DE3926571C1

DE3926571C1 - Inductor head for piston engines - consists of inductor loop following periphery of cylinder around radial laminated yokes

Info

Publication number: DE3926571C1
Application number: DE3926571A
Authority: DE
Inventors: Gustav 7311 Hochdorf De Hanisch; Friedrich 7000 Stuttgart De Jelinek
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1990-04-26
Anticipated expiration: 2009-08-12

Abstract

For inductive hardening cylinder bores of reciprocating piston engines, an inductor head (1) consists of an inductor loop (2) following the periphery of the cylinder, around which are radial, C-shped laminated yokes (11). The yokes, during relative movement of the head and cylinder, produce a pattern of hardened strips in a simultaneous hardening procedure. The regions (10) between the yokes are spaced from the cylinder surface to reduce their effect. ADVANTAGE - Time for hardening is reduced by cheap and simple head.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Härten der Zylinderlaufflächen von Hubkolbenmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Induktorkopf zur Durchführung dieses Verfahrens nach Anspruch 3, wie sie aus der GB-PS 7 17 620 als bekannt hervorgehen.The invention relates to a method for inductive hardening of the cylinder surfaces of reciprocating machines after Preamble of claim 1 and an inductor head Carrying out this method according to claim 3 as they emerge from the GB-PS 7 17 620 as known.

In der GB-PS 7 17 620 ist ein Verfahren offenbart, bei dem mittels eines Induktorkopfes mehrere Härtestreifen an ei ner Zylinderlauffläche einer Hubkolbenmaschine gehärtet werden. Bei diesem Verfahren wird ein mit einer nahezu geschlossenen Induktorschleife versehener Induktorkopf in die Zylinder eines Motorblockes der Hubkolbenmaschine ein getaucht und die Induktorschleife mittels Abstandhalter auf einer bestimmten Distanz zur Zylinderlauffläche be weglich gehaltert. Der Motorblock und der Induktorkopf sind entlang der Zylinderachse relativ zueinander linear bewegbar und auch relativ zueinander drehbar. Dadurch kön nen örtlich unterschiedlich anzuordnende Härtestreifen eines Härtemusters nacheinander an der Zylinderlauffläche gehärtet werden. In Arbeitsrichtung ist der Induktorschlei fe eine Abschreckbrause nachgeordnet, die die von der In duktorschleife erwärmten Zonen der Härtestreifen der Zylin derlauffläche sofort abschreckt. Werden mit einem solchen Verfahren mit einem solchen Induktorkopf die Zylinderlauf fläche eines Motorblocks innerhalb eines Motoren-Montage bandes gehärtet, ergeben sich immer Stauzeiten, da die einzelnen Härtestreifen eines Härtemusters nur sequentiell anngebracht werden können. Ferner weist eine derart gehär tete Oberfläche meist Verzüge und kleinere Risse auf, wo durch die Qualität der gehärteten Oberfläche verschlech tert wird.In GB-PS 7 17 620 a method is disclosed in which using an inductor head several hardness strips on egg Hardened ner cylinder barrel surface of a reciprocating machine will. In this process, one with an almost closed inductor loop provided the cylinders of an engine block of the reciprocating engine immersed and the inductor loop using spacers be at a certain distance from the cylinder surface held movably. The engine block and the inductor head are linear relative to each other along the cylinder axis movable and also rotatable relative to each other. This allows hardness strips that can be arranged in different locations a hardness pattern in succession on the cylinder surface be hardened. The inductor loop is in the working direction fe downstream of a quenching shower, which the by the In duct loop heated zones of the hardness strips of the Zylin the tread immediately discourages. Be with one Process with such an inductor head the cylinder barrel area of an engine block within an engine assembly banded hardened, there are always traffic jams, because the individual hardness strips of a hardness pattern only sequentially can be attached. Furthermore, one has such a hardiness mostly warpage and minor cracks where deteriorate due to the quality of the hardened surface is tert.

