DE10306865B3

DE10306865B3 - Verfahren zum Herstellen einer gehärteten Welle

Info

Publication number: DE10306865B3
Application number: DE2003106865
Authority: DE
Inventors: Günther Kirsch; Thomas Listner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-02-20

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer gehärteten Welle, insbesondere zur Verwendung in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, weist folgende Verfahrensschritte auf: DOLLAR A - Die Welle wird an ihrer Außenkontur und/oder ihrer Innenkontur spanend und/oder spanlos bearbeitet, DOLLAR A - die Welle wird aufgekohlt, DOLLAR A - die Welle wird einsatzgehärtet, wobei die Welle aufgeheizt und anschließend abgeschreckt wird. DOLLAR A Nach dem Aufkohlen wird die Welle abgekühlt und gerichtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gehärteten Welle, insbesondere zur Verwendung in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Gattungsgemäße Verfahren sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Da sich die Welle beim Einsatzhärten, also dem Erwärmen einschließlich nachfolgendem Abschrecken, verzieht, wird dieselbe mittels bekannter Verfahren und Vorrichtungen nach dem Einsatzhärten auf eine bestimmte Toleranz gerichtet. Hierzu sind unter anderem Verfahren bekannt, die computergestützt arbeiten und selbstlernend sein können, so dass die auf die Welle einwirkenden Richtstempel zumindest teilweise mit einer vorbestimmten Kraft arbeiten.
Diese Art des Richtens hat, unabhängig davon, ob computerunterstützt oder konventionell gerichtet wird, insbesondere bei aus mehreren einzelnen Wellenteilen durch Reibschweißen gefügten Wellen den Nachteil, dass sich im Bereich der Reibschweißung Risse oder andere Vorschädigungen bilden können, die während des Einsatzes der Welle zu einem Versagen führen können. Insbesondere gilt dies für Wellen, die zum Zwecke einer Gewichtsreduzierung innere Hohlräume aufweisen und teilweise mit sehr geringen Wandstärken ausgeführt werden. Gerade bei solchen Wellen besteht häufig keine Möglichkeit, zu kontrollieren, ob durch das Richten eventuelle Schädigungen der aufgrund ihrer geringen Wandstärke verhältnismäßig anfälligen Welle entstanden sind.

Ein Verfahren zum Richten von stabförmigen Gegenständen ist aus der DE 44 36 530 A1 bekannt.

Die DE 199 23 621 A1 beschreibt den Zusammenbau und das anschließende Richten von reibgeschweißten Schaltzahnrädern.

Eine Wellenricht- und -härtemaschine mit mehreren Richtwalzen ist in der DE 100 05 969 C1 beschrieben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer gehärteten Welle zu schaffen, mit welchem eine Beschädigung der Welle durch das Richten derselben vermieden werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen Schritt des Richtens der Welle, der dem Aufkohlen und dem anschließenden Abkühlen folgt, kann die Welle mit einer verhältnismäßig geringen Kraft auf eine vorgegebene Form- und Lagetoleranz gebracht werden, da sie sich noch im homogenen Gefügezustand befindet. Dadurch ist die Welle nach dem anschließenden Einsatzhärtevorgang geometrisch betrachtet erheblich näher an ihrer Sollkontur als ohne das Richten, so dass ein meist erforderliches, dem Einsatzhärten nachfolgendes Richten der Welle ebenfalls mit erheblich reduziertem Krafteinsatz durchgeführt werden kann.

Somit ist die während des Richtvorganges auf die Welle einwirkende maximale Kraft erheblich geringer als dies bei den Verfahren gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, so dass sich an der Welle geringere Spannungen ergeben, was letztendlich zu einer Welle ohne irgendwelche Beschädigungen führt, für die im praktischen Einsatz, z.B. innerhalb eines Getriebes, keine Bruchgefahr besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zwar bei sämtlichen zu härtenden Wellen eingesetzt werden, es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft für Wellen erwiesen, bei denen die Welle vor dem Aufkohlen aus wenigstens zwei Wellenteilen durch Reibschweißen verbunden wird.

