CH388017A - Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus Einzelstücken mittels Abbrennstumpfschweissung, sowie durch das Verfahren hergestellte Kurbelwelle - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus     Einzelstücken     mittels Abbrennstumpfschweissung, sowie durch das Verfahren  hergestellte Kurbelwelle    Es sind bereits mehrere Verfahren zur Herstellung  von Kurbelwellen aus Einzelstücken bekannt. Die  Einzelstücke bestehen dabei beispielsweise aus einer  Kurbelwange, an die beiderseitig Kurbel- bzw.  Lagerzapfen angesetzt sind. Die Verbindung der  Einzelstücke zur Kurbelwelle kann dabei auf unter  schiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Ver  schraubung der Kurbelzapfenabschnitte, wobei diese  gegen Verdrehung gegeneinander durch Verzahnung  gesichert sein können oder aber eine Hülse mit Innen  verzahnung die Zapfenabschnitte übergreift; die  Innenverzahnung verhindert dabei ebenfalls die gegen  seitige Verdrehung der Kurbelzapfen.

   Bei anderen  bekannten Verfahren zur Herstellung von Kurbel  wellen bestehen die Einzelstücke nicht aus Kurbel  wangen mit Zapfenabschnitten, sondern es werden  bei Zusammenbau der Welle durchgehende Zapfen  mit den Kurbelwangen durch Passung oder Klemmung  vereinigt. Um Kurbelwellen mit gebrochenen Zapfen  wieder verwendungsfähig machen zu können, hat man  auch schon die Kurbelzapfenteile des gebrochenen  Zapfens abgedreht und durch eine gemeinsame Buchse  verbunden. Schliesslich ist es bei Verfahren zur Kur  belwellenherstellung bekannt, die Einzelstücke durch  Abbrennstumpfschweissung zu vereinigen.  



  Infolge des ständigen Bestrebens der Motoren  technik, die spezifischen Leistungen von     Brennkraft-          maschinen,    insbesondere durch verstärkte Aufladung  zu erhöhen, werden nun auch die spezifischen Be  anspruchungen, die auf das Triebwerk entfallen,  immer grösser. Das führt besonders bei schnellau  fenden Motoren zu der Forderung, die Laufflächen  der     Lagerzapfen    aus verschleissfesten Werkstoffen zu    bilden, während beispielsweise von der Kurbelwelle  des Motors als Ganzes eine hohe Elastizität verlangt  wird. Was     für    die Kurbelwelle ausgeführt worden ist,  gilt sinngemäss für die Kurbelscheiben-, Nocken-,  Nockenscheibenwellen oder ähnliche.  



  Es sind bereits eine Reihe von Verfahren bekannt  geworden, um die die Lagerstellen der Welle bildenden  Lagerzapfen mit einer verschleissfesten Oberfläche zu  versehen.     In    Betracht kommen beispielsweise Ober  flächenhärtung der Lagerstellen sowie das Aufbringen  von harten Metallschichten durch galvanisches Nieder  schlagen, durch Spritzverfahren oder ähnliche Ober  flächenveredelungen.  



  Die Oberflächenhärtung führt jedoch zu ungün  stigen Spannungsverhältnissen, so dass die Dauer  standsfestigkeit der Welle wesentlich herabgesetzt  wird. Nimmt man die     Oberflächenhärtung    durch  Nitrierung vor, so ergeben sich aus der geringen  Schichtstärke Nachteile.         Insbesondere    ist eine nachträgliche Bearbeitung  der Lagerstellen infolge der geringen Dicke der Ver  schleissschicht, die im allgemeinen nur wenige     hun-          dertstel    Millimeter beträgt, schwierig oder ausgeschlos  sen, während andererseits diese Bearbeitung aus     Justie-          rungsgründen    unerlässlich ist.

   Auch sind Nachbearbei  tungen nach     Ablauf    einer gewissen Betriebszeit nicht  mehr möglich. Schliesslich sind bei der wissenschaft  lichen Behandlung der bei der     Nitrierung    auftretenden  Vorgänge Erkenntnisse in jüngster Zeit gewonnen  worden, welche die Anwendung dieses Verfahrens bei  der Oberflächenbehandlung hoch     beanspruchterWellen     nicht mehr ohne weiteres ratsam erscheinen lassen.      Was für die Nitrierung ausgeführt worden ist, gilt  sinngemäss für die Hartverchromung.  



