Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Kurbelwellen, insbesondere von Kurbelwellen mit schmalen Kurbelwangen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen, insbesondere von Kurbelwellen mit schmalen Kurbelwangen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der DE 100 24 990 Al bekannt.

Aufgrund der Tendenz zu möglichst kleinen Motoren, die dennoch immer höhere Drehmomente und Leistungen erreichen sollen, ergibt sich bei Kurbelwellen für PKW eine Tendenz zu filigraneren Geometrien, was sich insbesondere in der Breite der sich zwischen den Haupt- und den Pleuellagern befindlichen Kurbelwangen widerspiegelt, da diese einen entscheidenden Faktor für die Gesamtlänge der Kurbelwelle darstellen.

Beim Induktionshärten von Kurbelwellen mit derart schmalen Kurbelwangen ergeben sich gemäß den aus dem heutigen Stand der Technik bekannten Verfahren Einschränkungen dahingehend, dass sich die Härtezonen benachbarter und nur durch die Kurbelwangen voneinander getrennten Lagerstellen aufgrund ihres geringen Abstands voneinander gegenseitig beeinflussen, wodurch es einerseits zu Anlasseffekten der jeweils anderen Lagerstelle und andererseits zum Durchhärten kommen kann, was beides die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle negativ beeinflusst. Des weiteren kann sich bei solchen Kurbelwellengeometrien aufgrund von Wärmeverzug ein für die weitere Fertigung unzulässig hoher Rundlauffehler ergeben, weshalb dazu übergegangen wurde, Kurbelwellen mit solchen schmalen Kurbelwangen mittels Nitrieren zu härten. Dies führt jedoch zu sehr hohen Prozesszeiten und kann darüber hinaus nicht in den eigentlichen Herstellungspro- zess der Kurbelwelle integriert werden, was die DurchlaufZeiten weiter erhöht und teilweise auch zu zusätzlichen Transportkosten führt. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten für die Kurbelwelle gegenüber dem Induktionshärten erheblich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen zu schaffen, durch welche es möglich ist, insbesondere Kurbelwellen mit filigranen Geometrien mit einer ausreichenden Dauerfestigkeit und mit niedrigen Prozesskosten zu härten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Frequenz des den Induktor durchfließenden Wechselstroms von 11 bis 49 kHz wird zum Einen eine verhältnismäßig geringe Eindringtiefe des Stroms in das Material der Kurbelwelle ermöglicht, was zu einer entsprechenden Erwärmung derselben nur bis zu einer bestimmten Tiefe führt. Dadurch wird eine relativ geringe Einhärtetiefe erreicht und es wird vorteilhafterweise verhindert, dass beim Härten einer Lagerstelle der Kurbelwelle die benachbarte bereits gehärtete Lagerstelle beeinflusst wird. Zum Anderen ist durch die erfindungsgemäße Wahl der Frequenz ein sehr schnelles Erwärmen des gewünschten Bereichs der Kurbelwelle möglich. Auf diese Weise können nachteilige Effekte verhindert und eine sehr hohe Dauerfestig- keit, insbesondere eine sehr hohe Biege- und Torsionswechselfestigkeit, verbunden mit einer hohen Rundlaufgenauigkeit der Kurbelwelle, erreicht werden.

Erfindungsgemäß kommen als Material für die Kurbelwelle Vergütungsstähle, ausscheidungshärtende ferritisch-perlitische Stähle, ausscheidungshärtende bainitische Stähle, Gusseisen mit Kugelgraphit oder bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit in Frage. Diese Materialien gewährleisten, zusammen mit der oben beschriebenen Frequenz, die hohe Qualität des erfindungsgemäßen Verfahrens und der damit hergestellten Bauteile.

Durch die geeignete Frequenz des den Induktor durchfließenden Wechselstroms kann die gewünschte Einhärtetiefe sehr genau eingestellt werden, wobei sich durch einen sehr geringen Wärmeverlust eine exakte Härtetiefe einhalten lässt.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 20 bis 35 kHz verwendet wird, da hierdurch die oben beschriebenen Vorteile dieses Frequenzbereichs besonders gut zum Tragen kommen.

Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass die Spannung für eine Dauer von 4 bis 12 s in der Kurbelwelle induziert wird, so stellt dies einen sehr guten Kompromiss aus dem Erreichen einer gleichmäßigen Erwärmung der Kurbelwelle und einer kurzen Fertigungszeit dar. Die Möglichkeit, eine derart geringere Erwärmungszeit einzusetzen, ist auch auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Frequenz zurückzuführen, da auf diese Weise innerhalb sehr kurzer Zeit eine sehr hohe Wärmemenge in die Kurbelwelle eingebracht werden kann. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass als Vergütungsstahl ein Stahl mit der Werkstoffnummer 1.1191, 1.7225, 1.7227, 1.7228, 1.6582 oder 1.8519 verwendet wird. Die genannten Stähle lassen sich einerseits sehr gut durch Schmieden umformen und sind andererseits auch für das induktive Härten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr gut geeignet.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass als ausscheidungs- härtender ferritisch-perlitischer Stahl ein Stahl mit der Werkstoffnummer 1.1303, 1.1302 oder 1.1304 verwendet wird. Auch mit diesen Stählen lassen sich sehr gute Ergebnisse erzielen, wobei dieselben von der Warmformgebungstemperatur ausscheidungsgehärtet werden.

Wenn als Material für die Kurbelwelle ein ausscheidungshärtender bainitscher Stahl eingesetzt wird, so kann beispielsweise 25MnCrSiVBβ verwendet werden. Auch dieser Stahl wird von der Warmformgebungstemperatur ausscheidungsgehärtet .

Alternativ kann außerdem vorgesehen sein, dass als Gusseisen mit Kugelgraphit Gusseisen mit der Werkstoffnummer EN-JS 1060, EN-JS 1070, EN-JS 1080 oder EN-JS 1090 verwendet wird. Diese unterschiedlichen Gusseisen lassen sich einerseits durch Schmieden umformen und andererseits sind sie auch für das induktive Härten geeignet .

Schließlich kann noch vorgesehen sein, dass als bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit Gusseisen mit der Werkstoffnummer EN- JS 1100 oder EN-JS 1100 verwendet wird. Bei einem derartigen bainitischen Gusseisen mit Kugelgraphit, der auch als ADI-Guss (ADI = austempered ductil iron) bezeichnet wird, handelt es sich um einen Gusswerkstoff auf der Basis Eisen-Kohlenstoff, in welchem der Kohlenstoff überwiegend in Form von kugligen Partikeln vorliegt und welcher im Vergleich zu den oben genannten Gusseisen mit Kugelgraphit durch die Wärmebehandlung höhere Festig- keits- und Zähigkeitseigenschaften kombiniert.

Für die induktive Härtung sind besonders solche Stähle gut geeignet, welche vor der induktiven Härtung bei Prüfung nach EN- ISO 643 eine Austenitkorngröße von 5 oder feiner aufweisen. Bei einem derart feinkörnigen Gefüge des Stahls ist der darin enthaltene Kohlenstoff gleichmäßiger verteilt, so dass der Werkstoff schneller austenitisiert werden kann als bei einem grobkörnigen Gefüge.

Je nach Größe der Lagerstellen der zu härtenden Kurbelwelle ist eine unterschiedliche Leistung beim Betrieb des Induktors erforderlich, wobei es sich im vorliegenden Fall als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, wenn der Induktor bei einer Leistung von 50 bis 95 kW betrieben wird. Wenn die Kurbelwelle mit einer hohen spezifischen Leistung gehärtet wird, entspricht die Einhärtetiefe im Wesentlichen der Eindringtiefe der Erwärmung.

Eine Vorrichtung zum Härten von Kurbelwellen, insbesondere von Kurbelwellen mit schmalen Kurbelwangen, ist in Anspruch 16 angegeben.

Mittels eines derart an die Geometrie der Kurbelwelle angepass- ten und von einem eine Frequenz von 11 - 49 kHz aufweisenden Wechselstrom durchflossenen Induktors lässt sich ein besonders homogenes Härtebild, insbesondere eine gleichmäßige Einhärtetiefe in der Lauffläche, dem Radius und dem Anlaufbund erreichen.

Hierbei kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung vorgesehen sein, dass der Induktor an seiner der Kurbelwelle zugewandten Seite eine abgerundete Spitze aufweist. Eine sol- che Ausgestaltung ermöglicht es, eine besonders gleichmäßige Einhärtetiefe im Bereich des von der Lauffläche in den Anlaufbund übergehenden Radius zu erreichen.

