DE10196814T5

DE10196814T5 - Induktionshärtungsspule für eine Kurbelwelle

Info

Publication number: DE10196814T5
Application number: DE10196814T
Authority: DE
Inventors: Neil A. Fishers Merrel; John M. Danville Storm
Original assignee: Contour Hardening Inc
Current assignee: Contour Hardening Inc
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2004-04-15
Also published as: WO2002036985A2; JP2004513231A; WO2002036985A3; MXPA03003513A; US6362462B1

Abstract

Induktionsspulenanordnung zum Induktionshärten eines Teils eines Werkstücks, wobei die Induktionsspulenanordnung umfasst: eine Spule mit einer oben liegenden Oberfläche, einer unten liegenden Oberfläche und einer inneren Spulenkrümmung, welche zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche angeordnet ist, wobei die innere Spulenkrümmung sich über etwa 180° um eine Spulenachse herum erstreckt, wobei die Spule ferner einen ersten Endabschnitt aufweist, der nahe einem ersten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche erstreckt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der nahe einem zweiten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche erstreckt; und einen Haltearm, der mit der Spule verbunden ist und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der Spule und einer elektrischen Stromquelle bereitstellt, wobei der Haltearm einen stromaufnehmenden Teil, der mit der oben liegenden Oberfläche...

Description

Hinweis zu verwandten Anmeldungen
Die vorliegende Patentanmeldung ist eine "continuation-in-part" Patentanmeldung der US Patentanmeldung Nr. 09/431,723, eingereicht am 01. November 1999, gegenwärtig anhängig, welche eine "divisional" Anmeldung des US Patents Nr. 6,013,904 ist, erteilt am 11. Januar 2000, welches wiederum eine "continuation-inpart" Anmeldung des US Patents Nr. 6,018,155 ist, erteilt am 25. Januar 2000.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Vorrichtungen zum induktiven Erhitzen und Abschreckhärten einer Kurbelwelle. Der breite Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft induktives Erhitzen und Abschreckhärten einer Kurbelwelle, welche entweder horizontal oder vertikal orientiert ist, wobei die Induktionsspulenanordnung (oder Anordnungen) nicht die Oberflächen der Kurbelwelle berühren, welche einer Induktionshärtung zu unterziehen sind. Computergesteuerte Servomotoren und X- und Y-Antriebssysteme werden benützt, um die Induktionsspulenanordnung relativ zu einem Kurbelzapfenbereich der Kurbelwelle zu positionieren und zu bewegen, wenn die Kurbelwelle sich mit einer vorbestimmten Drehzahl pro Minute dreht. Die Bewegung der Induktionsspulenanordnung beruht auf mathematischen Formeln und der Kurbelwellengeometrie, welche die Dimensionen der Kurbelwelle und den jeweiligen Ort des einer Induktionshärtung zu unterziehenden Kurbelwellenbereichs relativ zu der Längsachse der Kurbelwelle umfassen. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf die Gestaltung einer Induktionsspule für eine Kurbelwelle mit einer Konstruktion mit geteilten Zapfen.
Eine Kurbelwelle für ein Fahrzeug wird aus einer Reihe von Kurbelzapfen hergestellt, im Fall von Reihenmotoren einen Kurbelzapfen für jeden Zylinder oder im Fall von V-Motoren einen Kurbelzapfen für jedes Paar von Zylindern. Die Funktion der Kurbelwelle liegt darin, die reziprozierende Bewegung des Kolbens und dessen Verbindungsstange in eine rotierende Bewegung umzuwandeln. Der Hub der Kurbelwelle ist gleich dem Hub des Motors. Die Kurbelwelle muss hinreichend ausbalanciert sein, um Zentrifugalkräfte zu vermeiden, und dementsprechend wird die Kurbelwelle mittels Gewichten ausgewuchtet, welche entgegengesetrt zu korrespondierenden Kurbelzap fen oder lediglich "Zapfen" angeordnet sind. Jeder Zapfen ist innerhalb eines Endes einer korrespondierenden Verbindungsstange aufgenommen, deren entgegengesetztes Ende mit einem Kolben verstiftet ist. Kurbelwellen sind auch mit axialen Lagerflächen ausgebildet, welche zur Aufnahme der Hauptlager gestaltet sind. Eine Sechs-Zylinder-Reihen-Kurbelwelle hat typischerweise sieben Hauptlager.
Aufgrund der Belastung und des Verschleißes an den Zapfen und den Lagerflächen ist die Härtung dieser Bereiche der Kurbelwelle bedeutend. Eine Möglichkeit, sich dieser Aufgabe anzunähern, liegt darin, diese kritischen Oberflächen induktiv zu erhitzen und dann einer Abschreckhärtung zu unterziehen. Herkömmlicherweise sieht dieser verfolgte Ansatz vor, die Kurbelwelle in horizontaler Orientierung anzuordnen und dann, wenn die Kurbelwelle aufgrund der induktiven Erhitzung eine erheblich erhöhte Temperatur erreicht, ein Stützelement in Position zu bewegen, um die Kurbelwelle zu stützen und sie vor einem Durchbiegen zu bewahren. Dieser traditionelle Ansatz sieht auch vor, dass die Induktionsspule und/oder ein Teil der Induktionsspulenanordnung die Oberflächen berührt oder über diese hinweg läuft, welche induktiv zu erhitzen und einer Abschreckhärtung zu unterziehen sind. Dieser Kontakt von Metall auf Metall beschleunigt den Verschleiß der Spulenanordnung und führt dazu, dass die Spulenanordnung periodisch ersetzt werden muss. Das Erfordernis, die Induktionsspulenanordnung zu ersetzen, führt nicht nur zu einem zusätzlichen Kostenfaktor sondern auch zu einer Ausfallzeit der Induktionshärtungsausrüstung.
Durch Orientieren der Kurbelwelle in horizontaler Richtung wird die Berührung durch die Induktionsspulenanordnung an kritischen Oberflächen der Kurbelwelle aufgrund der einfachen Durchführbarkeit verstärkt, die Induktionsspulenanordnung auf den Zapfen und Lagerflächen entlang gleiten zu lassen, wenn die Kurbelwelle zwischen den Mittelpunkten gedreht wird. Dieser traditionelle Ansatz, bei welchem die Induktionsspulenanordnung wie ein Mitläufer wirkt, erfordert kein separates Antriebssystem für die Induktionsspulenanordnung, da die kritischen Oberflächen in Kontakt mit der Spulenanordnung stehen. Allerdings wird der direkte Kontakt zwischen der Spulenanordnung und dem Bereich der Kurbelwelle, welcher der Induktionshärtung zu unterziehen ist, als ein wesentlicher Nachteil angesehen, nicht nur aufgrund des Verschleißes der Induktionsspulenanordnung und der horizontalen Anbringung der Kurbelwelle, sondern auch aus weiteren Gründen, welche nachfolgend dargelegt werden.
Wenn die Induktionsspulenanordnung die Zapfen und/oder Lagerflächen berührt, ist es schwierig, den Verschleißzustand der Spulenanordnung festzustellen. Durch direk tes Hinweggleiten auf den Kurbelwellenflächen wird die Berührungsfläche der Induktionsspulenanordnung wirksam sichtverdeckt, wodurch es schwierig ist, den Grad oder das Ausmaß des Verschleißes an der Spulenanordnung festzustellen. Dies bedeutet wiederum, dass die Induktionsspulenanordnung zu lange betrieben werden kann und einen Punkt erreichen kann, bei welchem sie ausbeult. Dies zerstört typischerweise das Teil und zerstört oder beschädigt die Spulenanordnung. Eine Berührung zwischen der Spulenanordnung und der Kurbelwelle resultiert oftmals in einer Beschädigung oder einem Abreiben der Kurbelwellenoberfläche und dies erfordert zusätzliches Mahlgut, welches dann maschinell entfernt werden kann, um die Oberflächenunvollkommenheiten abzuschleifen. Dann ist ein ausgedehnter Nachhärtungsschritt erforderlich. Es würde eine wesentliche Verbesserung gegenüber den gegenwärtigen Verfahren und Vorrichtungen zum Induktionshärten von Kurbelwellen darstellen, wenn eine Vorrichtung bereitgestellt werden könnte, mittels welcher die Induktionsspulenanordnung nicht die Zapfen und Lagerflächen berühren muss. Eine derartige Vorrichtung würde die Lebensdauer der Spulenanordnung beträchtlich verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Induktionsspulenanordnung für Kurbelwellenzapfen vorgesehen und kann an einer ersten Arbeitsstation angeordnet und betrieben werden. Es sind entweder eine separate Induktionsspulenanordnung oder eine Reihe von Spulenanordnungen für die Lagerflächen vorgesehen. Diese können an einer zweiten Arbeitsstation angeordnet und betrieben werden. Diese Spulenanordnungen sind derart ausgebildet, dass keine Berührung mit den Oberflächen der Kurbelwelle vorliegt, welche durch die Spulenanordnungen induktiv zu härten sind. Dies verbessert die Lebensdauer der Spulenanordnung. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Dimensionen und die Geometrie der Kurbelwelle dazu genutzt, den Weg oder die Umlaufbahn jedes Zapfens zu definieren, und der Verfahrweg jeder Induktionsspulenanordnung wird berechnet und in geeignete Antriebssysteme programmiert, welche die Bewegung jeder Spulenanordnung steuern. Wenn die Lagerflächen auch eine Umlaufbahn aufweisen, sind diese Umlaufbahnen konzentrisch bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle. Demzufolge muss die Spulenanordnung (oder die Anordnungen), welche für diese Lagerflächen verwendet wird, sich nicht auf einer angepassten Umlaufbahn bewegen, sondern ist stattdessen stationär.
Obwohl das Induktionshärten von Kurbelwellen bekannt ist, bleibt die vorliegende Erfindung neu und ist nicht offensichtlich. Die Kombination von strukturellen Merkmalen der vorliegenden Erfindung inklusive der offenbarten Gestaltungen der Induktionsspule sorgen für beträchtliche Vorteile gegenüber dem gegenwärtig Vorhandenen und die lange Suche und der vorangehend unerfüllte Bedarf nach der vorliegenden Erfindung bekräftigt ihren neuen und nicht offensichtlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik.
Abriss der Erfindung
Eine Induktionshärtungs-Spulenanordnung zum Induktionshärten eines Werkstücks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spule mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und einer inneren Spulenkrümmung, welche zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche angeordnet ist, wobei die innere Spulenkrümmung sich um etwa 180° um eine Spulenachse erstreckt, wobei die Spule ferner einen ersten Endabschnitt aufweist, der benachbart zu einem ersten Ende der inneren Spulenkrümmung ist und sich zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche erstreckt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der benachbart zu einem zweiten Ende der inneren Spulenkrümmung ist und sich zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche erstreckt, und einen Haltearm, der mit der Spule verbunden ist und derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der Spule und einer elektrischen Stromquelle bereitstellt, wobei der Haltearm einen stromaufnehmenden Abschnitt aufweist, der mit der oberen Oberfläche über den ersten Endabschnitt verbunden ist, und einen stromabgebenden Abschnitt aufweist, der mit der unteren Oberfläche an einem Ort verbunden ist, welcher zwischen der ersten und zweiten Seitenfläche liegt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Induktionshärtungsspule für die Induktionshärtung eines Werkstücks bereitzustellen.
Verwandte Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
1 ist eine Seitenansicht einer Induktionshärtungsvorrichtung für die Zapfen einer Kurbelwelle gemäß einem typischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht der Induktionshärtungsvorrichtung aus l.
3 ist eine Vorderansicht der Induktionshärtungsvorrichtung aus l.
4 ist eine Seitenansicht von rechts der Induktionshärtungsvorrichtung aus 1.
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Kurbelwelle, welche mit der Induktionshärtungsvorrichtung aus l einer Induktionshärtung zu unterziehen ist, mit Teilen des Spulenantriebssystems.
6 ist eine vergrößerte Draufsicht der Induktionsspule an einer ersten Arbeitsstation, umfassend einen Teil der Induktionshärtungsvorrichtung aus l.
6A ist eine_; Vorderansicht der Induktionsspulenanordnung aus 6.
7 ist eine schematische Darstellung der Orientierung eines Kurbelwellenzapfens während einer Umdrehung der Kurbelwelle.
7A ist eine schematische Darstellung der Orientierung eines Kurbelwellengegengewichts während einer Umdrehung der Kurbelwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7B ist eine schematische Darstellung der Orientierung eines Kurbelwellengegengewichts und der Induktionsspulenanordnung während einer Umdrehung der Kurbelwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Draufsicht einer 90°-Induktionshärtungs-Spulenanordnung, welche für eine Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
8A ist eine Seitenansicht der Induktionshärtungs-Spulenanordnung aus 8.
9 ist eine Vorderansicht der Induktionshärtungs-Spulenanordnung aus 8.
10 ist eine schematische Draufsicht einer versetzten 180°-Induktionshärtungs-Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
ll ist eine schematische Seitenansicht der Spulenanordnung aus 10.
12 ist eine schematische Vorderansicht der Spulenanordnung aus 10.
13 ist eine schematische Teildarstellung des sich ergebenden Erhitzungsmusters in einem Werkstück auf Grundlage der Gestaltung der verwendeten Spulenanordnung.
14 ist eine schematische Teildarstellung des sich ergebenden Erhitzungsmusters in einem Werkstück auf Grundlage der Gestaltung der verwendeten Spulenanordnung.
15 ist eine schematische Teildarstellung des sich ergebenden Erhitzungsmusters in einem Werkstück auf Grundlage der Gestaltung der verwendeten Spulenanordnung.
16 ist eine schematische Teil-Vorderansicht von zwei benachbarten Zapfen einer Fahrzeugkurbelwelle mit einer "Split-Pin"-Gestaltung (Split-Pin-Design, Gestaltung mit geteilten Zapfen).
17 ist eine schematische Darstellung der Schnittansicht des Versatzbereichs zwischen den zwei benachbarten Zapfen aus 16.
18 ist eine Seitenansicht der beiden Induktionshärtungsanordnungen, umfassend Transformatoren zur Verwendung von zwei Spulenanordnungen.
18A ist eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung aus 10 in Kombination mit einer modifizierten Spulenanordnung aus 10, gemäß der Anordnung aus 18.
18B ist eine schematische Vorderansicht der beiden Spulenanordnungen aus 18A.
19 ist eine Seitenansicht der beiden Induktionshärtungsanordnungen, umfassend Transformatoren zur Verwendung der beiden Spulenanordnungen aus 10.
20 ist eine schematische Teilvorderansicht von zwei benachbarten Zapfen einer Fahrzeugkurbelwelle, welche eine hinterschnittene Split-Pin"-Gestaltung (Split-Pin-Design, Gestaltung mit geteilten Zapfen) aufweist.
21 ist eine Ansicht von unten einer hybriden Induktionshärtungs-Spulenanordnung wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
21A ist eine Draufsicht einer hybriden Induktionshärtungs-Spulenanordnung, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
22 ist eine Vorderansicht der Induktionshärtungs-Spulenanordnung aus 21.
23 ist eine Seitenansicht von rechts der Induktionshärtungs-Spulenanordnung aus 21.
