[go: up one dir, main page]

WO2018228792A1 - Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle Download PDF

Info

Publication number
WO2018228792A1
WO2018228792A1 PCT/EP2018/063691 EP2018063691W WO2018228792A1 WO 2018228792 A1 WO2018228792 A1 WO 2018228792A1 EP 2018063691 W EP2018063691 W EP 2018063691W WO 2018228792 A1 WO2018228792 A1 WO 2018228792A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
crankshaft
impact
transition radii
transition
impact force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/063691
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfons Reeb
Jochen Schmidt
Konrad Grimm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH
Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Original Assignee
Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH
Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH, Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH filed Critical Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH
Publication of WO2018228792A1 publication Critical patent/WO2018228792A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/04—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
    • B23P9/04—Treating or finishing by hammering or applying repeated pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • 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
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • 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
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • 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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/30—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/07—Crankshafts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • 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
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a method for impact hardening of transition radii of a crankshaft, in particular of transition radii between connecting rod journal and crank webs and / or transitional radii between the main journal and the crank webs of the crankshaft according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an apparatus for carrying out the method for impact hardening of transition radii of a crankshaft.
  • the invention also relates to a crankshaft.
  • crankshafts are manufactured using a variety of machining and heat treatment processes, so that the crankshafts can be exposed to increasingly higher engine power.
  • thermal treatments such as induction hardening and case hardening, laser hardening or nitriding, as well as strain hardening processes such as deep rolling, shot peening or impact hardening.
  • strain hardening processes such as deep rolling, shot peening or impact hardening.
  • the impact hardening is an advantageous method for increasing the fatigue strength, in particular the bending fatigue strength and torsional fatigue, of crankshafts.
  • the increase in fatigue strength is achieved in that impact forces are introduced into the claimed areas in cross-sectional transitions and changes in cross section by cold forming, preferably hammering by means of special impact tools in the crankshaft.
  • strict control procedures and highly qualified personnel are required to carry out the process.
  • a follow-up with corrective measures may be required to slightly correct the concentricity of the crankshaft after impact hardening if necessary.
  • the object of the present invention is therefore to further develop the methods and devices for impact hardening in order to further improve the fatigue strength of crankshafts, in particular while avoiding concentricity errors.
  • the invention is also based on the object of providing an improved crankshaft, in particular with respect to its fatigue strength and concentricity. With respect to the crankshaft, the object is achieved by the features listed in claim 14.
  • transition radii of a crankshaft in particular transition radii between connecting rod journal and crank webs and / or transition radii, are impact-bonded between main bearing journal and the crank webs of the crankshaft.
  • the connecting rod journal and the main journals are hereinafter referred to in part as "pin" for simplicity.
  • journal may mean both the connecting rod journal and the main bearing journals, as well as only the connecting rod journal or only the main journals. Insofar as this is not explicitly stated otherwise, here all three variants are encompassed by the term pin.
  • the invention is particularly preferably suitable for increasing the fatigue strength of, for example, crankshafts having a length of 0.2 to 8 m or more and / or main and connecting rod journal diameters of 30 to 500 mm or more.
  • the invention is particularly suitable for increasing the fatigue strength of large crankshafts of 1, 5 to 8 m in length or more and / or main and connecting rod journal diameter of 100 to 500 mm or more.
  • the crankshaft may have various types of transition radii, for example, fillets, for example, in a basket arch shape, or also undercut radii or radii with transitions.
  • the transition radii can, for example, pass tangentially into the journal positions or running surfaces of the main and connecting rod journal.
  • the crankshaft usually has transition radii at all transitions or cross-sectional changes. This is especially true for cross-sectional changes between journals and crank webs.
  • the invention is particularly suitable. But transition radii can also for any other cross-sectional changes, in particular for changes in cross section at the end portions of the crankshaft, z. B. at a transition to a flange, a disc or a shaft, etc., may be provided.
  • a transition radius the fatigue strength of which is to be improved by the method according to the invention or the device according to the invention, does not necessarily have to be present between a connecting rod journal and a crank web or a main journal and a crank web, but can be arranged at any point of the crankshaft.
  • the terms "connecting rod journal”, “main journal”, “flange”, “pin” and / or “crank arm” can accordingly be reinterpreted by a person skilled in the art.
  • transition radii between connecting rod journal and crank web and / or main journal and crank web.
  • this is not restrictive and should only serve the better understanding or better readability.
  • a transition radius in the context of the invention, this can basically be an arbitrary transition radius at any point of the crankshaft.
  • differently sized impact forces are introduced into at least two transition radii.
  • the difference between the impact forces is at least greater than a tolerance range which is typically present in the introduction of the impact forces in the prior art.
  • the differently introduced impact forces preferably differ significantly. It can be provided, for example, that the impact forces which are introduced into the at least two transition radii differ by at least 2%, preferably by at least 5%, more preferably by at least 10% and most preferably by at least 30%.
  • the introduction of a striking force can be understood to mean that a striking head of a striking tool or a so-called "striker" of a striking device strikes against the region of the crankshaft to be consolidated, in the present case a transition radius. The impact takes place purposefully to the desired impact position along the annular radius around the pin circumferential transition radius.
  • the methods and devices according to the prior art provide that in the Schlagverfest only the transition radii of the crankshaft in all transition radii, in particular in the transition radii between connecting rod journal and crank webs and the transition radii between main journals and crank webs, the same impact force is introduced.
  • the impact force is chosen such that it is sufficient to bring sufficient compressive residual stresses in all to be solidified transition radii of the crankshaft.
  • the inventors have recognized on the basis of simulations and test series that the robustness or fatigue strength of the crankshaft can be achieved in a consistent - and sometimes even better - quality advantageous even when the impact forces are varied individually for different transition radii. As a result, critical concentricity errors can be completely excluded in the optimum case and thus the effort for a later concentricity correction can be minimized.
  • the invention also makes possible a more cost-effective machining process by reducing the machining steps. In particular, a less machining for a compensation of the concentricity errors in the subsequent processing can be realized.
  • crankshafts can be made with at least the same quality or robustness, as with the known methods of the prior art.
  • crankshafts which have been previously processed to increase their fatigue properties by other methods.
  • a crankshaft which has been hardened by induction hardening can be subsequently improved with respect to its bending and torsional fatigue strength by introducing compressive residual stresses according to the method according to the invention or with the device according to the invention.
  • the same impact force is introduced in two transition radii adjoining the same main journal.
  • transition radii can be defined, in which the same impact force is introduced.
  • two transition radii adjoining the same pin can each form a group.
  • transition radii of at least two connecting rod journal pins preferably into the transition radii of all connecting rod journal pins.
  • This also applies to transitions to flanges, cones and other geometric cross-sectional changes - both tangent and deposited radii.
  • One possibility for forming groups of transition radii, in which the same impact force is introduced, can thus also result from the fact that the transition radii of all main journals form a group.
  • the transition radii of all connecting rod trunnions may optionally form a group.
  • the inventors have recognized that in order to avoid concentricity errors it may already be sufficient to introduce the same impact force in all transition radii of the main journal and in all transition radii of the conrod journal, the impact force being introduced into the transition radii of the main journal in this case the impact force that is introduced into the transition radii of the connecting rod journal, differs.
  • a first impact force to be introduced into the transition radii of a first conrod journal
  • a second impact force (deviating from the first impact force) to be introduced into the transition radii of a second conrod journal.
  • an individual impact force can be introduced into the transition radii of each connecting-rod journal.
  • a second impact force (deviating from the first impact force) is introduced into the transition radii of a first main journal, and a second impact force (deviating from the first impact force) is introduced into the transition radii of a second main journal.
  • an individual impact force can be introduced into the transition radii of each main journal.
  • the impact forces can thus be determined individually for each transition radius.
  • optimally suitable impact forces and impact patterns can result for each transition radius or at least for different groups of transition radii.
  • run-out errors occur as a result of impact hardening in the first place.
  • the fatigue strength of the crankshaft by this measure even exceed the requirements.
  • a base value for the impact forces to be introduced into the transition radii to be determined on the basis of the desired fatigue strength of the treatment device. at shaft and / or determined by the desired fatigue strength of sections of the crankshaft.
  • a base value for the entire crankshaft can be determined, which may be a minimum impact force, the introduction of which ensures the desired fatigue strength in all sections of the crankshaft, or preferably with the addition of a safety margin.
  • the basic value is determined individually for different sections of the crankshaft, such that the desired fatigue strength of the crankshaft is ensured in the respective sections, preferably with the addition of a safety margin.
  • a base value for end portions or end portions of the crankshaft, a base value for a central portion of the crankshaft, a base value for all main journals, a base value for all connecting rod journals and / or a base value for other portions of the crankshaft can be determined.
  • a plurality of base values may also be provided.
  • the base value can also be chosen such that it is a defined percentage, for example 10% to 50%, preferably 20% to 40%, greater than the minimum impact force necessary for the crankshaft or the crankshaft range, so that the base value decreases can be adjusted up and down to impact hardening the transition radii.
  • the base value is varied by a compensation value in order to compensate for, avoid and / or minimize concentricity errors of the crankshaft. If a baseline value higher than a minimum value is determined for the impact forces to be introduced into the transition radii (for example by adding at least one margin of safety), the base value can be individually varied by particular compensation values for individual transition radii, in particular increased the minimum value of the impact force to reach the desired fatigue strength at a transition radius is not exceeded. The compensation value can therefore be used specifically to avoid or compensate for concentricity errors.
  • the fatigue strength of the crankshaft and the concentricity of the crankshaft can be adjusted almost independently. It can be provided, for example, that all transition radii of the connecting rod journals are impact-bonded to the base value, and all transition radii of the main journals are impact-hardened with the base value varied by the compensation value, for example a 1 10% value or 90% value based on the base value , Alternatively, it can also be provided that all main bearing journals are impact-hardened with the base value and all connecting rod journals are impact-hardened with the base value varied by the compensation value. In a further development of the invention, it can further be provided that the compensation value for a plurality, preferably for each transition radius, is determined individually in order to compensate, avoid and / or minimize concentricity errors of the crankshaft.
  • the compensation value is at most 30%, preferably at most 15%, particularly preferably at most 5%, of the base value. It may also be provided that the equalization value is a maximum of 30%, but not less than 20%, not more than 20%, but not less than 15%, not more than 15%, but not less than 10%, or not more than 10%, but not less than 5% of the underlying.
  • a highly stressed area for introducing a percussion force in at least one of the transition radii along the ring around the crankshaft (in particular about the connecting rod journal and / or main journal) circumferential respective transition radius a highly stressed area, a little stressed area and intervening intermediate regions are defined, after which such impact-hardening is achieved that the impact force introduced into the intermediate regions is increased in the direction of the highly stressed region.
  • a region of the respective transition radius of the crankshaft, which is subjected to particularly high loads, in particular in engine operation, for example tensile forces, etc., is meant by a region which is subject to high loads.
  • the attention of the highly stressed areas of the transition radii is of central importance. The highest residual compressive stresses should preferably be introduced into these areas.
  • a region subject to high stress may mean an area along the circumference of the transition radius and / or a region along the respective transition radius which revolves annularly around the crankshaft or around the connecting rod journal and / or the main bearing journal.
  • an area around the so-called bottom dead center of a connecting rod journal can be a highly stressed area in the sense of the invention.
  • the bottom dead center is the area that can be referred to as opposite in engine operation as a tension side of the connecting rod journal or as the pressure side.
  • the methods and devices according to the prior art provide that during impact hardening of a transition radius a constant impact force along the annular transition around the connecting rod journal and / or the main bearing journal respective transition radius is introduced.
  • the impact force is chosen such that it is sufficient to bring sufficient compressive residual stresses in the highly stressed areas of the crankshaft.
  • the complete circumferential impact strengthening of a transition radius along the circumference of the crankshaft causes a lot of effort.
  • the inventors have meanwhile found that the robustness or fatigue strength of the crankshaft in a constant or better quality can be advantageously achieved even if the maximum impact force introduced into a certain transition radius is only in the high-stress area is introduced, and when the impact force is increased from the intermediate areas towards the high-stress area. As a result, an abrupt or sudden change in the impact force from one beat to the next blow can be avoided.
  • transition radii are no longer completely solidified (with the same impact force).
  • the impact force introduced into the intermediate regions is steadily increased in the direction of the highly stressed region.
  • a highly stressed area may be provided, which is surrounded on both sides by intermediate areas, whereby the highly stressed area is separated from the area with little stress.
  • the impact force within the intermediate areas and / or the less stressed area follows any course, but preferably sudden changes in the impact force are avoided and the impact force in the highly stressed region of the transition radius preferably on highest is (in particular maximum, average and / or sum of all individual percussion forces of the transition radius considered).
  • the impact force introduced into the intermediate regions is increased monotonously, very preferably in a strictly monotonic manner, in the direction of the highly stressed region.
  • the impact force introduced into the intermediate regions is increased uniformly or linearly in the direction of the highly stressed region. It is also possible to increase the impact force introduced into the intermediate regions according to any mathematical function in the direction of the highly stressed region.
  • the impact force in the direction of areas for which a different impact force is advantageous preferably uniformly increased or reduced.
  • the impact force which is introduced in the impact-hardening in the highly stressed area based on the desired endurance of the crankshaft crankshaft and / or the desired fatigue strength of sections of the crankshaft is determined.
  • crankshaft It may therefore be sufficient to take into account only the necessary impact force in the highly stressed areas to achieve the desired fatigue strength of the crankshaft and / or the desired fatigue strength of portions of the crankshaft.
  • the impact force which is introduced in the impact-hardening in the highly stressed area is constant or is kept constant over the highly stressed area.
  • a high fatigue strength or robustness of the crankshaft can be achieved, in particular, by introducing a (high) impact force with a constant thickness into the highly stressed area. This applies in particular (but not exclusively) if, in the intermediate regions, impact forces which drop off with respect to their strength, in particular impact forces that drop linearly from one impact to the next impact, are introduced in the low-stressed region except for zero can be reduced.
  • the highly stressed area along the annular about the connecting rod journal peripheral transition radius starting from a highly loaded point of the connecting rod journal, at least ⁇ 20 °, preferably at least ⁇ 30 °, more preferably at least ⁇ 40 °, especially preferably at least ⁇ 50 °, very particularly preferably at least ⁇ 60 °, for example at least ⁇ 70 °, at least ⁇ 80 ° or at least ⁇ 90 °.
