DE19848034C1 - Vorrichtung und Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen, nicht achsenparallelen Randschichten von Werkstücken - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen, nicht achsenparallelen Randschichten von WerkstückenInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zum Härten rotationssymmetrischer, nicht achsenparalleler Randschichten (2) von Werkstücken (1) mit Hilfe von Wärme vorgeschlagen, bei der der Fertigungsaufwand erheblich reduziert und eine Verbesserung der Präzision der Endbearbeitung der Härtungszonen möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein rotierendes, axial verschiebbares Schleifwerkzeug (3) zur mechanischen Erzeugung der erforderlichen Prozeßwärme vorgesehen ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Härten von rotationssymmetrischen, nicht achsenparallelen
Randschichten von Werkstücken nach dem Oberbegriff der
Ansprüche 1 und 11.
Die Randschichthärtung von Stahl wird üblicherweise durch
Erwärmung mit anschließender Abkühlung durchgeführt.
Die bekannten Verfahren zur Randschichthärtung von
Werkstücken bringen die notwendige Prozeßwärme durch
elektromagnetische Induktion oder durch Lasereinstrahlung in
die zu härtende Randschicht ein. Während der Erwärmung des
Materials verzieht sich dieses häufig, so daß anschließend
eine Nachbearbeitung am gehärteten Werkstück zur
Wiederherstellung der Maßhaltigkeit erforderlich ist.
Weiterhin ist bei diesen Herstellungsverfahren das Umspannen
des Werkstücks zwischen der Weichbearbeitung und der
Hartbearbeitung nach dem Härten notwendig, wodurch sich
wiederum Fehler in der Maßgenauigkeit ergeben können.
Aus der DE-PS 880 446 ist ferner bereits bekannt, daß die zum
Härten der Oberfläche von Werkstücken erforderliche Wärmeenergie
durch Reibung mittels Schleifscheiben erzeugt wird.
Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung und
ein Verfahren vorzuschlagen, mittels dem insbesondere
rotationssymmetrische, nicht achsenparallele Randflächen von
Werkstücken, wie beispielsweise Ventilsitze von
Einspritzventilen mit großer Präzision und reduziertem Aufwand
gefertigt werden können.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung bzw. einem
Verfahren der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind
vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Randschichthärtung rotationssymmetrischer, nicht
achsenparalleler Randflächen von Werkstücken dadurch aus, daß
ein rotierendes, axial verschiebbares Schleifwerkzeug zur
mechanischen Erzeugung der zur Randschichthärtung erforderlichen
Prozeßwärme vorgesehen ist.
Hierdurch wird die Komplettbearbeitung des Werkstücks,
beispielsweise eines Ventilsitzes, in einer Aufspannung möglich.
Hieraus resultiert eine Verbesserung der Güte der Form- und
Lagetoleranzen sowie durch Vermeidung zeitaufwendiger
Umspannvorgänge und Transporte eine erhebliche Reduzierung der
Fertigungszeit.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die
Schleiffläche des Schleifwerkzeugs so ausgebildet, daß sie
formschlüssig an die zu härtende Randfläche des Werkstücks
anfügbar ist. Mit dieser Ausbildung der Schleiffläche ist von
der oben angeführten axialen Verschiebbarkeit des
Schleifwerkzeugs sowie dessen Rotation zur Durchführung des
Schleifvorgangs abgesehen keine weitere Relativbewegung
zwischen Werkstück und Schleifwerkzeug erforderlich. Durch
einfaches axiales Andrücken so ausgebildeten, rotierenden
Schleifwerkzeugs an die zu härtende Randfläche des Werkstücks
wird die komplette Randschichtzone gehärtet und mit hoher
Präzision geschliffen. Eine Fertigbearbeitung ist
anschließend in derselben Aufspannung möglich, so daß keine
weitere nachfolgende Fertigbearbeitung mehr notwendig ist.
Durch eine Vorrichtung der beschriebenen Art lassen sich
beliebige rotationssymmetrische, nicht achsenparallele
Randfläche von Werkstücken in einer Aufspannung härten und
schleifen. In Frage kommen hierbei beispielsweise
ringförmige, quer zur Achse liegende Randflächen,
konusförmige Randflächen, usw.. Die erfindungsgemäß zu
bearbeitenden Randflächen können an einer Außenfläche des
Werkstücks angeordnet sein oder aber aufgrund der
Besonderheit der axialen Verschiebbarkeit des
Schleifwerkzeugs auch in einer Ausnehmung des Werkstücks
angeordnet werden. Somit eignet sich die Vorrichtung gemäß
der Erfindung vor allem auch zum Innenschleifen,
beispielsweise von Ventilsitzen oder sonstigen Härtungszonen
im Innern von Bohrungen oder dergleichen.
Die Ausbildung einer konusförmigen Schleiffläche am
Schleifwerkzeug dient hierbei beispielsweise der Härtung und
dem Schleifen einer entsprechend konusförmigen Randfläche, z.
