DE1583329B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhoehung der Torsionsdauerfestigkeit induktiv gehaerteter Kurbelwellen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erhoehung der Torsionsdauerfestigkeit induktiv gehaerteter KurbelwellenInfo
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Description
1 2
Die Erfindung bezieht sich auf das induktive tung auf die Öllochbohrung zu in ihrer Stärke stetig
Härten von Kurbelwellen, insbesondere aber auf ein zunimmt. Nach einem bevorzugten Merkmal der
Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen die Erfindung wird die Oberflächenhärteschicht in Rich-
Torsionsdauerfestigkeit induktiv gehärteter Kurbel- tung auf die Öllochbohrung zu derart verstärkt, daß
wellen erhöht werden kann. 5 die Innenfläche der Öllochbohrung durchgehend mit
Es ist bereits seit langem bekannt, zur Verbesse- einer Härteschicht versehen ist.
rung der Verschleißfestigkeit die Oberflächen der Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Innenfläche
Lagerstellen, d. h. der Hub- und Mittellagerzapfen der Öllochbohrung lediglich bis zu einer Tiefe des
an Kurbelwellen mit einer Härteschicht zu versehen. Ölloches induktiv zu härten, die kleiner als der halbe
Für diese Zwecke wird derzeit fast ausschließlich das io Zapfendurchmesser ist.
induktive Härteverfahren angewandt. Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Ver-
Es sind weiterhin induktiv gehärtete Kurbelwellen fahren soll vorteilhafterweise eine Vorrichtung angebekanntgeworden,
deren Härteschichten sich nicht wandt werden mit zwei bei der Härtung der Kurbelüber
die in erhöhtem Maße auf Verschleiß bean- welle nacheinander wirksam werdenden Induktoren
spruchten Lagerflächen erstrecken, sondern bei 15 unterschiedlicher Breite. Beide Heizschleifen bzw.
denen die Härteschichten sich in Hohlkehlen zwi- Induktoren sind bezüglich elektrischer Leistung,
sehen Lagerzapfen und Wangen hinein und sogar Frequenz und Heizdauer unabhängig voneinander
darüber hinaus bis in den sogenannten Anlaufbund- steuerbar.
bereich hinein erstrecken. Solche Härteschichten ver- An Hand der Abb. 1 bis 4 soll die Erfindung
leihen den Kurbelwellen eine stark erhöhte Dauer- 20 näher erläutert werden,
biegefestigkeit. A b b. 1 und 2 zeigen jeweils das Hublager einer
Die in dieser Weise induktiv gehärteten Kurbel- Kurbelwelle, das mit unterschiedlichen Härteschich-
wellen haben sich in der Praxis gut bewährt; denn ten versehen ist;
es ist dadurch gelungen, die derart gehärteten, an- A b b. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur
sonsten aber unveränderten Kurbelwellen für Motore 25 Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren; in
wesentlich höherer Leistung zu verwenden, als dies A b b. 4 ist als Diagramm die zeitlich beispielsweise
mit gehärteten Kurbelwellen möglich gewesen wäre. den Induktoren zugeführte elektrische Leistung auf-
Insbesondere durch die Mithärtung der Hohlkehlen gezeigt.
ist eine Erhöhung der Dauerbiegefestigkeit an Kur- In Abb. 1 ist das Teil einer Kurbelwelle zu erkenbelwellen
von etwa 80 bis 100 °/o erzielt worden. 3° nen, bei dem ein Hublager 1 mit den Kurbelwangen 2
Es hat sich nun gezeigt, daß bei derartigen in der vollständig gezeigt ist. Zu beiden Seiten des Hub-Dauerbiegefestigkeit
erheblich verbesserten Kurbel- lagers setzt die Kurbelwelle sich sodann in bekannter
wellen als kritischster Kurbelwellenteil bei Über- Weise in den Mittellagern 3 fort. Jedes Lager, d. h.
lastungen der Bereich der Öllochbohrungen an den also Mittel- und Hublager sind mit Bohrungen, so-Mittellager-
und Hublagerzapfen anzusehen ist. Bei 35 genannten Öllöchern 4 versehen, die — wie aus
unzulässig hoher statischer oder dynamischer Be- A b b. 1 ersichtlich — geradlinig oder auch schräg
anspruchung treten hier zuerst Torsionsdauerbrüche durch die Lager verlaufen können. Die Grenze zwiauf,
die wohl auf die Volumenverringerung im Be- sehen induktiv gehärtetem und ungehärtetem Bereich
reich der Öllochbohrungen zurückzuführen sind. ist in Abb. 1 durch eine gestrichelte Linie angezeigt,
Bisher ist es noch nicht möglich gewesen, die 40 d. h. daß Zone 5 induktiv gehärtet ist. Die Härte-Anfälligkeit
der induktiv hohlkehlengehärteten Kur- zone 5 zu beiden Seiten des Hublagers im Anlaufbelwellen
mit bekannten Mitteln zu verringern. Zwar bundbereich umfaßt den Bereich der Hohlkehlen
ist beispielsweise schon versucht worden, durch Er- und nimmt von dort ausgehend auf die öllochbohzeugung
einer hohen Oberflächengüte an Ölloch- rung 4 stetig zu. Die in A b b. 1 gezeigte Härtezone 5
rändern oder durch nachträgliche Kaltverfestigung 45 auf der Oberfläche des Hublagers durchsetzt das
die Ursache für die Torsionsdauerbrüche zu be- Hublager im Bereich der Öllochbohrung vollständig,
seitigen. Wenn ein solches Verfahren in der Serien- Die gesamte Innenfläche der Öllochbohrung ist demfertigung
mit dem gewünschten Erfolg durchgeführt nach oberflächengehärtet,
werden soll, ist ein zu hoher Aufwand nötig. Nicht so bei dem Hublager nach Abb. 2; dort
werden soll, ist ein zu hoher Aufwand nötig. Nicht so bei dem Hublager nach Abb. 2; dort
Auch haben Versuche, die Aufgabe durch Ver- 50 nimmt die Härtezone 5 gleichfalls zur Öllochboh-
wendung höherlegierter Stähle zu lösen, nicht den rung 4 hin stetig zu, sie dringt jedoch im Bereich
gewünschten Erfolg gezeigt, da solche Maßnahmen der Öllochbohrung nicht so tief in das Hublager ein.
zu einer Verteuerung des Erzeugnisses führen, nicht Die Innenfläche ist somit nicht auf der gesamten
nur, weil der Werkstoff selbst teurer ist, sondern da Länge der Öllochbohrung oberflächengehärtet,
auch für die Bearbeitung höhere Kosten aufzuwen- 55 In welcher Weise und mit welchen Mitteln das
den sind. neue Härteverfahren ausgeübt werden soll, ist aus
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, A b b. 3 ersichtlich. Dort sind über der induktiv zu
die Torsionsdauerfestigkeit aus schwach legierten härtenden Lageroberfläche 6, die in abgewickelter
oder unlegierten Stählen hergestellten Kurbelwellen Form gezeichnet ist, zwei Induktoren bzw. zwei Heizzu
verbessern. Sie betrifft ein Verfahren zur Er- 60 schleifen eines Induktors angeordnet. Die Heizschleihöhung
der Torsionsdauerfestigkeit von Kurbelwel- fen bzw. Induktoren 7 und 8 weisen unterschiedliche
len, deren Lagerflächen gegebenenfalls einschließlich Breite auf. Als Induktoren sind die Bauelemente 7
der Hohlkehlen zwischen Lagerzapfen und Seiten- und 8 bekanntlich dann zu bezeichnen, wenn sie
wangen induktiv gehärtet sind. mechanisch voneinander getrennt sind. Mit unter-Erfindungsgemäß
werden die Lagerzapfen von den 65 schiedlicher elektrischer Leistung, unterschiedlicher
Hohlkehlen ausgehend — erforderlichenfalls unter Frequenz zu verschiedenen Zeiten beaufschlagte
Einbeziehung derselben — mit einer solchen induktiv Heizleiter können dagegen durchaus in einem Ingehärteten
Oberflächenschicht versehen, die in Rieh- duktorgehäuse angeordnet sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird daher der Einfachheit wegen davon ausgegangen, daß es
sich bei 7 und 8 um Heizleiterschleifen handelt. Es ist aber statt dessen auch die Verwendung von zwei
Induktoren möglich.
