EP0195177A2 - Device for inductively heating valve seats and method of using the device - Google Patents

Abstract

The invention relates to a device for inductively heating the valve seat (12) of a machine part or of the cylinder head of an internal-combustion engine, using non-magnetic spacers (90) on the inductor (45), which abut against the valve seat (12) in order to set the required inductive coupling gap. Furthermore, to align the inductor with respect to the valve seat, a centring stud (86) is provided which moves in the valve stem hole (21) in the case of the feed movement of the inductor and thus provides concentricity between the valve seat (12) and the inductor (45) in conjunction with a spatially jointed coupling between the inductor (45) and the support (26), thus also allowing angular discrepancies with respect to the axis of the valve seat to be compensated for. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmebehandlung von Ventilsitzen und insbesondere auf einen Ventilsitz-Induktor sowie ein Verfahren zur Anwendung desselben beim induktiven Erhitzen der Ventilsitze eines Maschinenteils, wie insbesondere eines Motorkopfes od.dgl.The invention relates to the heat treatment of valve seats and in particular to a valve seat inductor and a method for using the same when inductively heating the valve seats of a machine part, such as, in particular, an engine head or the like.

Die Erfindung ist bevorzugt für das induktive Erhitzen der Ventilsitze an den Auslaßventilen oder von Ventilsitzeinsätzen bei Brennkraftmaschinen bestimmt und wird im folgenden in diesem Zusammenhang näher erläutert, obwohl sie breitere Anwendung hat und bei anderen Einsatzfällen zur Anwendung kommen kann, wo eine genaue Positionierung des Induktors gefordert wird, um eine gleichmäßige Erhitzung der Behandlungsfläche unabhängig von Fertigungstoleranzen in der Lage der Behandlungsfläche und auch unabhängig von Ausrichtungsfehlern bei der Positionierung des Induktors gegenüber der Behandlungsfläche zu erreichen.The invention is preferably intended for the inductive heating of the valve seats on the exhaust valves or of valve seat inserts in internal combustion engines and is explained in more detail below in this context, although it has wider application and can be used in other applications where precise positioning of the inductor is required is to achieve a uniform heating of the treatment area regardless of manufacturing tolerances in the position of the treatment area and also regardless of alignment errors in the positioning of the inductor relative to the treatment area.

Die konischen Ventilsitze an den Motor- bzw. Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine werden üblicherweise induktionsgehärtet, um die Verschleißeigenschaften der mit den Tellerventilen zusammenwirkenden Ventilsitzflächen zu verbessern. Für diesen Zweck hat sich das Induktions-Erhitzungsverfahren weitgehend durchgesetzt. Um hierbei ein zufriedenstellendes Erhitzungs- und Härtungsergebnis zu erzielen, muß der Induktor exakt gegenüber dem Ventilsitz ausgerichtet werden, bevor er mit dem Hochfrequenzstrom beaufschlagt wird, um die Ventilsitzfläche auf die gewünschte Behandlungstemperatur zu erhitzen. Nach dem Erhitzungsvorgang wird dann der Ventilsitz rasch gekühlt oder abgeschreckt. Um ein gleichmäßiges Härteergebnis zu erzielen, müssen verschiedene Parameter eingehalten werden. Der Induktor muß komplementär zu der Ventilsitzfläche ausgebildet und zu dieser genau positioniert werden, um einen gleichmäßigen induktiven Luft- bzw. Kopplungsspalt und damit eine gleichmäßige magnetische Kopplung zwischen Ventilsitz und Induktor zu erhalten, was Voraussetzung für ein gleichmäßiges Erhitzungsergebnis ist. Diese Verhältnisse müssen bei der Massenfertigung gewährleistet sein, wie sie bei der wirtschaftlichen Fertigung von Kraftfahrzeugmotoren vorliegen. Die hohe Arbeitsgenauigkeit ist schwierig zu erreichen, wenn nicht Sorge dafür getragen wird, daß sich die Induktor-Positioniereinrichtung den fertigungsbedingten Lageabweichungen des Ventilsitzes in radialer und axialer Richtung sowie beim Durchlauf der Werkstücke durch die Erhitzungsstation im Fließbandbetrieb den Schwankungen in der Raumlage des Ventilsitzes gegenüber der Erhitzungseinrichtung anpassen und damit diese Faktoren ausgleichen kann. Da die Induktionseinrichtung im allgemeinen in bezug auf die Fertigungsstraße ortsfest angeordnet ist, wird ihre Arbeitsweise von der Einrichtung mechanisch erzwungen. Die einzelnen Motorteile sind jeweils an einer geeigneten Haltevorrichtung gelagert, die von der Fördereinrichtung der Fertigungsstraße getragen wird. Hierbei können unvermeidbare Änderungen in der Lage zwischen Haltevorrichtung und Werkstück, zwischen Haltevorrichtung und Fördereinrichtung sowie unterschiedliche räumliche Ausrichtungen zwischen den einzelnen Werkstücken und der induktiven Erhitzungseinrichtung sich zu erheblichen Winkelabweichungen addieren.The conical valve seats on the engine or cylinder heads of the internal combustion engine are usually induction hardened in order to improve the wear properties of the valve seat surfaces interacting with the poppet valves. For this purpose, the induction heating process has largely prevailed. To make this a satisfactory one To achieve heating and curing results, the inductor must be exactly aligned with the valve seat before the high-frequency current is applied to it in order to heat the valve seat surface to the desired treatment temperature. After the heating process, the valve seat is then rapidly cooled or quenched. In order to achieve an even hardening result, various parameters must be observed. The inductor must be designed to be complementary to the valve seat surface and be positioned exactly in relation to it in order to obtain a uniform inductive air or coupling gap and thus a uniform magnetic coupling between the valve seat and inductor, which is a prerequisite for a uniform heating result. These conditions must be guaranteed in mass production, as they are in the economical production of motor vehicle engines. The high level of working accuracy is difficult to achieve if care is not taken to ensure that the inductor positioning device responds to the manufacturing-related positional deviations of the valve seat in the radial and axial directions, and when the workpieces pass through the heating station in assembly line operation, the fluctuations in the spatial position of the valve seat compared to Adapt heating device and thus can compensate for these factors. Since the induction device is generally fixed in relation to the production line, its operation is mechanically enforced by the device. The individual motor parts are each mounted on a suitable holding device which is carried by the conveyor of the production line. Here, unavoidable changes in the position between the holding device and the workpiece, between the holding device and the conveying device, and different spatial orientations between the individual workpieces and the inductive heating device can add up to considerable angular deviations.

Die Notwendigkeit zur Erzielung einer hohen Positioniergenauigkeit hat in bezug auf die Induktorpositionierung zu verschiedenen Lösungsvorschlägen geführt. Beispielsweise ist aus dem US-Patent Re 29 046 eine Erhitzungseinrichtung bekannt, bei der einzelne Induktorvorrichtungen in radialer Richtung schwimmend so angeordnet sind, daß sie sich bei der axialen mechanischen Zustellbewegung in Richtung auf den Ventilsitzbereich in Radialrichtung ausrichten können. Diese radiale Ausrichtbewegung wird dadurch erreicht, daß die Induktorvorrichtungen mit Zentriernasen versehen werden, die sich in die Ventilschaftbohrungen schieben, die exakt koaxial zu den Ventilsitzen angeordnet sind. Da der Induktor in der Radialebene, d.h. quer zu seiner Achse frei beweglich gelagert ist, wird er bei seiner Annäherung an den Ventilsitz zwangsläufig mechanisch zu diesem positioniert. Diese Arbeitsweise ist in bezug auf den Ausgleich der innerhalb der Fertigungstoleranzen liegenden Schwankungen in der Raumlage der Ventilsitze höchst wirksam. Die bekannte Lösung ist daher mit bestem Ergebnis überall dort verwendbar, wo sich die mechanische Induktorachse parallel zur Achse des Ventilsitzes befindet. Dies bedeutet, daß die schwimmende Lagerung des Induktors in einer Ebene, die senkrecht zu den Achsen des Ventilsitzes und des Induktors verläuft, zu einer Selbstzentrierung des Induktors in bezug auf diese Achsen führt.The need to achieve high positioning accuracy has led to various proposed solutions with regard to inductor positioning. For example, a heating device is known from US Patent Re 29 046, in which individual inductor devices are arranged so as to float in the radial direction so that they can align in the radial direction during the axial mechanical feed movement in the direction of the valve seat region. This radial alignment movement is achieved in that the inductor devices are provided with centering lugs which slide into the valve stem bores, which are arranged exactly coaxially with the valve seats. Since the inductor is in the radial plane, i.e. is mounted freely movable transversely to its axis, it is inevitably mechanically positioned when it approaches the valve seat. This mode of operation is extremely effective in compensating for the fluctuations in the spatial position of the valve seats that lie within the manufacturing tolerances. The known solution can therefore be used with the best result wherever the mechanical inductor axis is parallel to the axis of the valve seat. This means that the floating mounting of the inductor in a plane that is perpendicular to the axes of the valve seat and the inductor leads to a self-centering of the inductor with respect to these axes.

