DESC014552MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 8. Februar 1954 Bekanntgeinacht am 2. August 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es ist bekannt, beim schrittweisen Schmieden von mehrhübigen Kurbelwellen von einem runden oder kantigen Rohling mit eingepreßten Lager-■ stellen auszugehen und die Verdickungen zwischen diesen Lagerstellen in einem dem Versatzwinkel der sie bildenden Kurbeln entsprechenden Winkel flachzudrücken, um sie dann zu Kröpfungen umzuformen.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art, bei dem die ίο gegeneinander versetzten Kurbelhübe ebenfalls in der endgültigen Winkellage geschmiedet werden, besteht darin, daß ein Block mit vieleckigem Querschnitt, dessen Seitenflächen dieselben Winikeli wie die endgültigen Kurbelhübe miteinander bilden, nach dem Absetzen der Lagerzapfen mit den zwischen diesen verbleibenden Längen nacheinander auf eine andere Seite gelegt und unter einem Hammer flachgeschmiedet wird, worauf aus den so entstandenen, gegeneinander versetzten Abschnitten des Blockes die Bildung der Kurbelhübe in der Weise erfolgt, daß zunächst die einzelnen Kurbelhübe an den Schnittlinien der Lagerzapfen und der Kurbelzapfen mit den Kurbelwangen winklig vorgeformt und dann die Kurbelwangen mit den Kurbelzapfen ohne Anwendung von Gesenken dadurch in die endgültige Lage gebogen werden, daß ■ zwei gegeneinandergerichtete Kräfte an den Lagerzapfen zu beiden Seiten des Kurbelhubes in

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axialer Richtung und gleichzeitig eine dritte Kraft in dazu senkrechter Richtung an dem den Kurbelzapfen bildenden Teil angreifen. Dieses Verfahren hat gegenüber anderen bekannten Verfahren, auf welche unten eingegangen ist, theoretisch den Vorteil, daß nur wenig Material bei Herstellung der Welle durch spanabhebende Bearbeitung abgenommen zu werden braucht, weil alle wesentlichen Formgebungsarbeiten allein durch Verformung und nicht durch Spanabnähme erfolgen sollen. Obgleich das im ersten Verfahrensabschnitt vorgenommene Flachdrücken der Verdickungen die Verformung auf günstige Weise einleitet, besteht ein großer Teil der weiteren Verformung in einem Biegen, nicht aber in einem eigentlichen Schmieden, d. h. Kneten, so daß. dieser Teil der Verformung keine Gefügeverbesserung bewirkt. Ferner ist es nicht möglich, den Kurbelwangen beliebige, beispielsweise ovale Formen zu geben, und schließlich kann, da es sich um ein ohne Gesenke arbeitendes Freiformschmiedeverfahren handelt, die Maßgenauigkeit erst durch eine umfangreiche, spanabhebende Bearbeitung gewonnen werden, bei der viel Material verlorengeht. Insbesondere dadurch,

as daß beim Flachpressen der Verdickungen die Abstände der beiden benachbarten Lagerstellen zunächst vergrößert, dann aber beim Durchbiegen der Kröpfung wieder verkleinert werden, ist es nicht möglich, die Längenmaße bei diesem Freischmiedeverfahren genau einzuhalten.

Die Erfindung vermeidet die Freiformschmiede- und Biegevorgänge des geschilderten Verfahrens und ersetzt sie durch Gesenkschmiedevorgänge. Die Erfindung besteht darin, daß jede Verdickung zwischen zwei eingespannten Lagerstellen in Länge des herzustellenden Kurbelzapfens bis auf etwa dessen Stärke flachgedrückt wird, während die Kurbelwangen seitlich vorgepreßt werden, worauf bei seitlicher Einschließung der Kurbelwangen der Kurbelzapfenteil an seinen Paralflelflächen aufgenommen, bis auf eine Auflage durchgesetzt und dann zu einer Zapfenvorform unter Materialverdrängung in die Kurbelwangen niedergepreßt wird. Auf diese Weise wird das Material in allen wichtigen Zonen in rechtwinklig zueinander stehenden Richtungen durchigeschmiedet und ausschließlich durch Schmieden eine Kurbelform erzielt, die meistens nur an den Kurbelzapfen noch einer Bearbeitung bedarf. Außerdem wird, wie Versuche gezeigt haben, ein günstiger Faserverlauf erzielt.

