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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen,
bei dem geschmiedete oder gegossene Teile der Kurbelwell in vorbereitetem Zustand
miteinander verschweißt werden. Es ist an sich bekannt, vorbereitete Teile einer
Kurbelwelle, di vorzugsweise aus einer Wange und zwei halben Zapfen bestehen, so
zusammenzuschweißen, daß sich eine Kurbelwelle mit der gewünschten Kurbelstellung
ergibt. Sofern man hierbei die Gassehmelzschweißung oder die elektrische Lichtbogenschweißung
angewandt t> CD
hat, ergaben sich, wie die Erfahrung gezeigt hat, keine'brauch-C>
baren Ergebnisse. Man hat daher der elektrischen Abbrennstumpfschweißung den Vorzug
gegeben. Mittels der elektrischen Abbrennstumpfschweißung gusammengefügte Kurbelwellenteile
ergaben brauchbare Kurbelwellen. Das Verfahren hat sich aber in breiter Front nicht
durchgesetzt, weil erhebliche Schwierigkeiten und Nachteile mit ihm verbunden waren.
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Besonders bei großen Kurbelwellen ist das Ausrichten der einzelnen
Kurbelwellenteile vor dem Abbrennstumpfachweißen sehr zeit--raubend. Auch
bei einer sehr genauen und daher aufwendigen und einem ho-hen Verschleiß unterliegenden
Führung in der Schweißmaschine entstehen beim Stauchen Abweichungen von der Mittelachse,
die nur durch ein hohes Aufmaß auf den Kurbelwellenteilen ausgeglichen
werden
können, was sehr kostspielig bei der Fertigverarbeitung der geschweißten Kurbelwelle
ist.
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Mit Rücksicht auf die Einhaltung der Längentoleranzen wird bei den
modernen Maschinen auf Anschlag gestaucht, was aber zur Vermeidung von Schweißfehlern
nur in einem gewissen Umfange möglich ist; Längendi-&,renzen von 0,5
bis 1 mm sind unvermeidbar, bedingen aber durch die Summe der vielen
zu einer Kurbelwelle gehörenden Schweißverbindungen erhebliche Aufmaße an beiden
Seiten der Kurbelwellenwangen, was die Fertigbearbeitung der geschweißten Welle
ebenfalls verteuert.
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Ein Nachteil bei der Herstellung einer stumpfgeachweißten Kurbelwelle
besteht darin, daß in den zu verschweißenden Zapfen größere Bohrungen für das Abbrennen
und den Austritt der Schlacke vorgesehen werden müssen und daß für die Beseitigung
des Grates diese Bohrungen nach CD C>
beiden Seiten offen sein müssen. Diese
Bohrungen müssen bei der f,#--bi--.,en .-,urbelwelle dicht verschlossen werdeng
da sie zum Ölkreis-C3 lauf dienen.
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Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß das Verfahren des Abbrennstumpfschweißens
mit Rücksicht auf die Größe der Maschine und deren schwierige Handhabung nur bis
zu Querschnitten von oa. 50.000m? anwendbar ist und selbst in diesem Bereich
die Maschine durch die erforderlichen-Stauchkräfte und die stoßartige elektrische
Leistung so aufwendig wird, daß die Wirtschaftlichkeit in Fragertellt ist.
Gemäß
der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen vorgeschlagen,
bei dem die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten und Nachteile vermieden sind.
Die Erfindung besteht darin, daß die Teile der Kurbelwelle bereits vor dem Schweißen
in ihrer endgültigen Stellung zusammengefügt werden, und daß die zusammengefügten
Teile mit Hilfe des Elektronenstrahlschweißverfahrens miteinander verschweißt
werden.
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Bei der erfindungegemäßen Anwendung den Blektronenstrahlschweißverfahrene
können also die Kurbelwellenteile vor dem Schweißen zusammengefügt werden. Dabei
erfolgt -die Zusammenfügung der Teile der Kurbelwelle zweckmäßi g unter Zuhilfenahme
einer cegenseitigen Zentrierung. Durch diese Zentrierung in Verbindung mit dem Elektranenstrahlachweißverfahren
wird es möglich, die einzelnen Kurbelwellenteile vor dem Schweißen bis auf das Schleifaufmaß
auf den Zapfen und auch auf den seitlichen Anlaufbunden in großen Fertigungs aerien
vorzubearbeiten, was eine erhebliche Verbilligung bei der mechaniachen Fertigbearbeitung
gegenüber dem Stumpfschweißverfahren bedeutet.
