WO1990010521A1

WO1990010521A1 - Lötverbindung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: WO1990010521A1
Application number: PCT/DE1989/000144
Authority: WO
Inventors: Michael Schenk
Original assignee: Michael Schenk
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1989-03-08
Publication date: 1990-09-20
Also published as: DE3730226A1

Abstract

Eine Lötverbindung zwischen mechanisch hochbelastbaren Teilen ist als eine durch Hochtemperaturlötung im Vakuum oder Hochvakuum erzeugte Diffusionsverbindung mit Legierungsbildung ausgebildet. Die durch das Lot miteinander verbundenen Verbindungsflächen (6, 7) liegen wenigstens teilweise in einer Konusfläche, einer Keilfläche, einer eine Krümmung aufweisenden Fläche oder einer eine diskontinuierliche Richtungsänderung aufweisenden Fläche und liegen zumindest in diesen Flächen spaltfrei aneinander an. Während des Lötvorganges sind die Teile im Sinne einer Annäherung ihrer Verbindungsflächen (6, 7) aneinander belastet.

Description

Lötverbinduπg und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Lötverbindung zwischen mechanisch hochbelastbaren Teilen sowie ein Verfahren zu ihrer Herstel¬ lung.

Lötverbindungen, bei denen die miteinander verbundenen Teile stumpf aneinander stoßen, sind für mechanisch hochbeanspruchte Teile und Verbindungen nicht geeignet, da ihre mechanische Belastbarkeit wesentlich geringer ist als diejenige des Mate¬ rials, aus dem die Teile bestehen. Dies gilt vor allem für Teile aus Stahl oder Stahllegierungen. Wenn eine hohe mecha¬ nische Belastbarkeit gefordert wird, werden deshalb die Teile üblicherweise miteinander verschweißt. Schweißverbindungen erfordern aber nicht nur eine schweißgerechte Konstruktion, was in vielen Fällen eine optimale Anpassung der Teile an ihre Funktion ausschließt. Sie können auch mit einem beträcht¬ lichen Fertigungsaufwand verbunden sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Löt¬ verbindungen dahingehend zu verbessern, daß sie auch bei me¬ chanisch hochbelasteten Teilen anwendbar sind. Diese Aufgabe löst eine Lötverbindung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Eine Hochtemperaturlötung im Vakuum oder Hochvakuum läßt in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Verbindungs¬ flächen und deren spaltfreien Anlage aneinander eine Festigkeit der Lötverbindung erreichen, welche der Festigkeit des Materials, sich hierbei um hochfesten Stahl handelt. Diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Lötverbindung erlaubt es, Bauteile dort zu teilen, wo es im Hinblick auf deren optimale Gestaltung und/oder Fertigung vorteilhaft ist. Auch eine mehrfache Teilung kann vorgesehen werden, da alle Lötverbindungen gleichzeitig hergestellt werden können. Man kann deshalb beispielsweise in Hohlräume Versteifungselemente oder dergleichen problemlos einfügen .

Besonders vorteilhaft ist es, wenn von den miteinander verlö¬ teten Verbindungsflächen wenigstens die eine einen von der anderen hintergreifbaren Abschnitt aufweist, da dann die Teile mittels eines solchen Abschnittes oder mehrerer derartiger Abschnitte richtig zueinander positioniert ^"werden können, ohne hierfür aufwendige Haltevorrichtungen verwenden zu müssen.

Vorteilhaft ist es auch, den hintergreifbaren Abschnitt gemäß Anspruch 4 auszubilden, da dann die zu verlötenden Teile nicht nur in der richtigen Lage positioniert werden, sondern durch die Hintergreifung auch eine Kraft wirksam ist, welche den zunächst noch vorhandenen Spalt zwischen den Verbindungsflächen schließt, sobald das Lot beim Herstellen der Lötver-bindung flüssig wird.

Die erfindungsgemäße Lötverbindung ist auch insofern besonders vorteilhaft, als sie es ermöglicht, Teile aus unterschied¬ lichen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl oder einer Stahlle¬ gierung einerseits und Keramik, insbesondere Oxidkeramik, andererseits miteinander zu vereinigen. Zweckmäßigerweise sind dabei die Verbindungsflächen der Keramikteile metalli¬ siert .

