DE10127388A1 - Verfahren zum Abschrecken eines ein Loch aufweisenden Werkstücks, Hilfswerkzeug zur Verwendung beim Abschrecken und Kurbelwelle - Google Patents
Verfahren zum Abschrecken eines ein Loch aufweisenden Werkstücks, Hilfswerkzeug zur Verwendung beim Abschrecken und KurbelwelleInfo
- Publication number
- DE10127388A1 DE10127388A1 DE10127388A DE10127388A DE10127388A1 DE 10127388 A1 DE10127388 A1 DE 10127388A1 DE 10127388 A DE10127388 A DE 10127388A DE 10127388 A DE10127388 A DE 10127388A DE 10127388 A1 DE10127388 A1 DE 10127388A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- hole
- oil hole
- inductive element
- center
- workpiece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/30—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
- C21D1/10—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
- Y10S148/904—Crankshaft
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/21—Elements
- Y10T74/2173—Cranks and wrist pins
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Ein Ferritkern (24), der teilweise mit Keramikgliedern (28) bedeckt ist, und der in ein Ölloch (18) in einem Zapfen (16) eingesetzt ist, ermöglicht ein Hochfrequenz-Induktionshärten des Zapfens (16), während der Ferritkern (24) von Kupferdrähten (26) in seiner Lage gehalten wird. Gleichzeitig wird in dem Ferritkern (24) ein Magnetfeld erzeugt, das eine hochfrequenz-induktionsgehärtete Schicht (40) bildet, die sich progressiv aufweitende Randzonen (38) aufweist, welche sich von einer Stelle in der Nähe der Mitte (O) in axialer Richtung des Öllochs (18) zu Öffnungen (20) an den Enden des Öllochs (18) hin erstrecken.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken eines ein Loch
aufweisenden Werkstücks, zum Beispiel einer Kurbelwelle für einen
Verbrennungsmotor, um das Werkstück zu härten, weiterhin betrifft sie
ein Hilfswerkzeug zur Verwendung beim Abschrecken eines derartigen
Werkstücks, und schließlich betrifft sie eine Kurbelwelle selbst.
Verbrennungsmaschinen für Kraftfahrzeuge besitzen eine Kurbelwelle,
die über Pleuelstangen mit den Kolben verbunden ist. Die Kurbelwelle
enthält mehrere Zapfen, mehrere Lagerzapfen und Ausgleichsgewichte.
Die Lagerzapfen sind drehbar in Zapfenlagern aufgenommen, die Pleuel
stangen sind drehbar mit den Zapfen gekoppelt. Die Lagerzapfen und die
Zapfen enthalten Ölkanäle oder Öllöcher für den Durchlauf von Schmier
öl. Die Ölkanäle bilden einen Schmieröldurchgang zum Zuführen eines
Teils des Schmieröls von Lagern zu den Zapfen und den Lagerzapfen,
um Lagerhülsen in den Pleuelstangen zu schmieren.
Die Zapfen und die Lagerzapfen werden durch Hochfrequenz-Induktions
härtung einsatzgehärtet, um ihre Oberflächenhärte zu steigern.
Ein Problem bei der Kurbelwelle besteht darin, daß aufgrund des
Schmiermittelkanals die Zapfen, die bezüglich der Lagerzapfen nicht
ausgerichtet sind, einer Beeinträchtigung ihrer Torsionsdauerfestigkeit
unterliegen.
Man kann das Problem dadurch lösen, daß man die Hochfrequenz-Induk
tionshärtung für die Zapfen und Lagerzapfen und die Bereiche um die
Öllöcher herum unter unterschiedlichen Bedingungen durchführt, um in
den Bereichen um die Öllöcher herum eine tiefere gehärtete Schicht zu
erhalten.
Es gibt außerdem das bekannte technische Verfahren, die Dauerfestigkeit
der Kurbelwelle in der Nähe der Öffnungen eines Schmierölkanals der
Kurbelwelle dadurch zu steigern, daß man die Oberfläche der Kurbel
welle, die die Öffnungen des Schmiermittelkanals enthält, einer Hoch
frequenz-Induktionshärtung unterzieht und dann in den Oberflächenzonen
in den Öffnungen unterhalb der gehärteten Schicht, die durch das Hoch
frequenz-Induktionshärten geschaffen wurden, eine Laserstrahlabschrec
kung oder eine Kugelstrahlung vornimmt (vergleiche Patent-Offen
legungsschrift 9-14252).
Die zuerst genannte Lösung, das heißt das Hochfrequenz-Induktions
härten der Zapfen und der Lagerzapfen in den Bereichen um die Öllö
cher herum unter verschiedenen Bedingungen, ist insofern nachteilig, als
die Produktionseffizienz gering ist und die für die Hochfrequenz-Induk
tionshärtung verwendete Härtungsspule eine stark verringerte Lebens
dauer besitzt, damit einhergehend erhöhte Spannungen innerhalb der
Kurbelwelle.
Die letztgenannte Lösung, das heißt das Verfahren nach der japanischen
Patent-Offenlegungsschrift 9-14252, ist insofern problematisch, als eine
Laserstrahl-Abschreckvorrichtung zusätzlich zu der Hochfrequenz-Induk
tionshärtvorrichtung erforderlich ist, folglich zusätzlich Investitionen in
der Fertigungsstätte erfordert, was die Fertigungskosten für die Kurbel
welle insgesamt steigert, außerdem die Produktionseffizienz stark senkt.