24 ist eine schematische Teildarstellung des sich ergebenden Erhitzungsmusters in einem hinterschnittenen Paar geteilter Zapfen gemäß der vorliegenden Erfindung.
25 ist eine Draufsicht einer hybriden Induktionshärtungs-Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
26 ist eine Vorderansicht der Induktionshärtungs-Spulenanordnung aus 25.
27 ist eine Seitenansicht von rechts der Induktionshärtungs-Spulenanordnung aus 25.
28 ist eine perspektivische Ansicht der überlappenden Spulenanordnung umfassend eine Spulenanordnung aus 21 und eine Spulenanordnung aus 25, wenn diese für das Paar geteilter Zapfen aus 20 genutzt werden.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Zum Zwecke der Förderung eines Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen und es wird eine spezielle Sprache verwendet, um dieses zu beschreiben. Es ist allerdings selbstverständlich, dass dadurch der Rahmen der Erfindung nicht eingeschränkt werden soll, so dass Veränderungen und weitere Modifikationen der dargestellten Vorrichtung und weitere Anwendungsmöglichkeiten der Prinzipien der Erfindung gemäß der gezeigten Darstellung derart anzusehen sind, dass sie für den Fachmann, auf welchen sich die Erfindung bezieht, in gewöhnlicher Weise auftreten.
Das US Patent Nr. 6,013,904, das am 11. Januar 2000 auf Storm und andere erteilt wurde offenbart und beansprucht eine „Induktionshärtungsvorrichtung für eine Kurbelwelle". In den offenbarten Gegenstand dieses Patents ist die Verwendung von Induktionsspulen für das Induktionshärten von Teilen einer Kurbelwelle eingeschlossen. Zusätzlich sind zwei spezielle Induktionsspulenformen offenbart. Das US Patent Nr. 6,013,904 wird durch Bezugnahme mit seiner gesamten Offenbarung, umfassend die entsprechenden Zeichnungen, hierin mit eingeschlossen.
Mit Bezug auf 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 6A ist eine Induktionshärtungsvorrichtung 20 dargestellt, welche zum induktiven Erhitzen und Abschreckhärten einer Kurbelwelle 21 gestaltet und angeordnet ist. Die Kurbelwelle 21 ist in einer vertikalen Orientierung positioniert und zwischen Spitzen 22 und 23 gelagert. Die Darstellung der oberen Spitze 22 sollte als lediglich schematisch zum Zwecke der Wiedergabe einer tatsächlich vertikalen Orientierung für die Kurbelwelle angesehen werden. In der tatsächlichen Praxis ist dann, wenn die Zapfen der Kurbelwelle einer Induktionshärtung unterzogen werden, eine positive Arretierung (Futter) erforderlich und wird entsprechend eingesetzt. Dies ist in 5 dargestellt. Diese Befestigung der Kurbelwelle erlaubt die Verwendung eines mitwirkenden Drehantriebsmechanismus, um die Kurbelwelle auf einer Achse zwischen der positiven Arretierung (Futter) und der unteren Spitze 23 drehbar anzutreiben. Obwohl die Kurbelwelle 21 in 1 und 5 in einer vertikalen Orientierung der Anbringung zwischen vertikalen Spitzen dargestellt ist, sind Induktionsspulen der vorliegenden Erfindung für die Verwendung bei einer Kurbelwelle auch geeignet, welche in einer im Wesentlichen horizontalen Orientierung zwischen horizontalen Spitzen angeordnet ist.
Weiterhin Bezug nehmend auf 5 sind die Details der Kurbelwelle 21 dargestellt. Die Kurbelwelle, die als Bestandteil der Erklärung der Induktionsspulen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst vier Zylinder (Kurbel)-Zapfen 27a bis 27d und fünf zylindrische Lagerflächen 28a bis 28e. Wie dem gewöhnlichen Fachmann im Stand der Technik der Kurbelwellen bekannt ist, sind Ausgleichsgewichte in wechselwirkender Beziehung zu jedem Zapfen angeordnet, um die Zapfen drehung auszugleichen und um bevorzugt jegliche resultierende Zentrifugalkraft zu beseitigen. Die Zapfen 27a bis 27d und die Lagerflächen 28a bis 28e sind in abwechselnder Reihenfolge angeordnet und zeigen kritische Verschleißflächen, welche gehärtet werden müssen, und das bevorzugte Verfahren erfolgt durch induktives Erhitzen und Abschreckhärten dieser kritischen Teile der Kurbelwelle. Dies ist die Rolle der Vorrichtung 20, welche derart gestaltet und angeordnet ist, dass nacheinander eine Induktionsspulenanordnung in der Nähe jedes Zapfens 27a bis 27d positioniert und die erforderlichen Wärmebehandlungsschritte durchgeführt werden können. Die Lagerflächen 28a bis 28e werden induktiv erhitzt und an einer weiteren Arbeitsstation einer Abschreckhärtung unterzogen, welche in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen weiteren Bereich der Vorrichtung 20 umfasst. In einem Ausführungsbeispiel, (siehe 6A) sind die Wasserabschreckmittel in die Induktionsspulenanordnungen eingebaut, welche für die Zapfen und die Lagerflächen verwendet werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Abschreckungsschritt von einer separaten Abschreckstation durchgeführt, die nicht in die Spulenanordnung eingebaut ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind tatsächlich drei Hauptkonfigurationen für die Vorrichtung 20 mit einer zweiten Abwandlung für jede Hauptkonfiguration vorgesehen. In den Darstellungen der 1 bis 4 umfasst die Vorrichtung 20 zwei im Wesentlichen identische Arbeitsstationen, von denen beide für das Induktionshärten von Zapfen gestaltet sind. Diese Konfiguration erlaubt, dass zwei Kurbelwellen gleichzeitig in einer nebeneinander liegenden Anordnung gehärtet werden.
Wenn eine Spulenanordnung der vorliegenden Erfindung in der Nähe eines bestimmten Zapfens zum induktiven Erhitzen und Abschreckhärten positioniert wird, wird die Spulenanordnung in einer X/Y-Richtung bewegt, so dass sie einer Umlaufbahn folgt oder dieser nachläuft, ohne einen Teil der Kurbelwelle zu berühren. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Umlaufbahn oder der Wegverlauuf der Spulenanordnung derart gestaltet, dass sich der Abstand zwischen dem Spulenteil der Spulenanordnung und dem Kurbelwellenzapfen verändert, um einen Wärmeverlust aufgrund des Vorhandenseins von Gegengewichten auszugleichen und um dadurch eine Gleichmäßigkeit der Härtetiefe zu erreichen. Der Ausgleich des Wärmeverlustes am Gegengewicht kann auch durch schnelles Ändern der kW-Abgabe der Stromzufuhr erreicht werden. Obwohl auf den durch die Gegengewichte verursachten Wärmeverlust Bezug genommen wurde, können die entsprechenden Ausgleichsmaßnahmen, wie sie durch alternative Ausführungsbeispiele wiedergegeben sind, immer dann ausgeführt werden, wenn ein strukturbedingter oder ein ande rer Grund vorhanden ist, der den Massenausgleich (Wärmeausgleich) nahe den Zapfen (oder dem Zapfen) der Kurbelwelle beeinträchtigt.
Weiter Bezug nehmend auf das erste Ausführungsbeispiel bewegt die vorliegende Erfindung durch präzises Eingeben von Dimensions- und Positionsdaten in ein Servoantriebssystem die Induktionsspulenanordnung in einer Art und Weise, so dass ein im Wesentlichen gleichmäßiger Zwischenraum zwischen der inneren Oberfläche der Spulenanordnung und der äußeren Oberfläche des jeweiligen Zapfens aufrecht erhalten wird. Da die Lagerflächen koaxial zu den vertikalen Spitzen ausgerichtet sind, liegt die "Umlaufbahn" von jeder Lagerfläche axial und alle Lagerflächenumlaufbahnen sind gleich. Folglich werden die Induktionsspulenanordnungen der vorliegenden Erfindung sowie die Spulenpositioniersysteme als "kontaktfrei" beschrieben, da diese die Oberflächen der Kurbelwelle nicht berühren, die einer Induktionshärtung zu unterziehen sind.
Es wird auf 1, 2, 3 und 4 Bezug genommen. 2 ist eine komplette Draufsicht der Vorrichtung 20. Bei den übrigen Figuren wurden einige Teile zu Gunsten der zeichnerischen Klarheit entfernt. In 1 wurden Teile der Steuerung, des Rahmens und der Antriebsspindel zur zeichnerischen Klarheit entfernt. In 3 wurden die Kurbelwelle, Systemkomponenten und ein Roboter zu Gunsten der zeichnerischen Klarheit entfernt, wohingegen in 4 die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI, human-machine-interface) entfernt wurde. Folglich sollten diese vier Figuren als sich zusammen ergänzende Gruppe angesehen werden.
Auf Grundlage der Darstellungen dieser Figuren umfasst die Induktionshärtungsvorrichtung 20 eine erste Arbeitsstation 33, die innerhalb einer Einfassung 34 mit vorderseitigen Zugangstüren 35 angeordnet ist, und eine zweite Arbeitsstation 36 ähnlichen Aufbaus. Die beiden Arbeitsstationen sind mit geschlossenen Türen 35 gezeigt, jedoch mit Armen, Spitzen, Antrieben und Lagern dargestellt. Deshalb soll 3 als schematische Ansicht hinsichtlich dessen angesehen werden, was hinter den geschlossenen Türen 35 dargestellt ist. An der ersten Arbeitsstation werden die Zapfen 27a bis 27d einer ersten Kurbelwelle induktiv erhitzt und einer Abschreckhärtung unterzogen. In einem Ausführungsbeispiel wird eine einzelne Spule verwendet und die Zapfen werden nacheinander einer Induktionshärtung unterzogen.
An der zweiten Arbeitsstation 36 werden die Zapfen einer zweiten Kurbelwelle induktiv erhitzt und einer Abschreckhärtung unterzogen. Grundsätzlich sind die beiden Arbeitsstationen 33 und 36 mit im Wesentlichen identischem Aufbau ausgebildet und werden gleichzeitig zum Induktionshärten zweier separater Kurbelwellen genutzt. Die Kurbelwellen an den beiden Arbeitsstationen wurden zu Gunsten der zeichnerischen Klarheit in 3 nicht dargestellt. Die beiden Kurbelwellen, welche an den beiden Arbeitsstationen 33 und 36 einer Induktionshärtung zu unterziehen sind, werden mittels eines Roboters 37 eingespannt und ausgespannt. Wenn eine zweite Vorrichtung 30 für das Induktionshärten der Lagerflächen der beiden Kurbelwellen vorhanden ist, dann werden die Kurbelwellen auch zu der Lagerflächenvorrichtung 30 mittels eines Robotermechanismus bewegt, wie beispielsweise dem Roboter 37. An diesem Ort der zweiten Vorrichtung werden die Lagerflächen 28a bis 28e induktiv erhitzt und einer Abschreckhärtung unterzogen. Nach Beendigung entfernt der Roboter 37 die Kurbelwellen und spannt die nächsten Kurbelwellen in Position an der ersten Vorrichtung.
Weiter Bezug nehmend auf 2 und 3 wird die Bearbeitung der Kurbelwelle 21 an der Arbeitsstation 33 im Detail beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Aufbau der Arbeitsstation 36 im Wesentlichen identisch ist, wenn die Zapfen einer zweiten Kurbelwelle induktiv gehärtet werden. Die Kurbelwelle 21 wird an der Arbeitsstation 33 der Vorrichtung 20 in Position bewegt und in der gewünschten vertikalen Orientierung durch den Roboterarm gehalten, bis die Stützarme 40 und 41 an der ersten Arbeitsstation 33 (und die Stützarme 42 und 43 an der zweiten Arbeitsstation 36) die vertikale Positionierung und Halterung der Kurbelwelle 21 übernehmen. Jeder Haltearm 40 bis 43 wird durch eine programmierbare logische Steuerschaltung automatisch in Position bewegt, welche eingesetzt wird, um die jedem Haltearm zugeordneten mechanischen Antriebssysteme und Servos vorzuprogrammieren. Jeder untere Haltearm 41 und 43 ist jeweils mit einer Zentrierspindelspitze 41a und 43a versehen, um diese in eine korrespondierende zentrische Basis am Ende der Kurbelwelle einzuführen, welche in Position an der entsprechenden Arbeitsstation eingespannt wird. Die oberen Haltearme 40 und 42 sind jeweils mit einem Lagergehäuse 40a und 42a ausgebildet und jeweils mit einem zusammenwirkenden Futter 40b und 42b, welches verwendet wird, um auf das obere Ende der Kurbelwelle aufgesetzt zu werden. Die Befestigung der Kurbelwelle auf diese Art und Weise behält eine tatsächliche vertikale Orientierung bei und sieht eine tatsächliche vertikal Achse zur Drehung der Kurbelwelle auf ihrer Längsmittelinie vor, welche konzentrisch zu der geometrischen Mittelachse jeder zylindrischen Lagerfläche 28a bis 28e ist.
Obwohl die Axialposition von jedem oberen Arm 40 und 42 während der Schritte des induktiven Erhitzens und des Abschreckhärtens für jede Kurbelwelle, unabhängig von der Größe oder Länge dieselbe ist, sind die unteren Arme 41 und 43 bewegbar und können axial in verschiedene Betriebspositionen verschoben werden, um verschiede ne Kurbelwellenlängen unterzubringen. An dem Ende des oberen Arms 40 ist ein elektrischer Spindelmotor 44 zum drehbaren Rotieren der Kurbelwelle mit einer bestimmten Rate angebracht. Ein ähnlicher elektrischer Spindelmotor 45 ist an dem Ende des oberen Arms 42 zum Drehen an der zweiten Arbeitsstation angebracht. Das Drehen der Kurbelwelle ist im Allgemeinen deshalb vorteilhaft, weil ein gleichmäßiges und ausgeglichenes Erhitzungsmuster in dem Werkstück erreicht werden kann unabhängig davon, welcher Teil hauptsächlich der Induktionshärtung unterzogen wird. Das Drehen der Kurbelwelle ist auch hinsichtlich einer gleichmäßigen Abschreckung vorteilhaft. Da die an jeder Arbeitsstation jeder Vorrichtung als Teil der vorliegenden Erfindung verwendete Induktionsspulenanordnung eine offene halbzylindrische Form aufweist, ist es wesentlich, dass jede Kurbelwelle gedreht wird, um eine vollständige und gleichmäßige Erhitzung kritischer Teile der Kurbelwelle zu erreichen. An der ersten Vorrichtung 20 mit den beiden Arbeitsstationen 33 und 36 sind diese kritischen Teile die Zapfen 27a bis 27d.