Weitere Vorschläge zur Erzielung der radialen Ausfluchtung ergeben sich aus den US-Patentschriften 4 266 109, 3 837 934, 3 777 096, 3 761 669, 3 743 809 und 3 737 612. Wird die achsgleiche Ausrichtung zwischen Ventilsitz und Induktor durch die Zentrierwirkung der Zentriernase bewirkt, so ist es außerdem erforderlich, den Induktor auch in seiner Axiallage zu dem Ventilsitz exakt einzustellen. Die wirkliche Tiefenlage der konischen Flächen kann von Ventil zu Ventil und von Motor zu Motor unterschiedlich sein. Die axiale Positionierung muß indes so erfolgen, daß sich der gewünschte induktive Luft- bzw. Kopplungsspalt ergibt, der im allgemeinen in der Größenordnung von 0,75 mm bis 1,27 mm liegt. Zusätzlich zu dem Erfordernis, einen möglichst gleichmäßigen induktiven Kopplungsspalt und damit eine möglicht gleichmäßige Erhitzung zu erzielen, besteht auch in bezug auf die geforderte Temperatursteuerung eine Wechselbeziehung zwischen der Induktorposition und dem Stromsteuersystem, und zwar insoweit, als beim gleichzeitigen Erhitzen mehrerer Ventilsitze ein Induktionsstromausgleich zwischen den verschiedenen Induktoren vorgesehen wird.Further proposals for achieving the radial alignment result from the US Pat. Nos. 4,266,109, 3,837,934, 3,777,096, 3,761,669, 3,743,809 and 3,737,612. If the alignment of the valve seat and inductor is the same as the centering effect of the Centering nose causes, it is also necessary to set the inductor exactly in its axial position to the valve seat. The actual depth of the conical surfaces can vary from valve to valve and from motor to motor. The axial positioning must, however, be such that the desired inductive Air or coupling gap results, which is generally in the order of 0.75 mm to 1.27 mm. In addition to the requirement to achieve the most uniform possible inductive coupling gap and thus the most uniform heating possible, there is also a correlation between the inductor position and the current control system with regard to the required temperature control, to the extent that when several valve seats are heated at the same time, an induction current balance between the different inductors is provided.

Aus dem oben erwähnten US-Patent Re 29 046 ist eine erfolgreiche Lösung bekannt, bei der eine Gruppe von Induktorvorrichtungen an einem gemeinsamen Support oder Tragrahmen od. dgl. so gelagert ist, daß die Induktoren gleichzeitig gegen die Ventilsitze angestellt werden. Da die Induktoren in radialer Richtung schwimmend gelagert sind, können sie sich einzeln auf ihren Ventilsitz einstellen. Da aber die Tiefenlage der Ventilsitze von Sitz zu Sitz unterschiedlich sein kann, sind die einzelnen Induktorvorrichtungen jeweils federbelastet derart gelagert, daß sie bei der Zustellbewegung des Supports, ggf. gegen die Rückstellkraft ihrer Federvorrichtung, gegen die Ventilsitze angestellt werden können. Sobald sämtliche Induktoren an den Ventilsitzen anliegen, werden die Induktoren einzeln gegenüber dem Support od.dgl. verriegelt, worauf dieser um ein dem gewünschten Kopplungsspalt entsprechendes axiales Maß zurückgefahren wird. Mit dieser Maßnahme läßt sich eine genaue Positionierung bei axialen und radialen Lageabweichungen der Ventilsitzflächen erreichen.A successful solution is known from the above-mentioned US Patent Re 29 046, in which a group of inductor devices is mounted on a common support or support frame or the like in such a way that the inductors are simultaneously turned against the valve seats. Since the inductors are floating in the radial direction, they can adjust individually to their valve seat. However, since the depth of the valve seats can vary from seat to seat, the individual inductor devices are each spring-loaded in such a way that they can be turned against the valve seats during the feed movement of the support, possibly against the restoring force of their spring device. As soon as all inductors are in contact with the valve seats, the inductors are individually or the like opposite the support. locked, whereupon this is moved back by an axial dimension corresponding to the desired coupling gap. With this measure, precise positioning can be achieved in the event of axial and radial positional deviations of the valve seat surfaces.

Die bekannte Induktionserhitzungseinrichtung ist allerdings nicht geeignet, Fehler zu kompensieren, die sich aus der Nicht-Parallelität zwischen der Achse der Induktorvorrichtung und der Achse des Ventilsitzes innerhalb der Erhitzungsstation ergeben. Obwohl man sich bemüht hat, diese Winkelfehler durch sorgfältige Kontrolle des Fertigungsprozesses auszuschalten, ist dies bisher nicht zur Zufriedenheit gelungen. Zwar können die Winkelfehler zum Teil durch Ablenkung oder durch das in der Vorrichtung vorhandene innere Spiel kompensiert werden; dies führt jedoch zu zusätzlichen Beanspruchungen an den betreffenden Teilen und kann zu einem vorzeitigen Versagen der Teile führen. Zu einem erheblichen Teil werden die Winkelfehler durch das Bewegungsspiel der Zentriernase in der Ventilschaftbohrung ausgeglichen. Die Zentriernase dringt hierbei nur auf verhältnismäßig kurzer Länge in die Ventilschaftbohrung, im allgemeinen mit einer Länge von 12,7 mm bis 15,8 mm. Diese geringe Eingriffstiefe in Verbindung mit dem verhältnismäßig großen Bewegungsspiel der Zentriernase in der Ventilschaftbohrung ermöglicht es, die genannten Fluchtungsfehler in gewissem Umfang auszugleichen, ohne daß es zu Beanspruchungen der Vorrichtung kommt. Das hierfür erforderliche größere Bewegungsspiel der Zentriernase in der Ventilschaftbohrung geht jedoch zu Lasten der genauen Konzentrizität zwischen den genannten Teilen. Außerdem bedeutet jede tolerierte Winkellage zwangsläufig eine gewisse Ungleichförmigkeit des Kopplungsspaltes, wenn der Induktor vom Flächenkontakt mit dem Ventilsitz in die Erhitzungspaition zurückgestellt wird. Obwohl sich mit der bekannten Einrichtung eine beträchtliche Verbesserung des Erhitzungsergebnisses erreichen läßt, besteht insgesamt die Forderung nach einer Einrichtung, mit der sich auch die Nicht-Parallelität zwischen den Achsen des Ventilsitzes und der Induktorspule kompensieren läßt.However, the known induction heating device is not suitable for compensating for errors resulting from the non-parallelism between the axis of the inductor device and the axis of the valve seat within the heating surrender station. Although efforts have been made to eliminate these angular errors by carefully checking the manufacturing process, this has so far not been satisfactory. The angular errors can be compensated for in part by deflection or by the internal play present in the device; however, this leads to additional stress on the parts in question and can lead to premature failure of the parts. The angular errors are largely compensated for by the movement of the centering lug in the valve stem bore. The centering nose penetrates the valve stem bore only over a relatively short length, generally with a length of 12.7 mm to 15.8 mm. This small depth of engagement in connection with the relatively large movement play of the centering lug in the valve stem bore makes it possible to compensate to a certain extent for the alignment errors mentioned without the device being stressed. However, the greater play of movement of the centering lug in the valve stem bore required for this is at the expense of the exact concentricity between the parts mentioned. In addition, any tolerated angular position necessarily means a certain non-uniformity of the coupling gap when the inductor is returned from the surface contact with the valve seat to the heating partition. Although a considerable improvement in the heating result can be achieved with the known device, there is an overall demand for a device with which the non-parallelism between the axes of the valve seat and the inductor coil can also be compensated.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Induktionserhitzungseinrichtung bzw. einen Induktor sowie ein Verfahren zu schaffen, mit der bzw. mit dem sich zusätzlich zu der genauen axialen und radialen Positionierung des Induktors gegenüber dem Ventilsitz auch die Fehler kompensieren lassen, die sich aus der Nicht-Parallelität der gerätebedingten Induktorachse und der vor allem von der Fördereinrichtung bzw..dem Werkstück selbst bedingten Raumlage der Ventilsitzachse ergeben. Dabei soll die Anordnung in möglichst einfacher, zuverlässiger und wirtschaftlicher Weise vorteilhafterweise so getroffen werden, daß die gewünschte Konzentrizität zwischen Induktor und Ventilsitz unabhängig von Winkelabweichungen zwischen Induktor und förderergebundenem Werkstück mechanisch erzwungen wird.It is therefore an object of the invention to provide an induction heating device or an inductor and a method with which, in addition to the precise axial and radial positioning of the inductor with respect to the valve seat, the errors which can be compensated for result from the non-parallelism of the device-related inductor axis and the spatial position of the valve seat axis, which is primarily caused by the conveyor device or the workpiece itself. The arrangement should be made in a simple, reliable and economical manner so that the desired concentricity between the inductor and valve seat is mechanically forced regardless of angular deviations between the inductor and the conveyor-bound workpiece.

