DE3916684A1 - Verfahren zum umschmelzhaerten von oberflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umschmelz­ härten von Oberflächen, insbesondere von Schlepphebel-Lauf­ flächen und Nockenwellen-Laufflächen, bei dem eine Wärme­ quelle über die zu härtende Oberfläche bewegt und dadurch eine Oberflächenschicht geschmolzen wird. Ein solches Ver­ fahren ist beispielsweise in der DE-OS 36 26 799 beschrie­ ben.

Bei dem bekannten Verfahren wird ein WIG-Brenner (Wolfram- Inert-Gas-Lichbogenbrenner) zichzackfärmig über die Lauf­ fläche eines Nockens einer Nockenwelle geführt. Die Randbe­ reiche des Nockens werden jedoch nicht mitbehandelt, da dann die Kanten abschmelzen würden und es zu einer starken Kan­ tenabrundung und einer Balligkeit der Lauffläche käme. Beim sich anschließenden Schleifen der Lauffläche müßte man zur Erzeugung einer geraden Fläche sehr viel Umschmelzgut ab­ tragen. Das würde eine sehr dicke Umschmelzschicht erfordern, damit nach dem Schleifen in allen Bereichen noch eine aus­ reichende Schichtdicke erhalten bliebe.

Die Kantenabrundung und Balligkeit der Lauffläche ist physi­ kalisch durch die Oberflächenspannung des momentanen, flüs­ sigen Umschmelzvolumens im Kantenbereich bzw. über die Lauf­ flächenbereite bedingt. Dieser Effekt läßt sich beim Umschmel­ zen mit einem Elektronenstrahl oder Laserstrahl verringern, jedoch sind die Formänderungen auch dann immer noch uner­ wünscht groß.

Durch die DE-PS 32 31 774 ist es auch schon bekannt, beim Umschmelzhärten einer Oberfläche die Kanten durch Anlegen von Kühlbacken intensiv zu kühlen, so daß man mit dem WIG- Schweißbrenner bis sehr nahe an die Kanten fahren kann, ohne daß diese zu schmelzen beginnen. Ein Umschmelzhärten der Oberfläche über die gesamte Oberflächenbreite ist jedoch auch durch eine solche Kühlung der Kanten nicht zu errei­ chen. Deshalb muß man es mit den bisher bekannten Mitteln hinnehmen, daß die Ränder der Laufflächen solcher Teile weich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umschmelzhärten von Oberflächen zu entwickeln, welches ohne Gefahr eines unzulässig starken Verrundens der Kanten und ohne Entstehen balliger Laufflächen ein Umschmelzhärten der gesamten Lauffläche ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Randbereich der Oberfläche und der übrige Oberflächenbereich von der Wärmequelle mit so viel Zeitunterschied oder geome­ trischem Versatz behandelt werden, daß nicht beide Bereiche gleichzeitig flüssig sind.

Durch diese Maßnahmen wird eine gegenseitige Beeinflussung der geschmolzenen Randbereiche und des übrigen Flächenberei­ ches der Lauffläche auf einfache Weise ausgeschlossen. Da­ durch wird ein unerwünscht starkes Abrunden des Randberei­ ches und eine Balligkeit der Lauffläche vermieden. Diese Vorteile lassen sich mit sehr geringem Aufwand erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfacher auszuführen, als das nach der genannten DE-PS 32 31 774, führt jedoch zu einem besseren Ergebnis, da sich mit ihm die gesamte Ober­ fläche einschließlich ihrer Randbereiche umschmelzhärten läßt.

Die Lauffläche von Schlepphebeln für die Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen läßt sich besonders einfach und rasch umschmelzhärten, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausge­ staltung der Erfindung der mittlere Oberflächenbereich durch eine hin- und hergehende Bewegung der Wärmequelle und der Randbereich durch eine die Randkontur abfahrende Bewegung der Wärmequelle umgeschmolzen werden.

Besonders geringe Verformungen ergeben sich, wenn die Rand­ bereiche zeitlich vor oder nach dem mittleren Bereich umge­ schmolzen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit unterschiedlichen, handelsüblichen Wärmequellen ausgeführt werden. Den Zutritt von Luft zur geschmolzenen Schicht der Lauffläche kann man verhindern, wenn die Wärmequelle ein WIG-Lichtbogen oder ein Plasma-Lichtbogen ist.

Besonders rasch sind Oberflächen durch Umschmelzen zu härten, wenn die Wärmequelle ein Elektronen- oder Laserstrahl ist.

Für die Massenfertigung vorteilhaft ist es, wenn der mitt­ lere Oberflächenbereich durch eine geradlinige Bewegung ei­ nes über die Breite dieses Bereiches führenden, rechtecki­ gen Strahles und die Randbereiche vorher, nachher oder gleich­ zeitig aber mit Abstand zum rechteckigen Strahl mit einem kleinflächigen Strahl umgeschmolzen werden.

Zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teilbe­ reiches einer Nockenwelle während des Um­ schmelzhärtens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Schlepphebel, auf dessen Lauffläche die Bewegungsbahn einer beim Umschmelzhärten verwendeten Wärmequelle eingetragen ist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Schlepphebel, auf dem eine gegenüber Fig. 2 geänderte Bewe­ gungsbahn einer ebenfalls geänderten Wärme­ quelle eingetragen ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Bereich einer Nockenwelle 1 mit ei­ nem Nocken 2, dessen Lauffläche 3 durch Umschmelzen gehär­ tet werden soll. Hierzu wird mittels eines WIG-Brenners 4 zwischen einer Wolframelektrode 5 und der Lauffläche 3 ein Lichtbogen 6 erzeugt. Durch Drehen der Nockenwelle 1 und Verfahren des WIB-Brenners 4 wird zunächst der Randbereich 7, 8 der Lauffläche 3 durch Aufschmelzen einer Material­ schicht gehärtet. Dann bewegt man den Brenner 4 unter gleich­ zeitiger Drehung der Nockenwelle 1, so daß im mittleren Be­ reich 9 seiner Lauffläche 3 eine etwa zickzackförmige Bewe­ gungsbahn 10 der Lauffläche 3 entsteht und dadurch auch die­ ser mittlere Bereich 9 umschmelzgehärtet wird.

In Fig. 2 ist ein Schlepphebel 11 gezeigt, dessen Lauffläche 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehärtet werden soll. Ausgehend von einem Punkt 12 fährt man mit einer Wärmequelle, beispielsweise einem WIG-Brenner, einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl, zunächst zickzackförmig über die Laufflä­ che 3 und dann entlang des Randbereiches der Lauffläche 3. Natürlich kann man statt der Wärmequelle auch das Werkstück, also den Schlepphebel 11, entsprechend bewegen. Ferner kann es auch ausreichend sein, anschließend an die Wärmebehand­ lung der Lauffläche 3 nur noch die Randbereiche 16, 17 umzu­ schmelzen.

Gemäß Fig. 3 wird zum Härten des mittleren Bereiches 9 der Lauffläche 3 ein Strahl 13 benutzt, bei dem es sich um ei­ nen Laser- oder Elektronenstrahl handeln kann, der recht­ eckigen Querschnitt hat und geringfügig schmaler als die Lauffläche 3 ist. Diesem rechteckigen Strahl 13 folgen im Randbereich zwei kleinflächigere Strahlen 14, 15, die im Anschluß an den Aufschmelzvorgang des mittleren Bereiches oder gleichzeitig aber mit Abstand zum Strahl 13 die Rand­ bereiche der Lauffläche 3 aufschmelzen und dadurch härten.

Claims (6)

1. Verfahren zum Umschmelzhärten von Oberflächen, insbesonde­ re von Schlepphebel-Laufflächen und Nockenwellen-Laufflächen, bei dem eine Wärmequelle über die zu härtende Oberfläche be­ wegt und dadurch eine Oberflächenschicht geschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche (7, 8, 16, 17) der Oberfläche und der übrige Oberflächenbereich (3) von der Wärmequelle (4, 13, 14, 15) mit so viel Zeitunterschied oder geometrischen Versatz behandelt werden, daß nicht beide Be­ reiche gleichzeitig flüssig sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Oberflächenbereich (3) durch eine hin- und hergehen­ de Bewegung der Wärmequelle und die Randbereiche (7, 8, 16, 17) durch eine die Randkontur abfahrende Bewegung der Wärme­ quelle umgeschmolzen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche zeitlich vor oder nach dem mittleren Bereich um­ geschmolzen werden.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle ein WIG-Lichtbo­ gen oder ein Plasma-Lichtbogen ist.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle ein Elektronen- oder Laserstrahl ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Oberflächenbereich (9) durch eine geradlinige Bewe­ gung eines über die Breite dieses Bereiches führenden, recht­ eckigen Strahles (13) und die Randbereiche vorher, nachher oder gleichzeitig aber mit Abstand zum Strahl (13) mit klein­ flächigen Strahlen (14, 15) umgeschmolzen werden.