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Verfahren und Vorrichtung zum Schmieden von mehrhübigen Kurbelwellen
Es ist bekannt, beim schrittweisen Schmieden von mehrhübigen Kurbelwellen von einem
runden oder kantigen Rohling mit eingepreßten Lagerstellen auszugehen und die Verdickungen
zwischen diesen Lagerstellen in einem dem Versatzwinkel der sie bildenden Kurbeln
entsprechenden Winkel flachzudrücken, um sie dann zu Kröpfungen umzuformen.
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Ein bekanntes Verfahren dieser Art, bei dem die gegeneinander versetzten
Kurbelhübe .ebenfalls in der endgültigen Winkellage geschmiedet werden, besteht
darin, daß ein Block mit vieleckigem Querschnitt, dessen Seitenflächen dieselben
Winkel wie dieentdgü@l@tigen. Kurbelhübe miteinander bilden, mach dem Absetzen der
Lagerzapfen mit den zwischen diesen verbleibenden Längen nacheinander auf eine andere
Seite gelegt und unter einem Hammer flachgeschmiedet wird, worauf aus den so entstandenen,
gegeneinander versetzten Abschnitten des Blockes die Bildung der Kurbelhübe in der
Weise erfolgt, daß zunächst die einzelnen Kurbelhübe an den Schnittlinien der Lagerzapfen
und der Kurbelzapfen mit den Kurbelwangen winklig vorgeformt und dann die Kurbelwangen
mit den Kurbelzapfen ohne Anwendung von Gesenken dadurch in die endgültige Lage
gebogen werden, daß zwei gegeneinan.dergerichtete Kräfte an den Lagerzapfen zu beiden
Seiten des Kurbelhubes in
axialer Richtung und gleichzeitig eine
dritte Kraft in dazu senkrechter Richtung an dem den Kurbelzapfen bildenden Teil
angreifen. Dieses Verfahren hat gegenüber anderen bekannten Verfahren, auf welche
unten eingegangen ist, theoretisch den Vorteil, daß nur wenig Material bei Herstellung
der Welle durch spanabhebende Bearbeitung abgenommen zu werden braucht, weil alle
wesentlichen Formgebungsarbeiten allein durch Verformung und nicht durch Spanabnahme
erfolgen sollen. Obgleich das im ersten Verfahrensabschnitt vorgenommene Flachdrückender
Verdickungen die Verformung auf günstige Weise einleitet, besteht ein großer Teil
der weiteren Verformung in einem BRegen, nicht aber in einem eigentlichen Schmieden,
d. h. Kneten, so daß dieser Teil der Verformung keine Gefügeverbesserung bewirkt.
Ferner ist es nicht möglich, den Kurbelwangen beliebige, beispielsweise ovale Formen
zu geben, und schließlich kann, da es sich um ein ohne Gesenke arbeitendes Freiformschmiedeverfahren
handelt, die Maßgenauigkeit erst durch eine umfangreiche, spanabhebende Bearbeitung
gewonnen werden, bei der viel Material verlorengeht. Insbesondere dadurch, daß beim
Flachpressen der Verdickungen die Abstände der beiden benachbarten Lagerstellen
zunächst vergrößert, dann aber beim Durchbiegen der Kröpfung wieder verkleinert
werden, ist es nicht möglich, die Längenmaße bei diesem Freischmiedeverfahren genau
einzuhalten.
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Die Erfindung vermeidet die Freiformschmiede-und Biegevorgänge des
geschilderten Verfahrens und ersetzt sie durch Gesenkschmiedevorgänge. Die Erfindung
besteht darin, daß jede Verdickung zwischen zwei eingespannten Lagerstellen in Länge
des herzustellenden Kurbelzapfens bis auf etwa dessen Stärke flachgedrückt wird,
während die Kurbelwangen seitlich vorgepreßt werden, worauf bei seitlicher Einschließung
der Kurbelwangen der Kurbelzapfenteil an seinen Parallelflächen aufgenommen, bis
auf eineAuflage durchgesetztiund dann zu einer Zapfenvorförm unter Materialverdrängung
in die Kurbelwangen niedergepreßt wird. Auf .diese Weise wird das Material in allen
wichtigen Zonen in rechtwinklig zueinander stehenden Richtungen durchgeschmiedet
und ausschließlich durch Schmieden eine Kurbelform erzielt, die meistens nur an
den Kurbelzapfen noch einer Bearbeitung bedarf. Außerdem wird, wie Versuche gezeigt
haben, ein günstiger Faserverlauf erzielt.