Allgemeines Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum
Abschrecken eines mit einem Loch versehenen Werkstücks, um eine
abgeschreckte gehärtete Schicht auf der Außenfläche eines Werkstücks zu
bilden, und gleichzeitig eine abgeschreckte gehärtete Schicht in dem
Loch einschließlich von dessen Öffnung zu bilden.
Ein Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines Hilfswerkzeugs,
welches die Möglichkeit bietet, auf einfache Weise eine abgeschreckte
gehärtete Schicht in einem in einem Werkstück ausgebildeten Loch zu
schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Kurbelwelle, die
eine durch Hochfrequenz-Induktionshärtung gebildete gehärtete Schicht
aufweist, welche vollständig oder teilweise auch in einem in der Kurbel
welle ausgebildeten Ölkanal vorhanden ist, abhängig von der erforderli
chen Haltbarkeit der Kurbelwelle.
Die oben genannten sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kurbelwelle als Werkstück,
bei dem ein Verfahren zum Abschrecken eines mit einem Loch ausgestat
teten Werkstücks gemäß der Erfindung angewendet wird;
Fig. 2 eine Teil-Vertikalschnittansicht der Kurbelwelle mit einem Hilfs
werkzeug zum Abschrecken, wobei das Werkzeug in ein Ölloch einge
setzt ist, welches in einem Zapfen der Kurbelwelle ausgebildet ist;
Fig. 3 eine Teil-Querschnittansicht, die eine gehärtete Schicht zeigt,
gebildet durch Hochfrequenz-Induktionshärtung in dem Ölloch innerhalb
des Zapfens;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer Hochfrequenz-Induk
tionshärtungsspule zum Durchführen der Hochfrequenz-Induktionshärtung
an dem Zapfen;
Fig. 5 eine Teil-Vertikalschnittansicht einer Kurbelwelle mit einem
Hilfswerkzeug zum Abschrecken gemäß einer ersten Modifikation, wobei
das Werkzeug in ein Ölloch in einem Zapfen der Kurbelwelle eingesetzt
ist;
Fig. 6 eine Teil-Schnittansicht einer gehärteten Schicht, welche durch
Hochfrequenz-Induktionshärten in dem Ölloch innerhalb des Zapfens
gebildet ist mit Hilfe des in Fig. 5 gezeigten Hilfswerkzeugs;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Halteglieds des in Fig. 5
gezeigten Hilfswerkzeugs;
Fig. 8 eine Querschnittansicht entlang einer diametralen Linie des Hal
teglieds nach Fig. 7;
Fig. 9 eine Teil-Vertikalschnittansicht einer Kurbelwelle mit einem
Hilfswerkzeug zum Abschrecken gemäß einer zweiten Modifikation,
wobei das Hilfswerkzeug in ein Ölloch innerhalb eines Zapfens der
Kurbelwelle eingesetzt ist;
Fig. 10 eine Teil-Schnittansicht, die eine gehärtete Schicht darstellt,
erzeugt durch Hochfrequenz-Induktionshärten in dem Ölloch des Zapfens
mit Hilfe des in Fig. 9 gezeigten Hilfswerkzeugs;
Fig. 11 eine Teil-Vertikalschnittansicht einer Kurbelwelle mit einem
Hilfswerkzeug zum Abschrecken gemäß einer dritten Modifikation,
wobei das Werkzeug in ein in einem Zapfen der Kurbelwelle gebildetes
Ölloch eingesetzt ist; und
Fig. 12 eine Teil-Querschnittansicht einer gehärteten Schicht, die durch
Hochfrequenz-Induktionshärten in dem Ölloch des Zapfens mit Hilfe des
in Fig. 11 gezeigten Hilfswerkzeugs gebildet ist.
Fig. 1 zeigt eine Kurbelwelle 10 als Werkstück, bei dem ein Verfahren
zum Abschrecken eines mit einem Loch ausgestatteten Werkstücks ge
mäß der Erfindung angewendet wird.
Die in Fig. 1 gezeigte Kurbelwelle 10 ist aus einem Werkstoff mit
hervorragender Härtbarkeit hergestellt, beispielsweise hochgekohltem
Stahl, einer Stahllegierung oder dergleichen, und sie hat die Form eines
Schmiedeteils mit mehreren integral mit der Kurbelwelle ausgebildeten
Ausgleichsgewichten 12. Die Kurbelwelle 10 besitzt außerdem mehrere
axial beabstandete, einen relativ großen Durchmesser aufweisende zylin
drische Lagerzapfen 14, die drehbar von zugehörigen Lagern aufgenom
men werden, außerdem mehrere axial beabstandete, einen relativ kleinen
Durchmesser aufweisende zylindrische Zapfen 16, an denen nicht ge
zeigte Pleuelstangen drehbar angebracht sind.
