DE4222748C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Gesenkschmieden von einstückigen großen Kurbelwellen mit mehreren Kurbelkröpfungen aus einem Stab - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gesenkschmieden von einstückigen großen Kurbelwellen mit mehreren Kurbelkröpfungen aus einem Stab.

Die Erfindung geht dabei von einem durch den INDUSTRIEANZEIGER, 91. Jg. (1969) Nr. 66, Seiten 1580 bis 1583 und den INDUSTRIEANZEIGER, 91. Jg. (1969) Nr. 75, Seiten 1847 bis 1849 bekannten Verfahren zum Schmieden mehrfach gekröpfter Kurbelwellen aus. Bei diesem be­ kannten Verfahren erfolgt in einem Arbeitsgang 1 das Einpressen der Wellenlager auf den rohen Lagerdurchmesser in vorgeschriebe­ ner Lagermittenentfernung, in einem Arbeitsgang 2 das Flachdrücken der beim Arbeitsgang 1 zwischen den Lagern entstan­ denen Verdickungen auf die rohe Wangen- und Kurbelzapfenbreite in Winkelstellung und schließlich in einem Arbeitsgang 3 das Auspressen der Kurbelkröpfungen in der beim Arbeitsgang 2 einge­ stellten Winkelstellung. Jeder Arbeitsgang wird, unabhängig von der Anzahl der Kröpfungen in einer Hitze durchgeführt. Mit zu­ nehmender Anzahl der Kröpfungen verliert die erwärmte Welle je­ doch an Steifigkeit, so daß ihr Krantransport von einer gewissen Länge an in Frage gestellt ist. Um den Krantransport trotzdem durchzuführen, sind besondere ergänzende Transportmaßnahmen er­ forderlich und dies zweimal vom Ofen zur Schmiedevorrichtung, nämlich nach dem zweiten Erwärmen vor dem Arbeitsgang 2 und dem dritten Erwärmen vor dem Arbeitsgang 3. Da die Hublagerdurchmesser regelmäßig kleiner sind als die Wellenlager, bringt ein entsprechend kleineres Rohmaß beim Arbeitsgang 2 des Flachdrückens eine weitere Schwächung der Transportfähigkeit des warmen, teilweise ge­ schmiedeten Rohlings vom Ofen zur Schmiedevorrichtung des Ar­ beitsganges 3 mit sich. Weiterhin erfordert jede Einstellung ei­ ner neuen Hitze entsprechend auch einen entsprechenden zeitli­ chen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu ver­ meiden und ein Verfahren zu schaffen, das sich insbesondere zur Herstellung von vielhubigen Kurbelwellen mit Wellenlager­ durchmessern über 350 mm für Schiffsmotoren, Kompressoren oder dergleichen schwere Aggregate eignet und einen zügigen Ablauf des Herstellungsprozesses mit sich bringt, sowie die Schaffung einer geeigneten Vorrichtung hierfür.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ein Verfahrensablauf vorgeschlagen, bei dem in einer ersten Hitze zunächst nacheinander alle sich zur Achse hin verjüngende Einschnürungen für Wellenlager eingeformt werden, bei dem in einer zweiten Hitze ein zwischen zwei Wellenlagern liegender Stabbereich in einer vorbestimmten Winkelstellung flachgedrückt wird und anschließend ausgepreßt wird, und bei dem weiterhin in der gleichen zweiten Hitze jeweils ein Arbeitsgang des Flachdrückens und ein Arbeitsgang des Auspressens der Kurbelkröpfung aufeinander folgen, bis alle zwischen den Wellenlagern liegenden Stabbereiche zu Kurbelkröpfungen umgeformt sind.

Durch die Erfindung wird gegenüber dem bekannten Verfahren eine dritte Hitze vermieden und schon dadurch eine erhebliche Reduzierung der Herstellungsdauer einer Kurbelwelle erreicht. Da je Kurbelkröpfung das Flachdrücken und das Auspressen der Kur­ belkröpfung unmittelbar aufeinanderfolgen, ist hierfür nur eine einmalige Einstellung der Winkellage erforderlich.

