DE2023364C - Verfahren zum Herstellen einer aus einzelnen Teilen zusammengeschweißten Kurbelwelle - Google Patents

Description

ches wirtschaftlich und weniger aufwendig ist und ■ zudem unter Beibehaltung der sich beim Elektronenstrahlschweißen einstellenden Vorteile dessen Nachteile vermeidet, wobei insbesondere ein Verstopfen der Schmierkanäle durch Schweißrückstände oder andere Verunreinigungen mit Sicherheit ausgeschaltet werden soll.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Teile durch Reibschweißen miteinander verbunden werden und daß zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen der Kurbelzapfen ein mit an seinen den Zapfenteilen zugewandten Seiten einen Zentrierzapfen aufweisendes Zwischenstück vorgesehen wird, daß in dem Zwischenstück ein jeweils an den Stirnseiten der Zentrierzapfen auslaufender, die Schmierkanäle der Kurbelwangen verbindender und deren Querschnitt angepaßter axialer Schmierkanal sowie von dem axialen Schmierkanal ausgehende, zv den Lagerflächen der Kurbelzapfen führende radiale Schmierkanäle eingearbeitet werden, die wie die Schmierkanäle der übrigen Teile vor dem Zusammenbau eingebracht werden, unu daß um jeden Zentrierzapfen im Zwischenstück eine Ringkammer eingearbeitet wird.

Dabei werden erfindungsgemäß die Kurbeiwangen der jeweils miteinander zu verbindenden Kurbelzapfen nach dem Einlegen des Zwischenstückes in ihrer genauen Winkelstellung zueinander eingerichtet, danach in axialer Richtung gegen das Zwischenstück gepreßt und zum Reibschweißen synchron angetrieben, wobei das Zwischenstück während des Schweißvorganges gegen Drehen gesichert ist und durch entsprechende Vorsteuerung der Maschine in Abhängigkeit von der Lage der jeweils anschließenden Kurbelwangen zu einem einstellbaren Zeitpunkt freigegeben wird oder umgekehrt.

Einrichtungen zum Reibschweißen sind billiger als Elektronenschweißgeräte. Um jedoch beim Reibschweißen penaue Winkelstellungen der einzelnen Kurbelwangen zueinander erreichen zu können, ist das Zwischenstück vorgesehen, welches beim Schweißvorgang festgehalten werden kann und in dem auch ohne weiteres die radialen Schmierkanäle bereits vor dem Verschweißen angebracht werden können. Dumit diese nach Beendigung der für den Schweißvorgang erforderlichen Drehungen der einzelnen Teile auch gegenüber den Kurbelwangen ihre vorgesehene Winkellage erhalten, wird das Zwischenstück durch eine entsprechende Vorsteuerung der Maschine zum gegebenen Zeitpunkt freigegeben. Die Praxis hat gezeigt, daß hierdurch eine vollkommen ausreichende Genauigkeit erzielt wird.

Durch die Anordnung der Abzweigung für die radialen Schmierkanäle im Zwischenstück können die Kanäle durchweg gleichen, verhältnismäßig engen Querschnitt aufweisen, wodurch gleiche Strömungsgeschwindigkeit des Schmieröls herrscht und sich dadurch auch keine Ablagerungen bilden können.

In der um jeden Zentrierzapfen im Zwischenstück angeordneten Ringkammer schließlich können sich Schweißrückstände bzw. der Schweißgrad ohne schädliche Wirkung absetzen. Da die Zentrierzapfen eine enge Passung aufweisen, wird ein öleintritt in die Ringkammeni verhindert und ein in radialer Richtung genauerer Zusammenbau der einzelnen Teile erreicht, so daß die Nacharbeit, die ohnehin nur aus dem Nachschleifen der Lagerflächen besteht, geringer wird.

Im Zusammenhang mit dem Erfindungsgedanken muß noch erwähnt werden, daß Zwischenstücke bei geschweißten Kurbelwellen beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 2741 828 an sich bereits bekannt sind, diese dienen jedoch nicht dazu, um das Reibschweißen anwenden und um alle Schmierkanäle vor dem Zusammenbau der Einzelteile fertigstellen zu können. Eine Ableitung, die zum vorliegenden Gedanken führen könnte, ist nicht möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, mindestens zwei Kurbelwangen mit deren benachbarten Kurbelwangen gleichzeitig zu verschweißen. Beim Verschweißen sämtlicher Teile der Kurbelwelle in einem Arbeitsgang werden zweckmäßig die Kurbelwangen festgehalten und die Zwischenstücke angetrieben. Bei der Verbindung eines rotationskörperförmigen Hauptwellenzapfens mit einem aus einem halben Hauptwellenzapfen, einem halben KurbelweUenzapfen und einer Kurbelwange bestehenden Teil wird schließlich als Weiterbildung der Erfindung noch vorgeschlagen, die Teile so auszubilden, daß das Zwischenstücs entfällt und der Zentrierzapfen, die Ringkammer und die Schmierkanalverbindung direkt an bzw. in den rotationsko^performigen Hauptwellenzapfeu vorgesehen ist.