Statt an den miteinander zu verbindenden Teilen selbst Material¬ partien vorzusehen, welche eine Hintergreifung ergeben, können selbstverständlich auch Spannelemente gemäß Anspruch 8 vorge¬ sehen sein. Bei diesen Spannelementen kann es sich auch um Bauteile handeln, welche außer der Spannfunktion auch noch wenigstens eine andere Funktion haben.

Begrenzen die Teile, die durch die erfindungsgemäße Lötver¬ bindung miteinander verbunden sind, wenigstens einen Hohlraum, dann kann nicht nur die Außenfläche, sondern auch^' die Innen¬ fläche gehärtet sein. Dies ergibt eine höhere Belastbarkeit der Teile, wobei die Diffusionstiefe beim Härtevorgang die Höhe dieser Belastbarkeit beeinflußt. Ferner kann bei Teilen, die einen Hohlraum begrenzen, die den Hohlraum begrenzende Innenfläche mit Lot beschichtet sein, das beim Lötvorgang als überschüssiges Lot austritt und sich über die Innenfläche verteilt. Schließlich kann man bei Teilen, die wenigstens einen Hohlraum begrenzen, diesen Hohlraum so gestalten, daß der Hohlraum infolge der Herstellung der Lötverbindung oder Lötverbindungen vollständig geschlossen wird. Wegen der Her¬ stellung der Lötverbindung im Vakuum bleibt dann im Hohlraum das Vakuum erhalten, wenn man in der Umgebung des Werkstückes den Druck durch Einleitung eines Gases erhöht. Die Differenz zwischen dem Vakuum im Hohlraum und dem höheren Druck in der Umgebung des Bauteiles führt dazu, daß die zu verlötenden Teile im Sinne einer Aneinanderpressung der Verbindungsflächen belastet werden.

Besondere Vorteile bietet die erfindungsgemäße Lötverbindung dann, wenn die miteinander zu verbindenden Teile solche einer Kurbelwelle gemäß den Ansprüchen 12 bis 16 sind. Die dabei vorgesehenen Keramikelemente ermöglichen den Verzicht auf eine Ölεchmierung .

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Lötver¬ bindung zu schaffen. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 17.

Zur Kostenreduzierung wird vorteilhafterweise eine gegebenen¬ falls erforderliche Wärmebehandlung durch eine zeitlich gesteu- erte Abkühlung im Anschluß an die für den Lötvorgang erforder¬ liche Erwärmung vorgenommen. Auch eine Nitrierung oder Carbo¬ nitrierung kann im Anschluß an die Erwärmung noch innerhalb des Vakuumofens vorgenommen werden, da hierzu nur das für die Nitrierung oder Carbonitrierung erforderliche Gas eingelei¬ tet zu werden braucht. Selbst eine Plasmanitrierung oder Plas- macarbonitrierung kann sich an den Lötvorgaπg anschließen, wenn der Vakuumofen als Autoklav ausgebildet ist.

Sofern zwischen die Verbindungsflächen eine Lötfolie^" eingelegt wird, ist es zweckmäßig, dieser Lötfolie die räumliche Form des Lötspaltes zu geben, beispielsweise durch Stanzen und/oder Tiefziehen .

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine unvollständig und teilweise im Schnitt darge¬ stellte Ansicht einer Antriebswelle für ein Kraft¬ fahrzeug mit Vorderradantrieb,

Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt aus Fig. 1 vor dem Lötvorgang,

Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt gemäß Fig. 2 nach dem Lötvorgang,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Getriebewelle für ein Kraftfahrzeuggetriebe, wobei die linke und die rechte Hälfte des Längsschnittes unterschiedliche Musführungsformen zeigen,

Fig. 5 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Lötverbindung, Fig. 6 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt durch eine Lötverbindung, bei welcher die beiden zu verbindenden Teile sowohl direkt als auch über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind,

Fig. je einen unvollständig dargestellten Längsschnitt 7 - 9 abgewandelter Ausführungsformen von Lötverbindungen mit einem zusätzlichen Verbindungsteil,

Fig. 10 einen Längsschnitt einer Hochdruck-Gasflasche,

Fig. 11 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt durch einen Kurbelzapfen und die ihn tragenden Wangen einer Kurbelwelle sowie des auf dem Kurbelzapfen gelagerten Pleuels,

Fig. 12 einen Schnitt entsprechend Fig. 11 einer anderen Ausführungsform,

Fig. 13 einen unvollständig dargestellten Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles eines Pleuelzapfens und des auf ihm gelagerten Pleuels,

Fig. 14 einen unvollständig dargestellten Querschnitt einer vierten Auεführungsform eines Pleuelzapfens und des auf ihm gelagerten Pleuels.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Antriebswelle für ein Kraftfahr¬ zeug mit Vorderradantrieb sind nur die beiden gleich ausgebil¬ deten Endstücke 2, die im Bereich ihres freien Endabschnittes ein Vielkeilprofil 3 aufweisen, aus Vollmaterial hergestellt. Das Mittelstück 4, das einen etwas größeren Außendurchmesser als die Endstücke 2 hat, ist hingegen aus Gewichtsgründen als Hohlwelle ausgebildet. Um eine derartige Antriebswelle kostenkünstig fertigen zu können,ist nur ein kurzer Endabschnitt 4' des Mittelstückes 4 einstückig mit jedem der beiden Endstücke 2 ausgebildet. Jeder dieser beiden Endabschnitte 4¹ ist in seiner dem Endstück 2 abgekehrten Endzone mit einer einem Außenkonus ähnlichen Ver¬ jüngung versehen, die sich von seiner Außenmantelfläche bis zu einer schmalen Stirnfläche 5 erstreckt, welche sich an die Innenmantelfläche anschließt. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, hat die durch die Außenmantelfläche der Verjüngung gebildete Verbindungsfläche 6 im Anschluß an eine konkave Krümmung eine konvexe Krümmung. An dem gleichachsig mit dem Endabschnitt 4¹ zu verbindenden Rohr 4' ' ist eine zur Verbindungsfläche 6 korrespondierend ausgebildete Verbindungsfläche 7 vorgesehen. Der konvex gekrümmte Endabschnitt der Verbindungsfläche 7 hintergreift den die konkave Krümmung aufweisenden Endabschnitt der Verbindungsfläche 6 und umgekehrt. Infolge dieser Form der Verbindungsflächen 6 und 7 können diese nicht nur, wie Fig. 3 zeigt, spaltfrei aneinander anliegen. Wenn das Ende des Rohres 4¹¹ auf den Endabschnitt 4' unter Zwischenlage einer Lötfolie 8 aufgeschrumpft ist, bewirkt die Schrumpfkraft infolge des wellenförmigen Verlaufes des Spaltes auch eine Kraft, welche die beiden Verbindungsflächen 6 und 7 gegeneinan¬ der drückt, sobald das Lot flüssig wird. Infolge ^'der erfindungs¬ gemäßen Form der Verbindungsflächen 6 und 7 werden also die miteinander zu verbindenden Teile vor dem Lötvorgang in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten und während des Löt¬ vorganges im Sinne einer Beseitigung des Spaltes zwischen den Verbindungsflächen 6 und 7 belastet.

Die Erhitzung der Antriebswelle 1 für die gleichzeitige Lötung aller Einzelteile erfolgt in einem Vakuumofen auf eine Tempera¬ tur von 900° C bis 1000° C. Die Lötverbindungen werden dabei als Diffusionsverbindungen mit Legierungsbildung hergestellt. Anschließend wird der Abkühlungsvorgang derart gesteuert, daß sowohl der Stahl, aus dem die Antriebswelle 1 besteht, als auch, falls erforderliche, die Lötstellen einer Wärmebehand¬ lung unterworfen werden. Außerdem kann man, sofern eine Nitrierung oder Carbonitrierung erforderlich ist, diese im Vakuumofen vornehmen. Wird beispielsweise zur Nitrierung gasförmiger Stickstoff eingeleitet, dann kann sie bei einer Temperatur über 400° C erfolgen, so daß eine sehr geringe Nitrierdauer ausreichend ist. Sofern man den Innenraum des Rohres 4'¹ bei¬ spielsweise über eine zentrale Durchgangsbohrung der Endstücke 2 mit der Umgebung verbindet, kann auch eine Härtung der Innen¬ wand des Rohres 4¹ ' durchgeführt werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Getriebewelle 10 ist wie die An¬ triebswelle gemäß Fig. 1 zur Gewichtsverminderung und Reduzie¬ rung der Drehmasse als Hohlwelle ausgebildet. Bei der in Fig. 4 links dargestellten Ausführungsform ist sie aus zwei hohl geschmiedeten Teilen 11 und 12 zusammengesetzt, von denen im Ausführungsbeispiel jeder einen Zahnkranz 13 bzw. 13' in dem hohl geschmiedeten Abschnitt trägt. Wie durch die Linie 14 angedeutet, braucht der Zahnkranz 13' nicht einstückig mit dem Teil 12 ausgebildet zu sein. Er kann auch an einem Ring vorgesehen sein, der auf einem vorzugsweise konischen Sitz des Teiles 12 angeordnet ist und mit diesem verlötet wird. Die beiden korrespondierend ausgebildeten Verbindungs¬ flächen 15 und 16 der Teile 11 bzw. 12 haben den in den Fig. 2 und 3 dargestellten wellenförmigen Verlauf. In den Hohlraum 19 können separate Bauteile, beispielsweise als Versteifungs¬ elemente eingesetzt und mit der Getriebewelle 10 verlötet werden, wie dies durch eine Scheibe 20 schematisch dargestellt ist. Ferner kann selbstverständlich der Zahnkranz 13 ebenfalls an einem separaten Ring vorgesehen sein, welcher auf einem Sitz des Teiles 11 angeordnet und mit diesem verlötet ist.

Bei der in Fig. 4 rechts dargestellten Ausführungsform besteht die Getriebewelle 10 aus den beiden hohl geschmiedeten Teilen 11 und 12 sowie einem zwischen diese eingesetzten und mit ihnen verlöteten Ringkörper 17, welcher den Zahnkranz 13' trägt. Der Ringkörper 17 ist mit einer zu seiner Innenseite hin of¬ fenen Ringnut 18 versehen, deren Kontur so gewählt ist, daß die Getriebewelle 10 im Bereich des Zahnkranzes 13' keine sprungartige Änderung der Steifigkeit aufweist. Selbstverständ¬ lich könnten statt der konischen Verbindungsflächen 21 des Ringkörpers 17 sowie der Teile 11 und 12 auch sich hintergrei¬ fende Verbindungεfläche vorgesehen sein.

Das Herstellen der Lötverbindungen zwischen den Verbindungs¬ flächen sowie eine anschließende Wärmebehandlung und gegebenen¬ falls vorzunehmende Nitrierung oder Carbonitrierung erfolgen in gleicher Weise wie bei der Antriebswelle gemäß den Fig. 1 - 3.

Wie Fig.- 5 zeigt, können die eine Hintergreifung ergebenden Verbindungsflächen von zwei miteinander zu ^"verbindenden Teilen 22 und 23 auch so ausgebildet sein, daß sich an den wellenför¬ migen Abschnitt 24 ein konischer Abschnitt 25 anschließt. Ein solcher konischer Abschnitt 25 verbessert die Zentrierung,

Eine Verbindung von zwei Teilen 26 und 27 kann aber auch, wie Fig. 6 zeigt, in der Weise ausgeführt sein, daß diese beiden Teile 26 und 27 nicht nur durch eine unmittelbare Anlage aneinander verbunden sind, sondern auch durch eine Anlage an einem Verbindungselement 28, das bei dem Ausführungεbeispiel gemäß Fig. 6 als ein Außenring ausgebildet ist. Das Innenprofil dieses Verbindungselementes 28 hat einen wellenförmigen Verlauf, wobei ein Wellenberg zwischen zwei Wellentälern liegt. Mit dieser Verbindungsfläche liegt das Verbindungselement 28 zur einen Hälfte an einer korrespondierend ausgebildeten Verbin¬ dungεfläche 29 des Teiles 26 und zur anderen Hälfte an einer ebenfalls korreεpondierend ausgebildeten Verbindungsfläche 30 des Teiles 27 an. Dank des mittig angeordneten Wellenberges, auf dessen Mitte die Teilungsfläche 31 zwiεchen den Teilen 26 und 27 ausgerichtet ist, werden letztere durch das aufge¬ schrumpfte Verbindungselement 28 nicht nur in der gewünschten gegenseitigen Lage festgehalten. Die beiden Teile 26 und 27 werden auch im Sinne einer Annäherung der Verbindungsflächen aneinander belastet. Statt der konischen Teilungsfläche 31 könnte selbst- verständlich auch eine wellenförmige Teilungsfläche vorgesehen sein. Man könnte sogar die beiden Teile 26 und 27 hier auch stumpf aneinander stoßen lassen.

