DE2815925A1 - Verfahren zum regenerieren der oberflaechen von kurbelwellen und vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Regenerieren der Oberflächen von Kurbelwellen und
• Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren der Oberflächen von Kurbelwellen mit Überprüfen der beschädigten Oberfläche und Bestimmen der zu regenerierenden Oberflächenabschnitte, mit Aufschweißen von Material auf die beschädigten Oberflächenabschnitte und mit anschließendem Schleifen der regenerierten Oberflächenabschnitte auf Maß.
• In Verbrennungskraftmaschinen gehören die Kurbelwellen zu den am stärksten belasteten Teilen. Trotz der Fortschritte auf dem Gebiet ihrer Herstellung treten an ihren Kurbel- und Lagerzapfen immer wieder Oberflächenschäden auf. Es handelt sich um normalen Abrieb, der zu starkem Untermaß führt, oder sogar um Risse. Besonders solche Rissen müssen schnell beseitigt werden. Anderenfalls besteht die Gefahr, daß die Kurbelwelle insgesamt und unter Umständen auch der ganze Motor zerstört wird.
• Die Kurbelwelle stellt in der Regel den teuersten Motorteil dar.
• Daher wurden schon zahlreiche Verfahren zu ihrer Überholung und zum Regenerieren ihrer beschädigten Oberfläche entwickelt.
• Ein bekanntes Verfahren ist das Hartverchromen. Das Hartverchromen hat den Nachteil, daß nur dünne Chromschichten aufgetragen werden können. Bei zu starkem Auftrag besteht die Gefahr, daß die harten und spröden Schichten abblättern. Auch ist die Dauerwechselfestigkeit gering. Kurbelwellen mit tiefen Rissen und starkem Verschleiß lassen sich daher nicht durch Hartverchromen regenerieren.
• in zweites bekanntes Regenerationsverfahren ist das Metallspritzen. Die Gefahr von Sprödbruch wie beim Hartverchromen besteht nicht. Jedoch liegt die Scherfestigkeit sehr niedrig. Daher muß die Kurbelwelle vor dem Aufspritzen sehr sorgfältig vorbereitet werden. Trotzdem brechen die regenerierten Flächen bei hoher Belastung häufig aus und die Kurbelwelle wird erneut unbrauchbar.
• Als drittes Regenerationsverfahren hat sich das Schweißen unter Schutzgas herausgestellt. In der Praxis, besonders in den USA, wird es jedoch überwiegend zum Regenerieren von Kurbelwellen aus Guß und aus ungehärtetem Stahl verwendet. Die sich bei diesem Schweißverfahren ergebende geringe Härte ist daher ohne Bedeutung.
• Daher verbleibt ie Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich die beschädigten Oberflächen von Kurbelwellen so regenerieren lassen, daß sich das Regenerationsverfahren selbst einfach und schnell durchführen läßt und trotzdem eine Oberfläche entsteht, die hohe Scher- und Dauerwechselfestigkeit, eine ausreichende Härte und genügend hohe Rißsicherheit aufweist. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß ein Schweißdraht nach dem Unterpulverschweißverfahren unter vollständiger Schlackenabdeckung mit einem Lichtbogen auf die zu regenerierenden Abschnitte aufgetragen, die regenerierten Abschnitte anschließend durch Aufheizen auf eine Temperatur in der Größenordnung von zirka 5000 C und anschließendes langsames Abkühlen entspannt und die regenerierten Flächen darauf auf Maß geschliffen werden. Mit diesem Verfahren ergibt sich eine absolut riß- und porenfreie Oberfläche mit ausreichender Härte. Im Normalfall beträgt diese Härte HRc 45-55. Die auf die Zapfen aufgeschweißten Laufflächen weisen ausgezeichnete Werkstoffeigenschaften mit einem Schweißfaktor von 1,0 auf. Eine Ursache hierfür liegt darin, daß das Schweißgut während des Schweißens metallurgisch gereinigt wird. Die Verhältnisse beim erfindungsgemäßen Verfahren liegen dabei ähnlich wie bei dem zum Herstellen von Edelstahl angewandten Elektroschlackeumschmelzverfahren.
• Im einzelnen ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Kurbelwelle in eine Schweißmaschine mit sich drehenden Kurbelwellenhalterungen, einem Schwei ßkopf und einer Schwei ßkopfnachführeinrichtung eingespannt wird, die Kurbelwelle in ihren Halterungen gedreht, der Schweißkopf durch die Nachführeinrichtung den sich um die Kurbelwellenachse drehenden rlad zu regenerierenden Oberfläden in konstantem engem Abstand nachgeführt und dabei Schweißmaterial aufgetragen wird. Das heißt, daß die Schweißspitze des Schweißkopfes sämtlichen Bewegungen der zu regenerierenden Zapfenoberflächen folgt. Ein Außermitteversetzen der Kurbelwelle wie bei bekannten Verfahren ist nicht mehr nötig. Damit entfallen auch sämtliche bisher benötigten Gegengewichte und deren Einstellung. Das Auftragen des Schweißmaterials aus einem konstanten Abstand ist ein weiterer Grund für die Güte des erzielten Schweißauftrages.