Die Lagerzapfen 14 und die Zapfen 16 besitzen Öllöcher oder Ölkanäle
18, die insgesamt als Schmieröldurchgang fungieren, und die im wesent
lichen rechtwinklig zur Längsachse der Kurbelwelle 10 verlaufen. Die in
den Lagerzapfen 14 gebildeten Öllöcher 18 und die in den Zapfen 16
ausgebildeten Öllöcher stehen miteinander über nicht dargestellte Ver
bindungskanäle in Verbindung. Der Schmieröldurchgang steht auch mit
(nicht gezeigten) Öllöchern in Verbindung, die in den Ausgleichsgewich
ten 12 gebildet sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die Öllöcher 18 je einen
Durchmesser von etwa 5,0 mm mit axial voneinander abgewandten
Öffnungen 20 (siehe Fig. 2), die durch abgefaste Ränder definiert sind.
Die Öllöcher 18 werden mit Hilfe eines Bohrers oder dergleichen (nicht
dargestellt) gebildet, bevor die Oberfläche der Kurbelwelle durch Hoch
frequenz-Induktionshärtung bearbeitet wird.
Vor der Hochfrequenz-Induktionshärtung wird ein zum Abschrecken
dienendes Hilfswerkzeug 22 in jedes der Öllöcher 18 eingesetzt.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt das Hilfswerkzeug 22 einen Ferritkern
24, der etwa die Form eines Zylinders hat, der sich in das Ölloch 18
einsetzen läßt und als Magnetkern aus hitzebeständigem magnetischem
Material fungiert, Kupferdrähte 26 aus elektrisch leitendem Material, die
als Halteglieder funktionieren und an den axial voneinander abgewandten
Enden des Ferritkerns 24 plaziert sind, um den Ferritkern 24 in dem
Ölloch 18 zu halten, und Keramikglieder 28 aus hitzebeständigem Iso
lierstoff, welche als Abstandselemente dienen, die zwischen der Außen
umfangsfläche des Ferritkerns 24 und der Innenwandfläche des Öllochs
18 und außerdem zwischen den axial voneinander abgewandten Enden
des Ferritkerns 24 und den Kupferdrähten 26 angeordnet sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt der Ferritkern 24 einen
Durchmesser von etwa 3,5 mm und eine Länge von etwa 20,0 mm, er
hat die Form eines Zylinders, der aus vollem Material herausgearbeitet
ist. Der Ferritkern 24 ist in gewissen Bereichen von den Keramikgliedern
28 bedeckt und wird lose in das Ölloch 18 eingesetzt. Der Ferritkern 24
kann ersetzt werden durch ein induktives Material hervorragender elek
trischer Leitfähigkeit und magnetischer Permeabilität, zum Beispiel
Siliziumblechstahl oder dergleichen.
Die Keramikglieder 28 bestehen aus einem hitzebeständigen Isolierstoff,
beispielsweise Aluminiumoxidfaser oder dergleichen, und sie können
eine Dicke von etwa 0,2 mm bis 0,5 mm haben. Bei der vorliegenden
Ausführungsform haben die Keramikglieder 28 die Form von dünnen,
schlanken Plättchen mit einer Dicke von etwa 0,3 mm, und sie werden
an der äußeren Umfangsfläche des Ferritkerns 24 in gegebenen Ab
standsintervallen in Gestalt unregelmäßig verteilter Flecken, oder in
Zick-Zack- oder Matrixmustern angeordnet.
Die Halteglieder, die aus einem elektrisch leitenden Material bestehen,
stützen den Ferritkern 24 ab und sind derart angeordnet und ausgebildet,
daß sie einfach in das Ölloch 16 eingedrückt und aus ihm herausgenom
men werden können. Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält jedes
der Halteglieder einen einzelnen Kupferdraht 26, der zu einer Bogenform
gekrümmt ist und in ein Einlaßende des Öllochs 18 eingreift, damit das
Ölloch 18 ohne selbst verschlossen zu werden, mit der Außenumgebung
verbunden ist.
Nachdem das Hilfswerkzeug 22 in jeweils ein Ölloch 18 eingesetzt ist,
dient die in Fig. 4 dargestellte, eine Halbschleifen-Sattel-Form aufwei
sende Hochfrequenz-Induktionshärtungsspule 30 zum Durchführen der
Hochfrequenz-Induktionshärtung der Zapfen 16 oder der Lagerzapfen 14,
während die Kurbelwelle 10 in Pfeilrichtung A gedreht wird.
Die Hochfrequenz-Induktionshärtungsspule 30 enthält ein Leitungsrohr
32, welches in Pfeilrichtung X oder Y von einem nicht dargestellten
Aktuator versetzbar ist, einen bogenförmigen Heizleiter 34, der im Ver
ein mit dem Leitungsrohr 32 versetzbar und von einer nicht dargestellten
Hochfrequenz-Spannungsversorgung erregbar ist, und Kühlmäntel 36
zum Ausstoßen eines Kühlmittels zwecks Abschreckung der gehärteten
Oberfläche der Kurbelwelle 10.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Hochfrequenz-Induktionshärten
der Zapfen 16 der Kurbelwelle 10 erläutert.
Wenn die Hochfrequenz-Induktionshärtungsspule 30 erregt wird, um die
äußere Umfangsfläche jedes der Zapfen 16 im Zuge der Induktionshär
tung zu erhitzen, erzeugt der in das Ölloch 18 eingesetzte Ferritkern 24
ein magnetisches Feld, was die Temperatur in einer Zone von dem Zen
trum O des Ölloch 18 bis hin zu den einander abgewandten Öffnungen
20 durch Induktionsheizung erhöht. Im Ergebnis wird gemäß Fig. 3
eine durch Hochfrequenz-Induktion gehärtete Schicht 40, in Fig. 3 als
schraffierte Zone dargestellt, erzeugt, welche progressiv sich aufweitende
Randzonen 38 enthält, die sich von der Mitte O des Öllochs 18 zu den
einander abgewandten Öffnungen 20 hin erstrecken.