Auch bei dem Ausführungsbeiεpiel gemäß Fig. 7 εind die beiden zu verbindenden Teile 32 und 33 nicht nur durch eine Lötver¬ bindung zwiεchen den stumpf aneinander stoßenden Bereichen miteinander verbunden. Vielmehr ist hier ebenfalls ein Ver¬ bindungselement 34 vorgesehen, das jedoch im Gegensatz zu dem Verbindungselement 28 als Innenring ausgebildet ist. Infol¬ gedessen hat seine Außenmantelfläche den in Längεrichtung wellenförmigen Verlauf. Die Wirkung deε Verbindungεelementes 34 ist die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6, das heißt, die Teile 32 und 33 werden durch den aufge¬ schrumpften Innenring, an dem korrespondierend geformte Ver¬ bindungsflächen der Teile 32 und 33 anliegen, einerseitε in der gewünschten Position gehalten, andererseits bewirkt die Vorspannung des Verbindungselementes 34 eine Belastung der Teile 32 und 33 im Sinne einer Annäherung der Verbindungsflächen aneinander, wodurch es beim Schmelzen des Lotes zu einer spalt¬ freien Anlage der Teile 32 und 33 aneinander sowie am Ver¬ bindungselement 34 kommt.

Wie Fig. 8 zeigt, kann statt einer stumpfen Anlage der mitein¬ ander zu verbindenden Teile (vgl. Fig. 7) oder statt einer konischen Teilungεflache (vgl. Fig. 6) auch ein wellenförmiger Verlauf der Teilungεfläche 35 zwiεchen den zu verbindenden Teilen 36 und 37 vorgeεehen sein. Wegen der wellenförmigen Außenkontur des Verbindungselementes 38 ist es aber nicht erforderlich, daß die Teile 36 und 37 sich im Bereich der Teilungsfläche 35 hintergreifen.

Haben die miteinander zu verbindenden Teile 39 und 40 zumin¬ dest im Bereich der Verbindungsstelle die Form eines Rohres, kann man statt eines Verbinduπgselementes mit einem Hinter- greifungen ergebenden Längsprofiles auch eine Hülse 41 vorεehen, die bei dem Auεführungsbeispiel gemäß Fig. 9 im Inneren der Teile 39 und 40 angeordnet iεt, aber auch über dieεe geεchoben sein könnte. Je ein Ringwulst 42 der beiden Teile 39 und 40 greift in je eine Ringnut der Hülse 41 ein, wobei selbstverständlich die Ringwulste auch an der Hülεe 41 und die Ringnuten in den Teilen 39 und 40 vorgeεehen sein könnten. Die Profilform der Riπgwulste 42 und der Ringnuten ist εo gewählt, daß auf die beiden Teile 39 und 40 eine Axial¬ kraft auεgeübt wird, wenn in dieεe Teile die Hülεe 41 einge¬ schrumpft ist. Auch hier werden die beiden Teile 39 und 40 durch die alε Verbindungεele ent dienende Hülse 41 also nicht nur in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten. Es wird auch der zunächst vorhandene Lötspalt geschlossen, sobald das Lot flüssig geworden ist. Bei fertiggestellter Lötverbin¬ dung liegen deshalb die beiden Teile 39 und 40 mit ihren im Profil S-artigen Verbindungsflächen 43 spaltfrei aneinander an. Auch hier können selbstverständlich die Verbindungsflächen 43 eine andere Kontur haben, beispielsweise eine solche gemäß Fig. 5.

