DE102009011569B3

DE102009011569B3 - Method and apparatus for hardening crankshafts

Info

Publication number: DE102009011569B3
Application number: DE102009011569A
Authority: DE
Inventors: Jochen Schmidt; Andreas Zahn; Thomas Eberle; Reinhard Neu; Ralf Schneider; Thomas Schreckenhöfer
Original assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-07
Also published as: WO2010100106A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Härten von Kurbelwellen, insbesondere von Kurbelwellen mit schmalen Kurbelwangen, wird mittels eines von einem Wechselstrom durchflossenen Induktors eine Spannung in der Kurbelwelle induziert, wodurch die Kurbelwelle bis zu einer gewissen Tiefe erwärmt wird. Die Kurbelwelle wird nach der Erwärmung abgekühlt. Der Induktor wird von einem Wechselstrom, der eine Frequenz von 11-49 kHz aufweist, durchflossen. Als Material für die Kurbelwelle wird ein Vergütungsstahl, ein ausscheidungshärtender ferritisch-perlitischer Stahl, ein ausscheidungshärtender bainitischer Stahl, Gusseisen mit Kugelgraphit, oder bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit verwendet.In a method for hardening crankshafts, in particular crankshafts with narrow crank webs, a voltage is induced in the crankshaft by means of an inductor through which an alternating current flows, whereby the crankshaft is heated to a certain depth. The crankshaft is cooled after heating. The inductor is traversed by an alternating current having a frequency of 11-49 kHz. The material used for the crankshaft is a tempered steel, a precipitation-hardening ferritic-pearlitic steel, a precipitation-hardening bainitic steel, spheroidal graphite cast iron, or bainitic spheroidal graphite cast iron.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Kurbelwellen, insbesondere von Kurbelwellen mit schmalen Kurbelwangen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen, insbesondere von Kurbelwellen mit schmalen Kurbelwangen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16.The The invention relates to a method for hardening crankshafts, in particular of crankshafts with narrow crank webs, after in the preamble of claim 1 closer Furthermore, the invention relates to a device for hardening crankshafts, in particular crankshafts with narrow crank webs, according to the generic term of claim 16.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der DE 100 24 990 A1 bekannt.A generic method and a corresponding device are known from DE 100 24 990 A1 known.

In ”Technologie der Wärmebehandlung von Stahl” von Hans-Joachim Eckstein (ISBN-Nr. 3-342-00220-4) sind auf den Seiten 561–568 verschiedene Härteverfahren, unter anderem induktive Härteverfahren, beschrieben. Unter anderem ist eine Gleichung angegeben, welche die Beziehung zwischen der Frequenz des beim induktiven Härten verwendeten Wechselstroms und der Eindringtiefe dieses induzierten Wechselstroms beschreibt.In "technology the heat treatment of steel "from Hans-Joachim Eckstein (ISBN 3-342-00220-4) are on the pages 561-568 different hardening methods, under other inductive hardening process, described. Among other things, an equation is given which the relationship between the frequency of inductive hardening used AC and the penetration depth of this induced AC describes.

In ”Wärmebehandlung der Bau- und Werkzeugstähle” von Hanns Benninghof (ISBN-Nr. 3-85-815-040-1) sind auf den Seiten 186–189 verschiedene für das Induktionshärten geeignete Werkstoffe angegeben.In "heat treatment Construction and Tool Steels "by Hanns Benninghof (ISBN 3-85-815-040-1) are different on pages 186-189 for the induction hardening specified materials.

Die JP 2006-010052 A beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum induktiven Härten von Kurbelwellen.The JP 2006-010052 A describes an apparatus and method for inductive hardening of crankshafts.

Aufgrund der Tendenz zu möglichst kleinen Motoren, die dennoch immer höhere Drehmomente und Leistungen erreichen sollen, ergibt sich bei Kurbelwellen für PKW eine Tendenz zu filigraneren Geometrien, was sich insbesondere in der Breite der sich zwischen den Haupt- und den Pleuellagern befindlichen Kurbelwangen widerspiegelt, da diese einen entscheidenden Faktor für die Gesamtlänge der Kurbelwelle darstellen.by virtue of the tendency to as possible small engines, which nevertheless always higher torques and achievements are to achieve crankshafts for cars a tendency to filigraneren Geometries, which is particularly evident in the width of the reflects the main and conrod bearings crank webs, as these are a determining factor in the overall length of the Represent crankshaft.

Beim Induktionshärten von Kurbelwellen mit derart schmalen Kurbelwangen ergeben sich gemäß den aus dem heutigen Stand der Technik bekannten Verfahren Einschränkungen dahingehend, dass sich die Härtezonen benachbarter und nur durch die Kurbelwangen voneinander getrennten Lagerstellen aufgrund ihres geringen Ab stands voneinander gegenseitig beeinflussen, wodurch es einerseits zu Anlasseffekten der jeweils anderen Lagerstelle und andererseits zum Durchhärten kommen kann, was beides die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle negativ beeinflusst.At the induction hardening of crankshafts with such narrow crank webs arise according to the Restrictions known in the art today in that the hardness zones adjacent and separated only by the crank arms Bearings due to their low Ab stand each other which, on the one hand, gives rise to incentive effects of each other bearing point and on the other hand can come to hardening, both the fatigue strength of the crankshaft negatively affected.

Des weiteren kann sich bei solchen Kurbelwellengeometrien aufgrund von Wärmeverzug ein für die weitere Fertigung unzulässig hoher Rundlauffehler ergeben, weshalb dazu übergegangen wurde, Kurbelwellen mit solchen schmalen Kurbelwangen mittels Nitrieren zu härten. Dies führt jedoch zu sehr hohen Prozesszeiten und kann darüber hinaus nicht in den eigentlichen Herstellungsprozess der Kurbelwelle integriert werden, was die Durchlaufzeiten weiter erhöht und teilweise auch zu zusätzlichen Transportkosten führt. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten für die Kurbelwelle gegenüber dem Induktionshärten erheblich.Of Another may be in such crankshaft geometries due to heat distortion one for the further production inadmissible high concentricity error, which is why it was transferred to crankshafts To harden with such narrow crank webs by nitriding. This leads however in addition to very high process times and may not be in the actual Manufacturing process of the crankshaft are integrated, resulting in throughput times further increased and sometimes also to additional Transport costs leads. Increase this the production costs for the crankshaft opposite induction hardening considerably.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen zu schaffen, durch welche es möglich ist, insbesondere Kurbelwellen mit filigranen Geometrien mit einer ausreichenden Dauerfestigkeit und mit niedrigen Prozesskosten zu härten.It is therefore an object of the present invention, a method and a device for curing To provide crankshafts, by which it is possible, in particular crankshafts with filigree geometries with a sufficient fatigue strength and to harden with low process costs.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this Problem solved by the features mentioned in claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Frequenz des den Induktor durchfließenden Wechselstroms von 11 bis 49 kHz wird zum Einen eine verhältnismäßig geringe Eindringtiefe des Stroms in das Material der Kurbelwelle ermöglicht, was zu einer entsprechenden Erwärmung derselben nur bis zu einer bestimmten Tiefe führt. Dadurch wird eine relativ geringe Einhärtetiefe erreicht und es wird vorteilhafterweise verhindert, dass beim Härten einer Lagerstelle der Kurbelwelle die benachbarte bereits gehärtete Lagerstelle beeinflusst wird. Zum Anderen ist durch die erfindungsgemäße Wahl der Frequenz ein sehr schnelles Erwärmen des gewünschten Bereichs der Kurbelwelle möglich. Auf diese Weise können nachteilige Effekte verhindert und eine sehr hohe Dauerfestigkeit, insbesondere eine sehr hohe Biege- und Torsionswechselfestigkeit, verbunden mit einer hohen Rundlaufgenauigkeit der Kurbelwelle, erreicht werden.By the frequency according to the invention of the inductor flowing through AC from 11 to 49 kHz, on the one hand, a relatively small Penetration depth of the current in the material of the crankshaft allows causing a corresponding warming the same leads only to a certain depth. This will be a relative low hardening depth achieved and it is advantageously prevented when curing a Bearing point of the crankshaft, the adjacent already hardened bearing point being affected. On the other hand is by the inventive choice the frequency is a very fast heating of the desired Range of crankshaft possible. That way you can prevents adverse effects and a very high fatigue strength, in particular a very high bending and torsional fatigue, associated with a high concentricity of the crankshaft, can be achieved.

