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1. (WO1980000086) PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION DE SURFACES TREMPEES PAR DEUXIEME FUSION D"UNE PIECE COMPRENANT DES RAYONS DE COURBURE VARIABLES, EN PARTICULIER DE CAMES D"UN ARBRE A CAMES DE MACHINE A COMBUSTION INTERNE
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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von durch Um schmelzhärten gehärteten Oberflächen eines unterschiedliche Kriiπimungsradien aufweisenden Werkstückes, insbesondere der Nocken einer Nockenwelle von Brennkraftma schinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von durch Umschmelzhärten gehärteten Oberflächen eines unter schiedliche Krümmungsradien aufweisenden Werkstückes, insbesondere der Nocken einer Nockenwelle von Brennkraft maschinen, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfallrens.

Bei einer bekannten Einrichtung (DE-GM 7702 409) zum
Härten der Nockenlaufflächen von Nockenwellen für Brennkraftmaschinen nach dem WIG-Umschmelz-Härteverfahren wird die unterschiedliche Krümmungsradien aufweisende Nocken lauffläche an einem Brenner als Energiequelle vorbeigeführt. der von einem Generator mit Strom gleichbleibender Stärke versorgt wird. Durch einen zwischen Nocken und Brenner überspringenden Lichtbogen wird die Oberfläche bahnenartig aufgeschmolzen und durch die sofort einsetzende Abkühlung gehärtet. Anstelle des Lichtbogens kann auch mit Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen gearbeitet werden.

Wie sich in der Praxis herausgestellt hat, können sich beim Umschmelzhärten von Werkstücken mit unterschiedlichen Krümmungsradien, z. B.~bei Nocken von Nockenwellen, über den Umfang verteilte, unterschiedliche Formqualitäten und Härtetiefen ergeben, die deren Verschleißfestigkeit vermindern und deshalb nicht vernachlässigbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem ein energiesparendes Umschmelzen von unterschiedliche Krümmungsradien aufweisenden Werkstük ken mit einer gleichmäßigen Härtequalität und Härtetiefe erzielbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 entneh-mbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß jedem unterhalb eines Oberflächenelements liegenden Volumenelement des Werkstückes unabhängig von dem Krüπmungsradius etwa die gleiche Energie zugeführt wird. Das dem Brenner gegenüberliegende Volumenelement ist nämlich umso kleiner, je stärker die Krümmung einer konvexen Oberfläche bzw. umso größer, je stärker die Krümmung eaidnieern konkaven Oberfläche ist. Zusätzlich ist die Energieableitung aus einem solchen oberflächlichen Volumenelement umso kleiner, je größer die Krümmung daderienkonvexen bzw. kleiner die Krümmung der konkaven Oberfläche ist. Werden Brenner und Werkstück derart relativ zueinander bewegt, daß benachbarte Umschrrelz-bahnen sich gegenseitig überlappen, so ist bei gleichem, an der Oberfläche gemessenem Abstand der Mittellinien der Bahnen deren Überlappung umso größer, je stärker die Krümmung einer konvexen bzw. je schwächer die Kinimmung einer konkaven Oberfläche ist. Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gleichmäßige Härte-tiefe und Härtequalität erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch verwirklicht werden, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Brenner verändert wird oder gemäß Anspruch 2 vorteil hafterweise dadurch, daß die von der Energiequelle abgegebene Leistung abhängig vom Krümmungsradius gesteuert wird.

Die von der Energiequelle abgegebene Leistung kann entsprechend der Beziehung



gesteuert sein, wobei L(R) die Leistung bei Kriimmungsradius R, L die Leistung bei Krümmungsradius unendlich und a die Härtetiefe ist.