Nachdem der Zapfen 16 von der Hochfrequenz-Induktionshärtungsspule
30 erhitzt ist, wird von den Kühlmänteln 36 auf die erhärtete Oberfläche
und das Ölloch 18 ein Kühlmittel ausgestoßen, um den Zapfen 16 ein
schließlich des Öllochs 18 abzuschrecken.
In der Nähe der Öffnungen 20 des Öllochs 18 gibt es eine teilweise
ausgebildete hochfrequenz-induktionsgehärtete Schicht mit einer Dicke
von etwa 8,0 mm bis 10,0 mm, die etwa doppelt so dick ist die die
ursprüngliche Dicke einer derartigen Hochfrequenz-Induktionshärtungs
schicht, was zu der durch Hochfrequenz-Induktion gehärteten Schicht 40
führt, die die Randzonen 38 aufweist, die sich von dem Zentrum O des
Öllochs 18 zu den einander abgewandten Öffnungen 20 hin erstrecken.
Die hochfrequenz-induktionsgehärtete Schicht 40 erhöht in starkem Maß
die mechanische Festigkeit des Zapfens 16 gegenüber Belastungen.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, gibt es in der Nähe der Mitte O des Öllochs
18 eine nicht-gehärtete Schicht 42, angedeutet als schwarze Zone in
Fig. 3, die deshalb nicht hochfrequenz-induktionsgehärtet ist, weil dort
keine Hochfrequenz-Induktionserhitzung stattfindet. Man kann also se
hen, daß die hochfrequenz-induktionsgehärtete Schicht 40 sich fort
schreitend von Stellen, die von der Mitte O beabstandet sind, in Richtung
der Öffnungen 20 ausweitet.
Als Folge davon erlangen die Zapfen 16 eine angestrebte Torsionsdauer
festigkeit, ohne daß dabei die Härte an dieser Stelle abträglich beeinflußt
wird. Die gleiche hochfrequenz-induktionsgehärtete Schicht 40 läßt sich
in jedem der Lagerzapfen 14 in der gleichen Weise wie bei den Zapfen
16 ausbilden.
Vorzugsweise sollte der in das Ölloch 18 eingesetzte hitzebeständige
Ferritkern 24 nicht zu streng in das Ölloch 18 eingedrückt werden, er
sollte vielmehr lose in dem Ölloch 18 sitzen.
Die Halteglieder sollten jeweils eine solche Form haben, daß sie sich
mühelos in die Öffnungen 20 des Öllochs 18 eindrücken und aus ihnen
entfernen lassen, und sie sollten vorzugsweise wiederverwendbar sein.
Bedingung ist, daß die Halteglieder das betreffende Ölloch 18 nicht
vollständig verschließen, vielmehr sollten sie eine offene Struktur bilden,
damit zur Erzielung eines Abschreckeffekts Luft aus dem Ölloch 18
entweichen kann. Eine solche offene Struktur ist erforderlich, damit das
Kühlmittel ungehindert in das Ölloch 18 einströmen kann und so das
Werkstück einschließlich der Zapfen 16 und der Lagerzapfen 14 der
Kurbelwelle 10, durch die Hochfrequenz-Induktionsaufheizung an diesen
Stellen erhitzt, durch das Kühlmittel zu einer Martensit-Struktur abge
schreckt wird.
Fig. 5 zeigt ein Hilfswerkzeug 22a zum Abschrecken gemäß einer
ersten Variante der vorliegenden Erfindung. Die im folgenden beschrie
benen Teile von modifizierten Hilfswerkzeugen, die identisch mit den
bereits beschriebenen Teilen des Hilfswerkzeugs der obigen Aus
führungsform identisch sind, haben gleiche Bezugszeichen und werden
nicht noch einmal beschrieben.
Bei der ersten Modifikation sind zwei axial getrennte Ferritkerne 44a,
44b axial in das Ölloch 18 eingesetzt, und zwischen den Ferritkernen
44a, 44b selbst und außerdem zwischen den Ferritkernen 44a, 44b und
der inneren Umfangsfläche des Öllochs 18 sind mehrere Keramikglieder
46 als Abstands- oder Distanzglieder eingefügt. Wie in Fig. 7 und 8 zu
sehen ist, befinden sich in den jeweiligen Öffnungen 28 des Öllochs 18
weitere scheibenförmige Halteglieder 48, die jeweils einen zylindrischen
Vorsprung 47 besitzen. Jedes der Halteglieder 48 besitzt ein Paar diame
tral gegenüberliegender halbmondförmiger Durchgangslöcher 50a, 50b.
Die Halteglieder 48 bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähi
gen Material. Die Ferritkerne 44a, 44b werden in dem Ölloch 18 von
den Keramikgliedern 46, den Haltegliedern 48 und den Haltegliedern 28
gehalten.