  • the highly loaded point of the connecting rod journal is, in particular, the bottom dead center of the connecting rod journal. It can therefore be provided in particular that, starting from a highly loaded point of a pin, the highly stressed area along the circumference of the pin is defined.
  • the highly stressed area along the annular around the main journal pivoting transition radius starting from a highly loaded point of the main journal, at least ⁇ 20 °, preferably at least ⁇ 30 °, more preferably at least ⁇ 40 °, more preferably at least ⁇ 50 °, most preferably at least ⁇ 60 °, for example at least ⁇ 70 °, at least ⁇ 80 ° or at least ⁇ 90 °.
  • an upper limit for the extension of the highly stressed region along the transition radius which surrounds the ring journal around the main journal, after which the highly stressed region, starting from a highest loaded point of the main journal, is at most ⁇ 90 °, preferably at most ⁇ 80 °, more preferably at most ⁇ 70 °, very particularly preferably at most ⁇ 60 °, for example at most ⁇ 50 °, for example at most ⁇ 40 °, at most ⁇ 30 ° or at most ⁇ 20 °.
  • This also applies analogously to transitions to flanges, cones and other geometric cross-sectional changes - both for tangent and deposited radii.
  • crankshaft For the determination of the highly stressed area or the highest loaded point simulations and / or calculations and / or test series of the respective type of crankshaft can be used.
  • the respective highly stressed areas or the respective highest loaded points of the transition radii may differ at the individual transition radii of the crankshaft. However, the highly stressed area or the most heavily loaded point can also coincide with all transition radii, in particular with one type of transition radii. Optionally, the highly stressed area or the highest loaded point at all transition radii between connecting rod journal and crank webs on the one hand and between main journal and crank cheeks on the other hand.
  • the highly stressed area may, starting from the bottom dead center of the connecting rod journal or the highest loaded point of the main journal, in principle have any desired size, for example less than ⁇ 20 ° or greater than ⁇ 90 °.
  • the highest loaded point (in particular with respect to torsion) of a transition radius of a main journal in the cross section of the crankshaft at the intersection of the transition radius of the main journal with the line connecting the centers of the main journal and the adjacent to the transition radius of the main journal pin connecting rod lies.
  • the highest loaded point of a transition radius of a main journal can be arranged on a side facing away from the bottom dead center of an adjacent connecting rod journal side of the crankshaft.
  • the impact forces which are introduced into the highly stressed region, the low-stressed region and the intermediate intermediate regions of a transition radius can differ from the impact forces which are introduced into the corresponding regions of another transition radius.
  • the patterns of impact forces that are introduced into the respective transition radii may differ, ie, the distribution of the regions along the respective annular circumferential radius of transition and / or the distribution of impact forces and / or the strength of the impact forces within the respective regions. It can be provided, for example, that the maximum impact force, which is introduced into the respective highly stressed region of the transition radii, differs between the transition radii.
  • the impact hardening takes place in such a way that the impressions of a percussion head of at least one percussion tool overlap in a defined manner along the respective transition radius circulating annularly around the crankshaft (in particular around the connecting rod journal and / or main journal).
  • the impact head of the at least one impact tool introduces the impact force at an adjustable impact angle in the transition radius.
  • the highly loaded area, the intermediate areas and / or the low-stress area can also relate to the circumference of the transition radius itself and not only to the circumference of the respective pin around which the transition radius rotates in an annular manner.
  • the stress on a transition radius may also be different along the circumference of the transition radius.
  • the impact angle is chosen such that the impact force is introduced at an angle which is exactly adapted to the highest load during operation of the crankshaft or the maximum load, taking into account the bending load and torsional load, based on the circumference of the transition radius.
  • a striking device is used for impact hardening, comprising a percussion piston, a deflection unit and at least one impact tool, wherein the at least one impact tool is attached to the deflection and wherein the percussion piston transmits a force impulse to the at least one impact tool via the deflection according to which the impact head of the at least one impact tool introduces the impact force into the transition radius.
  • a beating device may be used which has two striking tools which are fastened to a common deflection unit.
  • a percussion piston can be used which transmits a strong impulse or a force impulse (eg pneumatically, hydraulically and / or electrically generated) to the impact head.
  • a strong impulse or a force impulse eg pneumatically, hydraulically and / or electrically generated
  • visible impact impressions of the impact head occur at the respective impact positions.
  • the depth of the impact impressions and the quality or the depth effect of the inherent compressive residual stress depend on the selected impact force.
  • the tool and the process parameters are preferably exactly matched to the respective crankshaft and possibly to partial geometric changes (cross-sectional changes).
  • a position control can be used to rotate the crankshaft step by step from one stroke position to the next stroke position.
  • a PTP control or point control can be provided for this purpose.
  • a drive device may be provided which comprises a motor, in particular an electric motor.
  • the electric motor can be any desired electric motor, for example a three-phase motor (in particular a three-phase asynchronous machine), an AC motor, a DC motor or a universal motor.
  • a stepper motor can be used. It may also be provided a two-part drive means, in which, for example, an engine is provided at each end of the crankshaft, d. H. a synchronous drive or double-sided drive of the crankshaft.
  • crankshaft is rotatably mounted for its processing via a fastening device on a drive shaft.
  • the at least one impact tool with a periodicity preferably with a beat frequency of 0.5 Hz to 30 Hz, more preferably with a clock of 0.5 Hz to 5 Hz and most preferably with a clock from 0.5 Hz to 3 Hz, perform a striking motion or bring in the impact force.
  • a beat frequency preferably with a beat frequency of 0.5 Hz to 30 Hz, more preferably with a clock of 0.5 Hz to 5 Hz and most preferably with a clock from 0.5 Hz to 3 Hz
  • beat frequencies between 0.1 Hz and 50 Hz may be provided, but the above values are particularly suitable.
  • the impact pressures that are converted by the percussion piston to the impact force depending on the operation - between 10 and 300 bar, preferably between 30 and 180 bar, and particularly preferably between 50- 130 bar, be.
  • the impact force can therefore be specified by setting a corresponding impact pressure (the percussion piston).
  • a different impact pressure is used for impact hardening of at least two transition radii.
  • at least one base value and at least one compensation value related to the impact pressure may also be provided.
  • the temperature in the region of the crankshaft segment or transition radius to be machined should preferably not be higher than 65 ° C; values between 12 ° C and 25 ° C are preferred.
  • microcracks have no effect on the fatigue properties, but they can disturb the visual appearance.
  • the removal of the surface can be done in various ways, such as by grinding, turning, milling, turn milling, peeling or polishing.
  • the striking hardening of a transition radius can also be carried out several times around the crankshaft or the pin circumferentially. It can therefore also be provided to impact-strengthen areas or sections which have already been previously impact-hardened.
  • the regions (that is to say the region which is subject to high stress, the region which is less stressed and / or the intermediate regions) may partially overlap or be defined over an angle section which is greater than 360 °.
  • the ranges may be defined, for example, over an angle section of 540 °, 720 °, 900 °, 1080 ° or more.
  • first impact-strengthen by 360 ° with a first striking force along the annular circumferential transition radius and then with a second impact force.
  • force which may also be identical to the first impact force, the intermediate areas and the high-stress area to be impact-strengthened and in a third cycle with a third impact force, which may also be identical to the first and / or second impact force, the high-stressed area schlagzuverfestigen.
  • the impact can also be such z. B. be increased starting from the intermediate areas in the direction of the highly stressed area that impact forces are introduced into the annular peripheral transition radius in several rounds. The impact force can therefore be introduced as the sum of several individual impact forces.
  • the invention also relates to a device for carrying out a method as described above for impact hardening of transition radii of a crankshaft, in particular of transition radii between connecting rod journal and crank webs and / or transition radii between the main journal and the crank webs of the crankshaft.
  • the device is also suitable for impact hardening of transitions to flanges, cones and other geometrical cross-sectional changes - both tangent and deposited radii.
  • some of the components of the device according to the invention may correspond in their construction to the device according to EP 1 716 260 B1, for which reason the disclosure content of EP 1 716 260 B1 is completely integrated into the present disclosure by referencing.
  • the invention also relates to a computer program with program code means in order to carry out the method according to the invention when the program is executed on a control and / or regulating device, in particular on a microprocessor.
  • the invention also relates to a crankshaft made by a method as described above.
  • crankshaft according to the invention differs from conventional crankshafts in particular in that for their solidification in at least two transition radii different sized impact forces were introduced. Furthermore, the crankshaft may differ from conventional crankshafts in that impact forces in at least one of the transition radii along the annular circumferential transition radius in different intensities have been introduced in some areas in order to solidify them. Furthermore, the crankshaft according to the invention may differ from conventional crankshafts in that, if necessary, more than one impact angle may be used for their hardening was used, resulting in a total of a characteristic hardening of the transition radii of the crankshaft.
  • FIG. 1 shows an overall view of a device according to the invention for carrying out the method of a first embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of a part of the device according to the invention for carrying out the method in a second embodiment
  • FIG. 3 shows a striking device with two impact tools in an enlarged view according to detail "A" of Fig. 1.
  • FIG. 5 shows an exemplary detail of a crankshaft and a force diagram
  • FIG. 7 shows an exemplary division of an annular circumferential transition radius into a highly stressed area, a little stressed area and intervening intermediate areas of an exemplary journal
  • 9 shows an exemplary distribution of impact forces along an annular radius around a pin in a second embodiment
  • 10 shows an exemplary distribution of impact forces along an annular radius around a pin circumferential transition radius in a third embodiment.
  • Fig. 1 1 shows an exemplary distribution of impact forces along an annular radius around a pin circumferential transition radius in a fourth embodiment.
  • the device shown in Figure 1 in an overall view basically corresponds in its structure to the devices according to DE 34 38 742 C2 and EP 1 716 260 B1 with one or more impact devices 1, which is why hereinafter only on the essential parts and on the differences to the prior Technology is discussed in more detail.
  • the device has a machine bed 2 and a drive device 3.
  • the drive device 3 is used to bring or rotate a crankshaft 4 along a direction of rotation in an impact position.
  • crankshaft 4 has connecting rod journal 5 and main journal 6, between which each crank webs 7 are arranged on.
  • Transverse radii 8 (cf., FIGS. 3 to 5) are formed between connecting rod journal 5 and crank webs 7 and between main bearing journal 6 and crank webs 7 or generally between cross-sectional transitions of crankshaft 4.
  • a fastening device 9 On the side facing the drive device 3 side of the crankshaft 4, a fastening device 9 is provided, which has a clamping disk or a mounting flange 10.
  • a support 1 1 On the side facing away from the drive device 3 side of the crankshaft 4, a support 1 1 is preferably provided in the manner of a tailstock, which has a further fastening means 9 to receive the crankshaft 4 rotatable bar or rotatable set.
  • a Lü- nice which is positioned at a rotationally symmetrical location, may be provided.
  • the drive device 3 is able to set the crankshaft 4 along a rotation axis C in a rotational movement. It can be provided that the main axis of rotation C K w of the crankshaft 4 is positioned off-center of the axis of rotation C of the drive device 3, as shown in Figure 1 and Figure 2.
  • alignment means 17 may preferably be provided in the region of the fastening device 9. It can be provided that the alignment means 17 a central axis of each to be solidified pin 5, 6 shift so that the central axis of the pin 5, 6 is located on the axis of rotation C.
  • a direct drive preferably without a clutch
  • An engine, preferably an electric motor, of the drive device 3 can thus be mechanically coupled without transmission or transmission to the fastening device 9 or to the crankshaft 4.
  • the impact devices 1 described in more detail below by way of example are each held adjustably in a displacement and adjusting device 15 in order to adapt them to the position of the connecting rod journal 5 and the main bearing journal 6 and to the length of the crankshaft 4.
  • the support 1 1 may be arranged to be displaceable, as indicated by the double arrows in Figure 1.
  • FIG. 1 shows two impact devices 1, but in principle any number of impact devices 1 may be provided, for example only a single impact device 1.
  • At least one impact device 1 is designed and arranged for impact hardening of the transition radii 8 of the main bearing journals 6 and that a striking device 1 is designed and set up for impact hardening of the transition radii 8 of the connecting rod journals. According to the invention it is provided that in at least two transition radii 8 different impact forces F s are introduced. The inventors have recognized that this concentricity error can be avoided or compensated.
  • FIG. 2 is a fragmentary perspective view of a further device for carrying out the method according to the invention, but without a beating device.
  • the device of FIG. 2 is essentially identical to the device of FIG. 1, for which reason reference will be made below only to the essential differences in detail.
  • a drive device 3 is provided.
  • a fastening device 9 is provided, which has a fastening flange 10 and an attached face plate with clamping jaws for fixing the crankshaft 4.
  • the face plate with the clamping jaws of the fastening device 9 is adjustably arranged on the mounting flange 10 on an alignment means 17, whereby the longitudinal axis C K w of the crankshaft 4 can be displaced relative to the axis of rotation C of a drive shaft or an input shaft 13.
  • crankshaft 4 of FIG. 2 has a configuration differing from the embodiment shown in FIG. 1, but basically also comprises connecting rod journal 5, main bearing journal 6 and crank webs 7.
  • FIG. 2 (as in FIG. 1), it is possible to turn away from the drive device 3
  • End of the crankshaft 4 may be provided a further fastening device 9, but this may also be omitted.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a beating device 1 of FIG. 1 in greater detail.
  • the invention can in principle be implemented with any impactor 1.
  • the impact device 1 described below is particularly suitable. It has a main body 18, which accordingly the radius of the crankshaft segment to be machined can be provided with a prismatic system and preferably guides 19 which guide two impact tools 16 in the support plane and give them a corresponding freedom about a deflection unit 20, which is advantageous for adaptation to the dimensional conditions of the crankshaft 4 ,
  • At the front ends of the two impact tools 16 each have a ball is arranged as a striking head 21.
  • An intermediate part 22 establishes the connection between a percussion piston 23 and the deflecting unit 20, which transmits the impact energy to the striking tools 16.
  • the intermediate part 22 may optionally be omitted.
  • the same impact force F s is introduced in two transition radii 8 adjoining the same connecting rod journal 5.
  • the same impact force F s is introduced in two transition radii 8 adjoining the same main journal 6.
  • a beating device 1 shown in FIG. 3 is particularly suitable for this purpose.
  • a striking device 1 with two impact tools 16 is configured such that the striking tools 16 introduce a respective different impact force F s into the transition radii 8 adjoining the same pin 5, 6.
  • a clamping prism 24 can be fastened by means of springs 25 with adjustable clamping bolts 26 with clamping nuts 27 on the side of the journal 5, 6 facing away from the main body 18.
  • the percussion piston 23 transmits a force impulse to the percussion tools 16 via the deflecting unit 20, whereafter the striking heads 21 of the percussion tools 16 introduce the striking force F s into the transition radii 8.
  • FIG. 4 shows a striking device 1, which is provided with only one striking tool 16.
  • the impactor 1 is preferably inclined to the crankshaft 4, in such a way that the impact tool 16, coaxial with the longitudinal axis of
  • Impact device 1 is arranged, perpendicular to the area of the crankshaft segment to be machined, in this case of the transition radius 8 to be machined, impinges. Although only one crankshaft segment can be machined in this case, on the other hand the structural design and the power transmission of the impact device 1 are better and simpler for this purpose. In addition, bore ends can be solidified with this tool standing.
  • This embodiment proves to be particularly advantageous for use on non-symmetrical crankshaft segments, such as the end regions and the oil bore ends of the crankshaft 4.
  • FIG. 5 shows an exemplary detail of a crankshaft 4 with respective transition radii 8 between connecting rod journal 5 and crank webs 7 and main journal 6 and crank webs 7.
  • the same impact force F s is introduced into the transition radii 8 of at least two main bearing journals 6, preferably into the transition radii 8 of all main bearing journals 6.
  • the same impact force F s is introduced into the transition radii 8 of at least two connecting rod journal 5, preferably into the transition radii 8 of all connecting rod journal 5.
  • a first striking force F s is introduced into the transition radii 8 of a first main bearing journal 6, and a second striking force F s is introduced into the transition radii 8 of a second main bearing journal 6.
  • an individual impact force F s is introduced into the transition radii 8 of each main journal 6.
  • an underlying value F 0 for the impact forces F s to be introduced into the transition radii 8 is determined on the basis of the desired fatigue strength of the crankshaft 4 and / or on the basis of the desired fatigue strength of sections of the crankshaft 4. It may further be provided that the base value F 0 is varied by a compensation value F A in order to compensate, avoid and / or minimize concentricity errors of the crankshaft 4.
  • FIG. 5 schematically shows a force diagram for this purpose. It can be seen that the impact force F s is based on a base value F 0, on the basis of which the compensation value F A effects an additive or subtractive modification.
  • the base value F 0 and the compensation value F A are selected such that a minimum impact force F min , which is required at the respective transition radius 8, is not exceeded.
  • a safety margin is additionally provided.
  • the compensation value F A is determined individually for a plurality (preferably for each) transition radius 8 in order to compensate, avoid and / or minimize concentricity errors of the crankshaft 4.
  • FIG. 5 shows the state of affairs or the force diagram only as an example for a transition radius 8. However, this is not meant to be limiting.
  • the compensation value F A is at most 30%, preferably at most 15%, particularly preferably at most 5%, of the base value F 0 .
  • the compensation value F A is at most 30%, but at least 20%, at most 20%, but at least 15%, at most 15%, but at least 10%, or at most 10%, but at least 5%, of the underlying F 0 is.
  • a low-stressed region B M IN and intervening intermediate regions B Z w are defined, after which the impact strength is such that the impact force F s introduced into the intermediate regions B Z w is increased in the direction of the highly stressed region ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the impact force F s which is introduced in the impact hardening in the highly stressed area B MAX , is determined based on the desired fatigue strength of the crankshaft 4 and / or the desired fatigue strength of portions of the crankshaft 4.
  • the transition radii 8 respectively adjacent to the pins 5, 6 can have highly stressed areas ⁇ ⁇ ⁇ , which are each located at different positions.
  • An exemplary load on the crankshaft 4 is shown in FIG. 5 by a large arrow shown at the top left.
  • the connecting rod journal 5 is along of the arrow via a piston, not shown, connected to the engine.
  • this is the so-called pressure side.
  • On the opposite side of the pressure side, namely the tension side there is the so-called bottom dead center UT of the connecting rod journal 5.
  • the load on bending of the respective transition radii 8 is the highest according to experience.
  • the highly stressed area B M AX can be defined adjacent to the bottom dead center UT, preferably surrounded symmetrically.
  • a point of maximum load of the main journal 6 adjacent to the connecting rod journal 5 can be a region which corresponds to the pressure side of the adjacent connecting rod journal 5.
  • this area of a main journal 6 will hereinafter be referred to as "top dead center" OT.
  • FIG. 5 For a better clarification of the positions of the dead centers UT, OT, a schematic section through the crankshaft 4 along the illustrated section line "VI" of FIG. 5 is shown in FIG.
  • the highest loaded point or the top dead center OT a transition radius 8 of a main journal 6 in the cross section of the crankshaft 4 at the intersection of the transition radius 8 of the main journal 6 with the connecting line x of the centers M H , M P of the main journal 6 and is located on the transition radius 8 of the main journal 6 adjacent connecting rod journal 5.
  • Figure 7 shows a section through an exemplary pin 5, 6, to illustrate the possible distribution of the areas BMAX, B M IN, B Z w along the circumference of the pin 5, 6.
  • the highest loaded point of the pin 5, 6, ie the bottom dead center UT of a connecting rod journal 5 or the top dead center OT of a main journal 6 is designated by 180 °.
  • the high-stress area B MAX is defined along the transition radius 8 which is annular around the crankshaft 4.
  • the highly stressed region B M AX may, starting from this point preferably symmetrically, be at least ⁇ 20 °, preferably at least ⁇ 30 °, more preferably at least ⁇ 40 °, more preferably at least ⁇ 50 °, most preferably at least ⁇ 60 ° , For example, at least ⁇ 70 °, at least ⁇ 80 ° or at least ⁇ 90 °.
  • Adjacent to the highly stressed area B MAX are defined two intermediate areas B zw , which define the high-stress area B MAX of the low-stressed area B M
  • the intermediate regions B zw can comprise an arbitrary angle section along the annular peripheral transition radius 8. The same applies to the less stressed area B M IN-
  • the respective angular ranges can be determined by calculations, simulation and / or test series, possibly also from measurements in real-time operation (of the engine).
  • the impact force F s introduced into the intermediate regions B Z w is preferably increased (preferably continuously) in the direction of the highly stressed region B MAX . In that the impact force F s is increased, it is meant that the impact force F s between successive strikes is preferably increased further and further.
  • FIGS. 8 to 11 show four exemplary courses of the striking force F s along the circumference of a pin 5, 6, for example of the pin 5, 6 from FIG. 7.
  • the impact force F s introduced in the high-stress areas B MAX is greater than or at least equal to the respective maximum impact force F s which is introduced into the intermediate areas B Z w (and of course each greater than the impact force F s , which is introduced into the low-stress area B M IN).
  • the maximum impact force F MAX is thus introduced in the highly stressed region B MAX of the transition radius 8. Furthermore, an exemplary distribution of forces is shown in FIGS. 8 and 11, in which no impact force F s is introduced during impact hardening in each case in the low-stressed region B M IN.
  • an impact force F on the other hand is introduced s in which each little stressed region B M IN during impact solidifying, which is less than the lowest impact force F s, which is introduced in the intermediate areas B zw.
  • a minimum impact force F min is provided, whereas in the less stressed region B M
  • the impact force F s is prepared starting from the intermediate regions B zw to the most heavily loaded point or the lower dead center BDC and the upper dead center OT opposite lying position linearly decreased steadily to a minimum value, in this case becomes 0.
  • the course of the striking force F s follows a continuous ramp which, starting from a point located along the circumference of the crankshaft 4, the highest loaded point or the bottom dead center UT or top dead center TDC respectively in the direction of the highest loaded point or of bottom dead center UT and top dead center TDC, respectively.
  • the course of the striking force F s follows in each case in the respective areas B M IN, B Z W and B MAX each of its own ramp function, which together result in the illustrated ramp.
  • FIG. 10 shows a profile of the striking force F s , which fundamentally resembles the profile of the striking force F s of FIG. In the intermediate regions B zw , however, in contrast to the linear or ramp-shaped change in the impact force F s shown in FIG. 8, a smoothed curve is shown.
  • 1 1 shows a diagram in which the impact forces F s can be changed in the intermediate areas in gradations Respectively.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere von Übergangsradien (8) zwischen Pleuellagerzapfen (5) und Kurbelwangen (7) und/oder Übergangsradien (8) zwischen Hauptlagerzapfen (6) und den Kurbelwangen (7) der Kurbelwelle (4). Dabei ist vorgesehen, dass in wenigstens zwei Übergangsradien (8) unterschiedlich große Schlagkräfte (FS) eingebracht werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schlagverfestigen von Überqangsradien einer Kurbelwelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle, insbesondere von Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangs- radien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 .
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Kurbelwelle.
Aufgrund der stetig fortschreitenden Entwicklung und Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen und an diese gestellte strengen Emissionsforderungen werden heutige Motoren in Folge immer stärker bean- sprucht. Aus diesem Grund stellt die Motorenindustrie unter anderem an die hochbelastete und für die Funktion einer Brennkraftmaschine wichtige Kurbelwelle hohe Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit. Konstruktiv besteht dabei häufig die Anforderung, dass die Kurbelwelle leicht und der Platzbedarf gering sein soll. Für die Auslegung der Kurbelwelle bedeutet dies, dass eine Erhöhung der Beanspruchbarkeit nicht über die Erhöhung des Querschnitts, also über das Widerstandsmoment der Kurbelwelle, sondern möglichst über lokale Druckeigenspannungszustände erzielt werden sollte. Aus diesem Grund werden moderne Kurbelwellen unter Verwendung der verschiedensten Bearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren hergestellt, so dass die Kurbelwellen immer höheren Motorleistungen ausgesetzt werden können. Beispiele für solche Verfahren sind thermische Behandlungen, wie die Oberflächenhärteverfahren Induk- tions- und Einsatzhärten, Laserhärten oder Nitrieren, sowie Kaltverfestigungsverfahren, wie Festwalzen, Kugelstrahlen oder Schlagverfestigen. Hierbei handelt es sich um gängige und zum großen Teil ausgereifte Verfahren, die für die verschiedensten Einsatzzwecke geeignet sind. Hinsichtlich Beispielen für solche Verfahren wird auf die folgenden Druckschriften verwiesen: EP 1 479 480 A1 , EP 0 788 419 B1 , EP 1 612 290 A1 , DE 10 2007 028 888 A1 und EP 1 034 314 B1 .
Insbesondere das Schlagverfestigen ist ein vorteilhaftes Verfahren zur Steigerung der Dauerschwingfestigkeit, insbesondere der Biegewechselfestigkeit und der Torsionswechselfestigkeit, von Kurbelwellen. Die Steigerung der Dauerfestigkeit wird dabei dadurch erreicht, dass in die beanspruchten Bereiche bei Querschnittsübergängen und Querschnittsänderungen durch Kaltverformen, vorzugsweise Hämmern mittels spezieller Schlagwerkzeuge, in die Kurbelwelle Schlagkräfte eingebracht werden. Als Beispiel für ein derartiges Verfahren wird auf die DE 34 38 742 C2 und die EP 1 716 260 B1 verwiesen. Um ein nachteiliges Einbringen von Rundlauffehlern durch das Hämmern zu vermeiden, sind strenge Kontrollabläufe und hochqualifiziertes Personal zur Durchführung des Verfahrens erforderlich. Ferner kann eine Nachkontrolle mit korrigierenden Maßnahmen erforderlich sein, um den Rundlauf der Kurbelwelle nach der Schlagverfestigung gegebenenfalls geringfügig zu korrigieren. Obwohl ein optimaler Rundlauf der fertiggestellten Kurbelwelle durch die langjährig bewährten Verfahren grundsätzlich garantiert werden kann, sind der maschinelle und personelle Aufwand um dieses Ziel zu erreichen verhältnismäßig groß. Es wäre demnach wünschenswert, ein Verfahren zum Schlagverfestigen bereitzustellen, bei dem Rundlauffehler mit geringerem Aufwand vermieden werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Verfahren und Vorrichtungen zum Schlagverfestigen weiter zu entwickeln, um die Dauerfestigkeit von Kurbelwellen weiter zu verbessern, insbesondere unter Vermeidung von Rundlauffehlern.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale und für die Vor- richtung zur Durchführung des Verfahrens durch die in Anspruch 13 aufgeführten Merkmale gelöst.
Schließlich liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine - insbesondere bezüglich ihrer Dauerfestigkeit und ihrem Rundlauf - verbesserte Kurbelwelle bereitzustellen. Bezüglich der Kurbelwelle wird die Aufgabe durch die in Anspruch 14 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schlagverfestigen ist vorgesehen, dass Übergangsradien einer Kurbelwelle, insbesondere Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle schlagverfestigt werden. Die Pleuellagerzapfen und die Hauptlagerzapfen werden zur Vereinfachung nachfolgend teilweise auch nur als "Zapfen" bezeichnet. Der Begriff Zapfen kann dabei sowohl die Pleuellagerzapfen und die Hauptlagerzapfen bezeichnen, als auch nur die Pleuellagerzapfen oder nur die Hauptlagerzapfen. Insofern dies nicht explizit anders angegeben ist, sind hier alle drei Varianten durch den Begriff Zapfen umfasst. Besonders bevorzugt eignet sich die Erfindung zur Steigerung der Dauerfestigkeit von beispielsweise Kurbelwellen mit 0,2 bis 8 m Länge oder mehr und/oder Haupt- und Pleuellagerzapfendurchmesser von 30 bis 500 mm oder mehr. Ganz besonders eignet sich die Erfindung allerdings zur Steigerung der Dauerfestigkeit von Großkurbelwellen von 1 ,5 bis 8 m Länge oder mehr und/oder Haupt- und Pleuellagerzapfendurchmesser von 100 bis 500 mm oder mehr. Die Kurbelwelle kann verschiedene Arten von Übergangsradien, beispielsweise Hohlkehlen, zum Beispiel in Korbbogenform, oder auch hinterschnittene bzw. hinterlegte Radien bzw. Radien mit Übergängen, aufweisen. Die Übergangsradien können beispielsweise tangierend in die Lagerzapfenstellen bzw. Laufflächen der Haupt- und Pleuellagerzapfen übergehen.
Dies gilt auch für Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.