Das Flachdrücken und Auspressen der Kurbelkröpfung kann jeweils innerhalb weniger Minuten ausgeführt sein, sodaß die zweite Hitze optimal ausgenutzt werden kann und auch ausreicht, um eine beispielsweise 8-hubige Kurbelwelle Hub für Hub unter den annä­ hernd gleichen Verformungsrandbedingungen ausführen zu können. Insgesamt liegen die in der zweiten Hitze auszuführenden Ar­ beitsvorgänge in einem zeitlichen Rahmen, der etwa dem Ein­ schmieden der Wellenrohlager in der ersten Hitze entspricht.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, daß das Einformen jedes Wellenlagers unter freier Längung des Stabes erfolgt, wobei der überschüssige Werkstoff in Richtung auf die benachbarten Wellenlager und unter Streckung derselben in diese fließt. Die dadurch gege­ bene Streckung läßt sich durch geeignete Kalkulationsmethoden vorausberechnen, so daß in dem die rohen Wellenlager enthaltenden Zwischenrohling vorgegebene Abstände der rohen Wellenlager zu­ einander erreichbar sind.

Diese Maßnahmen sichern unter anderem einen optimalen Faserverlauf.

Die Anbindung der Erfindung an vorgeschaltete Stufen der Kurbel­ wellenherstellung bei einem Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem ein Freiformschmiedevorgang in einer Vorhitze zur Herstellung des Stabes vorgeschaltet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Restwärme der Vorhitze und die Restwärme der ersten Hitze für die jeweils nachfolgende Hitze genutzt werden. So wird ein besonders zügiger Ablauf der Herstellung erreicht.

Die Erfindung befaßt sich weiterhin mit einer Vorrichtung, näm­ lich mit einer Schmiedepresse zum Gesenkschmieden einer Kurbel­ kröpfung an einem Stababschnitt, der zwischen zwei jeweils als Wellenlager eingeformten, sich zur Achse hin verjüngenden Ein­ schnürungen eines zu einer Kurbelwelle umzuformenden Stabes liegt, mit einem Untergesenk, das auf einem unteren Pressentisch befestigbar ist, des­ sen seitliche Gesenkwangen den Einschnürungen angepaßt sind und das eine Gesenkkontur aufweist, die den achsfernen Bereich der Kurbelkröpfung be­ stimmt, einem am Laufsattel zu befestigenden Obergesenk, dessen Gesenkkontur den achsnahen Bereich einer Kurbelkröpfung be­ stimmt, einer Querstauchvorrichtung, deren zum Flachdrücken des Stababschnittes bestimmte Stauchwerkzeuge mit dem Laufsattel verbindbar und durch diesen bewegbar sind, und bei dem erfindungsgemäß vorgese­ hen ist, daß das Untergesenk in der durch die Stabachse eines in die Vorrichtung eingesetzten, zu verformenden Stabes bestimmten senkrechten Ebene in zwei quer zur Stabachse zwischen einer of­ fenen und einer geschlossenen Arbeitsposition verfahrbare Ge­ senkhälften geteilt ist, wobei in der offenen Arbeitsposition die Gesenkhälften Abstand von dem eingelegten Stab haben, daß die Gesenkhälften, die gleichzeitig die Stauchwerkzeuge der Querstauchvorrichtung sind und daß die Gesenkhälften seitliche Gegenkeilpaare aufweisen, die mit korrespondierenden am Laufsattel lösbar befestigbaren Senkkeilen zusammenwirken, so daß die Gesenkhälften auch gegen den Verformungswiderstand des zwischen zwei Einschnü­ rungen des eingesetzten Stabes liegenden Stababschnittes bis zur geschlossenen Arbeitsstellung, in der sie gesichert aneinander anliegen, verfahrbar sind.

Eine solche Vorrichtung erlaubt es, die beiden Gesenkhälften zunächst zum Flachdrücken und zusammengefahren als Gesenk zu verwenden.

Nach der Weiterentwicklung enthält die Schmie­ depresse an den Gesenkhälften des Untergesenkes je einen Stellzylinder zum Öffnen und bedingten, d. h. teilweisem Schließen des geteilten Gesenkes.

Diese Weiterentwicklung der Erfindung erlaubt eine erste Schließbewegung der Gesenkhälften, bis diese am umzuformenden Teil des Stabes anliegen oder nahezu anliegen, um danach die Presse selbst zum Flachdrücken und anschließend (nach dem Lösen der Oberkeile vom Laufsattel und dem Befestigen des oberen Ge­ senkes an diesem) nahezu in einem Zuge zum Ausdrücken der be­ troffenen Kurbelkröpfung zu nutzen.