Die folgende die erste Arbeitsstation 33 betreffende Beschreibung ist im Wesentlichen identisch für die zweite Arbeitsstation 36. Der obere Arm 40 ist mit einem Spannzylinder 33a (Zylinder 36a an der Arbeitsstation 36) verbunden, der dazu verwendet wird, die korrespondierende Kurbelwelle zwischen dem Futter 40b und der Zentrierspindelspitze 41a einzuspannen. Die vertikale Bewegung der eingespannten und zentrierten Kurbelwelle bewirkt die vertikale Positionierung des Teils 33b (Teil 36a an der Arbeitsstation 36), welche den Z-Achsenantrieb bereitstellt. Der Z-Achsenantrieb ist ein Kugelumlauf-Servoantrieb und wird dazu verwendet, die vertikale Position der Kurbelwelle zu verlagern, wenn die Kurbelwelle derart bewegt werden soll, dass ein anderer Zapfen nahe der korrespondierenden Induktionsspulenanordnung positioniert wird.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine einzelne Induktionsspulenanordnung 48 an der ersten Arbeitsstation 33 angeordnet und fest an einem Y-Antriebssystem 49 angebracht, welches durch eine geeignete Servoschaltung auf Grundlage der Teilegeometrie und der Teiledimensionen gesteuert wird, die von den Kurbelwellenzueichnungen oder anderen Teilespezifikationen abgeleitet werden. Das System 49 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass es die Induktionsspulenanordnung 48 in der Richtung von Pfeil 50 nach innen und nach außen bewegt. Die Spulenanordnung 48 ist auch fest an einem X-Antriebssystem 51 angebracht, welches durch eine Servoantriebsschaltung gesteuert und in einer Art und Weise programmiert ist, die ähnlich zu der für das Y-Antriebssystem 49 verwendeten Art und Weise ist. Das System 51 ist derart aufgebaut und angeordnet, dass es die Induktionsspulenanordnung 48 in Richtung des Pfeils 52 von einer Seite zur Anderen bewegt.
Die X- und Y-Antriebssystem 51 und 49 umfassen jeweils Servokugelumlauftische welche tatsächlich die Induktionsspulenanordnung 48 führen. Diese beiden Tische sind mechanisch miteinander in einer Relation über neunzig (90) Grad oder in einem rechten Winkel zueinander verbunden, wie dies für X- und Y-Antriebe selbstverständlich und zu erwarten ist. Wie erläutert ist die Kurbelwelle 21 auf Spitzen 22 und 23 angebracht und drehangetrieben. In der Praxis besitzt die obere Spitze 22 die Form eines Futters 40b. Es wird ein Servomotor (elektrischer Spindelmotor) 44 verwendet, um die Kurbelwelle anzutreiben, und dieser stellt Rotationsdaten und Zapfenpositionsdaten einer Computersteuerung bereit, welche wirksam mit den X- und YAntriebssystemen 51 und 49 verbunden ist. Die Ortsdaten, welche die Position des entsprechenden Zapfens 27a betreffen, der induktiv zu erhitzen und einer Abschreckhärtung zu unterziehen ist, werden in die Computersteuerung eingegeben, die ein Datenbasisprogramm nutzt, um die Induktionsspulenanordnung 48 derart zu bewegen, dass sie einer Umlaufbahn folgt, die der jeweiligen Umlaufbahn für den jeweiligen Zapfen entspricht. Das Computersteuerprogramm steuert die X- und Y-Antriebssysteme und insbesondere die jeweiligen Servokugelumlauftische, welche die Spulenanordnung positionieren.
Jeder Zapfen besitzt eine bestimmte Position in Umfangsrichtung relativ zu der Längsachse der Kurbelwelle 21. Diese Zapfenpositionen fallen mit der Zündfolge für die Zylinder des Motors zusammen. Obwohl die Umlaufbahn von jedem Zapfen kreisförmig ist und obwohl jede Umlaufbahn dieselbe Größe aufweist, hängt die gegenwärtige Position eines bestimmten Zapfens innerhalb seiner kreisförmigen Umlaufbahn zu jedem Zeitpunkt davon ab, welcher Zapfen und welcher entsprechende Zylinder betrachtet werden. Folglich ist es möglich, eine präzise entsprechende Zapfenposition für jeden Zapfen 27a bis 27d der Kurbelwelle zu berechnen, da der Servomotor 44 Positionsdaten bezüglich dem Drehzustand der Kurbelwelle bereit stellt, vorausgesetzt, dass die Zapfendimensionen und deren Winkelausrichtung aus den Kurbelwellen-Teilespezifikation und/oder Kurbelwellenblaupausen oder CAD-Zeichnungen bekannt sind. Mit diesen Daten ist es somit möglich, einen zu befolgenden Umlaufbahnweg für die Induktionsspulenanordnung 48 relativ zu dem Zapfen zu erzeugen.
Im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Antriebssysteme für die Induktionsspulenanordnung derart programmiert, dass sich die Spulen anordnung in einer Umlaufbahn oder einer Spur bewegt, welche präzise der Umlaufbahn des Zapfens nachfolgt oder diese kopiert, der der Induktionshärtung unterziehen ist. Dieses präzise Folgen durch die Spulenanordnung positioniert die halbzylindrische innere Oberfläche des Spulenteils in einem festen Abstand (siehe 7) relativ zu der Außendurchmesser-Oberfläche des Zapfens.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Induktionsspulenteil der Spulenanordnung 48 eine kreissegmentförmige halbzylindrische Gestaltung auf (siehe 6). Die innere Oberfläche 57 ist derart ausgebildet, dass sie auf die zylindrische Form jedes Kurbelwellenzapfens abgestimmt ist. Durch die Bereitstellung einer Spulenanordnung 48 mit einer offenen Seite ist es möglich, dass die Spule um einen Teil jedes Kurbelwellenzapfens herum aufgesetzt wird. Da sich der jeweilige Zapfen mit der Kurbelwelle dreht, wird sein gesamter Umfang schließlich direkt in der Nähe der inneren Oberfläche 57 positioniert. Diese positionsmäßige Beziehung ist schematisch in 7 dargestellt. Vier Punkte A, B, C und D welche um neunzig (90) Grad zueinander versetzt sind wurden auf der Oberfläche des zylindrischen Zapfens 58 gekennzeichnet, um zeigen zu können, wie sich diese Punkte relativ zu der X- und Y-Richtung für die Induktionsspulenanordnung 48 bewegen, wie durch die Pfeile 52 und 50 jeweils dargestellt. Die Beschreibung der Vorgänge an der ersten Arbeitsstation 33 der Vorrichtung 20 wird auf die zweite Arbeitsstation 36 der Vorrichtung 20 dupliziert, wenn die zweite Arbeitsstation zum Induktionshärten von Zapfen ausgebildet ist.
In solchen Situationen, in welchen Gegengewichte benutzt werden und nahe den Zapfen angebracht sind, ist eine Wärmesenke vorhanden, die Wärme von dem Zapfen weg zieht, wenn die Spulenanordnung dem Teil des Zapfens gegenüber liegt, welcher dem Gegengewicht am nächsten ist. Wie für eine Induktionshärtungsvorrichtung der hierin beschriebenen Art von Bedeutung ist, wird der erhitzte Teil des Zapfens oder die Lagerfläche lokalisiert und ist derjenige Teil, welcher der halbzylindrischen inneren Oberfläche 57 des Spulenteils am nächsten ist. Folglich kommt es dann, wenn der Spulenteil dem Gegengewicht gegenüber liegt, zu keinem merklichen Wärmesenkenverlust, der durch eine Art Ausgleich behandelt werden müsste.
In verwandten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung nimmt die Art des Ausgleichs zur Kompensation von Wärmeverlusten drei verschiedene Formen an. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (siehe 7A) wird die Drehung der Kurbelwelle bei jeder Umdrehung verändert (beschleunigen und/oder verzögern), so dass es zu einem kurzen Verweilen oder Verlangsamen der Drehrate kommt, wenn der Spulenteil sich nahe dem Wärmesenkenteil (das heißt dem Gegen gewicht 58a) des Zapfens befindet. Dieses Verweilen führt zu einer größeren Erwärmung, welche diejenige Wärme kompensiert, die aufgrund der Masse des Gegengewichts verloren geht, das Wärme von dem betroffenen Bereich abführt.
In der Zeichnung gemäß 7A ist der Ort des Gegengewichts 58a relativ zu der Spulenanordnung 48 in vier verschiedenen Positionen (Z0-Z3) während eines Zyklus dargestellt, der einer Umdrehung der Kurbelwelle entspricht. Wie beschrieben wird die Geschwindigkeit der Drehung (SR) der Kurbelwelle in Abhängigkeit von der Gegengewichtsposition (Z_N) relativ zu dem Spulenteil der Spulenanordnung variiert. Die Spulenanordnung 48 ist schematisch durch einen halbzylindrischen Spulenteil dargestellt. In der Position Z1, in der der Spulenteil wirksam zu dem Gegengewicht 58a zentriert ist, ist die Geschwindigkeit der Drehung (S_Rl) hinsichtlich des gesamten Zyklus minimal. Dies bewirkt, dass der Spulenteil über ein längeres Zeitintervall nahe diesem Teil des Zapfens verbleibt, so dass mehr Wärme in den Zapfen eingetragen wird. Wenn der Spulenteil und das Gegengewicht 58a sich auf entgegengesetzten Seiten des Zapfens 58 befinden, an der Position Z₃, liegt die Geschwindigkeit der Drehung (S_R3) bei einem Maximum für den Zyklus (das heißt für eine Umdrehung der Kurbelwelle). Dies bedeutet, dass das Erhitzungsintervall kürzer ist, was angemessen ist, da das Gegengewicht 58a dem Zapfen keine nennenswerte Wärmemenge entzieht. Zwischen diesen beiden Geschwindigkeitsextremen wird die Drehgeschwindigkeit beschleunigt bzw. verzögert. Die Beschleunigungslinie von Z1 bis Z3 stimmt mit der Verzögerungslinie von Z3 bis Z1 überein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (siehe 7B) wird der Abstand der Spulenanordnung relativ zu der Zapfenoberfläche während jedem Zyklus (das heißt jeder Umdrehung der Kurbelwelle) geringfügig variiert oder verändert. Wenn sich die Spulenanordnung an der Seite des Gegengewichts des Zapfens befindet, wird sie näher an dem Zapfen positioniert als dann, wenn das Gegengewicht sich bezüglich der Spule auf der entgegengesetzten Seite befindet. Durch näheres Positionieren des Spulenteils wird die durch die Spulenanordnung in dem Zapfen erzeugte Wärme bei kleinerem Abstand größer. Dieser Ansatz erfordert, dass die X- und Y-Antriebssysteme für die Spulenanordnung derart gesteuert werden, dass sie eine Bahn überstreichen, die eher elliptisch und weniger kreisförmig ist.
In der 7B ist die Position des Gegengewichts 58a relativ zu der Spulenanordnung 48 in vier verschiedenen Positionen (Z0 bis Z3) während eines Zyklus dargestellt. Die Positionen von 7B entsprechen im Wesentlichen den Positionen von 7A. In der Position Z1 befindet sich die Spulenanordnung dem Zapfen am nächsten, was die größte Wärmemenge erzeugt und was diejenige Wärme kompensiert, die aufgrund des als Wärmesenke wirkenden Gegengewichts verloren geht. In der Position Z3, welche um 180° von der Position Z1 versetzt ist befindet sich der Spulenteil an seiner Position mit dem größten Abstand von dem Zapfen. Dies ist die Position, an welcher das Gegengewicht die kleinste Wirkung, wenn überhaupt, hinsichtlich einer Wärmereduktion aufgrund des als Wärmesenke wirkenden Gegengewichts aufweist.
Wenn sich die Kurbelwelle dreht und sich der Zapfen 58 über die Position Z2 ausgehend von Z1 zu Z3 bewegt, nimmt der Abstand zwischen der inneren Oberfläche 57 des Spulenteils und der Außendurchmesser-Oberfläche des Zapfens zu. Dann, wenn sie aus Z3 zu Z1 über die Position ZO zurückkehrt nimmt der Abstand ab.
Wenn ein Punkt (X) auf dem Spulenteil markiert wird und seine Bahn über einen Zyklus aufgezeichnet wird, kann man erkennen, dass die Umlaufbahn eher elliptisch als kreisförmig ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Bahn des Spulenteils der Spulenanordnung kreisförmig, die Rotationsrate konstant und der Abstand bleibt konstant. Allerdings wird die Ausgangsleistung (kW) der Stromzufuhr für die Spulenanordnung in Anhängigkeit von der Position der Kurbelwelle und dementsprechend in Abhängigkeit davon variiert, wo sich der Spulenteil relativ zu der Orientierung des Zapfens und der Gegengewichtsposition befindet. Die Zeichnung gemäß 7A ist dazu geeignet, schematisch die Drehung des Zapfens und des Gegengewichts darzustellen, wenn die Ausgangsleistung variiert wird. In der Position Z1 ist die Ausgangsleistung aufgrund der Position des Gegengewichts am größten. In der Position Z3 ist die Ausgangsleistung aufgrund der Position des Gegengewichts am kleinsten. Die Ausgangsleistung nimmt von Z1 nach Z3 ab und nimmt von Z3 nach Z1 zu. Wann immer sich die Spule nahe der Seite des Gegengewichts des Zapfens befindet, wird die Ausgangsleistung erhöht, um mehr Wärme zu erzeugen und um dadurch diejenige Wärme zu kompensieren, welche über das Gegengewicht verloren geht.
Es ist bedeutend, zu verstehen, dass der Ausgleich, welcher durch diese alternativen Ausführungsbeispiele erzielt wird, mit denselben mechanischen und elektrischen Basisstrukturen erreichbar sind, die der Vorrichtung 20 zugeordnet sind. Jeder Ausgleich wird durch Verändern der Geschwindigkeitsprogrammierung des Spindelmotors und der Folgegeschwindigkeit der X- und Y-Antriebssysteme oder durch Verän dern der X- und Y-Bewegung zur Variierung des Abstands oder durch Verändern der Ausgangsleistung der Stromversorgung erreicht.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Induktionsspulenanordnung frei von jeglichem direktem physikalischem Kontakt mit dem Kurbelwellenzapfen ist, welcher induktiv zu Erhitzen und einer Abschreckhärtung zu unterziehen ist. Die Induktionsspulenanordnung ist auch frei von jeglichem direktem physikalischem Kontakt mit allen anderen umlaufenden Elementen. Gleichermaßen ist bei der zweiten Vorrichtung die entsprechende Induktionsspulenanordnung frei von jeglichem direktem physikalischem Kontakt mit der Kurbelwellenlagerfläche, welche induktiv zu Erhitzen und einer Abschreckhärtung zu unterziehen ist. Dieses Fehlen jeglichen Kontakts bedeutet ein Fehlen jeglichen Sensors oder Positionsanzeigers, der auf der Oberfläche des entsprechenden Zapfens oder der Lagerfläche abgleitet. Auf diese Art und Weise wird die Spulenanordnung keinem Verschleiß ausgesetzt welcher die Lebensdauer der Spule erheblich reduzieren oder verkürzen würde. Durch Gestalten einer Vorrichtung, bei welcher kein Kontakt zwischen dem Spulenteil der Anordnung und der Oberfläche oder des der Induktionshärtung zu unterziehenden Teils vorliegt, wird ein Verschleiß des Spulenteils aufgehoben und die Lebensdauer des Spulenteils erheblich verlängert. Gleichermaßen gibt es keinen Verschleiß an den Teilen und keine verkürzte Lebensdauer, da alle anderen Teile der Induktionsspulenanordnung frei von jeglichem Kontakt mit dem der Induktionshärtung zu unterziehenden Teil der Kurbelwelle ist. Einige der Faktoren, die zu dem Erfolg der vorliegenden Erfindung führen, umfassen die präzise Programmierung der X- und Y-Bewegung der Spule auf Grundlage der Zapfenumlaufbahn und der offenen halbzylindrischen Gestaltung des Spulenteils der Spulenanordnung. Obwohl eine vertikale Ausrichtung der Kurbelwelle bevorzugt ist, ist die Eignung der vorliegenden Erfindung nicht auf eine vertikale Kurbelwelle beschränkt. Die vorliegende Erfindung funktioniert gleichermaßen gut bei Kurbelwellen, welche horizontal zwischen Spitzen gelagert sind.