Die Erfindung ist demgemäß auf eine Einrichtung zum induktiven Erhitzen der konischen Ventilsitzfläche einer Ventilöffnung oder eines Maschinenteils mit axial zu der Ventilsitzfläche angeordneter Ventilschaftbohrung gerichtet, die mit einem Induktor, der eine zur konischen Ventilsitzfläche komplementäre Konusfläche aufweist, ferner mit einem Support, Tragrahmen od.dgl. zur Anstellung des Induktors gegen den Ventilsitz, wobei die Achse der Induktorfläche im wesentlichen parallel zur Ventilsitzachse verläuft, ferner mit einer zwischen dem Induktor und dem Support od. dgl. wirksamen Lagervorrichtung, die zur Ausrichtung der konischen Flächen eine Radialbewegung des Induktors gestattet, und schließlich mit einer länglichen Zentriernase versehen ist, deren koaxial zur konischen Ventilsitzfläche angeordnete zentrische Fläche sich bei der Anstellbewegung des Supports od.dgl. mit engem Gleitsitz in die Bohrung der Ventilöffnung einschiebt und dabei unter Ausgleich in der Lagervorrichtung die genannten Achsen zur Deckung bringt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung zur achsgleichen Ausrichtung der konischen Flächen zugleich Winkelbewegungen des Induktors gestattet und daß an der genannten Konusfläche des Induktors eine nicht-magnetische Abstandshalterung fest angeordnet ist, deren äußere Bezugsfläche sich auf einer im vorbestimmten Abtand zu dem Induktor liegenden konischen Fläche befindet und dadurch die vorschriftsmäßige Konzentrizität und den vorschriftsmäßigen Axialabstand zwischen den konischen Flächen des Ventilsitzes und des Induktors bewirkt. Die genannte Abstandshalterung besteht vorzugsweise aus keramischem Werkstoff; sie ist zweckmäßigerweise mehrteilig ausgebildet, wobei sie von mehreren Distanzstücken gebildet wird. Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, daß die Distanzstücke der Abstandshalterung aus in gleichmäßigen Abständen zueinander über den Umfang der konischen Ventilsitzfläche angeordneten, konischen Segmenten bestehen.The invention is accordingly directed to a device for inductively heating the conical valve seat surface of a valve opening or a machine part with a valve stem bore arranged axially to the valve seat surface, which has an inductor which has a conical surface complementary to the conical valve seat surface, furthermore with a support, support frame or the like . for positioning the inductor against the valve seat, the axis of the inductor surface being essentially parallel to the valve seat axis, further with a bearing device acting between the inductor and the support or the like, which allows radial movement of the inductor to align the conical surfaces, and finally is provided with an elongated centering lug, the central surface of which is arranged coaxially to the conical valve seat surface or the like during the adjusting movement of the support. with a tight sliding fit in the bore of the valve opening and while doing so aligns the axes mentioned in the bearing device. The invention is characterized in that the bearing device for the axial alignment of the conical surfaces also permits angular movements of the inductor and that a non-magnetic spacer is fixedly arranged on the said conical surface of the inductor, the outer reference surface of which lies at a predetermined distance from the inductor conical surface and thereby the correct concentricity and the written axial distance between the conical surfaces of the valve seat and the inductor. The spacer mentioned is preferably made of ceramic material; it is expediently formed in several parts, wherein it is formed by several spacers. The arrangement is preferably such that the spacers of the spacer consist of conical segments which are arranged at uniform distances from one another over the circumference of the conical valve seat surface.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Induktorspule und der Ventilsitz durch mechanisches Zusammenwirken in die gegenseitige Konzentrizität und in den gewünschten Axialabstand zueinander gebracht werden, wobei die Ausrichtung ohne seitliches Ablenken zwischen der Induktorspule und der am Support gelagerten Halte-und Verschiebevorrichtungen für den Induktor bewirkt wird. Dies ergibt sich in dreierlei Hinsicht. Zum einen ist der Induktor in radialer Ebene quer zur Geräteachse schwimmend gelagert, so daß er sich in der oben erwähnten Weise radialen Abweichungen anzupassen vermag. Der Induktor ist außerdem schwimmend so gelagert, daß er sich zugleich mit der Radialbewegung allseitig verschwenken kann. Damit kann sich der Induktor selbsttätig auf die Ventilsitzachse ausrichten, ohne daß sich an der Induktor-Tragvorrichtung Beanspruchungen einstellen. Zum zweiten weist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Zentriernase eine größere Länge und zugleich ein geringeres Bewegungsspiel in der Ventilschaftbohrung auf. In dem Maße, in welchem diese Parameter die Winkeleinstellung des Induktors beeinflussen, führen die größere Länge der Zentriernase und ihr kleineres Spiel in der Ventilöffnung zu einem verbesserten mechanischen Zentrieren des Induktors bei den unterschiedlichen Raumlagen der Komponenten. Schließlich wird der axiale Spalt zwischen den Flächen nach erfolgter Zentrierung durch die nicht-magnetischen Abstands- bzw. Distanzstücke mechanisch vorgegeben, die von der betreffenden Induktorfläche getragen werden und eine Dicke haben, die dem vorbestimmten induktiven Luft- bzw. Kopplungsspalt entspricht. Diese als Einsätze verwendeten Distanzstücke sind während des induktiven Erhitzungszyklus passiv; sie beeinflussen daher nicht die Gleichmäßigkeit der Flächenerhitzung. Die Distanzstücke befinden sich in einer solchen Orientierung und Anordnung, daß sie den Induktor ausrichten, ohne daß sich an ihm oder auch an der Ventilsitzfläche übermäßige Beanspruchungen ergeben. Durch körperliche Befestigung der Distanzstücke an dem Induktor im Gegensatz zu z.B. einem Fühlerstift od.dgl. wird eine gesonderte Positionierungsvorrichtung oder eine Handbetätigung vermieden. Ein Entfernen des Abstandshalters vor dem _Erhitzungsvorgang ist nicht erforderlich, so daß auch etwaiger Abriebverschleiß am Induktor oder jede Neigung des Induktors, sich bei der Positionierung gegenüber dem Ventilsitz zu verkanten, vermieden wird. Insgesamt lassen sich mit der Erfindung die vorerwähnten Vorteile der bekannten Einrichtungen erzielen, zugleich aber die hier noch bestehenden, die exakte Positionierung betreffenden Probleme zuverlässig beherrschen.The object is achieved according to the invention in that the inductor coil and the valve seat are brought into mutual concentricity and in the desired axial distance from one another by mechanical interaction, the alignment without lateral deflection between the inductor coil and the holding and shifting devices for the support mounted on the support Inductor is effected. This arises in three ways. On the one hand, the inductor is floatingly supported in the radial plane transverse to the device axis, so that it can adapt to radial deviations in the manner mentioned above. The inductor is also floating so that it can pivot on all sides at the same time as the radial movement. This means that the inductor can automatically align itself with the valve seat axis without stress occurring on the inductor support device. Secondly, in the device according to the invention the centering lug has a greater length and at the same time less movement in the valve stem bore. To the extent that these parameters influence the angle setting of the inductor, the greater length of the centering lug and its smaller play in the valve opening lead to improved mechanical centering of the inductor in the different spatial positions of the components. Finally, the axial gap between the surfaces is centered by the non-magnetic distance or spacers mechanically specified, which are supported by the inductor surface in question and have a thickness that corresponds to the predetermined inductive air or coupling gap. These spacers used as inserts are passive during the inductive heating cycle; therefore they do not affect the uniformity of the surface heating. The spacers are in such an orientation and arrangement that they align the inductor without causing excessive stresses on it or on the valve seat surface. By physically attaching the spacers to the inductor, in contrast to, for example, a feeler pin or the like. a separate positioning device or manual operation is avoided. Removal of the spacer before the _e rhitzungsvorgang is not necessary, so that any abrasion wear on the inductor or any inclination of the inductor, will be avoided in the positioning relative to the valve seat to tilt. Overall, the aforementioned advantages of the known devices can be achieved with the invention, but at the same time the problems that still exist here and concern the exact positioning can be reliably controlled.

