DE2618041A1

DE2618041A1 - Torsionsbeanspruchte welle, insbesondere kurbelwelle, und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2618041A1
Application number: DE19762618041
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr Koelbel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1976-04-24
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1977-11-10

Description

Torsionsbeanspruchte Welle, insbesondere Kur-
belwelle, und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine torsionsbeanspruchte Welle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Herstellen einer derartigen Welle.
Die den im Zusammenhang mit der Erfindung interessierenden oberflächengehärteten Bereich der Welle durchsetzende Querbohrung dient in der Regel als Ölbohrung. Wie sich gezeigt hat, sind derartige Bereiche insbesondere von auf Torsion beanspruchten Kurbelwellen typische Schwachstellen. Gerade Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen unterliegen diesbezüglich hohen Beanspruchungen. Sie stehen nämlich in Verbindung mit einem Schwungrad zur Erzielung eines hinreichend kleinen Ungleichförmigkeitsgrads,und durch die an den einzelnen Pleuelzapfen angreifenden Gas- und Massenkräfte entsteht eine Torsionsbeanspruchung, die um ein Vielfaches größer ist als die sich aus dem Nutzdrehmoment ergebende Beanspruchung.
Zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften sind die eine Querbohrung aufweisenden Bereiche der Welle, insbesondere einer Kurbelwelle, sehr häufig oberflächengehärtet, z.B. durch Induktionshärtung. Die Einhärtetiefe liegt bekanntlich in der Größenordnung von Millimetern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer torsionsbeanspruchten Welle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs Maßnahmen zu treffen, durch die die Torsionsfestigkeit des zumindest einen eine Querbohrung aufweisenden, oberflächengehärteten Bereichs erhöht wird. Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Erfindungsgemäß wird also beispielsweise durch Anwendung der induktiven Hochfrequenzhärtung oder einer Impulshärtung des Bereichs, also durch induktive Impulshärtung oder durch Laserimpulshärtung, dafür gesorgt, daß die Einhärtetiefe eine Größenordnung unter der üblicherweise erzielten Einhärtetiefe des mehrfach definierten Bereichs liegt. Bevorzugt wird eine Einhärtetiefe zwischen 0,1 und 0,5 mm.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Übergangszone zwischen gehärtetem und ungehärtetem Werkstoff infolge Eigenspannungen festigkeitsmäßig geschwächt ist und bei üblichen Einhärtetiefen in der Größenordnung einiger Millimeter diese geschwächte Zone gerade mit dem Ort höchster Beanspruchung, der bei einer auf Torsion beanspruchten Welle an der Bohrung in einem bestimmten Abstand unter der Wellenoberfläche liegt, zusammenfällt. Daher nehmen Torsionsdauerbrüche bei sonst fehlerfreien Kurbelwellen gerade hier ihren Ausgang.
Erfindungsgemäß wird diesem Tatbestand dadurch entgegengewirkt, daß die aus Verschleißgründen notwendige Oberflächenhärtung des definierten Bereichs, also bei einer Kurbelwelle vor allem des schwungradseitigen Hauptlagerzapfens und/oder des schwungradseitigen Pleuellagerzapfens, auf eine Einhärtetiefe von wenigen zehntel Millimetern beschränkt wird.
Je nach dem Ausgang besitzt die Erfindung verschiedene Vorteile gegenüber den bekannten oberflächengehärteten Bereichen mit Einhärtetiefen in der Größenordnung von wenigen Millimetern: Bei vorgegebener Beanspruchung und vorgegebenem Werkstoff kann bei einer erfindungsgemäß gehärteten Welle der Querschnitt des definierten Bereichs verringert werden. Bei vorgegebenem Werkstoff und vorgegebenem Querschnitt kann die Beanspruchung erhöht werden, was durch eine Steigerung der Drehzahl und/oder Vergrößerung des Hubraums der Brennkraftmaschine, der die Welle zugeordnet ist, realisiert werden kann. Bei vorgegebenem Querschnitt und vorgegebener Beanspruchung schließlich kann ein kostengünstigerer Werkstoff eingesetzt werden.
Die Figur zeigt schematisch einen Querschnitt durch den hier interessierenden oberflächengehärteten Bereich einer Kurbelwelle.
Der allgemein mit 1 bezeichnete Bereich wird von der Ölbohrung 2 durchsetzt. Er besitzt die oberflächengehärtete und daher verschleißfeste Randzone 3, die eine Stärke von 0,1 bis 0,5 mm besitzt. Der darunter liegende Kern 4 ist demgemäß praktisch ungehärtet.
Bei dem figürlich dargestellten Bereich handelt es sich um den schwungradseitigen Hauptlagerzapfen oder den schwungradseitigen Pleuellagerzapfen der Kurbelwelle. Die übrigen oberflächengehärteten Bereiche der Kurbelwelle haben zweckmäßigerweise eine Einhärtetiefe üblicher Größenordnung, also von einigen Millimetern.

Claims

A N S P R Ü C H E 1. Torsionsbeanspruchte Welle, insbesondere Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem eine Querbohrung aufweisenden oberflächengehärteten Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhärtetiefe in der Größenordnung von zehntel Millimetern liegt.
2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhärtetiefe zwischen 0,1 und 0,5 mm liegt.
3. Kurbelwelle mit einem Schwungrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schwungradseitige Hauptlagerzapfen und/oder der schwungradseitige Pleuellagerzapfen mit der Einhärtetiefe oberflächengehärtet sind, während weitere oberflächengehärtete Bereiche Einhärtetiefen in der Größenordnung von Millimetern besitzen.
4. Verfahren zum Herstellen der Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine induktive Hochfrequenzhärtung des Bereichs.
5. Verfahren zum Herstellen der Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Impulshärtung des Bereichs.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch induktive Impul shärtung.
7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Laserimpulshärtung.