Üblicherweise weist die Kurbelwelle an allen Übergängen bzw. Querschnittsänderungen Übergangsradi- en auf. Dies gilt insbesondere für Querschnittsänderungen zwischen Lagerzapfen und Kurbelwangen. Hierfür eignet sich die Erfindung in besonderer Weise. Übergangsradien können aber auch für beliebige andere Querschnittsänderungen, insbesondere für Querschnittsänderungen an den Endpartien der Kurbelwelle, z. B. bei einem Übergang auf einen Flansch, eine Scheibe oder eine Welle etc., vorgesehen sein. Ein Übergangsradius, dessen Dauerfestigkeit durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die er- findungsgemäße Vorrichtung verbessert werden soll, muss somit nicht unbedingt zwischen einem Pleuellagerzapfen und einer Kurbelwange oder einem Hauptlagerzapfen und einer Kurbelwange vorliegen, sondern kann an einer beliebigen Stelle der Kurbelwelle angeordnet sein. Die Begriffe "Pleuellagerzapfen", "Hauptlagerzapfen", "Flansch", "Zapfen" und/oder "Kurbelwange" können dementsprechend von einem Fachmann umgedeutet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung im Wesentlichen anhand der Verfestigung von Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwange und/oder Hauptlagerzapfen und Kurbelwange beschrieben. Dies ist aber nicht einschränkend zu verstehen und soll nur dem besseren Verständnis bzw. der besseren Lesbarkeit dienen. Insofern im Rahmen der Erfindung auf einen Übergangsradius Bezug genommen wird kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Übergangsradius an einer beliebigen Stelle der Kurbelwelle handeln.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in wenigstens zwei Übergangsradien unterschiedlich große Schlagkräfte eingebracht werden.
Darunter, dass in wenigstens zwei Übergangsradien unterschiedlich große Schlagkräfte eingebracht werden, wird vorzugsweise verstanden, dass der Unterschied zwischen den Schlagkräften zumindest größer ist als ein Toleranzbereich, der typischerweise beim Einbringen der Schlagkräfte beim Stand der Technik vorhanden ist. Vorzugsweise unterscheiden sich die unterschiedlich eingebrachten Schlagkräfte signifikant. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die Schlagkräfte, die in die wenigstens zwei Übergangsradien eingebracht werden, um wenigstens 2%, vorzugsweise um wenigstens 5%, besonders bevorzugt um wenigstens 10% und ganz besonders bevorzugt um wenigstens 30% unterscheiden. Unter dem Einbringen einer Schlagkraft kann verstanden werden, dass ein Schlagkopf eines Schlagwerkzeugs bzw. ein sog. "Döpper" einer Schlageinrichtung gegen den zu verfestigenden Bereich der Kurbelwelle, vorliegend einen Übergangsradius, schlägt. Der Schlag erfolgt dabei zielgerichtet auf die gewünschte Schlagposition entlang des ringförmig um den Zapfen umlaufenden Übergangsradius.
Die Verfahren bzw. Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik sehen vor, dass bei der Schlagverfestigung der Übergangsradien der Kurbelwelle in alle Übergangsradien, insbesondere in die Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und die Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen, dieselbe Schlagkraft eingebracht wird. Die Schlagkraft ist dabei derart gewählt, dass diese ausreicht, um genügend Druckeigenspannungen in alle zu verfestigenden Übergangsradien der Kurbelwelle einzubringen.
Bei einem gleichmäßigen Einbringen von Druckeigenspannungen in alle Übergangsradien der Kurbelwelle können im Einzelfall nicht mehr tolerierbare Rundlauffehler nach dem Verdichten festgestellt werden, wenn die Schlagkraft zu hoch eingestellt wird. Aus diesem Grund wird die Schlagkraft häufig limitiert, um sicherzustellen, dass keine irreparablen oder ungewünschten Rundlauffehler auftreten.
Die Erfinder haben auf Grundlage von Simulationen und Versuchsreihen erkannt, dass die Robustheit bzw. Dauerfestigkeit der Kurbelwelle in gleichbleibender - und mitunter sogar besserer - Güte vorteilhaft auch dann erreicht werden kann, wenn die Schlagkräfte für unterschiedliche Übergangsradien individuell variiert werden. Hierdurch können kritische Rundlauffehler im Optimalfall vollständig ausgeschlossen und damit der Aufwand für eine spätere Rundlaufkorrektur minimiert werden.
Durch die Erfindung ist auch ein kostengünstigerer Bearbeitungsablauf durch Reduzierung der Bearbei- tungsschritte möglich. Insbesondere kann eine weniger spanende Bearbeitung für einen Ausgleich der Rundlauffehler in der Folgebearbeitung realisierbar sein.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Verbesserung des Rundlaufs nicht ausschließlich deshalb eintritt, weil in für den Rundlauf kritische Abschnitte der Kurbelwelle bzw. in Übergangsradien der Kurbelwelle er- findungsgemäß nun eine im Vergleich zu weiteren Abschnitten nun auch verringerte Schlagkraft eingebracht werden kann, sondern insbesondere auch, da die Druckeigenspannungen nunmehr unterschiedlich, z. B. "chaotisch", über die Kurbelwelle verteilt werden können, wobei aber in jedem Fall die minimal benötigten Druckeigenspannungen in jedem Übergangsradius eingebracht werden. Dadurch, dass in wenigstens zwei Übergangsradien unterschiedlich große Schlagkräfte eingebracht werden, kann die Prozessgeschwindigkeit für die Herstellung der Kurbelwelle maximiert werden, da die Schlagkräfte bereits derart eingestellt werden können, dass Rundlauffehler durch eine geeignet ange- passte Schlagkraft bereits vermieden werden, bevor sie überhaupt entstehen können. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit besonders effizient und Wirtschaft- lieh. Gleichzeitig können Kurbelwellen mit zumindest gleicher Güte bzw. Robustheit hergestellt werden, als mit den bekannten Verfahren des Stands der Technik.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei Kurbelwellen angewendet bzw. eingesetzt werden, die bereits vorher zur Steigerung ihrer Dauerfestigkeitseigenschaften durch andere Verfahren bearbeitet worden sind. So kann zum Beispiel eine Kurbelwelle, die durch Induktionshärten gehärtet wurde, nachträglich noch bezüglich ihrer Biege- und Torsionswechselfestigkeit durch eine Einbringung von Druckeigenspannungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Pleuellagerzapfen angrenzende Übergangsradien die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Hauptlagerzapfen angrenzende Übergangsradien die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
Schließlich kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass in zwei aneinander angrenzende bzw. benachbarte Übergangsradien betreffend Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstige geometrische Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien - die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
Insbesondere kann es somit von Vorteil sein, wenn die Schlagkraft zwischen zwei an denselben Zapfen angrenzenden Übergangsradien nicht variiert wird. Erfindungsgemäß können Gruppen von Übergangsradien definiert sein, in die die gleiche Schlagkraft eingebracht wird. Beispielsweise können jeweils zwei an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien eine Gruppe bilden.
Auf diese Weise können Druckeigenspannungen symmetrisch in die Übergangsradien bestimmter Zap- fen eingebracht werden, während über die Kurbelwelle betrachtet dennoch die in die Übergangsradien eingebrachten Schlagkräfte variiert werden können. Dies hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien von wenigstens zwei Hauptlagerzapfen, vorzugsweise in die Übergangsradien aller Hauptlagerzapfen, die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung kann schließlich auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien von wenigstens zwei Pleuellagerzapfen, vorzugsweise in die Über- gangsradien aller Pleuellagerzapfen, die gleiche Schlagkraft eingebracht wird. Dies gilt auch für Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien. Eine Möglichkeit zur Bildung von Gruppen von Übergangsradien, in die dieselbe Schlagkraft eingebracht wird, kann sich somit auch dadurch ergeben, dass die Übergangsradien aller Hauptlagerzapfen eine Gruppe bilden. Auch die Übergangsradien aller Pleuellagerzapfen können gegebenenfalls eine Gruppe bilden. Die Erfinder haben erkannt, dass es zur Vermeidung von Rundlauffehlern bereits ausreichend sein kann, in alle Übergangsradien der Hauptlagerzapfen und in alle Übergangsradien der Pleuellagerzapfen jeweils dieselbe Schlagkraft einzubringen, wobei sich die Schlagkraft, die in die Übergangsradien der Hauptlagerzapfen eingebracht wird, in diesem Fall von der Schlagkraft, die in die Übergangsradien der Pleuellagerzapfen eingebracht wird, unterscheidet.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien eines ersten Pleuellagerzapfens eine erste Schlagkraft und in die Übergangsradien eines zweiten Pleuellagerzapfens eine zweite (von der ersten Schlagkraft abweichende) Schlagkraft eingebracht wird. Gegebenenfalls kann in die Übergangsradien jedes Pleuellagerzapfens eine individuelle Schlagkraft einge- bracht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer Weiterbildung auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien eines ersten Hauptlagerzapfens eine erste Schlagkraft und in die Übergangsradien eines zweiten Hauptlagerzapfens eine zweite (von der ersten Schlagkraft abweichende) Schlagkraft eingebracht wird. Gegebenenfalls kann in die Übergangsradien jedes Hauptlagerzapfens eine individuelle Schlagkraft eingebracht werden.
Dies gilt auch für Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.
Insbesondere auf Basis von Berechnungen, Simulationen und/oder Versuchsreihen des entsprechenden Kurbelwellentyps können die Schlagkräfte somit individuell für jeden Übergangsradius bestimmt werden. Dabei können sich für jeden Übergangsradius oder zumindest für verschiedene Gruppen von Übergangsradien optimal geeignete Schlagkräfte und Schlagmuster ergeben. Im besten Fall kann somit voll- ständig vermieden werden, dass Rundlauffehler durch die Schlagverfestigung überhaupt erst entstehen. Ferner kann die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle durch diese Maßnahme die Anforderungen sogar noch übertreffen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein Basiswert für die in die Übergangsradien einzubringenden Schlagkräfte anhand der gewünschten Dauerfestigkeit der Kur- beiwelle und/oder anhand der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle bestimmt wird.
Beispielsweise kann ein Basiswert für die gesamte Kurbelwelle bestimmt werden, bei dem es sich um ei- ne minimale Schlagkraft handeln kann, bei deren Einbringung die gewünschte Dauerfestigkeit in allen Abschnitten der Kurbelwelle noch, oder vorzugsweise unter Hinzunahme eines Sicherheitsspielraums, gewährleistet ist.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Basiswert für verschiedene Abschnitte der Kurbelwelle in- dividuell bestimmt wird, derart, dass in den jeweiligen Abschnitten die gewünschte Dauerfestigkeit der Kurbelwelle, vorzugsweise unter Hinzunahme eines Sicherheitsspielraums, gewährleistet wird. Beispielsweise kann ein Basiswert für Endpartien bzw. Endbereiche der Kurbelwelle, ein Basiswert für einen mittleren Abschnitt der Kurbelwelle, ein Basiswert für alle Hauptlagerzapfen, ein Basiswert für alle Pleuellagerzapfen und/oder ein Basiswert für sonstige Abschnitte der Kurbelwelle bestimmt werden. Es können also insbesondere auch mehrere Basiswerte vorgesehen sein.
Der Basiswert kann auch derart gewählt werden, dass dieser einen definierten Prozentsatz, zum Beispiel 10% bis 50%, vorzugsweise 20% bis 40%, größer ist als die minimal für die Kurbelwelle oder den Bereich der Kurbelwelle notwendige Schlagkraft, so dass der Basiswert nach oben und nach unten angepasst werden kann, um die Übergangsradien schlagzuverfestigen.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Basiswert um einen Ausgleichswert variiert wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren. Wenn für die in die Übergangsradien einzubringenden Schlagkräfte ein Basiswert bestimmt wird, der höher ist als ein Minimalwert (beispielsweise unter Hinzunahme wenigstens eines Sicherheitsspielraums), kann der Basiswert durch jeweilige Ausgleichswerte individuell für einzelne Übergangsradien variiert, insbesondere erhöht werden, wobei zu beachten ist, dass der Minimalwert der Schlagkraft zum Erreichen der gewünschten Dauerfestigkeit an einem Übergangsradius nicht unterschritten wird. Der Ausgleichs- wert kann also gezielt zur Vermeidung bzw. zum Ausgleich von Rundlauffehlern herangezogen werden.
Somit können die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle und der Rundlauf der Kurbelwelle nahezu unabhängig voneinander einstellbar sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass alle Übergangsradien der Pleuellagerzapfen mit dem Basiswert schlagverfestigt werden, und alle Übergangsradien der Hauptlagerzapfen mit dem durch den Ausgleichswert variierten Basiswert, beispielsweise einem auf den Basiswert bezogenen 1 10%-igen Wert oder 90%-igen Wert schlagverfestigt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass alle Hauptlagerzapfen mit dem Basiswert und alle Pleuellagerzapfen mit dem durch den Ausgleichswert variierten Basiswert schlagverfestigt werden. In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert für mehrere, vorzugsweise für jeden Übergangsradius, individuell bestimmt wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert höchsten 30%, vorzugsweise höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 5%, des Basiswerts beträgt. Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert höchsten 30%, jedoch mindestens 20%, höchstens 20%, jedoch mindestens 15%, höchstens 15%, jedoch mindestens 10%, oder höchstens 10%, jedoch mindestens 5%, des Basiswerts beträgt.
In einer besonderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zum Einbringen einer Schlag- kraft in wenigstens einen der Übergangsradien entlang des ringförmig um die Kurbelwelle (insbesondere um den Pleuellagerzapfen und/oder Hauptlagerzapfen) umlaufenden jeweiligen Übergangsradius ein hoch beanspruchter Bereich, ein wenig beanspruchter Bereich und dazwischen liegende Zwischenbereiche definiert werden, wonach derart schlagverfestigt wird, dass die in die Zwischenbereich eingebrachte Schlagkraft in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich erhöht wird.
Mit einem hoch beanspruchten Bereich ist vorliegend ein Bereich des jeweiligen Übergangsradius der Kurbelwelle gemeint, der besonders hohen Belastungen, insbesondere im Motorenbetrieb, beispielsweise Zugkräften etc., ausgesetzt ist. Für die Belastbarkeit der Kurbelwelle ist die Beachtung der hoch beanspruchten Bereiche der Übergangsradien von zentraler Bedeutung. In diese Bereiche sollten vorzugs- weise die höchsten Druckeigenspannungen eingebracht werden.
Mit einem hoch beanspruchten Bereich kann ein Bereich entlang des Umfangs des Übergangsradius und/oder ein Bereich entlang des ringförmig um die Kurbelwelle bzw. um den Pleuellagerzapfen und/oder den Hauptlagerzapfen umlaufenden jeweiligen Übergangsradius gemeint sein.