Beim schrittweisen Schmieden von mehrhübigen Kurbelwellen aus einem runden Rohling ist es bereits bekannt, die Kröpfung aus der rohen Welle mittels eines in Form eines Einsatzeisens ausgebildeten Stempels durchzusetzen.

Gleichzeitig werden die Kurbe'lwangem mit Hilfe von Druckschuhen flachgedrückt, deren eine keilförmige -öffnung bildende Preßflächen durch den vom Durchsetzstempel zwischen sie niedergedrückten Wellenteil in eine parallele Schließ- und Preßlage einwärts geschwenkt werden. Durch Wärmeunterschiede der den Preßflächen gegenüberliegenden Wellenflanken können sich jedoch verschieden hohe Preßwiderstände und dadurch seitliche Versetzungen der Hübe ergeben. Auch ist zu gewärtigen, daß sich die Wellenenden beim Durchsetzen hochbiegen, weil sie wegen der erforderlichen Bewegung nicht-eingespannt werden können.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum schrittweisen Schmieden von mehrhübigen Kurbelwellen aus einem Rohling mit eingepreßten Lagerstellen werden die zwischen zwei - eingespannten Lagerstellen liegenden Verdickungen in einem einzigen Gesenkschmiedevorgang zu Kröpfungen umgeformt, ohne daß sie vorher, wie beim erfmdungsgemäßen Verfahren, flachgedrückt werden. Hierzu bedarf es sehr hoher Preßdrücke. Ferner muß durch den Preßstempel, der beim Eindringen in den verdickten Wellenteil Werkstoff in die Kurbelwangenräume verdrängt, zum Formen eines Kurbelzapfenteils von geringerer Stärke als derjenigen der Verdickung eine entsprechende Menge Werkstoff zu beiden Seiten des Zapfens weggequetscht werden. Dies erscheint ohne erhebliche Gratbildung nicht möglich und dürfte ein gleichmäßig genaues Schließen des Gesenkes, je nach dem Wärmezustand des Werkstoffes verhindern, so daß die Schmiedegenauigkeit trotz Anwendung von Gesenken leidet oder die Gesenke in Gefahr kommen. Dies wird der Fall sein, gleich, ob ein Stempel verwendet wird, der in einem geschlossenen Gesenkraum nur zwischen den Kurbelwangenteilen eingreift, oder, wie bei einem bekannten offenen Gesenk, einen Schulterdruck auch auf die Wangen ausübt. Neben der außerdem nur beschränkten Möglichkeit, den Kurbelwangen eine gewünschte Gestalt zu geben, erfolgt beim bekannten Gesenkschmieden das Kneten nicht in zwei senkrechten Richtungen, das für die Gewinnung eines gut durchgebildeten Fasergefüges von Vorteil ist. .

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch die Anwendung eines gabelförmigen Stempels zum Durchsetzen der Kröpfung aus. Durch diese Stempelform wird eine hohe Maßhaltigkeit und Gratfreiheit erzielt. Eine vorteilhafte Vorrichtung besteht erfindungsgemäß aus einer den gabelförmigen Durchsetzstempel abnehmbar tragenden Traverse und einem Paar von der Traverse aus hydraulisch für sich oder starr mit ihr niiederfahrbarer Keile zum symmetrischen Verschieben von zwei auf einer Gesenkgrundplatte geführten Keilbacken mit je zwei äußeren Gesenk-.backen zum Vorpressen und seitlichen Einschließen der Kurbelwangen und je einem mittleren Gesenkbacken zum Flachpressen des Kurbelzapfenteiles, wobei durch Abnehmen der mittleren Gesenkbacken Raum für die Einführung des Durchsetastempels geschaffen wird.