Eine besonders gleichmäßige Einhärtetiefe im Bereich des von der Lauffläche des Hauptlagers bzw. des Pleuellagers in den Anlaufbund der Kurbelwange übergehenden Radius der Kurbelwelle ergibt sich, wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Verhältnis zwischen einem Radius der Kurbelwelle und dem Radius der Spitze des Induktors 0,6 - 1 beträgt.

Um die Kontur dieses Radius besonders gut nachbilden zu können und dabei dennoch ausreichend Raum für eine geeignete Beblechung des Induktors zu lassen, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die von der abgerundeten Spitze ausgehenden Abschnitte des Induktors einen Winkel von 30 - 60° miteinander bilden.

Um eine einfache Anpassung der Beblechung an die Geometrie der Kurbelwelle und des Induktors zu erreichen und um den Energieverbrauch des Induktors zu senken, kann außerdem vorgesehen sein, dass der Induktor eine Beblechung aus einem magnetodielektrischen Material aufweist.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass das magneto-dielektrische Material der Beblechung als Grundmaterial einen thermoplastischen Kunststoff aufweist, in dem Weicheisenpartikel eingebunden sind. Durch diese Ausgestaltung erhält die Beblechung sowohl ferromagnetische als auch dielektrische Eigenschaften, wobei durch den Anteil, die Form und die Verteilung der Weicheisenpartikel in dem thermoplastischen Kunststoff die Eigenschaften des magneto-dielektrischen Materials gezielt beeinflusst werden kön- nen. Dadurch kann eine Konzentration der magnetischen Flussdichte erreicht werden, was zu einer Reduzierung der Erwärmungszeiten des zu härtenden Bauteils führt, wodurch letztendlich die Erwärmungszonen homogener und gleichmäßiger abgebildet werden können. Des weiteren ist dadurch eine einfachere Anpassung der Beblechung an die Geometrie des Induktors und der Kurbelwelle möglich und es ergibt sich vorteilhafterweise ein geringerer Energieverbrauch .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Abschnitt einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren härtbaren Kurbelwelle;

Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform des Induktors der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Induktor und die mit demselben erwärmte Kurbelwelle.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt einer Kurbelwelle 1 dargestellt, der zur Erläuterung des Verfahrens zum Härten derselben ausreichend ist. Die Kurbelwelle 1 weist in an sich bekannter Weise mehrere Hauptlager 2 auf, von denen in Fig. 1 lediglich eines dargestellt ist. An den Hauptlagern 2 ist die Kurbelwelle 1 in an sich bekannter Weise innerhalb eines nicht dargestellten Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine gelagert. Benachbart zu dem Hauptlager 2 weist die Kurbelwelle 1 ein Pleuellager 3 auf, an dem ein ebenfalls nicht dargestelltes Pleuel der Brennkraftmaschine angebracht ist. Selbstverständlich weist die Kurbelwelle 1 in Abhängigkeit der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine eine entsprechende Anzahl an Pleuellagern 3 auf, von denen der Einfachheit halber lediglich eines dargestellt ist. Zwischen den Hauptlagern 2 und den Pleuellagern 3 befinden sich jeweilige Kurbelwangen 4, von denen ebenfalls lediglich eine dargestellt ist.

Die hierin beschriebene Kurbelwelle 1 weist eine sehr filigrane Geometrie mit verhältnismäßig schmalen Kurbelwangen 4 auf, wobei mit dem Begriff "schmal" im vorliegenden Fall Kurbelwangen 4 mit einer Breite von weniger als 10 mm, insbesondere weniger als 8 mm, gemeint sind. Bei extrem kurz bauenden Kurbelwellen 1 könnte es sich sogar um Breiten von weniger als 6 mm handeln. Zur Breite der Kurbelwange 4 zählt auch ein eventuell vorhandener, im vorliegenden Fall nicht dargestellter Anlaufbund. Durch die geringe Breite der Kurbelwange 4 ist der Abstand des Hauptlagers 2 von dem Pleuellager 3 sehr gering.