Die Erfindung umfaßt ferner einen Induktor für eine Induktionserhitzungseinrichtung, der zur Einstellung des axialen Kopplungsspaltes mit einer nicht-magnetischen, hitzebeständigen Abstandshalterung, vorzugsweise in Gestalt mehrerer, über die Umfangsfläche des Induktors verteilt angeordneter, fester Distanzstücke, versehen ist. Wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Induktors sind in den Ansprüchen 7 und 8 angegeben.The invention further comprises an inductor for an induction heating device which is provided for adjusting the axial coupling gap with a non-magnetic, heat-resistant spacer, preferably in the form of a plurality of fixed spacers distributed over the circumferential surface of the inductor. Essential features of the inductor according to the invention are specified in claims 7 and 8.

Schließlich ist die Erfindung noch auf ein Verfahren zur Positionierung eines konischen Induktors gegenüber dem zu erhitzenden konischen Ventilsitz gerichtet. Dieses Verfahren ist im Anspruch 9 angegeben.Finally, the invention is also directed to a method for positioning a conical inductor in relation to the conical valve seat to be heated. This method is specified in claim 9.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum induktiven Erhitzen schematisch in Seitenansicht, wobei sich von den dargestellten Induktoren der eine in seiner Arbeitsstellung gegenüber dem Ventilsitz eines Motorteils und der andere in Annäherung zu seiner Arbeitsposition befindet;
• Fig. 2 in größerem Maßstab und teilweise im Querschnitt eine einzelne Induktorvorrichtung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 während des vorausgehenden Zentriervorgangs mit Winkelabweichung zwischen den Achsen der Induktorspule und des Ventilsitzes;
• Fig. 3 in der Darstellung der Fig. 2 den Induktor in voller Sitzauflage und zentriert gegenüber dem Ventilsitz;
• Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2 zur Darstellung der Anordnung der Distanzkissen an dem Induktor;
• Fig. 5 in einem vergrößerten Schnittbild die Anordnung der Distanzstücke an dem Induktor;
• Fig. 6 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 6-6 der Fig. 5;
• Fig. 7 in größerem Maßstab einen Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 1;
• Fig. 8 in größerem Maßstab, teilweise im Schnitt, eine Ansicht nach Linie 8-8 der Fig. 3.

The invention is explained in more detail below in connection with the preferred exemplary embodiment shown in the drawing. The drawing shows:

• Figure 1 shows a device according to the invention for inductive heating schematically in side view, one of the inductors shown being in its working position opposite the valve seat of an engine part and the other in proximity to its working position;
• FIG. 2 on a larger scale and partially in cross section, a single inductor device of the device according to FIG. 1 during the preceding centering process with angular deviation between the axes of the inductor coil and the valve seat;
• Fig. 3 in the representation of Figure 2, the inductor in full seat support and centered opposite the valve seat.
• 4 shows a cross section along line 4-4 of FIG. 2 to illustrate the arrangement of the spacer cushions on the inductor;
• 5 shows an enlarged sectional view of the arrangement of the spacers on the inductor;
• Fig. 6 is a view in the direction of arrows 6-6 of Fig. 5;
• Fig. 7 on a larger scale a section along line 7-7 of Fig. 1;
• 8 on a larger scale, partly in section, a view along line 8-8 of FIG. 3rd

Die Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben ist, auf welches aber die Erfindung nicht beschränkt ist, zeigt in Fig. 1 eine Induktionserhitzungseinrichtung 10 zum induktiven Erhitzen zweier benachbarter konischer Ventilsitze 12, die in Auslaßkanälen 16 eines Motorkopfes 20 angeordnet sind. Die Auslaßkanäle weisen Ventilschaftbohrungen 21 auf, die koaxial zu den Ventilsitzen 12 angeordnet sind und in welchen sich die (nicht dargestellten) herkömmlichen Tellerventile mit ihrem Ventilschaft entlang der Achse 22 führen. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 wird gleichzeitig eine Gruppe solcher Ventilsitze 12 erhitzt. Zur Erläuterung der Erfindung sind in Fig. 1 lediglich zwei Ventilsitze gezeigt. Die dargestellte Induktionserhitzungseinrichtung entspricht bis auf die nachstehend erläuterten Gestaltungsmerkmale vorzugsweise der Einrichtung nach dem US-Patent Re 29 046 (DE-A 21 57 060), dessen Offenbarungsinhalt zum Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung gemacht wird.The drawing, in which a preferred embodiment of the invention is shown, but to which the invention is not limited, shows in FIG. 1 an induction heating device 10 for inductively heating two adjacent conical valve seats 12, which are arranged in outlet ducts 16 of an engine head 20. The outlet channels have valve stem bores 21 which are arranged coaxially with the valve seats 12 and in which the conventional poppet valves (not shown) lead with their valve stem along the axis 22. In the device 10 according to the invention, a group of such valve seats 12 is heated at the same time. To explain the invention, only two valve seats are shown in FIG. 1. Except for the design features explained below, the induction heating device shown preferably corresponds to the device according to US Patent Re 29 046 (DE-A 21 57 060), the disclosure content of which is made the content of the present patent application.

Die lediglich schematisch dargestellte Induktionserhitzungseinrichtung 10 ist an einer Fertigungsstraße ortsfest angeordnet, deren Fließband bzw. Förderband 23 die einzelnen Motorköpfe 20 an (nicht dargestellten) Halte- bzw. Aufspannvorrichtungen trägt. Mit Hilfe des Förderbandes 23 werden demgemäß die zu bearbeitenden Motorköpfe in zeitlicher Aufeinanderfolge in die Fluchtlage zu der Induktionserhitzungseinrichtung 10 befördert, in der sie mit Hilfe der Haltevorrichtungen in einer vorbestimmten Ausrichtung gehalten werden. Aufgrund einer verhältnismäßig strengen Fertigungskontrolle werden die Haltevorrichtungen so durch die Erhitzungsstation hindurchbefördert, daß sie die Motorköpfe gegenüber der gesteuerten Bewegung der Induktionserhitzungseinrichtung 10 möglichst genau ausrichten. In der Praxis stellen sich aber im Betrieb der Fertigungsstraße Abweichungen in der Position der Motorköpfe in den Haltevorrichtungen ein, die zusammen mit sich überlagernden anderen Einflußfaktoren zu komplexen Winkellagen in der Richtung der Geräteachse 24 und der Ventilschaftachse 22 führen.The induction heating device 10, which is only shown schematically, is arranged in a stationary manner on a production line, the conveyor belt or conveyor belt 23 of which supports the individual motor heads 20 on holding or clamping devices (not shown). With the aid of the conveyor belt 23, the motor heads to be processed are accordingly in chronological succession in the escape position to the induction heating device 10 transported in which they are held with the aid of the holding devices in a predetermined orientation. Due to a relatively strict production control, the holding devices are conveyed through the heating station in such a way that they align the motor heads as precisely as possible with respect to the controlled movement of the induction heating device 10. In practice, however, there are deviations in the position of the motor heads in the holding devices during operation of the production line, which together with other overlapping influencing factors lead to complex angular positions in the direction of the device axis 24 and the valve stem axis 22.

Die Induktionserhitzungseinrichtung 10 weist einen Tragrahmen bzw. Support 26 auf, der bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden gleich ausgebildeten Induktorvorrichtungen 28 trägt. Der Support 26 od.dgl. wird mit Hilfe von Seitenführungen 30, 32 entlang der Achse 24 verschiebbar geführt. Die Bewegung des Supports 26 in Richtung auf den Motorkopf 20 und in Gegenrichtung wird mit Hilfe eines Stellmechanismus bewirkt, der eine mit dem Support 26 verbundene Antriebsstange 34 aufweist, welche an ihrem äußeren Ende eine Zahnstange aufweist, mit der ein Zahnrad 38 im Eingriff steht. Das Zahnrad 38 wird von einem Motor 40 angetrieben, der mittels eines Steuersystems 42 betätigt wird. Das Steuersystem 42 wird in Abstimmung mit dem Förderer 23 der Fertigungsstraße so in Folge geschaltet, daß es den Support 26 und die Induktorvorrichtungen 28 gegen den Motorkopf 20 anstellt, wenn letzterer in der Induktionserhitzungseinrichtung 10 genau positioniert ist, um den Erhitzungszyklus durchzuführen, nach dessen Vollzug der Support 26 mit der Induktorvorrichtung 28 von dem gesteuerten Motor 40 gegenüber dem Motorkopf 20 wieder zurückgefahren wird.The induction heating device 10 has a support frame or support 26 which, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, carries the two inductor devices 28 of the same design. Support 26 or the like. is guided along the axis 24 with the aid of side guides 30, 32. The movement of the support 26 in the direction of the motor head 20 and in the opposite direction is effected with the aid of an actuating mechanism which has a drive rod 34 connected to the support 26, which has a toothed rack at its outer end with which a toothed wheel 38 is in engagement. The gear 38 is driven by a motor 40 which is actuated by means of a control system 42. The control system 42 is sequenced in coordination with the conveyor 23 of the production line so that it turns the support 26 and the inductor devices 28 against the motor head 20 when the latter is properly positioned in the induction heater 10 to perform the heating cycle after its completion the support 26 with the inductor device 28 is moved back by the controlled motor 40 relative to the motor head 20.