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäß gestal­ teten Schmiedepresse werden nachfolgend anhand der beigefügten Abbildungen beschrieben.

Von diesen zeigt

Fig. 1 ein Blockbild zum Verfahrensablauf gemäß Anspruch 1

Fig. 2 ein Blockbild zum Verfahrensablauf gemäß Anspruch 4

Fig. 3 bis Fig. 10 eine Schmiedepresse mit Querstauchvorrich­ tung in Seiten- und Stirnansichten, - jeweils als sche­ matisierter Ausschnitt und teilweise im Schnitt, sowie mit einem eingesetzten, weiter umzuformenden Stab - nämlich in

Fig. 3 und Fig. 4 eine erste Arbeitsposition mit geöffnetem Untergesenk,

Fig. 5 und Fig. 6 eine Arbeitsposition vor dem Beginn des Flach­ drückens,

Fig. 7 und Fig. 8 eine Arbeitsposition nach Ende des Flach­ drückens

Fig. 9 und Fig. 10 eine Arbeitsposition nach Ende des Aus­ drückens der Kurbelkröpfung

Das Blockbild nach Fig. 1 stellt beispielhaft den Verfahrensab­ lauf bei der Herstellung einer 8-fach gekröpften Kurbelwelle aus einem zunächst kalten Rundstab aus einem Vergütungsstahl der Werkstoffgruppe 42 CrMo 4, als Stab, bezeichnet dar. Hierbei wird dieser Stab zunächst durch Wärmen auf eine Schmiedetempera­ tur von etwa 1230°C gebracht und dann in ersten Arbeitsgängen nacheinander die sich zur Achse hin verjüngenden Einschnürungen für die Wellenlager eingeformt. Dies geschieht in der 1. Hitze.

Danach kann das so aus dem Stab erzeugte Werkstück, aus welchen Gründen auch immer, erkalten, um später durch weiteres Wärmen in die 2. Hitze gebracht zu werden. In dieser 2. Hitze wird in ei­ nem zweiten Arbeitsgang ein zwischen den Wellenlagern liegender Stabbereich des Werkstückes in Winkelstellung flachgedrückt und in einem weiteren Arbeitsgang das Auspressen der Kurbelkröpfung des soeben flachgedrückten Stabbereichs vorgenommen. So wird verfahren, bis in der 2. Hitze alle 8 Kurbellager in ihrer rohen Form fertiggestellt sind.

In Fig. 2 ist in den Verfahrensablauf der vorgeschaltete Abguß des Rohblockes mit einbezogen, dem zum Erzeugen einer Vorhitze, d. h. der zum Rundstabschmieden geeigneten Temperatur, ein Wärmen folgt. Nach dem Rundstabschmieden wird der noch, aber nicht mehr ausreichend warme Stab einem Nachwärmen 1 unterzogen - das dem Erzeugen der ersten Hitze entspricht - und danach entsprechend dem zu Fig. 1 beschriebenen Ablauf verfahren, ohne jedoch das Werkstück nach dem Wellenlager-Schmieden erkalten zu lassen. Dem Ausdrücken des 8. Kurbellagers folgen übliche weitere Bearbei­ tungsvorgänge, wie das Brennen auf Länge, Vergüten, Flämmen und Prüfen, gegebenenfalls ein Warmrichten und Entspannen, schließ­ lich die Erprobung vor dem Versand der Kurbelwelle zum Motoren­ hersteller.

Zu Fig. 3 bis Fig. 10: In den auf je einem Blatt jeweils in Sei­ ten- und Stirnansicht dargestellten maschinentechnischen Gege­ benheiten des Verfahrensablaufes ist die Bezeichnung des Werk­ stückes 1 durchgehend beibehalten, obwohl es beginnend als Stab mit der Stabachse 2, mit Einschnürungen 3 für die Wellenlager und mit zunächst zylindrischen Stabbereichen 4 zwischen den Ein­ schnürungen 3 von Bearbeitungsstufe zu Bearbeitungsstufe seine Form bis hin bis zur Kurbelkröpfungen 5 aufweisende Kurbelwelle ändert.

