DE2138599C2

DE2138599C2 - Verfahren zum Oberflächenhärten von Kurbelwellen für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2138599C2
Application number: DE19712138599
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Phys. Dr. 7251 Höfingen Hörnig; Wolfgang Dipl.-Ing. 7051 Beinstein Sieder
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1971-08-02
Filing date: 1971-08-02
Publication date: 1983-02-03
Also published as: GB1395419A; FR2148188B1; FR2148188A1; DE2138599A1

Description

Die Erfindung betii.^ ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Kurbelwellen für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-PS12 84 SiI als bekannt hervorgeht.

Es besteht der Wunsch, die Werkstofiestigkeit an den Zapfen von Kurbelweilen und im Bereich der abgerundeten Obergänge zu den Wangen zu erhöhen, wobei die entstehenden Verzüge anteilig herausgerichtet und herausgeschliffen werden sollen. Diesem Ziel dienen bereits bekannte Verfahren, von weHiem bei einem die an den Obergängen befindlichen Hohlkehlen gehärtet werden, wobei die Härte in aen Hohlkehlen in der Größenordnung der Laufflächenhärte eingestellt wird. Weiterhin wire* Gas- oder Badnitrierung, neuerdings auch lonnitrierung sowie Kaltverfestigung der Obergänge durch Rollen angewendet. D·«· zuerst genannten beiden Verfahren eignen sich in hen^orjagender Weise zur Dauerfestigkeitssteigerung iri aen Obergängen «nd zur Verschleißminderung der Laufflächen von Kurbelwellen, v/enn diese nach der Behandlung praktisch verzugsfrei sind und nicht mehr nachgerichtet zu werden brauchen.

Ein derartiges Nachrichten ist aber bei Kurbelwellen nicht zu umgehen, weii die angewandten relativ hohen Temperaturen Eigenspannungen in der Kurbelwelle auslösen. Der dadurch eintretende Verzug erfordert einen Richtvorgang, der häufig entweder zu Anrissen oder zu einem Dauerfestigkeitsabfaii unter den Wert der unbehandelten Welle an der Stelle der plastischen Richtverformung führt Die gewöhnliche Übergangshärtung kann dehalb nur dort eingesetzt werden, wo nicht gerichtet wird, z. B. bei Übergangsabrundungen, die am Wellenende liegen, wie es ja auch bei Kurbel weilen der Fa" ist

Die Bad- und besonders die Gasnitrierung ist wegen der langen Verweilzeiten der Bauteile im Bad bzw. im Ofen sehr aufwendig und für eine Großserienfertigung nicht ohne weiteres geeignet, zumal dabei ein nachträgliches Richten durch plastische Verformung in den Übergangsbögen wegen der Rißgefahr ebenfalls nicht möglich ist

Die eingangs erwähnte Veröffentlichung weist darauf hin, daß nach einer Induktionsh|rtung von Kurbelwellenzapfen ein3Richtenv;der Kurbejweijen durchwdas HäHebild in ^n'iH^Ikl^^nläüi^fst'sch^i^gJistllEs wird deswegen in dieser Druckschrift ein Härteverfahren durch zweimaliges Härten vorgeschlagen, das die Wirkung hat, die Zapfenoberflächen bis zu einer größeren Tiefe und mit einem höheren Härtegrad als die Hohlkehlen zu härten. Und zwar wird bei der ersten Härtung eine Nitrierhärtung unter weitgehender Vermeidung der dem Nitrierprozeß anhaftenden Nachteile angewandt während die zweite, lediglich die Laufflächen erfassende Härtung induktiv erfolgt Nachteilig an diesem zweistufigen Härteverfahren ist jedoch, daß die auch hier unvermeidlich auftretenden Verzüge beim nachträglichen Richten häufig zu Rißbildungen

ίο führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Härteverfahren dahingehend auszugestalten, daß ein Nachrichten ohne Beeinträchtigung der erforderlichen Dauerfestigkeit möglich ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst

Zweckmäßigerweise kann die Kurbelwelle ohne zwischengeschaltetes Anlassen gerichtet werden. Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfühningsbeispielen in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten der Erfindung entnommen werde können.

Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Teil der Oberfläche einer Kurbelwelle an der Hubzapfenunterseite, bei der die Härtezone und die Oberflächeniiärte schematisch dargestellt sind, wie diese durch ein entsprechendes Härteverfahren erreicht werden können, das sich aber in der Serienfertigung nicht bewähren konnte;

Fig.2 in gleicher Weise die Darstellung von Härtezone und Obertlächenhärte mit dem Unterschied, daß hier die Härtung über das Ende der Abrundung hinausreicht und die Oberflächenhärte der Lauffläche mindestens bis zur Hälfte der Abrundung etwa gleich groß ist wie die der Hohlkehlen, aber insgesamt niedriger als die der Laufflächen von F i g. 1;

F i g. 3 ebenfalls in schematischer Darstellung Härtezone und Oberflächenhäte als Ergebnis der erfindungsgemäßen Doppelhärtung.

Bei dieser Darstellung gibt jeweils die gezeigte Härtezone 1 die Tiefe der Härtung dip Kontur 6,7,8,11 die Gröle der Oberflächenhärt^ über ier Lauffläche 4 und den Hohlkehlen 3 bzw. noch darüber hinaus, gezeichnet z. B. für die Unterseite eines Hubzapfens, an.

Es ist üblich, Laufflächen 4 und Hohlkehlen 3 von Kurbelwellen so zu härten, daß die Härtezone 1 einen schaleniönnigen Verlauf aufweisi, wobei zwar die auslaufenden Enden 2 etwa bis zum Ende der Hohlkehlen 3 oder über diese hinausreichen können, aber bei annähernd der relativ hohen Laufflächenhärte (ζ. B. 53—59 Rockwell) auch in der Hohlkehle selbst Wegen der hohen Hohlkehlenhärte konnte bei letzterer jedoch nicht nachgerichtet werden.