Beispielsweise kann ein Bereich um den sogenannten unteren Totpunkt eines Pleuellagerzapfens herum ein hoch beanspruchter Bereich im Sinne der Erfindung sein. Der untere Totpunkt ist der Bereich, der im Motorenbetrieb als Zugseite des Pleuellagerzapfens bzw. als der Druckseite entgegengesetzt bezeichnet werden kann.
Die Verfahren bzw. Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik sehen vor, dass bei der Schlagverfestigung eines Übergangsradius eine konstante Schlagkraft entlang des ringförmig um den Pleuellagerzapfen und/oder den Hauptlagerzapfen umlaufenden jeweiligen Übergangsradius eingebracht wird. Die Schlagkraft ist dabei derart gewählt, dass diese ausreicht, um genügend Druckeigenspannungen in die hoch beanspruchten Bereiche der Kurbelwelle einzubringen. Für die Robustheit der Kurbelwelle ist es allerdings nicht erforderlich, die gleichen Druckeigenspannungen auch in die kaum beanspruchten Bereiche bzw. die wenig beanspruchten Bereiche (und die Zwischenbereiche) einzubringen. Die vollständig umlaufende Schlagverfestigung eines Übergangsradius entlang des Umfangs der Kurbelwelle verursacht einen hohen Aufwand.
Demnach wäre es vorzuziehen, (hohe) Druckeigenspannungen lediglich in den oder die hoch beanspruchten Bereiche der Übergangsradien einzubringen. Gleichwohl kann es von Vorteil sein, Schlagkräfte in alle Bereiche eines bestimmten Übergangsradius einzubringen.
Auf Grundlage von Simulationen und Versuchsreihen haben die Erfinder mittlerweile herausgefunden, dass die Robustheit bzw. die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle in gleichbleibender oder besserer Güte vor- teilhaft auch dann erreicht werden kann, wenn die maximale Schlagkraft, die in einen bestimmten Übergangsradius eingebracht wird, lediglich in den hoch beanspruchten Bereich eingebracht wird, und wenn die Schlagkraft ausgehend von den Zwischenbereichen in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich erhöht wird. Dadurch kann eine abrupte bzw. plötzliche Änderung der Schlagkraft von einem Schlag zum nachfolgenden Schlag vermieden werden.
Es kann in dieser besonderen Variante also vorgesehen sein, dass die Übergangsradien nun nicht mehr vollständig umlaufend (mit derselben Schlagkraft) verfestigt werden.
Durch die Fokussierung auf die hoch beanspruchten Bereiche der Übergangsradien kann sich sogar eine Verbesserung der Robustheit der Kurbelwelle ergeben.
In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die in die Zwischenbereiche eingebrachte Schlagkraft stetig in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich erhöht wird.
Insbesondere kann ein hoch beanspruchter Bereich vorgesehen sein, der beidseitig von Zwischenbereichen umgeben ist, wodurch der hoch beanspruchte Bereich von dem wenig beanspruchten Bereich getrennt ist.
Grundsätzlich kann im Sinne der Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Schlagkraft innerhalb der Zwischenbereiche und/oder des wenig beanspruchten Bereichs einem beliebigen Verlauf folgt, wobei vorzugsweise allerdings sprungartige Änderungen der Schlagkraft vermieden werden und die Schlagkraft in dem hoch beanspruchten Bereich des Übergangsradius vorzugsweise am höchsten ist (insbesondere maximal, durchschnittlich und/oder in Summe aller einzelnen Schlagkräfte des Übergangsradius betrachtet).
Vorzugsweise wird die in die Zwischenbereiche eingebrachte Schlagkraft monoton, ganz besonders be- vorzugt streng monoton, in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich erhöht.
In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die in die Zwischenbereiche eingebrachte Schlagkraft gleichmäßig bzw. linear in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich erhöht wird. Es ist auch möglich, die in die Zwischenbereiche eingebrachte Schlagkraft gemäß einer beliebigen mathematischen Funktion in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich zu erhöhen.
In einer Variante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass in den wenig beanspruchten Bereich beim Schlagverfestigen keine Schlagkraft oder nur eine Schlagkraft eingebracht wird, die geringer ist als oder gleich groß ist wie die geringste Schlagkraft, die in die Zwischenbereiche eingebracht wird.
Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass in dem wenig beanspruchten Bereich keine Schlagverfestigung des Übergangsradius stattfindet. In einer Variante der Erfindung kann schließlich auch vorgesehen sein, dass in den hoch beanspruchten Bereich beim Schlagverfestigen eine Schlagkraft eingebracht wird, die größer ist als oder gleich groß ist wie die größte Schlagkraft, die in die Zwischenbereiche des Übergangsradius eingebracht wird.
Vorzugsweise wird in jedem Bereich nur die zum Erreichen der gewünschten Dauerschwingfestigkeit notwendige Schlagkraft eingebracht, wobei die Schlagkraft in Richtung auf Bereiche, für die eine andere Schlagkraft vorteilhaft ist, vorzugsweise gleichmäßig erhöht oder reduziert wird.
In einer Variante der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schlagkraft, die beim Schlagverfestigen in den hoch beanspruchten Bereich eingebracht wird, anhand der gewünschten Dau- erfestigkeit der Kurbelwelle und/oder der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle bestimmt wird.
Es kann also ausreichend sein, zum Erreichen der gewünschten Dauerfestigkeit der Kurbelwelle und/oder der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle lediglich die notwendige Schlagkraft in den hoch beanspruchten Bereichen zu berücksichtigen.
In einer Variante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Schlagkraft, die beim Schlagverfestigen in den hoch beanspruchten Bereich eingebracht wird, konstant ist bzw. über den hoch beanspruchten Bereich konstant gehalten wird. In Simulationen und Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine hohe Dauerfestigkeit bzw. Robustheit der Kurbelwelle insbesondere dadurch erreichbar ist, dass in den hoch beanspruchten Bereich eine (hohe) Schlagkraft mit einer konstanten Stärke eingebracht wird. Dies gilt insbesondere (aber nicht ausschließlich), wenn in die Zwischenbereiche ausgehend von dem hoch beanspruchten Bereich jeweils be- züglich ihrer Stärke abfallende Schlagkräfte, insbesondere von einem Schlag zum nachfolgenden Schlag linear abfallende Schlagkräfte, eingebracht werden, die in dem wenig beanspruchten Bereich bis auf null reduziert werden können.
In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der hoch beanspruchte Bereich entlang des ringförmig um den Pleuellagerzapfen umlaufenden Übergangsradius, ausgehend von einem höchstbelasteten Punkt des Pleuellagerzapfens, wenigstens ± 20°, vorzugsweise wenigstens ± 30°, weiter bevorzugt wenigstens ± 40°, besonders bevorzugt wenigstens ± 50°, ganz besonders bevorzugt wenigstens ± 60°, beispielsweise wenigstens ± 70°, wenigstens ± 80° oder wenigstens ± 90° beträgt. Es kann auch eine Obergrenze für die Erstreckung des hoch beanspruchten Bereichs entlang des ringförmig um den Pleuellagerzapfen umlaufenden Übergangsradius festgelegt sein, wonach der hoch beanspruchte Bereich, ausgehend von dem höchstbelasteten Punkt des Pleuellagerzapfens, höchstens ± 90°, vorzugsweise höchstens ± 80°, weiter bevorzugt höchstens ± 70°, ganz besonders bevorzugt höchstens ± 60°, beispielsweise höchstens ± 50°, beispielsweise höchstens ± 40°, höchstens ± 30° oder höchstens ± 20° beträgt.
Bei dem höchstbelasteten Punkt des Pleuellagerzapfens handelt es sich insbesondere um den unteren Totpunkt des Pleuellagerzapfens. Es kann somit also insbesondere vorgesehen sein, dass ausgehend von einem höchstbelasteten Punkt eines Zapfens der hoch beanspruchte Bereich entlang des Umfangs des Zapfens definiert wird.
In einer Variante der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass der hoch beanspruchte Bereich entlang des ringförmig um den Hauptlagerzapfen umlaufenden Übergangsradius, ausgehend von einem höchstbelasteten Punkt des Hauptlagerzapfens, wenigstens ± 20°, vorzugsweise wenigstens ± 30°, weiter bevorzugt wenigstens ± 40°, besonders bevorzugt wenigstens ± 50°, ganz besonders bevorzugt wenigstens ± 60°, beispielsweise wenigstens ± 70°, wenigstens ± 80° oder wenigstens ± 90° beträgt.
Es kann auch eine Obergrenze für die Erstreckung des hoch beanspruchten Bereichs entlang des ring- förmig um den Hauptlagerzapfen umlaufenden Übergangsradius festgelegt sein, wonach der hoch beanspruchte Bereich, ausgehend von einem höchstbelasteten Punkt des Hauptlagerzapfens, höchstens ± 90°, vorzugsweise höchstens ± 80°, weiter bevorzugt höchstens ± 70°, ganz besonders bevorzugt höchstens ± 60°, beispielsweise höchstens ± 50°, beispielsweise höchstens ± 40°, höchstens ± 30° oder höchstens ± 20° beträgt. Dies gilt analog auch für Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.
Zur Bestimmung des hoch beanspruchten Bereichs bzw. des höchstbelasteten Punkts können Simulati- onen und/oder Berechnungen und/oder Versuchsreihen des jeweiligen Kurbelwellentyps herangezogen werden.
Die jeweiligen hoch beanspruchten Bereiche oder die jeweiligen höchstbelasteten Punkte der Übergangsradien können sich bei den einzelnen Übergangsradien der Kurbelwelle unterscheiden. Der hoch beanspruchte Bereich oder der höchstbelastete Punkt kann aber auch bei allen Übergangsradien, insbesondere bei einem Typ von Übergangsradien, übereinstimmen. Gegebenenfalls kann der hoch beanspruchte Bereich oder der höchstbelastete Punkt bei allen Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen einerseits und zwischen Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen andererseits übereinstimmen.
Selbiges gilt auch für den oder die Zwischenbereiche sowie den wenig beanspruchten Bereich.
Der hoch beanspruchte Bereich kann ausgehend von dem unteren Totpunkt des Pleuellagerzapfens bzw. dem höchstbelasteten Punkt des Hauptlagerzapfens grundsätzlich eine beliebige Größe aufweisen, beispielsweise auch kleiner sein als ± 20° oder größer sein als ± 90°.
In einer Variante der Erfindung kann insbesondere festgelegt sein, dass der höchstbelastete Punkt (insbesondere bezüglich Torsion) eines Übergangsradius eines Hauptlagerzapfens im Querschnitt der Kurbelwelle auf dem Schnittpunkt des Übergangsradius des Hauptlagerzapfens mit der Verbindungslinie der Mittelpunkte des Hauptlagerzapfens und des an den Übergangsradius des Hauptlagerzapfens angrenzenden Pleuellagerzapfens liegt.
Der höchstbelastete Punkt eines Übergangsradius eines Hauptlagerzapfens kann auf einer dem unteren Totpunkt eines angrenzenden Pleuellagerzapfens abgewandten Seite der Kurbelwelle angeordnet sein.
Erfindungsgemäß können sich die Schlagkräfte, die in den hoch beanspruchten Bereich, den wenig beanspruchten Bereich und die dazwischenliegenden Zwischenbereiche eines Übergangsradius eingebracht werden, von den Schlagkräften, die in die entsprechenden Bereiche eines anderen Übergangsradius eingebracht werden, unterscheiden. Insbesondere können sich die Muster der Schlagkräfte, die in die jeweiligen Übergangsradien eingebracht werden, unterscheiden, d. h. die Verteilung der Bereiche entlang des jeweiligen ringförmig umlaufenden Übergangsradius und/oder die Verteilung der Schlagkräfte und/oder die Stärke der Schlagkräfte innerhalb der jeweiligen Bereiche. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die maximale Schlagkraft, die in den jeweiligen hoch beanspruchten Bereich der Übergangsradien eingebracht wird, zwischen den Übergangsradien unterscheidet. Die Kombination des erfindungsgemäßen Grundgedankens, wobei in wenigstens zwei Übergangsradien unterschiedliche große Schlagkräfte eingebracht werden, mit der Einteilung der Schlagkräfte in mehrere Bereiche entlang des ringförmig um die Kurbelwelle umlaufenden jeweiligen Übergangsradius hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um Rundlauffehler zu vermeiden und eine maximal mögliche Druckeigenspannung in verschiedene Abschnitte bzw. Bereiche der Kurbelwelle einzubringen.
In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schlagverfestigen derart erfolgt, dass sich die Eindrücke eines Schlagkopfes wenigstens eines Schlagwerkzeugs entlang des ringförmig um die Kurbelwelle (insbesondere um den Pleuellagerzapfen und/oder Hauptlagerzapfen) umlaufenden jeweili- gen Übergangsradius definiert überlappen.
Durch sich überlappende Schlageindrücke bzw. eng angeordnete und exakte festgelegte Schlagpositionen kann eine besonders wirksame Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit bzw. Biegewechselfestigkeit und Torsionswechselfestigkeit erreicht werden.
In einer Variante der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Schlagkopf des wenigstens einen Schlagwerkzeugs die Schlagkraft unter einem verstellbaren Schlagwinkel in den Übergangsradius einbringt. Der hochbelastete Bereich, die Zwischenbereiche und/oder der wenig beanspruchte Bereich kann bzw. können sich auch auf den Umfang des Übergangsradius selbst beziehen und nicht nur auf den Umfang des jeweiligen Zapfens, um den der Übergangsradius ringförmig umläuft. Die Beanspruchung eines Übergangsradius kann entlang des Umfangs des Übergangsradius ebenfalls unterschiedlich sein. Unter diesem Aspekt wird der Schlagwinkel derart gewählt, dass die Schlagkraft in einem Winkel eingeleitet wird, der genau auf die im Betrieb der Kurbelwelle höchstbelastete Stelle bzw. das Beanspruchungsmaximum, unter Beachtung der Biegebelastung und Torsionsbelastung, bezogen auf den Umfang des Übergangsradius angepasst ist. Es kann vorgesehen sein, dass zum Schlagverfestigen eine Schlageinrichtung verwendet wird, die einen Schlagkolben, eine Umlenkeinheit und wenigstens ein Schlagwerkzeug aufweist, wobei das wenigstens eine Schlagwerkzeug an der Umlenkeinheit befestigt ist und wobei der Schlagkolben über die Umlenkeinheit einen Kraftstoß auf das wenigstens eine Schlagwerkzeug überträgt, wonach der Schlagkopf des wenigstens einen Schlagwerkzeugs die Schlagkraft in den Übergangsradius einbringt.
