DE3830432A1 - Verfahren zum loeten einer hohlen kurbelwelle aus einzelstuecken - Google Patents
Verfahren zum loeten einer hohlen kurbelwelle aus einzelstueckenInfo
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- F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
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- F16C3/10—Crankshafts assembled of several parts, e.g. by welding by crimping
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem
Oberbegriff des 1. Anspruchs. Um gegenüber den im Motorenbau
üblichen, als Guß- oder Schmiedeteil hergestellten und
anschließend fertigbearbeiteten Kurbelwellen eine
Gewichtsersparnis zu erzielen und die Fertigung zu vereinfachen
ist bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden, Kurbelwellen
hohl auszuführen und aus miteinander verschweißten Einzelteilen
aufzubauen, z. B. in der DE-C 4 98 170. Aus der DE-C 8 48 728 ist
es darüber hinaus bekannt, die Aufteilung der Kurbelwelle in
Einzelstücke so vorzunehmen, daß jeweils eine Kurbelwange mit
zumindest einem der anschließenden Lager- bzw. Kurbelzapfen
einstückig ausgeführt werden. Da hier beabsichtigt ist, die
Zapfen mit besonderen Werkstoffeigenschaften auszustatten,
werden sie als zwischen die Wangenstücke einzuschweißende oder
-lötende Rohrstücke ausgeführt; bei Verzicht auf diesen
Gesichtspunkt lassen sich die Zapfenteile selbstverständlich
unmittelbar miteinander verbinden. Die genannten Konstruktionen
berücksichtigen freilich nicht genug die bei einem Lötverfahren
zu stellenden Anforderungen an die Gestaltung der Einzelstücke.
Danach ist zwischen den Einzelstücken ein Lötspalt in der
Größenordnung zwischen 0,05 und 0,15 mm vorzusehen, in dem sich
das verflüssigte, zuvor in einem im Lötspalt oder an dessen
einem Ende gelegenen Depot eingebrachte Lot infolge der
Kapillarwirkung des engen Spaltes verteilt. Dabei wird die
Menge an Lötmaterial selbstverständlich so bemessen, daß sie
ausreicht, um den ganzen Spalt auszufüllen und weist
zweckmäßigerweise einen Überschuß auf, der zumindest am einen
Ende der Lötspaltes austritt und der optischen Begutachtung der
Qualität der Lötverbindung dienen kann. Es versteht sich von
selbst, daß zu diesem Zwecke das betreffende Ende des
Lötspaltes einsehbar sein muß, d.h. zweckmäßigerweise auf die
Außenseite der miteinander zu verbindenden Stücke gelegt wird.
Die genannten Druckschriften enthalten keine Ausführungen
darüber, wie die angrenzenden Stücke der Kurbelwelle vor dem
Schweißen bzw. Löten in die richtige Lage zueinander gebracht
und während des Verbindungsvorganges in dieser gehalten werden,
doch ist anzunehmen, daß dies durch besondere Einrichtungen
erfolgt, die die Einzelstücke in der richtigen axialen und
Winkelstellung zueinander halten; der Einrichtungsaufwand
verteuert die Fertigung und ist darüber hinaus geeignet, den
Verbindungsprozeß selbst zu erschweren. Um die Kurbelwellen in
einem Ofen löten zu können, wären beispielsweise wegen der
hohen dort herrschenden Temperatur Halteeinrichtungen aus einer
teuren Superlegierung oder aus Keramik erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Fügen
von Kurbelwellen aus Einzelstücken, das für die Löttechnik
optimiert ist und folgende Kriterien erfüllt:
1. Bereitstellung eines zur ausreichend festen Verbindung der
Einzelstücke miteinander ausreichenden Lötspaltvolumens;
2. eine Vormontage der Einzelstücke durch einfaches
Ineinanderstecken, wobei die dann hergestellte Orientierung
während des Lötvorganges auch ohne Hilfe äußerer
Halteeinrichtungen bestehen bleibt;
3. eine optische Kontrollierbarkeit der Qualität der
Lötverbindung;
4. Anordnung von Lötspalt und -depot so, daß eine Kerbwirkung
minimiert wird;
5. Verhinderung des Benetzens von zweckmäßigerweise bereits vor
dem Fügen fertiggestellten Lagerflächen durch das Lotmaterial.
