DE102005024292A1 - Shaft hardening, especially for raw crankshafts, uses at least one support to hold the shaft during hardening without rotation - Google Patents

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Abstract

To harden a shaft, and especially a crankshaft (10), at least one support (15) is used to hold it during hardening without rotating the shaft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten unter Einfluss von Wärme, wobei mindestens ein Stützelement verwendet wird zur Abstützung der Welle während des Härtungsvorgangs.The The present invention relates to a method for increasing the Component strength of a shaft by hardening under the influence of heat, wherein at least one support element is used for support the wave during the curing process.

Die DE 199 34 534 C1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten der Lagerflächen von Kurbelwellen, bei dem die Welle oder Achse während des Härtens einer Lagerfläche durch mindestens eine Stützeinrichtung abgestützt wird, die an eine zuvor gehärtete Lagerfläche angesetzt wird, wobei die Stellung der Stützeinrichtung unter Berücksichtigung des Verzuges geregelt wird, der für die Lagerfläche erfasst worden ist, an welcher die Stützeinrichtung angesetzt ist. Ziel dieses Verfahrens ist es, ein verzugsminimiertes Härten von Kurbelwellen zu ermöglichen.The DE 199 34 534 C1 describes, for example, a method and a device for hardening the bearing surfaces of crankshafts, in which the shaft or axle is supported during hardening of a bearing surface by at least one support device, which is attached to a previously hardened bearing surface, the position of the support device taking into account the delay is controlled, which has been detected for the bearing surface on which the support means is attached. The aim of this method is to enable a distortion-minimized hardening of crankshafts.

Bei diesem und anderen bekannten Verfahren wird die Kurbelwelle gehärtet, während sie sich dreht. Die Stützeinrichtung, die in Bezug auf die zu härtende Lagerfläche der Kurbelwelle verstellbar ist, umfasst zwei Stützrollen auf einer Platte, auf denen Lagerflächen der Kurbelwelle aufliegen.at This and other known methods, the crankshaft is cured while they turns. The support device, the in relation to the to be hardened storage area the crankshaft is adjustable, comprises two support rollers on a plate, on which storage areas resting on the crankshaft.

In der EP 0 520 220 B1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum induktiven Randschichthärten von Haupt- oder Hublagerzapfen an Kurbelwellen beschrieben. Für das Härten werden hier Kleinflächeninduktoren verwendet, die kreisbogenförmig gekrümmt sind und Lagerzapfen der Kurbelwelle mit Abstand umgreifen. Auch hier wird die Kurbelwelle während des Härtens gedreht, wozu eine Arbeitsspindel mit einem Drehantrieb vorgesehen ist. Die Drehlage der Arbeitsspindel und die der Kurbelwelle wird über eine Zahnscheibe und einen Drehlagedetektor laufend erfasst und ein entsprechendes Signal betreffend die jeweilige Drehstellung wird an eine Steuerung weitergeleitet. Die bekannte Vorrichtung ist insgesamt recht aufwändig.In the EP 0 520 220 B1 is a method and apparatus for inductive surface hardening of main or crankcage on crankshafts described. For hardening small area inductors are used here, which are curved in a circular arc and engage around bearing journals of the crankshaft with distance. Again, the crankshaft is rotated during curing, including a work spindle is provided with a rotary drive. The rotational position of the work spindle and the crankshaft is detected continuously via a toothed disk and a rotation detector and a corresponding signal concerning the respective rotational position is forwarded to a controller. The known device is quite complicated on the whole.

Bei den zuvor geschilderten und anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt der Härteprozess nach einer mechanischen Vorbearbeitung der Welle.at the previously described and others known from the prior art Procedure, the hardening process takes place after mechanical pre-machining of the shaft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei dem eine solche Vorbearbeitung der Welle nicht notwendig ist und welches insgesamt einfacher und kostengünstiger durchführbar ist.task The present invention is a method for increasing the Component strength of a shaft by hardening the aforementioned Genus available to make in which such a pre-machining of the shaft is not necessary is and which is generally easier and cheaper to carry out.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.The solution This object is achieved by a method according to the invention for increasing the Component strength of a shaft by hardening the aforementioned Genus with the characterizing features of the main claim.