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Gemäß einen weiteren Gedanken zur Ausgestaltung der Erfindung sollen
die Zentrierungen der Kurbelwellenteile als Kuppelglieder für die im Zapfen zentral
-angeordneten Ölführungsbohrungen dienen. So ausgebildete Zapfen haben ferner den
Vorteil, daß die Schweiß-naht nicht bis in die Bohrung den Zapfens geht und damit
die Bohrung, die zur Führung den Schmierkreislaufes dient, immer sauber bleibt.-Es
soll hier noch erwähnt werden, daß es bei Anwendung des Verfahrens möglie
istg
die zentrale Bohrung so klein zu halteng wie es zur Führung einer ausreichenden
Ölmenge notwendig ist. Beim Stumpfaohweißverfahren war dies nicht möglich, weil
die Bohrung mit Rücksicht auf den Abbrennvorgang und die Bildung eines Stauchgraten
eine Mindestgröße haben mußte. Beim Anfahren einer Maschine nach längerem Stillstand
sind große Bohrungen in den Kurbelwellenzapfen nachteilig, weil diese sich erst
mit Öl füllen müssen, ehe sich der gewünschte Öldruck im Schmierkreialauf
aufbauen kann.
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Die Ölführungsbohrungen der Kurbelwelle können als Sackbohrung vor
dem Zusammenfügen der Teile der Kurbelwelle gebohrt werden. An den Stellen, an weichen
die radialen Schmierölbohrungen in die azialen Ölbohrungen der Kurbelwellenzapfen
münden, erhält die aiiale Bohrung zweckmäßig eine Verengung. Hierdurch wird verhindert,
daß bei Stillstand der Maschine die durch die Zentrifugalwirkung in den Bohrungen
aungeschleuderten Schmutzteilchen in die Lagerstellen gelangen.
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Der Schmierölumlauf verläuft über die Grundlager zu den Hublagerzapfen;
dazu werden die Schmierölbohrungen der Hub- und Grundlager mittels schräge durch
die Wangen laufende Ölbohrungen verbunden.
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Bei Anwendung des erfindungBgemäßen Verfahrene können die Ölbohrungen
aus dem gefährlichen Bereich der Kurbelwellenhohlkehlen verlegt und durch senkrechte
in der Mittelzone der Wangen verlaufende Ölbohrungen ersetzt werden. Das gesamte
Ölkanalsystem kann vor dem Zusam-
menschweißen der Kurbelwellenteile bearbeitet
und absolut sauber gereinigt werden, wodurch gegenüber der heutigen Methode eine
enorme
Verbilligung und technische Verbesserung erzielt werden.
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Gemäß der Urfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Kurbelwellenzapfen
vor dem Zusammenfügen zu härten. Als Werkstoff für die verschiedenen Teile
der Kurbelwelle, insbesondere für die Enden derselben, kann ein anderer Werkstoff
gewählt werden, als er für die Zapfen erforderlich ist. So ist es auch möglich,
daß die Kurbelwelle unmittelbar mit einem Sehwungrad oder-Schwingungsdämpfer
zusammenge-
schweißt wird. Die Wangen der Kurbelwelle können beim Schmieden
mit Gegengewichten versehen werden und im übrigen alle Pormen erhalten, welche beim
Schmieden einer kompletten Kurbelwelle nicht zu beherrschen sindg z.B. können auch
Ansätze und Gegengewichte dort angebracht werden, wo bei der Bearbeitung einer kompletten
Kurbelwelle kein Durchgang für das Werkzeug beim Bohren der Schmierlöcher vorhanden
ist. Damit kann eine elektronenstrahlgeschweißte Welle so konstruiert werden, daß
die statische und dynamische Unwucht ohne nachträgliches Auswuchten in zulässigen
Grenzen liegt.
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Das Zusammenfügen der Teile der Kurbelwelle vor dem Schweißen kann
durch Pressen, Kleben, Schrumpfen, Spannen od.dgl. erfolgen.
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In ebenso vorteilhafter Weise läßt-sich das erfindungegemäße Verfahren
für die Neuherstellung einer Kurbelwelle wie auch für die Reparatur einer Kurbelwelle
anwenden. Bei der Reparatur -einer Kurbelwelle werden die schadhaften oder fehlerhaften
Hübeherausgeschnitten und nach Drehen entsprechender Zentrierungen durch Einschweißen
neuer ersetzt.
In der Zeichnung sind Teile einer Kurbelwelle, die
zur Anwendung des Elektronenstrahlachweißverfahrens hergerichtet sind, beispieleweise
dargestellt.
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Die Abb. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine
zusammenge-
schweißte Kurbelwelle.