Weiterhin wurde versucht etwa wie in F i g. 1 dargestellt ist, zu härten, so daß die Härtezone noch in der Hohlkehle oder mit derselben flach ausläuft, so daß bei einer Laufflächenhärte von z. B. 53—59 Rockwell in

Huiiikciüciiiiniic 5 eine Ruckweühärie vuii δ. B. nur

41—48 Rockwell entsteht Dieses Verfahren erlaubte zwar begrenzte Richi. perationen, konnte aber in der Serienfertigung wegen erforderlicher enger Zapfenmaßtoleranzen nicht eingesetzt werden. ^,OemgegeiiüiaeT'^iysicH^^Errihäung auf Härtever-

65j|aiifen i bezienen, iilie den in den F i g. 2 und 3 dargestellten Härtungsverlauf ergeben.

Nach F i g. 2 soll die Härtetiefe i in der Lauffläche 4 und in der Hohlkehle 3 bis über den Strahl 5 hinaus etwa

gleichmäßig verlaufen, so daß die Härtezone erst nach Durchlaufen der Hohlkehle ausläuft Ein nicht zu großer Unterschied zwischen der Härtetiefe auf der Mitte der Lauffläche 4 und der auf der Mitte 5 der Hohlkehle 3 ist dabei zulässig. Die Größe der Oberflächenhärte ist mit z. B. 41 —48 Rockwelleinheiten einheitlich für Lauffläche und Hohlkehle mindestens bis zum Strahl 5. Danach fällt die Rockwellhärte allmählich auf die Höhe der Vergütungsfestigkeit ab. Dieses in Fig.2 dargestellte Härtebild kann z. B. mit Hilfe von geeigneten Induktoren und durch nachträgliches genügend hohes Anlassen der Kurbelwelle erzeugt werden.

Bei der in Fig.3 dargestellten Härtung ist die Härtetiefe über die Lauffläche 4 und die Hohlkehlen 3 gleich wie bei F ig. 2 verteilt Drr angestrebte Rockwellhärteverlauf jedoch erfordert in & I auffläche 4 die höhere Härte 8 von z. B. 53—59 Rcv^welleinheiten, während für die Hohlkehle selbst ~-~n b«-- eich des Strahls 5 nur z. B. 41 —48 Rockwell^·*«; . erwünscht sind. Der Obergang von der höher" ^; cutfiäehenhärte 8 von z. B. 53—5S RockweiMnh ;Iicr zur niedrigen Hohlkehlenhärte 7 von z. B. « - ■ 48 Rockwelleinheiten könnte im Idealfall etwa dem gestrichelten Verlauf II' entsprechen, in der Praxis kommt jedcch ein solcher entsprechend der Linie 11 durch die Anlaß wirkung zustande. Das Hartebild entsprechend Fig.3 wird durch Doppelhärtung erreicht, wobei beide Hänevorgänge so abgestimmt sein müssen, daß im Endzustand das gewünschte Härtebild entsteht; sowie der Übergang 11 in der Rockwellhärte über der Vergütungsfestigkeit des Grundmaterials und die zugehörige Dauerwechselfestigkeit über dem Beanspruchungswert an dieser Stelle liegen müssen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere bei Kurbelwellen anwenden, die in der Großserie in großer Stückzahl hergestellt werden. Mit der Erfindung !äßt sich mit relativ einfachen Mitteln eine Dauerfestigkeitssteigerung herbeiführen, ohne daß die Wellen in ihren Abmessungen geändert zu werden brauchen. Darüber hinaus können Wellen, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, gewichts- und volumenmäßig leichter dimensioniert werden.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind besonders gut deshalb zur Anwendung bei Kurbelwellen geeignet, weil diese nach der Härtung gerichtet werden können. Bei bisher bekannten Verfahren führte das Richten entweder zu Anrissen oder zu einem Dauerfestigkeitsabfall unter den Wert der unbehandelten Welle. Diese Nachteile werden vermieden, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung angewendet wird. Die Laufflächen 4 der Wellen sind nach der Behandlung ausreichend hart, um Lagerverschleiß genügend Widerstand entgegenzusetzen.

Durch den in Fi g. 2 und F i g. 3 dargestellten Verlauf der Härtetieft.· in den Hohlkehlen in Verbindung mit der in Hohlkehlenmitte eingestellten RoLÄwellhärte von etwa 41 —48 wird erreicht, daß ein Teil de> entstehenden Verzugs herausgerichtet und der Rest hersusgeschliffen werden kann. Infolgedessen stellen die Fi g. 1 bis 3 den Zustand vor dem Fertigschleifen dar.
Die Gn>-3e der Steigerung der Dauerfestigkeit in den Hohlkehlen ist bei der durch die erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Oberflächenhärte allerdings abhängig davon, ob und in welchem Umfange eine Richtverformung notwendig war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Verfahren zur Oberflächenhärtung von Kurbelwellen für Kraftfahrzeuge durch zweimaliges Härten der Lagersteilen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Induktionshärtung sowohl die zyiindrischen Laufflächen des Zapfens als auch die Hohlkehlen gehärtet werden, bei der zweiten Induktionshärtung nur die Härte der zylindrischen Laufflächen gesteigert wird, während durch die ÄniaBwirfcung des Wärmefiusses die Härte im Ubergangsbereich zwischen Laufflächen und Hohlkehlen vermindert wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle ohne zwischengeschaltetes Anlassen gerichtet wird.