DE1240908B

DE1240908B - Verwendung einer gehaerteten Standardkugel zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl.

Info

Publication number: DE1240908B
Application number: DE1963D0040789
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrik Leffers
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1963-01-30
Filing date: 1963-01-30
Publication date: 1967-05-24
Also published as: GB1044566A; DK112387B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21d

Deutsche Kl.: 18 c - 9/36

Nummer: 1 240 908

Aktenzeichen: D 40789 VI a/18 c

Anmeldetag: 30. Januar 1963

Auslegetag: 24. Mai 1967

Es ist bekannt, zwei Maschinenteile durch ein Kugelgelenk miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck trägt das eine Teil einen Kopf in Form einer Kugel und das andere Teil eine Pfanne zur Aufnahme dieser Kugel. Bei der Herstellung des kugelförmigen Kopfes geht man im allgemeinen so vor, daß zunächst das Maschinenteil mit dem Kugelkopf versehen oder sogar einstückig damit ausgebildet und dann die Kugeloberfläche in die gewünschte genaue Form gebracht, insbesondere geschliffen, wird. Hierbei ist es sehr schwierig, eine genaue Kugelform zu erzielen. Kugelgelenke, bei denen es auf Präzision ankommt, sind daher teuer. Sie fanden auch nur in relativ geringem Umfang Verwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk hoher Präzision auf billigem Wege zu erzeugen.

Die Erfindung besteht in der Verwendung einer gehärteten Standardkugel, die durch eine mindestens einstündige, vorzugsweise zwei- bis fünfzehnstündige Wärmebehandlung bei etwa 130 bis 200⁰C eine bleibende Volumenvergrößerung erfahren hat, zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl.

Gehärtete Standartkugeln, z. B. Stahlkugeln nach DIN 3505, werden in großem Umfang für Kugellager produziert. Sie sind billig und von größter Präzision. Diese Kugeln sind jedoch für die meisten Anwendungsfälle von Kugelgelenken nicht als Kugelkopf brauchbar. Sie fressen nämlich trotz ihrer sauberen Oberfläche, trotz guter Schmierung, trotz ausreichenden Spiels in der Kugelpfanne und trotz Abstimmung der Wärmedehnungskoeffizienten von Kugel und Kugelpfanne nach kurzer Betriebszeit fest. Untersuchungen haben gezeigt, daß die gehärtete Standardkugel dort, wo sie einer erhöhten Temperatur ausgesetzt ist — sei es durch Reibungswärme, sei es durch sonstwo in der Maschine erzeugte Wärme —, eine Volumenvergrößerung infolge einer irreversiblen Gefügeveränderung erfährt.

Dieser Gefahr begegnet die beschriebene Wärmebehandlung. Wesentlich ist hierbei nicht nur, daß die Wärmebehandlung vor dem Einbau der Kugel in das Gelenk die Gefügeveränderung vorwegnimmt, sondern daß außerdem die damit verbundene Volumenvergrößerung so gleichmäßig erfolgt, daß die Sauberkeit und Präzision der Kugeloberfläche beibehalten bleibt. Die so behandelte Kugel verliert zwar etwas an ihrer Härte; dies ist aber von untergeordneter Bedeutung, weil in einem Kugelgelenk, im Gegensatz zu einem Kugellager, keine Kräfte durch Punktberührung übertragen werden müssen.

Im allgemeinen benötigt man Temperaturen ober-Verwendung einer gehärteten Standardkugel zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl.

Anmelder:

Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark)

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,

Franfurt/M. 1, Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:

Hans Ulrik Leffers, S0nderborg Als (Dänemark)

halb des Gefügeveränderungspunktes, der für die gebräuchlichsten Stahllegierungen für Kugellagerkugeln bei etwa 150° C liegt, in manchen Fällen aber auch 10 oder 20° C darunterliegen kann. Es ist vorteilhaft, die Wärmebehandlung bei einer Temperatur erfolgen zu lassen, die der höchsten Betriebstemperatur an der Einbaustelle entspricht. Für einen Kältemittelverdichter, dessen Kolben über ein Kugelgelenk angetrieben wird, ist eine Wärmebehandlung von etwa 200° C empfehlenswert.

Die Wärmebehandlung sollte so lange durchgeführt werden, bis sicher ist, daß bei den später auftretenden Betriebstemperaturen keine Kugelvergrößerung mehr zu befürchten ist. Diese Behandlungszeit läßt sich leicht durch Versuche ermitteln.

Die genauen Ursachen der Größenveränderung sind noch nicht bekannt. Es steht aber zu vermuten, daß in den Kugeln geringe Mengen Austenit vorhanden sind, die sich in Martensit umwandeln. Am besten ist es daher, wenn die Behandlung so lange fortgesetzt wird, bis die Kugel vollständig aus Martensit besteht, obwohl es auch genügen kann, wenn eine ausreichend dicke Schale der Kugel in dieses Material umgewandelt worden ist. Wenn die Kugel nach der Wärmebehandlung ihre endgültige Größe erreicht hat, kann man die Kugelpfanne entsprechend dieser Kugelgröße ausgestalten. Insbesondere wird sich gegenüber der genormten Standardkugel eine Volumenvergrößerung von mindestens 0,25% ergeben. Die damit verbundene Durchmesservergrößerung liegt im allgemeinen außerhalb der für Kugellagerkugeln zulässigen Toleranzen.

