DE4317091A1 - Verfahren zur Festigkeitserhöhung einer Kurbelwelle - Google Patents
Verfahren zur Festigkeitserhöhung einer KurbelwelleInfo
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- B21H7/182—Rolling annular grooves
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festigkeitserhöhung einer
Kurbelwelle für eine mehrzylindrige Hubkolbenmaschine gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruches 1, sowie eine nach dem Verfahren herge
stellte Kurbelwelle.
Beispielsweise bei V-6 Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit 90° Zylin
derwinkel ist es zur Erzielung gleichmäßiger Zündabstände bekannt,
die paarweise zusammengefaßten Hubzapfen in Umfangsrichtung um 30°
zueinander zu versetzen. Um eine möglichst geringe Baulänge der
Brennkraftmaschine verwirklichen zu können, sind häufig die zueinan
der versetzten Hubzapfen unmittelbar aneinander angrenzend, wobei
sich ein aus zwei Kreisabschnitten mit spitzen Kanten gebildeter Ver
bindungsbereich ergibt (vgl. Fig. 2 der anliegenden Zeichnung, der
kreuzschraffierte Bereich). Derartige Kurbelwellen sind festigkeits
mäßig in diesen Verbindungsbereichen kritisch und bedürfen einer auf
wendigen Bearbeitung und Oberflächenverfestigung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Festigkeitserhöhung
einer derartigen Kurbelwelle vorzuschlagen, welches einfach durch
führbar und gut beherrschbar ist und eine wirtschaftliche Fertigung
derartiger Kurbelwellen ermöglicht. Ferner wird eine nach dem Verfah
ren hergestellte Kurbelwelle vorgeschlagen, die fertigungstechnisch
besonders günstig ist.
Die verfahrensgemäße Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspru
ches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den
weiteren Patentansprüchen entnehmbar. Der Patentanspruch 8 schließ
lich beschreibt eine fertigungstechnisch besonders günstige Kurbel
welle.
Wie erkannt wurde, ist bei derartigen Kurbelwellen sowohl hinsicht
lich der Biegefestigkeit als auch der Torsionsfestigkeit ein kriti
scher Bereich in den Übergängen der stirnseitigen, freien Randberei
che der einander benachbarten Hubzapfen zu sehen, die mit herkömm
lichen Mitteln schwer beherrschbar sind. Überraschend hat sich ge
zeigt, daß durch Umformen bzw. Prägen dieser Übergangsbereiche bevor
zugt in eine flächige, abgerundet auslaufende Zone mit einfachen
Mitteln eine Oberflächenverfestigung erzielbar ist, die zu einer
deutlichen Festigkeitssteigerung der Kurbelwelle führt.
Bevorzugt wird durch eine einmalige, ggf. pulsierende Druckausübung
je Übergangsbereich mit einem abgerundeten Prägestempel mit einer
Kraft von ca. 15.000 N gearbeitet, wobei bei Verwendung eines lei
stenförmigen Prägestempels dieser schräg zwischen die beiden Hubzap
fen angesetzt wird. Dies ermöglicht eine schnelle, durch die Druck
pulsation materialschonende und wenig aufwendige Bearbeitung bei
geringem Vorrichtungsaufwand. Dabei kann die Kurbelwelle zunächst
fertig bearbeitet und beispielsweise durch Nitrieren der Lagerflächen
und Rollieren der Radienübergänge von den Hubzapfen zu den Kurbelwan
gen oberflächenverfestigt werden und dann als letzter Bearbeitungs
schritt eine Umformung der beschriebenen Übergangsbereiche stattfin
den.
Gemäß Patentanspruch 8 wird schließlich eine Kurbelwelle vorgeschla
gen, deren Fertigung dadurch vereinfacht ist, daß zur Oberflächenver
festigung der Hubzapfen nur ein Rollieren der Übergangsradien von den
Hubzapfen zu den Kurbelwangen und ein verfahrensgemäßes Prägen der
beschriebenen Übergangsbereiche durchgeführt wird. Dabei werden Fest
igkeitswerte erzielt, die einer weit aufwendigeren Oberflächenverfe
stigung herkömmlicher Art entsprechen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren
Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Kurbelwelle für eine
V-6 Hubkolben-Brennkraftmaschine mit 30° zueinander versetzten
Hubzapfen; und
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II durch den einen Hubzap
fen der Kurbelwelle nach Fig. 1.
Die Figuren zeigen abschnittsweise eine Kurbelwelle 10 für eine V-6
Hubkolben-Brennkraftmaschine mit jeweils zwei um 30° in Umfangsrich
tung zueinander versetzten und unmittelbar einander benachbarten Hub
zapfen 12, 14, die über Kurbelwangen 16, 18 mit den Hauptlagerzapfen
20, 22 verbunden sind. Dabei sind Übergangsradien 24, 26 zwischen den
Hubzapfen 12, 14 und den Kurbelwangen 16, 18 und teilkreisförmige Über
gangsradien 28, 30 zwischen den Hubzapfen 12, 14 vorgesehen.