Die ersten beiden Forderungen werden durch ein Verfahren gemäß
dem kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs erfüllt. Die in der
richtigen Orientierung zueinander ineinander gepreßten
Einzelstücke verändern danach ihre Lage nicht mehr, so daß der
Kurbelwellenrohling auf einer Unterlage stehend oder liegend in
den Lötofen eingebracht werden kann, ohne daß besondere
Haltevorrichtungen benötigt werden. Zur Herstellung der
kraftschlüssigen Verbindung reicht ein Teil des Umfanges der
Berührungsfläche zwischen den Einzelstücken aus; der andere
Teil (der zweckmäßigerweise gleichmäßig über den Umfang
verteilt ist liegt hohl und bildet den Lötspalt.
Das Depot für das etwa in Form eines Ringes vorliegende
Lotmaterial wird so angeordnet, wie im 2. Anspruch
vorgeschlagen, damit bei einer optischen Inspektion der
Außenseite der gelöteten Kurbelwelle anhand des dort gelegenen,
vom Depot entfernten Spaltendes durch das Überfließen des Lotes
aus dem Spalt die Tatsache einer einwandfreien Lötung
festgestellt werden kann. Sofern das Lotdepot nicht am inneren
Ende des Gesamtspaltes angeordnet wird (z. B. um eine
eindeutige Fixierung des Lotmaterialringes zu gewährleisten)
so ist der von hier nach der Innenseite der Kurbelwelle sich
erstreckende Teil des Spaltes als nicht tragend anzusehen, da
seine vorschriftsmäßige Füllung mit Lotmaterial nicht von außen
kontrolliert werden kann.
Zur Erleichterung des vorläufigen Zusammenfügens der
Einzelstücke sind diese gemäß der Ausgestaltung der Erfindung
im 3. Anspruch in an sich bekannter Weise so ausgestaltet (z.
B. durch die Anordnung aufeinander bezogener Kegelflächen), daß
auch ohne erhöhte Präzision zueinander ausgerichtete
Einzelstücke beim Zusammenfügen selbsttätig in die richtige
Lage gelangen.
Entsprechend dem im 4. Anspruch gemachten Vorschlag werden
Paare von Einzelstücken verwendet, bei denen jeweils ein
Partner (wegen der leichteren Bearbeitbarkeit üblicherweise der
innere) an seiner Berührungsfläche eine Struktur aufweist, die
abwechselnd aus Erhebungen besteht, die das nominelle Paßmaß
des damit versehenen Stückes überschreiten und wiederum
Vertiefungen, die dieses Maß unterschreiten. Die Erhebungen
werden bei dem gewaltsamen Ineinanderschieben der Stücke
weitgehend auf das Paßmaß zurückverformt und sorgen für den
festen Kraftschluß zwischen den Stücken.
Gemäß der Ausgestaltung der Erfindung im 5. Anspruch empfiehlt
es sich, das eine Teil an der Oberfläche seiner
Verbindungsstelle mit einer Rändelung zu versehen; dieses
Verfahren ist wenig aufwendig und reicht völlig aus, um die
geforderte Oberflächenstruktur mit einer Rauhtiefe von wenigen
Zehntelmillimetern herzustellen.
je nach dem, wie groß die zur Übertragung der Kräfte
erforderliche Lötfläche sein muß und je nach dem, wie diese
Fläche im Bereich der ineinandergesteckten Zapfenteile
unterzubringen ist, kann entsprechend der in den Ansprüchen 6
und 7 gegebenen Alternative eine gerade oder eine gewendelte
Rändelung vorgesehen werden; dabei ist selbstverständlich auch
eine Kreuzrändelung möglich.