Der Anspruch 4 kennzeichnet ein besonders einfaches Verfahren, mit dem in Annäherung an die vorgenannte Gleichung zufriedenstellende Härteergebnisse erzielt werden können. Wird zum Umschmelzen der zu härtenden Oberfläche ein Licht bogen verwendet, so kann gemäß Anspruch 5 zweckmäßig der Strom des Lichtbogens entsprechend dem Krümmungsradius gesteuert werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach dem WTG-Umschmelz-Härteverfahren ist in den Patentansprüchen 6 bis 8 aufgeführt. Der Unteranspruch 7 kennzeichnet eine vom Drehwinkel der Nockenwelle abhängige Steuerung, mit der sowohl eine stufenweise als auch eine kontinuierlich von den Krümmungsradien abhängige Ände rung der Ausgangsleistung des Generators steuerbar ist, während der Unteranspruch 8 eine schaltungstechnisch sehr einfache, stufenweise Steuerung des Generators abhängig vom radialen Hub des Brenners aufzeigt.

Die Erfindung ist im Nachstehenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis der abge
gebenen Leistung in Abhängigkeit der Krümmungs
radien eines konvexen Nockens einer Nockenwelle
für eine Brennkraftmaschine ersichtlich ist.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Härten der Nockenlaufflächen einer Nockenwelle nach dem WIG-Um- schmelz-Härteverfahren, in der Ansicht S der
Fig. 3, mit einer vom Drehwinkel der Nockenwelle abgeleiteten Steuerung der Umschmelz
energie und

Fig. 3 eine gleiche Vorrichtung im Schnitt gemäß Linie
III-III der Fig. 2, mit einer vom Brennerhub abgeleiteten, stufenweisen Steuerung der Umschmelz- energie.

Auf dem Diagramm der Fig. 1 ist in einer Kurve die zu einer gleichmäßigen Härtung-eines Nockens einer Nockenwelle zu steuernde Leistung der Energiequelle bei einer beispielsweisen Härtetiefe a = 2 mm aufgetragen. In der Abszisse sind die Kr_mmungsradien R in Millimeter und in der Ordinate die zum gleichmäßigen Umschmelzen benötigte Leistung dargestellt, wobei der Wert 1 einer entsprechend dem angewendeten Härteverfahren benötigten Leistung bei einem Krümmungsradius entspricht. Wie aus dem Diagramm ersichtlich und entsprechend der vorgenannten Gleichung errechenbar ist, soll die abgegebene Leistung L (R) bei einem Krümmungsradius des Nockens von 10 mm = 0,9 L und bei einem Krümmungsradius von 3 mm = 0,66 L betragen, .um eine gleichmäßige Energie-zuführung je Werkstück-Volumenelement und somit eine gleichbleibende Härtequalität zu erzielen. Es versteht sich, daß sich die Kurve bei einer größeren, erwünschten Härtetiefe a in der Abszisse des Diagramms entsprechend verschiebt.

In den Figuren 2 und 3 ist eine Vorrichtung zum Umschmelzhärten nach dem WIG-Umschmelz-Härteverfahren dargestellt. Sie weist einen Maschinensockel 1 auf, auf dem eine Platte 2 verschiebbar gelagert ist. Auf der Platte 2 ist eine Einspannvorrichtung für eine zu härtende Nockenwelle 3 angeordnet. Die Einspannvorricht-ung besteht einerseits aus einem Reitstock 4 mit einer Spitzenaufnahme 5 und andererseits aus einem Lagerbock 6, in dem eine Kegelhülse 7 drehbar gelagert ist. Die Kegelhülse 7 sitzt auf einer gemeinsamen Welle mit einem Antriebsrad 8, welches über einen Zahnriemen 9 von einem Elektromotor 10 angetrieben wird. Der Zahnriemen 9 umspannt zugleich ein weiteres Antriebsrad 11, welches mit einer parallel zur Nockenwelle 3 drehbar angeordneten Meisternockenwelle 12 ver bunden ist. In der Kegelhülse 7 ist ein Mitnehmer (nicht dargestellt) vorgesehen, der in eine entsprechende Nut der Nockenwelle 3 eingreift und somit eine stets definierte Lage der Nockenwelle 3 zum Antriebsrad 8 sicherstellt. Die Antriebsräder 8 und 11 weisen die gleiche Zähnezahl auf und sind derart zueinander eingestellt, daß die Nokken der Nockenwelle 3 und der Meisternockenwelle 12 synchron zueinander rotieren. Mit dem Maschinensockel 1 sind entsprechend der Anzahl der zu härtenden Nocken im oberen Bereich 30 abgewinkelte Führ-ungen 13 verbunden, auf denen Schlitten 14 gelagert sind. An den Schlitten 14 sind Brenner 15 und die Meisternockenwelle 12 abtastende und dabei den radialen Hub der Schlitten 14 bzw. Brenner 15 bewirkende Stößel 16 befestigt. Der Einfachheit halber sind in der Fig. 2 nur zwei Brenner 15 bzw. Schlitten 14 darge stellt, während die restlichen durch Mittellinien angedeutet sind.