Vorzugsweise kann eine Schlageinrichtung verwendet werden, die zwei Schlagwerkzeuge aufweist, die an einer gemeinsamen Umlenkeinheit befestigt sind.
Insbesondere kann ein Schlagkolben eingesetzt werden, der einen starken Impuls bzw. einen Kraftstoß (z. B. pneumatisch, hydraulisch und/oder elektrisch erzeugt) auf den Schlagkopf überträgt. Je nach Schlagkraft entstehen sichtbare Schlageindrücke des Schlagkopfes an den jeweiligen Schlagpositionen. Die Tiefe der Schlageindrücke und die Qualität bzw. die Tiefenwirkung der eingebrachten Druckeigenspannung hängen dabei von der gewählten Schlagkraft ab. Das Werkzeug und die Pro- zessparameter sind vorzugsweise auf die jeweilige Kurbelwelle und dabei ggf. auf partielle geometrische Änderungen (Querschnittsänderungen) exakt abgestimmt.
Es kann eine Positionssteuerung eingesetzt werden, um die Kurbelwelle schrittweise bzw. getaktet von einer Schlagposition zur nächsten Schlagposition zu drehen. Im einfachsten Fall kann hierfür eine PTP- Steuerung bzw. Punktsteuerung vorgesehen sein.
Um die Kurbelwelle zu drehen, kann eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein, die einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, umfasst. Bei dem Elektromotor kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Elektromotor, beispielsweise einen Drehstrommotor (insbesondere eine Drehstrom- Asynchronmaschine), einen Wechselstrommotor, einen Gleichstrommotor oder einen Universalmotor, handeln.
Vorzugsweise kann ein Schrittmotor verwendet werden. Es kann auch eine zweigeteilte Antriebseinrichtung vorgesehen sein, bei der beispielsweise ein Motor an jedem Ende der Kurbelwelle vorgesehen ist, d. h. ein Synchronantrieb bzw. beidseitiger Antrieb der Kurbelwelle.
Üblicherweise ist die Kurbelwelle zu deren Bearbeitung über eine Befestigungseinrichtung an einer An- triebswelle drehbar festgelegt.
Es kann auch eine AbStützung in der Art eines Reitstocks vorgesehen sein, um die Kurbelwelle an ihrem von der Antriebseinrichtung abgewandten Ende drehbar abzustützen bzw. festzulegen. Es kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Schlagwerkzeug mit einer Periodizität, vorzugsweise mit einer Taktung bzw. Schlagfrequenz von 0,5 Hz bis 30 Hz, besonders bevorzugt mit einer Taktung von 0,5 Hz bis 5 Hz und ganz besonders bevorzugt mit einer Taktung von 0,5 Hz bis 3 Hz, eine Schlagbewegung durchführen bzw. die Schlagkraft einbringen. Selbstverständlich können auch andere Taktungen, beispielsweise auch Schlagfrequenzen zwischen 0,1 Hz und 50 Hz, vorgesehen sein, die vorgenannten Werte eignen sich jedoch ganz besonders.
Die Schlagdrücke, die von dem Schlagkolben zu der Schlagkraft umgesetzt werden, können - je nach Betrieb - zwischen 10 und 300 bar, bevorzugt zwischen 30 und 180 bar, und besonders bevorzugt zwi- sehen 50 und 130 bar, betragen. Die Schlagkraft kann also über die Einstellung eines entsprechenden Schlagdrucks (des Schlagkolbens) vorgegebene werden. Im Sinne der Erfindung kann also auch vorgesehen sein, dass zur Schlagverfestigung von wenigstens zwei Übergangsradien ein unterschiedlicher Schlagdruck verwendet wird. Es kön- nen somit beispielsweise auch wenigstens ein Basiswert und wenigstens ein Ausgleichswert bezogen auf den Schlagdruck vorgesehen sein.
Die Temperatur im Bereich des zu bearbeitenden Kurbelwellensegments bzw. Übergangsradius sollte vorzugsweise nicht höher als 65°C liegen; bevorzugt werden Werte zwischen 12°C und 25°C.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass Kurbelwellen nach dynamischer Beanspruchung im Motor oder auf dem Prüfstand nicht ausbreitungsfähige Mikrorisse an den Oberflächen bekommen können. Auf die Dauerfestigkeitseigenschaften haben diese Mikrorisse keine Auswirkung, aber sie können das optische Erscheinungsbild stören.
Da die Einbringung von Druckeigenspannung vorzugsweise bis zu einer Tiefe von 15 mm, aber auch noch tiefer erfolgen kann, bedeutet dies, im Oberflächenbereich der Kurbelwelle kann eine Abtragung von einigen Millimetern, zum Beispiel von 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise 0,5 mm, erfolgen, ohne dass die Biege- und Torsionswechselfestigkeit oder die Dauerschwingfestigkeit der Kurbelwelle leidet.
Untersuchungen haben gezeigt, dass derartige Maßnahmen die Dauerfestigkeit sogar geringfügig erhöhen können, beispielsweise um bis zu 5%.
Die Abtragung der Oberfläche kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie zum Beispiel durch Schleifen, Drehen, Fräsen, Drehfräsen, Schälen oder Polieren.
Die Schlagverfestigung eines Übergangsradius kann auch mehrfach um die Kurbelwelle bzw. den Zapfen umlaufend durchgeführt werden. Es kann also auch vorgesehen sein, Bereiche bzw. Abschnitte schlagzuverfestigen, die bereits zuvor schlagverfestigt wurden. Dabei können sich die Bereiche (d. h. der hoch beanspruchte Bereich, der wenig beanspruchte Bereich und/oder die Zwischenbereiche) teilweise überlappen bzw. über einen Winkelabschnitt definiert sein, der größer ist als 360°. Die Bereiche können beispielsweise über einen Winkelabschnitt von 540°, 720°, 900°, 1080° oder mehr definiert sein.
Es kann vorgesehen sein, mit der Schlagverfestigung in den wenig beanspruchten Bereich zu beginnen (oder in einen Zwischenbereich, wenn in dem wenig beanspruchten Bereich keine Schlagverfestigung stattfindet) und die Schlagkraft ausgehend von diesem Bereich in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich zu steigern.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, zunächst mit einer ersten Schlagkraft entlang des ringförmig umlaufenden Übergangsradius um 360° schlagzuverfestigen und anschließend mit einer zweiten Schlag- kraft, die auch mit der ersten Schlagkraft identisch sein kann, die Zwischenbereiche und den hoch beanspruchten Bereich schlagzuverfestigen und in einem dritten Umlauf mit einer dritten Schlagkraft, die auch mit der ersten und/oder zweiten Schlagkraft identisch sein kann, den hoch beanspruchten Bereich schlagzuverfestigen. Grundsätzlich kann die Schlagkraft also auch derart z. B. ausgehend von den Zwi- schenbereichen in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich erhöht werden, dass in den ringförmig umlaufenden Übergangsradius in mehreren Umläufen Schlagkräfte eingebracht werden. Die Schlagkraft kann also auch als Summe mehrerer einzelner Schlagkräfte eingebracht werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfah- rens zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle, insbesondere von Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle.
Die Vorrichtung eignet sich auch zur Schlagverfestigung von Übergängen zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.
Merkmale, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, sind selbstverständlich auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft umsetzbar - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ge- nannt wurden, auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung bezogen verstanden werden - und umgekehrt.
Einige der Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung können grundsätzlich in ihrem Aufbau der Vorrichtung nach der EP 1 716 260 B1 entsprechen, weshalb der Offenbarungsgehalt der EP 1 716 260 B1 durch Referenzierung vollständig in die vorliegende Offenbarung integriert sei.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ausgeführt wird.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Kurbelwelle, hergestellt nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren.
Die erfindungsgemäße Kurbelwelle unterscheidet sich von herkömmlichen Kurbelwellen insbesondere dadurch, dass zu deren Verfestigung in wenigstens zwei Übergangsradien unterschiedlich große Schlagkräfte eingebracht wurden. Ferner kann sich die Kurbelwelle von herkömmlichen Kurbelwellen dadurch unterscheiden, dass zu deren Verfestigung Schlagkräfte in wenigstens einen der Übergangsradien entlang des ringförmig umlaufenden jeweiligen Übergangsradius in verschiedenen Intensitäten bereichsweise eingebracht wurden. Ferner kann sich die erfindungsgemäße Kurbelwelle von herkömmlichen Kur- beiwellen dadurch unterscheiden, dass zu deren Verfestigung gegebenenfalls mehr als ein Schlagwinkel verwendet wurde, wodurch sich insgesamt eine charakteristische Verfestigung der Übergangsradien der Kurbelwelle ergibt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Un- terkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- einer ersten Ausführung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer zweiten Ausführung;
Fig. 3 eine Schlageinrichtung mit zwei Schlagwerkzeugen in vergrößerter Darstellung gemäß Einzelheit "A" aus Fig. 1 ;
Fig. 4 eine Schlageinrichtung mit nur einem Schlagwerkzeug;
Fig. 5 beispielhaften Ausschnitt einer Kurbelwelle und ein Kräftediagramm;
Fig. 6 einen Schnitt durch die Kurbelwelle der Fig. 5 nach der Schnittlinie VI;
Fig. 7 eine beispielhafte Einteilung eines ringförmig umlaufenden Übergangsradius in einen hoch beanspruchten Bereich, einen wenig beanspruchten Bereich und dazwischen liegende Zwischenbereiche eines beispielhaften Zapfens;
Fig. 8 eine beispielhafte Verteilung von Schlagkräften entlang eines ringförmig umlaufenden Übergangsradius in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 9 eine beispielhafte Verteilung von Schlagkräften entlang eines ringförmig um einen Zapfen umlaufenden Übergangsradius in einer zweiten Ausführungsform ; Fig. 10 eine beispielhafte Verteilung von Schlagkräften entlang eines ringförmig um einen Zapfen umlaufenden Übergangsradius in einer dritten Ausführungsform; und
Fig. 1 1 eine beispielhafte Verteilung von Schlagkräften entlang eines ringförmig um einen Zapfen umlaufenden Übergangsradius in einer vierten Ausführungsform.
Die in Figur 1 in einer Gesamtansicht dargestellte Vorrichtung entspricht grundsätzlich in ihrem Aufbau den Vorrichtungen nach der DE 34 38 742 C2 und EP 1 716 260 B1 mit einer oder mehreren Schlageinrichtungen 1 , weshalb nachfolgend nur auf die wesentlichen Teile und auf die Unterschiede zum Stand der Technik näher eingegangen wird.
Die Vorrichtung weist ein Maschinenbett 2 und eine Antriebseinrichtung 3 auf. Die Antriebseinrichtung 3 wird dazu verwendet, eine Kurbelwelle 4 entlang einer Drehrichtung in eine Schlagposition zu bringen bzw. zu drehen.
Die Kurbelwelle 4 weist Pleuellagerzapfen 5 und Hauptlagerzapfen 6, zwischen denen jeweils Kurbelwangen 7 angeordnet sind, auf. Zwischen Pleuellagerzapfen 5 und Kurbelwangen 7 sowie zwischen Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwangen 7 bzw. allgemein zwischen Querschnittsübergängen der Kurbelwelle 4 sind Übergangsradien 8 (vgl. Figuren 3 bis 5) ausgebildet.
An der der Antriebseinrichtung 3 zugewandten Seite der Kurbelwelle 4 ist eine Befestigungseinrichtung 9 vorgesehen, die eine Spannscheibe bzw. einen Befestigungsflansch 10 aufweist. Auf der der Antriebseinrichtung 3 abgewandten Seite der Kurbelwelle 4 ist eine AbStützung 1 1 vorzugsweise in der Art eines Reitstocks vorgesehen, die eine weitere Befestigungseinrichtung 9 aufweist, um die Kurbelwelle 4 dreh- bar aufzunehmen bzw. drehbar festzulegen. Optional oder ergänzend zur AbStützung 1 1 kann eine Lü- nette, die an einer rotationssymmetrischen Stelle positioniert wird, vorgesehen sein.
Die Antriebseinrichtung 3 vermag die Kurbelwelle 4 entlang einer Drehachse C in eine Drehbewegung zu versetzen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Hauptdrehachse CKw der Kurbelwelle 4 außermittig von der Drehachse C der Antriebseinrichtung 3 positioniert ist, wie in Figur 1 und Figur 2 dargestellt.
Hierzu können vorzugsweise Ausrichtungsmittel 17 (vgl. Figur 2) im Bereich der Befestigungseinrichtung 9 vorgesehen sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Ausrichtungsmittel 17 eine Mittelachse des jeweils zu verfestigenden Zapfens 5, 6 so verschieben, dass die Mittelachse des Zapfens 5, 6 auf der Drehachse C liegt.
Für die Antriebseinrichtung 3 kann ein Direktantrieb, vorzugsweise ohne Kupplung, vorgesehen sein. Ein Motor, vorzugsweise ein Elektromotor, der Antriebseinrichtung 3 kann somit ohne Übersetzung bzw. Getriebe mit der Befestigungseinrichtung 9 bzw. mit der Kurbelwelle 4 mechanisch gekoppelt sein. Die nachfolgend noch beispielhaft näher beschriebenen Schlageinrichtungen 1 sind jeweils in einer Verschiebe- und Justiereinrichtung 15 justierbar gehalten, um sie an die Lage der Pleuellagerzapfen 5 und der Hauptlagerzapfen 6 und an die Länge der Kurbelwelle 4 anzupassen. Auch die AbStützung 1 1 kann verschiebbar eingerichtet sein, wie durch die Doppelpfeile in Figur 1 angedeutet.
In der Figur 1 sind zwei Schlageinrichtungen 1 dargestellt, grundsätzlich kann aber eine beliebige Anzahl von Schlageinrichtungen 1 vorgesehen sein, beispielsweise auch nur eine einzige Schlageinrichtung 1 .
Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine Schlageinrichtung 1 zur Schlagverfestigung der Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 ausgebildet und eingerichtet ist und eine Schlageinrichtung 1 zum Schlagverfestigen der Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen ausgebildet und eingerichtet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in wenigstens zwei Übergangsradien 8 unterschiedlich große Schlagkräfte Fs eingebracht werden. Die Erfinder haben erkannt, dass hierdurch Rundlauffehler vermieden bzw. ausgeglichen werden können.
