DE969013C - Vorrichtung zum Haerten von Kurbelzapfen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 17. APRIL 1958

K ipp2(> VI118 c

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung zum Härten der Zapfen von Kurbelwellen, insbesondere unter Anwendung einer elektrischen Induktions-Erwärmung. Im Sinne der Erfindung können jedoch auch andere Wärmequellen, z. B. Gasbrenner, verwendet werden.

Es ist bekannt, gleichzeitig die gesamte Oberfläche des Kurbelzapfens mittels einer den Zapfen teilweise umgreifenden Wärmequelle zu beheizen, die an der kreisenden Bewegung des um die Wellenachse umlaufenden Zapfens teilnimmt. Da die Wärmequelle hierbei an einer Eigendrehung gehindert wird, ergibt sich eine Relativdrehung zwischen dem Zapfen und der Wärmequelle, die den Zapfen daher nur teilweise zu umfassen braucht.

Es zeigt sich nun, daß infolge der ungleichen Ouerschnittsverteilung im Übergang zu den angrenzenden Kurbelwangen unterschiedliche Temperaturen erreicht werden und daß die Härteschicht infolgedessen in ihrer Tiefe oder in Längsrichtung des Wellenzapfens ungleichmäßig ist. Solche Härteunterschiede können einen unterschiedlichen Verschleiß der Zapfenoberfläche und Anrisse, beispielsweise an der Stelle einer Ölbohrung verursachen. Es ist also sehr wichtig, daß diese Härteunterschiede, die durch ungleiche Querschnittsverteilungen des Werkstoffes verursacht sind, vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wurde schon vorgeschlagen, die Kurbelwelle jeweils um eine zum Kurbelzapfen exzentrische Achse umlaufen zu lassen, so daß der Abstand zwischen dem feststehenden Brenner und der Zapfenoberfläche über den Umfang ungleich verteilt ist. Dieses Verfahren ist schon

709 955/30

^!llii II

wegen der für jeden Zapfen zu wiederholenden Einspannung der Kurbelwelle sehr umständlich, abgesehen davon, daß eine scharfe Flamme bei dem verhältnismäßig geringen Abstand vom Zapfen auf diese Weise kaum einen Ausgleich für die unterschiedliche Wärmeableitung an die Wangen erwarten läßt.

Ein anderer Vorschlag geht dahin, auf der Kurbelwelle ein Kettenrad für den Antrieb in der Härtevorrichtung derart exzentrisch zum Kurbelzapfen anzubringen, daß zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeableitung eine periodisch wechselnde Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle erreicht wird. Dieses Verfahren ist gleichermaßen umständlieh, weil die Kurbelwelle für jeden Zapfen gesondert einzuspannen ist. Dasselbe gilt für das exzentrische Kettenrad.

Die Erfindung löst die Aufgabe unter Anwendung einer den Zapfen nur teilweise umgreifenden Wärmequelle und einer relativen Pendeldrehung, die der Umlaufbewegung der Welle überlagert wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Kurbelwelle in der Vorrichtung um die Achse der Hauptlagerung umläuft und die relative Pendeldrehung bei gleichförmigem Umlauf der Kurbelwelle durch eine Lenkerführung der an der kreisenden Bewegung des Kurbelzapfens teilnehmenden Wärmequelle erzeugt wird. Eine solche Bewegung wird in einfachster Weise z. B. dadurch verwirklicht, daß die Wärmequelle an einer Stange angebracht ist, die nach Art einer Schubstange oder ähnlich geführt ist, während die Wärmequelle, vorzugsweise der elektrische Induktor, beim Umlauf der Kurbelwelle die Kreisbewegung des Kurbelzapfens mitmacht. Im Vergleich mit den vorher erwähnten bekannten Vorrichtungen besteht der wesentliche Vorteil darin, daß die verschiedenen Zapfen einer Kurbelwelle in einer einzigen Aufspannung wärmebehandelt bzw. gehärtet werden können. Es ist sogar möglich, sämtliehe Kurbelzapfen und gegebenenfalls auch die Wellenzapfen gleichzeitig zu behandeln.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die

Abb. ι und 2 zeigen je einen teilweisen Längsschnitt durch den Kurbelzapfen und die anschließenden Wangenteile mit Darstellung einer ungleichmäßigen Härtung. In

Abb. 3 ist ein Getriebe nach der Erfindung schematisch wiedergegeben.