Jede _Induktorvorrichtung 28 weist einen Induktorkopf 44 auf, der stirnseitig einen Induktor 45 trägt und mit dessen rückwärtigem Ende eine Führungshülse 56 verbunden ist, die sich in einer Bohrung des Supports 26 in beiden Richtungen verschieblich führt. Eine Schraubenfeder 48 ist unter Spannung zwischen dem Support 26 und dem Induktorkopf 44 konzentrisch zur Hülse 46 angeordnet, so daß sie den Induktorkopf 44 in seine ausgefahrene Position zu drücken bestrebt ist. Die Position der einzelnen Hülsen 46 und damit der Induktorköpfe 44 in bezug auf den gemeinsamen Support 26 läßt sich mit Hilfe von Riegelvorrichtungen 50 festlegen. Wie Fig. 7 zeigt, weisen die Riegelvorrichtungen 50 jeweils einen am Support 26 gelagerten, pneumatischen oder hydraulischen Riegelantrieb 52 auf, dessen Kolben- bzw. Ausgangsstange 54 eine Bohrung im Support sowie Bohrungen an Flanschenden eines Klemmringes 56 durchfaßt, der im Inneren des Supports 26 die zugeordnete Hülse 46 in deren mittlerem Bereich umschließt. Die Ausgangsstange 54 trägt als Anschlag einen Klemmbund 58, der sich gegen den einen Endflansh des Klemmringes 56 legen kann. Im gezeigten Ausschubzustand des Riegelantriebs 52, der mit Hilfe eines Steuersystems über Druckmittelleitungen betätigt wird, befindet sich der Bund 58 im Abstand von dem betreffenden Flansch des Klemmringes 56, so daß zwischen der Hülse 46 und der Innenfläche des Klemmrings 56 ein ausreichend großes Spiel in Durchmesserrichtung vorhanden ist, welches eine freie Hin- und Herbewegung der Hülse 46 gegenüber dem Support 26 gegen die Rückstellkraft der Feder 48 sowie in Richtung dieser Rückstellkraft ermöglicht. Im eingefahrenen Zustand des Riegelantriebs 52 legt sich der Bund 58 gegen den betreffenden Flansch des Klemmringes 56, wodurch dieser im Durchmesser vermindert wird, so daß er die Hülse 46 fest einspannt und gegen Bewegung relativ zum Support 26 festlegt. Die Arbeitsweise der Riegelvorrichtungen 50 wird in ihrem Betriebsablauf gesteuert, wie das weiter unten noch näher erläutert wird.Each _I nduktorvorrichtung 28 has an inductor head 44, the front side carries an inductor 45 and is connected to the rear end, a guide sleeve 56, which in both directions slidably leads in a bore of the support 26th A coil spring 48 is arranged under tension between the support 26 and the inductor head 44 concentrically to the sleeve 46, so that it strives to press the inductor head 44 into its extended position. The position of the individual sleeves 46 and thus the inductor heads 44 with respect to the common support 26 can be determined with the aid of locking devices 50. As shown in FIG. 7, the locking devices 50 each have a pneumatic or hydraulic locking drive 52 mounted on the support 26, the piston or output rod 54 of which includes a bore in the support and bores on the flange ends of a clamping ring 56 which is located inside the support 26 encloses the associated sleeve 46 in its central region. The output rod 54 carries a clamping collar 58 as a stop, which can lie against one end flange of the clamping ring 56. In the shown extended state of the bolt drive 52, which is actuated with the aid of a control system via pressure medium lines, the collar 58 is at a distance from the relevant flange of the clamping ring 56, so that there is a sufficiently large clearance in the diameter direction between the sleeve 46 and the inner surface of the clamping ring 56 is present, which allows a free back and forth movement of the sleeve 46 relative to the support 26 against the restoring force of the spring 48 and in the direction of this restoring force. In the retracted state of the bolt drive 52, the collar 58 lies against the relevant flange of the clamping ring 56, whereby this is reduced in diameter, so that it clamps the sleeve 46 and fixes it against movement relative to the support 26. The operation of the locking devices 50 is controlled in its operating sequence, as will be explained in more detail below.

Wie auch die Fig. 2 und 3 zeigen, weist der Induktorkopf 44 ein Gehäuse 60 auf, das mit dem inneren Ende der Hülse 46 fest verbunden ist und an welchem ein Induktorträger 62 so gelagert ist, daß er sich in einer Radialebene quer zur Achse 63 der Hülse 46, ferner parallel zur Geräteachse 24 und schließlich auch winklig hierzu frei bewegen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Lagerung des Induktorträgers 62 gegenüber dem Gehäuse 60 mit Hilfe einer als Luftlager ausgebildeten Lagervorrichtung erreicht. Wie Fig. 8 zeigt, weist der Induktorträger 62 einen Ringflansch 64 auf, der in einer stirnseitig offenen, zylindrischen Kammer 66 im Gehäuse 60 liegt. Verteilerringe 28 sitzen in Kanälen des Gehäuses an der Kammer 66. Sie weisen axiale Auslaßkanäle 69 auf, die mit einer Umfangskammer 70 in Verbindung stehen, die ihrerseits über Kanäle 72 an Luftleitungen 74 angeschlossen sind, die über ein Steuerventil 76 mit einer Druckluftzuführung 78 verbunden sind. Das Luftlager ist in bekannter Weise so ausgebildet, daß in ihm der Flansch 64 des Induktorträgers 62 durch das Druckmedium getragen wird, und zwar derart, daß eine geführte Bewegung in einer quer zur Hülsenachse 63 stehenden Ebene möglich ist. Das Spiel zwischen dem Flansch 64 und den Verteilerringen 68 ist im vorliegenden Fall aber so groß bemessen, daß der Flansch 66 innerhalb der Kammer 66 und mit dem Flansch der Induktorträger 62 Winkelbewegungen in bezug auf die Achse 63 in einem solchen Maße ausführen kann, daß eine volle Sitzauflage der Induktorvorrichtung gewährleistet ist, dies in Überlagerung mit der erforderlichen Radialbewegung, ohne daß hierbei irgendeine nennenswerte unmittelbare Beanspruchung zwischen dem auf den Motorkopf ausgerichteten Induktorträger und dem auf die Induktionserhitzungseinrichtung ausgerichteten Gehäuse des Induktorträgers auftritt. Es ist erkennbar, daß diese Art der Lagerung des Induktorträgers sich auch mit Hilfe anderer Lagervorrichtungen erreichen läßt. Beispielsweise kann dre radial schwimmende Lagerung gemäß der obengenannten US-A 29 046 verwendet werden, um die freie Radialbeweglich- k_Plt des Induktorträgers gegenüber dem Gehäuse zu erreichen. Die notwendige Winkeleinstellung des Induktorträgers gegenüber dem Gehäuse kann hierbei dadurch erreicht werden, daß das Spiel im Führungslager soweit erhöht wird, daß eine raumgelenkige Verbindung zwischen dem Induktorträger und dem radialbeweglichen Flansch erzielt wird, wobei eine nachgiebige Lagerung des Induktorträgers gegenüber dem radial schwimmend gelagerten Bauteil oder sonstige Vorrichtungen vorgesehen werden, die eine Winkelablenkung und zugleich eine radiale geradlinige Beweglichkeit zulassen.As also shown in FIGS. 2 and 3, the inductor head 44 has a housing 60 which is fixedly connected to the inner end of the sleeve 46 and on which an inductor carrier 62 is mounted such that it is in a radial plane transverse to the axis 63 the sleeve 46, further parallel to the device axis 24 and finally can also move at an angle to it freely. In the exemplary embodiment shown, this mounting of the inductor carrier 62 relative to the housing 60 is achieved with the aid of a bearing device designed as an air bearing. As FIG. 8 shows, the inductor carrier 62 has an annular flange 64 which lies in a cylindrical chamber 66 in the housing 60 which is open at the end. Manifold rings 28 are seated in channels of the housing on chamber 66. They have axial outlet channels 69 which are connected to a peripheral chamber 70 which in turn are connected via channels 72 to air lines 74 which are connected to a compressed air supply 78 via a control valve 76 . The air bearing is designed in a known manner so that the flange 64 of the inductor carrier 62 is carried in it by the pressure medium, in such a way that a guided movement in a plane transverse to the sleeve axis 63 is possible. The play between the flange 64 and the distributor rings 68 is so large in the present case that the flange 66 within the chamber 66 and with the flange of the inductor carrier 62 can carry out angular movements with respect to the axis 63 to such an extent that one full seat support of the inductor device is ensured, this in superimposition with the required radial movement, without any appreciable immediate stress occurring between the inductor carrier aligned with the motor head and the housing of the inductor carrier aligned with the induction heating device. It can be seen that this type of mounting of the inductor support can also be achieved with the aid of other storage devices. For example Dre radially floating bearing according to the above-mentioned US-A 29 046 can be used in order to achieve the free radial movement - k _P lt of the inductor support relative to the housing. The necessary angular adjustment of the inductor support with respect to the housing can be achieved by increasing the play in the guide bearing to such an extent that an articulated connection between the inductor support and the radially movable flange is achieved, with a resilient mounting of the inductor support relative to the radially floating component or other devices are provided which allow angular deflection and at the same time radial rectilinear mobility.