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Beim schrittweisen Schmieden' von. mehrhübigen Kurbelwellen aus einem
runden Rohling ist- es bereits bekannt, die Kröpfung aus der rohen Welle mittels
eines in Form eines Einsatzeisens ausgebildeten Stempels durchzusetzen.
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Gleichzeitig werden die Kurbelwangen mit Hilfe von Druckschuhen flachgedrückt,
deren eine keilförmige öffnung bildende Preßflächen durch den vom Durchsetzstempel
zwischen sie niedergedrückten Wellenteil in eine parallele Schließ- und Preßlage
einwärts geschwenkt werden. Durch Wärmeunterschiede der den Preßflächen gegenüberliegenden
Wellenflanken können sich jedoch verschieden hohe Preßwiderstände und dadurch seitliche
Versetzungen der Hübe ergeben. Auch ist zu gewärtigen, daß sich die Wellenenden
beim Durchsetzen hochbiegen, weil sie wegen der erforderlichen Bewegung nicht eingespannt
werden können.
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Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum schrittweisen Schmieden
von mehrhübigen Kurbelwellen aus einem Rohling mit eingepreßten Lagerstellen werden
die zwischen zwei eingespannten Lagerstellen liegenden Verdickungen in einem einzigen
Gesenkschmledevorgang zu Kröpfungen umgeformt, ohne daß sie vorher, wie beim erfindungsgemäßen
Verfahren, flachgedrückt werden. Hierzu bedarf es sehr hoher Preßdrücke. Ferner
muß durch den Preßstempel, der beim Eindringen in den verd,ickten Wellenteil Werkstoff
in die Kurbelwangenräume verdrängt, zum Formen; eines Kurbelzapfenteils von geringerer
Stärke als. derjenigen der Verdickung eine entsprechende Menge Werkstoff zu beiden
Seiten des Zapfens weggequetscht werden. Dies erscheint ohne erhebliche Gratbildung
nicht möglich und dürfte ein gleichmäßig genaues Schließen des Gesenkes, je nach
dem Wärmezustand des Werkstoffes verhindern, so daß die Schmiedegenauigkeit trotz
Anwendung von Gesenken leidet oder die Gesenke in Gefahr kommen. Dies wird der Fall
sein, gleich, ob ein Stempel verwendet wird, der in, einem geschlossenen Gesenkraum
nur zwischen den Kurbelwangenteilen eingreift, oder, wie bei einem bekannten offenen
Gesenk, einen Schulterdruck auch.auf die Wangen ausübt. Neben der außerdem nur beschränkten
Möglichkeit, den lurbel:wangen eine gewünschte Gestalt zu geben, erfolgt beim bekannten
Gesenkschmieden das Kneten nicht in zwei senkrechten Richtungen, das für die Gewinnung
eines gut durchgebildeten Fasergefüges von Vorteil ist.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete
Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch die Anwendung eines gabelförmigen Stempels
zum Durchsetzen der Kröpfung aus. Durch diese Stempelform wird eine hohe Maßhaltigkeit
und Gratfreiheit erzielt. Eine vorteilhafte Vorrichtung besteht erfindungsgemäß
aus einer den gabelförmigen Durchsetzstempel abnehmbar tragenden Traverse und einem
Paar von der Traverse aus hydraulisch für sich oder starr mit ihr niederfahrbarer
Keile zum symmetrischen Verschieben von zwei auf einer Gesenkgrundplatte geführten
Keilbacken mit je zwei äußeren Gesenkbacken zum Vorpressen und seitlichen Einschließen
der Kurbelwangen und je einem mittleren Gesenkbacken zum Flachpressen des Kurbelzapfenteiles,
wobei durch Abnehmen der mittleren Gesenkbacken Raum für die Einführung des Durchsetzstempels
geschaffen wird.
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An Hand der Zeichnunge- ist das Verfahren und- die Vorrichtung gemäß
.-,er Erfindung nachstehend erläutert. Es zeigt Fig. r einen runden Rohling mit
eingepreßten Lagerstellen, Fig. z das Schema der Vorrichtung beim Vorpressen,
Fig.
3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der
Linie IV-IV der Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3 beim
zweiten Gesenkschrniedevorgang, Fig.6 eine Einzelheit des Untergesenkes in Draufsicht,
Fig. 7 eine Seitenansicht der vorgepreßten Verdickung, Fig. 8 einen Schnitt durch
die Kröpfung beim zweiten Gesenkschmiedevorgang, Fig. 9 eine fertige Kröpfung der
Kurbel, Fig. io einen Schnitt durch die gesamte Vorrichtung nach der Linie VI-VI
der Fig. i i, Fig. i i die gleicht Vorrichtung im Schnitt nach der Linie VII-VII
der Fig. io, Fig. 12 eine Draufsicht auf die Vorrichtung im Schnitt :.nach der Linie
VIII-VIII der Fig. i i, Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig.
i2 und Fi,g. 14 eine Seitenansicht der Vorrichtung.
