Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus Einzelstücken mittels Abbrennstumpfschweissung, sowie durch das Verfahren hergestellte Kurbelwelle Es sind bereits mehrere Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus Einzelstücken bekannt. Die Einzelstücke bestehen dabei beispielsweise aus einer Kurbelwange, an die beiderseitig Kurbel- bzw. Lagerzapfen angesetzt sind. Die Verbindung der Einzelstücke zur Kurbelwelle kann dabei auf unter schiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Ver schraubung der Kurbelzapfenabschnitte, wobei diese gegen Verdrehung gegeneinander durch Verzahnung gesichert sein können oder aber eine Hülse mit Innen verzahnung die Zapfenabschnitte übergreift; die Innenverzahnung verhindert dabei ebenfalls die gegen seitige Verdrehung der Kurbelzapfen.
Bei anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Kurbel wellen bestehen die Einzelstücke nicht aus Kurbel wangen mit Zapfenabschnitten, sondern es werden bei Zusammenbau der Welle durchgehende Zapfen mit den Kurbelwangen durch Passung oder Klemmung vereinigt. Um Kurbelwellen mit gebrochenen Zapfen wieder verwendungsfähig machen zu können, hat man auch schon die Kurbelzapfenteile des gebrochenen Zapfens abgedreht und durch eine gemeinsame Buchse verbunden. Schliesslich ist es bei Verfahren zur Kur belwellenherstellung bekannt, die Einzelstücke durch Abbrennstumpfschweissung zu vereinigen.
Infolge des ständigen Bestrebens der Motoren technik, die spezifischen Leistungen von Brennkraft- maschinen, insbesondere durch verstärkte Aufladung zu erhöhen, werden nun auch die spezifischen Be anspruchungen, die auf das Triebwerk entfallen, immer grösser. Das führt besonders bei schnellau fenden Motoren zu der Forderung, die Laufflächen der Lagerzapfen aus verschleissfesten Werkstoffen zu bilden, während beispielsweise von der Kurbelwelle des Motors als Ganzes eine hohe Elastizität verlangt wird. Was für die Kurbelwelle ausgeführt worden ist, gilt sinngemäss für die Kurbelscheiben-, Nocken-, Nockenscheibenwellen oder ähnliche.
Es sind bereits eine Reihe von Verfahren bekannt geworden, um die die Lagerstellen der Welle bildenden Lagerzapfen mit einer verschleissfesten Oberfläche zu versehen. In Betracht kommen beispielsweise Ober flächenhärtung der Lagerstellen sowie das Aufbringen von harten Metallschichten durch galvanisches Nieder schlagen, durch Spritzverfahren oder ähnliche Ober flächenveredelungen.
Die Oberflächenhärtung führt jedoch zu ungün stigen Spannungsverhältnissen, so dass die Dauer standsfestigkeit der Welle wesentlich herabgesetzt wird. Nimmt man die Oberflächenhärtung durch Nitrierung vor, so ergeben sich aus der geringen Schichtstärke Nachteile. Insbesondere ist eine nachträgliche Bearbeitung der Lagerstellen infolge der geringen Dicke der Ver schleissschicht, die im allgemeinen nur wenige hun- dertstel Millimeter beträgt, schwierig oder ausgeschlos sen, während andererseits diese Bearbeitung aus Justie- rungsgründen unerlässlich ist.
Auch sind Nachbearbei tungen nach Ablauf einer gewissen Betriebszeit nicht mehr möglich. Schliesslich sind bei der wissenschaft lichen Behandlung der bei der Nitrierung auftretenden Vorgänge Erkenntnisse in jüngster Zeit gewonnen worden, welche die Anwendung dieses Verfahrens bei der Oberflächenbehandlung hoch beanspruchterWellen nicht mehr ohne weiteres ratsam erscheinen lassen. Was für die Nitrierung ausgeführt worden ist, gilt sinngemäss für die Hartverchromung.
Das Aufspritzen von harten Metallschichten hat noch nicht den Stand erreicht und ist noch nicht so betriebssicher, dass die erforderliche Porenfreiheit und die notwendige Verankerung zwischen dem Grundwerkstoff und der Auflage gewährleistet wären.
Die bekannten Verfahren sind daher noch nicht befriedigend. Es ist somit Aufgabe vorliegender Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und ein Ver fahren vorzuschlagen, das die dargestellten Verhält nisse grundsätzlich verbessert.
Das zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus Einzelstücken, die aus einer Kurbelwange und beid seitig der Kurbelwange angeordneten Kurbelzapfen bestehen, mittels Abbrennstumpfschweissung kenn zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch, dass vor der Vereinigung der Einzelstücke zur Kurbelwelle auf die einzelnen Kurbelzapfen Mantelkörper aus verschleiss- festem Werkstoff aufgezogen werden, deren äussere Begrenzungsflächen zur Bildung der Lagerflächen benutzt werden. Dem Mantelkörper kann also jede beliebige, aus wirtschaftlichen Gründen noch tragbare Dicke erteilt werden.
Man ist bei der Werkstoff auswahl für ihn unabhängig von den Eigenschaften des Grundwerkstoffes, so dass dieser lediglich mit Rücksicht auf die Erfordernisse bestimmt werden kann, die vorwiegend wegen des Verschleisses der Lagerzapfen gestellt werden müssen. Als Werkstoff für die Mantelkörper kann daher ein naturharter Stahl oder jeder andere verschleissfeste Werkstoff verwendet werden, der dem Grundwerkstoff gegenüber härter ist, jedoch gleichzeitig über die Zähigkeit ver fügt, um die während der Herstellung und dem Betrieb auftretenden Beanspruchungen aufnehmen zu können.