Wenn mit Hilfe des Hilfswerkzeugs 22a der ersten Ausführungsform ein
Hochfrequenz-Induktionshärtungsprozeß für die Zapfen 16 und die La
gerzapfen 14 durchgeführt wird, wird eine hochfrequenz-induktionsge
härtete Schicht 40 gebildet, die sich progressiv ausdehnende Randzonen
38 aufweist, die sich von der Mitte O des Öllochs 18 zu den einander
abgewandten Öffnungen 20 erstrecken, wie in Fig. 6 gezeigt ist.
Fig. 9 zeigt ein Hilfswerkzeug 22b zum Abschrecken gemäß einer
zweiten Modifikation der Erfindung.
Nach der zweiten Modifikation besitzt das Hilfswerkzeug 22b einen
ballig geformten Ferritkern 52, dessen Dicke in seiner Mitte am größten
ist, und der in Richtung seiner einander abgewandten Enden progressiv
dünner wird. Wenn für die Zapfen 16 und die Lagerzapfen 14 mit dem
Hilfswerkzeug 22b gemäß dieser zweiten Ausführungsform ein Hoch
frequenz-Induktionshärtprozeß ausgeführt wird, entsteht eine hochfre
quenz-induktionsgehärtete Schicht 40, die sich in und zwischen die ein
ander abgewandten Enden 20 über die und in der Nähe der Mitte O des
Öllochs 18 erstreckt, wie in Fig. 10 gezeigt ist.
Einige Kurbelwellen zur Verwendung in Hochlast-Verbrennungsmaschi
nen mit hoher Ausgangsleistung, wie sie für Renn- und Sportfahrzeuge
eingesetzt werden, müssen eine hohe Torsionsdauerfestigkeit und eine
hohe mechanische Gesamtfestigkeit besitzen. Bei derartigen Kurbelwellen
ist es wünschenswert, daß die durch Hochfrequenz-Induktion gehärtete
Schicht 40 sich vollständig in das Ölloch 18 hinein erstreckt. Vorzugs
weise wird von dem Hilfswerkzeug 22b gemäß der zweiten Ausführungs
form Gebrauch gemacht, um solche Kurbelwellen herzustellen.
Bei Kurbelwellen für den gewöhnlichen Gebrauch jedoch ist es nicht
notwendig, daß die durch Hochfrequenz-Induktion gehärtete Schicht 40
sich vollständig in das Ölloch 18 hinein erstreckt, und man erzielt eine
ausreichende Torsionsfestigkeit durch die hochfrequenz-induktionsge
härtete Schicht 40, die sich progressiv von Stellen, die von dem Zentrum
O beabstandet sind, in Richtung der Öffnungen 20 aufweitet.
Durch Auswahl eines geeigneten Werkzeugs von den erfindungsgemäßen
Hilfswerkzeugen ist es möglich, eine durch Hochfrequenz-Induktion
gehärtete Schicht 40 zu erhalten, die sich teilweise oder vollständig in
das Ölloch 18 erstreckt, abhängig von der gewünschten Festigkeit der
herzustellenden Kurbelwelle. Deshalb lassen sich unterschiedliche Kur
belwellen mit unterschiedlichen Festigkeiten durch Einsatz verschiedener
Hilfswerkzeuge gemäß der Erfindung herstellen.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, besitzt ein Hilfswerkzeug 22c zum Ab
schrecken gemäß einer dritten Modifikation der Erfindung einen nadel
kissenförmigen Ferritkern 54, dessen Durchmesser in seiner Mitte am
kleinsten ist. Der Ferritkern 54 wird in dem Ölloch 18 durch Keramik
glieder 56 mit T-förmigem Querschnitt zusätzlich zu den Haltegliedern
48, 28 gehalten. Wenn unter Verwendung dieses Hilfswerkzeugs 22c
gemäß der Erfindung ein Hochfrequenz-Induktionshärtprozeß für die
Zapfen 16 und die Lagerzapfen 14 durchgeführt wird, bildet sich eine
durch Hochfrequenz-Induktion gehärtete Schicht 40 gemäß Fig. 12, die
identisch ist mit der durch Hochfrequenz-Induktion gehärteten Schicht 40
nach Fig. 3.
Claims (14)
1. Verfahren zum Abschrecken eines mit einem Loch versehenen Werk
stücks, umfassend die Schritte:
Einsetzen eines induktiven Elements (24, 46, 52, 54), welches mit einem Isolierglied (28, 46, 56) bestückt ist, in ein in dem Werkstück (10) gebil detes Loch (18), und Ausführen einer Hochfrequenz-Induktionshärtung an dem Werkstück (10), während das induktive Element (24, 46, 52, 54) von einem Halteglied (26, 48) aus elektrisch leitendem Material in einer Öffnung (20) am Ende des Lochs (18) in seiner Stellung gehalten wird; und
gleichzeitiges Erzeugen eines Magnetfelds durch das in das Loch (18) eingesetzte induktive Element (24, 46, 52, 54), um eine gehärtete Schicht (40) auszubilden, die eine sich fortschreitend ausweitende Rand zone (38) besitzt, die sich von einer Stelle in der Nähe der Mitte (O) in axialer Richtung des Lochs (18) zu der Öffnung (20) am Ende des Lochs (18) erstreckt.