An Hand der Zeichnungen ist das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung nachstehend erläutert. Es zeigt

Fig. ι einen runden Rohling mit eingepreßten Lagerstellen,

Fig. 2 das Schema der Vorrichtung beim Vorpressen,

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Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3 beim zweiten Gesenkschmiedevorgang,

Fig. 6 eine Einzelheit des Untergesenkes in Draufsicht,

Fig. 7 eine Seitenansicht der vorgepreßten Verdickung,

Fig. 8 einen Schnitt durch die Kröpfung beim ι zweiten Gesenkschmiedevorgang,

Fig. 9 eine fertige Kröpfung der Kurbel,
Fig. io einen Schnitt durch die gesamte Vorrichtung nach der Linde VI-VI der Fig. ii,

Fig. Ii die gleiche Vorrichtung im Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. io,

Fig. 12 eine Draufsicht auf die Vorrichtung im Schmitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. ii,
Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 12 und

Fig. 14 eine Seitenansicht der Vorrichtung.
In Fig. ι ist eine Welle dargestellt, in der Lagersteilen ι eingepreßt sind. Zwischen den Lagerstellen befinden sich Verdickungen. Im ersten Preßgang pressen Gesenkbacken I₈ schrittweise in drei Stufen ■die Lagerstellen 1 (Fig. 1) in die rohe Welle. In einem zweiten Preßgang, dem ersten Gesenkschmiedevorgang zum Herstellen eines Hubes, drücken Backen 2 in der Mitte zwischen den zwei Lagerstellen 1 auf die Verdickung. Hierdurch wird in der Breite der Gesenkbacken 2 (Fig. 2) ein Abschnitt 4 flachgedrückt, der eine Form erhält, die aus den Fig. 2, 3, 5 und 7 ersichtlich ist. Gleichzeitig drücken Gesenkbacken 3 und formen beide äußeren Abschnitte 5 zwischen den zwei Lagerstellen i. Der Querschnitt des Abschnittes 5 ist aus Fig. 4 ersichtlich. Bei diesem Preßgang kann überschüssiges Material zwischen den Gesenkteilen nach oben und unten ausweichen.

Die so entstandene Form der Verdickung ' zwischen zwei Lagerstellen 1 ist aus den Fig. 5 und 7 als Längsschnitt und Seitenansicht zu ersehen. Nun setzt ein Stempel 26 nach Fig. 5 und 8, dessen Gabelhälften 26,., den flachgedrückten Abschnitt 4 umfassen, diesen auf ein Untergesenk 12 durch und gibt dem Kurbelzapfen eine Form 7 (Fig. 8, 9). Die Kurbelwangen bilden eich hierbei, während die Backenpaare 3 stillstehen und sie seitlieh einschließen. Die Öffnung zwischen den Gesenkbacken 3 läßt ein Hochsteigen des Materials zu, und die Kurbelwangen erhalten einen Fortsatz 9 nach oben (Fig. 8).

Die für diese Arbeitsgänge vorgesehene Vorrichtu rag- wird in einer vorhandenen . Schmiedepresse verwendet, die in den Fig. 10 bis 13 ohne Preßkolben, Zylinder und Rückzugseinrichtung angedeutet ist. Sie hat ein Fundament 50, vier Zugstangen 51 mit Hubbegrenzungshülsen 52, ein auf und ab bewegbares Pressenquerhaupt 53 und einen Verschiebetisch 55. Das auf und ab gehende Pressenquerhaupt führt alle verfahrensmäßigen Schmiedearbeiten in senkrechter und waagerechter Richtung durch. Dies ermöglicht die Durchführung des Verfahrens in der anschließend beschriebenen Vorrichtung.