In Figur 2 ist in perspektivischer Ansicht ausschnittsweise eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens - allerdings ohne Schlageinrichtung - dargestellt. Die Vorrichtung der Figur 2 ist dabei im Wesentlichen identisch mit der Vorrichtung der Figur 1 , weshalb nachfolgend nur auf die wesentlichen Unterschiede im Detail Bezug genommen wird.
Abermals ist eine Antriebseinrichtung 3 vorgesehen. Ferner ist eine Befestigungseinrichtung 9 vorgese- hen, die einen Befestigungsflansch 10 und eine daran befestigte Planscheibe mit Spannbacken zur Festlegung der Kurbelwelle 4 aufweist. Die Planscheibe mit den Spannbacken der Befestigungseinrichtung 9 ist an dem Befestigungsflansch 10 verstellbar an einem Ausrichtungsmittel 17 angeordnet, wodurch sich die Längsachse CKw der Kurbelwelle 4 relativ zu der Drehachse C einer Antriebswelle bzw. einer Eingangswelle 13 verschieben lässt.
Die Kurbelwelle 4 der Figur 2 weist eine von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform abweichende Konfiguration auf, umfasst aber grundsätzlich ebenfalls Pleuellagerzapfen 5, Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwangen 7. In Figur 2 (wie auch in Figur 1 ) kann an dem von der Antriebseinrichtung 3 abgewandten Ende der Kurbelwelle 4 eine weitere Befestigungseinrichtung 9 vorgesehen sein, diese kann jedoch auch entfallen.
In Figur 3 ist beispielhaft eine Schlageinrichtung 1 der Figur 1 näher dargestellt. Die Erfindung kann grundsätzlich mit einer beliebigen Schlageinrichtung 1 umgesetzt werden. Die nachfolgend beschriebene Schlageinrichtung 1 eignet sich jedoch besonders. Sie weist einen Grundkörper 18 auf, der entsprechend dem Radius des zu bearbeitenden Kurbelwellensegments mit einer prismatischen Anlage versehen sein kann und vorzugsweise Führungen 19 aufweist, die zwei Schlagwerkzeuge 16 in deren Abstützebene führen und ihnen um eine Umlenkeinheit 20 eine entsprechende Freiheit geben, die zur Anpassung an die maßlichen Verhältnisse der Kurbelwelle 4 vorteilhaft ist. An den vorderen Enden der beiden Schlag- Werkzeuge 16 ist jeweils eine Kugel als Schlagkopf 21 angeordnet. Ein Zwischenteil 22 stellt die Verbindung zwischen einem Schlagkolben 23 und der Umlenkeinheit 20, die die Schlagenergie an die Schlagwerkzeuge 16 weitergibt, her. Das Zwischenteil 22 kann gegebenenfalls auch entfallen.
Es kann im Sinne der Erfindung vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Pleuellagerzapfen 5 an- grenzende Übergangsradien 8 die gleiche Schlagkraft Fs eingebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Hauptlagerzapfen 6 angrenzende Übergangsradien 8 die gleiche Schlagkraft Fs eingebracht wird.
Eine in Figur 3 dargestellte Schlageinrichtung 1 eignet sich hierfür in besonderem Maße.
Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass eine Schlageinrichtung 1 mit zwei Schlagwerkzeugen 16 derart ausgestaltet ist, dass die Schlagwerkzeuge 16 in die an denselben Zapfen 5, 6 angrenzenden Übergangsradien 8 eine jeweils unterschiedliche Schlagkraft Fs einbringen. Zur Steigerung der Wirksamkeit des Schlages kann auf der von dem Grundkörper 18 abgewandten Seite des Zapfens 5, 6 ein Spannprisma 24 über Federn 25 mit einstellbaren Spannbolzen 26 mit Spannmuttern 27 befestigt werden. Hier sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Es sei klargestellt, dass, sollte in einem Teil der Beschreibung "ein Schlagwerkzeug" bzw. "eine Schlageinrichtung" oder "mehrere Schlagwerkzeuge/Schlageinrichtungen" erwähnt werden, grundsätzlich eine beliebige Anzahl an Schlagwerkzeugen/Schlageinrichtungen gemeint sein kann, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr. Die Bezugnahme auf eine Pluralform oder Einzahl ist lediglich zur besseren Lesbarkeit vorgesehen und nicht einschränkend. Durch Anordnung mehrerer Schlageinrichtungen 1 über die Länge der zu bearbeitenden Kurbelwelle 4 können im Bedarfsfall alle zentrisch und gegebenenfalls exzentrisch verlaufenden Abschnitte der Kurbelwelle 4 gleichzeitig bearbeitet werden.
Der Schlagkolben 23 überträgt über die Umlenkeinheit 20 einen Kraftstoß auf die Schlagwerkzeuge 16, wonach die Schlagköpfe 21 der Schlagwerkzeuge 16 die Schlagkraft Fs in die Übergangsradien 8 einbringen.
Der Ausdruck "Fs" und vergleichbare Ausdrücke in der vorliegenden Beschreibung sind nur als Platzhalter/Variablen für eine beliebige, dem Fachmann als angebracht erscheinende Schlagkraft zu verstehen. Wenn dabei in der Beschreibung auf "die Schlagkraft Fs" Bezug genommen wird, kann es sich somit jeweils um unterschiedliche oder aber auch um identische Schlagkräfte handeln.
Aus der Figur 4 ist eine Schlageinrichtung 1 ersichtlich, die mit nur einem Schlagwerkzeug 16 versehen ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schlageinrichtung 1 zur Kurbelwelle 4 vorzugsweise schräg gestellt, und zwar derart, dass das Schlagwerkzeug 16, das koaxial zur Längsachse der
Schlageinrichtung 1 angeordnet ist, senkrecht auf den Bereich des zu bearbeitenden Kurbelwellensegments, vorliegend des zu bearbeitenden Übergangsradius 8, auftrifft. In diesem Fall lässt sich zwar jeweils nur ein Kurbelwellensegment bearbeiten, aber andererseits ist die konstruktive Ausgestaltung und die Kraftübertragung der Schlageinrichtung 1 hierfür besser und einfacher. Zusätzlich können Bohrungsenden mit diesem Werkzeug stehend verfestigt werden.
Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung für die Anwendung an nicht symmetrischen Kurbelwellensegmenten, wie den Endbereichen und den Ölbohrungsenden der Kurbelwelle 4.
Die Ausgestaltung der in Fig. 4 dargestellten Schlageinrichtung 1 mit nur einem Schlagwerkzeug 16 eignet sich auch ganz besonders, wenn an denselben Zapfen 5, 6 angrenzende Übergangsradien 8 mit unterschiedlich großer Schlagkraft Fs schlagverfestigt werden sollen. In Figur 5 ist ein beispielhafter Ausschnitt einer Kurbelwelle 4 mit jeweiligen Übergangsradien 8 zwischen Pleuellagerzapfen 5 und Kurbelwangen 7 bzw. Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwangen 7 dargestellt.
Es kann im Sinne der Erfindung auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 von wenigstens zwei Hauptlagerzapfen 6, vorzugsweise in die Übergangsradien 8 aller Hauptlagerzapfen 6, die gleiche Schlagkraft Fs eingebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 von wenigstens zwei Pleuellagerzapfen 5, vorzugsweise in die Übergangsradien 8 aller Pleuellagerzapfen 5, die gleiche Schlagkraft Fs eingebracht wird.
Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 eines ersten Pleuellagerzapfens 5 eine erste Schlagkraft Fs und in die Übergangsradien 8 eines zweiten Pleuellagerzapfens 5 eine zweite Schlagkraft Fs eingebracht wird. Gegebenenfalls wird in die Übergangsradien 8 jedes Pleuellagerzapfens 5 eine individuelle Schlagkraft Fs eingebracht.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 eines ersten Hauptla- gerzapfens 6 eine erste Schlagkraft Fs und in die Übergangsradien 8 eines zweiten Hauptlagerzapfens 6 eine zweite Schlagkraft Fs eingebracht wird. Gegebenenfalls wird in die Übergangsradien 8 jedes Hauptlagerzapfens 6 eine individuelle Schlagkraft Fs eingebracht. Es kann vorgesehen sein, dass ein Basiswert F0 für die in die Übergangsradien 8 einzubringenden Schlagkräfte Fs anhand der gewünschten Dauerfestigkeit der Kurbelwelle 4 und/oder anhand der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle 4 bestimmt wird. Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Basiswert F0 um einen Ausgleichswert FA variiert wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle 4 auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren.
In Figur 5 ist hierzu schematisch ein Kräftediagramm dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass der Schlagkraft Fs ein Basiswert F0 zugrunde liegt, ausgehend von dem der Ausgleichswert FA eine additive oder subtraktive Modifikation bewirkt. Der Basiswert F0 und der Ausgleichswert FA sind dabei derart gewählt, dass eine minimale Schlagkraft Fmin, die an dem jeweiligen Übergangsradius 8 benötigt wird, nicht unterschritten wird. Vorzugsweise ist zusätzlich ein Sicherheitsspielraum vorgesehen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert FA für mehrere (vorzugsweise für jeden) Übergangs- radius 8 individuell bestimmt wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle 4 auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren. In Figur 5 ist der Sachverhalt bzw. das Kräftediagramm nur beispielhaft für einen Übergangsradius 8 dargestellt. Dies ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert FA höchsten 30%, vorzugsweise höchs- tens 15%, besonders bevorzugt höchstens 5% des Basiswerts F0 beträgt.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert FA höchsten 30%, jedoch mindestens 20%, höchstens 20%, jedoch mindestens 15%, höchstens 15%, jedoch mindestens 10%, oder höchstens 10%, jedoch mindestens 5%, des Basiswerts F0 beträgt.
In einer besonderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zum Einbringen der Schlagkraft Fs in wenigstens einen der Übergangsradien 8 entlang des ringförmig (um den Pleuellagerzapfen 5 und/oder Hauptlagerzapfen 6) umlaufenden jeweiligen Übergangsradius 8 ein hoch beanspruchter Bereich ΒΜΑχ, ein wenig beanspruchter Bereich BMIN und dazwischen liegende Zwischenbereiche BZw defi- niert werden, wonach derart schlagverfestigt wird, dass die in die Zwischenbereiche BZw eingebrachte Schlagkraft Fs in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich ΒΜΑχ erhöht wird.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schlagkraft Fs, die beim Schlagverfestigen in den hoch beanspruchten Bereich BMAX eingebracht wird, anhand der gewünschten Dauerfestigkeit der Kurbelwelle 4 und/oder der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle 4 bestimmt wird.
In Abhängigkeit des Motorenbetriebs bzw. Einsatzzwecks der Kurbelwelle 4 können die jeweils an die Zapfen 5, 6 angrenzenden Übergangsradien 8 hoch beanspruchte Bereiche ΒΜΑχ aufweisen, die sich jeweils an unterschiedlichen Positionen befinden. Eine beispielhafte Belastung der Kurbelwelle 4 ist in Fi- gur 5 durch einen großen, links oben abgebildeten Pfeil dargestellt. Der Pleuellagerzapfen 5 ist entlang des Pfeils über einen nicht dargestellten Kolben mit dem Motor verbunden. Bei der Seite des Pleuellagerzapfens 5, auf die der Pfeil zeigt, handelt es sich dabei um die sogenannte Druckseite. Auf der der Druckseite entgegengesetzten Seite, nämlich der Zugseite, befindet sich der sogenannte untere Totpunkt UT des Pleuellagerzapfens 5. Am unteren Totpunkt UT des Pleuellagerzapfens 5 ist die Belastung auf Biegung der jeweiligen Übergangsradien 8 erfahrungsgemäß am höchsten. In vorteilhafter Weise kann der hoch beanspruchte Bereich BMAX an den unteren Totpunkt UT angrenzend definiert werden, vorzugsweise diesen symmetrisch umgeben.
Bei der in Figur 5 dargestellten Kurbelwelle 4 kann ferner ein höchstbelasteter Punkt des an den Pleuel- lagerzapfen 5 angrenzenden Hauptlagerzapfens 6 ein Bereich sein, der der Druckseite des angrenzenden Pleuellagerzapfens 5 entspricht. Zur Vereinfachung wird dieser Bereich eines Hauptlagerzapfens 6 nachfolgend als "oberer Totpunkt" OT bezeichnet.
Zur besseren Verdeutlichung der Positionen der Totpunkte UT, OT ist in Figur 6 ein prinzipmäßiger Schnitt durch die Kurbelwelle 4 entlang der dargestellten Schnittlinie "VI" der Figur 5 gezeigt.
Dabei ist ersichtlich, dass der höchstbelastete Punkt bzw. der obere Totpunkt OT eines Übergangsradius 8 eines Hauptlagerzapfens 6 im Querschnitt der Kurbelwelle 4 auf dem Schnittpunkt des Übergangsradius 8 des Hauptlagerzapfens 6 mit der Verbindungslinie x der Mittelpunkte MH, MP des Hauptlagerzapfens 6 und des an den Übergangsradius 8 des Hauptlagerzapfens 6 angrenzenden Pleuellagerzapfens 5 liegt.
Figur 7 zeigt einen Schnitt durch einen beispielhaften Zapfen 5, 6, um die mögliche Verteilung der Bereiche BMAX, BMIN, BZw entlang des Umfangs des Zapfens 5, 6 darzustellen. Vorliegend wird der höchstbelastete Punkt des Zapfens 5, 6, d. h. der untere Totpunkt UT eines Pleuellagerzapfens 5 oder der obere Totpunkt OT eines Hauptlagerzapfens 6 mit 180° bezeichnet. Ausgehend von diesem Punkt ist der hoch beanspruchte Bereich BMAX entlang des ringförmig um die Kurbelwelle 4 umlaufenden Übergangsradius 8 definiert. Der hoch beanspruchte Bereich BMAX kann, ausgehend von diesem Punkt vorzugsweise symmetrisch, wenigstens ± 20°, vorzugsweise wenigstens ± 30°, weiter be- vorzugt wenigstens ± 40°, besonders bevorzugt wenigstens ± 50°, ganz besonders bevorzugt wenigstens ± 60°, beispielsweise wenigstens ± 70°, wenigstens ± 80° oder wenigstens ± 90° betragen.
