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Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen mit hohlen,
an der Lauffläche zementierten Lagerstellen Die Vorteile der im Einsatz gehärteten
Lagerstellen der Kurbelwellen sind bekannt. Die gehärteten Lagerstellen setzen den
Reibungskoeffizienten erheblich herab, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine erhöht
wird. Es werden Ersparnisse in Brennstoff- und Schmierölverbrauch erzielt. Die gehärteten
Lagerstellen sind insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen wichtig und förclern
die Betriebssicherheit durch die Verminderung der Gefahr des Festfressens der Lager.
Es fällt auch die bekannte Deformierung der weichen Kurbelzapfen weg.
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Bei den bekannten Härteverfahren für Kurbelwellen werden diese von
außen gekühlt. Es «-erden meist nur die Lagerstellen zementiert, dann die ganze
Welle erwärmt und möglichst gleichzeitig und schnell ins Wasser oder ein anderes
Kühlmittel getaucht. Bei der komplizierten Form der Kurbelwelle ist es dabei unvermeidlich,
daß beim Härten die Kurbelwelle stets deformiert wird. Es ist demnach Richten der
Kurbelwelle nach dein Härten erforderlich. Durch das nachträgliche Richten kann
die zementierte Lagerstelle leicht verletzt werden.
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Andererseits entstehen durch Einwirkung des Kühlmittels von außen
schädliche innere Spannungen.
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Ist die Kurbelwelle nach dem Härten gerichtet worden, so wird sie
durch Schleifen bearbeitet. Dabei «-erden an verschiedenen Stellen des Umfanges
der Zapfen verschieden starke Schichten des zementierten und gehärteten Werkstoffes
entfernt, wodurch die inneren Spannungen wieder ausgelöst werden, so daß sich sehr
oft die Kurbelwelle wieder verzieht.
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Diesen Übelständen versuchte man dadurch zu begegnen, daß man nach
dem Zementiren nur die zu härtenden Lagerstellen auf die Härtetemperatur (z. B.
mittels Stichflammen) erwärmte und ohne Abschrecken im Wasser durch die Außenluft
kühlte. Dieses Verfahren ist an sich nur für bestimmte Stahlsorten brauchbar und
kann lediglich die Erscheinungen etwas mildern, ist aber nicht imstande, sie möglichst
weitgehend zu beseitigen.
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Beim Härten durch die Kühlung der äußeren Flächen der Zapfen, z. B.
durch Tauchen in einen Wasserbehälter, ziehen sich die außenliegenden, zunächt abgekühlten
Materialschichten zusammen, während die inneren, noch warmen Schichten ein noch
verhältnismäßig großes spezifisches Volumen besitzen. Die dabei entstehenden Spannungen
bleiben auch nach der endgültigen Abkühlung zum großen Teil bestehen.
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Das Entstehen von Spannungen kann erfindungsgemäß weitgehend vermieden
werden, wenn die inneren Schichten zunächst abgekühlt werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird der Umstand zunutze gemacht, daß
fast sämtliche
heute verwendbaren Kurbelwellen, z. B. solche der
Verbrennungskraftinaschinen mit liolilen, durchbohrten Lagerstellen hergestellt
werden, und daß sich alle Kurbelwellen ::o herstellen lassen.
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Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren besteht
darin, daß nur die inneren, nicht zementierten Flächen der Lagerstellen einer Kurbelwelle
nach dem Erhitzen auf die Härtetemperatur gekühlt «-erden, indem das Kühlmittel
durch Sie Bobrungen der Lagerzapfen geleitet wird, und zwar so, daß das Kühlmittel
jeder Lagerstelle getrennt zugeführt und sein Zu- und Abfluß getrennt geregelt wird.
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Die zementierte Kurbelwelle wird in bekannter Weise in einem Ofen
auf .die Härtetemperatur gebracht, dann auf eine Schamotteplatte o. dgl., aus welcher
in der H%ihe genau einstellbare Stahlklötze etwas hervorstehen, gelegt, gerichtet
und durch Anlegen von Linealen oder Schablonen kontrolliert. Gleichzeitig wird die
unten beschriebene Vorrichtung angeschlossen und mit ihrer Hilfe das Kühlmittel
(z. B. Wasser) durch die Bohrungen der einzelnen Lagerstellen geleitet. Sollte während
des Härtens ein Verziehen von irgendeinem Teil der Kurbelwelle auftreten, was jedoch
erfahrungsgemäß kaum vorkommt, so läßt sich das Wasser in der entsprechenden Bohrung
abstellen. Da die Lagerzapfen im Vergleich zu den Kurbelarmen eine ganz geringe
Masse haben und die nicht gekühlten Kurbelarme länger rotwarm bleiben, so erwärmt
sich die entsprechende Lagerstelle schnell wieder, was ein Nachrichten der Welle
gestattet. Man kann sich, falls die Wärmezufuhr aus der Kurbelwange hierzu nicht
mehr genügt, auch mit der Stichflamme eines Brenners leicht helfen. Die Stelle,
an der der Verzug liegt, wird wieder weich und läßt sich richten. Dann kann der
entsprechende Zapfen mittels Durchlassen von Wasser wieder gekühlt und gehärtet
werden. Der Vorgang läßt demnach jede Lagerstelle einzeln behandeln, die etwaigen
vorgekommenen Fehler lassen sich jederzeit beseitigen.
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Die nicht gekühlten Schenkel der Kurbelwelle bleiben ungehärtet.
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Das Verfahren liefert gleichmäßig gute Erzeugnisse und ist leicht
durchführbar, kann also zweckmäßig bei der Serienfertigung benutzt werden.
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Die zur Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung besteht aus einer
der Anzahl der zu härtenden Lagerstellen entsprechenden Zahl von Klemmvorrichtungen,
die je zwei Anschlußkegel tragen, welche das Kühlmittel den Bohrungen der Lagerstellen
zu- und abführen, wobei einem jeden Paar der Anschlußkegel Ventile zugeordnet sind,
die den Zu- und Abfluß des Kühlmittels an jeder zu härtenden Stelle getrennt zu
regeln gestatten.
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Die Abb. i und 2 der beiliegenden Zeichnung stellen die an die zu
härtenden Lagerstellen einer Kurbelwelle i angeschlossene Vorrichtung schematisch
dar. Abb. i zeigt eine Seitenansicht, Abb. 2 einen Grundriß.
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Die Kurbelwelle i, die vier Kröpfungen besitzt, liegt auf einer Schamotteplatte
15, wobei die Schenkel der Kurbelwelle auf den in ihrer Höhe genau einstellbaren
Sockeln 16 lagern (Abb. i). Die Lagerstellen der Kurbelwelle i sind von Klemmvorrichtungen
umfaßt, die in der auf der Zeichnung beispielsweise dargestellten Ausführung aus
je zwei Armen 2 bestehen, die die Anschlußkegel 6 tragen und mittels gelenkig angeordneten
Spindeln 3 und 4 so gespannt werden, daß die Kegel 6 die Bohrungen der Lagerstellen
dicht verschließen. Die Spindeln 3 und 4 können auch durch Federn ersetzt werden.
Das Kühlmittel (z. B. Wasser), wird von der Hauptleitung durch ein Hauptventil 14
einem über dem Arbeitstisch angeordneten Rohr 13 zugeführt. Das Kühlmittel fließt
aus der Leitung 13 durch Ventile 12, biegsame Schläuche io, Ventile ä, Bohrungen
5 in den Armen 2, Bohrungen in den Anschlußkegeln 6 in die Bohrungen der Lagerstellen
der Kurbelwelle und verläßt sie durch die Bohrungen der Gegenkegel 6, Bohrungen
5 in den Armen 2, Ventile 9 und Schläuche i i. Das abfließende Kühlmittel sammelt
sich in einem unter dem Arbeitstisch befindlichen Behälter 17. Die Ventile ä dienen
zur Regelung des Zuflusses des Kühlmittels, die Ventile 9 werden zur Regelung des
Abflusses betätigt. Dabei muß die Regelung so vorgenommen werden, daß die Bohrungen
der Lagerstellen der Kurbelwelle stets mit dem Kühlmittel gefüllt sind.
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Beim Erkalten der Lagerstellen müssen die Spindeln 3 und 4 der Klemmvorrichtungen
nachgezogen werden, um Undichtwerden der Anschlüsse zu vermeiden.
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Die Anschlußkegel 6 werden zweckmäßig mit auswechselbaren, aus einem
weicheren Werkstoff (z. B. Kupfer) gefertigten Hülsen 7 versehen, die eine bessere
Abdichtung gewährleisten (Abb. 3). ,