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Verfahren zum Freiformschmieden von mehrfach gekröpften Kurbelwellen
Bisher war .es üblich, bei Kurbelwellen, insbesondere solchen mit vielen Hüben und
gedrängter Bauart, wie sie vornehmlich im Brennkraftmaschinenbau Verwendung finden,
im Freiformschmiedeverfahren die einzelnen Hübe mit einer gegenseitigen Versetzung
von rßo°oder bestenfalls 9o° zu schmieden. Nach dem Schmieden wurden die Lagerstellen
auf der Drehbank ausgeschruppt und dann die einzelnen Hübe in warmen Zustand in
ihre richtige Arbeitsstellung geschränkt. Dieses Schränken durch .eine Verdrehung
der Hübe um die Kurbelwellenachse bildet eine große Gefahr für die Widerstandsfähigkeit
der Kurbelwelle. Wenn die Lagerstellen zwischen den einzelnen Hüben nur kurz sind,
dann findet durch die Schränkung eine außerordentlich starke Faserstreckung innerhalb
der Lagerstellen statt, welche leicht zu mehr oder weniger großen Rissen in der
Wellenoberfläche führt. Eine derart eingerissene Kurbelwelle ist für die Verwendung
im Motor unbrauchbar.
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Kleine Kurbelwellen hat man daher schon gleich mit der endgültigen
Winkelstellung der Hübe im Gesenk geschlagen oder gepreßt. Dies läßt sich aber bei
größeren Kurbelwellen, wie sie beispielsweise im Großdieselmotorenbau Verwendung
finden, nicht durchführen. Schließlich ist auch schon vorgeschlagen worden, eine
Kurbelwelle im Freiformschmiedeverfahren herzustellen, in dem man die Lagerstellen
absetzt, die einzelnen Hübe winkelig verformt und dann die gleichsam abgewickelte
Kurbelwelle durch seitliches Stauchen in die endgültige Form biegt. Dieses Verfahren,
das sehr umständlich und daher teuer ist, läßt sich überhaupt nur bei langhübigen
Kurbelwellen mit genügend langen Lagerstellen durchführen, da bei kurzhübigen
Kurbelwellen
gedrängter Bauart, wie sie beispielsweise moderne Brennkraftmaschinen aufweisen,
überhaupt nicht genügend Werkstoff für die Vorformung der Kurbelschenkel zur Verfügung
steht.
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Um nun bei allen Kurbelwellen, also auch bei großen Wellen gedrängter
und kurzhübiger Bauart die einzelnen Hübe gleich in der endgültigen Winkelstellung
freiformschmieden zu können, wird erfindungsgemäß jeder Hub durch Einkehlen und
Durchsetzen über Leisten eines mehrteiligen und entsprechend der Hubbreite verstellbaren
Sattels mit auswechselbaren Beilagen gleichzeitig in die endgültige Versetzung geschmiedet.
Neben den damit verbundenen Vorteilen des unmittelbaren Schmiedens der Hübe in der
endgültigen Winkelstellung bietet das Verfahren nach der Erfindung noch den weiteren
großen Vorteil, daß das Werkstück beim Durchsetzen keinen Scherbeanspruchungen ausgesetzt
ist, sondern daß durch das Schmieden auf den Kehlleisten ein Strecken des Werkstoffes
in den betreffenden Hub erfolgt. Der Faserverlauf innerhalb des Hubes verläuft etwa
parallel zur Oberfläche und ergibt denkbar beste Festigkeitseigenschaften der Kurbelwelle.
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Am einfachsten läßt sich dieses Schmiedeverfahren nach der Erfindung
an Hand der in der Zeichnung dargestellten verschiedenen Arbeitsgänge verstehen.
Ein gut durchgeschmiedeter Rohblock i, der entweder runden oder eckigen Querschnitt
haben kann, wird in der aus der Abb. i und 3 ersichtlichen Weise in einen Schmiedesattel
gelegt, welcher beispielsweise aus zwei Endstücken 2 und 3 und einem mittleren Füllstück
4 besteht, die durch Bolzen 5 zusammengehalten werden. Durch Einsetzen verschieden
starker Füllstücke 4 kann man den Schmiedesattel der jeweiligen Hubbreite anpassen.
Die Endstücke 2 und 3 besitzen halbkreisförmige Leisten 6 und 7, die den Block,
wenn man ihn unter dem Hammer oder der Presse schmiedet, an der Unterseite einkehlen,
bis der- Block auf den Beilagen 8 und 9 an den Außenseiten der Kehlleisten 6 und
7 aufliegt. Während dieses Vorganges wird der Werkstoff auf den Leisten 6 und 7
geschmiedet und dabei gestreckt, s0 daß ein Teil desselben in den zwischen den Leisten
befindlichen Raum fließt. Dieses Fließen des über die Leisten gestreckten Werkstoffes
ermöglicht ein gleichzeitiges Durchsetzen des Hubes ohne Scherbeanspruchungen, so
daß sich ,ein Faserverlauf ergibt, der etwa parallel zu den Randlinien des durchgesetzten
Hubes liegt. Neben diesem großen Vorteil weist das Schmiedeverfahren nach der Erfindung
noch den weiteren Vorteil auf, daß die Lagerstellen oberhalb der Leisten 6 und 7
gleichzeitig gut durchgeschmiedet werden und der Werkstoff an diesen Stellen stark
verdichtet wird. Die Kurbelwelle hat nach dem Schmieden des ersten Hubes die aus
den Abb. i und 2 ersichtliche Form erhalten. Für das Durchsetzen des zweiten Hubes
wird der Block um die Hubbreite seitwärts verschoben und mit Hilfe der Beilage i
o, die an die Stelle einer der beiden Beilagen 8 oder 9 tritt, in eine derartige
Lage gebracht, daß der zweite durchgesetzte Hub gleich in der richtigen Winkelstellung
zum ersten steht. In der Abb.3, welche einen Querschnitt nach der Linie 111-III
in Abb. i darstellt, ist die Beilage i o für den ersten Hub zu sehen. Auf diese
Weise werden sämtliche Hübe einer Kurbelwelle nacheinander durchgesetzt, wobei gleichzeitig
zwischen den einzelnen Durchsetzungen die betreffenden Lagerstellen gut durchgeschmiedet
werden. Die Kurbelwelle zeigt dann die aus den Abb. 4 und 5 ersichtliche Form mit
den durchgesetzten Hüben i i, 12 und 13. Nachdem diese Vorform erreicht ist, werden
.die einzelnen Hübe in bekannter Weise in Schmiedesätteln in ihre endgültige Form
gestreckt (Abb.6 und 7). Die weitere spanabhebende Bearbeitung wird dadurch wesentlich
vereinfacht und der Spanabhub selbst < stark verringert. Demzufolge ergeben sich
erheblich niedigere Bearbeitungskosten und eine Werkstoffersparnis von etwa 20 %.
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Der wesentliche Vorteil des Schmiedeverfahrens nach der Erfindung
ist bei Vermei- 5 dung des Schränkens der einzelnen Hübe die Erzielung eines vorteilhaften
Faserverlaufes innerhalb der fertigen Kurbelwelle, der durch das gleichzeitige Einkehlen
und Durchsetzen der Hübe unter Vermeidung von Scherbeanspruchungen ermöglicht wird.