Einsetzen eines induktiven Elements (24, 46, 52, 54), welches mit einem Isolierglied (28, 46, 56) bestückt ist, in ein in dem Werkstück (10) gebil detes Loch (18), und Ausführen einer Hochfrequenz-Induktionshärtung an dem Werkstück (10), während das induktive Element (24, 46, 52, 54) von einem Halteglied (26, 48) aus elektrisch leitendem Material in einer Öffnung (20) am Ende des Lochs (18) in seiner Stellung gehalten wird; und
gleichzeitiges Erzeugen eines Magnetfelds durch das in das Loch (18) eingesetzte induktive Element (24, 46, 52, 54), um eine gehärtete Schicht (40) auszubilden, die eine sich fortschreitend ausweitende Rand zone (38) besitzt, die sich von einer Stelle in der Nähe der Mitte (O) in axialer Richtung des Lochs (18) zu der Öffnung (20) am Ende des Lochs (18) erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das induktive Element ein inte
grales zylindrisches Glied (24) aufweist, um in der Mitte (O) des Lochs
(18) eine nicht-gehärtete Schicht (42) und eine gehärtete Schicht (40) mit
einem sich progressiv aufweitenden Randbereich (38), der sich von einer
Stelle beabstandet von der Mitte (O) des Lochs (18) in Richtung auf die
Öffnung (20) ausdehnt, zu bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das induktive Element ein Paar
axial getrennter zylindrischer Glieder (44a, 44b) aufweist, um in der
Mitte (O) des Lochs (18) eine nicht-gehärtete Schicht (42) zu erhalten,
und um eine gehärtete Schicht (40) mit einer sich progressiv von einer
Stelle beabstandet von der Mitte (O) des Lochs (18) in Richtung der
Öffnung (20) aufweitenden Randzone zu erhalten.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das induktive Element ein nadel
kissenförmiges induktives Glied (54) aufweist, um in der Mitte (O) des
Lochs (18) eine nicht-gehärtete Schicht (42) zu bilden, und um eine
gehärtete Schicht (40) zu bilden, die eine sich progressiv ausweitende
Randzone (38) aufweist, die sich von einer Stelle beabstandet von der
Mitte (O) des Lochs (18) in Richtung auf die Öffnung (20) erstreckt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das induktive Element ein bal
liges induktives Glied (52) aufweist, um in dem gesamten Loch (18)
einschließlich seiner Mitte (O) eine gehärtete Schicht (40) zu erzeugen,
die eine sich progressiv ausweitende Randzone (38) aufweit, die sich von
einer Stelle beabstandet von der Mitte (O) des Lochs (18) in Richtung
der Öffnung (20) erstreckt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das induktive
Element einen Ferritkern oder ein Siliziumstahlblech aufweist.
7. Verfahren zum Abschrecken eines ein Loch (18) aufweisenden Werk
stücks, umfassend folgende Schritte:
Einsetzen eines induktiven Elements (24, 46, 52, 54), das mit einem Isolierglied (28, 46, 56) bedeckt ist, in ein Ölloch (18), das in jedem von Zapfen (16) und Lagerzapfen (14) einer Kurbelwelle (19) gebildet ist, so daß das induktive Glied lose in dem Ölloch (18) sitzt;
Ausführen einer Hochfrequenz-Induktionshärtung bezüglich jedes der Zapfen (16) und Lagerzapfen (14), während das induktive Element (24, 46, 52, 54) von einem Halteglied (26, 48) aus elektrisch leitendem Mate rial in dem Ölloch (18) gehalten wird, wobei das Halteglied in eine Öffnung (20) des Öllochs (18) eingreift; und
anschließendes Entfernen des induktiven Elements (24, 46, 52, 54), des Isolierglieds (28, 46, 56) und des Halteglieds (26, 48) aus dem Ölloch (18).
Einsetzen eines induktiven Elements (24, 46, 52, 54), das mit einem Isolierglied (28, 46, 56) bedeckt ist, in ein Ölloch (18), das in jedem von Zapfen (16) und Lagerzapfen (14) einer Kurbelwelle (19) gebildet ist, so daß das induktive Glied lose in dem Ölloch (18) sitzt;
Ausführen einer Hochfrequenz-Induktionshärtung bezüglich jedes der Zapfen (16) und Lagerzapfen (14), während das induktive Element (24, 46, 52, 54) von einem Halteglied (26, 48) aus elektrisch leitendem Mate rial in dem Ölloch (18) gehalten wird, wobei das Halteglied in eine Öffnung (20) des Öllochs (18) eingreift; und
anschließendes Entfernen des induktiven Elements (24, 46, 52, 54), des Isolierglieds (28, 46, 56) und des Halteglieds (26, 48) aus dem Ölloch (18).