• Vor dem Einsetzen der Kurbelwelle in die Schweißmaschine wird deren Oberfläche in einer zweckmäßigen Ausgestaltung in einem Rißprüfgerät auf das Vorhandensein von Rissen überprüft und vorhandene Risse werden durch Schleifen abgetragen. Bei dem sich anschließenden Schweißen wird das Schweißmaterial in Form eines Schweißdrahtes mit besonderer Zusammensetzung aufgetragen. In manchen Fällen wird das Schweißmaterial in mehreren Lagen mit Jeweils zunehmenderr Härte aufgetragen. Vor dem Auftragen des Schweißmaterials empfiehlt es sich, die zu regenerierenden Oberflächenabschnitte auf zirka 2500 vorzuwärmen. Nach dem Aufschwei-Den empfiehlt sich ein Richten der Kurbelwelle in noch warmem Zustand. Dabei wird die Kurbelwelle partiell nur an denjenigen Stellen, die einen Schlag oder eine Exzentrizität aufweisen, gerichtet.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen Schweißvorganges enthält, wie bekannt, einstellbare Endlager zur Aufnahme der Kurbelwelle, einen Antrieb zum Drehen der Kurbelwelle und einen Schweißkopf. Das besondere der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, daß der Schweißkopf auf einer Nachlaufeinrichtung gehalten ist und die Nachlaufeinrichtung der Bewegung des zu regenerierenden Kurbelwellenoberflächenabschnittes folgend die Schweißspitze in engem Abstand an diesem entlangführt. Dabei ist die Nachlaufeinrichtung in einer zweckmäßigen Ausgestaltung in ihrer Höhe motorischsverstellbar. Im einzelnen enthält die Nachlaufeinrichtung eine in den Seitenwänden des Maschiengestells der Schweißmaschine drehbar gelagerte Vierkantwelle, einen Laufwagen, der auf der Vierkantwelle gehalten ist, und einen Kreuzschlitten, der seinerseits auf dem Laufwagen geführt ist und den Schweißkopf trägt.
• Der Schweißkopf ist in seiner Höhe vorzugsweise mit einem Getriebemotor verstellbar. Mit einer pneumatischen Einrichtung wird er in seine Betriebsstellung eingerückt.
• Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Schweißvorrichtung wird die Erfindung nun weiter erläutert. In der Zeichnung ist: Fig. 1 eine Seitenansicht der Schweißvorrichtung und Fig. 2 eine Ansicht von vorne.
• Die Zeichnung zeigt die Pulverfüllvorrichtung 1, den Getriebemotor 2 für den Vorschub des Schweißdrahtes und den Verstellbaren Anschlag 3 für den Brenner. Die Höhenverstellung des Brenners ist mit 4 bezeichnet. Der Schweißdraht läuft von einer Drahtspule 5 ab. Die Schweißspitze ist mit 6 bezeichnet. In Fig. 1 sind in ausgezogenen und in strichpunktierten Linien zwei verschiedene Lagen der Schweißspitze 6 dargestellt. Zu der erfindungswesentlichen Nachlaufeinrichtung gehören deren Einstellung 7 und das Antriebslager 8. Die Betriebsspannungsversorgung ist mit 9 bezeichnet. Im unteren Teil des Maschinengestells befindet sich der Getriebemotor 10 für den Schweißschlitten. Die Kupplung für das Drehfutter ist mit 11 und das Drehfutter selbst mit 12 bezeichnet. Die Nachlaufeinrichtung selbst ist in Fig. 2 mit 13 bezeichnet. Eine Anzeigevorrichtung für die Nachlaufeinrichtung trägt das Bezugszeichen 14. Seines der beiden einstellbaren Endlager für die Kurbelwelle ist in Fig. 2 eingezeichnet und mit 15 bezeichnet. Das in Fig. 2 sichtbare Maschinengestell trägt noch das Bezugszeichen 16 und der in diesem angeordnete Schaltkasten das Bezugszeichen 17.
