DE3446262A1

DE3446262A1 - Verfahren zur herstellung von aus einzelteilen zusammengesetzten maschinenbauteilen, insbesondere kurbelwellen

Info

Publication number: DE3446262A1
Application number: DE19843446262
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 2800 Bremen Domke
Original assignee: Bremer Vulkan AG Schiffbau und Maschinenfabrik
Current assignee: Bremer Vulkan AG Schiffbau und Maschinenfabrik
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1986-06-19

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aus Einzelteilen zusammengesetzten Maschinenbauteilen, insbesondere Kurbelwellen, die durch Schrumpfung miteinander verbunden werden.
Kurbelwellen für Großmotoren, insbesondere im Schiffbau, werden nicht wie bei Kleinmotoren aus einem Stück geschmiedet, sondern aus Einzelteilen zusammengesetzt, wobei die Verbindung zwischen den Einzelteilen durch einen Schrumpfprozeß erfolgt. Aus verschiedenen Gründen, z.B. zur Gewichtsersparnis oder zur Verringerung von Schwingungen, ist es erwünscht, die Baumaße solcher Kurbelwellen so weit wie möglich zu verkleinern. Hierbei wird jedoch schnell eine Grenze erreicht, bei der die Schumpfverbindungen nicht mehr die erforderliche Festigkeit aufweisen.
Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, die Verbindungen zwischen den Einzelteilen von Kurbelwellen für Großmotoren durch Schmelz-Schweißverfahren herzustellen, insbesondere durch ein Tiefspalt-Schweißverfahren (Aufsatz Building a Better Crankshaft", 100 Al, Lloyd's Register of Shipping, July 1984). Die auf diese Weise erzielten Verbindungen hängen in ihrer Festigkeit von der Güte der Schweißnaht ab; außerdem ist es von Nachteil, daß die Schweißnaht mitten durch die Grundlager der Kurbelwelle verlaufen. Aus diesem Grunde ist dieses bekannte Verfahren erst zögernd zum Einsatz gekommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von aus Einzelteilen zusammengesetzten Maschinenbauteilen, insbesondere Kurbelwellen, vorzuschlagen, das sich durch außerordentlich feste Verbindungen zwischen den Einzelteilen auszeichnet und einen verhältnismäßig niedrigen Aufwand bedeutet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindung zwischen den Einzelteilen durch Diffusionsschweißen unter Anwendung von Wärme vorgenommen wird, und die für den Schweißvorgang erforderlichen Druckkräfte durch Schrumpfspannungen aufgebracht werden.
Das Diffusionsschweißverfahren ist zwar an sich bekannt, es wurde jedoch bisher nur auf verhältnismäßig wenigen Arbeitsgebieten angewandt, insbesondere dort, wo neben der zum Schweißvorgang erforderlichen Wärme die erforderlichen Druckkräfte auf die Verbindungsstelle auf einfache, geeignete Weise ausgeübt werden konnten. So ist es bereits in der Feinmechanik bekannt, Schreibköpfe für Tintenstrahl-Schreibwerke aus einer Vielzahl von aufeinandergelegten Platten durch Diffusionsschweißen herzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die auf anderen Anwendungsgebieten erforderliche Anwendung von externen Druckspannungen zur Erzeugung der für den Diffusionsschweißvorgang erforderlichen Druckkräfte, indem die bei einer gezielten Wärmebehandlung der Einzelteile der herzustellenden Maschinenbauteile entstehenden Schrumpfspannungen für die Erzeugung der erforderlichen Druckkräfte ausgenutzt werden. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat weiterhin den Vorteil, daß die Verbindungsstellen zwischen den Einzelteilen durch den Schrumpfvorgang gegenüber der äußeren Atmosphäre weitgehend abgeschlossen sind, so daß unter Umständen auf die Anwendung von Vakuum oder Schutzgas verzichtet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft zweckmäßigerweise derart ab, daß in einem ersten Schritt die Einzelteile durch Schrumpfen miteinander verbunden werden, wobei die eine Bohrung aufweisenden Einzelteile (Kurbelwangen) erhitzt und die in diese Bohrungen einzusetzenden Einzelteile (Grundlagerzapfen, Hublagerzapfen) gekühlt werden, und daß nach Beendigung des Schrumpfvorganges in einem zweiten Schritt das aus den Einzelteilen zusammengesetzte, gesamte Maschinenteil einer das Diffusionsschweißen bewirkenden Temperaturbehandlung ausgesetzt wird.
Vor dem Zusammensetzen der Einzelteile wird auf die Verbindungsflächen vorzugsweise eine Zwischenschicht aus Metall aufgebracht. Diese besteht vorzugsweise aus einer Folie aus amorphem Metall, wobei als Metall zweckmäßigerweise eine Metallegierung verwendet wird. Diese Folie aus amorphem Metall kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auf die Verbindungsflächen durch Punktschweißen fixiert werden.