Auf der einen Stirnseite des Maschinensockels 1 ist ein Exzenter 17 gelagert, der von einem Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben wird und an der Stirnseite der Platte 2 derart anläuft, daß diese mit einer der Breite der Nocken entsprechenden Amplitude oszilliert. Koaxial mit dem Antriebsrad 8 für die Nockenwelle 3 ist erfindungsgemäß eine Steuerscheibe 18 (Fig. 2) angeordnet, die an ihrem Außenumfang mit die Drehwinkellage der Nokkenwelle anzeigenden Markierungen versehen ist und an einem Schalter 19 vorbeiläuft, der entsprechende Impulse an eine nicht näher dargestellte SteuerSchaltung 20 abgibt. In der Steuerschaltung 20 sind die jeweiligen
Krümmungsradien der einzelnen Nocken aufgeschlüsselt auf deren Drehwinkellage an der Nockenwelle 3 gespeichert, so daß die Steuerschaitung 20 die je Brenner 15 vorhandenen Generatoren 21 derart steuert, daß bei jeder definierten Drehwinkellage der Nockenwelle 3 die zu dem jeweiligen Brenner 15 abgegebene Leistung der Generatoren 21 dem gerade an den Brennern 15 vorbeilaufenden Krüm-mungsradien der Nocken gemäß dem Diagramm nach Fig. 1 entspricht. Es versteht sich, daß die Steuerscheibe 18 auch mit entsprechenden Markierungen für das Ein- bzw. Ausschalten der Brenner 15 vorgesehen ist, so daß die Steuerschaltung 20 eine zentrale Steuerung des gesamten Umschmelz-bzw. Härteablaufes der Nockenwelle 3 bildet.

In Fig. 3 ist eine vereinfachte Steuerung eines der Gene-ratoren 21 dargestellt, bei der der radiale Hub des entsprechenden Brenners 15 bzw. Schlittens 14 abgefragt wird. Diese Steuerung eignet sich besonders für einfache Nockenformen mit nur einer Auflauf- und einer Ablaufpumpe. Teilt man den gesamten Hub des Schlittens 14 in zwei oder mehr Teilhübe auf, so kann man für bestimmte Intervalle von Krümmungsradien, die in einem Teilhub liegen, eine der Kurve im Diagramm der Fig. 1 angenäherte, stufenweise Steuerung der Ausgangsleistung des Generators 21 erzielen. Dazu ist im Bereich des Schlittens 14 ein induktiver Geber 22 angeordnet, der den Hub des Schlittens 14 überwacht und in den Teilhub, in dem der Brenner 15 den oberen Bereich- der Nockenspitzen des Nockens umschmilzt, einen Umschalter 23 ansteuert, welcher die Ausgangsleistung des Generators 21 durch Umschalten der Kontakte 24 reduziert. Es versteht sich, daß bei dieser Steuerung je Brenner 15 bzw. Schlitten 14 ein induktiver Geber 22 und ein Umr schalter 23 erforderlich sind, die den jeweiligen Generator 21 ansteuern.