8. Hilfswerkzeug für den Einsatz beim Ausführen einer Hochfrequenz-
Induktionshärtung eines mit einem Loch ausgestatteten Werkstücks,
umfassend:
ein Induktionselement (24, 46, 52, 54) zum Einsetzen in ein in einem Werkstück (10) gebildetes Loch (18) derart, daß das induktive Element lose in dem Loch (18) sitzt;
ein Halteglied (26, 48) aus elektrisch leitendem Material, um das induk tive Element (24, 46, 52, 54) in dem Loch (18) des Werkstücks (10) zu halten; und
mehrere Isolierglieder (28, 46, 56), die zwischen das induktive Element (24, 46, 52, 54) und eine Innenwandfläche des Lochs (18) und zwischen das induktive Element (24, 46, 52, 54) und das Halteglied (26, 48) ein gefügt werden.
ein Induktionselement (24, 46, 52, 54) zum Einsetzen in ein in einem Werkstück (10) gebildetes Loch (18) derart, daß das induktive Element lose in dem Loch (18) sitzt;
ein Halteglied (26, 48) aus elektrisch leitendem Material, um das induk tive Element (24, 46, 52, 54) in dem Loch (18) des Werkstücks (10) zu halten; und
mehrere Isolierglieder (28, 46, 56), die zwischen das induktive Element (24, 46, 52, 54) und eine Innenwandfläche des Lochs (18) und zwischen das induktive Element (24, 46, 52, 54) und das Halteglied (26, 48) ein gefügt werden.
9. Hilfswerkzeug nach Anspruch 8, bei dem das induktive Element einen
Ferritkern oder ein Siliziumstahlblech aufweist.
10. Hilfswerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das Isolierelement
aus einem Keramikmaterial gefertigt ist, einschließlich Aluminiumoxidfa
ser, wobei das Isolierglied teilweise eine Oberfläche des induktiven
Elements bedeckt.
11. Hilfswerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ausgebildet für
ein Werkstück in Form einer Kurbelwelle (10) mit Zapfen (16) und
Lagerzapfen (14), in denen jeweils als Loch ein Ölloch (18) ausgebildet
ist, wobei die Ausgestaltung derart beschaffen ist, daß eine Hochfre
quenz-Induktionshärtung mit Hilfe des Hilfswerkzeugs auf einer Fläche
bewirkt wird, welche jedes der Öllöcher (18) definiert.
12. Hilfswerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das
Halteglied (26, 48) eine offene Struktur aufweist, um den Austritt von
Luft aus dem Loch (18) des Werkstücks (10) und die Zufuhr eines
Kühlmittels in das Loch (18) zu ermöglichen.
13. Kurbelwelle mit Zapfen (16) und Lagerzapfen (14), die in sich je
weils ein Ölloch (18) aufweisen, und mit einer gehärteten Schicht (40),
die eine sich progressiv ausweitende Randzone (38) besitzt, die sich von
einer Stelle in der Nähe der Mitte (O) des Öllochs (18) in dessen axialer
Richtung zu einer Öffnung (20) des Öllochs (18) erstreckt.
14. Kurbelwelle mit Zapfen (16) und Lagerzapfen (14), in denen jeweils
ein Ölloch (18) ausgebildet ist, und einer gehärteten Schicht (40), die
sich vollständig in dem Ölloch (18) einschließlich dessen Mitte (O) in
axialer Richtung des Öllochs (18) befindet, wobei die gehärtete Schicht
(40) eine sich progressiv ausweitende Randzone (38) besitzt, die sich von
einer Stelle in der Nähe der Mitte (O) des Öllochs (18) zu einer Öffnung
(20) an einem Ende des Öllochs (18) erstreckt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000171163A JP4362210B2 (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 孔部を有するワークの焼き入れ方法および焼き入れ用補助具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10127388A1 true DE10127388A1 (de) | 2002-01-17 |
DE10127388C2 DE10127388C2 (de) | 2003-07-17 |
Family
ID=18673752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10127388A Expired - Fee Related DE10127388C2 (de) | 2000-06-07 | 2001-06-06 | Verfahren zum Abschrecken eines ein Loch aufweisenden Werkstücks, Hilfswerkzeug zur Verwendung beim Abschrecken und Kurbelwelle |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6648995B2 (de) |
JP (1) | JP4362210B2 (de) |
DE (1) | DE10127388C2 (de) |
FR (1) | FR2810050B1 (de) |
GB (1) | GB2366572B (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007055378A1 (de) * | 2007-11-19 | 2009-05-28 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Randschichtverfestigung von Bohrungen und Bohrungsanordnung mit randschichtverfestigter Bohrung |
DE102022210900A1 (de) | 2022-10-14 | 2024-04-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Bauelement für eine mechanische Vorrichtung |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9556499B2 (en) * | 2013-03-15 | 2017-01-31 | Ellwood National Investment Corp. | Deep laser peening |
US20140260787A1 (en) * | 2013-03-18 | 2014-09-18 | Electro-Motive Diesel, Inc. | Selectively strengthened crankshaft |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2299934A (en) * | 1940-12-16 | 1942-10-27 | Chrysler Corp | Inductive heating apparatus and method |
DE1134405B (de) * | 1953-08-29 | 1962-08-09 | Austin Motor Co Ltd | Verfahren und Vorrichtung zum Haerten der Oberflaeche von Bohrungen in Zylinderbloecken |
DE1583329B1 (de) * | 1967-10-06 | 1970-08-27 | Aeg Elotherm Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Erhoehung der Torsionsdauerfestigkeit induktiv gehaerteter Kurbelwellen |
GB1593373A (en) * | 1977-10-13 | 1981-07-15 | Electricity Council | Heat treatment of workpieces by induction heating |