Angrenzend an den hoch beanspruchten Bereich BMAX sind zwei Zwischenbereiche Bzw definiert, die den hoch beanspruchten Bereich BMAX von dem wenig beanspruchten Bereich BM|N trennen. Die Zwischenbe- reiche Bzw können entlang des ringförmig umlaufenden Übergangsradius 8 einen beliebigen Winkelabschnitt umfassen. Selbiges gilt für den wenig beanspruchten Bereich BMIN- Die jeweiligen Winkelbereiche können durch Berechnungen, Simulation und/oder Versuchsreihen, ggf. auch aus Messungen im Echtzeitbetrieb (des Motors), bestimmt werden. Vorzugsweise wird die in die Zwischenbereiche BZw eingebrachte Schlagkraft Fs (vorzugsweise stetig) in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich BMAX erhöht. Damit, dass die Schlagkraft Fs erhöht wird, ist gemeint, dass die Schlagkraft Fs zwischen aufeinanderfolgenden Schlägen vorzugsweise immer weiter erhöht wird.
In den Figuren 8 bis 1 1 sind vier beispielhafte Verläufe der Schlagkraft Fs entlang des Umfangs eines Zapfens 5, 6, beispielsweise des Zapfens 5, 6 aus Figur 7, dargestellt.
Dabei ist in den Figuren 8, 10 und 1 1 die Schlagkraft Fs, die beim Schlagverfestigen in den jeweiligen hoch beanspruchten Bereich BMAX eingebracht wird, konstant.
In allen beispielhaft dargestellten Kurven ist die in den hoch beanspruchten Bereichen BMAX beim Schlagverfestigen eingebrachte Schlagkraft Fs größer oder zumindest gleich groß wie die jeweilige größte Schlagkraft Fs, die in die Zwischenbereiche BZw eingebracht wird (und natürlich jeweils größer als die Schlagkraft Fs, die in den wenig beanspruchten Bereich BMIN eingebracht wird).
Die maximale Schlagkraft FMAX wird somit im hoch beanspruchten Bereich BMAX des Übergangsradius 8 eingebracht. Ferner wird in den Figuren 8 und 1 1 eine beispielhafte Kräfteaufteilung gezeigt, bei der jeweils in den wenig beanspruchten Bereich BMIN beim Schlagverfestigen keine Schlagkraft Fs eingebracht wird. In den Figuren 9 und 10 wird hingegen in dem jeweils wenig beanspruchten Bereich BMIN beim Schlagverfestigen eine Schlagkraft Fs eingebracht, die geringer ist als die geringste Schlagkraft Fs, die in die Zwischenbereiche Bzw eingebracht wird. Im Falle der Figur 10 ist dabei eine Mindestschlagkraft Fmin vorge- sehen, die im wenig beanspruchten Bereich BM|N konstant gehalten wird. In Figur 9 hingegen wird die Schlagkraft Fs ausgehend von den Zwischenbereichen Bzw auf die dem höchstbelasteten Punkt bzw. dem unteren Totpunkt UT bzw. dem oberen Totpunkt OT entgegenliegende Position stetig linear verringert bis zu einem Minimalwert, vorliegend 0. In Figur 8 wird die in die Zwischenbereiche BZw eingebrachte Schlagkraft Fs ausgehend von dem wenig beanspruchten Bereich BMIN, in dem vorliegend beispielhaft keine Schlagverfestigung stattfindet, gleichmäßig bzw. linear auf den hoch beanspruchten Bereich BMAX erhöht.
In Figur 9 hingegen folgt der Verlauf der Schlagkraft Fs einer durchgängigen Rampe, die ausgehend von einem entlang des Umfangs der Kurbelwelle 4 dem höchstbelasteten Punkt bzw. dem unteren Totpunkt UT bzw. dem oberen Totpunkt OT gegenüberliegenden Punkt jeweils in Richtung des höchstbelasteten Punkts bzw. des unteren Totpunkts UT bzw. des oberen Totpunkts OT ansteigt. Der Verlauf der Schlagkraft Fs folgt dabei in den jeweiligen Bereichen BMIN, BZW und BMAX jeweils einer eigenen Rampenfunktion, die insgesamt die dargestellte Rampe ergeben. In Figur 10 ist ein Verlauf der Schlagkraft Fs dargestellt, der grundsätzlich dem Verlauf der Schlagkraft Fs der Figur 8 ähnelt. In den Zwischenbereichen Bzw ist allerdings im Gegensatz zu der in Figur 8 dargestellten linearen bzw. rampenförmigen Veränderung der Schlagkraft Fs ein geglätteter Kurvenverlauf dargestellt.
Schließlich zeigt Figur 1 1 ein Diagramm, bei dem die Schlagkräfte Fs in den Zwischenbereichen Bzw in Abstufungen verändert werden.
Es können beliebige Variationen und Kombinationen, insbesondere (aber nicht ausschließlich) der in den Figuren 8 bis 1 1 dargestellten Verläufe, vorgesehen sein, wenn im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein sollte, dass die Schlagkraft beim Schlagverfestigen eines bestimmten Übergangsradius 8 über dessen ringförmigen Verlauf variiert werden soll.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere von Übergangsradien (8) zwischen Pleuellagerzapfen (5) und Kurbelwangen (7) und/oder Übergangsradien (8) zwischen Hauptlagerzapfen (6) und den Kurbelwangen (7) der Kurbelwelle (4), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in wenigstens zwei Übergangsradien (8) unterschiedlich große Schlagkräfte (Fs) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in zwei an denselben Pleuellagerzapfen (5) angrenzende Übergangsradien (8) die gleiche Schlagkraft (Fs) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in zwei an denselben Hauptlagerzapfen (6) angrenzende Übergangsradien (8) die gleiche Schlagkraft (Fs) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in die Übergangsradien (8) von wenigstens zwei Hauptlagerzapfen (6), vorzugsweise in die Übergangsradien (8) aller Hauptlagerzapfen (6), die gleiche Schlagkraft (Fs) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in die Übergangsradien (8) von wenigstens zwei Pleuellagerzapfen (5), vorzugsweise in die Übergangsradien (8) aller Pleuellagerzapfen (5), die gleiche Schlagkraft (Fs) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in die Übergangsradien (8) eines ersten Pleuellagerzapfens (5) eine erste Schlagkraft (Fs) und in die Übergangsradien (8) eines zweiten Pleuellagerzapfens (5) eine zweite Schlagkraft (Fs) eingebracht wird, vorzugsweise wird in die Übergangsradien (8) jedes Pleuellagerzapfens (5) eine individuelle Schlagkraft (Fs) eingebracht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in die Übergangsradien (8) eines ersten Hauptlagerzapfens (6) eine erste Schlagkraft (Fs) und in die Übergangsradien (8) eines zweiten Hauptlagerzapfens (6) eine zweite Schlagkraft (Fs) einge- bracht wird, vorzugsweise wird in die Übergangsradien (8) jedes Hauptlagerzapfens (6) eine individuelle Schlagkraft (Fs) eingebracht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Basiswert (F0) für die in die Übergangsradien (8) einzubringenden Schlagkräfte (Fs) anhand der gewünschten Dauerfestigkeit der Kurbelwelle (4) und/oder anhand der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle (4) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Basiswert (F0) um einen Ausgleichswert (FA) variiert wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle (4) auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren. 10. Verfahren nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Ausgleichswert (FA) für mehrere, vorzugsweise für jeden Übergangsradius (8), individuell bestimmtwird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle (4) auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Ausgleichswert (FA) höchstens 30%, vorzugsweise höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 5%, des Basiswerts (F0) beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zum Einbringen der Schlagkraft (Fs) für wenigstens einen der Übergangsradien (8) entlang des ringförmig um die Kurbelwelle (4) umlaufenden jeweiligen Übergangsradius (8) ein hoch bean- spruchter Bereich (BMAX), ein wenig beanspruchter Bereich (BMIN) und dazwischen liegende Zwischenbereiche (BZw) definiert werden, wonach derart schlagverfestigt wird, dass die in die Zwischenbereiche (Bzw) eingebrachte Schlagkraft (Fs) in Richtung auf den hoch beanspruchten Bereich (BMAX) erhöht wird. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schlagverfestigen von Übergangsradien (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere von Übergangsradien (8) zwischen Pleuellagerzapfen (5) und Kurbelwangen (7) und/oder Übergangsradien (8) zwischen Hauptlagerzapfen (6) und den Kurbelwangen (7) der Kurbelwelle (4), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Kurbelwelle (4), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
PCT/EP2018/063691 2017-06-14 2018-05-24 Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle Ceased WO2018228792A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017113070.5 2017-06-14
DE102017113070.5A DE102017113070B3 (de) 2017-06-14 2017-06-14 Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018228792A1 true WO2018228792A1 (de) 2018-12-20

Family

ID=62245313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/063691 Ceased WO2018228792A1 (de) 2017-06-14 2018-05-24 Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017113070B3 (de)
WO (1) WO2018228792A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3438742A1 (de) 1984-10-23 1986-04-30 Maschinenfabrik Alfing Keßler GmbH, 7080 Aalen Verfahren zur steigerung der dauerfestigkeit von bauteilen unterschiedlicher formgebung
EP1034314B1 (de) 1997-11-26 2003-01-08 Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH Vorrichtung zum elektroinduktiven härten von laufflächen und übergangsradien an kurbelwellen
EP0788419B1 (de) 1994-10-24 2003-01-08 Ingersoll Cm Systems, Inc. Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kurbelwellen
EP1479480A1 (de) 2003-05-20 2004-11-24 Lonero engineering Co., Inc Festwalzrollenkopf
EP1612290A1 (de) 2004-07-02 2006-01-04 METAPLAS IONON Oberflächenveredelungstechnik GmbH Verfahren zum Gasnitrieren eines Werkstücks eine Gasnitriervorrichtung zur Durchfürung des Verfahrens sowie ein Werkstück
EP1716260A1 (de) * 2004-02-23 2006-11-02 Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH Verfahren und vorrichtung zur steigerung der dauerschwingfestigkeit, insbesondere der biegewechselfestigkeit und der torsionswechselfestigkeit von kurbelwelen
DE102005032185A1 (de) * 2005-07-09 2007-01-18 Volkswagen Ag Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Kurbelwellen
DE102007028888A1 (de) 2007-06-20 2009-01-02 Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit eines Bauteils
WO2015141611A1 (ja) * 2014-03-20 2015-09-24 本田技研工業株式会社 クランクシャフトおよび軸部材の強化方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006058710A1 (de) * 2006-12-13 2008-06-19 Daimler Ag Werkzeugmaschine und Bearbeitungsvorrichtung zum Verfestigen von Radienübergängen an Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen oder ähnlichen Werkstücken
US20140260787A1 (en) * 2013-03-18 2014-09-18 Electro-Motive Diesel, Inc. Selectively strengthened crankshaft

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3438742A1 (de) 1984-10-23 1986-04-30 Maschinenfabrik Alfing Keßler GmbH, 7080 Aalen Verfahren zur steigerung der dauerfestigkeit von bauteilen unterschiedlicher formgebung
EP0788419B1 (de) 1994-10-24 2003-01-08 Ingersoll Cm Systems, Inc. Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kurbelwellen
EP1034314B1 (de) 1997-11-26 2003-01-08 Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH Vorrichtung zum elektroinduktiven härten von laufflächen und übergangsradien an kurbelwellen
EP1479480A1 (de) 2003-05-20 2004-11-24 Lonero engineering Co., Inc Festwalzrollenkopf
EP1716260A1 (de) * 2004-02-23 2006-11-02 Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH Verfahren und vorrichtung zur steigerung der dauerschwingfestigkeit, insbesondere der biegewechselfestigkeit und der torsionswechselfestigkeit von kurbelwelen
EP1716260B1 (de) 2004-02-23 2008-01-09 Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH Verfahren zur steigerung der dauerschwingfestigkeit, insbesondere der biegewechselfestigkeit und der torsionswechselfestigkeit von kurbelwelen
EP1612290A1 (de) 2004-07-02 2006-01-04 METAPLAS IONON Oberflächenveredelungstechnik GmbH Verfahren zum Gasnitrieren eines Werkstücks eine Gasnitriervorrichtung zur Durchfürung des Verfahrens sowie ein Werkstück
DE102005032185A1 (de) * 2005-07-09 2007-01-18 Volkswagen Ag Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Kurbelwellen
DE102007028888A1 (de) 2007-06-20 2009-01-02 Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit eines Bauteils
WO2015141611A1 (ja) * 2014-03-20 2015-09-24 本田技研工業株式会社 クランクシャフトおよび軸部材の強化方法
US20170165742A1 (en) * 2014-03-20 2017-06-15 Honda Motor Co., Ltd. Crankshaft and method of strengthening shaft component

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017113070B3 (de) 2018-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19606732C2 (de) Gefügte Mehrlagenwellen
DE69704690T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer hohlen Turbinschaufel und Anlage zum laufenden Warmverwinden
EP0144981B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schmieden von Kurbelwellen auf Pressen
EP3609649B1 (de) Verfahren zur nachbearbeitung einer kurbelwelle
EP1452272A1 (de) Verfahren zum Festwalzen von Übergängen zwischen den Lagerzapfen und Wangen von Kurbelwellen
WO2010054648A1 (de) Verfahren zum erhöhen der biegefestigkeit von kurbelwellen
DE112005002861T5 (de) Kurbelwelle und Verfahren zum Fertigen einer solchen Kurbelwelle
WO2018228795A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle
DE102017113065B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle
DE10258143B4 (de) Verfahren und Honvorrichtung zur Honbearbeitung
DE19500078A1 (de) Verfahren zur Verringerung des relativen Bruchmomentes im Bereich von Sollbruchstellen von Bauteilen
DE102017113070B3 (de) Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle
DE102017113088A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Kaltverfestigen einer Kurbelwelle
DE102017113066B3 (de) Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle
WO2018228797A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle
DE19916492A1 (de) Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine
DE19922303A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer gebauten Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine
DE102004042707B4 (de) Kurbelwelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102017113074B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius einer Kurbelwelle
EP3615264B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle
DE4222748C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Gesenkschmieden von einstückigen großen Kurbelwellen mit mehreren Kurbelkröpfungen aus einem Stab
DE10202547C1 (de) Verfahren zum Bearbeiten von Hubzapfen einer Kurbelwelle sowie danach hergestellte Kurbelwelle
DE10061042C2 (de) Gebaute Kurbelwelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben
DE1752597A1 (de) Verfahren zum Schmieden von Rohlingen,bestehend aus mehreren nicht-koaxialen Teilen mittels einer Vorrichtung mit einem einzigen Freiheitsgrad
DE2310913C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verfestigen von Zahnradzahnen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18727277

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18727277

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1