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In Eig. i ist eine Welle dargestellt, in der Lagerstellen i eingepreßt
sind. Zwischen den Lagerstellen befinden sich Verdickungen. Im ersten Preßgang pressen
Gesenkbacken i" schrittweise in drei Stufen ,die Lagerstellen i (Fig. i) in die
rohe Welle. In einem zweiten Preßgang, dem ersten Gesenkschmiedev organg zum Herstellen
eines Hubes, drücken Backen 2 in der Mitte zwischen den zwei Lagerstellen i auf
die Verdickung. Hierdurch wird in der Breite der Gesenkbacken 2 (Fig. 2) ein Abschnitt
4 flachgedrückt, der eine Form erhält, die aus den Fig. 2, 3, 5 und 7 ersichtlich
ist. Gleichzeitig drücken Gesenkbacken 3 und formen beide äußeren Abschnitte 5 zwischen
den zwei Lagerstellen i. Der Ouerschnitt des Abschnittes 5 ist aus Fi.g. 4 ersichtlich.
Bei diesem Preßgang kann überschüssiges Material zwischen den Gesenkteilen nach
oben und unten ausweichen.
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Die so entstandene Form der Verdickung zwischen zwei Lagerstellen
i ist aus den Fig. 5 und 7 als Längsschnitt und Seitenansicht zu ersehen. Nun setzt
ein, Stempel 26 nach Fig. 5 und 8, dessen Gabelhälften 26" den flachgedrückten Abschnitt
4 umfassen, diesen auf ein Untergesenk 12 durch und gibt dem Kurbelzapfen eine Form
7 (Fig. 8, 9). Die Kurbelwangen bilden .sich hierbei, während die Backenpaare 3
stillstehen und sie seitlich einschließen. Die Öffnung zwischen den Gesenkbacken
3 läßt ein Hochsteigen des Materials zu, und die Kurbelwangen erhalten einen Fortsatz
9 nach oben (Fig.8).
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Die für diese Arbeitsgänge vorgesehene Vorrichtung wird in einer vorhandenen
Schmiedepresse verwendet, die in den Fig. io bis 13 ohne Preßkolben, Zylinder und
Rückzugseinrichtung angedeutet ist. Sie hat ein Fundament 5o, vier Zugstangen
5 1 mit Hubbegrenzungshülsen 52, ein auf und ab bewegbares Pressenquerhaupt
53 und einen Verschiebetisch 55. Das auf und ab gehende Pressenquerhaupt führt alle
verfahrensmäßigen Schmiedearbeiten in senkrechter und waagerechter Richtung durch.
Dies ermöglicht die Durchführung des Verfahrehs in der anschließend beschriebenen
Vorrichtung.
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Die Vorrichtung besteht aus einer Grundplatte io, auf der vier untere
Spanngesenkträger ii befestigt sind, die mit Leisten i i, versehen sind. Die Spanngesernkträger
werdengegenüber dem mittleren Gesenk 12 durch Zwischenstücke 13 auf Abstand und
durch waagerechte Zuganker 14 zusammengehalten. Das mittlere Gesenk i2 besitzt die
Ausnehmungen 43 (Fig. 6) für die Gabenschenkel 26" des Stempels 26. Auf einem :der
Zwischenstücke 13 ist ein. Bock 18 befestigt, der als Anlage für fertiggepreßte
Kröpfungen dient. Alle unteren Spanngesenkträger i i besitzen auswechselbare Spanngesenke
15 nach Art von Preßsätteln, die je durch eine schwalbenschwanzförmige Nut i5b und
Feder 15" und nicht dargestellte Schrauben mit den Spanngesenkträgern verbunden
sind. Das Gesenk 12 nimmt in der Mitte einen Auswerfer 16 auf, der durch einen Ausstoßstempel
17 zum Lösen der gepreßten Teile aus dem Gesenk gehoben werden kann. Der
Antrieb kann hydraulisch durch einen nicht gezeichneten Kolben erfolgen. Von oben
wirken Spanntraversen i9 auf das Werkstück. Sie tragen obere Spanngesenkträger 2o
mit Nuten 2o", in die in geschlossenem Zustand der Spanngesenkt die Leisten i i"
eingreifen. Hierdurch werden seitliche Kräfte, die auf die oberen Spanngesenkt 21
wirken, auf die unteren Spanngesenkt 15 übertragen. Spanngesenkt 21 sind in gleicher
Weise auf ihren Trägern 2o befestigt wie die unteren Spanngesenkt 15 auf den Spanngesenkträge.rn
i i. Die Spanngesenkträger 2o werden durch Zwischenstücke 22 auf Abstand gehalten.