Abschließend wäre, was nicht zur Erfindung gehört, noch zu erwähnen, daß eine so aufgebaute Kurbelwelle selbstverständlich auch durch Elektronenstrahlschweißung hergestellt werden kann, ohne daß Veränderungen vorzunehmen sind.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig 1 einen Längsmittelschnitt durch eine Kurbelwelle für einen Sechszylindermotor, wobei nur einige Hübe der Kurbelwelle dargestellt sind,

Fig.2 einen Längsmittelschnitt durch eine Kurbelwelle für einen Achtzylindermotor, -.Vobe¹ ebenfalls nur einige Hübe der Kurbelwelle zu sehen sind, und

F i g. 3 ein der Verbindung der Hälften der Kurbelzapfen bzw. Hauptwellenzapfen dienendes Zwischenstück im Quermittelschnitt.

In F i g. 1 sind die Kurbelwangen mit 1, die Kurbelzapfen mit 3, die Hauptwellenzapfen mit 4 und die Zwischenstücke mit 2 bezeichnet. Jeweils zwei halbe Kurbelzapfen 3 und eine Kurbelwange 1 bilden ein komplettes Teil, vorzugsweise ein Gesenkschmiedestück. Zwischen jeweils zwei solchen Teilen ist ein Zwischenstück 2 angeordnet und im Fertigzustand mit diesen Teilen durch Reibschweißen verbunden. Die endseitigen Kurbelwangen 1 der Kurbelwelle sind über eine dei an ihnen vorgesehenen Hälften vom Kurbelzapfen 3 ohne Zwischenschaltung eines Zwischenstückes direkt mit dem Haupiwellenzapfen 4 in gleicher Weise verschweißt.

Die Zwischenstücke 2 sind, wie insbesondere aus F i g. 3 zu ersehe- ist, als Ringstücke ausgebildet und weisen an ihren den halben Kurbelzapfen 3 zugewandten Stirnflächen Zentrierzapfen S auf. Im zusammengebauten Zustand greifen die Zentrierzapfen 5 in Sacklochbohrungen6 (Fig. 1) der Hälften der anschließenden Kurbelzapfen 3 und sind dort derart eingepaßt, daß ein Durchtritt von Schmieröl ausgeschaltet wird. Für das Zuführen des Schmieröls an die Lagerflächen 10 der Kurbelzapfen 3 sind in den Kurbelwangen I vor dem Zusammenbau schräge Schmierkanäle 7 angebracht, die in kleine, hinter den

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Sacklochbohrungen 6 angebrachte Kammern 9 mün- schränkung des einzelnen Hubes in der vorgeschrieden. Im Zwischenstück 2 sind ebenfalls Schmierka- be.nen Winkelteilung erhalten bleibt, und daß diese - näle 7 vorgesehen, die den- gleichen Durchmesser Kurbelwangen derart synchron; angetrieben.werden, aufweisen, wobei ein axial verlaufender, an den Stirn- daß eine ungewollte Veränderung deren Winkclteiflächen der Zentrierzapf en 5 mündender Schmierka- S lung bzw. Verschränkung nicht möglich ist. Dadurch nal7 die Schmierkanäle der jeweils benachbarten treten auch keine Nacharbeiten auf, was für eine ra-Kurbelwangen 1 verbindet und wobei radial verlau- tionelle Fertigung sehr wesentlich ist. fende Schmierkanäle7 zur Schmierung der Lagerfla- Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 unterchen 10 der Kurbelzapfen3 dienen. Alle Kanäle sind scheidet sich im wesentlichen von dem nach Fig. 1 vor dem Zusammenbau angebracht. io dadurch, daß nur ein Teil der Kurbelzapfen 3 mit Die Verschweißung der einzelnen Kuruelzapfen 3 den erfindungsgemäßen Zwischenstücken 2 verbunmit den Zwischenstücken! erfolgt durch Reib- den ist. In manchen Fällen ist es nämlich erwünscht, schweißung, wobei die Kurbelwangen 1 von einer in zu den einzelnen Lagerflächen 10 getrennte Schmierder Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmaschine kanäle? zu führen. Dies vor allem, wenn die Breite synchron gedreht werden und bei der während dieses 15 und Schräge der Kurbelwangen 1 es zulassen. Das synchronen Drehens das Zwischenstück 2 während Beispiel soll zeigen, daß dann lediglich ein Teil der des ganzen Schweißvorganges festgehalten wird. Um Verbindungen in der erfindungsgemäßen Weise erden bei der Schweißung entstehenden Schweißgrad folgt, während die übrigen Verbindungsstellen zwar im Inneren der Kurbelzapfen 3 aufzufangen, sind die auch durch Reibschweißen, jedoch mit einfachen Zwischenstücke2 und, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ao Zwischenstücken verbunden werden können, die Iezum Teil auch die Hälften der Kurbelzapfen 3 mit je- diglich zur Aufnahme des Schweißgrades ebenfalls weils einer Ringkammer 8 versehen, die so groß, aus- eine Ringkammer 8, die auch als große Sacklochbohgebildet ist, daß der anfallende Schweißgrad hier un- rung ausgebildet sein kann, aufweisen. Wesentlich tergebracht werden kann. Die Ringkammern 8 sind, ist, daß selbst bei solchen Ausführungen teilweise auf wie erwähnt, derart gegen die Schmierkanaäie? ab- «5 das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere das gedichtet, daß ein öl in diese Kammern nicht ein- Festhalten des Zwischenstückes zum Reibschweißen dringen kann. Dadurch kann auch keine ,Verunreini- zurückzugreifen ist.