B. eines Ventilsitzes. Die Schleiffläche könnte auch in
axialer Richtung gekrümmt ausgeführt sein, wodurch z. B. auch
Ventilsitze mit einer Krümmung geschliffen und gehärtet
werden können.
Insbesondere für das Innenschleifen wird das Werkzeug mit
einem Schleifbelag versehen, der eine zylindrische Grundform mit
der anschließenden gewünschten Form der Schleiffläche aufweist.
Die zylindrische Grundform ermöglicht zum einen das Einführen
des kompletten Schleifbelags in eine entsprechende Bohrung, zum
anderen steht hierdurch ausreichend Material für ein mehrfaches
Abrichten des Schleifwerkzeugs mit Hilfe eines entsprechenden
Abrichtwerkzeugs zur Verfügung, sobald die Schleiffläche des
Schleifbelags verschlissen ist und Unregelmäßigkeiten in der
Struktur aufweist.
Vorteilhafterweise wird ein Spalt zwischen dem Schleifbelag und
den nicht zu härtenden Wandflächen der Ausnehmung eines Werk
stücks beim Innenschleifen vorgesehen. Hierdurch läßt sich das
Schleifwerkzeug ohne Reibung in axialer Richtung der Ausnehmung
verschieben. Zum anderen wird hierdurch sichergestellt, daß die
mechanische Wärmeerzeugung zur Härtung in der Tat nur an der zu
härtenden Randschicht des Werkstücks erzeugt wird.
In einer besonderen Ausführungsform wird der Schleifbelag des
Schleifwerkzeugs austauschbar am Schleifwerkzeug angebracht.
Insbesondere kann der Schleifbelag auf das Werkzeug aufgeklebt
werden, so daß eine Überarbeitung des Werkzeugs bei restlos
verschlissenem Schleifbelag möglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher
erläutert.
Im einzelnen zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung beim Schleifen
und Härten und
Fig. 2 eine Vorrichtung zum Abrichten des
Schleifwerkzeugs.
Ein Werkstück 1 gemäß Fig. 1 weist einen konusförmigen
Ventilsitz 2 für die Aufnahme einer Dichtkugel auf, wie dies
beispielsweise bei einem Einspritzventil in Einspritzanlagen
von Kraftfahrzeugen vorgesehen wird. Ein Schleifwerkzeug 3
umfaßt einen Schleifbelag 4, der an einem Schaft 5 befestigt,
beispielsweise aufgeklebt ist. Der Schleifbelag 4 wiederum
weist einen Sockel 6 sowie eine Schleiffläche 7 auf. Der
Sockel 6 ist von zylindrischer Form, so daß der gesamte
Schleifbelag 4 in die Ausnehmung 8 des Werkstücks 1, in der
sich der Ventilsitz 2 befindet, eingeführt werden kann.
Die Schleiffläche 7 hingegen ist konusförmig geformt, so daß
sie formschlüssig an den Ventilsitz 2 anzupressen ist.
Im Maßstab der Fig. 1 nicht erkennbar ist ein kleiner Spalt 9
zwischen dem Sockel 6 und der Wandung 10 der Ausnehmung 8
vorgesehen, so daß der Sockel 6 nicht an der Wandung 9 reibt.
Hierdurch ist die axiale Verschiebbarkeit in Richtung des
Pfeils P des Schleifwerkzeugs 3 reibungslos möglich. Da das
Schleifwerkzeug im Bereich des Sockels 6 reibungsfrei
rotiert, kann die Antriebskraft für den Antrieb des
Schleifwerkzeugs kleiner gewählt werden. Weiterhin wird
verhindert, daß außerhalb der zu härtenden Randschicht, d. h.
vorliegend des Ventilsitzes 2, eine entsprechender
Wärmeeintrag in das Werkstück 2 stattfindet.
Durch Anpressen der Schleiffläche 7 auf den Ventilsitz 2 ist
es möglich, in einem Arbeitsgang den Ventilsitz 2 mit hoher
Präzision zu schleifen und zugleich in der Randschicht zu
härten. Die Härtung erfolgt hierbei durch die beim
Schleifvorgang entstehende Prozeßwärme. Die Präzision des
Ventilsitzes ist beispielsweise bei Einspritzanlagen von
maßgeblicher Bedeutung, in denen die Dichtung durch eine auf
dem Ventilsitz 2 liegende Kugel gewissermaßen
kreislinienförmig bewerkstelligt werden muß. Geringste
Maßungenauigkeiten können hier zu Leckagen führen.
Ebenso ist jedoch das Aushärten der Randschicht von
maßgeblicher Bedeutung, da die Dichtkugel eine sehr große
Anzahl von Öffnungs- bzw. Schließvorgängen bei zugleich sehr
kurzen Reaktionszeiten durchführen muß. Hierdurch sind hohe
Beschleunigungen notwendig, wodurch die Dichtkugel
dementsprechend hart beim Schließvorgang auf den Ventilsitz 2
aufprallt. Für eine dauerhafte Funktion eines solchen Ventils
ist eine gut gehärtete Randschicht des Ventilsitzes 2 daher
unumgänglich.
Die Anordnung gemäß Fig. 2 zeigt das Schleifwerkzeug 3
entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 1, wobei nunmehr ein
Abrichtwerkzeug 11 vorhanden ist, dessen Bearbeitungsfläche
12 in der Form dem Konus des Ventilsitzes 2 entspricht. Die
Bearbeitungsfläche 12 besteht hierbei aus einem gegenüber dem
Schleifwerkzeug 3 härteren Material, es können beispielsweise
Diamantbelegungen an der Bearbeitungsfläche 12 vorgesehen
sein. Durch Eindrücken wiederum in axialer Richtung P des
Bearbeitungswerkzeugs 3 des Abrichtwerkzeugs 11 kann daher
der Schleifbelag 4 bei etwaigem Verschleiß und
Unregelmäßigkeiten nachgearbeitet werden. Durch die
zylindrische Form des Sockels 6 steht genügend Material am
Schleifbelag 4 für die mehrfache Nachbearbeitung des
Schleifbelags 4 zur Verfügung. Mit zunehmender Lebensdauer
des Schleifbelags 4 nimmt die axiale Länge des Sockels 6 ab,
da mit jeder Nachbearbeitung der Schleiffläche 7 eine gewisse
Materialmenge vom Schleifwerkzeug 3 abgetragen wird.
Die Erfindung stellt eine wirkungsvolle Möglichkeit zum
Schleifen und Härten von Ventilsitzen 2 dar. Zum einen wird
der Fertigungsaufwand reduziert und zum anderen kann die
Fertigung mit erhöhter Präzision vorgenommen werden, da ein
Umspannen des Werkstücks 1 nicht mehr notwendig ist. Die
Komplettbearbeitung in einer Aufspannung wird möglich.
Das Verfahren ist jedoch nicht nur bei Ventilsitzen der
dargestellten Art anwendbar, es können grundsätzlich
sämtliche rotationssymmetrische, nicht achsenparallele
Randschichten entsprechend bearbeitet werden, die durch ein
axial verschiebbares Schleifwerkzeug 3 erreichbar sind. In
Frage kommen hierbei Schleif- und Härtungsflächen sowohl an
Außenwandungen als auch im Innern von Ausnehmungen
entsprechender Werkstücke.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Härten von rotationssymmetrischen, nicht
achsenparallelen Randschichten von Werkstücken mit Hilfe von
Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß ein rotierendes, axial
verschiebbares Schleifwerkzeug (3) zur mechanischen Erzeugung
der erforderlichen Prozeßwärme vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
die Schleiffläche (7) des Schleifwerkzeugs (3) formschlüssig
an die zu härtende Fläche (2) des Werkstücks (1) anfügbar
ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleiffläche ringförmig
und/oder konusförmig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleiffläche (7) in axialer
Richtung gekrümmt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (3) zum
Innenschleifen in einer Ausnehmung (8) des Werkstücks (1)
einführbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (3) einen
Schleifbelag (4) mit einem zylinderförmigen Sockel (6)
aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sockel (6) und der
Wandung der Ausnehmung (8) des Werkstücks (1) ein Spalt (9)
vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (4) austauschbar
an einem Schaft (5) des Schleifwerkzeugs befestigt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (4) auf den
Schaft (5) aufgeklebt ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1) einen
innenliegenden Ventilsitz (2) aufweist.
11. Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen, nicht
achsenparallelen Randschichten von Werkstücken mit Hilfe von
Wärme dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung nach einem
der vorgenannten Ansprüche verwendet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998148034 DE19848034C1 (de) | 1998-10-17 | 1998-10-17 | Vorrichtung und Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen, nicht achsenparallelen Randschichten von Werkstücken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998148034 DE19848034C1 (de) | 1998-10-17 | 1998-10-17 | Vorrichtung und Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen, nicht achsenparallelen Randschichten von Werkstücken |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19848034C1 true DE19848034C1 (de) | 2000-01-13 |
Family
ID=7884880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998148034 Expired - Fee Related DE19848034C1 (de) | 1998-10-17 | 1998-10-17 | Vorrichtung und Verfahren zum Härten von rotationssymmetrischen, nicht achsenparallelen Randschichten von Werkstücken |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19848034C1 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE880446C (de) * | 1941-06-20 | 1953-06-22 | Aeg | Verfahren zum Haerten von Werkstuecken |
-
1998
- 1998-10-17 DE DE1998148034 patent/DE19848034C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE880446C (de) * | 1941-06-20 | 1953-06-22 | Aeg | Verfahren zum Haerten von Werkstuecken |
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