Erfindungsgemäß kommen als Material für die Kurbelwelle Vergütungsstähle, ausscheidungshärtende ferritisch-perlitische Stähle, ausscheidungshärtende bainitische Stähle, Gusseisen mit Kugelgraphit oder bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit in Frage. Diese Materialien gewährleisten, zusammen mit der oben beschriebenen Frequenz, die hohe Qualität des erfindungsgemäßen Verfahrens und der damit hergestellten Bauteile.Come in accordance with the invention as material for the Crankshaft Compensating steels, precipitation-hardening ferritic-perlitic steels, precipitation-hardening bainitic steels steels, Nodular cast iron or bainitic cast iron with spheroidal graphite in question. These materials ensure together with the frequency described above, the high quality of the method according to the invention and the components produced with it.

Durch die geeignete Frequenz des den Induktor durchfließenden Wechselstroms kann die gewünschte Einhärte tiefe sehr genau eingestellt werden, wobei sich durch einen sehr geringen Wärmeverlust eine exakte Härtetiefe einhalten lässt.By the appropriate frequency of the alternating current flowing through the inductor can the desired Hardness deep be set very accurately, being characterized by a very low heat loss an exact hardening depth keep up.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 20 bis 35 kHz verwendet wird, da hierdurch die oben beschriebenen Vorteile dieses Frequenzbereichs besonders gut zum Tragen kommen.It has been found to be particularly advantageous when an alternating current with a frequency of 20 to 35 kHz is used, as this would be the advantages of this frequency range described above especially well come to fruition.

Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass die Spannung für eine Dauer von 4 bis 12 s in der Kurbelwelle induziert wird, so stellt dies einen sehr guten Kompromiss aus dem Erreichen einer gleichmäßigen Erwärmung der Kurbelwelle und einer kurzen Fertigungszeit dar. Die Möglichkeit, eine derart geringere Erwärmungszeit einzusetzen, ist auch auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Frequenz zurückzuführen, da auf diese Weise innerhalb sehr kurzer Zeit eine sehr hohe Wärmemenge in die Kurbelwelle eingebracht werden kann.If provided in a further advantageous embodiment of the invention is that the voltage for a duration of 4 to 12 s is induced in the crankshaft, so This represents a very good compromise from achieving one uniform heating of the Crankshaft and a short production time. The possibility such a shorter heating time is also on the use of the frequency according to the invention due, there in this way within a very short time a very high amount of heat can be introduced into the crankshaft.

Des weiteren kann vorgesehen sein, dass als Vergütungsstahl Ck45, 42CrMo4, 42CrMoS4, 50CrMo4, 34CrNiMo6 oder 31CrMoV9 verwendet wird. Die genannten Stähle lassen sich einerseits sehr gut durch Schmieden umformen und sind andererseits auch für das induktive Härten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr gut geeignet.Of Furthermore, it can be provided that the tempering steel Ck45, 42CrMo4, 42CrMoS4, 50CrMo4, 34CrNiMo6 or 31CrMoV9 is used. Leave the mentioned steels on the one hand transform very well by forging and on the other hand also for inductive hardening by the method according to the invention very suitable.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass als ausscheidungshärtender ferritisch-perlitischer Stahl 38MnVS6, 30MnVS6 oder 46MnVS6 verwendet wird. Auch mit diesen Stählen lassen sich sehr gute Ergebnisse erzielen, wobei dieselben von der Warmformgebungstemperatur ausscheidungsgehärtet werden.alternative For this purpose, it may be provided that as precipitation-hardening ferritic-pearlitic steel 38MnVS6, 30MnVS6 or 46MnVS6 used becomes. Also with these steels can achieve very good results, the same of the hot forming temperature precipitation hardened become.

Wenn als Material für die Kurbelwelle ein ausscheidungshärtender bainitscher Stahl eingesetzt wird, so kann beispielsweise 25MnCrSiVB6 verwendet werden. Auch dieser Stahl wird von der Warmformgebungstemperatur ausscheidungsgehärtet.If as material for the crankshaft is made of a precipitation-hardening bainitic steel, for example, 25MnCrSiVB6 can be used. This too Steel is precipitation hardened by the hot forming temperature.

Alternativ kann außerdem vorgesehen sein, dass als Gusseisen mit Kugelgraphit Gusseisen mit der Werkstoffnummer EN-GJS-600-3, EN-GJS-700-2, EN-GJS-800-2 oder EN-GJS-900-2 verwendet wird. Diese unterschiedlichen Gusseisen lassen sich einerseits durch Schmieden umformen und andererseits sind sie auch für das induktive Härten geeignet.alternative can also be provided that as cast iron with nodular cast iron with the Material number EN-GJS-600-3, EN-GJS-700-2, EN-GJS-800-2 or EN-GJS-900-2 used becomes. These different cast iron can on the one hand through Forming forging and on the other hand, they are also for the inductive hardening suitable.

Schließlich kann noch vorgesehen sein, dass als bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit EN-GJS-800-8 oder EN-GJS-1000-5 verwendet wird. Bei einem derartigen bainitischen Gusseisen mit Kugelgraphit, der auch als ADI-Guss (ADI = austempered ductil iron) bezeichnet wird, handelt es sich um einen Gusswerkstoff auf der Basis Eisen-Kohlenstoff, in welchem der Kohlenstoff überwiegend in Form von kugligen Partikeln vorliegt und welcher im Vergleich zu den oben genannten Gusseisen mit Kugelgraphit durch die Wärmebehandlung höhere Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften kombiniert.Finally, can still to be provided that as bainitic cast iron with nodular EN-GJS-800-8 or EN-GJS-1000-5. In such a bainitic Ductile iron, also known as ADI casting (ADI = austempered ductile iron), it is a cast material based on iron-carbon, in which the carbon is predominantly in the form of spherical particles and which in comparison to the above-mentioned spheroidal graphite cast iron through the heat treatment higher Strength and toughness properties combined.

Für die induktive Härtung sind besonders solche Stähle gut geeignet, welche vor der induktiven Härtung bei Prüfung nach EN-ISO 643 eine Austenitkorngröße von 5 oder feiner aufweisen. Bei einem derart feinkörnigen Gefüge des Stahls ist der darin enthaltene Kohlenstoff gleichmäßiger verteilt, so dass der Werkstoff schneller austenitisiert werden kann als bei einem grobkörnigen Gefüge.For the inductive hardening are especially such steels Well suited, which before inductive hardening when tested after EN-ISO 643 an austenite grain size of 5 or finer. In such a fine-grained structure of the steel is contained therein Carbon distributed more evenly, so that the material can be austenitized faster than at a coarse grained Structure.

Je nach Größe der Lagerstellen der zu härtenden Kurbelwelle ist eine unterschiedliche Leistung beim Betrieb des Induktors erforderlich, wobei es sich im vorliegenden Fall als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, wenn der Induktor bei einer Leistung von 50 bis 95 kW betrieben wird. Wenn die Kurbelwelle mit einer hohen spezifischen Leistung gehärtet wird, entspricht die Einhärtetiefe im Wesentlichen der Eindringtiefe der Erwärmung.ever according to the size of the bearings the one to be hardened Crankshaft is a different performance in the operation of the Inductor required, which is in the present case as special has been found advantageous when the inductor at a power of 50 to 95 kW is operated. If the crankshaft with a high specific power is hardened, corresponds to the hardening depth essentially the penetration depth of the heating.

Eine Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen, insbesondere von Kurbelwellen mit schmalen Kurbelwangen, ist in Anspruch 14 angegeben.A Apparatus for hardening crankshafts, in particular crankshafts with narrow crank webs, is specified in claim 14.

Mittels eines derart an die Geometrie der Kurbelwelle angepassten und von einem eine Frequenz von 11–49 kHz aufweisenden Wechselstrom durchflossenen Induktors lässt sich ein besonders homogenes Härtebild, insbesondere eine gleichmäßige Einhärtetiefe in der Lauffläche, dem Radius und dem Anlaufbund erreichen.through such adapted to the geometry of the crankshaft and of a frequency of 11-49 kHz having alternating current flowing inductor can be a particularly homogeneous hardness, in particular a uniform hardening depth in the tread, reach the radius and the run-up collar.

Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Induktor an seiner der Kurbelwelle zugewandten Seite eine abgerundete Spitze aufweist. Dies ermöglicht es, eine besonders gleichmäßige Einhärtetiefe im Bereich des von der Lauffläche in den Anlaufbund übergehenden Radius zu erreichen.in this connection is inventively provided that the inductor on its side facing the crankshaft a rounded Pointed. this makes possible it, a particularly uniform hardening depth in the area of the tread in the starting book Reach radius.

Um eine einfache Anpassung der Beblechung an die Geometrie der Kurbelwelle und des Induktors zu erreichen und um den Energieverbrauch des Induktors zu senken, ist erfindungsgemäß außerdem vorgesehen, dass der Induktor eine Beblechung aus einem magneto-dielektrischen Material aufweist.Around a simple adaptation of the bevelled to the geometry of the crankshaft and to achieve the inductor and the energy consumption of the inductor is also provided according to the invention, the inductor has a baffle of a magneto-dielectric material.

Eine besonders gleichmäßige Einhärtetiefe im Bereich des von der Lauffläche des Hauptlagers bzw. des Pleuellagers in den Anlaufbund der Kurbelwange übergehenden Radius der Kurbelwelle ergibt sich, wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Verhältnis zwischen einem Radius der Kurbelwelle und dem Radius der Spitze des Induktors 0,6–1 beträgt.A particularly uniform hardening depth in Area of the tread of the main bearing or the connecting rod bearing in the thrust collar of the crank arm Radius of the crankshaft results when in a further advantageous Embodiment of the invention, the ratio between a radius the crankshaft and the radius of the tip of the inductor is 0.6-1.

Um die Kontur dieses Radius besonders gut nachbilden zu können und dabei dennoch ausreichend Raum für eine geeignete Beblechung des Induktors zu lassen, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die von der abgerundeten Spitze ausgehenden Abschnitte des Induktors einen Winkel von 30–60° miteinander bilden.In order to be able to emulate the contour of this radius particularly well while still leaving sufficient space for a suitable Beblechung the inductor, can be provided in a further advantageous embodiment of the invention that the emanating from the rounded tip Sections of the inductor form an angle of 30-60 ° with each other.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass das magneto-dielektrische Material der Beblechung als Grundmaterial einen thermoplastischen Kunststoff aufweist, in dem Weicheisenpartikel eingebunden sind. Durch diese Ausgestaltung erhält die Beblechung sowohl ferromagnetische als auch dielektrische Eigenschaften, wobei durch den Anteil, die Form und die Verteilung der Weicheisenpartikel in dem thermoplastischen Kunststoff die Eigenschaften des magneto-dielektrischen Materials gezielt beeinflusst werden können. Dadurch kann eine Konzentration der magnetischen Flussdichte erreicht werden, was zu einer Reduzierung der Erwärmungszeiten des zu härtenden Bauteils führt, wodurch letztendlich die Erwärmungszonen homogener und gleichmäßiger abgebildet werden können. Des weiteren ist dadurch eine einfachere Anpassung der Beblechung an die Geometrie des Induktors und der Kurbelwelle möglich und es ergibt sich vorteilhafterweise ein geringerer Energieverbrauch.In a further very advantageous embodiment of the invention Furthermore be provided that the magneto-dielectric material of the baffle as a base material comprises a thermoplastic material, in the soft iron particles are involved. By this configuration receives the Beblechung both ferromagnetic and dielectric properties, whereby by the proportion, the form and the distribution of the soft iron particles in the thermoplastic the properties of the magneto-dielectric Material can be specifically influenced. This can be a concentration the magnetic flux density can be achieved, resulting in a reduction the heating times of the to be hardened Component leads, ultimately causing the warming zones more homogeneous and uniform can be. Furthermore, this is a simpler adaptation of the Beblechung possible to the geometry of the inductor and the crankshaft and it results advantageously a lower energy consumption.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.Further yield advantageous embodiments and refinements of the invention from the remaining subclaims. Below is an embodiment of the invention shown in principle with reference to the drawing.