gung des Schmieröles entstehen, was für die Erhal- Schließ!, ch geht aus den Fig. 1 und 2 noch hertung einer guten ölqualität wesentlich ist Der bei vor, daß bei der Verbindung eines rotationskörperder Reibschweißung entstehende äußere Schweißgrad 30 förmigen Hauptwellenzapfens 4 mit einem aus einem an den Lagerflächen 10 der Kurbelzapfen 3 wird halben Hauptwellenzapfen, einem halben Kurbelwelnach Verschweißen der Kurbelzapfen 3 gesondert ab- Ienzapfen3 und einer Kurbelwange 1 bestehenden getragen. Entscheidend für das Verfahren gemäß der Teil der Zentrierzapfen 5, die Ringkammer 8 und die Erfindung zum Zusammenschweißen der Kurbelwel- Schmierkanalverbindung 7 direkt an bzw. in dem rolen ist dabei, daß die einzelnen Kurbelwangen 1 oder 35 tationskörperförmigen Hauptwellenzapfen vorgese-Zwischenstücke 2 an einer in der Zeichnung nicht hen ist, denn in diesem Falle kann das Zwischendargestellten Maschine fest eingespannt sind, und stück entfallen, denn der Hauptwellenzapfen 4 wird zwar derart, daß die erforderliche, beliebige Ver- an dessen Stelle festgehalten.

Hierau 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ί. Verfahren zum Herstellen einer aus einzelne;i Teilen zusammengeschweißten Kurbelwelle mit in ihr vorgesehenen Kanälen für die Schmierölzufuhr von den Hauptwellenzapfen zu den Lagerflächen der Kurbelzapfen, wobei diese Teile aus je einer Kurbelwange mit zwei Kurbelzapfenteilen oder einem ,Kurbelzapfenteil und einem halben Hauptwellenzapfen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile durch Reibschweißen miteinander verbunden werden und daß zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen der Kurbelzapfen (3) ein mit an seinen den Zapfenteilen zugewandten Seiten einen Zentrierzapfen (S) aufweisendes Zwischenstück ^?) vorgesehen wird, daß in dem Zwischenstück (2) ein jeweils an den Stirnseiten der Zsntrierzapfen auslaufender, die Schmierkanäle der Kurbelwangen verbindender und deren Querschnitt angepaßter axialer Schmierkanal sowie von dem axialen Schmierkanal ausgehende, zu den Lagerflächen der Kurbelzapfen (3) führende »5 radiale Schmierkanäle eingearbeitet werden, die wie die Schmierkanäle der übrigen Teile vor dem Zusammenbau eingebracht werden, und daß um jeden Zentrierzapfen im Zwischenstück (2) eine Ringkammer '8) eingearbeitet wird.
2. 2. Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwangen (I) der jeweils miteinander zu verbindenden Kurbelzapfen {l, nach Einlegen des Zwischenstückes in ihrer genauen Winkelstellung zueinander eingerichtet werden, daß sie danach in axialer Richtung gegen das Zwischenstück (2) gepreßt und zum Reibschweißen synchron angetrieben werden und daß das Zwischenstück (2) während des Schweißvorganges gegen Drehen gesichert ist und durch entsprechende Vorsteuerung der Maschine in Abhängigkeit von der Lage der jeweils anschließenden Kurbelwangen (1) zu einem einstellbaren Zeitpunkt freigegeben wird oder umgekehrt.
3. 3. Verfahren nach Ansprucn 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kurbelwangen (1) mit deren benachbarten Kurbelwangen gleichzeitig verschweißt werden.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, 5= dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen sämtlicher Teile der Kurbelwelle in einem Arbeitsgang sämtliche Kurbelwangen (I) festgehalten und sämtliche Zwischenstücke (2) angetrte-■ ben werden.
5. 5. Kurbelwelle für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verbindung eines rotationskörperförmigen Hauptwellenzapfens (4) mit einem aus einem halben Hauptwellenzapfen, einem halben Kurbelwellenzapfen und einer Kurbelwange (1) bestehenden Teil der Zentrierzapfen (5), die Ringkammer (8) und die Schmierkanalverbindung direkt an bzw. in dem rotaiionskörperförmigen Hauptwellenzapfen vorgesehen ist.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer aus einzelnen Teilen zusammengeschweißten Kurbelwelle mit in ihr vorgesehenen Kanälen für die Schmierolzufu.hr von den Hauptwellenzapfen zu den Lagerflächen der Kurbelzapfen, wobei diese Teile aus je einer Kurbelwange mit zwei Kurbelzapfenteilen oder einem Kurbelzapfenteil und einem halben Hauptwellenzapfen bestehen.