Weiter Bezug nehmend auf die 1, 2, 3, 4, 5 und 6 sind einige der Standardsystemkomponenten dargestellt, die jeder Vorrichtung zugeordnet sind. Die Induktionshärtungsvorrichtung 20 umfasst für die erste Arbeitsstation 33 eine induktive Stromversorgung 67 mit 300 kW/10 kHz und einen Verbundpräzisions-Horizontalschlitten 68, welcher jeweils X- und Y-Antriebssysteme 51 und 49 bereitstellt. Dieselbe Ausrüstung ist an der zweiten Arbeitsstation 36 vorgesehen, umfassend eine induktive Stromversorgung 69 und einen horizontaler Schlitten 70. Der Schlitten 70 sieht Xund Y- Antriebssysteme 61 und 62 vor. Jede Arbeitsstation 33 und 36 umfasst auch einen Erhitzungsstations-Transformator 72 und ein Transformatorgehäuse 72a. Die Einfassungen 34 und 73 sind vorgesehen, um die Kurbelwellen und Spulen an jeder Arbeitsstation zu umgeben. Die Vorrichtung 20 umfasst bestimmte Komponenten und Systeme mit einer Schnittstelle, wobei beide Arbeitsstationen eine Mensch/Maschine-Schnittstelle 75 umfasst, verschiedene Pneumatiken und Steuerungen 76, ein Hauptsteuerungsgehäuse 77, ein Positionssteuerungsgehäuse 77a und ein Fluidsystem 78. Ferner ist ein Abschreckfilter 79, eine Schnellwechselvorrichtung 80 für jede Spulenanordnung und eine Schiene 81 vorgesehen. Das Hauptsteuerungsgehäuse 77 umfasst den Computer und PLC-Steuerungen, logische Schaltungen, Laufsteuerungen, Unterbrecher und Eingabe-/Ausgabeschaltungen für die Vorrichtung. Das Gehäuse 77a umfasst die Schaltung für die Positionierung der Steuerungsvorrichtungen.
Insbesondere Bezug nehmend auf 2 ist ein Abschreckwassertank 82 mit einem Fassungsvermögen von 3028 Litern (800 Gallonen) mit zwei 15 PS Abschreckpumpen 83 und 84, fluidisch gekoppelt. Die Pumpe 83 ist über eine fluidische Leitung mit der ersten Arbeitsstation 33 gekoppelt, während die Pumpe 84 mit der zweiten Arbeitsstation 36 gekoppelt ist. Rückführleitungen 85 und 86 führen das Abschreckwasser, welches bei jeder Arbeitsstation benützt und gesammelt wird, zurück in den Abschreckwassertank 82. Der Destilliertwassertank 87 umfasst eine Zufuhr an destilliertem Wasser zum Kühlen der elektrischen Komponenten. Die Pumpe 88 wird dazu verwendet, destilliertes Wasser von dem Tank 87 zu verteilen. Die Pumpe 89 ist eine lediglich Kühlungszwecken dienende Rückzirkulationspumpe. Jede Induktionsspulenanordnung 48 und 63 ist in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Reihe von Durchflussöffnungen versehen, welche um ihre innere Oberfläche für das schnelle Verteilen von Abschreckwasser zu den induktiv erhitzten Teilen der Kurbelwelle positioniert sind, sofern diese Teile einen Zapfen oder eine Lagerfläche aufweisen (s. 6A). Durch Konfigurieren der Spulenanordnungen mit Abschreckmitteln besteht kein Bedarf dafür, die Induktionsspulenanordnung zu bewegen und entweder die Kurbelwelle an einer Abschreckstation zu positionieren oder ein separates Abschrecksystem in Position zu bewegen. Das Kombinieren der induktiven Erhitzungs- und Abschreckhärtungs-Schritte in einer einzigen Spulenanordnung ist eine Option für die vorliegende Erfindung. Zusätzlich wird die Verwendung eines separaten Abschrecksystems aufgrund der Verfügbarkeit exzellenter Abschrecksystemtechnologie als ein sehr praktikabler Teil der vorliegenden Erfindung angesehen. Die Verwendung eines separaten Abschrecksystems ist vorteilhaft, wann immer die Gestaltung der Spulenanordnung vereinfacht werden soll oder wenn ein Bedarf nach einer Verkürzung der Zykluszeit besteht.
Wie beschrieben wurde, wird die Abschreckfähigkeit oder Funktion in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch direkt in die Induktionsspulanordnung eingearbeitete Durchflusslöcher erreicht. Diese Durchflusslöcher sind mit Durchflussleitungen verbunden, die mit der korrespondierenden Abschreckpumpe verbunden sind, siehe 2. In dem alternativen Ausführungsbeispiel sind dann, wenn ein separater Abschreckmechanismus verwendet wird, dieselben Durchflussleitungen mit dem Abschreckmechanismus verbunden.
Der aktuelle Abschreckschritt wird bevorzugt in Stufen durchgeführt. Die erste Stufe erfolgt, während sich die Kurbelwelle noch dreht, unmittelbar nachdem der Zapfen oder die Lagerfläche auf die gewünschte Temperatur gebracht wurde. Wenn eine zweite oder zusätzliche Abschreckung durchgeführt wird, so erfolgt dies an einem anderen Ort auf der Z-Achse und erfordert eine vertikale Verlagerung der Kurbelwelle. Während die zusätzliche Abschreckung durchgeführt wird, kann der nächste Zapfen relativ, zu der Induktionsspulenanordnung zur Bearbeitung positioniert werden. Dieses Verdoppeln verschiedener Funktionen hilft, die gesamte Zykluszeit für die Kurbelwelle zu reduzieren.
Wenn einmal die Kurbelwelle vertikal zwischen den Spitzen an der ersten Arbeitsstation 33 gehalten wird, wird die Induktionsspulenanordnung 48 in Position bewegt, und wenn die Kurbelwelle rotiert, folgt die Spulenanordnung 48 im Allgemeinen der Umlaufbahn des ausgewählten Zapfens mit derselben Rate und erhitzt den Zapfen induktiv. Dieser Erhitzungsschritt dauert etwa 10 bis 20 Sekunden. Wenn der Zapfen der Kurbelwelle auf die Solltemperatur erhitzt ist, muss der Abschreckschritt durchgeführt werden. Dies wird in einem Ausführungsbeispiel durch ein Ansaugen von Abschreckwasser durch die Spulenanordnung und direkt auf den erhitzten Zapfen erreicht (s. 6A). In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Spulenanordnung freigegeben und die Kurbelwelle setzt ihre Rotation fort, während eine separate Abschreckstation betrieben wird. Die Kurbelwelle setzt ihre Rotation fort, während der Abschreckschritt durchgeführt wird, unabhängig von dem Ausführungsbeispiel. Wenn die Induktionshärtung des ersten Zapfens abgeschlossen ist, wird die Kurbelwelle vertikal weiter versetzt, während die Spulenanordnung feststehend verbleibt, um eine Positionierung hinsichtlich des nächsten Zapfens der Kurbelwelle zu erreichen. Dieses Vorgehen wird wiederholt, bis alle Zapfen der Kurbelwelle induktiv erhitzt und einer Abschreckhärtung unterzogen wurden. Die Antriebssysteme für die Spulenanordnung sind derart programmiert, dass sie erkennen, welcher Zapfen ausgewählt wurde, und die X- und Y-Antriebssysteme werden program miert, um einer vorab ausgewählten Umlaufbahn für den jeweiligen Zapfen zu folgen. Da verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, muss bestimmt werden, ob ein Gegengewichtsausgleich erwünscht ist, und wenn dies der Fall ist, welche Art des Ausgleichs durchzuführen ist. Die X- und Y-Bewegung der Spulenanordnung ist stets dieselbe für jeden Zapfen, wenn einmal die Startposition bestimmt wurde. Jeder Zapfen weist relativ zu der Drehposition der Kurbelwelle eine unterschiedliche Umfangsposition auf und somit variiert die Startposition der Spulenanordnung in Abhängigkeit von dem ausgewählten Zapfen.
Die Induktionsspulenanordnung 48 wird an der ersten Arbeitsstation 33 anfangs relativ zu dem ausgewählten Zapfen vor der Drehung der Kurbelwelle positioniert. Folglich muss die X- Y-Bewegungsbahn für die Spulenanordnung der Zapfenumlaufbahn eine Folgegeschwindigkeit aufweisen, die zu der Geschwindigkeit der Kurbelwelle synchronisiert ist. Die Geschwindigkeit und die Bahn der Spulenanordnung sind kritisch und müssen präzise auf die Geschwindigkeit der Kurbelwelle und die Umlaufbahn des Zapfens abgestimmt sein. Selbst dann, wenn der Abstand zwischen der Spulenanordnung und dem Zapfen variiert, gibt es stets eine bestimmte nachzulaufende Umlaufbahn, welche in jedem Zyklus abgefahren wird. Dies ist kein Problem bei den Lagerflächen aufgrund der koaxialen Natur ihrer Umlaufbahn.
Wie erläutert wurde, kann das Induktionshärten der Kurbelwellenzapfen vor dem Induktionshärten der Lagerflächen oder nach dem Induktionshärten aller Lagerflächen abgeschlossen werden. Die Zapfen und Lagerflächen können an zwei verschiedenen Arbeitsstationen als Teil einer Vorrichtung oder durch zwei separate Vorrichtungen durchgeführt werden, wobei eine dem Zapfen und die andere den Lagerflächen zugeteilt ist.
Wie in 5 und 6 dargestellt, umfasst eine typische Spulenanordnung ein Kupferheizelement (Induktor) 93, einen inneren Kühlmantel 94, einen Feldfokussierungsbereich 95 aus eisenbewehrtem Kunststoffmaterial, einen Isolationsabstandshalter 96 und einen Positionierungsblock 97. Der Feldfokussierungsbereich wird genutzt, um das Feld des magnetischen Flusses zu beeinflussen. Wenn die Abschreckmittel in die Spulenanordnung eingebaut sind, ist die innere Oberfläche 57 mit einer Mehrzahl von Löchern in einem kompakten und gleichmäßigen Muster versehen, wie in 6A dargestellt ist. Wenn die Abschreckfunktion von einem separaten Abschreckmechanismus durchgeführt wird, ist der Abschreckmechanismus zwischen den Enden der Kurbelwelle an einem Positionierungsmechanismus (nicht dargestellt) angeordnet, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
Bezug nehmend auf 8, 8A und 9 ist eine 90°-Spulenanordnung 100 dargestellt. Die Spulenanordnung 100 umfasst eine Spule 100a und einen Haltearm 100b. Der Haltearm 100b ist mit einem stromaufnehmenden Teil 101 und einem stromabgebenden Teil 101a ausgebildet. Diese beiden Teile sind elektrisch voneinander abgeschirmt und tatsächlich von oben nach unten zueinander bezüglich der Enden versetzt, welche mit der Spule 100a verbunden sind. Teile 102 aus einem elektrisch abschirmenden Material sind um und zwischen Teile 103 aus einem Kupferleitermaterial herumgelegt. Der elektrische Durchgangsweg für den zugeleiteten Strom beginnt bei dem angeschlossenen Transformator und erstreckt sich zu der Spule 100a über das Teil 101. Der elektrische Durchgangsweg wird im Zusammenhang damit beschrieben, wie der Strom durch diesen Durchgangsweg hindurchfließt. An der Spule fließt der Strom dann über etwa 90° um die freiliegende Oberfläche 104 der Spule 100a von dem Punkt A zu dem oberen Abschnitt des Teils 103a. Der rückführende Weg erstreckt sich von dem unteren Abschnitt des Teils 103a zurück zu dem Punkt B. Der zurückführende Weg erstreckt sich ebenfalls über etwa 90°. Dieser Weg über 90° ist die Grundlage für die Bezeichnung der Spulenanordnung 100 als 90°-Spule.
Die hierin verwendeten Ausdrücke, wie "90°-Spule", "90°-Induktionsspule" und "90°-Spulenkonstruktion" beziehen sich jeweils auf eine Induktionsspule, welche eine im wesentlichen halbzylindrische Öffnung und einen Haltearm aufweist, der den Strom zu der Spule hin und von dieser weg leitet. Der Haltearm ist relativ zu der halbzylindrischen Öffnung derart positioniert, dass er tatsächlich zentriert ist, und auf diese Art und Weise ist ein sich über etwa 90° erstreckender Teil der Spulenöffnung vorhanden, welcher sich von einer Seite des Haltearms weg in einer ersten Richtung erstreckt, und ein weiterer sich über etwa 90° erstreckender Teil der Spulenöffnung vorhanden, der sich weg von der anderen (entgegengesetzten) Seite des Haltearms in einer zweiten Richtung erstreckt. Diese Konstruktion ist klar in 8 dargestellt und die "90°"-Bezugnahme betrifft den Stromweg von dem Haltearm zu einem Ende oder einer Kante der halbzylindrischen Öffnung.
Die Teile 103b und 103c sind durch den Teil 102a aus elektrisch abschirmendem Material isoliert. Der Teil 103d, welcher Punkt B aufweist, ist auf der Mittellinie des Haltearms 100b und auf der Mittellinie der Spule 100a zentriert. Die Mittellinie des Hatearms 100b fällt auch mit der Mittellinie des Abschirmungsstreifens 105 zusammen, welcher zwischen dem Teil 101 und dem Teil 101a liegt.
Der Stromfluss durch den Teil 103d erfolgt vom unteren Punkt B zu dem oberen Punkt C. An dem Punkt C beginnt der nächste (zweite) 90°-Stromverlauf. Dieser Stromverlauf erstreckt sich von Punkt C durch den Teil 103e zu einem Teil 103f entlang der dargebotenen Oberfläche 104. An diesem Punkt verläuft der Stromweg nach unten durch den Teil 103f zu einem Teil 103g. Der Ausgang von dem Teil 103g führt zu dem stromabführenden Teil 101a des Haltearms 100b.
Der Aufbau der Spulenanordnung 100, wie in 8, 8a und 9 dargestellt, zielt darauf ab, dass Wasserabschreckmittel durch Bereitstellen von Abschrecköffnungen bereitgestellt werden, entsprechend dem, was in 6A in der Oberfläche 104 der Spule 100a gezeigt ist.
Mit diesen Abschrecköffnungen kommunizieren zusammenwirkende Kanäle, welche in dem Inneren der Spule 100a ausgebildet sind. Diese Abschrecköffnungen sind in 9 zugunsten der zeichnerischen Klarheit nicht dargestellt, um klar die leitenden und nichtleitenden Teile und entsprechenden Stromverläufe darstellen zu können.