Es zeigt:It shows:

1 einen Abschnitt einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren härtbaren Kurbelwelle; 1 a portion of a curable by the process according to the invention crankshaft;

2 eine beispielhafte Ausführungsform des Induktors der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 2 an exemplary embodiment of the inductor of the device according to the invention; and

3 einen Schnitt durch den Induktor und die mit demselben erwärmte Kurbelwelle. 3 a section through the inductor and the same heated crankshaft.

In 1 ist ein Abschnitt einer Kurbelwelle 1 dargestellt, der zur Erläuterung des Verfahrens zum Härten derselben ausreichend ist. Die Kurbelwelle 1 weist in an sich bekannter Weise mehrere Hauptlager 2 auf, von denen in 1 lediglich eines dargestellt ist. An den Hauptlagern 2 ist die Kurbelwelle 1 in an sich bekannter Weise innerhalb eines nicht dargestellten Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine gelagert. Benachbart zu dem Hauptlager 2 weist die Kurbelwelle 1 ein Pleuellager 3 auf, an dem ein ebenfalls nicht dargestelltes Pleuel der Brennkraftmaschine angebracht ist. Selbstverständlich weist die Kurbelwelle 1 in Abhän gigkeit der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine eine entsprechende Anzahl an Pleuellagern 3 auf, von denen der Einfachheit halber lediglich eines dargestellt ist. Zwischen den Hauptlagern 2 und den Pleuellagern 3 befinden sich jeweilige Kurbelwangen 4, von denen ebenfalls lediglich eine dargestellt ist.In 1 is a section of a crankshaft 1 which is sufficient to explain the method for curing the same. The crankshaft 1 has in a conventional manner several main bearings 2 on, of which in 1 only one is shown. At the main camps 2 is the crankshaft 1 stored in a conventional manner within a crankcase, not shown, of an internal combustion engine. Adjacent to the main camp 2 points the crankshaft 1 a connecting rod bearing 3 on, on which a likewise not shown connecting rod of the internal combustion engine is mounted. Of course, the crankshaft 1 Dependent on the number of cylinders of the internal combustion engine, a corresponding number of connecting rod bearings 3 of which, for the sake of simplicity, only one is shown. Between the main camps 2 and the conrod bearings 3 There are respective crank webs 4 of which only one is shown.

Die hierin beschriebene Kurbelwelle 1 weist eine sehr filigrane Geometrie mit verhältnismäßig schmalen Kurbelwangen 4 auf, wobei mit dem Begriff ”schmal” im vorliegenden Fall Kurbelwangen 4 mit einer Breite von weniger als 10 mm, insbesondere weniger als 8 mm, gemeint sind. Bei extrem kurz bauenden Kurbelwellen 1 könnte es sich sogar um Breiten von weniger als 6 mm handeln. Zur Breite der Kurbelwange 4 zählt auch ein eventuell vorhandener, im vorliegenden Fall nicht dargestellter Anlaufbund. Durch die geringe Breite der Kurbelwange 4 ist der Abstand des Hauptlagers 2 von dem Pleuellager 3 sehr gering.The crankshaft described herein 1 has a very filigree geometry with relatively narrow crank webs 4 on, with the term "narrow" in the present case, crank webs 4 with a width of less than 10 mm, in particular less than 8 mm. For extremely short crankshafts 1 they could even be widths of less than 6 mm. To the width of the crank arm 4 also includes a possibly existing, in the present case, not shown startup. Due to the small width of the crank arm 4 is the distance of the main bearing 2 from the connecting rod bearing 3 very low.

Sowohl die Hauptlager 2 als auch die Pleuellager 3 werden mittels eines nachfolgend detailliert beschriebenen Verfahrens induktiv gehärtet, um deren Oberflächenhärte und Dauerfestigkeit zu erhöhen. Hierbei wird mittels eines in den 2 und 3 dargestellten, von einem Wechselstrom durchflossenen Induktors 5 eine Spannung in der Kurbelwelle 1 induziert, wodurch die Kurbelwelle 1 bis zu einer gewissen Tiefe erwärmt wird. Konkret baut sich dabei um den von dem Wechsel strom durchflossenen Induktor ein elektromagnetisches Feld auf, das dem Rhythmus des Wechselstroms folgt. Wenn in die Nähe des Induktors 5 ein weiterer Leiter, im vorliegenden Fall die Kurbelwelle 1, gebracht wird, so wird in diesem die Spannung induziert, welche wiederum einen die Kurbelwelle 1 durchströmenden Wechselstrom zur Folge hat. Dieses Wechselfeld verursacht eine Selbstinduktion, wobei die daraus resultierenden, als Wirbelströme bezeichneten Ströme sich mit dem Sekundärstrom in der Kurbelwelle 1 überlagern und im Inneren der Kurbelwelle 1 einen höheren Widerstandswert bewirken, was zu einer Stromverdrängung an die Oberfläche der Kurbelwelle 1 führt. Durch die Stromverdrängung, welche Werkstoff- und frequenzabhängig ist und mit zunehmender Frequenz steigt, nimmt die Stromdichte innerhalb der Kurbelwelle 1 in Richtung der Oberfläche derselben zu. Dadurch erfasst der induzierte Strom nur eine relativ dünne Randschicht der Kurbelwelle 1, welche auf diese Weise in Abhängigkeit von dem für die Kurbelwelle 1 verwendeten Material erwärmt wird. Durch eine entsprechende Wahl der Frequenz des den Induktor 5 durchfließenden Wechselstroms kann, wie nachfolgend näher beschrieben, die Erwärmungstiefe der Kurbelwelle 1 beeinflusst werden.Both the main camp 2 as well as the connecting rod bearings 3 are inductively cured by means of a method described in detail below, in order to increase their surface hardness and fatigue strength. This is done by means of a in the 2 and 3 represented by an alternating current through inductor 5 a tension in the crankshaft 1 induced, causing the crankshaft 1 is heated to a certain depth. Concretely, an electromagnetic field is created around the inductor through which the alternating current flows, which follows the rhythm of the alternating current. If in the vicinity of the inductor 5 another conductor, in the present case, the crankshaft 1 is brought, so in this the voltage is induced, which in turn a the crankshaft 1 flowing through alternating current result. This alternating field causes a self-induction, the resulting, called eddy currents with the secondary current in the crankshaft 1 superimpose and inside the crankshaft 1 cause a higher resistance, resulting in a current displacement to the surface of the crankshaft 1 leads. Due to the current displacement, which is material and frequency dependent and increases with increasing frequency, the current density within the crankshaft decreases 1 toward the surface of the same. As a result, the induced current only detects a relatively thin edge layer of the crankshaft 1 , which in this way depending on the crankshaft 1 used material is heated. By an appropriate choice of the frequency of the inductor 5 flowing through alternating current, as described in more detail below, the heating depth of the crankshaft 1 to be influenced.

Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, dass entgegen der üblicherweise verwendeten Frequenzen eine für die Eingangs beschriebene Kurbelwelle 1 mit den schmalen Kurbelwangen 4 eine Frequenz des den In duktor 5 durchfließenden Wechselstroms von 11–49 kHz zu guten Ergebnissen hinsichtlich der Eindringtiefe der Wärme in die Kurbelwelle 1 bzw. die Erwärmungstiefe führt. Gerade dieser Frequenzbereich stellt nämlich zum Einen eine ausreichende Härtetiefe sicher, die auch bei einem späteren Überschleifen oder anderen spanabhebenden Verfahren zur Bearbeitung der Hauptlager 2 oder der Pleuellager 3 gewährleistet, dass dieselben noch ausreichend hart sind, um während des Einsatzes der Kurbelwelle 1 Beschädigungen derselben zu vermeiden. Im vorliegenden Fall ist eine Härtetiefe von 0,5–3,0 mm, vorzugsweise 1,2–2,0 mm, vorgesehen. Zum Anderen kann durch die oben beschriebene Wahl der Frequenz des den Induktor 5 durchfließenden Wechselstroms die Tiefe der Erwärmung bzw. die Erwärmungstiefe der Kurbelwelle 1 so gering gehalten werden, dass bei der Erwärmung des Hauptlagers 2 bzw. des Pleuellagers 3 das benachbarte Pleuellager 3 bzw. Hauptlager 2 nicht negativ beeinflusst wird. Insbesondere werden Anlasseffekte verhindert, die entstehen können, wenn beispielsweise nach dem Härten des Hauptlagers 2 das benachbarte Pleuellager 3 gehärtet wird und es dadurch zu einer Erwärmung des bereits zuvor gehärteten Hauptlagers 2 kommt. Des weiteren wird auch ein nicht erwünschtes Durchhärten der in diesem Bereich, wie oben erwähnt, sehr schmalen Kurbelwange 4 verhindert.The inventors have surprisingly found that, contrary to the frequencies commonly used, a crankshaft described for the input 1 with the narrow crank webs 4 a frequency of the in-ductor 5 flowing through AC of 11-49 kHz to good results in terms of penetration depth of heat in the crankshaft 1 or the heating depth leads. It is precisely this frequency range that ensures, on the one hand, a sufficient depth of hardening, which also applies to later grinding or other machining processes for machining the main bearings 2 or the connecting rod bearing 3 ensures that they are still hard enough to use while using the crankshaft 1 Damage to the same to avoid. In the present case, a hardening depth of 0.5-3.0 mm, preferably 1.2-2.0 mm, provided. On the other hand can be determined by the above-described choice of the frequency of the inductor 5 flowing through alternating current, the depth of heating or the heating depth of the crankshaft 1 be kept so low that when heating the main bearing 2 or the connecting rod bearing 3 the adjacent connecting rod bearing 3 or main warehouse 2 is not negatively affected. In particular, tempering effects are prevented, which can occur if, for example, after the hardening of the main bearing 2 the adjacent connecting rod bearing 3 is hardened and thereby to a heating of the already previously hardened main bearing 2 comes. Furthermore, an unwanted hardening of the in this area, as mentioned above, very narrow crank arm 4 prevented.

Als für die oben beschriebene Tiefe der Erwärmung der Kurbelwelle besonders gut geeignet hat sich ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 20–35 kHz, erwiesen.When for the above described depth of heating the crankshaft is particularly well suited to an alternating current with a frequency of 20-35 kHz, proved.

Die Schnelligkeit des Abflusses der durch den Induktor 5 in die Kurbelwelle 1 eingebrachten Wärme zum kalten Kern, also der Mitte der Kurbelwelle 1, hängt wesentlich von der Oberflächentemperatur ab, weshalb die Härtetiefe nicht mit der Eindringtiefe des Wechselstroms identisch ist. Außer von den Werkstoffkonstante der nachfolgend noch näher beschriebenen Materialien der Kurbelwelle 1 hängt die Härtetiefe wesentlich von der Heizdauer und der Oberflächentemperatur ab. Neben der oben beschriebenen Wahl einer geeigneten Frequenz des den Induktor 5 durchfließenden Wechselstroms ist daher auch die Heizdauer, also die Zeit, in der die Spannung in der Kurbelwelle 1 induziert wird, für das Vermeiden der oben beschriebenen nachteiligen Effekte und das Erreichen einer gewünschten, sehr exakten Härtetiefe verantwortlich. Bei dem Verfahren zum induktiven Härten der Kurbelwelle 1 wurde eine Induktionsdauer von 4–12 s, insbesondere eine Dauer von 6–10 s, als besonders vorteilhaft herausgefunden. Hierzu kann eine geeignete Zeitsteuereinrichtung für den Induktor 5 eingesetzt werden.The rapidity of the outflow through the inductor 5 in the crankshaft 1 introduced heat to the cold core, so the center of the crankshaft 1 , depends largely on the surface temperature, which is why the hardness depth is not identical to the penetration depth of the alternating current. Except from the material constant of the materials of the crankshaft described in more detail below 1 The depth of hardness depends essentially on the heating time and the surface temperature. In addition to the above-described choice of a suitable frequency of the inductor 5 flowing through alternating current is therefore also the heating time, ie the time in which the voltage in the crankshaft 1 is responsible for avoiding the adverse effects described above and achieving a desired, very accurate depth of cure. In the method for inductive hardening of the crankshaft 1 was an induction period of 4-12 s, especially a duration of 6-10 s, found to be particularly advantageous. For this purpose, a suitable timing device for the inductor 5 be used.

Die Oberflächentemperatur kann unter anderem durch die Wahl der Leistung des Induktors 5 beeinflusst werden, wobei zur Erzielung eines Wärmestaus an der Oberfläche der Kurbelwelle 1 eine spezifische Leistung von 1–2 kW/cm² als bevorzugt angesehen wird. Im vorliegenden Fall lag die Leistung, bei der der Induktor 5 betrieben wird, in einem Bereich von 50–95 kW. Da bei der Kurbelwelle 1 die Pleuellager 3 bezüglich ihrer Geometriedaten kleiner ausgeführt sind als die Hauptlager 2, sind die höheren Leistungen des Induktors 5 im Wesentlichen zur Erwärmung der Hauptlager 2 erforderlich.The surface temperature can, inter alia, by the choice of power of the inductor 5 be affected, wherein to achieve a heat accumulation on the surface of the crankshaft 1 a specific power of 1-2 kW / cm ^{2 is} considered preferable. In the present case, the power was at which the inductor 5 is operated in a range of 50-95 kW. Because at the crankshaft 1 the connecting rod bearings 3 are made smaller in terms of their geometry data than the main bearings 2 , are the higher powers of the inductor 5 essentially to warm up the main bearings 2 required.