Abb. 4 ist ein dazugehöriges Geschwindigkeits-Schaubild. In

Abb. 5 ist ein anderes Getriebe, mit dem während des Umlaufes der Kurbelwelle die zusätzliche relative Pendeldrehung erzeugt wird, schematisch wiedergegeben.

In der Kurbelwelle nach Abb. 1, die in der bisher üblichen Art bei umlaufender Welle unter Verwendung einer den Kurbelzapfen 1 umgreifenden Wärmequelle gehärtet wurde, findet eine erhöhte Wärmeableitung an der Innenseite des Zapfens in Richtung der eingezeichneten Pfeile in die Kurbelwangen 2 statt. Die Übergangszone erreicht daher an der Innenseite des Zapfens nicht dieselbe Temperatur wie an der Außenseite, so daß die Härtezone 3 eine entsprechend geringere Breite hat als die Härtezone 4 an der Außenseite des Zapfens.

In Abb. 2 ist ein Kurbelzapfen mit einer Längsbohrung 5 wiedergegeben, die einen größeren Abstand von der Wellenachse hat als die Zapfenmitte. Infolge der größeren Zapfenquerschnitte an der Innenseite gegenüber der Außenseite ergibt sich dadurch ein weiterhin erhöhter Wärmestau an der Außenseite, wodurch auch die Härtetiefe der äußeren Zone 4 größer wird als der inneren Zone 3.

An Abb. 3 ist eine Vorrichtung nach der Erfindung wiedergegeben, mit der die zusätzliche relative Pendeldrehung des Induktors 6 gegenüber dem zu härtenden Kurbelzapfen 1 ausgeführt wird. Während die Kurbelwelle um den Lagerzapfen 7 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umläuft, nimmt der Induktor 6 an der Kreisbewegung des Kurbelzapfens teil, indem er z. B. am Zapfen selbst geführt ist. Der Induktor ist an einer Stange 8 angebracht, die oberhalb der Kurbelwellenmitte in einem Auge 9 geführt ist. Die Stange 8 macht demnach eine Art Schubstangenbewegung mit einem größten Winkelausschlag β nach jeder Richtung beiderseits der senkrechten Symmetrieebene.

Abb. 4 zeigt in einem oberen Schaubild die Winkelverhältnisse und in einem unteren Schaubild die Winkelgeschwindigkeits-Verhältnisse der Vorrichtung nach Abb. 3 für eine Umdrehung der Kurbelwelle :

In Abb. 4 oben ist in Abszissenrichtung der Winkel α der Kurbelwellendrehung aufgetragen und in Ordinatenrichtung der Relativwinkel y_rei zwischen dem Induktor 6 und dem Kurbelzapfen 1. Würden der Induktor und die -Führungsstange 8 in jeder Stellung der Kurbelwelle parallel zu sich selbst verschoben, so würde der Relativwinkel γ _m zwischen Induktor 6 und Kurbelzapfen 1 in gleichem Maße zunehmen, wie der Kurbelwinkel a, d. h. also nach einer geraden Linie. In der ausgezeichneten Winkelstellung 2~/? hat sich der Induktor gegenüber dem Kurbelzapfen durch die erfindungsgemäße Stangenführung aber um den Winkel β weiter verdreht, d. h.

also um γ. Wie aus Abb. 3 ohne weiteres erkennbar, entspricht der Relativwinkel y_rei in der oberen und unteren Stellung des Kurbelzapfens genau dem mittleren Relativwinkel y_m. Es ergibt sich damit eine Zunahme des Winkels yrei nach einem Sinusgesetz. In Abb. 4 unten sind über derselben Kurbel-Umdrehung die zugehörigen relativen Winkelgeschwindigkeiten aufgetragen. Die mittlere relative Winkelgeschwindigkeit ω_η> die einer Parallelführung der Stange 8 entsprechen würde, hat eine konstante Größe. Im oberen Totpunkt ist die Relativgeschwindigkeit ω rei am größten, im unteren Totpunkt am kleinsten. Die langsamere Relativdrehung während der unteren halben Umdrehung entspricht aber gerade der gewünschten stärkeren Aufheizung der Kurbelzapfen-Oberfläche auf der Innenseite, d. h. auf der dem Wellenzapfen 7 zugekehrten Seite, von tag der eine stärkere Wärmeableitung in die Kurbel-