Nach A b b. 3 sind die beiden unterschiedlichen breiten Heizleiterschleifen 7 und 8 über je einen von
Zeitgebern 9 und 10 gesteuerten Schalter 11 und 12 mit einem elektrischen Mittelfrequenzgenerator verbunden.
In den meisten Fällen jedoch werden die Heizleiterschleifen an verschiedene elektrische Generatoren
angeschlossen sein, die sich insbesondere auch durch die abgegebene Frequenz unterscheiden
können.
A b b. 4 zeigt, daß der Bereich um die öllochbohrung
4 herum zunächst vorgeheizt wird und bei Erreichen der Härtetemperatur an der Oberfläche bis
zur Erzeugung der gewünschten Erwärmungszone isotherm weitergeheizt wird. Die isotherme Heizung
kann dabei teilweise durch den zweiten Induktor erfolgen, dessen Hauptaufgabe jedoch die Oberfiächenheizung
der gesamten Lagerfläche gegebenenfalls unter Einbeziehung der Hohlkehlen ist. Die
Staffelung der Erwärmungszeiten soll dabei so erfolgen, daß ein Abschrecken aus der gemeinsamen
Wärme möglich ist.
Die Durchführung der induktiven Aufheizung der zu härtenden Oberfläche soll in der Weise vor sich
gehen, daß zunächst die schmale Heizleiterschleife 7 während der Zeitspanne ΐλ mit geringerer Leistung N1
vom Generator G beaufschlagt wird, wie dies aus dem Diagramm gemäß A b b. 4 ersichtlich ist. Nach Ablauf
der Zeit t1 wird der Schalter 11 geöffnet und der Schalter 12 geschlossen. Die Heizleiterschleife 8
wird nun während der Zeit t„ vom Generator G mit der elektrischen Leistung N2 beaufschlagt. Wenn
Leistung, Frequenz, Zeit und die Form der Heizleiterschleifen richtig gewählt gewesen sind, dann ist
nach Ablauf der Zeitspanne tx -r U die Lagefläche in
der aus der A b b. 1 oder 2 ersichtlichen Weise induktiv erhitzt, und durch Abschrecken mittels eines
flüssigen oder gasförmigen Mediums kann in an sich bekannter Weise das Härten erfolgen.
Gute Ergebnisse dürften erzielt werden, wenn die Heizleiterschleife 7 mit elektrischer Energie niedrigerer
Frequenz als Heizleiterschleife gespeist wird. Auch dann ist durchaus möglich, daß die Speisung
aus dem gleichen elektrischen Generator erfolgt; denn bei den nunmehr auch für die Abgabe höherer
Leistungen herstellbaren Wechselrichter mit Thyristoren ist die Frequenz der Ausgangsspannung in
gewissen Grenzen einfacher auf unterschiedliche Werte einstellbar als bei den bisher verwendeten
statischen oder dynamischen Mittelfrequenzgeneratoren.
Claims (5)
- Patentansprüche:L. Wärmebehandlungsverfahren zur Erhöhung der Torsionsdauerfestigkeit von Kurbelwellen, bei dem die Lagerflächen gegebenenfalls einschließlich der Hohlkehlen zwischen Lagerzapfen und Seitenwangen induktiv gehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenschicht (5) mit einer stetig von den Seitenwangen (2) zu der Öllochbohrung (4) zunehmenden Stärke induktiv auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und abgeschreckt wird.
- 2. Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhärteschicht (5) in Richtung auf die Öllochbohrung (4) zu derart verstärkt wird, daß die Innenfläche der Öllochbohrung (4) durchgehend mit einer Härteschicht versehen ist.
- 3. Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Öllochbohrung (4) bis zu einer Tiefe des Ölloches induktiv gehärtet wird, die kleiner ist als der halbe Zapfendurchmesser.
- 4. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei bei der Härtung der Kurbelwelle nacheinander wirksam werdende Induktoren (7, 8) unterschiedlicher Breite.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Heizleiterschleifen bzw. Induktoren (7, 8) bezüglich elektrischer Leistung, Frequenz und Heizdauer unabhängig voneinander steuerbar sind.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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