Nach der oben beschriebenen Erwärmung der Kurbelwelle 1 wird diese abgekühlt bzw. abgeschreckt, wobei zur Vermeidung einer zu tiefen Einhärtung oder Durchhärtung eine bestimmte Abschreckzeit eingehalten werden sollte. Vorzugsweise wird die Abschreckzeit so gewählt, dass die Martensit-Endtemperatur (MF) des Materials der Kurbelwelle 1 unterschritten wird. Hierzu wurde bei dem vorliegenden Verfahren ein Polymer eingesetzt. Alternativ zu der Verwendung eines Polymers ist prinzipiell auch die Abkühlung an Wasser, mittels einer anderen Flüssigkeit oder an Luft möglich.After the above-described heating of the crankshaft 1 this is cooled or quenched, with a certain quenching time should be maintained to avoid too deep hardening or hardening. Preferably, the quenching time is chosen so that the martensite end temperature (MF) of the material of the crankshaft 1 is fallen short of. For this purpose, a polymer was used in the present process. As an alternative to the use of a polymer, it is also possible in principle to cool it down with water, by means of another liquid or in air.

Als Material für die Kurbelwelle 1 kommen ein Vergütungsstahl, ein ausscheidungshärtender ferritisch-perlitischer Stahl, ein ausscheidungshärtender bainitischer Stahl, Gusseisen mit Kugelgraphit oder bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit in Frage.As material for the crankshaft 1 For example, a tempered steel, a precipitation-hardening ferritic-pearlitic steel, a precipitation hardening bainitic steel, spheroidal graphite cast iron or bainitic spheroidal graphite cast iron are possible.

Als Vergütungsstähle im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung werden sämtliche Stähle angesehen, die mittels des Verfahrens des Vergütens behandelt werden können. Unter ”Vergüten” im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung wird Härten und Anlassen bei höherer Temperatur, um die gewünschte Kombination der mechanischen Eigenschaften, insbesondere hohe Zähigkeit und Duktilität, zu erreichen, angesehen.When Tempered steels in the sense the present patent application, all steels are considered by means of the method of tempering treated can be. Under "Compensation" in the sense of This patent application teaches curing and tempering at elevated temperature. to the desired Combination of mechanical properties, in particular high toughness and ductility, to reach.

Wenn es sich um einen Vergütungsstahl handelt, haben sich die Stähle mit den folgenden Werkstoffnummern als gut geeignet erwiesen: Werkstoffnummer 1.1191 (frühere Bezeichnung: Ck45), 1.7225 (42CrMo4), 1.7227 (42CrMoS4), 1.7228 (50CrMo4), 1.6582 (34CrNiMo6) oder 1.8519 (31CrMoV9). Durch den Werkstoff 42CrMo4 wurden besonders gute Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich eines sehr geringen Härteverzugs, erzielt, da dieser Werkstoff die verfahrensbedingt geforderte sehr kurze Austenitisierungsdauer sehr gut einhalten kann. Die Austenitisierung läuft umso schneller ab, je gleichmäßiger bzw. feinkörniger die Gefügeanteilverteilung vor dem Induktionshärten vorliegt.If it is a tempered steel, have the steels proved to be well suited with the following material numbers: Material number 1.1191 (earlier Designation: Ck45), 1.7225 (42CrMo4), 1.7227 (42CrMoS4), 1.7228 (50CrMo4), 1.6582 (34CrNiMo6) or 1.8519 (31CrMoV9). By the material 42CrMo4 were particularly good results, especially in terms of one very low hardness, achieved, because this material required by the method very short Austenitizing period very well. Austenitization runs all the more faster, the more evenly fine-grained the structural component distribution before induction hardening is present.

Bei Vergütungsstählen kann es sich um unlegierte Vergütungsstähle sowie unlegierte Stähle zum Flamm- und Induktionshärten als auch um legierte Vergütungsstähle sowie legierte Stähle zum Flamm- und Induktionshärten handeln. Die oben genannten Stähle sind mit Ausnahme des Stahls mit der Werkstoffnummer 1.1191, bei dem es sich um einen unlegierten Stahl handelt, allesamt legierte Vergütungsstähle. Bei dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.8519 (31CrMoV9) handelt es sich um einen Stahl, der zwar in der Norm für Nitrierstähle enthalten ist, allerdings kann dieser Stahl mittels des oben beschriebenen Verfahrens des Vergütens vergütet werden, weshalb er abweichend von der Norm in dieser Patentanmeldung als Vergütungsstahl bezeichnet wird. Prinzipiell können also Stähle, die vergütet werden können, auch für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, auch wenn dieselben in einer einschlägigen Norm nicht explizit als Vergütungsstähle bezeichnet werden.Heat-treated steels can be unalloyed tempered and unalloyed steels for flame and induction hardening, as well as alloyed tempered steels and alloyed steels for flame and induction hardening. The above steels are, with the exception of the steel with the material number 1.1191, which is an unle treated steel, all alloyed tempered steels. The steel with the material number 1.8519 (31CrMoV9) is a steel that is included in the standard for nitriding steels, however, this steel can be tempered by the method of tempering described above, which is why he differs from the standard in this patent application is designated as tempering steel. In principle, therefore, steels which can be tempered can also be used for the method according to the invention, even if they are not explicitly designated as tempering steels in a relevant standard.

Wenn als das Material für die Kurbelwelle 1 ein ausscheidungshärtender ferritisch-perlitischer Stahl verwendet wird, haben sich die Stähle mit den folgenden Werkstoffnummern als besonders gut geeignet erwiesen: 1.1303 (38MnVS6), 1.302 (30MnVS6) oder 1.1304 (46MnVS6). Derartige, von der Warmformgebungstemperatur, im konkreten Fall der Kurbelwelle 1 also beispielsweise von der Schmiedetemperatur, ausscheidungshärtende ferrtisch-perlitische Stähle werden auch als AFP-Stähle bezeichnet.If as the material for the crankshaft 1 a precipitation-hardening ferritic-perlitic steel is used, the steels with the following material numbers have proved particularly suitable: 1.1303 (38MnVS6), 1.302 (30MnVS6) or 1.1304 (46MnVS6). Such, from the thermoforming temperature, in the specific case of the crankshaft 1 for example, from the forging temperature, precipitation hardening ferrite-pearlitic steels are also referred to as AFP steels.

Wenn als das Material für die Kurbelwelle 1 ein ausscheidungshärtender bainitischer Stahl verwendet wird, so ist der Stahl 25MnCrSiVB6 besonders gut geeignet.If as the material for the crankshaft 1 a precipitation-hardening bainitic steel is used, the steel 25MnCrSiVB6 is particularly well suited.

Auch dieser Stahl wird von der Warmformgebungstemperatur ausscheidungsgehärtet.Also this steel is precipitation hardened by the hot forming temperature.

Das Abkühlen des ausscheidungshärtenden ferrtisch-perlitischen oder bainitischen Stahls erfolgt vorzugsweise gesteuert.The cooling down precipitation hardening ferrite-pearlitic or bainitic steel is preferably controlled.