Zur Schmiedepresse, die auch eine Querstauchvorrichtung zum seitlichen Flachdrücken enthält, gehören, wie Fig. 3 und Fig. 4 zeigen, ein unterer Pressentisch 6 und ein Untergesenk 7 mit stirnseitigen Führungen 8.

Das Untergesenk 7 ist geteilt und setzt sich aus den Gesenkhälf­ ten 9 und 10 zusammen, wobei die Gesenkhälfte 9 Stirnwangen 11, die andere Gesenkhälfte 10 Stirnwangen 12 aufweisen. Die Stirn­ wangen 11, 12 sind der sich zur Stabachse 2 hin verjüngenden Kontur der Einschnürungen 3 angepaßt und damit seitliche Begren­ zung des Untergesenkes 7. Pfeile 13 und 14 deuten die Bewegungs­ richtung der Gesenkhälften 9 und 10 zum Schließen des in Fig. 3 und Fig. 4 voll geöffneten Untergesenkes 7 an. In dieser Stellung sind die Gesenkhälften 9, 10 von auch zum Öffnen des Untergesen­ kes 7 verwendbaren Schließzylindern 15 an seitliche Widerlager 16 des Pressentisches 6 zum Anschlag gebracht. An den Gesenk­ hälften 9, 10 sind Gegenkeile 17 und 18 angeordnet. Weiterhin sind Senkkeile 19 und 20 vorgesehen, die in Pfeilrichtung 21 absenkbar sind.

In Fig. 3 ist erkennbar, daß eine Kurbelkröpfung 5 bereits fer­ tiggestellt ist und nun der dieser benachbarte Stabbereich 4 zur Umformung ansteht. Dieser Vorgang beginnt damit, daß die Gesenk­ hälften 9, 10 mittels der Schließzylinder 15 den Pfeilen 13 und 14 entsprechend zusammengefahren und die Senkkeile 19, 20 abge­ senkt werden.

In Fig. 5 und Fig. 6 sind die Gesenkhälften 9, 10 am Werkstück 1 zur Anlage gebracht, wobei die Stirnwangen in die entsprechenden Einschnürungen greifen. Die Senkkeile 19 und 20 liegen an den entsprechend keilförmigen Gegenkeilen 17 und 18 und andererseits auch an den Widerlagern 16 an.

Es ist erkennbar, daß die Senkkeile 19, 20 Teil eines Querhauptes 22 sind, das lösbar am Laufsattel der nicht vollständig darge­ stellten Schmiedepresse befestigt und mit der Preßkraft beauf­ schlagbar ist. Das Querhaupt 22 hat einen zentralen Durchbruch 24.

In der in Fig. 6 dargestellt Ausgangsposition übernimmt nun das sich weiter absenkende Querhaupt 22 über die Senkkeile 19 und 20 das weitere Schließen des Untergesenkes 7, d. h. das Zusammenfah­ ren der Gesenkhälften 9 und 10 und bewirkt dabei das Flachdrücken des betroffenen Stabbereiches 4. Der Werkstoff dann dabei nach oben und nach unten fließen, während in Achsrichtung die Stirnwangen 11 und 12 weitgehend Fixierungen sind.

Am Senkkeil 19 ist eine konische Bohrung zur Aufnahme 25 eines ko­ nischen Sicherungsbolzens 26 vorgesehen.

Der Vorgang des Flachdrückens ist in den Darstellungen nach Fig. 7 und Fig. 8 beendet, das Untergesenk 7 ist geschlossen, die Ge­ senkhälften 9 und 10 liegen aneinander. Das Querhaupt 22 hat seine untere Endposition erreicht, ist durch den in Richtung ei­ nes Pfeiles 27 bewegbaren Sicherungsbolzen arretierbar - und verriegelt damit auch die beiden Gesenkhälften 9 und 10 indirekt miteinander - und ist von dem wieder hochgefahrenen Laufsattel 23 gelöst worden. An den Laufsattel 23 ist nun das Obergesenk 28 angehängt worden und mit diesem entsprechend einem weiteren Pfeil 29 durch den zentralen Durchbruch 24 absenkbar.

Die Befestigung des Obergesenkes 28 am Laufsattel 23 ist in Fig. 9 durch Haltebolzen 30 nur angedeutet.

