DE102009006790B4

DE102009006790B4 - Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen mit optimaler Gestaltfestigkeit

Info

Publication number: DE102009006790B4
Application number: DE102009006790.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2029-01-31
Also published as: DE102009006790A1

Abstract

Beim Oberflächenhärten des Kurbelzapfens (1) mit einer Härteschicht (5), 2, wird auch der Übergangsradius (R1) zur Steigerung der Dauerfestigkeit mitgehärtet. Ein abschließendes Schleifen und Polieren des Kurbelzapfens, das zu einer Verschneidungskante (6) führt, ist wegen Abtrag der Härterandzone in dabei entstehendem Radius (R2) mit einem Festigkeitsabfall verbunden. Erfindungsgemäß wird durch entsprechende Formgebung die Verschneidungskante so gelegt, dass sie keinen Einfluss auf die Gestaltfestigkeit der Kurbelwelle ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist bekannt, dass bei Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen mit hoher Leistung wie z. B. von Auflademotoren neben der Lauffläche des Kurbelzapfens auch die Übergangsradien zu den Kurbelwangen gehärtet werden.
Die Einhärtung der Übergangsradien bewirkt eine Volumzunahme, die eine Druckeigenspannung in der Randzone hervorruft. Bei einer Zugbeanspruchung in diesem Bereich treten Zugspannungen erst auf, wenn die Druckspannungen über Dehnung der Randfasern im Übergangsradius abgebaut sind. Diese fiktive höhere Festigkeit ergibt sich aus der Überlagerung beider Spannungen, nämlich der Eigen- und der Belastungsspannung.
Werden aber über Schleifen die oberen Fasern der Randzone abgetragen, baut sich auch der positive Einfluss der Druckeigenspannung auf die Festigkeit bei Dehnung der Randzone ab, was eine höhere Zugspannung bei gleicher Kurbelzapfenbelastung zur Folge hat.
Die höchsten Zugspannungen treten im Übergangsradius auf und zwar im Abstand 0,293·R1 zum Anlaufbund. Bei einem Übergangsradius von 4,8 mm beträgt der Abstand dann 1,406 mm.
In Patentschrift DE 39 16 421 C1 wird vorgeschlagen, bei leistungsgesteigerten Motoren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit den Übergangsradius vom Kurbelzapfen zur Kurbelwange induktiv an der Oberfläche zu härten und gleichzeitig die Oberflächengüte zu reduzieren.
Die Folge ist:
Beim abschließenden Schleifen des Kurbelzapfens auf Endmaß mit einem Formschleifer, dessen Breite nur unwesentlich kleiner ist als der Bereich zwischen den beiden Anlaufbunden, entsteht eine Verschneidungskante, deren Lage sich im Bereich der höchsten Spannung befindet und deren Lage wegen des schleifenden Schnittes der beiden Radien nicht exakt definiert ist.
Daher wird aufbauend auf DE 39 16 421 C1 das Verfahren in erfinderischer Weise weitergeführt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Dauerfestigkeit von Kurbelwellen im Bereich des Übergangs vom Kurbelzapfen zur Kurbelwange mit den bekannten Maßnahmen nicht nur zu erhöhen, sondern diese durch entsprechende Formgebung optimal zu gestalten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ergibt sich aus den Ansprüchen 2 und 3, die es erlauben, zum einen die Lagerbreite unverändert zu belassen, da sich die Mittelpunkte von Übergangsradius und geschliffenem Radius auf gleicher Höhe der Kurbelzapfenbreite befinden, zum andern die Schleifscheibe mit einer Schnittkante ein Abziehen allein auf den Umfang beschränkt zulässt, so dass deren Breite unangetastet und daher unverändert bleibt.
Ein weiterer Vorteil, die Verschneidungskante in Richtung Kurbelzapfen definiert zu verschieben, ist, neben Erhalt der eingebrachten Druckspannung infolge Härtung, ein Abbau der Spannungskonzentration im Übergangsbereich mit der vorgegebenen Formgebung.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
1 zeigt die Kröpfung einer Kurbelwelle, bestehend aus einem Hubzapfen (Kurbelzapfen) 1, zwei Kurbelwangen 2 und zwei Wellenzapfenhälften.
2 gibt den Übergangsradius R1 zur Verdeutlichung der kennzeichnenden Merkmale der sich von DE 39 16 421 C1 abhebenden Erfindung im Maßstab 10:1 wieder. Gewählt für die Darstellung: Übergangsradius R1 = 4,8, Radius der Schleifscheibe 8 R2 = 2,7. Die Verschneidungskante 6 bildet sich beim abschließenden Schleifen und ist der Schnittpunkt des Übergangsradius R1 mit dem Radius R2 der Schleifscheibe 8. Bei einem Schleifübermaß 1a von 0,29 mm ergibt das einen Abstand zwischen Verschneidungskante 6 und Anlaufbund 3 von 0,646·R1, was einen Abstand von 3,1 mm bedeutet.
Die strichpunktierte Linie 9, auf der die Mittelpunkte von Übergangsradius R1 und Radius R2 der Schleifscheibe 8 liegen, stellt das Ende der Kurbelzapfenbreite dar.
Die erwünschte Schnittkante 10 entsteht, wenn die Breite der Schleifscheibe 8 kleiner gewählt wird als die Summe von Breite Kurbelzapfen plus 2 × Radius R2.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle mit optimaler Gestaltfestigkeit ist das Ergebnis einer definierten Verknüpfung von wirtschaftlicher Fertigung mit maximal möglicher Dauerfestigkeit und stellt eine Neuheit zu dem bisher bekannten Verfahren dar.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen, wobei der Bereich des Anlaufbundes (3) bis zur Verschneidungskante (6) auf Nennmaß mit einer Rauhtiefe ”RZ” von unter 25 μm gebracht wird, während im Bereich des Kurbelzapfens (1) bis zur Verschneidungskante (6) ein Übermaß (1a) für das Einschleifen und Polieren verbleibt, anschließendes Oberflächenhärten des Kurbelzapfen (1) einschließlich des Übergangsradius (R1) auf eine Härtetiefe von 2 bis 3 mm und abschließendes Schleifen und Polieren des Kurbelzapfen (1) mit der gezielten Wahl der beiden Radien, Übergangsradius (R1) und Radius (R2) der Schleifscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R2) der Schleifscheibe (8) kleiner ist als der Übergangsradius (R1) und dass sich die Verschneidungskante (6) im Übergangsradius befindet und der Mittelpunkt von Übergangsradius (R1) und der Mittelpunkt des Radius (R2) der Schleifscheibe (8) auf der Linie (9) liegen, die das Ende der Kurbelzapfenbreite darstellt und der Abstand (a) von der Verschneidungskante (6) bis zum Anlaufbund (3) mindestens 1/2 des Übergangsradius beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit Wahl der Schleifscheibenbreite eine Schnittkante (10) entsteht.