Eines der Zwischenstücke 22 besitzt eine Schwalbenschwanznut 23, um bei Bedarf den
Bock 18 oben anbringen zu können. Die Spanngesenkträger und ihre Zwischenstücke
werden durch einen Zuganker 14" zusammengehalten. Auf die Spanntraversen i9 wirken:
Plunger24, die in Zyli.ndern25" einer Zylindertraverse 25 gleiten. Fig. 13, rechts,
zeigt die Presse bei geschlossenem Spanngesenk. Rückzugskolben 41 bringen die Spanntraversen
ig wieder in die Ausgangsstellung zurück. Die Zylindertraverse 25 hat eine Zentrierplatte
54 und ist mit nicht gezeichneten Schrauben an das Pressenquerhaupt angehängt. Die
Zylindertraverse 25 nimmt in zwei weiteren Zylindern 25b (Fig. i i) Kolben 27 auf,
:die mit an ihnen hängenden Keilen 28 starr verbunden sind. Die Kolben 27 besitzen
Kolbenansätze 27", die sich gegen den Boden des Zylinders 25b anlegen. können. und
als Hubbegrenzung dienen. Das Pressenquerhaupt 53 kann über die Zylindertraverse
25 ebenfalls einen Druck auf die Keile 28 ausüben. Die Keile 2,8 stützen sich mit
der Rückenfläche gegen Widerlager 29 ab, die durch die Zuganker 14 mit den Spanngesenkträgern
i i und den zugeordneten Teilen starr verbunden sind und den auf sie ausgeübten
Keildruck mittels ihrer Ansätze 28". (Fi-g. 12) auf die unteren Spanngesenkträger
i i übertragen. Die Brustflächen der Keile 28 wirken auf verschiebbare Keilbacken
3o. Die Brustflächen .der Keile haben bei hochgezogenem Pressenquerhaupt
53,
also vor Arbeitsbeginn, eine Lage, die in Fig. i i durch strichpunktierte Linien
28b, in Fig. 13, links, durch ausgezogene Linien dargestellt sind. Die oberen Flanken
3a der Gesenkbacken 3 bzw. Keilbacken 30 liegen dabei nicht an den Wangen der vorgeschmiedeten
Welle an (vgl. Fig. 13, links). Werden die Keile 28 durch Absenken des Pressenquerhauptes
53 über die Druckflächen 40 (Fig. i i) nach unten bewegt, so kommen sie in die in
Fig. i i mit ausgezogenen Linien dargestellte Lage. In dieselbe Lage können die
Keile gebracht werden, wenn die vom Druckmedium beaufschlagten Kolben 27 auf die
Keile 28 wirken. Die Gesenkbacken 2 und 3 an; den Keilbacken drücken beim Absenken
der Keile 28 auf die Verdickungen der Welle, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Zum
Rückzug und, zum Halten der Keile 2& beim Aufwärtsgang des Pressenquerhauptes
53 werden die,Flächen27a, derKolben27 beaufschlagt. Arbeitet bei diesem Arbeitsgang
der Kolben 27 nicht, so legt sich die hochgehende untere Kolbenfläche 27a gegen
den Boden der Zylinder 25b, und der Keil wird hierdurch hochgehoben. Gleichzeitig
werden die Keilbacken 30 mit den Gesenkbacken seitlich aus der Arbeitsstellung
in die Ruhestellung verschoben (vgl. Fi.g. 13, links). Zu diesem Zweck sind Zylinder
33 vorgesehen, in denen Kolben 34 gleiten, die über Stangen 35 mit den Keilbacken
30 fest verbunden sind.
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Ein Arbeitsstempel 26 ist in einer Schwalbenschwanznut 25,
an der Zylindertraverse 25 befestigt und dient zum Durchsetzen der Hübe an
der vorgeschmiedeten Welle, nachdem sie die in Fig. 3, 4, 5 und 7 dargestellte Form
erhalten hat. Während des Durchsetzens werden die Plrunger 24 und die Kolben 27
in ihren Zylindern 25" und 25b zurückgedrückt und treiben in bekannter Weise das
Druckmedium über ein nicht dargestelltes Überdruckventil aus den Zylindern.