Die Gestaltung der Spulenanordnung 100, wie in 8, 8A und 9 dargestellt, ist für die Verwendung in den dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß den 1, 2,3, 4, 5 und 6 und für die Induktionshärtung von Werkstücken geeignet, welche durch die so dargestellten Ausführungsbeispiele zu bearbeiten sind. Allerdings hat sich herausgestellt, dass eine alternative Gestaltung der Spulenanordnung (180°) für das Induktionshärten von ausgewählten Teilen bestimmter Werkstücke, wie beispielsweise Kurbelwellen, bevorzugt ist.
Die alternative Gestaltung (d. h. "Versatz") der Spulenanordnung 110 ist in 10, 11 und 12 dargestellt. Die 180°-Bezeichnung und die Bezugnahme auf die "Versatz" – Gestaltung für die Spulenanordnung 110 rührt daher, dass der sich anschließende Haltearm 111 entlang einer Seite der gegenwärtigen Spule 110a derart positioniert ist, dass der Stromfluss auf einem sich um etwa 180° erstreckenden Durchgangsweg entlang der Oberfläche 112 der Spule 110a verläuft, bevor er nach unten zu der vorderen Oberfläche 113 verläuft und über die untere Oberfläche 114 zurück zu dem Haltearm 111 um 180° zurückkehrt. Dieser Stromfluss (Durchgangsverlauf) für die Spulenanordnung 110 ist durch Pfeile 115 dargestellt. Es ist zu verstehen, dass bei Vergleich der 90°-Spulengestaltung und der 180°-Spulengestaltung die 90°-Spulengestaltung näher am Stand der Technik oder am Industriestandard liegt. Demzufolge ist festzustellen, dass die 180°-Versatzgestaltung der Spulenanordnung 110, wie sie hierin beschrieben ist, eine eigentümliche und neue Gestaltung und eine Ab kehr von dem Industriestandard darstellt. Die Bezugnahme auf "Versatz" bei der Beschreibung der Spulenanordnung 110 kommt von dem Ort des Haltearms, der relativ zum Zentrum versetzt ist. Die konstruktiven Details der Spulenanordnung 110, inklusive der Spule 110a und des Haltearm 111, sind in 10, 11 und 12 dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Einige grundlegende Konstruktionsdetails der Spulenanordnung 110 folgen allgemein bekannten Gestaltungsprinzipien für Induktionshärtungsspulen. Der Fokus der Eigentümlichkeit und Neuheit der Spulenanordnung 110 liegt auf der speziellen Konfiguration der Spule 110a und insbesondere auf dem entsprechenden Stromflussverlauf, inklusive der 180°-Bahn um die Spule, wie beschrieben wurde.
Die hierin verwendeten Ausdrücke, wie beispielsweise QVersatz-180°-Spule", "Versatz-180°-Induktionsspule°, und "180°-Versatzgestaltung der Spule° beziehen sich jeweils auf eine Induktionsspule, welche eine im wesentlichen halbzylindrische Öffnung und einen Haltearm aufweist, der den Strom der Spule zuführt und von dieser wegführt. Der Haltearm ist mit der Spule entlang einer Seite der Spule derart verbunden, dass die gesamten etwa 180° der halbzylindrischen Spulenöffnung sich weg von dem Haltearm erstrecken. Auf diese Art und Weise fließt der mittels des Haltearms der Spule zugeführte und von dieser abgeführte Strom über etwa 180° von dem Haltearm zu dem entgegengesetzten Ende der Spule und kehrt dann zu dem Haltearm zurück. Diese Gestaltung der Induktionsspule ist als "Versatz" bezeichnet, da der Haltearm nicht bezüglich der Spule zentriert ist, sondern tatsächlich zu einer Seite der gesamten Spule versetzt ist. Diese Konstruktion ist klar in 10 dargestellt.
Weiter Bezug nehmend auf 10, 11 und 12 ist der Haltearm 111 mit zwei leitenden Teilen 118 und 119 ausgebildet (ein positives, ein negatives), welche durch die Abschirmplatte 120 voneinander getrennt und elektrisch abgeschirmt (und isoliert) sind. Der Verbindungsblock 121 ist derart ausgebildet, dass er mechanisch und elektrisch mit einer elektrischen Schiene (nicht gezeigt) verbunden ist, welche funktionell mit einem Transformator (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Block 121 ist mechanisch und elektrisch mit jedem der leitenden Teile 118 und 119 verbunden. Der Heizstrom fließt von dem Transformator über ein leitendes Teil 118 hinein und zu dem Transformator über das andere leitende Teil 119 zurück. In dem Block 121 sind zwei Wasserkanäle 124 und 125 angeordnet und jeder leitende Teil umfasst einen korrespondierenden Verbindungsdurchgang 126 und 127. Der Kanal 126 im Teil 118 steht in fluidischer Verbindung mit dem Kanal 124. Der Kanal 127 im Teil 119 steht in fluidischer Verbindung mit dem Kanal 125.
Im Zusammenhang mit 18, welche nachfolgend detaillierter zu beschreiben ist, werden die beiden versetzt gestalteten Spulenanordnungen für ein Paar geteilter Zapfen eingesetzt, wie ebenfalls hierin beschrieben. Wenn zwei Versatz-Spulenanordnungen auf diese Art und Weise benutzt werden, gibt es zwei wesentliche Gestaltungsoptionen. Eine Option besteht darin, zwei Spulenanordnungen 110 ohne jegliche Gestaltungsveränderungen zu verwenden. Um einen angemessenen Spielraum um die Kurbelwelle herum zu haben und um dazu in der Lage zu sein, die korrespondierenden Transformatoren anzuschließen, erstrecken sich die beiden korrespondierenden Verbindungsblöcke 121 in entgegengesetzten axialen Richtungen und sind an entgegengesetzten Seiten der Kurbelwelle angeschlossen.
Eine weitere Option liegt darin, eine Spulenanordnung 110 und eine geringfügig modifizierte Spulenanordnung 116 zu verwenden (siehe 18, 18a und 18b). Die "Modifikation" gegenüber der Spulenanordnung 110 zur Erzeugung der Spulenanordnung 116 liegt darin, die (axiale) Richtung des Verbindungsblocks 121 von einer Seite der leitenden Teile 118 und 119 zu der entgegengesetzten Seite umzukehren. Mit dieser Modifikation wird eine Spulenanordnung 110 in Kombination mit einer Spulenanordnung 116 verwendet. Deren entsprechende Verbindungsblöcke erstrecken sich in (axial) entgegengesetzten Richtungen, befinden sich jedoch jetzt auf derselben Seite der Kurbelwelle und sind im wesentlichen (axial) zueinander ausgerichtet, mit Ausnahme des Versatzes, welcher erforderlich ist, um sie zu den beiden geteilten Zapfen auszurichten (s. 18A und 18B).
Weiter Bezug nehmend auf 10, 11 und 12 werden Gewindebefestigungsmittel 128 verwendet, um die beiden leitenden Teile 118 und 119 miteinander zu verbinden und um die Abschirmplatte 120 zwischen den beiden leitenden Teilen mechanisch sandwichartig anzuordnen und zu befestigen. Das Ende 129 des Haltearms 111 (das heißt die Anordnung der beiden leitenden Teile 118, 199 in Kombination mit der Abschirmplatte 120) ist mit einer Seite 130 der 180°-Spule 110a verbunden. Die Abschtirmung 131 begrenzt die elektrische Verbindung des Haltearms 111 zu der Spule 110a auf den lokalen Bereich des Endes 129. Der Block 132 wird als Klammer verwendet, um die Verbindung des Haltearms 111 mit der Spule 110a zu sichern und zu verstärken. Es werden Gewindebefestigungsmittel 133 verwendet, um den Block 132 an der rückseitigen Oberfläche 136 der Spule 110a und an der Längsseite 137 des Teils 119 anzubringen.
Der ankommende Stromfluss verläuft über das Teil 118, biegt am Ende 129 ab und fließt um etwa 180° über die obere Oberfläche 112 der Spule 110a. Der Stromflussverlauf folgt dann der vorderen Oberfläche 113 und fließt zu der unteren Oberfläche 114. An diesem Punkt fließt der Strom über 180° zurück um die Spule 110 zu dem Teil 119 und von dort entlang der Unterseite des Teils 119 zurück zu dem Block 121. Die Erhitzungsdynamik dieses Stromflussverlaufs für die 100°-Versatz-Spulenanordnung 110 gibt Leistung an der oberen Kante und an der unteren Kante und zuletzt an dem mittleren Teil ab. Der Stromverlauf über die obere Oberfläche 112 besitzt die Form eines Halbkreises von wenigstens 180°. Die Krümmung des Verlaufs stimmt mit der gekrümmten und zylindrischen Geometrie der inneren Oberfläche 110b der Spule 110a überein. Die innere Oberfläche 110b erstreckt sich über wenigstens 180° und stellt die Oberfläche dar, welche benachbart dem Teil des der Induktionshärtung zu unterziehenden Werkstücks ist.
Es hat sich anhand eines Vergleichs der Erhitzungsmuster und der Wärmebehandlungsergebnisse zwischen der 180°-Spulenanordnung und der 90°-Spulenanordnung gezeigt, dass die 90°-Spulenanordnung eine Erhitzungsdynamik erzeugt, welche an dem zentrischen Bereich des Werkstücks beginnt, insbesondere an dem ausgewählten Teil des Werkstücks, wie beispielsweise einem Zapfen einer Kurbelwelle, bevor es die angrenzenden weiter außen liegenden Ränder erreicht. In bestimmten Situationen, in welchen eine Wärmebehandlung der Randteile erwünscht ist, wird der mittlere Teil zu heiß bevor die Wärme allmählich die Ränder erreicht. Der Grund für diese Situation liegt in dem sich über 90° erstreckenden Stromverlauf und der Tatsache, dass lediglich ein Viertel des Zapfens zu irgendeinem Zeitpunkt (Position) erhitzt wird und die Wärmemenge für die feste Masse kleiner ist. Im Gegensatz dazu weist die 180°-Spule 110a einen Stromverlauf auf, der zuerst mit der Erhitzung der Randteile beginnt und sich dann zu dem zentrischen Teil ausbreitet. Es ist anzumerken, dass bei der Gestaltung von Zapfen oder inneren Hauptlagern einer Kurbelwelle die inneren Ränder nachfolgend als Orte größerer Masse im Vergleich zu dem tatsächlichen Zapfen oder Hauptlager diskutiert werden. Dadurch, dass die Orte mit größerer Masse zuerst erhitzt werden, kann die Wärme ohne eine Überhitzung der Teile geringerer Masse aufgebaut werden.
In 13, 14 und 15 sind die Ergebnisse von Erhitzungsmustern (Wärmebehandlungen) für verschiedene Komponententeile schematisch für die 90°-Spulenanordnung 100 und für die 180°-Spulenanordnung 110 dargestellt. Die Erhitzungsmuster (d.h. der schraffierte Bereich) aus 13 für ein äußeres Hauptlager 138 und die äußeren Ränder oder Ecken 139, 140 sind keine kritischen Bereiche hinsichtlich Anforderun gen an eine höhere Härte und Steifigkeit. Demzufolge kann jede Gestaltung der Spulenanordnung 100 oder 110 für ein äußeres Hauptlager benutzt werden.
Wenn innen liegende Hauptlager oder Zapfen zu härten sind, muss das Wärmebehandlungsmuster die inneren Ecken mit umfassen, da die Eckenfestigkeit aufgrund von Torsionsbelastungen kritisch ist. Hinsichtlich der 90°-Spulenanordnung 100 ist das Erhitzungsmuster (d. h. der schraffierte Bereich) für ein innen liegendes Hauptlager oder ein Zapfen 141 in 15 dargestellt. Wie dargestellt, erhalten die innen liegenden Ecken 142, 143 keine ausreichende Wärmebehandlung, um die gewünschte oder erforderliche Härte und Festigkeit zu erreichen. Im Gegensatz dazu wird das Erhitzungsmuster aus 14 unter Verwendung der 180°-Spulenanordnung 110 erreicht. Hier werden die innen liegenden Ecken 144, 145 auf jeder Seite des zylindrischen innenliegenden Hauptlagers (oder Zapfens) 146 ausreichend wärmebehandelt, um die gewünschte Härte und Festigkeit zu erreichen. Es ist verständlich, dass die 90°-Spulenanordnung 100 beispielsweise für die Verwendung für außenliegende Hauptlager (Nr. 1 und Nr. 5) geeignet ist, wohingegen die 180°-Spulenanordnung 110 für die Verwendung von innen liegenden Hauptlagern (Nr. 2, 3 und 4) zu verwenden ist. Während die Härtungsmuster, welche durch die Verwendung der 180°-Spulenanordnung erzeugt werden, sehr bedeutend sind, bestehen weitere sich aus der Verwendung der 180°-Spulenanordnung ergebende Vorteile im Vergleich zu der 90°-Spulenanordnung. Verwendet man einen Kurbelwellenzapfen als ein Beispiel, so haben Tests gezeigt, dass es bei einem typischen Aufbau, der die 90°-Spulenanordnung 100 verwendet, es etwa 18 Sek. dauert, um hinreichend den Zapfen für den gewünschten Wärmebehandlungszustand zu erhitzen. Mit der 180°-Spulenanordnung 110 unter ansonsten im Wesentlichen identischen Konditionen dauert es etwa 11 Sek., um den Zapfen hinsichtlich des gewünschten Wärmebehandlungszustands zu erhitzen. Die Zeitersparnis steht in direktem Zusammenhang mit der Tatsache, dass dann, wenn die Orte der größten Masse zuerst statt zuletzt erhitzt werden, die Zeit nicht verloren oder vergeudet wird, welche erforderlich ist, um darauf zu warten, dass diese Orte die erforderliche Temperatur erreichen. Zusätzlich stellt die 180°-Spule 110a einen größeren Massenbereich für eine Wasserkühlung durch die Spule bereit, was in der Folge zu einer größeren Erhitzungskapazität und einer größeren Leistungsaufnahme führt. Die Erhitzungskapazität der 180°-Spule ist tatsächlich im Vergleich zu der 90°-Spule verdoppelt. Die 180°-Spule wird gegenüber der 90°-Spule dann bevorzugt, wenn eine geringere Komplexität erwünscht ist oder wenn ein größeres oder stärkeres elektrisches Feld erwünscht ist. Die 90°-Spule erzeugt wenig Leistung, verbraucht weniger Kupfer und lässt eine geringere Fluidströmung zur Kühlung zu.
Die in 13–15 dargestellten Wärmebehandlungsmuster wurden durch Mikroschliff tatsächlicher Teile erhalten, welche unter Verwendung sowohl der 90°- als auch der 180°-Spulenanordnung induktionsgehärtet wurden. Es ist das eigentümliche und bedeutende Wärmebehandlungsmuster gemäß 14, welches sich als durch die Verwendung der neuen und nicht naheliegenden 180°-Versatz-Spulenanordnung 110 erzielbar herausgestellt hat, die hierin dargestellt und beschrieben wurde.