Ein nicht unerheblicher Vorteil des hier beschriebenen
Verfahrens liegt darin, daß die Außenfläche der Zapfen vor dem
Fügen als Partner für die Achs- bzw. Pleuellager fertig
bearbeitet sein kann. Um diesen Bearbeitungszustand zu erhalten
und eine Benetzung durch das aus dem Spalt austretende
überschüssige Lot zu verhindern (dessen Abarbeiten infolge der
großen Härte mancher dem Fachmann für diesen Zweck bekannter
Lotwerkstoffe sehr aufwendig wäre) wird im 8. Anspruch
vorgeschlagen, das äußere Ende des Lötspaltes so zu legen, daß
aus diesem fließendes Lot die genannten Flächen nicht erreichen
kann.
Ist eine solche Ausgestaltung nicht möglich, so empfiehlt sich
die Abwandlung des Verfahrens entsprechend dem 9. Anspruch, wo
die bearbeiteten Zapfenflächen vor dem Fügen mit einer die
Benetzung derselben mit dem Lot verhindernden Schicht versehen
werden.
Der aus Fertigungsgründen ohnehin zwischen den Kurbelwangen und
den anschließenden Zapfenteilen vorhandene unbearbeitete
Übergangsbereich, üblicherweise eine möglichst flache Hohlkehle
kann gemäß dem 10. Anspruch dazu benutzt werden, das
überschüssige Lot aufzunehmen. Damit das Ineinanderstecken der
Stücke definiert erfolgt, wird die Bewegung bis zum Erreichen
eines Anschlages fortgesetzt, den zwei mehr oder minder stark
gegen die Kurbelwellenachse geneigte Fläche bilden. Der
zwischen ihnen verbleibende, durch Bearbeitungsungenauigkeiten
und die Oberflächenrauhigkeit usw. hervorgerufene Spalt
unbestimmter Breite wird als "Nullspalt" bezeichnet. Zwar ist
damit zu rechnen, daß sich über zumindest einem Teil desselben
das Lot ebenfalls verteilen wird, jedoch besteht keine Gewähr
hierfür. Nach der im 11. Anspruch gegebenen Lehre ist dieser
Nullspalt so anzuordnen, daß er nicht zwischen Lötdepot und
definierten Lotaustritt zu liegen kommt und dann als Lotbremse
wirkt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Teil einer
Kurbelwelle im Längsaxialschnitt und die Fig. 2 bis 7
alternative Möglichkeiten der Anordnung des Lötdepots; die
Fig. 8 schließlich zeigt einen Querschnitt entsprechend der
Linie VIII-VIII der Fig. 1.
Eine Kurbelwelle besteht aus einer Anzahl von Wangen 1,
Achszapfen 2 und Kurbelzapfen 3. Der dargestellte Abschnitt ist
aus vier Einzelstücken A, B, C, D aufgebaut, die durch
unterschiedliche Schraffur kenntlich gemacht sind. jedes dieser
Stücke umfaßt eine Wange 1 und einen Teil sowohl eines
Achszapfens 2 als auch eines Kurbelzapfens 3. Die Einzelstücke
sind zur Gewichtserleichterung hohl ausgeführt, soweit es die
erforderliche Festigkeit zuläßt und sind mit fertig
bearbeiteten Lagerflächen 4 versehen. Sie werden vor dem Löten
ineinander gesteckt, wobei das jeweils innere Teil (B in Fig.