Der Verbindungsbereich 32 (vgl. Fig. 2, kreuzschraffiert) der beiden
Hubzapfen 12, 14 entspricht somit zwei zusammengesetzten Kreisab
schnitten mit Spitzen 34, 36, die zugleich den Übergangsbereich (vgl.
Fig. 1) der stirnseitigen freien Randbereiche 38, 40 der Hubzapfen
12, 14 bilden.
Diese spitzen Übergangsbereiche 34, 36 sind mit einem Prägestempel 42
(in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) zu einer abgerundeten Fläche
44, 46 umgeformt bzw. oberflächenverdichtet.
Bei der Herstellung der Kurbelwelle 10 wird nach der entsprechenden
spanenden Bearbeitung zur Oberflächenverfestigung wie folgt verfah
ren:
Zunächst werden mit einem nicht dargestellten Rollierwerkzeug die
Übergangsradien 24, 26 von den Hubzapfen 12, 14 zu den Kurbelwangen
16, 18 oberflächenverfestigt bzw. rolliert.
Anschließend werden durch Einbringen der Kurbelwelle 10 in ein Präge
werkzeug mit leistenförmigem Prägestempel 42 und einem nicht darge
stellten gegenhaltenden Werkzeug die Übergangsbereiche 34, 36 zu den
flächigen Bereichen 44, 46 umgeformt. Dabei wird auf den schräg um
einen Winkel α von 45° zur Längsachse 48 der Kurbelwelle 10 verdreh
ten Prägestempel 42 eine Kraft F in radialer Richtung von ca. 15.000
N pulsierend (auf- und abschwellend) aufgebracht. Die Umformfläche 50
des Prägestempels 42 ist in ihrer Längsrichtung konkav gestaltet, mit
gerundeten Übergängen (im Querschnitt) zur Erzielung einer günstigen
Spannungsverteilung. Die Umformung wird durch einmalige Druckausübung
an den Übergangsbereichen 34, 36 ausgeführt.
Das Umformen der Übergangsbereiche 34, 36 kann anstelle des beschrie
benen Prägestempels 42 auch durch ein anderes, oberflächenverfesti
gendes Werkzeug, z. B. ein Rollierwerkzeug, durchgeführt werden.
Claims (8)
1. Verfahren zur Festigkeitserhöhung einer Kurbelwelle für eine mehr
zylindrige Hubkolbenmaschine mit zumindest zwei einander unmittel
bar benachbarter, zueinander in Umfangsrichtung versetzter Hubzap
fen, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Übergangsberei
che (34, 36) der beiden Hubzapfen (12, 14) durch Umformen oberflä
chenverfestigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Über
gangsbereiche (34, 36) flächig umgeformt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umformung durch einmalige Druckausübung je Übergangsbereich
mit einem abgerundeten Prägestempel (42) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Prägestempel (42) mit konkaver Umformfläche (50) verwendet
wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß
der leistenförmige Prägestempel (42) schräg zu einer Kurbelwellen-
Längsachse (48) angesetzt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hubzapfen (12, 14) und/oder deren Über
gangsradien (24, 26, 28, 30) vor der Umformung oberflächenverfestigt
werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf den Prägestempel (42) ein pulsierender Druck
ausgeübt wird.
8. Kurbelwelle für eine mehrzylindrige Hubkolbenmaschine mit zumin
dest zwei einander unmittelbar benachbarter, zueinander in Um
fangsrichtung versetzter Hubzapfen nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn
seitigen Übergangsbereiche (34, 36) der beiden Hubzapfen (12, 14)
durch Prägen und deren Übergangsradien (24, 26 und/oder 28, 30)
durch Rollieren oberflächenverfestigt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934317091 DE4317091A1 (de) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | Verfahren zur Festigkeitserhöhung einer Kurbelwelle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934317091 DE4317091A1 (de) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | Verfahren zur Festigkeitserhöhung einer Kurbelwelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4317091A1 true DE4317091A1 (de) | 1994-11-24 |
Family
ID=6488692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934317091 Withdrawn DE4317091A1 (de) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | Verfahren zur Festigkeitserhöhung einer Kurbelwelle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4317091A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102575520A (zh) * | 2009-08-17 | 2012-07-11 | 英瓦卡尔公司 | 压缩机 |
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GB1442344A (en) * | 1973-10-13 | 1976-07-14 | Brown Tractors Ltd | Method of treating crankshafts |
-
1993
- 1993-05-21 DE DE19934317091 patent/DE4317091A1/de not_active Withdrawn
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