Die Anordnung von Hauptlagern, Zapfen und Gegengewichten variiert zu einem bestimmten Grad mit der Motorgestaltung. Beispielsweise weist ein Reihen-Sechszylindermotor drei Zapfenpaare auf, welche aufgrund ihres identischen Ortes bezüglich einer oberen Totpunktposition paarweise einer Wärmebehandlung (d. h. Induktionshärtung) unterzogen werden können. Es ist ersichtlich, dass Zapfen 3 und 4 zusammen bearbeitet werden können und in der Folge Zapfen 2 und 5 sowie Zapfen 1 und 6. In einem V6-Motor sind die sechs Zapfen in drei Paaren gruppiert, um in geeigneter Weise den V6-Motor auszubalancieren. Die beiden Zapfen jedes Paares liegen einander benachbart und werden als "geteilte Zapfen" bezeichnet. Dies ist möglicherweise eine eher eigentümliche Situation hinsichtlich des Induktionshärtens, jedoch besitzt die Kurbelwelle eines V6-Motors einen verbreiteten Aufbau.
Ein Paar "geteilter Zapfen" von Kurbelwellenzapfen 150 und 151 ist schematisch in 16 dargestellt. Diese Zapfen sind um etwa 30° zu Gunsten einer hinreichenden Balance des V6-Motors zueinander drehversetzt. Der Bereich 152, der zwischen den beiden Zapfen 150 und 151 angeordnet ist, besitzt eine inhärente Schwächung aufgrund davon, dass er der dünnste Teil oder Abschnitt der Kurbelwelle ist. 17 ist eine schematische Darstellung dessen, wie der Bereich 152 im Querschnitt aufgrund der zylindrischen Natur der Zapfen 150 und 151 und aufgrund der Tatsache aussieht, dass diese zylindrischen Zapfen relativ zueinander versetzt sind, so dass deren zylindrische Achsen nicht übereinstimmen. Die Form des Sektors 152a des Bereichs 152 durch den Schnitt 17–17 wird als "football" (Rugbyball) oder footballförmig aufgrund seiner Geometrie bezeichnet. Als Teil der in 16 ausschnittsweise gezeigten Kurbelwelle sind Gegengewichte 153 und 154 vorhanden. Die Erhitzungs- (d. h. Induktionshärtungs)-Folge beginnt mit den mit Radien versehenen innen liegenden Kanten 155a und 155b. Darauf folgt die Erhitzung (d.h. Induktionshärtung) der Zapfen (d.h. Zapfen 150 und 151). Gemäß dem, was vorstehend bezüglich der innen liegenden Ecken 144 und 145 aus 15 beschrieben wurde, sind die innen liegenden Ecken 155a und 155b Bereiche größerer Masse. Die 180°-Spulengestaltung erzeugt mehr Hitze in diesem Bereich, da der innen liegende Teil zuerst erhitzt wird. Das sich ergebende Erhitzungsmuster ist auch in 16 dargestellt.
Eine weitere Option zur Steuerung der in die Kurbelwelle oder in ein anderes Werkstück eingetragenen Wärme besteht darin, die Rotationsrate der Kurbelwelle in Abhängigkeit von der Masse zu verändern, welche sich gegenwärtig nahe der Spule befindet. Wenn die Induktionshärtungsspule beispielsweise neben dem schmaleren Teil des Gegengewichts liegt, wird die Rotationsrate schneller, da ein geringerer Wärmeeintrag erforderlich ist. Wenn sich die Kurbelwelle dreht und der größere Teil des Gegengewichts in Position nahe der Spule gebracht wird, wird die Rotationsrate kleiner, so dass mehr Wärme eingetragen werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, liegt der bevorzugte Ansatz für die Induktionshärtung von Zapfen 150 und 151 darin, gleichzeitig zwei 180°-Versatz-Spulenanordnungen 110 und 116 zu verwenden (wie vorstehend erklärt, siehe 18A und 18B). Da ein Versatz oder eine Verschiebung von etwa 30° vorhanden ist, haben die beiden Spulenanordnungen einen ähnlichen Versatz oder eine ähnliche Verschiebung relativ zueinander, wie schematisch in 18A und 18B dargestellt. Durch Aufreihen der beiden Spulenanordnungen auf den beiden Zapfen 150 und 151 der Kurbelwelle wird der Übergangsbereich 152 nicht direkt erhitzt. Stattdessen führt das Erhitzen der Zapfen dem Bereich 152 ausreichend Wärme zu, wenn man die dünnere Masse dieses Bereichs berücksichtigt, um die gewünschte Induktionshärtung zu erzielen. Da drei Paare zueinander versetzter Zapfen vorgesehen sind, ist die Erhitzung (Induktionshärtung), wie sie für die Zapfen 150 und 151 beschrieben wurde, grundsätzlich dieselbe für die beiden anderen Zapfenpaare. Wie in 18 dargestellt, wird eine 180°-Versatzspulenanordnung 110 elektrisch und mechanisch mit einem Transformator 157 verbunden und die andere 180°-Versatz-Spulenanordnung 116 wird elektrisch und mechanisch mit dem Transformator 158 verbunden. Jeder Transformator ist auf seinem eigenen entsprechenden X-Y-Positionierungstisch 159 und 160 angebracht.
Die Nähe der Zapfen 150 und 151 führt zu einer Behinderung der Induktionshärtung, da das Erhitzen eines Zapfens ohne ein gleichzeitiges Erhitzen des benachbarten Zapfens ein Abkühlen der Ränder des benachbarten Zapfens bewirkt. Die Nähe der beiden Zapfen ist hinreichend klein, so dass die für die Induktionshärtung eines Zapfens erzeugte Wärme nicht von dem benachbarten Zapfen isoliert werden kann, um ein Abkühlen zu verhindern. Wenn die Zapfen 150 und 151 der Induktionshärtung nicht gleichzeitig unterzogen werden, bleibt der Zwischenbereich 152, nämlich die Verbindung zwischen den beiden Zapfen als weiche Zone mit nicht hinreichender Härte.
Die Anordnung der 18A und 18B der beiden Versatz-Spulenanordnungen 110 und 116 ist hinsichtlich der Induktionshärtung von geteilten Zapfen 150 und 151 als Teil einer V6-Motor-Kurbelwelle dargestellt, wie in 18 gezeigt. Die Verschiebung oder der Versatz in den beiden Zapfen 150 und 151 wird auf die Positionen der beiden Spulenanordnungen 110 und 116 übertragen, wenn diese zusammen benützt werden. Die Darstellung gemäß 19 zeigt die Verwendung der beiden Versatr-Spulenanordnungen 110 und 116 hinsichtlich des Induktionshärtens einer Reihen-Sechs-Kurbelwelle. Der einzige "Unterschied" zwischen den dargestellten Anordnungen der 18 und 19 liegt in der Gestaltung oder dem Typ der der Induktionshärtung zu unterziehenden Kurbelwelle.
Eine der Verbesserungen hinsichtlich der Gestaltung des Teils mit geteilten Zapfen der Kurbelwelle aus 16 liegt darin, Hinterschneidungen zu erzeugen, die als Aussparungsbereiche für die Schleifbehandlung der korrespondierenden Zapfen wirken. Diese Verbesserung der Gestaltung hinsichtlich der Konfiguration einer Kurbelwelle ist in 20 dargestellt. Hinterschneidungen 180 und 181 sind jeweils benachbart den äußeren Endteilen der Zapfen 182 und 183 angeordnet. Die Hinterschneidung 180 zeigt einen ringförmigen Aussparungsbereich 184 zwischen dem äußeren Endteil 185 des Zapfens 182 und dem Gegengewicht 186. Die Hinterschneidung 181 zeigt einen ringförmigen Aussparungsbereich 187 zwischen dem äußeren Endteil 188 des Zapfens 183 und dem Gegengewicht 189. Die Hinterschneidung 190 zeigt einen ringförmigen Aussparungsbereich 191 zwischen den inneren Verbindungsendteilen der Zapfen 182 und 183.
Durch das Vorsehen von Hinterschneidungen an den Zapfen 182 und 183 mittels ringförmiger Aussparungsbereiche 184, 187 und 191, wie dargestellt, wird das Schleifen der Zapfenoberflächen hinsichtlich der Schleifräder ein weniger „beschädigender" Vorgang. Es hat sich herausgestellt, dass dann, wenn die äußere Oberfläche eines Zapfens direkt die Innenwand eines benachbarten Gegengewichts oder einen anderen Teil der Kurbelwelle berührt, ein größeres Risiko besteht, die Schleifräder, welche zur maschinellen Bearbeitung der äußeren Oberfläche der Zapfen verwendet werden, zu beschädigen. Dasselbe Problem besteht in dem "football"-Bereich zwischen den innen liegenden einander gegenüberliegenden Oberflächen der Zapfen 182 und 183. Durch Hinterschneiden der Zapfen an ihren entgegengesetzten Enden zur Erzeugung eines ringförmigen Aussparungsbereichs an der entsprechenden Gegengewichtsfläche und durch Bereitstellen eines Aussparungsbereichs zwischen den beiden Zapfen wird das Schleifrad nicht denselben Risiken einer wahrscheinlichen oder möglichen Beschädigung ausgesetzt.
Obgleich diese Neugestaltung der Kurbelwelle im Zusammenhang mit geteilten Zapfen offenbart und erklärt ist, besteht dasselbe Problem für jeden Einzelzapfen, wenn dieser an einer planen Fläche einer benachbarten Oberfläche positioniert ist, die zu der Achse des Zapfens normal verläuft und einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Zapfens aufweist.
Die Hinterschneidungen der beiden Zapfen eines geteilten Zapfenpaars einer Kurbelwelle, wie hierin beschrieben und dargestellt, wird aufgrund von "Einsparungen" hinsichtlich der Schleifräder als patentierbare Verbesserung hinsichtlich der Gestaltung von Kurbelwellen im Allgemeinen angesehen, wann immer Schleifräder oder ähnliche maschinelle Werkzeuge bei der maschinellen Bearbeitung von geteilten Zapfen eingesetzt werden.
Wie in dem US Patent Nr. 6,013,904 beschrieben und hierin wiederholt, nimmt die Konfiguration mit geteilten Zapfen gemäß 16 das dargestellte Erhitzungsmuster (schraffierte Teile) durch die Verwendung von zwei 180°-Versatz-Spulenanordnungen (siehe 18) mit eigenem 30°-Versatz oder -Verschiebung (s. 18A und 18B) an.
Wenn Hinterschneidungen 180 und 181 bei dem Paar geteilter Zapfen, den Zapfen 182 und 183, vorgesehen werden, wie in 20 dargestellt, so dass die beiden ringförmigen Aussparungsbereiche 184 und 187 erzeugt werden, kann man erkennen, dass die Außendurchmesser-Oberfläche von jedem Zapfen 182 und 183 in dem Bereich, welcher vorher Teil des Erwärmungsmusters war, entfernt wurde. Obgleich immer noch der Bedarf besteht, einen wärmebehandelten Bereich um die Aussparungsbereiche 184 und 187 und über diese hinweg durch Induktionshärtung des Paares geteilter Zapfen zu erzeugen, muss die Gestaltung der Induktionsspule verändert werden. Es ist weniger Masse in dem Bereich der Hinterschneidungen vorhanden und der Außendurchmesser jedes Aussparungsbereichs 184 und 187 ist kleiner als der ursprüngliche Durchmesser vor der Erzeugung der Hinterschneidungen. Diese Unterschiede erfordern ein anderes Spulendesign, um das gewünschte Erhitzungsmuster über und um die Gesamtheit des „hinterschnittenen" Paars geteilter Zapfen, inklusive der Zapfen 182 und 183, zu erzeugen. Obgleich verschiedene Spulengestaltungen zu einem bestimmten Grad funktionieren können, liegt der Fokus der vorliegenden Er findung und der Fokus früherer und verwandter Anmeldungen und Patente darin, Induktionserhitzungsmuster für den bestimmten Bereich oder Teil zu optimieren. Somit liegt unser Bezug hinsichtlich des erwünschten Erhitzungsmusters tatsächlich darin, was als bevorzugtes oder optimales Erhitzungsmuster für den bestimmten Bereich oder das bestimmte Teil angesehen wird.
Obwohl jeweils eine 90°-Spule und eine 180°-Versatz-Spule dargestellt und im Zusammenhang mit dieser Erfindung beschrieben wurden, wurde tatsächlich eine „Hyprid"-Spule speziell zum Induktionserhitzen (Induktionshärten) des „hinterschnittenen" Paars geteilter Zapfen gestaltet, welche in 20 gezeigt ist.
Insbesondere Bezug nehmend auf 21 bis 23 wird die Spulenanordnung 200 als „Hyprid"-Spulenanordnung bezeichnet, da sie nicht präzise in die Definition einer 90°-Spule und nicht präzise in die Definition einer 180°-Versatz-Spule hinein fällt, wie diese Spulentypen hierin beschrieben und definiert sind. In vielerlei Hinsicht ist die Spulenanordnung 200 ähnlich zu den Spulenanordnungen 100 und 110 (oder 116), umfassend den allgemeinen Aufbau hinsichtlich der elektrischen Leitung und Abschirmung und insbesondere hinsichtlich der inneren Kühlkanäle und der Option für Abschrecköffnungen (s. 6A). Die Kühlkanäle sind für die Spulenanordnung 200 nicht dargestellt, jedoch in der Spulenanordnung 200 vorhanden und in einer Art und Weise ausgebildet und angeordnet, die ähnlich zu dem ist, was für die Spulenanordnungen 100 und 110 dargestellt wurde.
Weiterhin Bezug nehmend auf 21 bis 23 umfasst die Spulenanordnung 200, eine Spule 201 und einen Haltearm 202. Der Haltearm 202 ist mit einem stromaufnehmenden Teil 203 und einem stromabgebenden Teil 204 ausgebildet. Der elektrische Stromweg für den ankommenden Strom beginnt bei dem Transformator und er- streckt sich von dort zu dem Haltearm 202. Der elektrische Stromweg durch die Spulenanordnung 200 ist im Zusammenhang damit beschrieben, wie sich der Strom entlang dem Stromweg bewegt. Die Teile 203 und 204 sind durch einen Abschirmungsstreifen 205 elektrisch voneinander abgeschirmt und sind tatsächlich zueinander von oben nach unten hinsichtlich der Enden gestaffelt, welche mit der Spule 201 verbunden sind. 21 ist eine Ansicht der Spulenanordnung 200 von unten, wie sie in Zusammenwirkung mit der Spulenanordnung 300 angeordnet ist (siehe 28). 21A ist eine Draufsicht der Spulenanordnung 200, wie sie in Zusammenwirkung mit der Spulenanordnung 300 angeordnet ist. Nimmt man zuerst Bezug auf 21, 22 und 23, so umfasst die Spule 201, wie die Spulen 100a und 110a, eine erste Oberfläche 201a, eine zweite entgegengesetzte Oberfläche 201b und eine innere Spulen krümmung 201c, welche sich zwischen diesen erstreckt. Eine erste seitliche Oberfläche 201d liegt an einem Ende der inneren Spulenkrümmung 201c und eine zweite Seitenoberfläche 201e liegt an dem entgegengesetzten Ende der inneren Spulenkrümmung.