8) auf seiner Außenoberfläche mit einer Rändelung versehen
worden ist; der Rändelungsvorgang hat die Oberfläche so
verformt, daß Erhebungen 5 und Vertiefungen 6 entstanden sind,
wobei der Abstand zwischen ihnen wenige Zehntelmillimeter
beträgt. Die Erhebungen gehen zunächst über das Innenmaß des
außen liegenden Teiles (C in Fig. 8) hinaus, werden aber beim
Einpressen teilweise zurückverformt. Da der Außendurchmesser
des inneren Teiles im ungerändelten Zustand kleiner als der
Innendurchmesser des äußeren Teiles ist, werden die zwischen
den Erhebungen 5 verbleibenden Vertiefungen 6 auch beim
Einpressen der Stücke nicht wieder ausgefüllt und verbleiben
als Lötspalt. Durch den Einpreßvorgang sind die einzelnen
Stücke A, B, C, D unverrückbar in der richtigen Orientierung
miteinander verbunden und können nach Einbringen von
Lötmaterial 7 an geeigneter Stelle unmittelbar und ohne
Zuhilfenahme von Stützkonstruktionen in den Lötofen verbracht
werden. Dort verflüssigt sich das Lot 7 und zieht infolge der
Kapillarwirkung in den Spalt 6, diesen ausfüllend. Wegen einer
gewissen Überbemessung der Lotmenge fließt schließlich der
Überschuß aus dem äußeren Ende des Lotspaltes 6 (im Beispiel in
einer Hohlkehle 8). Dieser Überschuß ist bei einer optischen
Inspektion der Kurbelwelle sichtbar und deutet darauf hin, daß
die Lötung im ganzen Bereich des Lötspaltes 6 ordnungsgemäß
erfolgt ist. Um eine Beeinträchtigung der Lagerflächen 4 durch
überfließendes Lot zu verhindern (falls das Volumen der
Hohlkehle 8 zu dessen Aufnahme nicht ausreicht) sind die
benachbarten Teile der Lagerflächen 4 mit einer (übertrieben
dick dargestellten) Schicht 9 aus einem lotabweisenden Stoff
(z. B. einer Metalloxidkeramik) versehen. Als dem Fachmann
bekannte Lote, die für die Durchführung des Verfahrens geeignet
erscheinen, bieten sich Kupfer- und Nickelbasislote an. In den
Fig. 2 bis 7 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt,
wie das in Ringform vorliegende Lot zweckmäßigerweise im
Verhältnis zu den miteinander zu verbindenden Stücken
angeordnet wird. Die ineinander zu steckenden Stücke A, B, C, D
sind zweckmäßigerweise mit kegelförmigen Anschlagsflächen 10
versehen, durch die beim beim Zusammenbau eine selbsttätige
Zentrierung der Teile aufeinander erfolgt und das Einführen
erleichtert wird. Bilden die Flächen 10, wie in der Fig. 1
dargestellt, zugleich die die Einführung begrenzenden Anschläge
da, so empfiehlt es sich, auch diese Flächen bei einem der
Partner mit einer Rändelung 5, 6 zu versehen, damit trotz des
an diesen Flächen an sich entstehenden Nullspaltes das Lot bis
an das äußerste Ende des Spaltes 6 gelangen kann.
Die in den Fig. 2 bis 7 dargestellten Alternativen der
Anordnung des üblicherweise in Ringform vorliegenden Lotes 7
sind im Prinzip gleichwertig, wenn bestimmte Punkte
berücksichtigt werden; die Gestaltung der Lötverbindung läßt
sich so den verschiedensten konstruktiven Erfordernissen
anpassen. Die beiden Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3
bieten die Möglichkeit, das Lot 7 erst nach dem Fügen der Teile
einzusetzen. Dabei ist die Ausführungsform nach der Fig. 2 am
einfachsten, während bei derjenigen nach der Fig. 3 darauf
geachtet werden muß, daß der mit 61 bezeichnete Teil des
Lötspaltes 6 nicht als Nullspalt ausgebildet wird, da sonst der
Fluß des Lotes an dieser Stelle stark behindert und
möglicherweise nicht den gesamten restlichen Spalt 6 ausfüllen
würde. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 4 bis 7 muß
der Lotring 7 bereits vor dem Fügen der Teile A, B, C, D
eingebracht werden; andererseits ergibt sich der Vorteil, daß
er beim anschließenden Handhaben des Kurbelwellenrohlings nicht
verloren gehen kann. Bei den Lösungen nach den Fig. 5 und 7
ist wiederum darauf zu achten, daß das mit 61 bezeichnete
Spaltteil keinen Nullspalt bildet oder anderenfalls ebenso mit
einer Rändelung versehen ist. Wird bei der Ausführung nach der
Fig. 6 das Lot an der oberen, gestrichelt gezeichneten Stelle
angeordnet ist zu berücksichtigen, daß der mit 62 bezeichnete
Teil des Lötspaltes 6 bei der Beurteilung der Festigkeit der
Verbindung auszuscheiden hat, da infolge mangelnder
Beobachtungsmöglichkeit des inneren Endes des Lötspaltes 6 eine
Qualitätskontrolle hier nicht möglich ist.