wangen 2 erfolgt. Bei geeigneter Abstimmung der wirksamen Stangenlänge zum Kurbelradius erhält man im Sinne der Erfindung praktisch einen vollkommenen Ausgleich der erhöhten Wärmeableitung durch verstärkte Wärmezufuhr. Das Auge g ist zum Zwecke einer Abstimmung dieser Verhältnisse vorzugsweise in Richtung der senkrechten Symmetrieebene verschiebbar eingerichtet.

Anstatt die Stange 8 in einem feststehenden Auge

ίο zu führen, erreicht man eine ähnliche Wirkung, wenn die Stange mit einem Gelenkzapfen in einer Geradeführung in Richtung der Symmetrieebene gleitet, nach Art eines üblichen Schubstangengetriebes.

Im Getriebe nach Abb. 5, bei dem die Kurbelwelle der Einfachheit halber nicht mitgezeichnet ist, sind zwei Lenkerpaare 10, 11 und 12, 13 vorgesehen. Das erste Paar ist einerseits an festen Punkten 14, 15 und andererseits an einem Zwischenstück 16 gelagert. Das zweite Lenkerpaar 12, 13, das oben an demselben Zwischenstück 16 angreift, ist unten mit der Wärmequelle bzw. dem Induktor 6 gelenkig verbunden. Während die Lenker 10, 11 parallel gezeichnet sind und bei einer Pendelung demnach parallel zueinander bleiben, ist das Lenkerpaar 12, 13 zueinander geneigt. Dadurch ergibt sich während des Umlaufes des Kurbelzapfens, dem der Induktor ebenso wie in Abb. 3 folgt, eine ungleiche relative Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Kurbelzapfen und dem Induktor. Die Erklärung ergibt sich aus der strichpunktiert eingezeichneten Stellung des unteren Lenkerpaares, in welcher der Induktor eine Schrägstellung eingenommen hat.

Zur Abstimmung des Getriebes nach Abb. 5 im Sinne eines Ausgleiches der ungleichen Wärmeableitung sind die Anlenkpunkte des unteren Lenkerpaares 12, 13 in einem Schlitz 17 des Zwischenstückes 16 einstellbar. Das Getriebe kann zur Erzielung derselben Wirkung beispielsweise dadurch abgewandelt werden, daß an Stelle des Lenkerpaares 12, 13 das Lenkerpaar 10, 11 zueinander geneigt ist oder daß beide Lenkerpaare eine Neigung haben oder daß ungleiche Längen in den Lenkerpaaren gewählt werden.

Claims (5)

PATENTANSPKÜCHE:

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung der Zapfen von Kurbelwellen mit einer den Zapfen nur teilweise umgreifenden Wärmequelle, bei der zum Ausgleich der örtlich erhöhten Wärmeableitung an die Kurbelwangen eine relative Pendeldrehung der Umlaufbewegung der Welle überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle in der Vorrichtung um die Achse der Hauptlagerung umläuft und die relative Pendeldrehung bei gleichförmigem Umlauf der Kurbelwelle durch eine Lenkerführung der an der kreisenden Bewegung des Kurbelzapfens teilnehmenden Wärmequelle erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle an einer Stange angebracht ist, die ähnlich einer Schubstange geführt ist (Abb. 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verstellbarkeit der wirksamen Stangenlänge für die Änderung der Ungleichförmigkeit.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle mittels Lenkervierecken geführt ist (Abb. 5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Verstellbarkeit der Gelenkstellen des Lenkervierecks im Sinne einer Änderung der Pendeldrehung.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 865 321;
französische Patentschrift Nr. 866 632;
Iron and Coal Trades Review, 1947, S. 1073 bis 1075·

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

1 709 955/30 4.