Der Induktorträger 32 trägt den Induktor 45, der in herkömmlicher Weise aus einem rechteckigen Kupferrohr besteht, das in einem Umfangskanal sitzt, der am konischen Vorderteil des Induktorträgers angeordnet ist, wie vor allem auch Fig. 5 zeigt. Der Induktor 45 weist nach hinten laufende Leitungen 80 auf, die in axialen Schlitzen des Induktorträgers 62 gehalten sind und die an ihren rückwärtigen Enden an eine Stromquelle 82 angeschlossen sind, die von herkömmlicher Art, wie in der US-A 29 046 offenbart, ausgebildet sein kann. Gemäß Fig. 5 weist der Induktor 45 eine konische Außenfläche 84 auf, die komplementär zu dem Konuswinkel des Ventilsitzes 12, also im gleichen Konuswinkel wie dieser, angeordnet ist. Die Fläche 84 hat einen mittleren Durchmesser, der im wesentlichen dem mittleren Durchmesser des Ventilsitzes 12 entspricht, wobei sich die Fläche 84 in radialer Richtung über die gesamte Breite des Ventilsitzes erstreckt oder darüber hinaus, wenn sich der Induktor in seiner Arbeitsposition zum Ventilsitz befindet. Der Induktorträger 62 weist eine axiale, zylindrische Zentriernase 86 mit einer gerundeten Spitze 88 auf. Die Achse 90 der Zentriernase 86 fällt mit der Achse der konischen Induktorfläche 84 zusammen. Mit Hilfe des Luftlagers wird die Achse 90 der Zentriernase 86 normalerweise parallel zur Achse 63 der Hülse 46 und zur Geräteachse 24 gehalten.The inductor support 32 supports the inductor 45, which in a conventional manner consists of a rectangular copper tube, which is seated in a circumferential channel which is arranged on the conical front part of the inductor support, as is also shown in FIG. 5 in particular. The inductor 45 has rearwardly running lines 80 which are held in axial slots of the inductor support 62 and which are connected at their rear ends to a current source 82 which is of a conventional type, as disclosed in US-A 29 046 can. 5, the inductor 45 has a conical outer surface 84 which is complementary to the cone angle of the valve seat 12, that is to say arranged at the same cone angle as this. The surface 84 has an average diameter which corresponds essentially to the average diameter of the valve seat 12, the surface 84 extending in the radial direction over the entire width of the valve seat or beyond when the inductor is in its working position relative to the valve seat. The inductor carrier 62 has an axial, cylindrical centering lug 86 with a rounded tip 88. The axis 90 of the centering lug 86 coincides with the axis of the conical inductor surface 84. With the help of the air bearing, the axis 90 of the centering lug 86 is normally held parallel to the axis 63 of the sleeve 46 and to the device axis 24.

Eine Mehrzahl unmagnetischer keramischer Distanzstücke 90 ist an der konischen Außenfläche 84 des Induktors 45 fest angeordnet, wobei die Distanzstücke 90 über den Umfang verteilt sind, wie Fig. 4 zeigt. Gemäß Fig. 5 haben die Distanzstücke 90 eine Dicke t, die der Größe des magnetischen Kopplungsspaltes entspricht, der zur Erzielung einer optimalen magnetischen Kopplung zwischen Ventilsitz 12 und Induktor 45 erforderlich ist. Die Außenflächen 92 der kleinen Distanzstücke 90 sind genau bearbeitet, so daß sie auf einer konischen Ringfläche liegen, die parallel zur Fläche 84 und komplementär zur Ventilsitzfläche angeordnet ist. Die Distanzstücke 90 weisen eine ausreichend große Kontaktfläche mit dem Ventilsitz 12 auf, so daß sie etwaige Induktor-Belastungskräfte soweit verteilen, daß sie zu keinen Verformungen an der Ventilsitzfläche führen können. Die räumliche Anordnung der Distanzstücke 90 und ihre Anzahl wird so gewählt, daß sich am Ventilsitz mindestens eine Dreipunktanlage ergibt, wodurch sich eine zuverlässige Positionierung erreichen läßt. Falls erwünscht, kann aber auch eine größere Anzahl an Distanzstücken Verwendung finden. Die Distanzstücke können auch in Form eines durchgehenden Ringes oder in Form von Bogensegmenten ausgebildet sein, da sie sich bei ihrer Fertigung aus keramischem Werkstoff während des induktiven Erhitzungsvorgangs passiv verhalten.A plurality of non-magnetic ceramic spacers 90 are fixedly arranged on the conical outer surface 84 of the inductor 45, the spacers 90 being distributed over the circumference, as shown in FIG. 4. 5, the spacers 90 have a thickness t which corresponds to the size of the magnetic coupling gap which is required to achieve an optimal magnetic coupling between the valve seat 12 and the inductor 45. The outer surfaces 92 of the small spacers 90 are precisely machined so that they lie on a conical ring surface which is arranged parallel to the surface 84 and complementary to the valve seat surface. The spacers 90 have a sufficiently large contact surface with the valve seat 12 so that they distribute any inductor loading forces to such an extent that they cannot lead to any deformations on the valve seat surface. The spatial arrangement of the spacers 90 and their number is chosen so that there is at least one three-point system on the valve seat, as a result of which reliable positioning can be achieved. If desired, a larger number of spacers can also be used. The spacers can also be designed in the form of a continuous ring or in the form of arc segments, since they behave passively during their manufacture from ceramic material during the inductive heating process.