Das Härten der Welle erfolgt erfindungsgemäß an der stehenden Welle, das heißt, dass diese sich während der Bearbeitung nicht dreht. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Welle im Rohzustand gehärtet. Es ist also keine Vorbearbeitung notwendig und es kann preiswerteres Rohmaterial eingesetzt werden. Beispielsweise Gusseisen anstelle von Stahl.The hardening The shaft is according to the invention at the standing wave, that is, that these are during the processing does not turn. According to one preferred embodiment of the invention, the shaft is in the raw state hardened. So there is no pre-processing necessary and it can be cheaper raw material be used. For example, cast iron instead of steel.

Vorzugsweise erfolgt das Härten einer stehenden Welle mit Abstützungen, um Verzüge zu vermeiden. Dabei werden insbesondere Abstützelemente verwendet, die entweder parallel zur Achse der Welle verfahrbar sind oder aber radial, das heißt quer zur Achse der Welle verfahrbar sind.Preferably the hardening takes place a standing wave with supports, for delays to avoid. In particular, support elements are used, either parallel to the axis of the shaft are movable or radially, the is called Can be moved transversely to the axis of the shaft.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit von Kurbelwellen. Zur Abstützung können in diesem Fall insbesondere Abstützelemente zur Anwendung kommen, die seitlich an eine Kurbelwellenwange anlegbar sind und/oder Abstützelemente, die an die Durchmesser der Kurbelwelle heranfahrbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine kostengünstige Fertigung von Kurbelwellen und zwar auch solcher, die für hohe Leistungen und Drehmomente ausgelegt sind. Der Härteprozess kann beispielsweise eine Induktivhärtung umfassen, wobei aber die Welle anders als bei den bisherigen Verfahren bei der Härtung nicht gedreht wird.object The present invention is particularly a method for increasing the Component strength of crankshafts. To support in this case, in particular Support elements for Application can be applied to the side of a crankshaft cheek are and / or support elements, which are approachable to the diameter of the crankshaft. The inventive method allows a cost-effective Manufacture of crankshafts and even those that are designed for high performance and Torques are designed. The hardening process can, for example an inductive hardening but the wave is different than the previous methods during curing not turned.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird für den Härtevorgang eine Vorrichtung verwendet mit Induktorelementen, die mindestens teilweise verfahrbar sind. Beispielsweise kann man eine Vorrichtung mit einem Gestell verwenden, in welches die Rohteil-Kurbelwelle eingelegt wird, wobei vorzugsweise gestellfeste Induktorelemente vorgesehen sind. Weiterhin können oberhalb der Kurbelwelle über eine entsprechende Einrichtung verfahrbare, das heißt absenkbare und anhebbare Induktorelemente verwendet werden. Wird eine solche Vorrichtung für den Härtevorgang geschlossen, erhält man quasi eine Art Form, die die zu härtende Kurbelwelle mindestens abschnittsweise umgibt.According to one Further development of the invention becomes a device for the hardening process used with inductor elements that are at least partially movable are. For example, you can use a device with a rack use, in which the blank crankshaft is inserted, wherein preferably frame-fixed inductor elements are provided. Farther can above the crankshaft above a corresponding device movable, that is lowerable and liftable inductor elements are used. Will one Device for the hardening process closed, receives you're sort of a shape that the crankshaft to be hardened at least surrounds in sections.

Gemäß einer möglichen bevorzugten Variante betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Kurbelwelle durch Härten unter Einfluss von Wärme mit den nachfolgenden Verfahrensschritten:

  • – Einlegen der Kurbelwelle als Rohteil in gestellfeste Induktorelemente;
  • – Verfahren von quer zur Achse der Welle verfahrbaren Induktorelementen in Richtung auf die Welle;
  • – Anlegen von Abstützelementen stirnseitig an die Kurbelwellenwangen und/oder radial verfahrbaren Abstützelementen an die Durchmesser;
  • – Zuführung von Energie für den Härtungsvorgang, insbesondere Induktivhärtung der Welle, wobei diese Welle nicht gedreht wird;
  • – Abkühlen der Welle;
  • – Zurückziehen der Abstützelemente, Öffnen der Vorrichtung und Entnahme der Welle.
According to a possible preferred variant, the invention relates to a method for increasing the component strength of a crankshaft by hardening under the influence of heat with the following method steps:
  • - Inserting the crankshaft as a blank in frame-fixed inductor elements;
  • - Movement from transversely to the axis of the shaft Baren inductor elements in the direction of the shaft;
  • - Applying support elements frontally to the crankshaft cheeks and / or radially movable support elements to the diameter;
  • - Supplying energy for the curing process, in particular inductive hardening of the shaft, said shaft is not rotated;
  • - cooling the shaft;
  • - Retracting the support elements, opening the device and removal of the shaft.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.The in the subclaims mentioned features relate to preferred developments of the task solution according to the invention. Further Advantages of the invention will become apparent from the following detailed description.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigenfollowing The present invention will be described with reference to exemplary embodiments to the accompanying drawings. Show