  Das Aufspritzen von harten Metallschichten hat  noch nicht den Stand erreicht und ist noch nicht so  betriebssicher, dass die erforderliche Porenfreiheit  und die notwendige Verankerung zwischen dem  Grundwerkstoff und der Auflage gewährleistet wären.  



  Die bekannten Verfahren sind daher noch nicht  befriedigend. Es ist somit Aufgabe vorliegender  Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und ein Ver  fahren vorzuschlagen, das die dargestellten Verhält  nisse grundsätzlich verbessert.  



  Das zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene  Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus  Einzelstücken, die aus einer Kurbelwange und beid  seitig der Kurbelwange angeordneten Kurbelzapfen  bestehen, mittels Abbrennstumpfschweissung kenn  zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch, dass vor der  Vereinigung der Einzelstücke zur Kurbelwelle auf die  einzelnen     Kurbelzapfen    Mantelkörper aus     verschleiss-          festem    Werkstoff aufgezogen werden, deren äussere  Begrenzungsflächen zur Bildung der Lagerflächen  benutzt werden. Dem Mantelkörper kann also jede  beliebige, aus wirtschaftlichen Gründen noch tragbare  Dicke erteilt werden.

   Man ist bei der Werkstoff  auswahl für ihn unabhängig von den Eigenschaften  des Grundwerkstoffes, so dass dieser lediglich mit  Rücksicht auf die     Erfordernisse    bestimmt werden  kann, die vorwiegend wegen des Verschleisses der  Lagerzapfen gestellt werden müssen. Als Werkstoff  für die     Mantelkörper    kann daher ein naturharter  Stahl oder jeder andere     verschleissfeste    Werkstoff  verwendet werden, der dem Grundwerkstoff gegenüber  härter ist, jedoch gleichzeitig über die Zähigkeit ver  fügt, um die während der Herstellung und dem Betrieb  auftretenden Beanspruchungen aufnehmen zu können.  



  Im allgemeinen wird man die Mantelkörper auf  zapfenförmige Ansätze von Wellenteilstücken, etwa  Kurbelwangenscheiben, Nocken oder Nockenscheiben  aufziehen, ohne dass andere Verbindungsmöglich  keiten ausgeschlossen sind. Die erforderliche feste  Verbindung wird im einfachsten Falle dadurch ge  währleistet, dass man die Mantelkörper, insbesondere  in Form von Mantelrohren, auf die tragenden Wellen  teile aufschrumpft.  



  Für die Vereinigung der Wellenteilstücke zur  Welle wird Abbrennstumpfschweissung verwendet. Je  nach Formgebung und Beanspruchung der Welle  kann die Schweissstelle dabei verschiedene Lagen  einnehmen und hiernach richten sich naturgemäss die  Ausbildung und Anordnung der Mantelkörper. Nach  dem die einzelnen Teilstücke zur Welle zusammen  gefügt sind, kann sie wie üblich fertig bearbeitet  werden, wobei zwischen die einzelnen Bearbeitungs  stufen die Warmbehandlungen eingeschaltet werden,  die sich aus der Art des benutzten Werkstoffes er  geben.  



  Wellen, die durch ein erfindungsgemäss vorge  schlagenes Verfahren hergestellt sind, kennzeichnen  sich durch Anordnung von Mantelkörpern aus ver-    schleissfestem Werkstoff auf im Bereiche von Lager  stellen liegenden Wellenteilen. Die Mantelkörper  können dabei Begrenzungsflächen aufweisen, deren  Erzeugende einen Winkel mit der Wellenlängsmittel  achse oder einer Zapfenlängsmittelachse bildet. Das  bedeutet, dass konische Mantelkörper auftreten, die  bestimmte Vorteile gegenüber ringszylindrischen  Mantelkörpern besitzen.  



  Die Zeichnung gibt beispielsweise Ausführungen  des Erfindungsgedankens wieder.  



  In der Zeichnung ist  Fig. 1 ein senkrechter Längsschnitt durch ein zum  Schweissen vorbereitetes Einzelstück einer Kurbel  welle, bestehend aus der Kurbelwange und zwei an  sie angesetzten Zapfenenden.  



  Fig. 2 gibt eine Seitenansicht auf das in Fig. 1  dargestellte Einzelstück wieder.  



  Fig. 3 stellt den Längsschnitt durch einen Zapfen  ansatz mit aufgezogenem ringzylindrischen Mantel  körper, der rohrförmig ausgebildet ist, dar.  