Die Zentriernase 86 weist einen zylindrischen Körper 96 von erheblicher Länge auf, die in der Größenordnung von 25,4 mm oder darüber liegt. Der Durchmesser des zylindrischen Bolzenabschnitts 96 der Zentriernase 86 ist so gewählt, daß sich ein enger Gleitsitz der Zentriernase in der Ventilschaftbohrung 21 des Motorkanals 14 einstellt. Bei der Motorfertigung wird die Ventilschaftbohrung 21 genau kon- Zentrisch zum Ventilsitz 12 angeordnet, gleichgültig, ob der Ventilsitz 12 unmittelbar am Motorkopf angeformt wird oder das einem Einsat zt er] besteht, welches nachträglich am Motorkopf in herkömmlicher Weise befestigt wird. Die verhältnismäßig große Länge der Zentriernase86 und ihr kleines Spiel in der Ventilschaftbohrung 21 gewährleisten, daß der Induktorträger 62 und demgemäß der Induktor 45 nebst den Distanzstücken 90 sich nicht winklig zu der Ventilsitzfläche einstellen, sondern in der Lagervorrichtung so viel Bewegungsfreiheit haben, daß sich die aus dünnen Scheiben bzw. Kissen bestehenden Distanzstücke satt gegen die Ventilsitzfläche legen und koaxial zu dieser liegen.The centering lug 86 has a cylindrical body 96 of considerable length, which is of the order of 25.4 mm or more. The diameter of the cylindrical bolt section 96 of the centering lug 86 is selected such that a tight sliding fit of the centering lug occurs in the valve stem bore 21 of the engine duct 14. In the Engine production, the valve stem bore 21 is arranged exactly concentric to the valve seat 12, regardless of whether the valve seat 12 is molded directly onto the engine head or is used as an insert, which is subsequently attached to the engine head in a conventional manner. The relatively large length of the centering lug 86 and its small play in the valve stem bore 21 ensure that the inductor carrier 62 and accordingly the inductor 45 together with the spacers 90 do not adjust at an angle to the valve seat surface, but instead have so much freedom of movement in the bearing device that they are free Place thin disks or pillows of existing spacers firmly against the valve seat surface and lie coaxially to it.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Induktionserhitzungseinrichtung erläutert: In Fig. 1 ist angenommen, daß das Motorteil 20 gegenüber der Fertigungsstraße 23 so in seiner Raumlage orientiert ist, daß seine Ventilschaftachse 22 unter einem Winkel zur Geräteachse 24 steht. Dies bedeutet, daß ein Winkel zwischen der von der Induktionserhitzungseinrichtung 10 vorgegebenen Bewegungsachse und der von der Fertigungsstraße 23 vorgegebenen Ventilsitzachse vorhanden ist. Wenn der Motorkopf 20 die Erhitzungsstation erreicht hat, betätigt das Steuersystem 42 den Motor 40, so daß über das angetriebene Zahnrad 38 und die Zahnstange 36 der Support 26 in Richtung auf den Motorkopf 20, also in Zustellrichtung, bewegt wird. Hierbei werden die Induktorvorrichtungen 28 gemeinsam gegen die Ventilsitze 12 angestellt. Wenn die Zentriernase 56 sich in die Ventilschaftbohrung 21 hineinzuschieben beginnt, gestattet die von dem Luftlager gebildete Lagervorrichtung eine radiale Versetzung des Induktorträgers 62 in der quer zur Geräteachse 24 verlaufenden Ebene. Beim weiteren Eindringen der Zentriernase 86 in die Bohrung 21 im weiteren Verfolg der Zustellbewegung wird eine etwaige vorhandene Winkellage durch das Luftlager rückgängig gemacht, wobei der Induktor 45 in die Fluchtlage zu der Achse 22 gebracht wird. Das Einstellen des Induktors in die konzentrische Lage zu dem Ventilsitz vollzieht sich mit dem Eindringen der Zentriernase 86 in die Bohrung 21 und ist beendet, wenn sich die Zentriernase 86 voll in der Bohrung 21 befindet und die Distanzstücke 90 in körperlichem Kontakt mit dem zugeordneten Ventilsitz 12 stehen. Auf diese Weise wird jede etwaige Radialabweichung oder Winkelabweichung des Ventilsitzes gegenüber der Geräteachse aufgehoben. Die axiale Tiefe der Ventilsitzfläche 12 gegenüber derjenigen der anderen Ventilsitze kann ohne weiteres variieren, da der von dem Tragrahmen gebildete Support 26 solange in Zustellrichtung bewegt wird, bis an sämtlichen Ventilsitzen der Flächenkontakt der Distanzstücke hergestellt ist. Die federelastische Lagerung der Induktorköpfe 40 unter Verwendung der gegen den Support 26 abgestützten Federn 48 ermöglicht es, sämtliche Induktoren 45 mit ihren Distanzstücken zur Anlage an den Ventilsitzen 12 zu bringen, ohne daß sich übermäßig große Anpreßkräfte an den Ventilsitzflächen einstellen. Befinden sich sämtliche Distanzstücke 90 an den Ventilsitzen 12, so können die Riegelvorrichtungen 50 betätigt werden, wodurch die Hülsen 46 gegenüber dem Support 26 verriegelt werden. Es wäre aber auch möglich, die Riegelvorrichtungen 50 fortzulassen oder jeweils nur nach Beendigung eines induktiven Erhitzungszyklus zu betätigen, um die Reihe der Induktorvorrichtungen 28 gleichzeitig von den Ventilsitzen 12 zurückzufahren. In der Erhitzungsposition bewirken die Distanzstücke 90 zusätzlich zu der konzentrischen Ausrichtung eine optimale Kopplung zwischen Induktor 45 und Ventilsitz 12. Bei Einschaltung der Stromquelle 82 wird daher der Ventilsitz auf induktivem Wege erhitzt und auf die auf den Werkstoff des Ventilsitzes abgestimmte Behandlungstemperatur gebracht. Anschließend wird die Stromquelle abgeschaltet und der Ventilsitz abgeschreckt. Dies kann entweder durch eine auf dem Wärmeeindringeffekt beruhende Massenabschreckung des Motorkopfes oder in herkömmlicher Weise mit Hilfe von Abschreckdüsen erreicht werden, die am Induktorträger angeordnet und an eine geeignete Kühlmittelquelle angeschlossen werden, wie dies in der vorgenannten US-A Re 29 046 im einzelnen beschrieben ist. Das direkte Abschrecken erfordert ein Zurückfahren der Induktorvorrichtung, so daß die Abschreckstrahlen zum Ventilsitz hin gerichtet werden können, wobei die Rückstellbewegung mit Hilfe der Steuervorrichtung 42 gesteuert wird. Nach Beendigung des Erhitzungszyklus wird der Support 26 mit Hilfe des Stellmotors 40 in die Ausgangslage zurückgefahren, und es wird der Förderer der Fertigungsstraße 23 weitergeschaltet, so daß der nächstfolgende Motorkopf in die Erhitzungsstation gelangt, worauf ein weiterer Erhitzungszyklus durchgeführt wird.The mode of operation of the induction heating device described above is explained below: In FIG. 1 it is assumed that the motor part 20 is oriented in relation to the production line 23 in such a way that its valve shaft axis 22 is at an angle to the device axis 24. This means that there is an angle between the movement axis specified by the induction heating device 10 and the valve seat axis specified by the production line 23. When the motor head 20 has reached the heating station, the control system 42 actuates the motor 40, so that the support 26 is moved in the direction of the motor head 20, that is to say in the feed direction, via the driven gear 38 and the toothed rack 36. Here, the inductor devices 28 are set together against the valve seats 12. When the centering lug 56 begins to slide into the valve stem bore 21, the bearing device formed by the air bearing permits radial displacement of the inductor carrier 62 in the plane running transversely to the device axis 24. When the centering lug 86 penetrates further into the bore 21 while the feed movement is being followed, any possible angular position becomes apparent through the air bearing undone, the inductor 45 being brought into alignment with the axis 22. The setting of the inductor in the concentric position to the valve seat takes place with the penetration of the centering lug 86 into the bore 21 and is complete when the centering lug 86 is fully in the bore 21 and the spacers 90 are in physical contact with the associated valve seat 12 stand. In this way, any radial or angular deviation of the valve seat relative to the device axis is canceled. The axial depth of the valve seat surface 12 relative to that of the other valve seats can easily vary, since the support 26 formed by the support frame is moved in the feed direction until the surface contact of the spacers is established on all valve seats. The spring-elastic mounting of the inductor heads 40 using the springs 48 supported against the support 26 makes it possible to bring all the inductors 45 with their spacers into abutment against the valve seats 12 without excessively large contact forces occurring on the valve seat surfaces. If all spacers 90 are located on the valve seats 12, the locking devices 50 can be actuated, as a result of which the sleeves 46 are locked in relation to the support 26. However, it would also be possible to omit the locking devices 50 or to actuate them only after the end of an inductive heating cycle in order to simultaneously move the row of inductor devices 28 back from the valve seats 12. In the heating position, the spacers 90, in addition to the concentric alignment, effect an optimal coupling between the inductor 45 and the valve seat 12. When the power source 82 is switched on, the valve seat is therefore heated inductively and brought to the treatment temperature which is matched to the material of the valve seat. The power source is then turned off and the valve seat is quenched. This can be done either by mass quenching the engine based on the heat penetration effect Head or in a conventional manner with the help of quenching nozzles, which are arranged on the inductor carrier and connected to a suitable coolant source, as described in detail in the aforementioned US-A Re 29 046. Direct quenching requires retraction of the inductor device so that the quench jets can be directed toward the valve seat, with the return motion being controlled by control device 42. After the end of the heating cycle, the support 26 is returned to the starting position with the aid of the servomotor 40, and the conveyor of the production line 23 is switched on so that the next motor head arrives in the heating station, whereupon a further heating cycle is carried out.

Claims (10)

1. Einrichtung zum induktiven Erhitzen der konischen Ventilsitzfläche einer Ventilöffnung oder eines Maschinenteils mit koaxial zu der Ventilsitzfläche angeordneter Ventilschaftbohrung, insbesondere zum gleichzeitigen induktiven Erhitzen einer Gruppe von an einem Motorkopf angeordneten Ventilsitzflächen, mit einem Induktor (45), der eine zur konischen Ventilsitzfläche (12) komplementäre Konusfläche (84) aufweist, mit einem Support (26) od.dgl. zur Anstellung des Induktors (45) gegen den Ventilsitz (12), wobei die Achse (24) der Induktorfläche (84) im wesentlichen parallel zur Ventilsitzachse (22) verläuft, mit einer zwischen dem Induktor (45) und dem Support (26) od.dgl. wirksamen Lagervorrichtung, die zur Ausrichtung der konischen Flächen (12, 84) eine Radialbewegung des Induktors gestattet, und mit einer länglichen Zentriernase (86), deren koaxial zur konischen Ventilsitzfläche (12) angeordnete zylindrische Fläche (96) sich bei der Anstellbewegung des Supports (26) mit engem Gleitsitz in die Bohrung (21) der Ventilöffnung einschiebt und dabei unter Ausgleich in der Lagervorrichtung die Achsen (22, 24) zur Deckung bringt, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagervorrichtung zur achsgleichen Ausrichtung der konischen Flächen (12, 84) zugleich Winkelbewegungen des Induktors (45) gestattet, und daß an der genannten Konusfläche (84) des Induktors (45) eine nicht-magnetische Abstandshalterung (19) fest angeordnet ist, deren äußere Bezugsfläche (92) sich auf einer im vorbestimmten Abstand von dem Induktor (45) liegenden konischen Fläche (92) befindet und dadurch die vorschriftsmäßige Konzentrizität und den vorschriftsmäßigen Axialabstand zwischen den konischen Flächen des Ventilsitzes (12) und des Induktors (45) bewirkt.1.Device for inductive heating of the conical valve seat surface of a valve opening or of a machine part with a valve stem bore arranged coaxially to the valve seat surface, in particular for simultaneous inductive heating of a group of valve seat surfaces arranged on an engine head, with an inductor (45) which leads to the conical valve seat surface (12 ) has complementary conical surface (84), with a support (26) or the like. to position the inductor (45) against the valve seat (12), the axis (24) of the inductor surface (84) running essentially parallel to the valve seat axis (22), with one between the inductor (45) and the support (26) or . Like. effective bearing device, which allows radial movement of the inductor to align the conical surfaces (12, 84), and with an elongated centering lug (86), the cylindrical surface (96) of which is arranged coaxially to the conical valve seat surface (12) during the adjusting movement of the support ( 26) with a tight sliding fit into the bore (21) of the valve opening and thereby aligning the axes (22, 24) in the bearing device, characterized in that the bearing device for the axial alignment of the conical surfaces (12, 84) at the same time Angular movements of the inductor (45) and that a non-magnetic spacer (19) is fixedly arranged on said cone surface (84) of the inductor (45), the outer reference surface (92) of which is at a predetermined distance from the inductor ( 45) lying conical surface (92) and thereby the correct concentricity and the correct axial distance between the conical Surfaces of the valve seat (12) and the inductor (45) causes. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandshalterung (90) aus einem keramischen Werkstoff besteht.2. Device according to claim 1, characterized in that the spacer (90) consists of a ceramic material. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandshalterung mehrteilig ausgebildet ist und aus mehreren Distanzstücken (90) besteht.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the spacer is formed in several parts and consists of several spacers (90). 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Distanzstücke (90) aus in gleichmäßigen Abständen über den Umfang des Induktors (45) angeordneten, konischen Segmenten bestehen.4. Device according to claim 3, characterized in that the spacers (90) consist of conical segments arranged at uniform intervals over the circumference of the inductor (45). 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagervorrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine freie Translationsbewegung des Induktors (45) in einer quer zur Achse (24) des Supports (26) od.dgl. gerichteten radialen Ebene sowie eine begrenzte Winkelbewegung des Induktors (45) gegenüber dem Support (26) od.dgl. gestattet.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bearing device is designed such that it or the like, a free translation movement of the inductor (45) in a transverse to the axis (24) of the support (26). directed radial plane and a limited angular movement of the inductor (45) relative to the support (26) or the like. allowed. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung aus einem Luftlager (60 bis 78) besteht.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bearing device consists of an air bearing (60 to 78). 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß beim gleichzeitigen induktiven Erhitzen mehrerer Ventilsitze (12) an einem gemeinsamen Support (26) od.dgl. mehrere Induktorvorrichtungen (28) jeweils gegen die Rückstellkraft einer Federvorrichtung (48) beweglich gelagert sind.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that or the like during the simultaneous inductive heating of several valve seats (12) on a common support (26). a plurality of inductor devices (28) are each movably mounted against the restoring force of a spring device (48). 8. Induktor für eine Induktionserhitzungseinrichtung, die einen entlang einer ersten Achse (24) bewegbaren Support oder Tragrahmen (26) od.dgl. aufweist, wobei der Induktorkörper, dessen Windung einen im wesentlichen rechteckigen Hohlquerschnitt hat, mit einer zur Achse des Induktorkörpers koaxialen konischen Außenfläche (84) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der konischen Außenfläche (84) eine Mehrzahl hitzebeständiger, nicht-magnetischer Distanzstücke (90) befestigt ist, deren äußere Bezugsfläche (92) auf einer Konusfläche liegt, die denselben Konuswinkel hat wie die konische Außenfläche (84) des Induktors (45), gegenüber dieser Konusfläche (84) jedoch im vorbestimmten Axialabstand angeordnet ist.8. Inductor for an induction heating device which has a support or support frame (26) or the like which can be moved along a first axis (24). The inductor body, the winding of which has an essentially rectangular hollow cross section, is provided with a conical outer surface (84) which is coaxial with the axis of the inductor body, characterized in that on the conical outer surface (84) a plurality of heat-resistant, non-magnetic spacers ( 90) is attached, the outer reference surface (92) of which lies on a conical surface which has the same conical angle as the conical outer surface (84) of the inductor (45), but is arranged at a predetermined axial distance from this conical surface (84). 9. Induktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Induktorvorrichtung (28) ein Gehäuse aufweist, das ein mit dem Support (26) od.dgl. verbindbares erstes Teil (46) und ein mit dem Induktorkörper verbundenes zweites Teil (82) aufweist, wobei zwischen diesen Teilen eine Lagervorrichtung (60 bis 78) angeordnet ist, die eine Radialbewegung in einer quer zur Induktorachse angeordneten Ebene sowie eine begrenzte Winkelbewegung zwischen den beiden Teilen gestattet.9. Inductor according to claim 8, characterized in that the inductor device (28) has a housing which or the like with the support (26). Connectable first part (46) and a second part (82) connected to the inductor body, a bearing device (60 to 78) being arranged between these parts, which has a radial movement in a plane arranged transversely to the inductor axis and a limited angular movement between the two Sharing allowed. 10. Verfahren zur Positionierung eines konischen Induktors in eine konzentrische Lage zu einem konischen Ventilsitz eines Motorteils sowie in einen vorbestimmten Axialabstand zu dem Ventilsitz beim induktiven Erhitzen des Ventilsitzes, wobei die Positionierung bei der Zustellbewegung des Induktors gegen den Ventilsitz erfolgt und anschließend der Induktor an den Strom angelegt, der Ventilsitz auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt und dann der Induktor von dem Ventilsitz zurückgestellt wird, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Zustellbewegung der Induktor (45) durch mechanisches Zusammenwirken zwischen ihm und dem Ventilsitz (12) sowohl durch Radialverschiebung als auch durch Winkelverstellung gegenüber dem Ventilsitz in die konzentrische Position gebracht und dann mit Hilfe von an der konischen Induktorfläche (84) liegender, nicht-magnetischer Distanzstücken, deren äußere Begrenzungsfläche (92) auf einer Konusfläche liegt, die denselben Konuswinkel hat wie die konische Außenfläche (84) des Induktors, gegenüber dieser jedoch im vorbestimmten Axialabstand angeordnet ist, im Axialabstand zum Ventilsitz (12) eingestellt wird, wobei die Zustellbewegung zur Durchführung des Erhitzungsvorgangs beendet wird, sobald sich die Bezugsfläche (92) auf dem Ventilsitz (12) befindet.10. Method for positioning a conical inductor in a concentric position to a conical valve seat of an engine part and in a predetermined axial distance from the valve seat during inductive heating of the valve seat, the positioning being carried out during the feed movement of the inductor against the valve seat and then the inductor to the Current is applied, the valve seat is heated to a predetermined temperature, and then the inductor is reset from the valve seat is characterized in that during the infeed movement the inductor (45) is brought into the concentric position by mechanical interaction between it and the valve seat (12) both by radial displacement and by angular adjustment relative to the valve seat and then by means of the conical inductor surface ( 84) lying, non-magnetic spacers, the outer boundary surface (92) of which lies on a conical surface which has the same conical angle as the conical outer surface (84) of the inductor, but is arranged at a predetermined axial distance from it, at an axial distance from the valve seat (12) is set, the feed movement to carry out the heating process being ended as soon as the reference surface (92) is on the valve seat (12).

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