Verbindungsblöcke 207 und 208 sind derart aufgebaut und angeordnet, dass sie sich mechanisch und elektrisch an eine elektrische Schiene (nicht dargestellt) anschließen, die funktionsmäßig mit einem Transformator (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein Streifen 209 zur elektrischen Abschirmung ist zwischen den Verbindungsblöcken 207 und 208 angeordnet. Der Verbindungsblock 207 ist integral mit dem stromaufnehmenden Teil 203 ausgebildet und kann verschweißt oder verlötet sein, um diesen integralen Aufbau zu erzeugen. Auf ähnliche Weise ist der Verbindungsblock 208 integral mit dem stromabgebenden Teil 204 ausgebildet und kann verschweißt oder verlötet sein, um diesen integralen Aufbau zu erzeugen. Die längliche Kontur 203c, welche sich längs des Teils 203 erstreckt, bezeichnet eine Abdeckplatte 203d, die einen Teil des Kühlkanals begrenzt, der in das Teil 203 maschinell eingearbeitet ist. Die Abdeckplatte 203d ist in Position verschweißt oder verlötet.
Die hybride Spurenanordnung 200 wird wahrscheinlich eher als 180°-Versatz-Spulengestaltung als als 90°-Spulengestaltung betrachtet, aufgrund des Stromverlaufübergangs (von unten nach oben) an einem Ende der Spule 201 statt an beiden Enden und in der Mitte, was dem Muster für die 90°-Spule entspricht. Die Spulenanordnung 200 kann auch eher als der Form der 180°-Versatz-Spulengestaltung entsprechend angesehen werden, da der Anfangsstromverlauf sich von einem Ende der Spule 201 über wenigstens 180° zu dem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wo der erste Übergang von der unteren leitenden Oberfläche zu der oberen leitenden Oberfläche auftritt. "Untere" und "obere" (oder "unten" und "oben") werden hierin im Zusammenhang damit verwendet, wie die Spulenanordnung 200 relativ zu dem Boden im gegenwärtigen Gebrauch orientiert und positioniert ist. Die Spule 201 umfasst einen sich über 180° erstreckenden Hauptbereich 206a und zwei Endbereiche 206b und 206c. Die Bereiche 206b und 206c erstrecken sich zwischen der ersten Oberfläche 201a und der zweiten Oberfläche 201b. Die Spulenachse 201f bezeichnet die Trennlinie zwischen dem Hauptbereich 206a auf einer Seite der Achse 201f und den beiden Endbereiche 206b und 206c auf der entgegengesetzten Seite. Die inneren Oberflächen der Endbereiche 206b und 206c sind im Wesentlichen parallel zueinander und im wesentlichen orthogonal zu der Mittellinie 201g der Spule.
Der von dem angeschlossenen Transformator zufließende Strom fließt zu der Spule 201 über den stromaufnehmenden Teil 203 und den Verbindungsblock 207. Der Teil 203 ist mit einem Bogen ausgebildet, der sich über etwa 90° von dem linearen Abschnitt 203a zu dem Verbindungsabschnitt 203b erstreckt. Der stromaufnehmende Teil 203 schließt sich über den Abschnitt 203b an die Oberfläche 201b und an den leitenden Teil 212 über den Endabschnitt 206b an. Die Spule 201 ist im wesentlichen halbzylindrisch ausgebildet mit einem ersten leitenden Teil 212 verbunden, der ein Teil der ersten Oberfläche 201b ist, welche an dem Spulenende 213 beginnt und sich über etwa 180° um die innere Oberfläche der Spule 201 herum erstreckt (d.h. die innere Spulenkrümmung 201c) und an einem Ende 215 endet, welches das freie Ende der Spule 101 darstellt. Aufgrund der axialen Breite des leitenden Teils 112 ist ersichtlich, dass die dargebotene Oberfläche 212a halbzylindrische Form aufweist.
Am Spulenende 215 schließt sich der erste leitende Teil 212 elektrisch und mechanisch an den zweiten leitenden Teil 218 an (Teil der zweiten Oberfläche 201a). Der leitende Teil 218 schließt sich elektrisch und mechanisch an den stromabgebenden Teil 204 an, welcher sich wiederum elektrisch und mechanisch an den Verbindungsblock 208 anschließt. Der stromabgebende Teil 204 des Haltearms 202 umfasst eine integral ausgebildete Kombination eines linearen Abschnitts 204a, eines Brückenabschnitts 204b und eines Verbindungsabschnitts 204c. Der lineare Abschnitt 204a ist integral mit dem Verbindungsblock 208 ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu dem linearen Abschnitt 203a, allerdings lediglich über einen Teil der Länge des linearen Abschnitts 203a. Der Abschnitt 204a verläuft dann gekrümmt über einen Winkel von etwa 90° und verbindet sich dann mit dem Brückenabschnitt 204b. Der Brückenabschnitt 204b verbindet sich integral mit dem Verbindungsabschnitt 204c an einer Verbindung 219, welche einen eingeschlossenen Winkel von etwa 135° aufweist. Der Verbindungsabschnitt 204c ist integral mit dem zweiten leitenden Teil 218 ausgebildet, welcher eine halbzylindrische Form aufweist, und die Besonderheiten dieser Form sind im Folgenden beschrieben.
Der zweite leitende Teil 218 umfasst eine dargebotene Oberfläche 218a, welche über ihre in Umfangsrichtung laufende Länge vom freien Ende 215 zu dem Teilende 218 im Wesentlichen zylindrisch verläuft, wo der zweite leitende Teil 218b sich integral elektrisch und mechanisch an den Verbindungsteil 204c anschließt. Der stromabgebende Teil 204 schließt sich über die Teile 204b und 204c an die Oberfläche 201a an und an den leitenden Teil 218 an der Stelle 218b an. Bezüglich des Umfangs von etwa 180°, der durch die dargebotene Oberfläche der Spule 201 beschrieben wird, ist dies tatsächlich geringfügig mehr als 180°. Der zweite leitende Teil 218 erstreckt sich über etwa 110° von dem Ende 215 zu dem Ende 218b. Das freie Ende 215 liegt dort, wo der erste leitende und der zweite leitende Teil elektrisch miteinander verbunden sind.
Mit Ausnahme des Endes 215 sind jeweils elektrische Abschirmungen zwischen dem ersten und dem zweiten leitenden Teil 212 und 218 vorgesehen. Das Vorhandensein dieser elektrischen Abschirmungen stellt eine elektrische Isolation sicher und sorgt für einen einzigen Stromverlauf (Durchgangsweg) durch die Spulenanordnung 200. Dieser Stromverlauf beginnt am Verbindungsblock 207, verläuft durch den stromaufnehmenden Teil 203 und dann durch den ersten leitenden Teil 212 von dem Ende 213 zu der Unterseite zu der Oberseite hinüber zum Ende 215. Der Stromverlauf kehrt vom Ende 215 durch den zweiten leitenden Teil 218 und zum Ende 218b zurück. Vom Ende 218b fließt der Stromverlauf zurück durch den stromabgebenden Teil 204 und zurück zum Verbindungsblock 208.
Ein weiteres Merkmal der Spulenanordnung 200 liegt in der maschinellen Herstellung von Ausnehmungsbereichen über verschiedenen Oberflächen und Teilen der Spule 201 und des Haltearms 202, um diese Ausnehmungsbereiche mit abschirmenden Beschichtungen auszufüllen. Der Zweck einer derartigen Konstruktion liegt darin, die Erhitzung aufgrund des fließenden Stromes zu konzentrieren. Diese Ausnehmungsbereiche 221, 222, 223, 224 und 225 dienen jeweils nicht dem Zwecke der Bereitstellung einer elektrischen Abschirmung weder zwischen (1) dem stromaufnehmenden und stromabgebenden Teil 203 und 204 des Haltearms 202 noch zwischen (2) dem ersten und zweiten leitenden Teil 212 und 218.
Bezug nehmend auf die Draufsicht von 21A zeigt diese die obere oder auf der Oberseite liegende Oberfläche 230 der Spulenanordnung 200, welche (in enger Nähe) der Unterseite oder unten liegenden Oberfläche der zusammenwirkenden Spulenanordnung 300 gegenüberliegt (siehe 25, 26 und 27). Die plane Oberfläche 230 umfasst eine erste abschirmende Beschichtung 231, die entlang dem stromabgebenden Teil 204 angeordnet ist, eine zweite abschirmende Beschichtung 232 und eine gekrümmte dritte abschirmende Beschichtung 233. Ein Teil 234 des zweiten leitenden Teils 218 (teilzylindrisch) ist als gegenüber der inneren gekrümmten Kante 235 der Beschichtung 233 angepasste Krümmung gezeigt. Die obere Oberfläche des Brückenabschnitts 204b und des Verbindungsabschnitts 204c ist durch den Teil 236 wiedergegeben. Hinsichtlich des elektrischen Durchgangs durch die Spulenanordnung 200, welcher von dem Verbindungsblock 207 zu dem Verbindungsblock 208 verläuft, erzeugen die abschirmenden Beschichtungen 231, 232 und 233 keine Unterbrechun gen im Stromfluss. Dies sind abschirmende "Lagen", die zum Teil als abschirmende Oberflächen genutzt werden und zum Teil zum Fokussieren und Konzentrieren der Erhitzungsenergie an den kritischsten Teilen der Spulenanordnung genutzt werden.
Um das Erhitzungsmuster für das Paar hinterschnittener geteilter Zapfen aus 20 zu erzeugen wird, wie schematisch in 24 dargestellt, eine zweite "hybride" Spulenanordnung in Zusammenwirkung mit der Spulenanordnung 200 verwendet. Mit Bezug auf 25, 26 und 27 weist die zweite "hybride" Spulenanordnung 300 einen Aufbau und einen Stromverlauf auf, welche sehr ähnlich zu der Spulenanordnung 200 sind. Insbesondere Bezug nehmend auf 25–27 umfasst die Spulenanordnung 300 eine Spule 301 und einen Haltearm 302. Der Haltearm 302 ist mit einem stromaufnehmenden Teil 303 und einem stromabgebenden Teil 304 ausgebildet. Der elektrische Durchgangsweg für den zufließenden Strom beginnt am Transformator und verläuft von diesem zu dem Haltearm 203. Der elektrische Durchgangsweg durch die Spulenanordnung 300 ist im Zusammenhang damit beschrieben, wie der Strom durch diesen Durchgangsweg hindurch verläuft. Die Teile 303 und 304 sind durch einen abschirmenden Streifen 305 elektrisch voneinander abgeschirmt und liegen tatsächlich von der Oberseite zur Unterseite betrachtet gestaffelt zueinander bezüglich der Enden, welche an die Spule 301 angeschlossen sind. Die Spule 301 umfasst ähnlich wie die Spulen 100a, 110a und 201 eine obere oder oben liegende Oberfläche 301a, eine untere oder unten liegende Oberfläche 301b und eine innere Spulenkrümmung 301c, die sich zwischen diesen erstreckt. Eine erste seitliche Oberfläche 301d liegt an einem Ende der inneren Spulenkrümmung 301c und eine zweite seitliche Oberfläche 301e liegt an dem entgegengesetzten Ende der inneren Spulenkrümmung.
Die Verbindungsblöcke 307 und 308 sind derart aufgebaut und angeordnet, dass sie sich mechanisch und elektrisch an die elektrische Schiene (nicht dargestellt) anschließen, welche funktionell mit einem Transformator (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein Streifen 309 zur elektrischen Abschirmung ist zwischen den Verbindungsblöcken 307 und 308 positioniert. Der Verbindungsblock 307 ist integral mit dem strom- aufnehmenden Teil 303 ausgebildet und kann verschweißt oder verlötet sein, um diesen integralen Aufbau zu erzeugen. Ähnlich ist der Verbindungsblock 308 integral mit dem stromabgebenden Teil 304 ausgebildet und kann verschweißt oder verlötet sein, um diesen integralen Aufbau zu erzeugen. Die längliche Kontur 303c, welche sich entlang der Länge des Teils 303 erstreckt, bezeichnet eine Abdeckplatte 303d, welche einen Teil des Kühlkanals einschließt, der in das Teil 303 maschinell eingearbeitet ist. Die Abdeckplatte 303 ist in Position verschweißt oder verlötet.
Die hybride Spulenanordnung 300 wird wahrscheinlich eher als 180°-Versatz-Spulengestaltung als 90°-Spulengestaltung angesehen werden, aufgrund des Stromverlaufübergangs (von oben nach unten), der eher im wesentlichen nahe einem Ende der Spule 301 als an beiden Enden und in der Mitte vorliegt, was das Muster für die 90° Spule ist. Die Spulenanordnung 300 kann auch eher als Form der 180°-Versatz-Spulengestaltung angesehen werden aufgrund davon, dass sich ein Teil des Stromverlaufs von einem Ende der Spule 301 über etwa 180° zu dem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wobei ein Übergang von der oberen leitenden Oberfläche zu der unteren leitenden Oberfläche vorhanden ist.
Der von dem angeschlossenen Transformator zufließende Strom fließt zu der Spule 301 über den stromaufnehmenden Teil 303 und den Verbindungsblock 307. Der Teil 303 ist mit einem von dem linearen Abschnitt 303a zu dem Verbindungsabschnitt 303b über etwa 90° verlaufenden Bogen ausgebildet. Die Spule 301 ist im wesentlichen halbzylindrisch gestaltet mit einem oberen leitenden Teil 312, einem Teil der oberen Oberfläche 301a, welche an dem Spulenende 313 beginnt und sich über etwa 180° um die innere Oberfläche der Spule 301 erstreckt (d. h. die innere Spulenkrümmung 301c), und in einem Ende 315 endet, welches das Ende des halbzylindrischen Teils der Spule 301 darstellt. Aufgrund der axialen Dicke des leitenden Teils 312 ist ersichtlich, dass die dargebotene Oberfläche 312a eine halbzylindrische Form aufweist.
Am Spulenende 315 schließt sich der obere leitende Teil mechanisch und elektrisch an den Brückenteil 316 an. Der Brückenteil 316 umfasst vier integrale Abschnitte, umfassend die Abschnitte 316a, 316b, 316c und 316d. Der Abschnitt 316a ist im Allgemeinen nahe einer radialen Linie (301g) von der Spulenkrümmungsachse 301f orientiert, welche Linie die Endfläche der Spulenenden 313 und 315 definiert. Der eingeschlossene Winkel zwischen den Abschnitten 316a und 316b liegt näherungsweise bei 90°. Der eingeschlossene Winkel zwischen den Abschnitten 316b und 316c liegt etwa bei 90°. Der eingeschlossene Winkel zwischen den Abschnitten 316c und 316d liegt etwa bei 110°. Die innere Spulenkrümmung 301c erstreckt sich über volle 180° zwischen den Enden 313 und 315 und erstreckt sich ferner in Verbindungsendabschnitte 317a und 317b. Die Abschnitte 317a und 317b erstrecken sich zwischen der oben liegenden Oberfläche 301a und der unten liegenden Oberfläche 301b. Die inneren Oberflächen der Abschnitte 317a und 317b sind im Wesentlichen parallel zueinander und im wesentlichen orthogonal zu der Spulenmittellinie 3018. Wie in 25 dargestellt ist ersichtlich, dass der Verbindungsabschnitt 303b und der Abschnitt 316a auf der entgegengesetzten Seite der Spulenkrümmungsachse 301f und der Mittellinie 301g von dem sich über 180° erstreckenden Hauptteil der Spulenkrümmung liegen. Der stromaufnehmende Teil 303 schließt sich über den Abschnitt 303b an die Oberfläche 301a an und an den leitenden Teil 312 über den Endabschnitt 317a. Ähnlich schließt sich der stromabgebende Teil 304 an die Oberfläche 301b und an den leitenden Teil 320 über den Endabschnitt 317a an.