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Die Zylinder 25a, 25b sind in bekannter Weise mit durch Gelenke oder
sonst beweglich gemachte Rohre (Degenrohre, Teleskoprohre) an die Zuleitungen angeschlossen
und werden ebenso wie die Zylinder 33 vom Pressensteuerstand aus gesteuert.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Die Vorrichtung wird auf den ausgefahrenen
Verschiebetisch 55 der Schmiedepresse aufgesetzt, dieser dann eingefahren und die
Zylindertraverse 2:5 mit dem PressenquerhauPt 53 nach Absenken desselben verbunden.
Die Zylinder 25" und 25b der Zylindertraverse 25 und die Zylinder 33 der horizontalen
Keiltraversen 29 werden mit den Anschlüssen des Pressensteuerstandes verbunden.
Dann wird das Pressenquerhaupt 53 hochgefahren., wobei die Spanntraverse i9 mit
den Spanngesenkträgern und Spanngesenken 2o, 21 angehoben wird. Die Vorrichtung
ist damit betriebsbereit.
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Nunmehr wird die vorgeschmiedete Welle in die unteren Spanngesenke
15 eingelegt und mittels der Plunger 24 über die Spanntxaversen i9, Spanngesenkträger
2o und Spanngesenke 2 1 mit einem hydraulischen Haltedruck auf die Spanngesenke
15 gepreßt. Darauf drückt das Pressenquerhaupt 53 über die Zylindertraverse 2-5,
die Keile 28 und die Keilbacken 30 die Gesenkbacken 2 und 3 fortschreitend gegen
eine Verdickung der Welle, die dann die Form nach Fig. 5 und 7 erhält. Mit der nicht
gezeichneten Rückzugsvorrichtung wird nunmehr das Pressenquerhaupt 53 hochgefahren.
Dann wird das Werkstück um einen Lagerabstand weitergelegt und gleichzeitig um den
Versatzwinkel der nächsten Kurbelkröpfung gedreht. Als Richtfläche dient die im
vorhergehenden Arbeitsgang an der Verdickung erzeugte Fläche 4. Diese Arbeitsfolge
wird so oft wiederholt, bis alle Verdickungen mit Flächen 4 und 5 versehen sind.
Nachdem alle Wellen einer Tagesleistung auf diese Weise geschmiedet worden sind,
wird der Stempel 26 in die Zylindertraverse 25 eingebaut und werden die Gesenkbacken
2 von den Keilbacken 30 entfernt. Nun wird eine Welle in das Gesenk so eingelegt,
daß ihre äußerste, vorgeschmiedete Verdickung unter dem Preßstempel 26 liegt. Das
nunmehr sich wieder absenkende Pressenquerhaupt 53 schiebt zuerst die Gabelschenkel
26a des Stempels 26 über den flachgedrückten Abschnitt 4 der Verdickung, so daß
hier eine sichere Führung vorhanden ist. Nun setzt der Stempel a6 die Kröpfung nach
unten durch, während gleichzeitig die Plunger 24 und die Kolben 27 angestellt und
unter Aufrechterhaltung des auf sie wirkenden hydraulischen Druckes durch überdruckventile
in den Zylindern zurückgedrückt werden. Die nach oben offenen Gesenkbacken 3 lassen
,ein Hochsteigen des Materials zu, das von dem Auspressen -der Kröpfung herrührt.
Anschließend wird das Pressenquerhaupt 53 hochgefahren und die Welle um einen Lagerabstand
verlegt, wobei sie um den Versatzwinkel der ersten und zweiten Kröpfung gedreht
wird. Zur Stützung der ersten. Kröpfung ist vorher der Bock 18 eingesetzt worden.
Durch diese Arbeitsweise erhalten alle Kröpfun.gen die beim Vorpressen bereits gegebenen
Winkelstellungen zueinander. Die Umbauarbeit vom Seitenpressen zum Durchsetzen erfordert,
da nur Gesenkbacken abgenommen und ein Stempel eingebaut werden müssen, wenig Zeit.
Die senkrechten Kolben mit den Keilen benötigen wenig Raum und erzeugen wegen der
Keilübersetzung hohe Drücke, so daß auch in beengtem Raum einer Presse große Stücke
geschmiedet werden können.
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Selbstverständlich ist es möglich, das Verfahren nach der Erfindung
auf Sonderpressen auszuführen, welche Vorrichtungen zur Betätigung aller Gesenkteile
besitzen. Der Vorteil der hier beschriebenen Vorrichtung besteht jedoch darin, daß
sie durch normale Pressen betätigt werden kann.