Allgemein gilt bei der Verwendung eines Stahls für das Material der Kurbelwelle 1, dass dieser besonders gut geeignet ist, wenn er vor der induktiven Härtung bei einer Prüfung nach EN-ISO 643 eine Austenitkorngröße von 5 oder feiner aufweist und somit zum Härten besonders gut geeignet ist. Des weiteren sollten innerhalb des Materials der Kurbelwelle 1 die härtbarkeitsbeeinflussenden Legierungselemente, insbesondere Kohlenstoff, möglichst gleichmäßig verteilt sein.In general, when using a steel for the material of the crankshaft 1 that this is particularly well suited if it has an austenite grain size of 5 or finer before the inductive hardening in an EN-ISO 643 test and is thus particularly well suited for curing. Furthermore, within the material of the crankshaft 1 the hardenability-influencing alloying elements, in particular carbon, be distributed as evenly as possible.

Ein Stahl bietet darüber hinaus gute Voraussetzungen für eine Härtbarkeit desselben, wenn durch den Austenitisierungsprozess der Perlit und Ferrit aufgelöst und umgewandelt, die Legierungskarbide weitgehend aufgelöst und alle Konzentrationsunterschiede, insbesondere Kohlenstoff und Legierungselemente, ausgeglichen sind.One Steel offers over it good conditions for a hardenability if, by the austenitizing process, the pearlite and ferrite disbanded and converted, the alloy carbides largely dissolved and all Concentration differences, in particular carbon and alloying elements, are balanced.

Alternativ kann für das Material der Kurbelwelle 1 auch ein Gusseisen mit Kugelgraphit oder ein bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit, ein sogenannter ADI-Guss, eingesetzt werden. Bei der Verwendung von Guss eisen mit Kugelgraphit sind Gusseisen mit den folgenden Werkstoffnummern besonders gut geeignet: EN-JS 1060 (Werkstoffbezeichnung EN-GJS-600-3), EN-JS 1070 (EN-GJS-700-2), EN-JS 1080 (EN-GJS-800-2) oder EN-JS 1090 (EN-GJS-900-2). Als bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit hat sich Gusseisen mit der Werkstoffnummer EN-JS 1100 (Werkstoffbezeichnung EN-GJS-800-8) oder EN-JS 1110 (Werkstoffbezeichnung EN-GJS-1000-5) als gut geeignet erwiesen.Alternatively, for the material of the crankshaft 1 Also a cast iron with nodular graphite or a bainitic cast iron with nodular graphite, a so-called ADI casting, are used. When using ductile iron cast iron, cast iron with the following material numbers are particularly well suited: EN-JS 1060 (material designation EN-GJS-600-3), EN-JS 1070 (EN-GJS-700-2), EN-JS 1080 (EN-GJS-800-2) or EN-JS 1090 (EN-GJS-900-2). Cast iron with the material number EN-JS 1100 (material designation EN-GJS-800-8) or EN-JS 1110 (material designation EN-GJS-1000-5) has proven to be well suited as spheroidal graphite cast iron.

Neben den oben mittels genormter Werkstoffnummern beispielhaft angegebenen Werkstoffen sind prinzipiell von ihren Werkstoffeigenschaften auch ähnliche Werkstoffe geeignet, insbesondere wenn es sich um zu den angegebenen Werkstoffen sehr ähnliche Werkstoffe handelt, die beispielsweise in anderen Ländern andere Normbezeichnungen besitzen. So wird beispielsweise ein Stahl mit der Werkstoffnummer 1.7225 in Japan unter der Bezeichnung SCM 440H geführt. Dieser Stahl kann problemlos für dieses Verfahren eingesetzt werden.Next the above exemplified by standardized material numbers Materials are basically similar to their material properties Materials suitable, especially if it is to the specified Materials very similar Materials that are different in other countries, for example Have standard designations. For example, a steel with the material number 1.7225 in Japan under the name SCM 440H guided. This steel can easily handle this Procedures are used.

In 2 ist der Induktor 5 perspektivisch dargestellt. Dieser weist an seiner Unterseite einen Flansch 6 zum Anbringen desselben an einer nicht dargestellten Halteeinrichtung einer in ihrer Gesamtheit ebenfalls nicht dargestellten, jedoch allgemein bekannten Vorrichtung zum Härten der Kurbelwelle 1 auf. Auf der dem Flansch 6 gegenüberliegenden Seite weist der Induktor 5 einen Induktorabschnitt 7 auf, der eine an die Geometrie der Kurbelwelle 1 angepasste Form aufweist. Der Induktorabschnitt 7 ist mit dem Flansch 6 über eine Rohranordnung 8 verbunden, die von bekannter Bauart sein kann und auf die daher nicht näher eingegangen wird. Die Position der Kurbelwelle 1 gegenüber dem Induktor 5 ist in 2 sehr schematisch mittels einer gestrichelten Linie angedeutet.In 2 is the inductor 5 shown in perspective. This has a flange on its underside 6 for attaching the same to a holding device, not shown in its entirety also not shown, but generally known device for hardening the crankshaft 1 on. On the flange 6 opposite side, the inductor 5 an inductor section 7 on, the one to the geometry of the crankshaft 1 has adapted shape. The inductor section 7 is with the flange 6 via a pipe arrangement 8th connected, which may be of known type and is therefore not discussed in detail. The position of the crankshaft 1 opposite the inductor 5 is in 2 very schematically indicated by a dashed line.

3 zeigt einen Schnitt durch den Induktor 5 bzw. den Induktorabschnitt 7 desselben in seiner Position, in der er eine Spannung in die Kurbelwelle 1 induziert. Von der Kurbelwelle 1 ist hierzu eines der Hauptlager 2 dargestellt. Der schraffierte Bereich deutet den mittels des hierin beschriebenen Härteverfahrens gehärteten Bereich der Kurbelwelle 1 an. In 2 ist erkennbar, dass der Induktorabschnitt 7 in Form eines Rohrs 9 ausgebildet ist, welches an seiner der Kurbelwelle 1 zugewandten Seite eine abgerundete Spitze 10 aufweist. Der Radius 10a der abgerundeten Spitze 10 kann beispielsweise in einem Bereich von 1–1,6 mm liegen. Dies gilt allerdings nur für die konkrete Ausführungsform der Kurbelwelle 1, bei der ein die Kurbelwange 4 mit dem Hauptlager 2 verbindender Radius 11 ca. 1,4–1,8 mm beträgt. Allgemein hat sich ein Verhältnis von 0,6–1, insbesondere 0,9–1, zwischen dem Radius 11 der Kurbelwelle 1 und dem Radius 10a der Spitze 10 als im Hinblick auf eine besonders gleichmäßige Einhärtetiefe im Bereich des von der Lauffläche des Hauptlagers 2 bzw. des Pleuellagers 3 in den Anlaufbund der Kurbelwange 4 übergehenden Radius 11 erwiesen. Dies bedeutet, dass im Falle eines größeren oder kleineren Radius 11 der Kurbelwelle 1 auch der Radius 10a der Spitze 10 größer oder kleiner gewählt wird. 3 shows a section through the inductor 5 or the inductor section 7 the same in his position, in which he puts a tension in the crankshaft 1 induced. From the crankshaft 1 is one of the main camp 2 shown. The hatched area indicates the area of the crankshaft hardened by the hardening process described herein 1 at. In 2 it can be seen that the inductor section 7 in the form of a pipe 9 is formed, which at its the crankshaft 1 facing side a rounded tip 10 having. The radius 10a the rounded tip 10 may for example be in a range of 1-1.6 mm. However, this only applies to the specific embodiment of the crankshaft 1 in which one the crank arm 4 with the main camp 2 connecting radius 11 about 1.4-1.8 mm. In general, a ratio of 0.6-1, in particular 0.9-1, between the radius 11 the crankshaft 1 and the radius 10a the top 10 as in With regard to a particularly uniform hardening depth in the area of the running surface of the main bearing 2 or the connecting rod bearing 3 in the run-up collar of the crank arm 4 passing radius 11 proved. This means that in the case of a larger or smaller radius 11 the crankshaft 1 also the radius 10a the top 10 is chosen larger or smaller.