Sowohl die Hauptlager 2 als auch die Pleuellager 3 werden mittels eines nachfolgend detailliert beschriebenen Verfahrens induktiv gehärtet, um deren Oberflächenhärte und Dauerfestigkeit zu erhöhen. Hierbei wird mittels eines in den Figuren 2 und 3 dargestellten, von einem Wechselstrom durchflossenen Induktors 5 eine Spannung in der Kurbelwelle 1 induziert, wodurch die Kurbelwelle 1 bis zu einer gewissen Tiefe erwärmt wird. Konkret baut sich dabei um den von dem Wechselstrom durchflossenen Induktor ein elektromagnetisches Feld auf, das dem Rhythmus des Wechselstroms folgt. Wenn in die Nähe des Induktors 5 ein weiterer Leiter, im vorliegenden Fall die Kurbelwelle 1, gebracht wird, so wird in diesem die Spannung induziert, welche wiederum einen die Kurbelwelle 1 durchströmenden Wechselstrom zur Folge - S-

hat . Dieses Wechselfeld verursacht eine Selbstinduktion, wobei die daraus resultierenden, als Wirbelströme bezeichneten Ströme sich mit dem Sekundärstrom in der Kurbelwelle 1 überlagern und im Inneren der Kurbelwelle 1 einen höheren Widerstandswert bewirken, was zu einer Stromverdrängung an die Oberfläche der Kurbelwelle 1 führt. Durch die Stromverdrängung, welche werkstoff- und frequenzabhängig ist und mit zunehmender Frequenz steigt, nimmt die Stromdichte innerhalb der Kurbelwelle 1 in Richtung der Oberfläche derselben zu. Dadurch erfasst der induzierte Strom nur eine relativ dünne Randschicht der Kurbelwelle 1, welche auf diese Weise in Abhängigkeit von dem für die Kurbelwelle 1 verwendeten Material erwärmt wird. Durch eine entsprechende Wahl der Frequenz des den Induktor 5 durchfließenden Wechselstroms kann, wie nachfolgend näher beschrieben, die Erwärmungs- tiefe der Kurbelwelle 1 beeinflusst werden.

Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, dass entgegen der üblicherweise verwendeten Frequenzen eine für die Eingangs beschriebene Kurbelwelle 1 mit den schmalen Kurbelwangen 4 eine Frequenz des den Induktor 5 durchfließenden Wechselstroms von 11 - 49 kHz zu guten Ergebnissen hinsichtlich der Eindringtiefe der Wärme in die Kurbelwelle 1 bzw. die Erwärmungstiefe führt. Gerade dieser Frequenzbereich stellt nämlich zum Einen eine ausreichende Härtetiefe sicher, die auch bei einem späteren Überschleifen oder einem anderen spanabhebenden Verfahren zur Bearbeitung der Hauptlager 2 oder der Pleuellager 3 gewährleistet, dass dieselben noch ausreichend hart sind, um während des Einsatzes der Kurbelwelle 1 Beschädigungen derselben zu vermeiden. Im vorliegenden Fall ist eine Härtetiefe von 0,5 - 3,0 mm, vorzugsweise 1,2 - 2,0 mm, vorgesehen. Zum Anderen kann durch die oben beschriebene Wahl der Frequenz des den Induktor 5 durchfließenden Wechselstroms die Tiefe der Erwärmung bzw. die Erwärmungstiefe der Kurbelwelle 1 so gering gehalten werden, dass bei der Erwärmung des Hauptlagers 2 bzw. des Pleuellagers 3 das benachbarte Pleuellager 3 bzw. Hauptlager 2 nicht negativ beeinflusst wird. Insbesondere werden Anlasseffekte verhindert, die entstehen können, wenn beispielsweise nach dem Härten des Hauptlagers 2 das benachbarte Pleuellager 3 gehärtet wird und es dadurch zu einer Erwärmung des bereits zuvor gehärteten Hauptlagers 2 kommt. Des weiteren wird auch ein nicht erwünschtes Durchhärten der in diesem Bereich, wie oben erwähnt, sehr schmalen Kurbelwange 4 verhindert.

Als für die oben beschriebene Tiefe der Erwärmung der Kurbelwelle besonders gut geeignet hat sich ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 20 - 35 kHz, erwiesen.