Ein weiteres Verfahren der Härtung von Zylinderlaufflächen eines Motorblocks ist in der DE-PS 33 43 783 dargestellt. Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Härtestreifen des Härtemusters mittels eines Laserstrahles aufgebracht. Die Vorrichtung zu diesem Verfahren ist jedoch technolo gisch kompliziert und damit sehr teuer. Ferner ist die Produktionsrate, da wie bei der GB-PS 7 17 620 die ein zelnen Härtestreifen nur sequentiell gehärtet werden, re lativ langsam, oder es müssen beispielsweise mehrere Ma schinen in einer Art Puffer nebeneinander aufgestellt wer den, was einen erhöhten Platzbedarf bedeutet.Another method of hardening cylinder liners an engine block is shown in DE-PS 33 43 783. In this process, the individual hardness strips of the hardness pattern applied by means of a laser beam. However, the device for this method is technological complicated and therefore very expensive. Furthermore, the Production rate, because like the GB-PS 7 17 620 the one individual hardness strips are only hardened sequentially, right relatively slow, or several Ma seem to be placed side by side in a kind of buffer what means an increased space requirement.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrundegelegte Ver fahren und den zugrundegelegten Induktorkopf dahingehend weiterzuentwickeln, daß einerseits die Qualität der induktiv gehärteten Zylinderlaufflächen erhöht wird und daß andererseits die für das Härten benötigte Arbeitszeit sinkt.The object of the invention is the underlying Ver drive and the underlying inductor head to further develop that on the one hand the quality of the induction hardened cylinder running surfaces is increased and that on the other hand the working time required for hardening sinks.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 gelöst.The object is achieved with the characteristic Features of claim 1 and claim 3 solved.

Das gleichzeitige Härten der axial gleich liegenden Zonen der Härtestreifen mittels den von den Jochblechpaketen umfaßten Bereichen der Induktorschleife verringert die Bearbeitungszeit. Die Härtung eines Härtemusters mit meh reren parallel zueinander liegenden Härtestreifen benötigt nunmehr fast genau die gleiche Zeit, die bislang für das Härten eines einzelnen Härtestreifens benötigt wurde. Gleichzeitig nimmt, wie im Einsatz festgestellt werden konnte, die Qualität der gehärteten Oberflächen zu. Es ist auch zu bemerken, daß ein erfindungsgemäßer Induktorkopf aus einfachen, billigen und handelsüblichen Einzelteilen aufgebaut ist, wodurch er sehr billig zu produzieren ist. Sinnvolle Ausgestaltungen des Induktorkopfes sind den Un teransprüchen entnehmbar.The simultaneous hardening of the axially identical zones the hardness strip by means of the yoke sheet packages covered areas of the inductor loop reduces the Processing time. The hardening of a hardness pattern with meh hardness strips lying parallel to each other are required now almost exactly the same time as before for the Hardening a single strip of hardness was needed. At the same time, as is determined in use could, the quality of the hardened surfaces. It is also to be noted that an inductor head according to the invention from simple, cheap and commercially available individual parts is built, making it very cheap to produce. Useful designs of the inductor head are the Un removable claims.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Induktor kopfes ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im fol genden erläutert. Dabei zeigt:An embodiment of an inductor according to the invention Head is shown in the drawings and is shown in fol explained. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Induktor kopfes, Fig. 1 is a schematic representation of the inductor head,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II, Fig. 2 shows a section along the line II-II,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Induktorkopfes ohne Abschreckbrause in einem Zylinder und Fig. 3 shows a detail of an inductor head without quenching in a cylinder and

Fig. 4 ein aus Härtestreifen gebildetes Härtemu ster. Fig. 4 is a Härtemu formed from strips of hardness.

Der in Fig. 1 dargestellte Induktorkopf 1 mit seinen an gedeuteten Anschlüssen der Spannungsversorgung 19 weist eine nahezu geschlossene, ringförmige Induktorschleife 2 auf. Die Induktorschleife 2 wird mittels radial von ihr abragenden und an ihrem Außenumfang angeordneten Abstands haltern 14, die idealer Weise aus Keramik gefertigt sind, konzentrisch zur Zylinderlauffläche 6 geführt. In Arbeits richtung ist der Induktorschleife 2 eine Abschreckbrause 8 nachgeordnet, die ringförmig ausgebildet und gleichachsig zur Induktorschleife 2 angeordnet ist. An ihrer äußeren Mantelfläche weist die Abschreckbrause 8 Durchbrüche auf, durch die das Kühlwasser, das über den Wasseranschluß 20 eingeleitet wird, ausströmt. An der Induktorschleife 2, die parallel zur Umfangsrichtung 15 der Zylinderlauffläche 6 verläuft, sind Jochblechpakete 11 mit einem gegenseiti gen Abstand angeordnet. Jedes einzelne Jochblechpaket 11 umfaßt radial ausgerichtet und C-förmig die Induktorschlei fe 2 und ist zur Zylinderlauffläche 6 hin offen - aktive Fläche 9 -. Die Zwischenbereiche 10 der Induktorschleife 2 zwischen zwei Jochblechpaketen 11 sind gegenüber den akti ven Flächen 9 radial von der Zylinderlauffläche 6 zurückversetzt, damit das von diesen Zwischenbereichen 10 ausgehende Magnetfeld nur einen geringen induktiven Ein fluß auf die Zylinderlauffläche 6 hat. Damit axial gleich liegende Zonen 7 - eine Zone 7 entspricht der Schnittflä che eines Härtestreifens 4 mit einem gedachten und im Be reich der Fläche 8 verlaufenden Querstreifen 5 - eines Härtemusters 3 gleichzeitig gehärtet werden, ist jeder einzelnen Zone 7 jeweils ein eigenes Jochblechpaket 11 zugeordnet. Die Breite und der gegenseitige Abstand von Härtestreifen 4 eines Härtemusters 11 ist somit neben den geräteseitigen Parametern (Ausmaße der aktiven Fläche) nur vom Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit zur Geschwin digkeit in axialer Richtung 16 abhängig. Zur Erhöhung der Magnetfelddichte auf die Zylinderfläche 6 im Bereich der aktiven Flächen 9, sind zwischen die parallelen Schenkel der Jochblechpakete 11 an der Außenseite der Induktorschlei fe 2 aus diamagnetischem Material, insbesondere Kupfer, gefertigte Segmentplättchen 12 fluchtend angeordnet. Eine höhere Magnetfelddichte verkürzt einerseits die zur Här tung benötigte Zeit und andererseits ergibt sich ein schär ferer Übergang zwischen gehärteten und ungehärteten Be reich. Die Segmentplättchen 12 sind an einem Segmentring 13, der zwischen der Induktorschleife 2 und der Abschreck brause 8 angeordnet ist, angelötet - Lötstellen 21 -. We gen eines einfacheren Aufbaues ist der Segmentring 13 na hezu deckungsgleich zu der Induktorschleife 12 gearbeitet. Dadurch kann er zusammen mit der Induktorschleife 2 von den Jochblechpaketen 11 umfaßt werden. The inductor head 1 shown in Fig. 1 with its at interpreted terminals of the voltage supply 19 has an almost closed circular inductor. 2 The inductor 2 is made of ceramics by means of radially projecting holders of it and arranged at its outer circumferential distance 14, which ideally performed concentrically with the cylinder surface. 6 In the working direction, the inductor loop 2 is followed by a quenching shower 8 , which is ring-shaped and is coaxial with the inductor loop 2 . On its outer lateral surface, the quench shower 8 has openings through which the cooling water which is introduced via the water connection 20 flows out. On the inductor loop 2 , which runs parallel to the circumferential direction 15 of the cylinder running surface 6 , yoke plate packs 11 are arranged at a mutual distance. Each individual yoke sheet package 11 comprises radially aligned and C-shaped the inductor loop 2 and is open to the cylinder surface 6 - active surface 9 -. The intermediate regions 10 of the inductor loop 2 between two yoke plate packs 11 are set back radially from the cylinder running surface 6 with respect to the active surfaces 9 , so that the magnetic field emanating from these intermediate regions 10 has only a slight inductive influence on the cylinder running surface 6 . So that axially identical zones 7 - a zone 7 corresponds to the sectional surface of a hardness strip 4 with an imaginary and in the area 8 extending transverse stripes 5 - a hardness pattern 3 are simultaneously hardened, each individual zone 7 is assigned its own yoke plate package 11 . The width and the mutual distance from hardness strips 4 of a hardness pattern 11 is thus dependent on the device-side parameters (dimensions of the active surface) only on the ratio of the peripheral speed to the speed in the axial direction 16 . To increase the magnetic field density on the cylinder surface 6 in the area of the active surfaces 9 , between the parallel legs of the yoke plate packs 11 on the outside of the inductor loop fe 2 made of diamagnetic material, in particular copper, segment plates 12 are arranged in alignment. A higher magnetic field density on the one hand shortens the time required for hardening and on the other hand results in a sharper transition between hardened and unhardened areas. The segment plates 12 are soldered to a segment ring 13 , which is arranged between the inductor loop 2 and the quench shower 8 - soldering points 21 -. Because of a simpler construction, the segment ring 13 is almost congruent to the inductor loop 12 . As a result, it can be encompassed by the yoke plate packs 11 together with the inductor loop 2 .

