig. 1) einspannende Spannkopf 3 ist in dem Gehäuse 10 schwimmend, d. h. axial verschiebbar gelagert, wie sich im einzelnen aus den Fig. 2 und 3 ergibt.

Der Spannkopf 3 sitzt am Ende einer rohrförmigen Spindel 11, die in einem in einer Vierkantpinole 12 gelagerten Wälzlager 13 drehbar ist. Die Vierkantpinole 12 ist ihrerseits an gegenüberliegenden Kanten in einem Nadellager 14 axial verschiebbar im Gehäuse 10 gelagert. Die Zugstange 15 für die Betätigung des Spannkopfes 3 beim Einspannen der Kurbelwelle 2 ist koaxial durch die Spindel 11 hindurchgeführt.

Pneumatische oder hydraulische Kolbenzylindereinheiten 17 sind an im Gehäuse 10 starren Böcken 19 einseitig angebracht. Die Kolben 16 sind in Achsrichtung des Drehlagers 2 ausfahrbar, bis sie gegen Anschläge 18 stoßen, die an der Vierkantpinole 12 befestigt sind.

Hemmungsarme Faltenbälge 20 sichern das Innere des Gehäuses 10 vor dem Verschmutzen. Alternativ kann die Abdichtung des Gehäuses 10 nach außen auch mittels Sperrluft berührungslos erfolgen.

Zum Einspannen der Kurbelwelle 2 werden die Spannköpfe 3, 4 gegenüber den Enden der Kurbelwelle 2 zugestellt, und diese werden dann durch Betätigen der Futter an den Spannköpfen 3, 4 mittels der Steuerungen 6, 7 eingespannt. Das Zustellen der Spannköpfe wird bewirkt durch Kolben 16 der Kolben-Zylinder-Einheit 17, der gegen die an der Vierkantpinole 12 befestigten Anschläge 18 Druck ausübt und dadurch die Vierkantpinole 12 und mit ihr die Spindel 11 und der Spannkopf 3 im Gehäuse 10 axial verschiebt. Beim Ausspannen der Kurbelwelle 2 wird die Kolben-Zylinder-Einheit 17 betätigt, welcher den Spannkopf 3 von der Kurbelwelle 2 wegschiebt. Durch das Abkoppeln des aus den Kolben-Zylinder-Einheiten 17 gebildeten Verschiebeantriebs für die Spannköpfe 3, 4 nach dem Spannvorgang wird die Voraussetzung für die reibungsarme Axialverschieblichkeit der Spannköpfe 3, 4 geschaffen.

• Bezugszeichenliste  1 Erhitzungs- und Abschreckeinrichtung
   2 Kurbelwelle
   3 Spannkopf
   4 Spannkopf
   5 Stütze
   6 Steuerung
   7 Steuerung
   8 Drehantrieb
   9 Gehäuse
  10 Gehäuse
  11 Spindel
  12 Vierkantpinole
  13 Wälzlager
  14 Nadellager
  15 Zugstange
  16 Kolben
  17 Kolben-Zylinder-Einheit
  18 Anschlag
  19 Bock
  20 Faltenbalg

Claims (3)

1. Verfahren zum Betrieb einer Induktions-Härtevorrichtung für Kurbelwellen, bei dem die Kurbelwelle beidendig in radial steifen axial verschiebbaren drehbeweglichen Spannköpfen eingespannt und um ihre Achse gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Spannköpfe von seinem Verschiebeantrieb während des Härtevorgangs abgekuppelt, in einem nach außen mittels Sperrluft berührungslos oder über Faltenbälge hemmungsarm abgedichtet und gegenüber axialer Ausdehnung der Kurbelwelle bei einer Reibungszahl von kleiner als 0,01 hydrostatisch oder wälzgeführt gelagert wird.

2. Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen, die an beiden Enden in einander gegenüberliegenden Spannköpfen um ihre Achse drehbeweglich eingespannt sind, mit einer Heiz- und Abschreckvorrichtung und einem Antrieb an einem der beiden Spannköpfe zum Drehen der eingespannten Kurbelwelle um ihre Achse, je einem Einspannantrieb an beiden Spannköpfen und mit einem Verschiebeantrieb für die Spannköpfe gegenüber der Kurbelwelle beim Aufnehmen derselben zum Einspannen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeantrieb aus pneumatischen oder hydraulischen Kolbenzylindereinheiten (17) besteht, die an einem Ende in einem Gehäuse (9) ortsfest sind und am anderen Ende mit Anschlägen (18) an einer in Nadellagern (14) beweglich in einem weiteren Gehäuse (10) schwimmend gelagerten Vierkantpinole (12) zusammenwirken, in der eine den Spannkopf (3) tragende Hohlspindel (11) drehbar gelagert ist, durch die von einer Steuereinrichtung (6) betätigbare Einspannantriebsmittel (15) koaxial hindurchgeführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) durch Faltenbälge (20) nach außen hemmungsarm abgedichtet ist.