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Die Abb. 2 zeigt eine Kurbelwange mit zwei halben Zapfen im Längsschnitt.
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Die Abb. 3 zeigt in einem gegenüber der Abb. 2.größeren Maßstab
die Verbindungsstelle zweier Zapfenteile.
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Die Kurbelwelle 1 besteht aus mehreren Teilen 2, die aus einer
Wange 3 und aus auf gegenUberliegenden Seiten der Wange um den Kurbelhub
versetzt angeordneten halben Kurbelzapfen 4 und 5 bestehen. Die Endteile
der Kurbelwelle können eine von den übrigen Teilen unterschiedliche Form haben.
So ist das Endteil 6 als Schwungscheibe ausgebildet, während das Endteil
7 einen ganzen Lagerzapfen 8 aufweist.
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In Abb. 2 ist eine Kurbelwange 3 mit zwei halben Zapfen 4 und
5 in einem größeren Maßstab dargestellt. Die halben Kurbelzapfen 4 und
5 sind in den Bereichen 9 und 10 oberflächengehärtät. In der
Kurbelwange 3 und den Kurbelzapfen 4 und 5 sind winklig zueinander
angeordnete Schmierölbohrungen 11, 12 und 13 miteinander verbunden.
Die
Schzierölbohrungen sind als Sackbohrungen ausgeführt. Das offene
Ende der Bohrung 12 in der Kurbelwange 3 ist mit einem Stift 14 verschlossen.
Die Schmierölbohrung 11 des Zapfens 4 mündet in der Nähe der Stirnfläche
15 in eine zentrale Zentrierbohrung 16. Die Stirnseite 17 des
Zapfens 5 hat in der Mitte einen die Schmierölbohrung 13 umgebenden
Zentrierbund 18, der in Verbindung mit einer Zentrierbohrung des benachbarten
Kurbelwellenteiles eine genaue Zentrierung beider Teile ermöglicht und gleichzeitig
als Kuppelglied für die Schmierölbohrungen zwgier benachbarter Teile dient.
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In Abb. 3 ist die Verbindung zweier benachbarter Teile in einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Ein Zapfenteil 19
ist mittels
eines Zentrierbundes 20 mit einem Zapfenteil 21 zusammengeftigt. Beide Zapfenteile
sind von einer zentralen Schmierölbohrung 22 durchsetzt, die in Bereich des Zentrierburdes
20 eine Verengung 23 aufweist. Von der Verengung 23 führt eine-in
der Trennfuge 25 liegende radiale Schmierölbohrung 24 zur Oberfläche
26
den Kurbelwellenzapfenn.
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Es versteht sich, daß sich die Erfindung nicht auf die dargestellte
Ausführungsform besehränkt..En steht im Ermessen des Fachmannes, die verschiedensten
bekannten Zentrierungearten zu verwenden sowie die Gestaltung der Kurbelwelle mit
den Anordnungen der Schmierölbohrungen den gegebenen Anforderungen anzupassene Das
Zusammenfügen der Kurbelwellenteile geschieht zweckmäßig in einer Vorrichtung, durch
die die Teile in die gewünschte Winkelstellung
zueinander gebracht
werden. Die gewünschte Winkelstellung kann durch Pressen, Kleben; Schrumpfen, Spannen
oder dergl. fixiert werden. Zu diesem Zweck können auch einfache Vorrichtungen,
die eine Veränderung der Winkelstellung der Teile zueinander verhindern, vorteilhaft
angewendet werden. Je nachdem, welches Mittel zur Anwendung gelangt, können die
Teile vor oder auch noch nach dem Zusammen-
fügen ausgerichtet werden. Die
ausgerichteten und zusammengefügten Teile können dann solange gelagert werden, bis
sie in einer Elektronenstrahlachweißmaschine verschweißt werden. Dadurch werden
Leerlaufzeiten für die'Elektronenschweißmaschine vermieden und eine wirtschaftliche
Fertigung der Kurbelwellen ermöglicht. Durch das vorherige Zusammenfügen der Teile
erreicht man ferner, daß die Aufnahmevorrichtungen für die Teile in der Schweißmaschine
selbst sehr einfach gestaltet werden können. Den Umständen nach ist es möglicherweise
vorteilhaft, zunächst zwei Teile zu einem Kurbelwellenhub zusammenzuschweißen und
danach die einzelnen Hübe zu einer Kurbelwelle zu verbinden. Für die Wahl des einen
oder anderen Verfahrens ist die Art und Größe der zur Verfügung stehenden Elektronenstrahlschweißmaschine
sowie die Lagermöglichkeit der Kurbelwellen und Kurbelwellenteile maßgebend.