Claims (11)
1. Verfahren zum Löten einer Kurbelwelle aus Einzelstücken (A,
B, C, D) die jeweils eine Wange (1) und einen Teil eines Achs-
(2) und eines Kurbelzapfens (3) umfassen, dadurch
gekennzeichnet, daß die zu verschiedenen
Einzelstücken gehörenden Teile eines Achs- (2) bzw.
Kurbelzapfens (3) auf einem Teil ihres Umfanges (5) mit
Preßpassung und auf einem anderen Teil ihres Umfanges unter
Freilassung eines Lötspaltes (6) zusammengesteckt und
anschließend miteinander verlötet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lötdepot (7) am inneren
Ende des festigkeitstragenden Lötspaltes (6) angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die miteinander zu
verbindenden Stücke (A, B, C, D) eines Achs- (2) bzw.
Kurbelzapfens (3) selbstzentrierend (10) ausgestaltet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das eine der miteinander zu
verbindenden Stücke an mindestens einem Teil seiner
Berührungsfläche mit dem anderen Stück mit einer abwechselnden
Erhebungen (5) und Vertiefungen (6) aufweisenden
Oberflächenstruktur versehen wird, wobei die Erhebungen das
Paßmaß des anderen Stückes überschreiten, und die Vertiefungen
dieses Maß unterschreiten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberfläche der
Verbindungsstelle des einen Stücks (B) mit einer Rändelung (5,
6) versehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberfläche der
Verbindungsstelle des einen Stücks mit einer geraden Rändelung
(5, 6) versehen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberfläche der
Verbindungsstelle des einen Stücks mit einer gewendelten
Rändelung (5, 6) versehen wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das äußere Ende des Lötspaltes (6) außerhalb bearbeiteter
Flächen (4) der Zapfen (2, 3) gelegt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die dem äußeren Ende des Lötspaltes (6) benachbarten Flächen
(4) eine die Benetzung durch das Lot verhindernde
Oberflächenbeschaffenheit (9) aufweisen.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das äußere Ende des
Lötspaltes (6) in eine Hohlkehle (8) zwischen Wange (1) und
Zapfen (2, 3) gelegt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß nicht mit
Erhebungen (5) und Vertiefungen (6) versehene Teile der
Oberflächen der Verbindungsstellen (10) zwischen den
Einzelstücken (A, B, C, D) am äußeren Ende des Lötspaltes (6)
angeordnet werden.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883830432 DE3830432A1 (de) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Verfahren zum loeten einer hohlen kurbelwelle aus einzelstuecken |
PCT/DE1989/000563 WO1990002885A1 (de) | 1988-09-07 | 1989-08-28 | Verfahren zum löten einer hohlen kurbelwelle aus einzelstücken |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883830432 DE3830432A1 (de) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Verfahren zum loeten einer hohlen kurbelwelle aus einzelstuecken |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3830432A1 true DE3830432A1 (de) | 1990-03-15 |
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ID=6362474
Family Applications (1)
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DE19883830432 Withdrawn DE3830432A1 (de) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Verfahren zum loeten einer hohlen kurbelwelle aus einzelstuecken |
Country Status (2)
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WO (1) | WO1990002885A1 (de) |
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Also Published As
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