Um eine gleichmäßige und intensive Wärmebehandlung zu erhalten, kann man die Kugeln im Ölbad erwärmen. Wenn man die Kugel vor der

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Wärmebehandlung mit der Pleuelstange oder einem anderen Maschinenteil verschweißt, kann man durch die Erwärmung gleichzeitig die Schweißspannungen ausgleichen. Wenn man die Kugel nach der Wärmebehandlung mit der Pleuelstange oder dem anderen Maschinenteil verschweißt, ist sichergestellt, daß das Wachstum der Kugel infolge der Gefügeveränderung an allen Stellen absolut gleichmäßig ist.

Das hier für Kugelgelenke beschriebene Problem tritt auch in anderen Zusammenhängen auf. Ein typisches Beispiel ist die Anwendung eines kugelförmigen Kolbens, der mit seiner Pleuelstange starr verbunden ist, in einem Verdichter oder einer Pumpe. Auch hier kann man eine gehärtete Standardkugel, bei der gegebenenfalls eine Kalotte an der Stirnfläche abgeschnitten oder abgeschliffen ist, verwenden, wenn der Zylinderdurchmesser dem Kugeldurchmesser nach der Wärmebehandlung angepaßt ist.

In der Zeichnung sind zwei Anwendungsfälle für die erfindungsgemäß hergestellten Kugeln veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 einen Verdichter, dessen Kolben von der Pleuelstange über ein Kugelgelenk angetrieben ist, und

F i g. 2 einen Verdichter, der einen kugelförmigen Kolben besitzt.

In F i g. 1 treibt die Kurbelwelle 1 über den Kurbelzapfen 2, das Pleuelauge 3, die Pleuelstange 4 und das aus Kugelkopf 5 und Kugelpfanne 6 bestehende Kugelgelenk den Kolben 7 im Zylinder 8 hin und her, der durch die übliche Anordnung von Ventilplatte 9 und Ventildeckel 10 abgeschlossen ist.

In F i g. 2 wird der Kurbelzapfen 11 mit seinem Mittelpunkt auf dem Kreis 12 bewegt und treibt dabei über das Pleuelauge 13 und die Pleuelstange 14 den fest damit verbundenen Kolben 15 im Zylinder 16 hin und her, der durch die übliche Anordnung von Ventilplatte 17 und Ventildeckel 18 abgeschlossen ist. Der Kolben 15 besteht aus einer Kugel, bei der die Kalotte 19 abgeschnitten oder abgeschliffen ist.

In beiden Fällen sei angenommen, daß es sich um einen Kältemittelverdichter handelt, dessen Zylinder im Betrieb Temperaturen in der Größenordnung von knapp 200° C annimmt. Die beiden Kugeln 5 und 15 sind gehärtete Stahlkugeln mit einer Legierungszusammensetzung Nr. 100 CR 6, die der DIN-Norm 3505 entspricht. Sie wurden beide vor dem Verschweißen mit der Pleuelstange 4 bzw. 14 und vor Abnahme der Kugelkalotten 19 12 Stunden lang in einem Ölbad auf 200⁰C erhitzt. Die Durchmesser der Kugelpfanne 6 bzw. des Zylinders 16 sind den durch die Wärmebehandlung gewachsenen Kugeln angepaßt.

Als Beispiel sei erwähnt, daß eine Kugel mit einem Durchmesser von 16 mm bei zwölfstündiger Behandlung bei einer Temperatur von 200° C einen Durchmesserzuwachs von 8 μ erfährt. Eine in gleicher Weise behandelte Kugel mit einem Durchmesser von 22 mm brachte einen Zuwachs von 21 μ. Das bedeutet einen prozentualen Volumenzuwachs von

ίο 0,30 bzw. 0,57 Prozent.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer gehärteten Standardkugel, die durch eine mindestens einstündige, vorzugsweise zwei- bis fünfzehnstündige Wärmebehandlung bei 130 bis 200° C eine bleibende Volumenvergrößerung erfahren hat, zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl.

2. Verfahren zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel so lange der Wärmebehandlung ausgesetzt wird, bis sie gegenüber der genormten Standardkugel eine Volumenvergrößerung von mindestens 0,25% besitzt.

3. Verfahren zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel so lange der Wärmebehandlung ausgesetzt wird, bis die Kugel vollständig aus Martensit besteht.

4. Verfahren zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl. zum Einbau in eine Stelle mit vorgegebener Betriebstemperatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur erfolgt, die der höchsten Betriebstemperatur an der Einbaustelle entspricht.

5. Verfahren zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl. nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel im Ölbad erwärmt wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl. nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel vor ihrer Wärmebehandlung mit der Pleuelstange oder einem anderen Maschinenteil verschweißt wird.

7. Verfahren zur Herstellung von Kugelgelenken u. dgl. nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel nach ihrer Wärmebehandlung mit der Pleuelstange oder einem anderen Maschinenteil verschweißt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen