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Verfahren zum Verfestigen von Hohlwellen Vorliegende Erfindung behandelt
ein Verfestigungsverfahren für Hohlwellen, die vorwiegend auf Verdrehung beansprucht
«erden, wie beispielsweise hohl ausgeführte ILurbelwellen. Es ist Ziel der Erfindung,
die im Betrieb auftretenden Beanspruchungen, das sind bei auf Verdrehung beanspruchten
'Venen Scherbeanspruchungen, die mit dem Abstand von Mitte Welle geradlinig zunehmen,
also in den äußeren Ringzonen Höchstwerte erreichen, den Dauerfestigkeiten. des
Wellenwerkstoffe auf Zug und Druck anzupassen. Dieses wird erreicht, indem die Hohlwelle
radial nach innen gerichteten Drücken von solcher Stärke ausgesetzt wird, daß mindestens
itn innern, der Bohrung der Welle zuliegenden Querschnittsteil durch Überschreiten
der Streckgrenze eine unelastische Verformung erfolgt, während der übrige Querschnittsteil,
dieäußeren Ringzonen, nur elastisch verformt zu werden brauchen. Federt die Welle
nach Aufhören des radialen Druckes wieder zurück; ,u dehnen sich die Fasern in verschiedener
Weise wieder aus, und zwar ist diese Dehnung abhängig von dem spezifischen Dehnungsmaß
jeder Ringzone und der Größe der vorher erfolgten unelastischen Verformung. Infolgedessen
treten innere Spannungen auf, die sich bei der radial gegen die Achse gerichteten
Druckvorbeanspruchung als tangentialeDruckbeanspruchungen am äußeren Umfang der
Welle und als tangentiale Z_ttgbeanspruchttn-IIen an der Innenoberfläche der Ilohlweile
kennzeichnen. Beide Sparintinhsarten halten sich im Gleichgewicht. Da an den äußern
Umfang die aus der normalen Betriebsbeanspruchung auf Verdrehung herrührende beanspruchung
am größten ist und die hier herrschende tangentiale Druckbeanspruchung, welche gleichfalls
hier ihren größten Wert aufweist, auf die Scherbeatispruchung entlastend einwirkt,
so wird die Scherbeanspritchung -durch diese Druckbeanspruchung herabgesetzt.
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Unter Seherbeanspruchungen stellt man sich Zugbeanspruchungen einzelner
Metallteilchen vor, so daß es bei entsprechender @Vahl der V orbeanspruchung unterBerücksichtigung
der Elastizitätswerte des Werkstoffes gegeben ist, die in .der Welle herrschenden,
aus der Betriebsbeanspruchung sich ergebenden Scherbeanspruchungen so auszugleichen,
daß die tatsächlichen Beanspruchungen den unterschiedlichen Dauerfestigkeiten des
Wellenwerkstoffes auf Zug und Druck angepaßt oder angenähert sind.
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Es sei darauf aufmerksam gemacht, clall diese Art der Verfestigung
mit der Erzeugung örtlicher Druckstellen durch Hämmern oder Drücken der Oberfläche
keineswegs identisch ist. Letztere Art der Verfestigung betriizt nur eine dünne
Oberflächenhaut, während gemäß der vorliegenden Erfindung die Verfestigung auch
dann noch wirkt, wenn bereits die Oberflächenhaut bis- zu einer gewissen Tiefe abgenommen
ist, also dann, wenn die Welle einet- Abnutzung unterworfen ist. Es ist ferner an
Geschützrohren bekannt, zur gleichmäßigeren
Ausnuty=-in- des gesamten
Querschnitts die inneren Ringzonen auf Druck und die äußeren auf Zug vorzubeanspruchen.
Diese Beanspruchungsarten sind .gerade umbekehrt wie bei den durch die Erfindung
behandelten Hohlwellen, denn hiernach sollen in den äußeren Fasern von Rohren tangentiale
Druckspannungen erzielt werden, um die unterschiedlichen Dauerfestigkeiten auf Druck
und Zug auszugleichen, und zwar ist die Dauerfestigkeit auf Zug weit geringer als
die auf Druck. Bei dem bekannten Kaltziehen von Wellen wird der gesamte Querschnitt
ebenfalls unelastisch verkleinert, doch können die dabei hervorgerufenen tangentialen
Bean-.pruchungen gänzlich unberücksichtigt bleihen, da sie an Höhe übertroffen werden
durch dir axialcii Beanspruchungen. Diese sind jedoch, da die Welle durch das Ziehverfahren
gelän-t wird, auf Zug gerichtet, wurden also ebenfalls die Lebensdauer verkürzen,
wenn nicht durch weitere Behandlungen, beispielsweise Ausliihe!i, dafür gesorgt
würde, ttaß sie verschwinden.
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In der Zeichnung ist eine schematische Dar-"tellung der verschiedenen
Spannungen gebracht.
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Abb. t zeigt in Stirnansicht den teilweisen Oberschnitt einer Hohlwelle.
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~ In Abb. a ist im axialen Ouerschnitt ein Wellenstück wiedergegeben.
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Die Abb. ; veranschaulicht die Spannungen iin Mrandquercclniitt unter
der Vorbeanspruchung.
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Die Abb. q. veranschaulicht die sich im Gleichgewicht haltenden Vorbeanspruchungen.
Die mit einem Außendurchmesser D, ausgeführte Hohlwelle wird durch geeignete Herstellungsverfahren,
wie Ziehen, Pressen oder Walzen, im kalten Zustande auf einen kleineren Durchmesser
D= gebracht. In den inneren Ringzonen des Wellenquerschnitts sind die Llastizitätsgrenzen
des Werkstoffs überschritten. Die entsprechenden tangentialen Druckbeanspruchungen
Gd sind in Abb. 3 in ihren Größen veranschaulicht. Nach Fortnahme der äußeren Kräfte
P federt die Welle zurück. Infolge der unelastischen Verforinung in den inneren
Ringzonen geht der Wellenquerschnitt nur auf den Außendurchmesser D zurück, wobei,
wie Abb. q. erkennen liißt, in den äußeren Fasern tangentiale Druckspannungen
ad bestehen bleiben, während in deal inneren Fasern tangentiale Zugspannungen
cz eintreten, die sich gegenseitig im Gleichgewicht halten.
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U-ird eine solche unter Vorspannting stehende Welle auf Verdrehung
beansprucht, so treten Scherbeanspruchungen auf, die an der äußeren Oberfläche ihren
Höchstwert haben und nach innen zu linear abnehmen. Diese Höchstwerte d.°r Scherbeanspruchungen,
die die gefährlichsten sind, da sie die Spitzenbeanspruchung des Maschinenteils
darstellen, werden durch die tangential gerichtete Druckvorspannung herabgesetzt.