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Verfahren zur Herstellung eines Wellenzaliens.
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Ausschuss zu vermeiden, müssen daher bei Anwendung dieser Verfahren nach dem Härten und vor dem Schleifen die Wellen sorgsam ausgerichtet werden-ein Vorgang, der nicht nur umständlich ist und besondere Gewandtheit erfordert, sondern auch unvermeidliche Spannungen in Werkstücken zurücklässt. Solche Spannungen wirken sich besonders nachteilig dadurch aus, dass sie sieh zu den durch die ver- schiedene Zusammensetzung von Mantel und Kern bedingten Spannungen addieren und hiedureh die bei im Einsatz behandelten Stücken bekannte Abplätterung begünstigen. Die Spannungen lassen sieh
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der Einsatzsehicht vermindert würde.
Die ungenügende Dicke der Einsatzsehieht hat weiterhin die nachteilige Folge, dass bei hohen Flächenpressungen ein stellenweises Eindrücken in den Kern eintreten kann, wodurch das Werkstück selbst oder unter Umständen die ganze Maschine zerstört werden könnte.
Ein anderer Nachteil dieser Verfahren ist schliesslich auch noch darin begründet, dass die damit verbundene langwierig Wärmebehandlung sich nicht in die Serienfertigung einpassen lässt, sondern eine Unterbrechung des Herstellungsganges des Einzelwerkstüekes und eine Ansammlung einer grösseren Anzahl Stücke erforderlich macht. Hiedureh wird die Gesamtmenge der gleichzeitig im Herstellungs-
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Ein anderes Verfahren, das ebenfalls dazu führt, an der Oberfläche des Zapfens eine grössere Härte als im Kern zu erzielen, besteht in der Verwendung eines lufthärtenden Stahles für die Wellen.
Hiebei werden lediglieh die Wellenzapfen, beispielsweise mittels Gebläsebrenners, auf Härtetemperatur gebracht, um sodann mehr oder weniger schnell abzukühlen, u. zw. an der Oberfläche schneller als im Kern, so dass die Härte nach der Achse hin abnimmt. Mit diesem Verfahren, das die Verwendung eines teueren Werkstoffes mit geringerer Dämpfungsfähigkeit gegenüber Schwingungsbeanspruchung bedingt, lassen sich aber die erstrebenswerten Eigenschaften an der Oberfläche und im Kern nur unvollkommen erreichen, die Oberfläche wird doch nicht so hart und der Kern doch nicht so zähe, wie es erwünscht wäre. Zudem lässt sich die erreichte Kernfestigkeit nicht nachprüfen.
Man hat zwar vorgeschlagen, im Einsatz aufgekohlte Werkstücke aus Stahl von höherer Festigkeit in einem Härtebad nur oberflächlich zu erhitzen und dann das Werkstück abzusehrecken, bevor die Erwärmung bis in den Kern fortgeschritten wäre. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich, auf Kurbelwellen nicht anwendbar, sofern man die Kurbelwangen nicht mithärten will, und für Fliessfertigung ebenso-
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Die Möglichkeit, die Auswahl der zur Verwendung kommenden Stähle nur mit Rücksicht auf die zu erwartenden Beanspruchungen zu treffen, d. h. sowohl hochlegierte als auch unlegierte oder nur niedrig legierte Vergütungsstähle zu verwenden ;
2. den Kern so zu vergüten, wie es sich für derartige Werkstücke am besten bewährt hat ;
3. die Möglichkeit, durch Festigkeitsprüfungen nach der Vergütungsbehandlung die Kernfestigkeit des Fertigerzeugnisses zu kontrollieren ;
4. einen gehärteten Aussenmantel von derjenigen Festigkeit und Härte herzustellen, wie sie sich für verschleissfeste Lager bewährt haben ;
5. die Möglichkeit, die Dicke des gehärteten Mantels den auftretenden Beanspruchungen anzupassen ;
6. die Möglichkeit, infolge des dickeren Härtemantels durch Fertigschleifen ohne vorheriges Richten die gewünschten Endabmessungen zu erreichen ;
7. die Möglichkeit, den Härteprozess am einzelnen Stück und in einer Zeit durchzuführen, die dem Rhythmus der Fliessfertigung angepasst ist ;
8. wesentliche Verringerung der zwischen gehärtetem Mantel und nicht gehärtetem Kern vorhandenen Spannungen infolge der gleichen chemischen Zusammensetzung von Kern und Mantel ;
9. grössere Zähigkeit und Dämpfungsfähigkeit, d. h. verminderte Rissgefahr der gehärteten Schicht gegenüber solchen, deren Härte auf Änderung der chemischen Zusammensetzung beruht ;
10. geringer Verzug des ganzen Stückes, da während der Härtebehandlung nur jeweils ein verschwinden kleiner Teil erwärmt ist.