Die Schnelligkeit des Abflusses der durch den Induktor 5 in die Kurbelwelle 1 eingebrachten Wärme zum kalten Kern, also der Mitte der Kurbelwelle 1, hängt wesentlich von der Oberflächentemperatur ab, weshalb die Härtetiefe nicht mit der Eindringtiefe des Wechselstroms identisch ist. Außer von den Werkstoffkonstante der nachfolgend noch näher beschriebenen Materialien der Kurbelwelle 1 hängt die Härtetiefe wesentlich von der Heizdäuer und der Oberflächentemperatur ab. Neben der oben beschriebenen Wahl einer geeigneten Frequenz des den Induktor 5 durchfließenden Wechselstroms ist daher auch die Heizdauer, also die Zeit, in der die Spannung in der Kurbelwelle 1 induziert wird, für das Vermeiden der oben beschriebenen nachteiligen Effekte und das Erreichen einer gewünschten, sehr exakten Härtetiefe verantwortlich. Bei dem Verfahren zum induktiven Härten der Kurbelwelle 1 wurde eine Induktionsdauer von 4 - 12 s, insbesondere eine Dauer von 6 - 10 s, als besonders vorteilhaft herausgefunden. Hierzu kann eine geeignete Zeitsteuereinrichtung für den Induktor 5 eingesetzt werden. Die Oberflächentemperatur kann unter anderem durch die Wahl der Leistung des Induktors 5 beeinflusst werden, wobei zur Erzielung eines Wärmestaus an der Oberfläche der Kurbelwelle 1 eine spezifische Leistung von 1 - 2 kW/cm ² als bevorzugt angesehen wird. Im vorliegenden Fall lag die Leistung, bei der der Induktor 5 betrieben wird, in einem Bereich von 50 - 95 kW. Da bei der Kurbelwelle 1 die Pleuellager 3 bezüglich ihrer Geometriedaten kleiner ausgeführt sind als die Hauptlager 2, sind die höheren Leistungen des Induktors 5 im Wesentlichen zur Erwärmung der Hauptlager 2 erforderlich.

Nach der oben beschriebenen Erwärmung der Kurbelwelle 1 wird diese abgekühlt bzw. abgeschreckt, wobei zur Vermeidung einer zu tiefen Einhärtung oder Durchhärtung eine bestimmte Abschreckzeit eingehalten werden sollte. Vorzugsweise wird die Abschreckzeit so gewählt, dass die Martensit-Endtemperatur (MF) des Materials der Kurbelwelle 1 unterschritten wird. Hierzu wurde bei dem vorliegenden Verfahren ein Polymer eingesetzt. Alternativ zu der Verwendung eines Polymers ist prinzipiell auch die Abkühlung an Wasser, mittels einer anderen Flüssigkeit oder an Luft möglich.

Als Material für die Kurbelwelle 1 kommen ein Vergütungsstahl, ein ausscheidungshärtender ferritisch-perlitischer Stahl, ein ausscheidungshärtender bainitischer Stahl, Gusseisen mit Kugelgraphit oder bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit in Frage.

Als Vergütungsstähle im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung werden sämtliche Stähle angesehen, die mittels des Verfahrens des Vergütens behandelt werden können. Unter "Vergüten" im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung wird Härten und Anlassen bei höherer Temperatur, um die gewünschte Kombination der mechanischen Eigenschaften, insbesondere hohe Zähigkeit und Duktilität, zu erreichen, angesehen. Wenn es sich um einen Vergütungsstahl handelt, haben sich die Stähle mit den folgenden Werkstoffnummern als gut geeignet erwiesen: Werkstoffnummer 1.1191 (frühere Bezeichnung: Ck45) , 1.7225 (42CrMo4), 1.7227 (42CrMoS4), 1.7228 (50CrMo4), 1.6582 (34CrNiMo6) oder 1.8519 (31CrMoV9) . Durch den Werkstoff 42CrMo4 wurden besonders gute Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich eines sehr geringen Härteverzugs, erzielt, da dieser Werkstoff die verfahrensbedingt geforderte sehr kurze Austenitisierungsdauer sehr gut einhalten kann. Die Austenitisierung läuft umso schneller ab, je gleichmäßiger bzw. feinkörniger die Gefügeanteilver- teilung vor dem Induktionshärten vorliegt.