Die beim Diffusionsschweißen angewandte Temperatur liegt zur Erzeugung einer hohen Festigkeit und damit die Festigkeit der Einzelteile nicht beeinträchtigt wird, vorzugsweise weit unterhalb des Schmelzpunktes der miteinander zu verbindenden Einzelteile im Bereich des Schmelzpunktes der Zwischenschicht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, sowohl die Grundlagerzapfen als auch die Hublagerzapfen einer Kurbelwelle mit den Kurbelwangen durch Diffusionsschweißen zu verbinden. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, die Kurbelwangen aus gewalztem Plattenmaterial herzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Darstellung der miteinander zu verbindenden Einzelteile einer Kurbelwelle, wobei die Hubstücke teilweise geschnitten sind; und Fig. 2 eine Darstellung ähnlich der Figur 1, wobei auch die Hubstücke aus Einzelteilen zusammengesetzt sind.
Die in Figur 1 gezeigten Einzelteile eines Kurbelwellenabschnittes bestehen aus mehreren Grundlagerzapfen 1 und mehreren Hubstücken 2, von denen je nach Länge der Kurbelwelle die entsprechende Anzahl zu einer gesamten Kurbelwelle zusammengesetzt ist. Die Grundlagerzapfen 1 weisen ein Grundlager 4 und zu beiden Seiten Verbindungsflächen 3 auf, die in entsprechende Bohrungen 5 des Hubstückes 2 eingesetzt werden. Jedes Hubstück 2 besteht aus zwei Kurbelwangen 7, zwischen denen das Hublager 6 angeordnet ist. Die in Figur 1 gezeigten Hubstücke 2 sind aus einem Stück gefertigt.
Zum Verbinden der in Figur 1 gezeigten Einzelteile, d.h. der Grundlagerzapfen 1 und der Hubstücke 2, wird auf die Verbindungsflächen 3 der Grundlagerzapfen eine Zwischenschicht aufgebracht. Anschließend werden die Grundlagerzapfen 1 gekühlt, die Hubstücke 2, zweckmäßigerweise induktiv, erhitzt und beide Teile ineinandergesteckt, um durch den sich anschließenden Schrumpfprozeß miteinander verbunden zu werden. Danach wird das gesamte Maschinenteil auf eine Temperatur gebracht, bei der der Diffusionsschweißprozeß abläuft, durch den die Einzelteile 1, 2 fest miteinander verschweißt werden.
Die für den Diffusionsschweißprozeß erforderlichen Druckkräfte werden durch die vorher entstandenen Schrumpfspannungen erzeugt.
Die auf die Verbindungsflächen 3 aufgebrachte Zwischenschicht (in der Zeichnung nicht gezeigt) besteht aus einer Folie aus amorphem Metall, insbesondere einer Metalllegierung. Diese Folie wird zweckmäßigerweise gegen Verschieben durch Punktschweißung fixiert. Bestehen beide Einzelteile 1 und. 2 aus dem gleichen Material, so ist unter Umständen eine Diffusionsschweißung auch ohne Zwischenschicht möglich, insbesondere wenn die Einzelteile aus Eisenlegierungen bestehen.
Figur 2 zeigt nun ein noch weitergehendes Ausführungsbeispiel, bei dem nicht nur (wie in Figur 1) die Grundlagerzapfen 1 mit kompletten Hubstücken 2 durch Diffusionsschweißen miteinander verbunden werden, sondern bei dem auch die Hubstücke aus drei Einzelteilen, d.h. zwei Kurbelwangen 17 und einem Hublagerzapfen 20 zusammengesetzt werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Verbindungsflächen 3 der Grundlagerzapfen 1 in entsprechende Bohrungen 15 der Kurbelwangen 17 eingesetzt und verschweißt, während die Verbindungsflächen 19 der Hublagerzapfen 20 in entsprechende Bohrungen 18 der Kurbelwangen 17 eingesetzt und verschweißt werden. Die Hublagerzapfen 20 weisen dabei zwischen den Verbindungsflächen 19 ein Hublager 16 auf.
Dieses in Verbindung mit Figur 2 beschriebene Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß als Hubstücke nicht verhältnismäßig kompliziert herzustellende Halbzeuge verwendet werden müssen, sondern aus einfacher zu fertigenden Einzelteilen, nämlich den Kurbelwangen 17 und einem Hublagerzapfen 20 hergestellt werden können. Die Kurbelwangen 17 können dabei aus gewalztem Plattenmaterial hergestellt werden, wobei der Zuschnitt und das Einschneiden der Bohrungen 15 und 18 durch Brennschneiden erfolgen kann mit entsprechender, nachfolgender Nachbehandlung.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der Herstellung von Kurbelwellen beschrieben wurde, kann es zur Herstellung anderer, aus Einzelteilen zusammengesetzter Maschinenbauteile verwendet werden, wie z.B.
zur Herstellung von Flanschwellen im Schwermaschinenbau.
Solche Flanschwellen wurden bisher aus einem Stück gedreht, so daß das Zusammensetzen aus einer Welle und einem durch Diffusionsschweißen aufgebrachten Flansch zu enormen Materialersparnissen führt.
- Leerseite -

Claims

Aktenzeichen: Neuanmeldung Verfahren zur Herstellung von aus Einzelteilen zusammengesetzten Maschinenbauteilen, insbesondere Kurbelwellen Kurbelwellen Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von aus Einzelteilen zusammengesetzten Maschinenbauteilen, insbesondere Kurbelwellen, die durch Schrumpfung miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Einzelteilen durch Diffusionsschweißen unter Anwendung von Wärme vorgenommen wird und die für den Schweißvorgang erforderlichen Druckkräfte durch Schrumpfspannungen aufgebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt die Einzelteile durch Schrumpfen miteinander verbunden werden, wobei die eine Bohrung aufweisenden Einzelteile (Kurbelwangen) erhitzt und die in diese Bohrungen einzusetzenden Einzelteile (Grundlagerzapfen, Hublagerzapfen) gekühlt werden, und daß nach Beendigung des Schrumpfvorganges in einem zweiten Schritt das aus den Einzelteilen zusammengesetzte, gesamte Maschinenteil einer das Diffusionsschweißen bewirkenden Temperaturbehandlung ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Verbindungsflächen vor dem Zusammensetzen eine Zwischenschicht aus Metall aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenschicht eine Folie aus amorphem Metall verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall eine Metallegierung verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie auf den Verbindungsflächen durch Punktschweißen fixiert wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Diffusionsschweißen angewandte Temperatur weit unterhalb des Schmelzpunktes der miteinander zu verbindenden Einzelteile im Bereich des Schmelzpunktes der Zwischenschicht liegt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Einzelteile aus Eisenlegierungen bestehen.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Kurbelwellen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Grundlagerzapfen (1) als auch die Hublagerzapfen (20) mit den Kurbelwangen (17) durch Diffusionsschweißen verbunden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kurbelwangen (17) gewalztes Plattenmaterial verwendet wird.