   In der durch die deutsche Offenlegungsschrift 1565614 bekanntgewordenen älteren Patentanmeldung ist bereits ein solches Verfahren beschrieben. Es besteht darin, daß die geschmiedeten oder gegossenen Einzelteile der Kurbelwelle in bereits vorbereitetem Zustand, zweckmäßigerweise unter Zuhilfenahme einer gegenseitigen Zentrierung, vor dem Schweißen in ihrer endgültigen Stellung zusammengefügt und dann unter Anwendung des Elektronenstrahlschweißverfahrens miteinander verbunden werden. Vor diesem endgültigen Verbinden werden die Teile vorzugsweise gepreßt, geklebt, geschrumpft oder verspannt.

   Das Verfahren hat den Vorteil, daß es eine wirtschaftliche und genaue Fertigung ohne wesentliche Nachbearbeitung der verschweißten Teile ermöglicht. Vor allem können in einfacher Weise zwei Kurbelwangen genau parallel zueinander und die einzelnen Kurbelwangenpaare in genau dem vorgeschriebenen Winkel zueinander versetzt verschweißt werden, ohne daß ein nachträgliches Richten erforderlich wird.

   Abgesehen davon, daß eine Elektronenstrahlschweißanlage auf Grund ihrer hohen Anschaffungskosten in vielen Betrieben nicht vorhanden und ein anderes Schweißverfahren unter den genannten Bedingungen nicht anwendbar ist, muß es bei dem Herstellungsverfahren als nachteilig angesehen werden, daß auch hier Schlackenrückstände entstehen, die beim Schweißvorgang zum Zentruii bzw. Kern hingeschoben werden und sich dort bzw. um die mittig in den Kurbelzapfenteilen vorgesehene Zentrierung herum anlagern. Somit wird ein absolutes Durchschweißen unmöglich. 1st die Zentrierung nicht gleichzeitig einwandfrei dicht gestaltet, so besteht h^idurch die Möglichkeit, daß diese Rückstände teilweise in die Schmierkanäle gedrückt oder vom Schmieröl hineingespült werden, was sehr unerwünscht ist.

   Weiterhin sind nach dem bekannten Verfahren die tu den Lagerflächen der Kurbelzapfen führenden radialen Schmierkanäle direkt in der Trennfuge der be^:den Kurbelzapfenteile vorgesehen. Dies ist nur durch naciiträgliches Bohren im Anschluß an den Schweißvorgang möglich, wenn man nicht in Kauf nehmen will, daß sich in ihnen die Schweißrüekstände ansammeln und damit zum Teil auch in die axial verlaufenden Schmierkanäle gelangen, wo sie zu Verstopfungen führen. Letzteres ist insbesondere deshalb leicht möglich, weil die axialen Schmierkanäle in dem Bereich, in dem die radialen Kanäle einmünden, zusätzlich noch einen eingeschnürten Durchgang aufweisen. Bohrt man die Kanäle hingegen nach dem Verschweißen, so ist eine erhebliche Mehrarbeit erforderlich, und Verstopfungen können durch die Bohrspäne eintreten.

   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von aus vorgefertigten Einzelteilen zusammengeschweißten Kurbelwellen der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, wel-