• Die Kurbelwelle wird, nachdem sie auf dem Rißprüfgerät geprüft, durch Schleifen vorbehandelt und gereinigt wurde, in die Schweißvorrichtung eingespannt. Der Hub wird gemessen und am Schweißkopf elektromotorisch eingestellt. Zum erhöhen der Rißsicherheit wird der zu schweißende Zapfen mit einem Schweiß- oder Ringbrenner auf zirka 2500 C vorgewärmt. Zuerst wird dann der Radius mit einem weichen Schweißdraht aufgefüllt. Anschließend wird die Lauffläche mit einem harten Schweißdraht aufgeschweißt. In Abhängigkeit von der aufzutragenden Material menge wird der Schweißdraht in einer oder mehreren Lagen aufgeschweißt. Um ein Zuschweißen der Ölbohrungen zu verhindern, werden diese mit einem elektrisch nicht leitenden Zement verschlossen. Dieser wird später ausgebohrt. Nach dem Schweißen wird die Kurbelwelle in noch warmem Zustand in die Richteinrichtung eingespannt und dort so gerichtet, daß der Schlag auf den Hauptlagern 0,1 mm nicht übersteigt. Im nächsten Arbeitsgang wird die Kurbelwelle auf der Entspannungsanlage befestigt. Der oder die geschweißten Zapfen werden mit einem Schweiß-oder Ringbrenner auf zirka 4800 angelassen. in langsames Erkalten über einen Zeitraum von zirka 15 Minuten wird durch Einwikkeln des aufgeheizten Zapfens in Wärmematten erreicht. Nach weiteren fünf bis sechs Stunden will der regenerierte Zapfen auf einer Schleifmaschine auf Maß geschliffen. Die Ölböhrungen werden aufgebohrt, die Kurbelwelle wird weiter poliert und noch einmal auf Risse geprüft und anschließend fertig geschliffen.
• Leerseite

Claims (13)

1. PATENTANSPRtJCHE 1. Verfahren zum Regenerieren der Oberflächen von Kurbelwellen mit Überprüfen der beschädigten Oberfläche und Bestimmen zu regenerierenden Oberflächenabschnitte, mit Aufschweißen von Material auf die beschädigten Oberflächenabschnitte und mit anschließendem Schleifen der regenerierten Oberflächenabschnitte auf Maß, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißdraht nach dem Unterpulverschweißverfahren unter vollständiger Schlackenabdeckung mit einem Lichtbogen auf die zu regenerierenden Abschnitte aufgetragen, die regenerierten Abschnitte anschließend durch Aufheizen auf eine Temperatur in der Größenordnung von ca. 5000 C und anschließendes langsames Abkühlen entspannt und die regenerierten Flächen darauf auf Maß geschliffen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle in eine Schweißmaschine mit sich drehenden Kurbelwellenhalterungen, einem Schweißkopf und einer Schweißkopfnachführeinrichtung eingespannt wird, die Kurbelwelle in ihren Halterungen gedreht, der Schweißkopf durch die Nachführeinrichtung den sich um die Kurbelwellenachse drehenden und zu regenerierenden Oberflächen in konstantem engem Abstand nachgeführt und dabei Schweißmaterial aufgetragen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellenoberfläche in einem Rißprüfgerät auf das Vorhandensein von Rissen überprüft und vorhandene Risse durch Schleifen abgetragen werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißmaterial ein Schweißdraht zunehmender Härte in mehreren Lagen aufgetragen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu regenerierenden Oberflächenabschnitte vor dem Auftragen des Schweißmaterials auf ca. 2500 vorgewärmt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle nach dem Schweißen in nach warmem Zustand gerichtet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle partiell nur an Stellen, die einen Schlag aufweisen, gerichtet wird.
8. 8. Vorrichtung zum Durchführen des Schweißvorganges bei dem Verfahren nach den Anspruche 1 bis 7 mit einstellbaren Endlagerungen zur Aufnahme der Kurbelwelle, mit einem Antrieb zum Drehen der Kurbelwelle, und mit einem Schweißkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf (1 bis 6) auf einer Nachlaufeinrichtung (7, 8) gehalten ist und die Nachlaufeinrichtung der Bewegung des zu regenerierenden Kurbelwellenoberflächenabschnittes folgend die Schweißspitze (6) in engem Abstand an diesen entlangführt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufeinrichtung (7, 87 in ihrer Hah. motorisch verstellbar ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufeinrichtung (7, 8) eine in den Seitenwänden des Maschinengestells der Schweißmaschine drehbar gelagerte Vierkantwelle enthält, ein Laufwagen auf der Vierkantwelle gehalten ist, auf dem Laufwagen ein Kreuzschlitten und auf dem Kreuzschlitten der Schweißkopf geführt ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf in der Höhe verstellbar ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf mit einem Getriebemotor verstellbar ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf mit einer pneumatischen Einrichtung in seine Betriebsstellung einrückbar ist.