Hierbei ist das Verfahren insbesondere für Wellen geeignet, bei denen in wenigstens eines der beiden Wellenteile vor dem Reibschweißen ein Hohlraum, z.B. eine Bohrung, zur Gewichtsreduzierung der Welle eingebracht wird, da gerade bei solchen Wellen aufgrund der teilweise sehr geringen Wandstärken die Gefahr besteht, die Welle durch das Einbringen von Spannungen zu schädigen. Gerade bei Hohlwellen ist es extrem schwierig, zu prüfen, ob eine Schädigung an der Innenkontur der Welle vorliegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Welle.
Eine beispielsweise für den Einsatz in einem nicht dargestellten Getriebe eines Kraftfahrzeugs geeignete Welle 1 besteht aus zwei Wellenteilen 2 und 3. Das erste Wellenteil 2 weist einen zentrischen Hohlraum 4, z.B. eine Bohrung, auf. In ähnlicher Weise ist auch das zweite Wellenteil 3 mit einem zentrischen, in diesem Fall jedoch mehrstufigen Hohlraum 5 versehen. Die Hohlräume 4 und 5 können mittels spanender und/oder spanloser Bearbeitungsverfahren hergestellt werden. Die beiden Hohlräume 4 und 5 nehmen ein verhältnismäßig großes Volumen der Welle 1 ein und dienen zur Gewichtsreduzierung der Welle 1, die auch als Hohlwelle bezeichnet werden kann.
An ihrer Außenkontur weisen die beiden Wellenteile 2 und 3 jeweils ein Zahnrad 6 und 7 auf, die mit entsprechenden Verzahnungen nicht dargestellter Wellen in Verbindung stehen, mit denen die Welle 1 in Eingriff ist. Des weiteren besitzt die Welle 1 sowie Mitnahmeverzahnungen 8 und 9, welche nicht nachbearbeitet werden. Die dargestellte Außenkontur der Welle 1 wird durch eine zerspanende und/oder spanlose Bearbeitung hergestellt. Zuvor werden allerdings die beiden Wellenteile 2 und 3 an einer Verbindungsstelle 10 mittels einem an sich bekannten Reibschweißverfahren verbunden.
Das Verfahren zum Herstellen der Welle 1 verläuft folgendermaßen: Nach dem oben beschriebenen Verbinden der beiden, bereits hohlen Wellenteile 2 und 3 mittels der Reibschweißung, eventuell einer anschließenden Glühbehandlung sowie dem Herstellen der Außenkonturen wird das für ein nachfolgendes Einsatzhärten geeignete Material, z.B. 16MnCr5, in an sich bekannter Weise aufgekohlt und anschließend vorzugsweise an Luft abgekühlt.
Die in diesem Zustand eine verhältnismäßig geringe Härte aufweisende Welle 1 wird dann gerichtet, um bestimmte Form- und Lagetoleranzen einhalten zu können, da sich die Welle 1 durch die vorherigen Bearbeitungs- und Wärmebehandlungsschritte, z.B. die Glühbehandlung verzieht. Im vorliegenden Fall handelt es sich beispielsweise um die Lage der beiden Mitnahmeverzahnungen 8 und 9, die sich auf den beiden Wellenteilen 2 und 3 befinden und deren gegenseitige Lage verändert wurde. Für dieses Richten im weichen Zustand der Welle 1, das mit an sich bekannten Richtstempeln oder Richtwalzen durchgeführt werden kann, sind verhältnismäßig geringe Kräfte erforderlich, so dass die Welle 1 nur geringste Beschädigungen bzw. das Einbringen nur geringer Spannungen erfährt. Mit dem Richten der Welle 1 im weichen Zustand kann die erforderliche Genauigkeit der Form- und/oder Lagetoleranzen von 0,05 mm und weniger erreicht werden.
Nach diesem Richten wird die Welle 1 in an sich bekannter Weise einsatzgehärtet, wozu sie in einem nicht dargestellten Härteofen aufgeheizt und anschließend, beispielsweise in Öl oder Wasser, abgeschreckt wird. Meist verzieht sich die Welle 1 bei diesem Einsatzhärten nochmals, so dass anschließend ein weiterer Richtvorgang erforderlich ist. Für diesen Richtvorgang, der mit derselben Richtvorrichtung wie das Richten im weichen Zustand durchgeführt werden kann, sind allerdings aufgrund des zuvor durchgeführten Richtens der Welle 1 im weichen Zustand derselben nur geringe Kräfte erforderlich, da die Geometrie der Welle 1 sehr viel näher an den vorgegebenen Form- und Lagetoleranzen liegt. Dadurch werden wiederum nur sehr geringe Spannungen in die Welle 1 eingebracht und die Wandstärke derselben kann im Bereich der Hohlräume 4 und 5 erheblich geringer sein als bei Herstellungsverfahren, bei denen kein Richten im weichen Zustand der Welle erfolgt. Dadurch wird eine erhebliche Gewichtseinsparung für die Welle 1 ermöglicht.
Das Richten der Welle 1 im harten Zustand, also die plastische Deformation derselben, und die hierfür erforderlichen Gefügeumwandlungen sind an sich bekannt und werden daher nicht näher beschrieben. Nach dem Härten der Welle 1 ist es selbstverständlich möglich, weitere Bearbeitungen an derselben durchzuführen, beispielsweise dieselbe zu schleifen.
Im Bereich der Verbindungsstelle 10 ergibt sich durch die Reibschweißung ein Spannungsverlauf, der im Inneren der Welle 1, also im Bereich der Hohlräume 4 und 5, eine höhere Spannung aufweist als an der Außenseite der Welle 1. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Welle 1 in diesem Bereich eine sehr geringe Wandstärke aufweist. Durch das beschriebene Richten der Welle 1 im weichen Zustand werden gerade an diesen Stellen eventuelle spätere Beschädigungen vermieden.
Die mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Welle 1 ist besonders gut für die Belastungsarten Umlaufbiegung und Torsion geeignet und kann insbesondere bei Getrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Selbstverständlich lässt sich das Verfahren jedoch auch bei Wellen für andere Einsatzzwecke anwenden, bei denen sich ähnliche Probleme bezüglich des Einbringens von Spannungen beim Richten ergeben.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer gehärteten Welle, insbesondere zur Verwendung in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden Verfahrensschritten: – Die Welle wird an ihrer Außenkontur und/oder ihrer Innenkontur spanend und/oder spanlos bearbeitet, – die Welle wird aufgekohlt, – die Welle wird einsatzgehärtet, wobei die Welle aufgeheizt und anschließend abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Welle (1) nach dem Aufkohlen abgekühlt und gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) vor dem Aufkohlen geglüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) vor dem Glühen und/oder vor der spanenden und/oder spanlosen Bearbeitung und/oder vor dem Aufkohlen aus wenigstens zwei Wellenteilen (2,3) durch Reibschweißen verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens eines der beiden Wellenteile (2,3) vor dem Reibschweißen ein Hohlraum (4,5) zur Gewichtsreduzierung der Welle (1) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) in dem Bereich des wenigstens einen Hohlraums (4,5) eine geringe Wandstärke aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) nach dem Aufkohlen auf eine Genauigkeit von 0.05 mm gerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) nach dem Einsatzhärten nochmals gerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der spanenden und/oder spanlosen Bearbeitung der Welle (1) wenigstens eine Verzahnung (8,9) in die Welle eingebracht wird.