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Verfahren und Vorrichtung zum Richten gekröpfter Werkstücke Bei der
Herstellung von gekröpften Werkstücken, wie Kurbelwellen, wird im Verlauf der Erzeugung
eine ganze Reihe von Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt. Teils erfolgen diese
im unbearbeiteten oder halbbearbeiteten Zustand, teils kurz vor der endgültigen
Fertigbearbeitung. Die Wärmebehandlungen haben in mehr oder minder großem Umfang
ein Verziehen des Werkstückes zur Folge, das durch Richten ausgeglichen werden muß,
und es sind zu diesem Zweck besondere Richtpressen entwickelt worden.
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Mit diesen Richtpressen gelingt es im allgemeinen, den Verzug zu beseitigen.
Dies gilt insbesondere für den Verzug, der sich aus Glüh- und Anlaßbehandlungen
ergibt, die durchgeführt werden, während das Werkstück sich noch im unbearbeiteten
Zustand oder in einem Zwischenzustand der Verarbeitung befindet. Wenn aber gewisse
Stellen des Werkstückes gehärtet werden sollen, wie dies beispielsweise mit den
Lagerstellen einer Kurbelwelle durch Nitrieren, Einsatzhärten oder Oberflächenhärten
geschieht, so muß diese Behandlung erfolgen, nachdem das Werkstück bereits fast
vollkommen fertigbearbeitet ist. Das Richten in der Presse bringt dann erhebliche
Gefahren für die bearbeiteten. Flächen des Werkstückes mit sich. Hinzu kommt noch,
daß die gehärteten Stellen bei dem rein mechanischen Richten, das zudem. im kalten
Zustand
durchgeführt wird, der Gefahr des Reißens ausgesetzt sind,
wobei die Risse an den Stoßstellen zwischen Lagerzapfen und Kurbelwange sowie an
den Öllöchern auftreten, namentlich wenn diese schräg verlaufen.
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Auch kann durch das mechanische, beispielsweise spanabhebende Bearbeiten
ein gewisser Verzug verursacht werden, der ebenfalls praktisch nach Fertigstellung
des Werkstückes durch Richten beseitigt werden muß.
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Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, das gewaltsame Kaltrichten
durch ein einfacheres und milder wirkendes Verfahren zu ersetzen, das die oben geschilderten
Gefahren vermeidet. Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren darin, das Richten
von gekröpften Werkstücken, z. B. von Kurbelwellen, dadurch herbeizuführen, .daß
die nicht in Achsrichtung des Werkstückes verlaufenden Teile, d. h. also z. B. die
Kurbelarme einer Kurbelwelle, elektroinduktiv ein- oder beidseitig erwärmt und anschließend
abgeschreckt werden. Das Erwärmen hat bei einer Temperatur zu erfolgen, die unterhalb
der Anlaßtemperatur einer etwa voraufgegangenen Vergütungsbehandlung liegt. Das
Erwärmen der betreffenden Stellen muß ferner so durchgeführt werden, daß die höhere
Temperatur in Richtung des durch die thermische oder mechanische Vorbehandlung vergrößerten,
den Verzug bestimmenden Abstandes der nicht in Achsrichtung liegenden Teile zur
Einwirkung gebracht wird. Die gegenüberliegende Stelle, die nach dem Vorgesagten
auf eine niedere Temperatur zu erwärmen ist, kann dabei auch gänzlich unaufgeheizt
bleiben.
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Es war zwar schon vorgeschlagen worden, die bei Erwärmungen auftretenden
Krümmungserscheinungen zum Richten auszunutzen, indes wurden keine näheren Angaben
gemacht, wie das Erwärmen durchzuführen sei.
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Zum Verständnis der Maßnahmen gemäß der Erfindung wird auf die Abbildungen
verwiesen, aus denen außerdem noch Vorrichtungen ersichtlich sind, die gemäß der
Erfindung der Ausübung des Verfahrens dienen können.
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In Abb. i ist eine vierhübige Kurbelwelle dargestellt, deren Hublager
3 und Endlager :2 einem Nitrierhärten, Einsatzhärten oder Oberflächenhärten unterworfen
sind. Die Wärmebehandlung soll zu einem Verzug geführt haben, und zwar derart, daß
sich der Abstand A zwischen den Kurbelwangen des einen Hublagers 3 unzulässig vergrößert
hat. Die Folge hiervon ist, daß, der Deutlichkeit halber übertrieben groß gezeichnet,
die Achse der Kurbelwelle nach der strichpunktierten Linie B-B verläuft. Um diesen
Verzug auszugleichen, ist es im Sinn der Erfindung erforderlich, an der Stelle 4
in Richtung des vergrößerten Abstandes A eine Wärmewirkung hervorzurufen.
Diese Wärmeeinwirkung und das Abschrecken nach erfolgtem Aufheizen haben zur Folge,
daß der Abstand A sich verringert und dadurch sich die Krümmung der Achse B-B in
Richtung des Pfeiles C ausgleicht. Sofern die Erwärmung an der Stelle 4 nicht ausreicht,
kann beispielsweise eine weitere Erwärmung sinngemäß an der Stelle q' erfolgen,
bis die Achse -des Werkstückes B-B der theoretischen Lage vollkommen oder zum mindesten
weitestgehend angenähert entspricht. Bei sehr großen Verzügen kann eine weitere
Behandlung an den Stellen 4", 4"' usw. erfolgen.