1 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Härten einer Kurbelwelle; 1 a simplified side view of a device according to the invention for hardening a crankshaft;

2 eine schematisch vereinfachte stirnseitige Ansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung. 2 a schematically simplified frontal view of the in 1 shown device.

Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung ist schematisch stark vereinfacht und es sind nur die im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung und der Kurbelwelle skizzenhaft gezeigt. Die Einrichtung zum Härten umfasst ein Gestell 12 mit unteren gestellfesten Induktorelementen 13, in welches die Rohteil-Kurbelwelle 10 eingelegt wird. Es ist weiterhin ein oberes Werkzeug mit einer Art Schlitten 11 vorgesehen, an dem sich obere Induktorelemente 14 befinden.First, it will open 1 Referenced. The illustration is greatly simplified schematically and only the parts of the device and the crankshaft essential in the context of the present invention are shown sketchily. The curing device comprises a frame 12 with lower frame-fixed inductor elements 13 into which the blank crankshaft 10 is inserted. It is also an upper tool with a kind of slide 11 provided at which upper inductor elements 14 are located.

Dieser Schlitten 11 mit den oberen Induktorelementen 14 ist in Pfeilrichtung verfahrbar und wird nach dem Einlegen der Rohteil-Kurbelwelle 10 in Richtung auf diese abgesenkt.This sled 11 with the upper inductor elements 14 is traversable in the direction of the arrow and is after inserting the blank crankshaft 10 lowered towards this.

Die Einrichtung umfasst außerdem sowohl im Bereich des oberen verfahrbaren Schlittens 11 als auch an dem unteren ortsfesten Gestell 12 jeweils Abstützelemente 15, die wie in der Zeichnung durch Doppelpfeile angedeutet ist, jeweils parallel zur Achse der eingelegten Kurbelwelle (die mit 10' bezeichnet ist), verfahrbar sind. Dadurch ist es möglich, die Abstützelemente 15 sowohl schlittenseitig als auch gestellseitig jeweils an die Stirnseiten der Kurbelwellenwangen 16 heranzufahren und dadurch die Kurbelwelle 10 abzustützen. Es können auch radial verfahrbare weitere Abstützelemente (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die an die Durchmesser der Kurbelwelle angelegt werden.The device also includes both in the area of the upper movable carriage 11 as well as on the lower stationary frame 12 each support elements 15 , which is indicated by double arrows as in the drawing, in each case parallel to the axis of the inserted crankshaft (with 10 ' is designated), are movable. This makes it possible, the support elements 15 both on the carriage side and on the frame side respectively at the end faces of the crankshaft cheeks 16 to approach and thereby the crankshaft 10 support. It is also possible to provide radially displaceable further supporting elements (not shown), which are applied to the diameters of the crankshaft.

Nach dem Anlegen der Abstützelemente 15 erfolgt die Energiezuführung für den Härteprozess über die Induktorelemente 13, 14, wobei die Kurbelwelle 10 bei diesem Härteprozess nicht gedreht wird. Anschließend wird die Kurbelwelle abgekühlt. Danach können die Abstützelemente 15 zurückgezogen werden. Die Vorrichtung wird anschließend geöffnet und die Kurbelwelle wird aus der Vorrichtung entnommen.After applying the support elements 15 the energy supply for the hardening process takes place via the inductor elements 13 . 14 where the crankshaft 10 not twisted during this hardening process. Then the crankshaft is cooled. Thereafter, the support elements 15 be withdrawn. The device is then opened and the crankshaft is removed from the device.