Die Vorrichtung besteht aus einer Grundplatte 10, auf der vier untere Spanngesenkträger 11 befestigt sind, die mit Leisten n_a versehen sind. Die Spanngesenkträger werdengegenüber dem mittleren Gesenk 12 durch Zwischenstücke 13 auf Abstand und durch waagerechte Zuganker 14 zusammengehalten. Das mittlere Gesenk 12 besitzt die Ausnehmungen 43 (Fig. 6) für die Gabellschenikel 20_a des Stempels 26. Auf einem der Zwischenstücke 13 ist ein Bock 18 befestigt, der als Anlage für fertiggepreßte Kröpfungen¹ dient. Alle unteren Spanngesenkträger 11 besitzen auswechselbare Spanngesenke 15 nach Art von Preßsätteln, die je durch eine schwalbenschwanzförmige Nut 15^ und Feder i5_a und nicht dargestellte Schrauben mit den Spanngesenkträgern verbunden sind. Das Gesenk 12 nimmt in der Mitte einen Auswerfer 16 auf, der durch einen Ausstoßstempel 17 zum Lösen der gepreßten Teile aus dem Gesenk gehoben werden kann. Der Antrieb kann hydraulisch durch einen nicht gezeichneten Kolben erfolgen. Von oben wirken Spanntraversen 19 auf das Werkstück. Sie tragen obere Spanngesenkträger 20 mit Nuten 2o_fl, in die in geschlossenem Zustand der Spanngesenke die Leisten ii„ eingreifen. Hierdurch werden seitliche Kräfte, die auf die oberen Spanngesenke 21 wirken, auf die unteren Spanngesenke 15 übertragen. Spanngesenke 21 sind in gleicher Weise auf ihren Trägern 20 befestigt wie die unteren Spanngesenke 15 auf den Spanngesenkträgern 11. Die Spanngesenkträger 20 werden durch Zwischenstücke 22 auf Abstand gehalten. Eines der Zwischenstücke 22 besitzt eine Schwalbenschwanznut 23, um bei Bedarf den Bock 18 oben anbringen zu können. Die Spanngesenkträger und ihre Zwischenstücke werden durch einen Zuganker I4_ß zusammengehalten. Auf die Spanntraversen 19 wirken Plunger 24, die in Zylindern 25^ einer Zylindertraverse 25 gleiten. Fig. 13, rechts, zeigt die Presse bei geschlossenem Spanngesenk. Rückzugskolben 41 bringen die Spanntraversen 19 wieder in die Ausgangsstellung zurück. Die Zylindertraverse 25 hat eine Zentrierplatte 54 und ist mit nicht gezeichneten Schrauben an das Pressenquerhaupt angehängt. Die Zylindertraverse 25 nimmt in zwei weiteren Zylindern 2$_b (Fig. 11) Kolben 27 auf, die mit an ihnen hängenden Keikn 28 starr verbunden sind. Die Kolben 27 besitzen Kolbenansätze 2'7_O, die sich gegen den Boden des Zylin-· ders 2S_& anlegen können und als Hubbegrenzung dienen. Das Pressenquerhaupt 53 kann über die Zylindertraverse 25 ebenfalls einen Druck auf die Keile 28 ausüben. Die Keile 28 stützen sich mit der Rückenfläche gegen Widerlager 29 ab, die durch die Zuganker 14 mit den Spanngesenkträgern 11 und den zugeordneten Teilen starr verbunden sind und den auf sie ausgeübten Keildruck mittels ihrer Ansätze 28_a, (Fig. 12) auf die unteren Spanngesenkträger 11 übertragen. Die Brustflächen der Keile 28 wirken auf verschiebbare Keilbacken 30. Die Brustflächen der Keile haben bei hochgezogenem Pressen-

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querhaupt 53, also vor Arbeitsbeginn, eine Lage, ■die in Fig. 11 durch strichpunktierte Linien 28;,, in Fig. 13, links, durch ausgezogene Linien dargestellt sind. Die oberen Flanken 3_a der Gesenkbacken 3 bzw. Keilbacken 30 liegen dabei nicht an den Wangen der vorgeschmiedeten Welle an (vgl. Fig. 13, links). Werden die Keile 28 durch Absenken des Pressenquerhauptes 53 über die Druckflächen 40 (Fig. 11) nach unten bewegt, so kommen

ίο sie in die in Fig. 11 mit ausgezogenen Linien dargestellte Lage. In dieselbe Lage können die Keile gebracht werden, wenn die vom Druckmedium beaufschlagten Kolben 27 auf die Keile 28 wirken. Die Gesenkbacken 2 und 3 an den Keilbacken drücken beim Absenken der Keile 28 auf die Verdickungen der Welle, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Zum Rückzug und zum Halten der Keile 28 beim Aufwärtsgang des Pressenquerhauptes 53 werden ■ die Flächen 27 _a, der Kolben 27 beaufschlagt. Arbeitet bei diesem Arbeitsgang der Kolben 27 nicht, so legt sich die hochgehende untere Kolbenfläche 27_a gegen den Boden der Zylinder 25^, und der Keil wird hierdurch hochgehoben. Gleichzeitig werden die Keilbacken 30 mit den Gesenkbacken seitlich aus der Arbeitsstellung in die Ruhestellung verschoben (vgl. Fig. 13, links). Zu diesem Zweck sind Zylinder 33 vorgesehen, in denen Kolben 34 gleiten, die über Stangen 35 mit den Keilbacken 30 fest verbunden sind.

Ein Arbeitsstempel 26 ist in einer Schwalbenschwanznut 25c an der Zy linder traverse 25 befestigt und dient zum Durchsetzen der Hübe an der vorgeschmiedeten Welle, nachdem sie die in Fig. 3, 4, 5 und 7 dargestellte Form erhalten hat. Während des

Durchsetzens werden die Plunger 24 und die Kolben 27 in ihren Zylindern 25., und 25_& zurückgedrückt und treiben in bekannter Weise das Druckmedium über ein nicht dargestelltes Überdruckventil aus den Zylindern.

Die Zylinder 25,,, 25^ sind in bekannter Weise mit durch Gelenke oder sonst beweglich gemachte Rohre (Degenrohre, Teleskoprohre) an die Zuleitungen angeschlossen und werden ebenso wie die Zylinder 33 vom Pressensteuerstand: aus gesteuert.

Die Arbeitsweise ist folgende: Die Vorrichtung wird auf den ausgefahrenen Verschiebetisch 55 der Schmiedepresse aufgesetzt, dieser dann eingefahren und die Zylindertraverse 25 mit dem Pressenquerhaupt 53 nach Absenken desselben verbunden. Die Zylinder 25,, und 25^ der Zylindertraverse 25 und die Zylinder 33 der horizontalen Keiltraversen 29 werden mit den Anschlüssen des Pressensteuerstandes verbunden. Dann wird· das Pressenquerhaupt 53 hochgefahren, wobei die Spanntraverse 19 mit den Spanngesenkträgern und Spanngesenken 20, 21 angehoben wird. Die Vorrichtung ist damit betriebsbereit.