Bei Vergütungsstählen kann es sich um unlegierte Vergütungsstähle sowie unlegierte Stähle zum Flamm- und Induktionshärten als auch um legierte Vergütungsstähle sowie legierte Stähle zum Flamm- und Induktionshärten handeln. Die oben genannten Stähle sind mit Ausnahme des Stahls mit der Werkstoffnummer 1.1191, bei dem es sich um einen unlegierten Stahl handelt, allesamt legierte Vergütungsstähle. Bei dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.8519 (31CrMoV9) handelt es sich um einen Stahl, der zwar in der Norm für Nitrierstähle enthalten ist, allerdings kann dieser Stahl mittels des oben beschriebenen Verfahrens des Vergütens vergütet werden, weshalb er abweichend von der Norm in dieser Patentanmeldung als Vergütungsstahl bezeichnet wird. Prinzipiell können also Stähle, die vergütet werden können, auch für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, auch wenn dieselben in einer einschlägigen Norm nicht explizit als Vergütungsstähle bezeichnet werden.

Wenn als das Material für die Kurbelwelle 1 ein ausscheidungs- härtender ferritisch-perlitischer Stahl verwendet wird, haben sich die Stähle mit den folgenden Werkstoffnummern als besonders gut geeignet erwiesen: 1.1303 (38MnVS6) , 1.302 (30MnVSβ) oder 1.1304 (46MnVS6) . Derartige, von der Warmformgebungstemperatur, im konkreten Fall der Kurbelwelle 1 also beispielsweise von der Schmiedetemperatur, ausscheidungshärtende ferrtisch-perlitische Stähle werden auch als AFP-Stähle bezeichnet.

Wenn als das Material für die Kurbelwelle 1 ein ausscheidungs- härtender bainitischer Stahl verwendet wird, so ist der Stahl 25MnCrSiVB 6 besonders gut geeignet. Auch dieser Stahl wird von der Warmformgebungstemperatur ausscheidungsgehärtet.

Das Abkühlen des ausscheidungshärtenden ferrtisch-perlitischen oder bainitischen Stahls erfolgt vorzugsweise gesteuert.

Allgemein gilt bei der Verwendung eines Stahls für das Material der Kurbelwelle 1, dass dieser besonders gut geeignet ist, wenn er vor der induktiven Härtung bei einer Prüfung nach EN-ISO 643 eine Austenitkorngröße von 5 oder feiner aufweist und somit zum Härten besonders gut geeignet ist. Des weiteren sollten innerhalb des Materials der Kurbelwelle 1 die härtbarkeitsbeeinflus- senden Legierungselemente, insbesondere Kohlenstoff, möglichst gleichmäßig verteilt sein.

Ein Stahl bietet darüber hinaus gute Voraussetzungen für eine Härtbarkeit desselben, wenn durch den Austenitisierungsprozess der Perlit und Ferrit aufgelöst und umgewandelt, die Legierungskarbide weitgehend aufgelöst und alle Konzentrationsunterschiede, insbesondere Kohlenstoff und Legierungselemente, ausgeglichen sind.

Alternativ kann für das Material der Kurbelwelle 1 auch ein Gusseisen mit Kugelgraphit oder ein bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit, ein sogenannter ADI-Guss, eingesetzt werden. Bei der Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit sind Gusseisen mit den folgenden Werkstoffnummern besonders gut geeignet: EN-JS 1060 (Werkstoffbezeichnung EN-GJS-600-3) , EN-JS 1070 (EN-GJS- 700-2), EN-JS 1080 (EN-GJS-800-2) oder EN-JS 1090 (EN-GJS-900- 2) . Als bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit hat sich Gusseisen mit der Werkstoffnummer EN-JS 1100 (Werkstoffbezeichnung EN- GJS-800-8) oder EN-JS 1110 (Werkstoffbezeichnung EN-GJS-1000-5) als gut geeignet erwiesen.

Neben den oben mittels genormter Werkstoffnummern beispielhaft angegebenen Werkstoffen sind prinzipiell von ihren Werkstoffeigenschaften auch ähnliche Werkstoffe geeignet, insbesondere wenn es sich um zu den angegebenen Werkstoffen sehr ähnliche Werkstoffe handelt, die beispielsweise in anderen Ländern andere Normbezeichnungen besitzen. So wird beispielsweise ein Stahl mit der Werkstoffnummer 1.7225 in Japan unter der Bezeichnung SCM 440H geführt. Dieser Stahl kann problemlos für dieses Verfahren eingesetzt werden.