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Das Erhitzen wird gemäß der Erfindung elektroinduktiv durchgeführt,
und mach Abb. i und 2 ist zu diesem Zweck eine Heizleiterschleife 5 vorgesehen,
die über die bei g gegeneinander isolierten Anschlußstücke 7 und 8 mit der Hochfrequenzstromquelle
verbunden ist und seitlich an die Verkröpfungsstelle herangeführt wird. Zur Erhöhung
des Wirkungsgrades und um sicherzustellen, daß die Wärme tatsächlich in Richtung
der Pfeile 6 auf die gewünschte Stelle 4, q.' od. dgl. einwirkt, sind auf die Heizleiterschleife
Magnetjoche aufgesetzt, die entweder, wie in Abb. i und 2 schematisch dargestellt,-
aus geschichteten Blechen io bestehen oder aus sog. Massekernwerkstoff hergestellt
sind. Entsprechend der Form der Kurbelarme und der Größe des Verzuges werden die
Temperatur, die Tiefe des Eindringens -der Wärme und die Länge bzw. Breite der Aufheizzone
eingestellt. Je nach Lage des Verzuges kann die Aufheizzone auch schräg zur Kurbelwange
verlaufen.
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Nach dem Vorschlag gemäß Abb. i wird der Kurbelarm nur einseitig erwärmt.
Gelegentlich kann es aber von Vorteil sein, einen solchen Kurbelarm zum Zweck des
Richtens der gesamten Kurbelwelle beidseitig zu erhitzen. Die hierzu erforderlichen
Maßnahmen sind in dem Anwendungsbeispiel gemäß Abb.3 und 4 dargestellt. Gleiche
Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Teile wie in Abb. i. Indes ist angenommen,
daß sich ein Verzug in anderer Richtung ergeben hat, so daß es gilt, den Abstand
A der nicht in Achsrichtung liegenden Kurbelarme an anderer Stelle zu verringern
als in Abb. i. Der Induktor ist als Spule ausgebildet, die mit ihren Heizleiterabschnitten
5 und 5' den Kurbelarm umfaßt und an der Stelle q; eine Temperaturerhöhung herbeiführt.
Die Wärmewirkung an der Stelle 4 kann verstärkt werden, indem auf den Heizleiterabschnitt
5 Blechpakete io aufgesetzt werden. Da der Heizleiter auch an der gegenüberliegenden
Seite des Kurbelarmes vorbeigeführt wird, ergibt sich auch hier eine gewisse Temperaturerhöhung
im Werkstück, die durch Änderung der Kopplung oder durch geeignete Bemessung des
Heizleiterabschnittes 5' genau geregelt werden kann.
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Damit das Heizgerät um die Kurbelwange gelegt werden kann, ist es
erforderlich, es aufklappbar zu gestalten, was in. einfacher Weise durch ein Scharnier
im Heizleiter ermöglicht werden kann. Solche Heizgeräte sind für andere Zwecke bekannt.
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Es ist darauf hingewiesen worden, daß es notwendig ist, die erwärmte
Stelle oder die erwärmten Stellen nach beendetem Aufheizen unmittelbar abzuschrecken,
um die Richtwirkung zu erzielen und beizubehalten. Dies kann entweder so erfolgen,
daß der Induktor nach beendetem Aufheizen entfernt und das Werkstück sodann mit
einem Kühlmittelstrahl,
vorzugsweise Wasserstrahl, abgespritzt wird.
Es ist aber auch möglich, das Heizgerät so auszubilden, daß es dem Abschrecken dienen
kann. Zu diesem Zweck wird der Heizleiter hohl gestaltet und mit Spritzöffnungen
in Richtung auf das Werkstück versehen, so daß das Abschreckmittel nach beendetem
Aufheizen durch den Heizleiter hindurch auf die Werkstückoberfläche gespritzt werden
kann. Wenn Magnetjoche aus geschichteten Blechen vorgesehen sind, so können auch
diese mit Bohrungen und Kanälen versehen werden, die der Zuleitung des Abschreckmittels
dienen. Weiterhin können auch zusätzliche Spritzkammern, vorzugsweise aus Isolierstoff,
angeordnet werden, deren Austrittsöffnungen auf die erwärmten Werkstückstellen gerichtet
sind.
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Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens und der zur Ausübung des Verfahrens
vorgeschlagenen Vorrichtungen gelingt es, gekröpfte Werkstücke der verschiedensten
Art und Form ohne die Gewaltanwendung des Richtpressens zu richten, und nur in den
seltensten Fällen ist es erforderlich, während des thermischen Richtens gemäß der
Erfindung zusätzlich noch ein mechanisches Richten anzuwenden. Das in seinen Auswirkungen
außerordentlich milde thermische Richten hat zur Folge, daß die Werkstücke von Richtrissen
aller Art frei bleiben.
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Das Verfahren ist in Verbindung mit vierhübigen Kurbelwellen geschildert.
Es ist jedoch selbstverständlich, daß auch Kurbelwellen mit mehr oder weniger als
vier Hüben auf diese Weise gerichtet werden können, wobei insbesondere bei den mehrhübigen
Kurbelwellen es unter Umständen erforderlich sein kann, das ein- oder beidseitige
Erwärmen an mehreren Kurbelwangen oder -armen sinngemäß durchzuführen. Die Richtwirkung
wird um so größer, je weiter die erwärmte Stelle von den Endlagern entfernt ist.
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An Stelle von Kurbelwellen können auch andere gekröpfte Werkstücke
einer entsprechenden Richtbehandlung unterworfen werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet so genau, daß es möglich
ist, für die einzelnen Werkstücktypen, insbesondere Kurbelwellentypen, Tabellen
aufzustellen, aus denen für einzelne Verzugswerte abzulesen ist, welche der nicht
in Achsrichtung liegenden Werkstückabschnitte zu erwärmen sind und auf welche Temperatur
sie gebracht werden müssen, um die gewünschte Richtwirkung zu erzielen.