Von der Spitze 10 des Induktors 5 gehen zwei Abschnitte 12 und 13 des Rohrs 9 aus, die miteinander einen Winkel α von 30–60°, besonders bevorzugt einen Winkel von 40–50°, bilden, um es zu ermöglichen, dass der Induktor 5 besonders nah an die Kontur der Kurbelwelle 1 gebracht werden kann. Des weiteren ermöglicht diese Ausführung des Induktors 5, dass außerhalb des Rohrs 9 eine ausreichend große Beblechung 14 angebracht sein kann, die in der Lage ist, durch eine Konzentration der magnetischen Flussdichte die Erwärmungszeiten zu reduzieren. Durch die Beblechung 14 wird außerdem die Entstehung von Streufeldern verhindert und die Leistung des Induktors 5 erheblich erhöht, so dass eine sehr exakte Härtezone erzeugt werden kann.From the top 10 of the inductor 5 go two sections 12 and 13 of the pipe 9 which together form an angle α of 30-60 °, more preferably an angle of 40-50 °, to allow the inductor 5 especially close to the contour of the crankshaft 1 can be brought. Furthermore, this embodiment of the inductor allows 5 that outside the tube 9 a sufficiently large beech 14 attached, which is able to reduce the heating times by a concentration of the magnetic flux density. Through the beech 14 it also prevents the formation of stray fields and the performance of the inductor 5 significantly increased, so that a very precise hardness zone can be generated.

Im vorliegenden Fall besteht die Beblechung 14 aus einem magneto-dielektrischen Material, welches als Grundmaterial einen thermoplastischen Kunststoff aufweist, in dem Weicheisenpartikel eingebunden sind. Neben der dargestellten Querschnittsform des Rohrs 9 kommt auch eine ovale, rechteckige oder eine andere geeignete Querschnittsform in Frage.In the present case, there is the beech 14 of a magneto-dielectric material which has as a base material a thermoplastic material in which soft iron particles are incorporated. In addition to the illustrated cross-sectional shape of the tube 9 also an oval, rectangular or other suitable cross-sectional shape in question.

Der oben beschriebene Induktor 5 ist ein wichtiger Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Härten der Kurbelwelle 1, da er zusätzlich zu der oben erläuterten geeigneten Auswahl der Frequenz und des Materials der Kurbelwelle 1 dazu beiträgt, eine Kurbelwelle 1 mit schmalen Kurbelwangen 4 mit einer ausreichenden Dauerfestigkeit und geringen Prozesskosten herzustellen.The inductor described above 5 is an important part of the method according to the invention for hardening the crankshaft 1 in that, in addition to the appropriate selection of the frequency and material of the crankshaft discussed above 1 contributes to a crankshaft 1 with narrow crank cheeks 4 produce with a sufficient fatigue strength and low process costs.

Claims

A method for hardening crankshafts, in particular crankshafts with narrow crank webs, wherein a voltage is induced in the crankshaft by means of an inductor through which an AC current flows, whereby the crankshaft is heated to a certain depth, and wherein the crankshaft is cooled after the heating, characterized in that the inductor ( 5 ) is traversed by an alternating current having a frequency of 11-49 kHz, and that as material for the crankshaft ( 1 ) a tempering steel, a precipitation-hardening ferritic-perlitic steel, a precipitation-hardening bainitic steel, ductile iron or bainitic cast iron with graphite is used, and that one of its crankshaft ( 1 ) facing side a rounded tip ( 10 ) having inductor ( 5 ) with a beech ( 14 ) is used from a magneto-dielectric material.

Method according to claim 1, characterized in that that an alternating current with a frequency of 20-35 kHz is used.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage for a period of 4-12 s in the crankshaft ( 1 ) is induced.

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized that as tempered steel Ck45, 42CrMo4, 42CrMoS4, 50CrMo4, 34CrNiMo6 or 31CrMoV9 becomes.

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized that as precipitation-hardening ferritic-pearlitic Steel 38MnVS6, 30MnVS6 or 46MnVS6 is used.

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized that as precipitation-hardening bainitic Steel 25MnCrSiVB6 is used.

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized that as spheroidal graphite cast iron EN-GJS-600-3, EN-GJS-700-2, EN-GJS-800-2 or EN-GJS-900-2 is used.

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized that used as bainitic ductile cast iron EN-GJS-800-8 or EN-GJS-1000-5 becomes.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized that a steel is used, which before inductive hardening at Examination after EN-ISO 643 an austenite grain size of 5 or finer.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inductor ( 5 ) is operated at a power of 50-95 kW.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the ratio between a radius ( 11 ) of the crankshaft ( 1 ) and the radius ( 10a ) the top ( 10 ) of the inductor ( 5 ) Is 0.6-1.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the of the rounded tip ( 10 ) outgoing sections ( 12 . 13 ) of the inductor ( 5 ) form an angle of 30-60 ° with each other.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the magneto-dielectric material of the Beblechung ( 14 ) has as base material a thermoplastic material in which soft iron particles are integrated.

Device for hardening crankshafts, in particular crankshafts with narrow crank webs, with an inductor through which an alternating current flows to induce a voltage in the crankshaft and with a cooling device for cooling the crankshaft, characterized in that the one of a frequency of 11-49 kHz having alternating current through inductor ( 5 ) at its the crankshaft ( 1 ) facing side a rounded tip ( 10 ), and that the inductor ( 5 ) a beech ( 14 ) comprises a magneto-dielectric material.

Device according to claim 14, characterized in that the ratio between a radius ( 11 ) of the crankshaft ( 1 ) and the radius ( 10a ) the top ( 10 ) of the inductor ( 5 ) Is 0.6-1.

Apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that the of the rounded tip ( 10 ) outgoing sections ( 12 . 13 ) of the inductor ( 5 ) form an angle of 30-60 ° with each other.

Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the magneto-dielectric material of the Beblechung ( 14 ) has as base material a thermoplastic material in which soft iron particles are integrated.