Im allgemeinen wird man die Mantelkörper auf zapfenförmige Ansätze von Wellenteilstücken, etwa Kurbelwangenscheiben, Nocken oder Nockenscheiben aufziehen, ohne dass andere Verbindungsmöglich keiten ausgeschlossen sind. Die erforderliche feste Verbindung wird im einfachsten Falle dadurch ge währleistet, dass man die Mantelkörper, insbesondere in Form von Mantelrohren, auf die tragenden Wellen teile aufschrumpft.
Für die Vereinigung der Wellenteilstücke zur Welle wird Abbrennstumpfschweissung verwendet. Je nach Formgebung und Beanspruchung der Welle kann die Schweissstelle dabei verschiedene Lagen einnehmen und hiernach richten sich naturgemäss die Ausbildung und Anordnung der Mantelkörper. Nach dem die einzelnen Teilstücke zur Welle zusammen gefügt sind, kann sie wie üblich fertig bearbeitet werden, wobei zwischen die einzelnen Bearbeitungs stufen die Warmbehandlungen eingeschaltet werden, die sich aus der Art des benutzten Werkstoffes er geben.
Wellen, die durch ein erfindungsgemäss vorge schlagenes Verfahren hergestellt sind, kennzeichnen sich durch Anordnung von Mantelkörpern aus ver- schleissfestem Werkstoff auf im Bereiche von Lager stellen liegenden Wellenteilen. Die Mantelkörper können dabei Begrenzungsflächen aufweisen, deren Erzeugende einen Winkel mit der Wellenlängsmittel achse oder einer Zapfenlängsmittelachse bildet. Das bedeutet, dass konische Mantelkörper auftreten, die bestimmte Vorteile gegenüber ringszylindrischen Mantelkörpern besitzen.
Die Zeichnung gibt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens wieder.
In der Zeichnung ist Fig. 1 ein senkrechter Längsschnitt durch ein zum Schweissen vorbereitetes Einzelstück einer Kurbel welle, bestehend aus der Kurbelwange und zwei an sie angesetzten Zapfenenden.
Fig. 2 gibt eine Seitenansicht auf das in Fig. 1 dargestellte Einzelstück wieder.
Fig. 3 stellt den Längsschnitt durch einen Zapfen ansatz mit aufgezogenem ringzylindrischen Mantel körper, der rohrförmig ausgebildet ist, dar.
Fig. 4 entspricht der Schnittdarstellung der Fig. 3 für den Fall, dass die Erzeugende der inneren Be grenzungsfläche des Mantelrohres einen Winkel mit der Längsmittelachse des Zapfenansatzes der Kurbel wange einschliesst.
Fig. 5 zeigt einen aus mehreren Teilstücken bestehenden Kurbelwellenabschnitt, bei dem die Schweissstellen genau mittig zu den Zapfenansätzen der Kurbelwange angeordnet sind, während in Fig. 6 in der Darstellung der Fig. 5 eine ausser- mittige Anordnung der Schweissstellen veranschaulicht ist.
Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wellen teilstück besteht aus der Kurbelwange 1 und zwei Zapfenansätzen 2, 3. Ein derartiges Kurbelwellenstück ist vorzugsweise im Gesenk geschmiedet und mit allseitigem Aufmass vorbearbeitet worden. Die Vor bearbeitung der Zapfenansätze 2, 3 ist so weitgehend vorgenommen worden, dass die vorbereiteten Mantel rohre 4, 5, die aus einem verschleissfesten Werkstoff wie naturhartem Stahl hergestellt sind, durch Schrumpfung aufgebracht werden können. Das Teil stück ist nochmals plangedreht, damit die Stirnflächen 6, 7 der Zapfenansätze genau bündig mit den äusseren Stirnflächen der Mantelrohre abschliessen.
Fig. 3 zeigt, dass die Mantelrohre 8 ringszylindrisch ausgebildet sein können, während sie in Fig. 4 infolge der Winkellage der Erzeugenden der inneren Rohr begrenzungsfläche zur Längsmittelachse der Zapfen ansätze eine konische Ausbildung haben. Dadurch entsteht der Vorteil, dass der Übergang zur Kurbel wange 1 nicht wesentlich geschwächt und ausserdem die an der Stossstelle bei der Stumpfschweissung unvermeidbare Aufwulstung in bezug auf ihre Stärke ausgeglichen werden kann.
Die Welleneinzelteile sind so verarbeitet, wie dies die Figuren 5 und 6 zeigen. Bei der Ausbildung der Fig. 5 sind die Schweissstellen in der Mitte der Zapfenansätze angeordnet, während Fig. 6 eine ausser- mittige Lage derselben zeigt. Das hat den Vorteil, dass die Schweissstelle nicht im stärkstbeanspruchten Querschnitt des späteren Lagerzapfens liegt.
Nachdem die Einzelteile der Figuren 5 und 6 gemäss den Figuren 3 und 4 mit Mantelrohren aus gerüstet sind, erfolgt die Zusammenfügung der Teile zur Welle, etwa durch Stumpfschweissung. Anschlies- send wird die Fertigbearbeitung in Verbindung mit einer sowohl auf den Grundwerkstoff als auch den Werkstoff der Mantelrohre abgestimmten Warmbe handlung durchgeführt.