Der Stromverlauf (Durchgangsverlauf) folgt demnach von dem Ende 315 zu den Abschnitten 316a zu 316b zu 316c zu 316d und dann zu dem unteren leitenden Teil 320. An der Ecke 316e zwischen und definiert durch den Abschnitt 316b und 316c erreicht der Stromverlauf den Übergangspunkt und erstreckt sich nach unten durch diese Ecke 316e zu den Abschnitten 316c und 316d und dann zu dem unteren leitenden Teil 320. Der untere leitende Teil 320 erstreckt sich über etwa 180° von dem Ort 320a zu dem ersten Spulenende 313 und über die innere Oberfläche des Abschnitts 317a, welches sich an den stromabgebenden Teil 304 anschließt. Demzufolge liegt der Ort 320a ausgehend von dem Ende 315 um etwa 70° um die Spulenkrümmung versetzt. Dieser stromabgebende Teil 30 umfasst einen ersten Abschnitt 304a, welcher mechanisch und elektrisch mit dem Ende 313 und dem Abschnitt 317a verbunden ist. Integral mit dem Abschnitt 304a ist ein zweiter Abschnitt 304b ausgebildet, welcher integral mit dem Verbindungsblock 308 ausgebildet ist. Der Abschnitt 304a ist in einem rechten Winkel zu dem Abschnitt 304b orientiert.
Mit Ausnahme der Ecke 316e sind elektrische Abschirmungen jeweils zwischen den oberen und unteren leitenden Teilen 312 und 320 vorgesehen. Das Vorhandensein dieser elektrischen Abschirmungen stellt eine elektrische Isolation sicher und sorgt für einen einzigen Durchgangsweg durch die Spulenanordnung 300. Dieser Strom oder Durchgangsweg beginnt am Verbindungsblock 307, verläuft durch den stromaufnehmenden Teil 303 und dann durch den oberen leitenden Teil 312 von dem Ende 313 zu dem Ende 315. Der Stromweg verlässt das Ende 315 über den Abschnitt 317b und den Abschnitt 316a des Brückenabschnitts 316. An der Ecke 316e verschiebt sich der Durchgangsweg von dem oberen Teil der Spulenanordnung zu dem unteren Teil. Der Weg setzt sich von dem Abschnitt 316b in den Abschnitt 316c fort und verläuft dann zu dem Abschnitt 316d, welcher sich an den unteren leitenden Teil 320 anschließt. Der Weg setzt sich dann fort zurück zu dem Abschnitt 317a und dem Ende 313. Von dem Ende 313 verläuft der Stromweg zurück durch den stromabgebenden Teil 304 und zurück zu dem Verbindungsblock 308.
Ein weiteres Merkmal der Spulenanordnung 300 liegt in der maschinellen Bearbeitung von Ausnehmungsbereichen über verschiedenen Oberflächen und Teilen der Spule 301 und des Haltearms 302, um diese Ausnehmungsbereiche mit abschirmenden Lagen auszufüllen. Der Zweck einer derartigen Konstruktion liegt in der Konzentration der Erhitzung aufgrund des fließenden Stroms. Diese Ausnehmungsbereiche 321, 322 und 323 dienen nicht dem Zweck der Bereitstellung einer elektrischen Abschirmung weder jeweils zwischen (1) dem stromaufnehmenden und dem stromabgebenden Teil 303 und 304 des Haltearms 302 noch zwischen dem oberen und unteren leitenden Teil 312 und 320.
Wie erklärt wird zur Erzeugung des Erhitzungsmusters für das Paar hinterschnittener geteilter Zapfen aus 20, wie in 24 gezeigt zeigt, eine Spulenanordnung 200 in Kombination mit einer Spulenanordnung 300 verwendet. Diese nebeneinander liegende Anordnung dieser beiden Spulenanordnungen ist hinsichtlich ihrer Orientierung und ihrer Verwendung für das Paar hinterschnittener geteilter Zapfen 182 und 183 in 28 dargestellt.
Obgleich die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, sind die Beschreibung und die Zeichnungen als darstellend und nicht beschränkend anzusehen und es ist klarzustellen, dass lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben wurde, und dass alle Veränderungen und Modifikationen, die im Rahmen der Erfindung liegen, als mit unter den Schutz fallend angesehen werden.
Induktionshärtungsspule für eine Kurbelwelle
Eine erste Induktionshärtungsspulenanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spule mit einer oben liegenden Oberfläche, einer unten liegenden Oberfläche und einer inneren Spulenkrümmung, die zwischen der oben Iiegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche angeordnet ist. Die innere Spulenkrümmung erstreckt sich über etwa 180° um eine Spulenachse herum. Die Spule umfasst ferner einen ersten Endabschnitt, der nahe einem ersten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt, die sich zwischen der oberen oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche erstreckt. Ein zweiter Endabschnitt nahe einem zweiten Ende der inneren Spulenkrümmung erstreckt sich zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche. Ein Haltearm ist mit der Spule verbunden und derart aufgebaut und angeordnet, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der Spule und einer elektrischen Stromquelle bereitstellt. Der Haltearm umfasst einen stromaufnehmenden Teil, der mit der unten liegenden Oberfläche nahe dem ersten Endabschnitt verbunden ist, und einen stromabgebenden Teil, der mit der oben liegenden Oberfläche an einem Ort verbunden ist, der zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt liegt. Bei einer zusammenwirkenden zweiten Induktionshärtungsspulenanordnung, welche zusammen mit der ersten Spulenanordnung für ein Paar geteilter Zapfen verwendet wird, ist der stromaufnehmende Teil des Haltearms mit der oben liegenden Oberfläche nahe dem ersten Endabschnitt verbunden. Der stromabgebende Teil des Haltearms ist mit der unten liegenden Oberfläche nahe dem ersten Endabschnitt verbunden.

Claims

Induktionsspulenanordnung zum Induktionshärten eines Teils eines Werkstücks, wobei die Induktionsspulenanordnung umfasst: eine Spule mit einer oben liegenden Oberfläche, einer unten liegenden Oberfläche und einer inneren Spulenkrümmung, welche zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche angeordnet ist, wobei die innere Spulenkrümmung sich über etwa 180° um eine Spulenachse herum erstreckt, wobei die Spule ferner einen ersten Endabschnitt aufweist, der nahe einem ersten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche erstreckt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der nahe einem zweiten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche erstreckt; und einen Haltearm, der mit der Spule verbunden ist und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der Spule und einer elektrischen Stromquelle bereitstellt, wobei der Haltearm einen stromaufnehmenden Teil, der mit der oben liegenden Oberfläche über den ersten Endabschnitt verbunden ist, und einen stromabgebenden Teil aufweist, der mit der unten liegenden Oberfläche zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt verbunden ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende elektrisch die oben liegende Oberfläche und die unten liegende Oberfläche als Teil eines Stromübergangwegs der Spule verbindet.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 2, wobei der stromabgebende Teil sich an die unten liegende Oberfläche an einem Ort nahe der inneren Spulenkrümmung anschließt, welcher um etwa 110° zu dem zweiten Ende versetzt ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Mehrzahl von Ausnehmungsbereichen, welche elektrisches Abschirmungsmaterial aufnehmen.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 4, wobei der stromaufnehmende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist und wobei der stromabgebende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 5, wobei der Haltearm einen Verbindungsblockteil aufweist, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er sich an eine elektrische Stromquelle anschließt.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 1, wobei sich der stromabgebende Teil an die unten liegende Oberfläche an einem Ort nahe der inneren Spulenkrümmung anschließt, welcher um etwa 110° zu dem zweiten Ende versetzt ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Mehrzahl von Ausnehmungsbereichen, welche elektrisches Abschirmungsmaterial aufnehmen.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 1, wobei der stromaufnehmende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist und wobei der stromabgebende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Haltearm einen Verbindungsblockteil aufweist, welcher derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er sich an eine elektrische Stromquelle anschließt.
Induktionsspulenanordnung zum Induktionshärten eines Teils eines Werkstücks, wobei die Induktionsspulenanordnung umfasst: eine Spule mit einer oben liegenden Oberfläche, einer unten liegenden Oberfläche und einer inneren Spulenkrümmung, welche zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche angeordnet ist, wobei die innere Spulenkrümmung sich über etwa 180° um eine Spulenachse herum erstreckt und einen elektrisch leitenden ersten Teil und einen elektrisch leitenden zweiten Teil aufweist, wobei die Spule ferner einen ersten Endabschnitt aufweist, der nahe einem ersten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche erstreckt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der nahe einem zweiten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der oben liegenden Oberfläche und der unten liegenden Oberfläche erstreckt; und einen Haltearm, der mit der Spule verbunden ist und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der Spule und einer elektrischen Stromquelle bereitstellt, wobei der Haltearm einen stromaufnehmenden Teil aufweist, der elektrisch mit dem ersten Teil verbunden ist, und einen stromabgebenden Teil aufweist, der elektrisch mit dem zweiten Teil an einem Ort zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt verbunden ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 11, wobei das zweite Ende elektrisch den ersten Teil und den zweiten Teil als Teil eines Stromübergangwegs der Spule verbindet.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 11, wobei der stromabgebende Teil sich an den zweiten Teil an einem Ort nahe der inneren Spulenkrümmung anschließt, welcher um etwa 110° zu dem zweiten Ende versetzt ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Mehrzahl von Ausnehmungsbereichen, welche elektrisches Abschirmungsmaterial aufnehmen.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 11, wobei der stromaufnehmende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist und wobei der stromabgebende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 11, wobei der Haltearm einen Verbindungsblockteil aufweist, welcher derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er sich an eine elektrische Stromquelle anschließt.
Induktionsspulenanordnung zum Induktionshärten eines Teils eines Werkstücks, wobei die Induktionsspulenanordnung umfasst: eine Spule mit einer ersten Oberfläche, einer auf der entgegengesetzten Seite angeordneten zweiten Oberfläche, einer inneren Spulenkrümmung, die zwischen der ersten Oberfläche und der entgegengesetzt angeordneten zweiten Oberfläche ausgebildet ist, wobei sich die innere Spulenkrümmung über etwa 180° um eine Spulenachse herum erstreckt, wobei die Spule ferner einen ersten Endabschnitt aufweist, der nahe einem ersten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der ersten Oberfläche und der auf der entgegengesetzten Seite liegenden zweiten Oberfläche erstreckt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der nahe einem zweiten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der ersten Oberfläche und der auf der entgegengesetzten Seite liegenden zweiten Oberfläche erstreckt; und einen Haltearm, der mit der Spule verbunden ist und derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der Spule und einer elektrischen Stromquelle bereitstellt, wobei der Haltearm einen stromaufnehmenden Teil aufweist, der mit der ersten Oberfläche über den Endabschnitt verbunden ist, und einen stromabgebenden Teil aufweist, der mit der auf der entgegengesetzten Seite angeordneten zweiten Oberfläche über den ersten Endabschnitt verbunden ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 17, ferner umfassend einen Brückenabschnitt, der die erste Oberfläche mit der auf der entgegengesetzten Seite an geordneten zweiten Oberfläche verbindet, wobei der Brückenabschnitt ein Ende aufweist, das mit dem zweiten Endabschnitt verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der auf der entgegengesetzten Seite angeordneten zweiten Oberfläche an einem Ort zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt verbunden ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 18, wobei der Ort zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt um etwa 70° zu dem zweiten Endabschnitt versetzt ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 19, ferner umfassend eine Mehrzahl von Ausnehmungsbereichen, welche elektrisches Abschirmungsmaterial aufnehmen.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 17, ferner umfassend eine Mehrzahl von Ausnehmungsbereichen, welche elektrisches Abschirmungsmaterial aufnehmen.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 17, wobei der stromaufnehmende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist und wobei der stromabgebende Teil einen Flüssigkeitsströmungskanal aufweist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 17, wobei der Haltearm einen Verbindungsblockteil aufweist, welcher derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er sich an eine elektrische Stromquelle anschließt.
Induktionsspulenanordnung zum Induktionshärten eines Teils eines Werkstücks, wobei die Induktionsspulenanordnung umfasst: eine Spule mit einer ersten Oberfläche, einer auf der entgegengesetzten Seite angeordneten zweiten Oberfläche, und einer inneren Spulenkrümmung, die zwischen der ersten Oberfläche und der auf der entgegengesetzten Seite angeordneten zweiten Oberfläche ausgebildet ist, wobei die innere Spulenkrümmung sich über etwa 180° um eine Spulenachse herum erstreckt und einen elektrisch leitenden ersten Teil und einen elektrisch leitenden zweiten Teil aufweist, wobei die Spule ferner einen ersten Endabschnitt aufweist, der nahe einem ersten Ende der inneren Spulenkrümmung ausgebildet ist und sich zwischen der ersten Oberfläche und der auf der entgegengesetzten Seiten liegenden zweiten Oberfläche erstreckt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der nahe einem zweiten Ende der inneren Spulenkrümmung liegt und sich zwischen der ersten Oberfläche und der auf der entgegengesetzten Seiten liegenden zweiten Oberfläche erstreckt; und einen Haltearm, der mit der Spule verbunden ist und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen der Spule und einer elektrischen Stromquelle bereitstellt, wobei der Haltearm einen stromaufnehmenden Teil aufweist, der elektrisch mit dem ersten Teil verbunden ist, und einen stromabgebenden Teil aufweist, der elektrisch mit dem zweiten Teil über den ersten Endabschnitt verbunden ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 24, ferner umfassend einen Brückenabschnitt, der den elektrisch leitenden ersten Teil mit dem elektrisch leitenden zweiten Teil verbindet, wobei der Brückenabschnitt ein Ende aufweist, das mit dem elektrisch leitenden ersten Teil verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem elektrisch leitenden zweiten Teil an einem Ort zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt verbunden ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 25, wobei der Verbindungsort um etwa 70° zu dem zweiten Endabschnitt versetzt ist.
Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 26, ferner umfassend eine Mehrzahl von Ausnehmungsbereichen, welche elektrisches Abschirmungsmaterial aufnehmen.
Zusammenwirkendes Paar von Induktionsspulenanordnungen zum Induktionshärten eines Paars geteilter Zapfen einer Kurbelwelle, wobei das zusammenwirkende Paar von Induktionsspulenanordnungen umfasst: eine erste Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 1; und eine zweite Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 17, wobei die erste und die zweite Induktionsspulenanordnung axial relativ zu der Kurbelwelle in sich überlappender Beziehung zueinander angeordnet sind.
Zusammenwirkendes Paar von Induktionsspulenanordnungen zum Induktionshärten eines Paars geteilter Zapfen einer Kurbelwelle, wobei das zusammenwirkende Paar von Induktionsspulenanordnungen umfasst: eine erste Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 11; und eine zweite Induktionsspulenanordnung nach Anspruch 24, wobei die erste und die zweite Induktionsspulenanordnung axial relativ zu der Kurbelwelle in einer sich überlappenden Beziehung zueinander angeordnet sind.