Eine beispielsweise Anordnung für das Herstellungsverfahren gibt Fig. 1 wieder. Hierin bedeutet : A den zu härtenden, sich langsam drehenden Zapfen, B den zur Erhitzung dienenden Brenner und C eine Düse, durch die das Kühlmittel auf den Zapfen zur Wirkung gebracht wird.
Fig. 2 veranschaulicht als Beispiel in Kurve A den Verlauf der Härte über den Querschnitt eines Zapfens gemäss der Erfindung, Kurve B denjenigen eines nach dem Einsatzhärteverfahren hergestellten, und Kurve C den eines aus lufthärtendem Chrom-Nickel-Stahl hergestellten Zapfens. Als Abszisse ist der Abstand von der Zapfenoberfläche, als Ordinate die Rockwellhärte C bzw. die Zugfestigkeit in kgjmm2 angegeben.
Kurve A zeigt, dass in dem Aussenmantel des Zapfens in Stärke von etwa 7 mm die Härte 60 Rock- I wellgraden entspricht, d. h., dass dieser die gleiche Festigkeit aufweist, die für Wälzlagerringe üblich ist, während der Kern gleichmässig eine Härte von etwa 27 Rockwellgraden gleich 95 kgjmm2 Zugfestigkeit
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Dem gegenüber zeigt die Kurve B einen zwar sehr harten Mantel, der jedoch bedeutend dünner ist, nur etwa 1'5 mm, während die Festigkeit des Kerns infolge des niedrigen Kohlenstoffgehaltes wesent- lich unter derjenigen der Kurve A liegt. Ähnlich der Kurve B ist der Härteverlauf eines durch Verstickung oberflächengehärteten Zapfens, wobei die Aussenschicht zwar eine noch höhere Härte, jedoch eine noch geringere Dicke als die beim Einsatzhärten erreichbare besitzt.
Die Kurve C zeigt, dass ein Zapfen aus lufthärtendem Chrom-Nickel-Stahl nur verhältnismässig geringe Unterschiede in der Härte von Mantel und Kern aufweist. Er hat an der Oberfläche gegenüber A und B erheblich geringere Verschleissfestigkeit, im Kern aber grössere Sprödigkeit.
Die in den Kurven als Beispiel angegebenen Festigkeitszahlen lassen sich natürlich in allen drei
Fällen durch die Zusammensetzung des verwendeten Stahles beeinflussen. Der Typus der Härtever- teilung bleibt jedoch der gleiche.
Fig. 3 veranschaulicht den Querschnitt eines erfindungsgemässen Zapfens ; a ist der gehärtete Mantel, b der vergütete Kern.
Die Erfindung ist nicht ausschliesslich beschränkt auf die Herstellung von Kurbelwellenzapfen, sondern kann sinngemäss auch für zapfenartige Maschinenteile ähnlicher Beanspruchung benutzt werden, wobei die Wahl des Werkstoffes davon abhängig ist, wie gross die Verschleissfestigkeit des Mantels und der Widerstand gegen statische und dynamische Beanspruchung des Kerns sein muss.
Versuche mit Führungszapfen, Rollen u. dgl. auch aus nicht vergütetem geschmiedetem Stahl und aus Stahlguss haben gezeigt, dass die Schwierigkeiten der gleichzeitigen Erreichung guter Festigkeiteigenschaften und hohen Verschleisswiderstandes in überraschend guter Weise durch das oben beschriebene Verfahren beseitigt werden können.