Nunmehr wird die vorgeschmiedete Welle in die unteren Spanngesenke 15 eingelegt und mittels der Plunger 24 über die Spanntraversen 19, Spanngesenkträger 20¹ und Spanngesenke 21 mit einem hydraulischen Haltedruck auf die Spanngesenke 15 gepreßt. Darauf drückt das Pressenquerhaupt 53 über die Zylindertraverse 25, die Keile 28 und die Keilbacken 30 die Gesenkbacken 2 und 3 fortschreitend gegen eine Verdickung der Welle, die dann die Form nach Fig. 5 und 7 erhält. Mit der nicht gezeichneten Rückzugsvorrichtung wird nunmehr das Pressenquerhaupt 53 hochgefahren. Dann wird das Werkstück um einen Lagerabstand weitergelegt und gleichzeitig um den Versatzwinkel der nächsten Kurbelkröpfung gedreht. Als Richtfläche dient die im vorhergehenden "Arbeitsgang an der Verdickung erzeugte Fläche 4. Diese Arbeitsfolge wird so oft wiederholt, bis alle Verdickungen mit ■Flächen 4 und 5 versehen sind. Nachdem alle Wellen einer Tagesleistung auf diese Weise geschmiedet worden sind, wird der Stempel 26 in die Zylindertraverse 25 eingebaut und werden die Gesenkbacken^ von den Keilbacken 30 entfernt. Nun wird eine Welle in das Gesenk so eingelegt, daß ihre äußerste, vorgeschmiedete Verdickung unter dem Preßstempel 26 liegt. Das nunmehr sich wieder absenkende Pressenquerhaupt 53 schiebt zuerst die Gabelschenkel 2'6_a des Stempels 26 über den flachgedrückten Abschnitt 4 der Verdickung, so daß hier eine sichere Führung vorhanden ist. Nun setzt der Stempel 26 die Kröpfung nach unten durch, während gleichzeitig die Plunger 24 und die Kolben 27 angestellt und unter Aufrechterhaltung des auf sie _go wirkenden hydraulischen Druckes durch Überdruckventile in den Zylindern zurückgedrückt werden. Die nach oben offenen Gesenkbacken 3 lassen ein Hochsteigen des Materials zu, das von dem Auspressen der Kröpfung herrührt. Anschließend wird das Pressenquerhaupt 53 hochgefahren und die Welle um einen Lagerabstand verlegt, wobei sie um den Versatzwinkel der ersten und zweiten Kröpfung gedreht wird. Zur Stützung der ersten Kröpfung ist vorher der Bock 18 eingesetzt worden. Durch diese Arbeitsweise erhalten alle Kröpfungen die beim Vorpressen bereits gegebenen Winkelstellungen zueinander. Die Umbauarbeit · vom Seitenpressen zum Durchsetzen erfordert, da nur Gesenkbacken abgenommen und ein Stempel eingebaut werden müssen, wenig Zeit. Die senkrechten Kolben mit den Keilen benötigen wenig Raum und, erzeugen wegen der Keilübersetzung hohe Drücke, so daß auch in beengtem Raum einer Presse große Stücke geschmiedet werden können.

Selbstverständlich ist es möglich, das Verfahren nach der Erfindung auf Sonderpressen auszuführen, welche Vorrichtungen zur Betätigung aller Gesenkteile besitzen. Der Vorteil der hier beschriebenen Vorrichtung besteht jedoch darin, daß sie durch normale Pressen betätigt werden kann.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zum schrittweisen Schmieden von mehrhubigen Kurbelwellen aus einem insbesondere runden Rohling mit eingepreßten Lagerstellen, zwischen denen die Verdickungen in einem dem Versatzwinkel der sie bildenden Kurbeln entsprechenden Winkel flachgedrückt und dann zu Kröpfungen umgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verdickung

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   zwischen zwei eingespannten Lagerstellen (i) in Länge des herzustellenden Kurbelzapfens bis auf etwa dessen Stärke flachgedrückt wird, während die Kurbelwangen (5) seitlich vorgepreßt werden, worauf bei seitlicher Einschließung der Kurbelwangen der Kurbelzapfenteil an «einen Parallelflächen (4) aufgenommen, bis auf eine Auflage (12) durchgesetzt und dann zu einer Zapfenvorform (7) unter Materialverdrängung in die Kurbelwangen niedergepreßt wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen gabelförmigen Durchsetzstempel (26) mit Schenkeln (26,,,) zum Aufnehmen der Parallelflächen des Kurbelzapfenteiles.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine den gabelförmigen Durchsetzstempel (26) abnehmbar tragende Traverse (25) und ein Paar von der Traverse aus hydraulisch für sich oder starr mit ihr niederfahrbare Keile (28) zum symmetrischen Verschieben von zwei auf einer Gesenkgrundplatte (10) geführten Keilbacken (30) mit je zwei äußeren Gesenkbacken (3) zum Vorpressen und seitlichen Einschließen der Kurbelwangen (5) und je einem mittleren Gesenkbacken (2) zum Flachpressen des Kurbelzapfenteiles (4), wobei durch Abnehmen der mittleren Gesenkbacken (2) Raum für die Einführung des Durchsetzstempels geschaffen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 307880, 318228, 592473, 705288, 870932.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen