DE102005024292A1

DE102005024292A1 - Härten eines Rohteiles für eine Low Cost-Fertigung

Info

Publication number: DE102005024292A1
Application number: DE200510024292
Authority: DE
Inventors: Peter Reim; Werner Hüttig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle (10) durch Härten unter Einfluss von Wärme, wobei mindestens ein Stützelement (15) verwendet wird zur Abstützung der Welle während des Härtungsvorgangs, wobei der Härtungsvorgang an der ortsfersten (sich nicht drehenden) Welle durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten unter Einfluss von Wärme, wobei mindestens ein Stützelement verwendet wird zur Abstützung der Welle während des Härtungsvorgangs.

Die DE 199 34 534 C1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten der Lagerflächen von Kurbelwellen, bei dem die Welle oder Achse während des Härtens einer Lagerfläche durch mindestens eine Stützeinrichtung abgestützt wird, die an eine zuvor gehärtete Lagerfläche angesetzt wird, wobei die Stellung der Stützeinrichtung unter Berücksichtigung des Verzuges geregelt wird, der für die Lagerfläche erfasst worden ist, an welcher die Stützeinrichtung angesetzt ist. Ziel dieses Verfahrens ist es, ein verzugsminimiertes Härten von Kurbelwellen zu ermöglichen.

Bei diesem und anderen bekannten Verfahren wird die Kurbelwelle gehärtet, während sie sich dreht. Die Stützeinrichtung, die in Bezug auf die zu härtende Lagerfläche der Kurbelwelle verstellbar ist, umfasst zwei Stützrollen auf einer Platte, auf denen Lagerflächen der Kurbelwelle aufliegen.

In der EP 0 520 220 B1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum induktiven Randschichthärten von Haupt- oder Hublagerzapfen an Kurbelwellen beschrieben. Für das Härten werden hier Kleinflächeninduktoren verwendet, die kreisbogenförmig gekrümmt sind und Lagerzapfen der Kurbelwelle mit Abstand umgreifen. Auch hier wird die Kurbelwelle während des Härtens gedreht, wozu eine Arbeitsspindel mit einem Drehantrieb vorgesehen ist. Die Drehlage der Arbeitsspindel und die der Kurbelwelle wird über eine Zahnscheibe und einen Drehlagedetektor laufend erfasst und ein entsprechendes Signal betreffend die jeweilige Drehstellung wird an eine Steuerung weitergeleitet. Die bekannte Vorrichtung ist insgesamt recht aufwändig.

Bei den zuvor geschilderten und anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt der Härteprozess nach einer mechanischen Vorbearbeitung der Welle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei dem eine solche Vorbearbeitung der Welle nicht notwendig ist und welches insgesamt einfacher und kostengünstiger durchführbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Das Härten der Welle erfolgt erfindungsgemäß an der stehenden Welle, das heißt, dass diese sich während der Bearbeitung nicht dreht. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Welle im Rohzustand gehärtet. Es ist also keine Vorbearbeitung notwendig und es kann preiswerteres Rohmaterial eingesetzt werden. Beispielsweise Gusseisen anstelle von Stahl.

Vorzugsweise erfolgt das Härten einer stehenden Welle mit Abstützungen, um Verzüge zu vermeiden. Dabei werden insbesondere Abstützelemente verwendet, die entweder parallel zur Achse der Welle verfahrbar sind oder aber radial, das heißt quer zur Achse der Welle verfahrbar sind.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit von Kurbelwellen. Zur Abstützung können in diesem Fall insbesondere Abstützelemente zur Anwendung kommen, die seitlich an eine Kurbelwellenwange anlegbar sind und/oder Abstützelemente, die an die Durchmesser der Kurbelwelle heranfahrbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine kostengünstige Fertigung von Kurbelwellen und zwar auch solcher, die für hohe Leistungen und Drehmomente ausgelegt sind. Der Härteprozess kann beispielsweise eine Induktivhärtung umfassen, wobei aber die Welle anders als bei den bisherigen Verfahren bei der Härtung nicht gedreht wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird für den Härtevorgang eine Vorrichtung verwendet mit Induktorelementen, die mindestens teilweise verfahrbar sind. Beispielsweise kann man eine Vorrichtung mit einem Gestell verwenden, in welches die Rohteil-Kurbelwelle eingelegt wird, wobei vorzugsweise gestellfeste Induktorelemente vorgesehen sind. Weiterhin können oberhalb der Kurbelwelle über eine entsprechende Einrichtung verfahrbare, das heißt absenkbare und anhebbare Induktorelemente verwendet werden. Wird eine solche Vorrichtung für den Härtevorgang geschlossen, erhält man quasi eine Art Form, die die zu härtende Kurbelwelle mindestens abschnittsweise umgibt.