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Induktorkopfes darge stellt, der in dem Zylinder 18 eines Motorblockes 17 die Zylinderlauffläche 6 analog dem in Fig. 4 dargestellten Härtemuster 3 härtet. Das Härtemuster 3 weist hierbei ge gen die Längsachse geneigte Härtestreifen 4 auf. Um ein solches Härtemuster 3 zu erreichen, wird der Induktorkopf 1 in den Zylinder 18 gesenkt. Die Hochfrequenzspannung wird eingeschaltet und nach einer Anlaufzeit der Induktor kopf mit einer Drehbewegung entlang der Rotationsachse des Zylinder 18 aus dem Zylinder 18 herausgezogen. Dabei wer den gleichzeitig die axial gleich liegenden Zonen 7 induk tiv erwärmt. Die erwärmten Zonen 7 werden, sobald sie in den Bereich der Abschreckbrause 8 - in Fig. 3 nicht einge zeichnet - gelangen, mittels des Kühlwassers abgeschreckt. Aufgrund der geringen räumlichen Ausdehnung des Induktor kopfes ist es möglich, mehrere Induktorköpfe nebeneinander anzuordnen, wodurch beispielsweise die Zylinderlaufflächen 6 jedes zweiten Zylinders 18 eines Motorblockes gleichzei tig gehärtet werden können, was zu einer weiteren Arbeits zeiteinsparung führt.In Fig. 3 a section of a Induktorkopfes is Darge represents, analogous to the cylinders of the tread 6 in the cylinder 18 of an engine block 17 cures the hardness pattern 3 shown in Fig. 4. The hardness pattern 3 has ge against the longitudinal axis inclined hardness strips 4 . In order to achieve such a hardness pattern 3 , the inductor head 1 is lowered into the cylinder 18 . The high-frequency voltage is turned on and after an initial period of the inductor head 18 pulled out of the cylinder 18 with a rotary motion along the axis of rotation of the cylinder. Who at the same time inductively heated the axially identical zones 7 . The heated zones 7 , as soon as they get into the area of the quench spray 8 - not shown in FIG. 3 - are quenched by means of the cooling water. Due to the small spatial extent of the inductor head, it is possible to arrange several inductor heads next to each other, whereby, for example, the cylinder surfaces 6 of every second cylinder 18 of an engine block can be hardened at the same time, which leads to a further saving in working time.

Claims

1. Method for inductive hardening of the cylinder running surfaces of reciprocating piston machines in which several hardness strips or a grid of hardening points are seen on the cylinder running surface, an inductor head and the workpiece being moved relative to one another along the cylinder axis during the hardening process, characterized in that all axially the same lying zones to be hardened ( 7 ) are hardened at the same time.

2. Process for inductive hardening of the cylinder surfaces of reciprocating machines, characterized, that a frequency of min at least 15 kHz is used.

3. Inductor head for inductive hardening of several hardness strips or a grid of hardness points on cylinder running surfaces of a reciprocating machine, with an almost closed inductor loop and a spacer at a distance from the cylinder running surface, which is arranged downstream of a quenching shower in the working direction, for a method according to claim 1 , characterized in that the inductor head ( 1 ) has a substantially circumferential direction ( 15 ) of the cylinder running surface ( 6 ) extending in the inductor loop ( 2 ), along the radially oriented inductor loop ( 2 ) comprising a C-shape and outward open yoke sheet packets ( 11 ) are arranged at a distance from each other, and that each individual hardening test strip ( 4 ) is assigned a single yoke sheet packet ( 11 ).

4. Inductor head according to claim 3, characterized in that the inductor loop ( 2 ) in the intermediate region ( 10 ) between the yoke plate packs ( 11 ) is at a distance from the cylindrical envelope surface of the inductor loop ( 1 ).

5. Inductor head according to one of claims 3 or 4, characterized in that on the outside of the inductor loop ( 2 ) in the region of the yoke plate packs ( 11 ) segment plates ( 12 ) are arranged.

6. Inductor head according to claim 5, characterized in that the segment plates ( 12 ) are made of a diamagnetic material, preferably copper.

7. inductor head according to claim 5 or 6, characterized in that the segment leaflets ( 12 ) are arranged on a segment ring ( 13 ).

8. inductor head according to claim 7, characterized in that the segment ring ( 13 ) between the inductor loop ( 2 ) and the quenching shower ( 8 ) is arranged.

9. Inductor head according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that spacers ( 14 ) are arranged on the outside of the inductor loop ( 2 ) in the region of the intermediate regions ( 10 ).

10. Inductor head according to claim 9, characterized in that the spacers ( 14 ) are made of ceramic.