Wie Fig. 10 zeigt, kann die erfindungsgemäße Lötverbindung von Vorteil auch beispielεweiεe zur koεtengünstigen Herstellung einer Hochdruck-Gasflasche 50 verwendet werden. An den geschmie¬ deten Bodenteil 51 ist ein kurzer, hohlzylindrischer Abschnitt angeformt, der mit einer von der Außenmantelfläche zur Innenman¬ telfläche durchgehenden konischen Fläche als Verbindungsfläche versehen ist. Eine korrespondierende Konusfläche weist ein zylindrischer Mittelteil 52 auf. Das andere Ende dieseε Mittel¬ teiles 52 ist ebenfalls als konische Verbindungsfläche 56 auεgebildet. Eine korreεpondierende konische Verbindungsflä¬ che 57 iεt an dem geschmiedeten Halεteil 53 der Hochdruck-Gaε- flasche 50 vorgesehen. Statt der konischen Verbindungsflächen könnten selbεtverständlich auch solche mit einer Krümmung oder einer diskontinuierlichen Richtungsänderung vorgesehen sein. Vor allem dann, wenn es möglich ist, während des Lötvor¬ ganges den Hals dicht verschlossen zu halten, beispielsweiεe mittelε eineε bereitε eingesetzten Ventiles, so daß zwischen dem Innenraum der Gasflasche 50 und der Umgebung eine Druckdif¬ ferenz erzeugt werden kann, sobald das Lot flüssig geworden ist, kann man durch diese Druckdifferenz die Verbindungsflä- chen aneinander drücken.

Durch einen Lotüberschuß zwischen den Verbindungsflächen eines derartigen Behälters kann man erreichen, daß flüsεiges Lot innen austritt und die Innenmantelfläche sowie den Boden gleichmäßig beschichtet.

Im Anschluß an eine Erwärmung auf etwa 1000° C im Vakuum oder

Hochvakuum kann die Abkühlung zeitlich so geεteuert werden,

2 daß eine Vergütung auf 900 - 1200 N/mm erfolgt.

Wie Fig. 11 zeigt, können erfindumgsge äße Lötverbindungen mit Vorteilen auch bei Kurbelwellen vorgesehen werden, und zwar vorteilhafterweise dann, wenn die Kurbelwelle sowohl aus Teilen, die aus Stahl bestehen, zusammengesetzt ist, als auch aus Teilen, welche aus Keramik bestehen.

Bei dem in Fig. 11 dargestellten Auεführungsbeiεpiel iεt an die beiden auε Stahl beεtehenden Wangen 60 und 61 je ein hohler Kurbelzapfenteil 62 bzw. 63 angeformt. Dieεe beiden Kurbelzap¬ fenteile 62 und 63 haben korrespondierend auεgebildete Verbin¬ dungsflächen 64 mit einem wellenförmigen, zu einer Hintergrei- fung führenden Verlauf. Hier ist eine erfindungsgemäße Lötver¬ bindung vorgesehen. Zwei konzentriεch zum Kurbelzapfen angeord¬ nete εowie gleich auεgebildete Lagerringe 65 auε Keramik haben einen trapezförmigen, sich zu ihrer Innenmaπtelflache hin verjüngenden Querschnitt. Die einander zugekehrten Flanken der beiden Lagerringe 65 stützen sich auf korrespondierend geneigten Flanken eines mittig zwischen den beiden Wangen 60 und 61 angeordneten Stützringes 66 aus Stahl ab, der auf die εich überlappenden Endabschnitte der beiden Kurbelzapfen¬ teile 62 und 63 aufgeschrumpft ist. Wie Fig. 11 zeigt, ist in der Innenmantelfläche des Stützringes 66 eine Nut vorgeεehen, in die ein korrespondierender Wulst des Kurbelzapfenteiles 62 eingreift, wodurch der Stützring 66 poεitioniert iεt. Zwi¬ εchen der Innenmantelfläche der Lagerringe 65 und der Außen¬ mantelfläche der Kurbelzapfenteile 62 und 63 iεt je ein Hohl¬ raum 67 vorhanden, um die Masse des Kurbelzapfenε so gering wie möglich zu halten.

Die voneinander wegweisenden Flanken der Lagerringe 65 liegen an je einer Konusfläche 68 einer radial außerhalb der Kurbel¬ zapfenteile 62 bzw. 63 von den Wangen 60 und 61 abstehenden Materialpartie an.

Die radial nach außen über diese Materialpartien sowie den Stützring 66 geringfügig überstehenden Lagerringe 65 bilden mit ihrer Außenmantelfläche die Lagerfläche für eine Lagerbuch¬ se 69 aus Keramik des Pleuelε 70. Zur Erhöhung der Biegeεtei- figkeit deε Kurbelzapfens ist im Ausführungεbeiεpiel in diesen ein Versteifungsrohr 71 eingeschrumpft, daε auε Keramik beεteht.

Bei dem Auεführungεbeiεpiel gemäß Fig. 12 einer Kurbelwelle iεt die auε Keramik beεtehende Lagerbuchεe 79 des Pleuels 80 auf Stiften 81 gelagert, die ebenfalls auε Keramik beεtehen. Die Stifte 81 εtehen über die Außenmantelfläche eineε auε Stahl bestehenden, hohlen Kurbelzapfens 82 über, welcher in zwei Wangen 83 und 84 eingelötet ist. Wie Fig. 2 zeigt, erwei¬ tern εich die in den Wangen 83 und 84 liegenden Endabschnitte des Kurbelzapfens 82 geringfügig konisch gegen die Stirnfläche hin. In geringem Abstand von diesen ist dann wieder eine koni¬ sche Verjüngung vorgesehen. Ein in den Kurbelzapfen 82 einge- εetzteε Rohr 85 auε Keramik trägt die Stifte 81. Der Überεtand der Stifte 81 über die Außenmantelfläche deε Kurbelzapfenε 82 könnte zu dessen Mitte hin gleichmäßig zunehmen, sofern die Innenmantelfläche der Lagerbuchse 79 entsprechend gekrümmt wäre. Das Pleuel 80 wäre dann gegen eine Verschiebung in Längs¬ richtung des Kurbelzapfens 82 aus der Mittenlage heraus gesi¬ chert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 ist der aus Stahl bestehende, hohle Kurbelzapfen 86, der im Bereich seiner bei¬ den Enden mit den nicht dargeεtellten Wangen verlötet ist, in seiner Außenmantelfläche mit Längsnuten versehen, in die stabförmige Lagerelemente 87 aus Keramik eingelegt sind, welche über die Außenmantelfläche des Kurbelzapfens 86 überstehen. Auf diesen Lagerelementen 87 ist eine ebenfalls aus Keramik bestehende Lagerbuchse 88 des Pleuels 89 gelagert.

Wie Fig. 14 zeigt, kann man die aus Keramik bestehende Lager¬ buchse 90 eines Pleuels 91 auch auf segmentförmigen Lagerele¬ menten 92 auε Keramik lagern, welche radial nach außen über die zwiεchen ihnen ageordneten Stahlεegmenete 93 überstehen. Alle Segmente 92 und 93, welche zusammen den Kurbelzapfen bilden, sind auf einer Buchse 94 aus Keramik abgeεtützt, welche in den Lagerzapfen eingeεetzt iεt.

Bei allen vorεtehend beεchriebenen Ausführungsformen von Kur¬ belwellen erübrigt sich eine Ölschmierung . Sofern erforderlich, kann Luft zwiεchen die Lagerflächen eingeführt werden.

Alle in der vorεtehenden Beεchreibung erwähnten εowie auch die nur allein auε der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als weitere Auεgeεtaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn εie nicht beεonderε hervorgehoben und inεbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Claims

-M -P a t e n t a n ε p r ü e h e

1. Lötverbindung zwiεchen mechanisch hochbelastbaren Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß

a)^'εie als eine durch Hochtemperaturlötung im Vakuum oder Hochvakuum erzeugte Diffusionεverbindung mit Legierungεbildung auεgebildet iεt und b) die durch daε Lot miteinander verbundenen Verbindungs¬ flächen (6, 7; 15, 16, 21; 29, 30, 31; 64) wenig- εtenε teilweiεe in einer Konuεfläche, einer Keil¬ fläche, einer eine Krümmung aufweisenden Fläche oder einer eine diskontinuierliche .Richtung.sänderung aufwei¬ senden Fläche liegen und zumindest in diesen Flächen spaltfrei aneinander anliegen.

2. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinien der Verbindungsflächen (6, 7; 15, 16;

29, 30; 64) in dem eine Krümmung aufweisenden Abschnitt einen welleπlinienför igen Verlauf haben.

3. Lötverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß von zwei miteinander verlöteten Verbindungsflä¬ chen (6, 7; 15, 16; 29, 30; 64) wenigstenε die eine einen von der anderen hintergreifbaren Abεchnitt aufweiεt.

4. Lötverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß der hintergreifbare Abschnitt der einen Verbindungs- fläche und der dieεen Abεchnitt hintergreifende Abschnitt der anderen Verbindungsfläche je eine Gestaltung haben, welche vor dem Herstellen der Lötverbindung in den beiden zuεammenge- fügten Teilen eine Spannkraft ergibt, die eine im Sinne einer Annäherung der beiden Verbindungεflächen aneinander wirkende Komponente hat.

5. Lötverbindung nach einem der Anεprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß weπigεtenε einer der hochbelaεtbaren Teile (4' , 4'' ; 11, 12; 51, 52, 53) auε Stahl oder einer Stahllegie¬ rung beεteht.

6. Lötverbindung nach einem der Anεprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigεtens einer der hochbelastbaren Teile (65; 81; 87; 92) aus Keramik, inεbesondere Oxidkeramik, besteht.

7. Lötverbindung nach Anspruch^' 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfläche deε auε Keramik beεtehenden Teileε metalliεiert iεt.

8. Lötverbindung nach einem der Anεprüche 1 - 7, gekenn¬ zeichnet durch wenigstens ein Spannelement (28; 34; 38; 41), das mit einer Vorspannung an Flächen der miteinander zu ver¬ bindenden Teile (26, 27; 32, 33; 36, 37; 39, 40) anliegt, wobei diese Flächen derart bezüglich der Verbindungsflächen ausgerichtet sind, daß die Spannkraft deε Spannele enteε in eine die Verbindungεflächeπ gegeneinander drückende Kraft umgeεetzt wird.

9. Lötverbindung nach einem der Anεprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teilen, die wenigεtenε einen Hohlraum begrenzen, εowohl die Außenfläche alε auch die Innenfläche gehärtet sind.

10. Lötverbindung nach einem der Anεprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teilen, die wenigεtens einen Hohlraum begrenzen, die den Hohlraum begrenzende Innenfläche mit Lot beschichtet iεt.

11. Lötverbindung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teilen, die wenigstens einen Hohlraum begrenzen, dieser infolge der Herstellung der Verbindung zwi¬ schen den Verbindungsflächen vollständig geschlossen ist.

12. Lötverbindung nach einem der Ansprüche 1 - 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Teile solche einer Kurbelwelle sind, bei der zumindest jeder vorhan¬ dene Kurbelzapfen Keramikelemente (65; 81; 87; 92) aufweist, auf denen wenigstens eine aus Keramik bestehende Buchεe (69; 79; 88; 90) für ein Pleuel gelagert ist.

13. Lötverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Keramikelemente konzentriεch nebeneinander ange¬ ordnete Ringe (65) εind.

14. Lötverbindung nach Anεpruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Keramikelemente Stifte (81) sind, welche den metallischen Teil (82) des Kurbelzapfens von innen nach außen durchdringen und vorzugsweise innen auf einem Keramikrohr (85) abgestützt sind.

15. Lötverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Keramikelemente segmentförmige Teile (92) sind, die zwischen segmentförmigen Bereichen (93) des metallischen Teils des Kurbelzapfenε angeordnet und vorzugεweise innen auf einem Keramikrohr (94) abgestützt sind.

16. Lötverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Keramikelemente Stäbe (87) sind, die in Längε- nuten in der Außenmantelfläche des metallischen Teils des Kurbelzapfens (86) eingelegt sind.

17. Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile während des Lötvorganges im Sinne einer Annäherung ihrer Verbindungs¬ flächen aneinander belastet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an den Erwärmungsvorgang anschließende Abkühlung mit einem zeitlich gesteuerten Verlauf zum Zwecke einer Wärme¬ behandlung der Teile und/oder der Lötstellen vorgenommen wird. .

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß im Anschluß an die Erwärmung die Teile nitriert oder carbonitriert werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrierung oder Carbonitrierung alε Plasmanitrierung bzw. Plas acarbonitrierung erfolgt.

21. Verfahren nach einem der Anεprüche 17 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei einander zugeordnete Verbin¬ dungsflächen eine Lötfolie eingelegt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötfolie zuvor gestanzt und/oder tiefgezogen wird.