In der Endstellung des Herstellens einer Kurbelkröpfung 5, dar­ gestellt in Fig. 9 und Fig. 10, ist durch den Werkzeugteil 31 des Obergesenkes 28 die Kurbelkröpfung 5 für das entsprechende Kur­ bellager voll ausgedrückt.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahren und der vorstehend beschrie­ benen Schmiedepresse wird beispielsweise aus einem Rundstab (oder einem Vielkant-, wie 6- und 8-kant-Stab) mit einem Durch­ messer von 850 mm und einer Länge von ca. 9 m, der etwa 40 to Ge­ wicht hat, eine 8-hubige Kurbelwelle für einen Schiffsdieselmo­ tor gefertigt, die als Fertigmaße u. a. eine Länge von 8215 mm, einen Wellenlagerdurchmesser von 430 mm und einen Kurbellager­ durchmesser von 410 mm hat.

Claims (5)

1. Verfahren zum Gesenkschmieden von einstückigen großen Kurbelwellen mit mehreren Kurbelkröpfungen aus einem Stab, bei dem in einer ersten Hitze zunächst nacheinander alle sich zur Achse hin verjüngende Einschnürungen für Wellenlager eingeformt werden, bei dem in einer zweiten Hitze ein zwischen zwei Wellenlagern liegender Stabbereich in einer vorbestimmten Winkelstellung flachgedrückt wird und anschließend ausgepreßt wird, und bei dem weiterhin in der gleichen zweiten Hitze jeweils ein Arbeitsgang des Flachdrückens und ein Arbeitsgang des Auspressens der Kurbelkröpfung aufeinander folgen, bis alle zwischen den Wellenlagern liegenden Stabbereiche zu Kurbelkröpfungen umgeformt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einformen jedes Wellenlagers unter freier Längung des Stabes erfolgt, wobei der überschüssige Werkstoff in Richtung auf die benachbarten Wellenlager und unter Streckung derselben in diese fließt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Freiformschmiedevorgang in einer Vorhitze zur Herstellung des Stabes vorgeschaltet ist, und die Restwärme der Vorhitze und die Restwärme der ersten Hitze für die jeweils nachfolgende Hitze genutzt werden.

4. Vorrichtung zum Gesenkschmieden einer Kurbelkröpfung an einem Stababschnitt, der zwischen zwei jeweils als Wellenlager eingeformten, sich zur Achse hin verjüngenden Einschnürungen eines zu einer Kurbelwelle umzuformenden Stabes liegt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit
- einem Untergesenk, das auf einem unteren Pressentisch befestigbar ist und seitliche Gesenkwagen aufweist, die den Einschnürungen angepaßt sind und das eine Gesenkkontur aufweist, die den achsfernen Bereich der Kurbelkröpfung bestimmt,
- einem an einem Laufsattel befestigbaren Obergesenk, mit einer Gesenkkontur die den achsnahen Bereich der Kurbelkröpfung bestimmt,
- einer Querstauchvorrichtung, deren zum Flachdrücken des Stababschnittes bestimmte Stauchwerkzeuge mit dem Laufsattel verbindbar und durch diesen bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das Untergesenk (7) in der durch die Stabachse (2) des in die Vorrichtung eingesetzten, zu verformenden Stabes (1) bestimmten senkrechten Ebene in zwei quer zur Stabachse (2) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Arbeitsposition verfahrbare Gesenkhälften (9, 10) geteilt ist, wobei in der offenen Arbeitsposition die Gesenkhälften (9, 10) Abstand von dem eingelegten Stab (1) haben, daß die Gesenkhälften (9, 10) gleichzeitig die Stauchwerkzeuge der Querstauchvorrichtung sind, und daß die Gesenkhälften (9, 10) seitliche Gegenkeilpaare (17, 18) aufweisen, die mit korrespondierenden am Laufsattel (23) lösbar befestigbaren Senkkeilen (19, 20) zusammenwirken, so daß die Gesenkhälften (9, 10) auch gegen den Verformungswiderstand des zwischen zwei Einschnürungen (3) des eingesetzten Stabes (1) liegenden Stababschnittes (4) bis zur geschlossenen Arbeitsstellung, in der sie sicherbar aneinander anliegend, verfahrbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gesenkhälften (9, 10) des Untergesenkes (7) je ein Stellzylinder (15) zum Öffnen und bedingten Schließen des geteilten Gesenkes (7) angreift.