  Fig. 4 entspricht der Schnittdarstellung der Fig. 3  für den Fall, dass die Erzeugende der inneren Be  grenzungsfläche des Mantelrohres einen Winkel mit  der Längsmittelachse des Zapfenansatzes der Kurbel  wange einschliesst.  



  Fig. 5 zeigt einen aus mehreren Teilstücken  bestehenden Kurbelwellenabschnitt, bei dem die  Schweissstellen genau mittig zu den Zapfenansätzen  der Kurbelwange angeordnet sind, während in  Fig. 6 in der Darstellung der Fig. 5 eine     ausser-          mittige    Anordnung der Schweissstellen veranschaulicht  ist.  



  Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wellen  teilstück besteht aus der Kurbelwange 1 und zwei  Zapfenansätzen 2, 3. Ein derartiges Kurbelwellenstück  ist vorzugsweise im Gesenk geschmiedet und mit  allseitigem Aufmass vorbearbeitet worden. Die Vor  bearbeitung der Zapfenansätze 2, 3 ist so weitgehend  vorgenommen worden, dass die vorbereiteten Mantel  rohre 4, 5, die aus einem     verschleissfesten    Werkstoff  wie naturhartem Stahl hergestellt sind, durch  Schrumpfung aufgebracht werden können. Das Teil  stück ist nochmals plangedreht, damit die Stirnflächen  6, 7 der Zapfenansätze genau bündig mit den äusseren  Stirnflächen der Mantelrohre abschliessen.  



  Fig. 3 zeigt, dass die Mantelrohre 8 ringszylindrisch  ausgebildet sein können, während sie in     Fig.    4 infolge  der Winkellage der Erzeugenden der inneren Rohr  begrenzungsfläche zur     Längsmittelachse    der Zapfen  ansätze eine konische Ausbildung haben. Dadurch  entsteht der Vorteil, dass der Übergang zur Kurbel  wange 1 nicht wesentlich geschwächt und ausserdem  die an der Stossstelle bei der     Stumpfschweissung     unvermeidbare     Aufwulstung    in bezug auf ihre Stärke  ausgeglichen werden kann.  



  Die Welleneinzelteile sind so verarbeitet, wie dies  die Figuren 5 und 6 zeigen. Bei der Ausbildung der       Fig.    5 sind die Schweissstellen in der Mitte der  Zapfenansätze angeordnet, während     Fig.    6 eine     ausser-          mittige    Lage derselben zeigt. Das hat den Vorteil,      dass die Schweissstelle nicht im stärkstbeanspruchten  Querschnitt des späteren Lagerzapfens liegt.  



  Nachdem die Einzelteile der Figuren 5 und 6  gemäss den Figuren 3 und 4 mit Mantelrohren aus  gerüstet sind,     erfolgt    die Zusammenfügung der Teile  zur Welle, etwa durch Stumpfschweissung.     Anschlies-          send    wird die Fertigbearbeitung in Verbindung mit  einer sowohl auf den Grundwerkstoff als auch den  Werkstoff der Mantelrohre abgestimmten Warmbe  handlung durchgeführt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus Einzelstücken, die aus einer Kurbelwange und beidseitig der Kurbelwange angeordneten Kurbel zapfen bestehen, mittels Abbrennstumpfschweissung, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vereinigung der Einzelstücke zur Kurbelwelle auf die einzelnen Kurbel zapfen Mantelkörper aus verschleissfestem Werkstoff aufgezogen werden, deren äussere Begrenzungsflächen zur Bildung der Lagerflächen benutzt werden. II.

   Durch Verfahren nach Patentanspruch I her gestellte Kurbelwelle, gekennzeichnet durch Anord- nung von Mantelkörpern (4, 5; 8, 9) aus verschleiss- festem Werkstoff auf im Bereiche von Lagerstellen liegenden Wellenteilen (2, 3). UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Mantelkörper auf die Kurbel zapfen aufgeschrumpft werden. 2. Kurbelwelle nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelkörper (9) Begren zungsflächen aufweisen, deren Erzeugende einen Winkel mit der Wellenlängsmittelachse oder mit einer Kurbelzapfenlängsmittelachse bildet. 3.

   Kurbelwelle nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelkörper (4, 5; 8, 9) aus naturhartem Stahl bestehen. 4. Kurbelwelle nach Patentanspruch II, hergestellt nach dem Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelkörper (4, 5; 8, 9) aus naturhartem Stahl bestehen.