Gemäß einer möglichen bevorzugten Variante betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Kurbelwelle durch Härten unter Einfluss von Wärme mit den nachfolgenden Verfahrensschritten:

– Einlegen der Kurbelwelle als Rohteil in gestellfeste Induktorelemente;
– Verfahren von quer zur Achse der Welle verfahrbaren Induktorelementen in Richtung auf die Welle;
– Anlegen von Abstützelementen stirnseitig an die Kurbelwellenwangen und/oder radial verfahrbaren Abstützelementen an die Durchmesser;
– Zuführung von Energie für den Härtungsvorgang, insbesondere Induktivhärtung der Welle, wobei diese Welle nicht gedreht wird;
– Abkühlen der Welle;
– Zurückziehen der Abstützelemente, Öffnen der Vorrichtung und Entnahme der Welle.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Härten einer Kurbelwelle;
2 eine schematisch vereinfachte stirnseitige Ansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung ist schematisch stark vereinfacht und es sind nur die im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung und der Kurbelwelle skizzenhaft gezeigt. Die Einrichtung zum Härten umfasst ein Gestell 12 mit unteren gestellfesten Induktorelementen 13, in welches die Rohteil-Kurbelwelle 10 eingelegt wird. Es ist weiterhin ein oberes Werkzeug mit einer Art Schlitten 11 vorgesehen, an dem sich obere Induktorelemente 14 befinden.
Dieser Schlitten 11 mit den oberen Induktorelementen 14 ist in Pfeilrichtung verfahrbar und wird nach dem Einlegen der Rohteil-Kurbelwelle 10 in Richtung auf diese abgesenkt.
Die Einrichtung umfasst außerdem sowohl im Bereich des oberen verfahrbaren Schlittens 11 als auch an dem unteren ortsfesten Gestell 12 jeweils Abstützelemente 15, die wie in der Zeichnung durch Doppelpfeile angedeutet ist, jeweils parallel zur Achse der eingelegten Kurbelwelle (die mit 10' bezeichnet ist), verfahrbar sind. Dadurch ist es möglich, die Abstützelemente 15 sowohl schlittenseitig als auch gestellseitig jeweils an die Stirnseiten der Kurbelwellenwangen 16 heranzufahren und dadurch die Kurbelwelle 10 abzustützen. Es können auch radial verfahrbare weitere Abstützelemente (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die an die Durchmesser der Kurbelwelle angelegt werden.
Nach dem Anlegen der Abstützelemente 15 erfolgt die Energiezuführung für den Härteprozess über die Induktorelemente 13, 14, wobei die Kurbelwelle 10 bei diesem Härteprozess nicht gedreht wird. Anschließend wird die Kurbelwelle abgekühlt. Danach können die Abstützelemente 15 zurückgezogen werden. Die Vorrichtung wird anschließend geöffnet und die Kurbelwelle wird aus der Vorrichtung entnommen.
2 zeigt noch einmal eine stark vereinfachte Seitenansicht im teilweisen Schnitt. Man erkennt die schematisch dargestellte Kurbelwelle 10, die oberen Induktorelemente 14, die sich an dem verfahrbaren Schlitten 11 befinden und die unteren Induktorelemente 13, die sich an dem Gestell 12 befinden. Aus der Darstellung gemäß 2 ist auch ersichtlich, dass die Kurbelwelle 10 bei dem Prozess der Induktivhärtung von der die Induktoren 13, 14 aufweisenden Einrichtung zumindest teilweise ähnlich wie von einer Form umgeben wird.

10: Rohteil-Kurbelwelle
10': Kurbelwelle
11: Schlitten
12: Gestell
13: Induktorelement
14: Induktorelement
15: Abstützelement
16: Kurbelwellenwangen

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Bauteilfestigkeit einer Welle durch Härten unter Einfluss von Wärme, wobei mindestens ein Stützelement verwendet wird zur Abstützung der Welle während des Härtungsvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtungsvorgang an der ortsfesten (sich nicht drehenden) Welle durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle im Rohzustand gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohteil-Kurbelwelle gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein parallel zur Achse der Welle verfahrbares Abstützelement (15) und/oder mindestens ein quer zur Achse der Welle verfahrbares Abstützelement vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine Kurbelwelle ist und mindestens ein Abstützelement (15) seitlich an eine Kurbelwellenwange angelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Härteprozess durch Induktivhärtung erfolgt, wobei Induktorelemente mindestens teilweise an der Welle zur Anlage kommen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Induktorelemente (13, 14) die Welle mindestens teilweise formschlüssig umgreifen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass gestellfeste Induktorelemente (13) und quer zur Achse der Welle verfahrbare Induktorelemente (14) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die nachfolgend wiedergegebenen Verfahrensschritte: – Einlegen der Kurbelwelle (10) als Rohteil in gestellfeste Induktorelemente (13); – Verfahren von quer zur Achse der Welle verfahrbaren Induktorelementen (14) in Richtung auf die Welle; – Anlegen von Abstützelementen (15) stirnseitig an die Kurbelwellenwangen (16) und/oder radial verfahrbaren Abstützelementen an die Durchmesser; – Zuführung von Energie für den Härtungsvorgang, insbesondere Induktivhärtung der Welle, wobei diese Welle nicht gedreht wird; – Abkühlen der Welle; – Zurückziehen der Abstützelemente, Öffnen der Vorrichtung und Entnahme der Welle.
Welle, insbesondere Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 gehärtet wurde.