In Fig. 2 ist der Induktor 5 perspektivisch dargestellt. Dieser weist an seiner Unterseite einen Flansch 6 zum Anbringen desselben an einer nicht dargestellten Halteeinrichtung einer in ihrer Gesamtheit ebenfalls nicht dargestellten, jedoch allgemein bekannten Vorrichtung zum Härten der Kurbelwelle 1 auf. Auf der dem Flansch 6 gegenüberliegenden Seite weist der Induktor 5 einen Induktorabschnitt 7 auf, der eine an die Geometrie der Kurbelwelle 1 angepasste Form aufweist. Der Induktorabschnitt 7 ist mit dem Flansch 6 über eine Rohranordnung 8 verbunden, die von bekannter Bauart sein kann und auf die daher nicht näher eingegangen wird. Die Position der Kurbelwelle 1 gegenüber dem Induktor 5 ist in Fig. 2 sehr schematisch mittels einer gestrichelten Linie angedeutet. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Induktor 5 bzw. den Induktorabschnitt 7 desselben in seiner Position, in der er eine Spannung in die Kurbelwelle 1 induziert. Von der Kurbelwelle 1 ist hierzu eines der Hauptlager 2 dargestellt. Der schraffierte Bereich deutet den mittels des hierin beschriebenen Härteverfahrens gehärteten Bereich der Kurbelwelle 1 an. In Fig. 2 ist erkennbar, dass der Induktorabschnitt 7 in Form eines Rohrs 9 ausgebildet ist, welches an seiner der Kurbelwelle 1 zugewandten Seite eine abgerundete Spitze 10 aufweist. Der Radius 10a der abgerundeten Spitze 10 kann beispielsweise in einem Bereich von 1 - 1,6 mm liegen. Dies gilt allerdings nur für die konkrete Ausführungsform der Kurbelwelle 1, bei der ein die Kurbelwange 4 mit dem Hauptlager 2 verbindender Radius 11 ca. 1,4 - 1,8 mm beträgt. Allgemein hat sich ein Verhältnis von 0,6 - 1, insbesondere 0,9 - 1, zwischen dem Radius 11 der Kurbelwelle 1 und dem Radius 10a der Spitze 10 als im Hinblick auf eine besonders gleichmäßige Einhärtetiefe im Bereich des von der Lauffläche des Hauptlagers 2 bzw. des Pleuellagers 3 in den Anlaufbund der Kurbelwange 4 übergehenden Radius 11 erwiesen. Dies bedeutet, dass im Falle eines größeren oder kleineren Radius 11 der Kurbelwelle 1 auch der Radius 10a der Spitze 10 größer oder kleiner gewählt wird.

Von der Spitze 10 des Induktors 5 gehen zwei Abschnitte 12 und 13 des Rohrs 9 aus, die miteinander einen Winkel α von 30 - 60°, besonders bevorzugt einen Winkel von 40 - 50°, bilden, um es zu ermöglichen, dass der Induktor 5 besonders nah an die Kontur der Kurbelwelle 1 gebracht werden kann. Des weiteren ermöglicht diese Ausführung des Induktors 5, dass außerhalb des Rohrs 9 eine ausreichend große Beblechung 14 angebracht sein kann, die in der Lage ist, durch eine Konzentration der magnetischen Flussdichte die Erwärmungszeiten zu reduzieren. Durch die Beblechung 14 wird außerdem die Entstehung von Streufeldern verhindert und die Leistung des Induktors 5 erheblich erhöht, so dass eine sehr exakte Härtezone erzeugt werden kann.

Im vorliegenden Fall besteht die Beblechung 14 aus einem magne- to-dielektrischen Material, welches als Grundmaterial einen thermoplastischen Kunststoff aufweist, in dem Weicheisenpartikel eingebunden sind. Neben der dargestellten Querschnittsform des Rohrs 9 kommt auch eine ovale, rechteckige oder eine andere geeignete Querschnittsform in Frage.

Der oben beschriebene Induktor 5 ist ein wichtiger Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Härten der Kurbelwelle 1, da er zusätzlich zu der oben erläuterten geeigneten Auswahl der Frequenz und des Materials der Kurbelwelle 1 dazu beiträgt, eine Kurbelwelle 1 mit schmalen Kurbelwangen 4 mit einer ausreichenden Dauerfestigkeit und geringen Prozesskosten herzustellen.