2 zeigt noch einmal eine stark vereinfachte Seitenansicht im teilweisen Schnitt. Man erkennt die schematisch dargestellte Kurbelwelle 10, die oberen Induktorelemente 14, die sich an dem verfahrbaren Schlitten 11 befinden und die unteren Induktorelemente 13, die sich an dem Gestell 12 befinden. Aus der Darstellung gemäß 2 ist auch ersichtlich, dass die Kurbelwelle 10 bei dem Prozess der Induktivhärtung von der die Induktoren 13, 14 aufweisenden Einrichtung zumindest teilweise ähnlich wie von einer Form umgeben wird. 2 again shows a simplified side view in partial section. One recognizes the schematically represented crankshaft 10 , the upper inductor elements 14 , attached to the movable carriage 11 located and the lower inductor elements 13 that are attached to the frame 12 are located. From the illustration according to 2 is also apparent that the crankshaft 10 in the process of induction hardening of the inductors 13 . 14 comprising device at least partially similar to that surrounded by a mold.

1010
Rohteil-KurbelwelleBlank crankshaft
10'10 '
Kurbelwellecrankshaft
1111
Schlittencarriage
1212
Gestellframe
1313
Induktorelementinductor
1414
Induktorelementinductor
1515
Abstützelementsupporting
1616
Kurbelwellenwangencrankshaft webs

Claims (10)

Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten unter Einfluss von Wärme, wobei mindestens ein Stützelement verwendet wird zur Abstützung der Welle während des Härtungsvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtungsvorgang an der ortsfesten (sich nicht drehenden) Welle durchgeführt wird.Method for increasing the component strength of a shaft by hardening under the influence of heat, wherein at least one support element is used to support the shaft during the curing process, characterized in that the hardening process is performed on the stationary (non-rotating) shaft. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle im Rohzustand gehärtet wird.Method according to claim 1, characterized in that that the shaft is hardened in the raw state. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohteil-Kurbelwelle gehärtet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that a blank crankshaft hardened becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein parallel zur Achse der Welle verfahrbares Abstützelement (15) und/oder mindestens ein quer zur Achse der Welle verfahrbares Abstützelement vorgesehen ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one parallel to the axis of the shaft movable support member ( 15 ) and / or at least one transverse to the axis of the shaft movable support element is provided. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine Kurbelwelle ist und mindestens ein Abstützelement (15) seitlich an eine Kurbelwellenwange angelegt wird.A method according to claim 3 or 4, characterized in that the shaft is a crankshaft and at least one support element ( 15 ) is applied laterally to a crankshaft cheek. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Härteprozess durch Induktivhärtung erfolgt, wobei Induktorelemente mindestens teilweise an der Welle zur Anlage kommen.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the hardening process through Induction hardening takes place, wherein inductor elements at least partially on the shaft come to the plant. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Induktorelemente (13, 14) die Welle mindestens teilweise formschlüssig umgreifen.Method according to claim 6, characterized in that inductor elements ( 13 . 14 ) enclose the shaft at least partially positive fit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass gestellfeste Induktorelemente (13) und quer zur Achse der Welle verfahrbare Induktorelemente (14) vorgesehen sind.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that frame-fixed inductor elements ( 13 ) and transverse to the axis of the shaft movable inductor elements ( 14 ) are provided. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die nachfolgend wiedergegebenen Verfahrensschritte: – Einlegen der Kurbelwelle (10) als Rohteil in gestellfeste Induktorelemente (13); – Verfahren von quer zur Achse der Welle verfahrbaren Induktorelementen (14) in Richtung auf die Welle; – Anlegen von Abstützelementen (15) stirnseitig an die Kurbelwellenwangen (16) und/oder radial verfahrbaren Abstützelementen an die Durchmesser; – Zuführung von Energie für den Härtungsvorgang, insbesondere Induktivhärtung der Welle, wobei diese Welle nicht gedreht wird; – Abkühlen der Welle; – Zurückziehen der Abstützelemente, Öffnen der Vorrichtung und Entnahme der Welle.Method according to one of claims 1 to 8, characterized by the following reproduced method steps: - Insertion of the crankshaft ( 10 ) as a blank in frame-fixed inductor elements ( 13 ); Method of inductor elements movable transversely to the axis of the shaft ( 14 ) in the direction of the shaft; - application of supporting elements ( 15 ) frontally to the crankshaft cheeks ( 16 ) and / or radially movable support elements to the diameter; - Supplying energy for the curing process, in particular inductive hardening of the shaft, said shaft is not rotated; - cooling the shaft; - Retracting the support elements, opening the device and removal of the shaft. Welle, insbesondere Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 gehärtet wurde.Shaft, in particular crankshaft, characterized that these according to a method according to one of claims 1 to 9 hardened has been.
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