JPS6088214A (ja) * | 1983-10-18 | 1985-05-18 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関のクランク軸 |
US4531036A (en) * | 1984-04-20 | 1985-07-23 | Park-Ohio Industries, Inc. | Apparatus and method for inductively hardening small bores |
SE8701888D0 (sv) * | 1987-05-07 | 1987-05-07 | Goran Langstedt | Separeringsprocess 3 |
JPH0214252A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-18 | Kansai Paint Co Ltd | 下塗り用粉体塗料組成物 |
JP2766488B2 (ja) * | 1988-10-31 | 1998-06-18 | マツダ株式会社 | エンジンのクランクシャフト及びその強化処理方法 |
JPH04141522A (ja) * | 1990-09-29 | 1992-05-15 | Hino Motors Ltd | クランクシャフトの油穴部の焼入れ方法 |
JP2814059B2 (ja) * | 1994-06-10 | 1998-10-22 | 富士電子工業株式会社 | 小径穴部の加熱装置 |
JPH0914252A (ja) | 1995-06-26 | 1997-01-14 | Mitsubishi Motors Corp | クランクシャフトとその硬化処理方法 |
DE19544174C2 (de) | 1995-11-14 | 2003-04-17 | Ina Schaeffler Kg | Tripode-Gleichlaufdrehgelenk |
US5702667A (en) * | 1996-08-16 | 1997-12-30 | Caterpillar Inc. | Method and apparatus for heat treating a bushing |
FR2752890B1 (fr) | 1996-08-30 | 1998-09-25 | Renault | Joint de transmission tripode et procedes de montage d'un tel joint de transmission |
DE19636216C2 (de) * | 1996-09-06 | 2001-12-06 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung und Verfahren zur Erhitzung von Werkstücken |
DE19834142A1 (de) | 1998-07-29 | 2000-02-03 | Schaeffler Waelzlager Ohg | Homokinetisches Antriebsgelenk in einer Tripodebauart |
-
2000
- 2000-06-07 JP JP2000171163A patent/JP4362210B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-06-05 GB GB0113653A patent/GB2366572B/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-06 DE DE10127388A patent/DE10127388C2/de not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-07 FR FR0107431A patent/FR2810050B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-07 US US09/875,078 patent/US6648995B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007055378A1 (de) * | 2007-11-19 | 2009-05-28 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Randschichtverfestigung von Bohrungen und Bohrungsanordnung mit randschichtverfestigter Bohrung |
DE102007055378B4 (de) * | 2007-11-19 | 2017-06-29 | Airbus Defence and Space GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Randschichtverfestigung von Bohrungen und Bohrungsanordnung mit randschichtverfestigter Bohrung |
DE102022210900A1 (de) | 2022-10-14 | 2024-04-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Bauelement für eine mechanische Vorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6648995B2 (en) | 2003-11-18 |
GB0113653D0 (en) | 2001-07-25 |
US20010049977A1 (en) | 2001-12-13 |
FR2810050B1 (fr) | 2005-08-05 |
JP4362210B2 (ja) | 2009-11-11 |
GB2366572A (en) | 2002-03-13 |
GB2366572B (en) | 2003-01-08 |
JP2001348613A (ja) | 2001-12-18 |
DE10127388C2 (de) | 2003-07-17 |
FR2810050A1 (fr) | 2001-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DD151126A5 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von nockenwellen | |
DE3531890A1 (de) | Nockenwelle | |
DE69316581T2 (de) | Lager für eine Raupenkette | |
DE102004007774A1 (de) | Laufbuchse für einen Verbrennungsmotor | |
DE4001887C2 (de) | ||
EP0767315B1 (de) | Kurbelwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine | |
DE112008001689B4 (de) | Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager | |
DE10312475B4 (de) | Nockenwelle | |
EP0643216A1 (de) | Kurbelwellenlager | |
DE10127388C2 (de) | Verfahren zum Abschrecken eines ein Loch aufweisenden Werkstücks, Hilfswerkzeug zur Verwendung beim Abschrecken und Kurbelwelle | |
EP0271638B1 (de) | Gegossene Wellen, insbesondere Nockenwellen | |
DE102009023295A1 (de) | Kurbelwelle und Verfahren zum Härten einer Kurbelwelle | |
DE10322309B4 (de) | Zylinderkopf für Verbrennungsmotoren und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP0204121A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines thermisch und mechanisch hoch belastbaren sowie gegen Heisskorrosion geschützten Gaswechselventiles einer schwerölbetriebenen Brennkraftmaschine | |
DE112008001803T5 (de) | Funktional abgestufte Pulver-Metall-Bauelemente | |
EP0596346A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer gebauten Kurbelwelle für Hubkolben-Brennkraftmaschinen und verfahrensgemässe Kurbelwelle | |
DE69621866T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Zahnrad aus Gusseisen | |
DE19612969A1 (de) | Lagefixierung eines Bolzens an Kipp- oder Schlepphebeln | |
DE102009011569B3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen | |
DE4133607A1 (de) | Kurbelwelle fuer einen verbrennungsmotor | |
DE10227816A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kreuzgelenks für ein Universalgelenk | |
DE102019130852A1 (de) | Ventilsitzring eines Gaswechselventils und Gaswechselventil | |
DE10229912B4 (de) | Elektromagnetisches Hydraulikventil, insbesondere Proportionalventil zur Steuerung einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine | |
DE10152092B4 (de) | Kurbelwelle und Herstellungsverfahren für diese | |
WO2015172985A1 (de) | Lagerbrücke zur lagerung einer nockenwelle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |