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WO2018228796A1 - Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen eines übergangsradius einer kurbelwelle - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen eines übergangsradius einer kurbelwelle Download PDF

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Publication number
WO2018228796A1
WO2018228796A1 PCT/EP2018/063695 EP2018063695W WO2018228796A1 WO 2018228796 A1 WO2018228796 A1 WO 2018228796A1 EP 2018063695 W EP2018063695 W EP 2018063695W WO 2018228796 A1 WO2018228796 A1 WO 2018228796A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
impact
crankshaft
support
impact tool
passive
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/EP2018/063695
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 WO2018228796A1 publication Critical patent/WO2018228796A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for impact hardening a transition radius of a crankshaft, in particular a transition radius between a connecting rod journal and a crank arm and / or a transition radius between a main journal and a crank arm of the crankshaft according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a device for impact hardening of transition radii of a crankshaft according to the preamble of claim 11.
  • crankshafts Due to the steadily progressing development and increase in performance of internal combustion engines and the strict emission requirements imposed on them, today's engines are increasingly stressed in consequence. For this reason, the engine industry, among other things high demands on the high-load and important for the function of an internal combustion engine crankshaft in terms of strength. In terms of design, there is often the requirement that the crankshaft should be light and the space requirement should be low. For the design of the crankshaft, this means that an increase in the load capacity should not be achieved by increasing the cross section, ie via the moment of resistance of the crankshaft, but if possible via local compressive residual stress states. For this reason, modern 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. These are common and largely mature processes that are suitable for a variety of purposes.
  • EP 1 479 480 A1 EP 0 788 419 B1
  • EP 1 612 290 A1 DE 10 2007 028 888 A1
  • EP 1 034 314 B1 EP 1 034 314 B1.
  • 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 the 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 percussion tools in the crankshaft.
  • crankshafts can also have non-symmetrical crankshaft segments with only one-sided existing transition radii, for example in the end parts or end portions of the crankshaft.
  • EP 1 716 260 B1 has proposed a specially designed pressure pulse machine which is provided with only one striking tool.
  • the present invention is based on the object of further developing the known methods and devices for impact hardening, in particular in order to be able to impact-solidify process-reliably, reliably and cost-effectively even only one transition radius. This object is achieved for the method by the features listed in claim 1 and for the device by the features set out in claim 1 1.
  • a transition radius of a crankshaft in particular a transition radius between a connecting rod journal and a crank arm and / or a transition radius between a main journal and a crank arm of the crankshaft is impact-solidified.
  • the connecting rod journal and the main journals are hereinafter referred to in part as "pin" for simplicity.
  • the term pin can 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.
  • transitions to flanges, cones and other geometric cross-sectional changes both tangent and deposited radii.
  • 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 whose fatigue strength is to be improved by the method and the device according to the invention, thus need not necessarily exist between a connecting rod journal and a crank arm or a main journal and a crank arm, but may be located 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.
  • method for impact hardening of a transition radius is not limited to the mere impact hardening of the transition radius, but may also include preparatory and subsequent Include riding measures. Furthermore, the "method for impact hardening of a transition radius” can also include the impact hardening of preceding individually impact-hardened transition radii or symmetrically or simultaneously impact-hardened transition radii. The method according to the invention can also include that after the impact hardening of the transition radius, further transition radii are impact-solidified individually or simultaneously.
  • a striking device is used for impact hardening, which has a percussion piston, a deflection unit and an active impact tool and a passive impact tool.
  • the striking tools are attached to the deflection unit, wherein the percussion piston transmits a force impulse to the striking tools via the deflection unit, after which the active impact tool introduces a striking force into the transition radius via a striking head.
  • an impact force can be understood to mean that the impact head, for example the impact head of the active impact tool, or a so-called “striker” of the impact 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.
  • 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 e.g pneumatically, hydraulically and / or electrically generated
  • a support element is used, with which the passive impact tool is supported on the crankshaft.
  • the impact head of the active impact tool and the support member of the passive impact tool are each designed differently, d. H. not identical. In this case, the respective geometries, material properties and / or the determination or storage or alignment may be different to the respective impact tool.
  • the support element or the passive impact tool is essentially suitable for support, while the impact head or the active impact tool is mainly suitable for introducing the impact force and / or the compressive residual stresses into a transition radius. It can be provided that the structure of the active impact tool and the passive impact tool is identical and only the front portions are designed differently from each other, wherein in the active impact tool, the impact head and the passive impact tool, the support member is provided.
  • the effect of the impact force that brings the passive impact tool in the crankshaft is less than the effect of the impact force that brings the active impact tool on its impact head in the transition radius.
  • the compressive residual stresses that are introduced by the passive impact tool in the crankshaft thus are preferably less than the compressive residual stresses that are introduced by the active impact tool in the crankshaft.
  • the passive impact tool does not introduce any impact force and / or compressive residual stresses into the crankshaft and / or has no effect (neither positive nor negative) on the crankshaft.
  • the passive impact tool is supported on a support aid at a position axially offset from the transition radius along the crankshaft, the support aid being removed from the crankshaft after impact hardening.
  • the active as well as the passive impact tool can also be made completely identical, the effect of the impact force transmitted via the passive impact tool on the crankshaft being nevertheless less than the effect of the impact force generated by the active Impact tool is introduced into the crankshaft. This is due to the fact that at least a substantial part of the impact force or impact energy is introduced by the passive impact tool into the support aid or is absorbed by the support aid.
  • the passive impact tool has a support element and, in addition, a support aid is provided.
  • a beating device which is equipped with two striking tools, for impact hardening, even on non-symmetrical crankshaft segments.
  • end regions or end parts, oil well endings and other areas of the crankshaft can be impact-solidified, in which adjacent transition radii are not present, should not be impact-strengthened or at least should not be particularly stressed.
  • a striking device can now be used throughout for the impact hardening of the transition radii of a crankshaft. Handling in the production of the crankshaft is thus simplified.
  • 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 method for impact hardening a transition radius may also include preparatory measures.
  • the support aid can be applied to the crankshaft immediately before the introduction of the impact force in the transition radius, but can also be applied at a time further distant distance to the introduction of the impact force.
  • the support aid can be applied to the crankshaft and thus, in particular, be applied to the crankshaft at one time before a first transition radius or another region of the crankshaft has been solidified or impact strengthened.
  • a first group of transition radii of the crankshaft is impact-hardened, after which the support aid is applied to the crankshaft and according to the invention at least one transition radius is impact-bonded by introducing the impact force on the impact head of the active impact tool.
  • the first group of transitional radii it can In particular, be pairs of transition radii, which adjoin the same pin or it may be transition radii, which can be impact-symmetrically characterized in that the two impact tools of the beater introduced or retracted into the space between the two transition radii.
  • the crankshaft can also be designed such that it has a support aid according to the invention. If the crankshaft is produced, for example, by casting, forging, turning, milling, drilling and / or grinding, corresponding areas can be worked out of the crankshaft, which form the support aid according to the invention. Possibly. a die for the production of the crankshaft can already be designed and / or modified accordingly.
  • the support aid is processed after impact hardening.
  • the support aid can also remain on the crankshaft.
  • removal or processing of the support aid can be advantageous for optical and / or functional reasons, in particular also for weight saving.
  • the support can be removed by cutting, for example, turning, milling, drilling, pushing and / or grinding, separated or processed. It can also be provided that the supportive aid is removed non-mechanically, for example thermally or chemically.
  • a support pin, a support flange or a support ring is used as the support aid.
  • a supporting aid which revolves in a ring around the crankshaft can be advantageous in order to support the passive impact tool on the crankshaft.
  • On the support aid can - optionally - a transition radius be formed.
  • the supporting aid has an axial length which, taking into account the material of the supporting aid, is suitable for absorbing or discharging the striking force which the passive impact tool introduces into the crankshaft and in particular into the supporting aid without damage. Possibly. it can be provided that the support aid is also damaged in the course of impact hardening. Since the support aid removed in a row, for example, can be processed or at least for the operation of the crankshaft is not relevant, but this does not interfere with the functionality.
  • the support means has a radial extension or an outer radius, on which the passive impact tool or a striking head of the passive impact tool or a support element of the passive impact tool can be adequately supported.
  • the supporting aid is fastened to the crankshaft in a material-locking manner, preferably being forged or cast on the crankshaft. If the support aid is fastened to the crankshaft in a material-locking manner, the support aid can absorb or dissipate particularly high impact forces. Alternatively to a forging, another thermal connection method may be provided. Optionally, the support aid may also be glued to the crankshaft.
  • the support can also be formed integrally with the crankshaft, z. B. by processing, for example, turning out of the crankshaft.
  • the support aid is releasably secured to the crankshaft, preferably is positively secured to the crankshaft, particularly preferably screwed or clamped.
  • the support aid can advantageously be screwed onto a region of the crankshaft. This is especially at end parts of the crankshaft advantage.
  • crankshaft support aid in particular meant that in addition to the radial form-fitting, which already exists by pushing the rotating support, there is also at least one one-sided axial form-fit, preferably a two-sided axial positive fit, the deducting the support prevents or makes it possible to absorb axially acting forces.
  • the supporting aid is axially and radially immovably fixed to the crankshaft during impact hardening and preferably releasable again after impact hardening. It can also be provided a frictional attachment of the support aid to the crankshaft. A frictional connection of the support aid with the crankshaft can be done for example by shrinking the support.
  • the support aid can first be releasably attached to the crankshaft, for example by screwing, after which the support aid is fixed by one or more welds on non-component critical areas. Subsequently, ie after impact hardening, the support can then be completely removed or processed or only the cohesive areas, eg. As the welds, are processed, after which the support aid is releasable again and can be removed from the crankshaft.
  • the support aid is applied to the crankshaft in such a way, in particular in end portions of the crankshaft, that the support aid, starting from a surrounding solid structure, is positioned at a desired axial position of the crankshaft to the impact force of the passive Record impact tool.
  • the support can therefore also be attached to a further device and the crankshaft only fed.
  • the support aid can be pressed against a cross-sectional transition of the crankshaft.
  • the support element of the passive impact tool has a larger contact surface for engagement with the crankshaft than the impact head of the active impact tool.
  • the impact head of the active impact tool is preferably designed to precisely introduce a striking force to a point of the annular radius around the crankshaft along the transition radius to allow the greatest possible depth effect and / or exact expression of the compressive residual stresses
  • a large contact surface of the support element cause the same impact force on the side of the passive impact tool distributed over a larger area of the crankshaft, which preferably no or only low compressive residual stresses introduced by the passive impact tool in the crankshaft or in the area adjacent to the passive impact tool become.
  • the support element of the passive impact tool is formed of a less hard material than the impact head of the active impact tool.
  • the support element of the passive impact tool is formed of a less hard material than the crankshaft and / or that the support element is formed of a less hard material than the transition radius, which is impact-hardened with the active impact tool.
  • the support member is formed of a soft material or of a material having a low hardness, the effect of the impact forces is substantially absorbed by the support element itself. The effect on the crankshaft is reduced.
  • the passive impact tool is replaced by an active impact tool and / or the support element of the passive impact tool against a striking head.
  • the impact device can easily be strengthened both for impact of two adjacent to the same pin transition radii, ie used for symmetric impact hardening, as well as for asymmetric impact hardening of a single transition radius.
  • a change of the passive impact tool and / or support member may for example be made manually by a fitter or by a changing device with a magazine.
  • the impact device is initially used for two-sided impact hardening of transition radii of symmetrical crankshaft segments, after which one of the active impact tools is then replaced by a passive impact tool and / or one of the impact heads by a support element. Following this, one or more individual transition radii, i. H. non-symmetrical areas of the crankshaft, such as end parts or the like, are impact-hardened. However, it can also be provided that initially all unbalanced areas of the crankshaft and then the symmetrical areas of the crankshaft are impact-hardened. An alternating or mixed impact hardening of symmetrical and non-symmetrical regions of the crankshaft is also possible.
  • each independently usable beating device can be provided, each with one or more striking tools that are able to bring each impact forces in any transition radii of the crankshaft, with a corresponding synchronization with each other or between controls the impact tools can be provided.
  • the impact hardening of the crankshaft can thus take place even faster, since several impact devices can be used simultaneously.
  • all impact devices are formed according to the invention.
  • a common pressure impulse device When using several impact devices, a common pressure impulse device can be provided, which is able to generate the corresponding impact forces for the impact devices in a hydraulic, pneumatic, mechanical and / or electrical manner (jointly or individually) for the impact devices.
  • the impact head of the active impact tool may preferably be formed essentially spherical, in particular in the front region or at the front end of the impact head, the or the to solidify against the crankshaft beats.
  • the impact head can have any desired geometry and can also be oval, hemispherical or flat, for example.
  • crankshaft can be rotated continuously or incrementally during impact hardening.
  • a suitable drive device may be provided.
  • the drive device may comprise 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.
  • crankshaft d. H. a synchronous drive or double-sided drive of the crankshaft.
  • the active 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 of 0.5 Hz to 3 Hz, performs a striking movement or brings in the impact force.
  • timings for example, beat frequencies between 0.1 Hz and 50 Hz, may be provided, but the above values are particularly suitable.
  • the impact pressures which 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 more preferably between 50 and 130 bar, amount.
  • 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.
  • the removal of the surface can be done in various ways, such as by grinding, turning, milling, turn milling, peeling or polishing.
  • the removal of the surface can possibly also be combined with the removal of the support.
  • the invention also relates to a device for impact hardening a transition radius of a crankshaft, in particular a transition radius between a connecting rod journal and a crank arm and / or a transition radius between a main journal and a crank arm of the crankshaft, with a beater having a percussion piston and a deflection unit.
  • the impact device has an active impact tool and a passive impact tool, wherein the impact tools are attached to the Umlenkein- unit, and wherein the percussion piston transmits a power surge on the percussion tools on the deflection unit, wherein the active impact tool via a Schlagkopf brings a punch in the transition radius.
  • a support element is formed, with which the passive impact tool is supported on the crankshaft.
  • the impact device has a support aid which can be positioned at a position axially offset from the transition radius along the crankshaft for supporting the passive impact tool, wherein the support aid can be removed again from the crankshaft after impact hardening.
  • the device is also suitable for impact hardening of transitions to flanges, cones and other geometrical cross-sectional changes - both tangent and deposited radii.
  • Features that have already been described in connection with the method according to the invention are of course also advantageous for the device according to the invention implemented - and vice versa.
  • advantages which have already been mentioned in connection with the method according to the invention can also be understood as related to the device according to the invention - and vice versa.
  • the support aid is designed as a support pin, support flange or support ring.
  • additional material is smelted or cast on the blank or the crankshaft, which material is processed again after impact hardening.
  • the additional material can thus serve as a supportive aid in impact hardening.
  • a ring can be applied as a counter-holder on the crankshaft, or be wound up, wherein the ring can then be used as a supportive aid.
  • the passive impact tool may have a dummy plunger or a hammer head without a ball or a support element.
  • the supporting aid is materially fastened to the crankshaft, preferably forged or cast on the crankshaft.
  • the support aid is detachably fastened to the crankshaft, is preferably fastened in a form-fitting manner to the crankshaft, is particularly preferably screwed or clamped.
  • the support aid and the crankshaft have a thread in order to screw the support aid onto the crankshaft.
  • the support aid may preferably have an internal thread which can be screwed onto an external thread of the crankshaft, preferably on an external thread of the crankshaft in an end portion of the crankshaft.
  • the support element of the passive impact tool forms a larger contact surface for engagement with the crankshaft as the impact head of the active impact tool. It may alternatively or additionally be provided that the support element of the passive impact tool is formed of a less hard material than the impact head of the active impact tool, the crankshaft and / or the transition radius to be solidified.
  • control and / or regulating device preferably comprising a microprocessor, in order to realize and / or to synchronize the rotational movement of the drive device and the control of the beating device or of the beater devices.
  • any further device for implementing a control and / or regulating device may be provided, for example one or more arrangements of discrete electrical components on a printed circuit board, a programmable logic controller (PLC), a an application specific integrated circuit (ASIC) or other programmable circuit, such as a Field Programmable Gate Array (FPGA), a programmable logic device (PLA) and / or a commercially available computer.
  • PLC programmable logic controller
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • PLA programmable logic device
  • 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.
  • 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 crankshaft made by a method as described above.
  • 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. 4 shows an exemplary crankshaft with marked transition radii to be consolidated on one side;
  • 5 shows a striking device for impact hardening of a transition radius with an active impact tool and with a support aid connected materially to the crankshaft to form a system for a passive impact tool;
  • FIG. 6 shows a striking device for impact hardening of a transition radius with an active
  • Fig. 7 shows a striking device with an active and a passive impact tool, wherein the passive impact tool instead of a striking head has a support element.
  • 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 7) 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 center 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 can also be arranged to be displaceable, as indicated by the double arrows in FIG.
  • 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. It can also be provided that 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. It is also possible that one of the impactors 1 for impact hardening of all symmetrical crankshaft parts, d. H. for impact hardening of pairs of transition radii 8 adjoining the same pin, and a striking device 1 for impact hardening of all non-symmetrical regions of the crankshaft 4, d. H. of individual transition radii 8, is used.
  • a impact device 1 of the same design is used for impact hardening of two transition radii 8 adjoining the same journal and for impact hardening of a single transition radius 8.
  • the impact hardening should not take place symmetrically at both transition radii 8 adjoining the same pin, but only at a single transition radius 8.
  • one of the impact devices 1 is shown by dashed lines. This is to be used for one-sided solidification of a transition radius 8 at the right end of the crankshaft 4, while the left impact device 1 shown in Figure 1 is used for simultaneous impact hardening of two adjacent to the same connecting rod journal 5 transition radii 8.
  • 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 arranged on the mounting flange 10 adjustable on an alignment means 17, whereby the longitudinal axis C K w of the crankshaft 4 relative to the axis of rotation C of a drive shaft or an input shaft 13 can be moved.
  • the crankshaft 4 of FIG. 2 has a configuration differing from that shown in FIG. 1, but basically also includes connecting rod journal 5, main bearing journal 6 and crank webs 7.
  • 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 base body 18 which can be provided with a prismatic system according to the radius of the crankshaft segment to be machined and preferably has guides 19 which guide two striking tools 16 in their support plane and give them a corresponding freedom about a deflection unit 20 for adaptation to the dimensional conditions of the crankshaft 4 is advantageous.
  • 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 deflection unit 20, which transmits the impact energy to the striking tools 16.
  • the intermediate part 22 may optionally be omitted.
  • a clamping prism 24 can be fastened on 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.
  • adjustable clamping bolts 26 with clamping nuts 27 on the side of the journal 5, 6 facing away from the main body 18.
  • beating means basically any number of beaters may be meant, for example two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more.
  • the reference to a plural form or singular is for convenience only and not restrictive.
  • crankshaft 4 By arranging a plurality of impactors 1 over the length of the crankshaft 4 to be machined, all centric and optionally eccentrically extending regions of the crankshaft 4 can be machined simultaneously if required.
  • 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 bring an impact force into the transition radii 8 adjoining the same cones.
  • impact force and similar expressions in the present specification are to be understood only as a wildcard for any impact force deemed appropriate to those skilled in the art. If reference is made to "the impact force” in the description, they can thus each be different or even identical impact forces.
  • the beating device 1 shown in FIG. 3 may be a beating device 1 of the prior art for impact beating of transition radii 8 adjacent to the same pin, which are subsequently equipped as impact device 1 according to the invention with an active impact tool 16.1 and a passive impact tool 16.2 for impact hardening a single transition radius 8 is used.
  • the same impact device 1 can be used for different tasks.
  • FIG. 4 shows an exemplary crankshaft 4.
  • the crankshaft 4 has at the majority of their respective connecting rod journal 5 and main journal 6 at the transitions to the adjacent crank webs 7 transition radii 8.
  • transition radii 8 adjoin a journal 5 or 6, respectively.
  • all transition radii 8 of the crankshaft 4 are impact-hardened.
  • the impact device 1 described in FIG. 3 has proved to be particularly advantageous since it simultaneously enables both transition radii 8 adjacent to a journal 5, 6 to be impact-strengthened.
  • This type of impact hardening is referred to in the present specification as symmetrical impact hardening.
  • crankshaft 4 but also areas B ⁇ B 2 , B 3 , B 4 , in which a two-sided impact hardening is not necessary or not desirable.
  • Exemplary ranges B 1 -B 2 , B 3 , B 4 of the illustrated crankshaft 4, in which only one-sided impact hardening is to take place, are indicated in FIG. 4 by corresponding arrows on the transition radii 8 to be consolidated at these points.
  • the areas B ⁇ B 2 are located in the region of the two end portions E of the crankshaft 4 and therefore have only one transition radius 8.
  • a striking hardening of the individual transition radii 8 with a striking device 1 with two striking tools 16 and a deflection unit 20, as described with reference to FIG. 3, is not possible with the means of the prior art at these regions B 2 B 2 , since this is in each case to be solidified by the latter Transition radius 8 facing away impact tool 16 and thus the entire impact device 1 would slip in the striking hardening, since the facing away from the transition radius 8 to be solidified impact tool 16 in any adjacent transition radius 8 or an adjacent flange or an adjacent crank arm 7 can be supported.
  • crankshaft 4 may have regions in which, although two transition radii 8 are present between which a striking device 1 can be introduced, in which, however, impact hardening is desired only in one of the transition radii 8.
  • a region is indicated in FIG. 4 B 3 provided.
  • the transition radius 8 left in the area B 3 which is not to be consolidated, may be a transition radius 8 which adjoins a crank web, a journal or a flange 28 which, for example, is not sufficiently stable to withstand the high forces involved in impact hardening withstand.
  • FIG 4 another area B 4 of the crankshaft 4 is shown, in which due to the right side adjacent reducing cross-sectional transition in turn only a single transition radius to be solidified 8 is present. Comparable with the areas B and B 2 at the end portions E, a percussion tool 16 or a striking device 1 of the prior art without inventive design would not find sufficient support in the impact strengthening here.
  • the illustrated areas B ⁇ B 2 , B 3 , B 4 and the crankshaft 4 shown serve only to illustrate the principle and the invention of course not on a one-sided impact strengthening in the illustrated areas B ⁇ B 2 , B 3 , B 4 or positions or transition radii 8 is limited to understand.
  • the invention is suitable for impact strengthening of any individual transition radii 8 at arbitrary positions of a crankshaft 4 with any configuration.
  • FIG. 5 shows the device according to the invention or the method according to the invention with reference to a first advantageous variant.
  • an area of the crankshaft 4 similar to the area B 4 shown in FIG. 4 , is to be impact-solidified on one side.
  • transition radius 8 between the illustrated main journal 6 and the adjacent crank arm 7 of the crankshaft 4 schlagzuverfestigen is envisaged.
  • the basically already known impact device 1 with the percussion piston 23, the deflecting unit 20 and the two striking tools 16 is used.
  • the percussion tool 16 associated with the transition radius 8 to be consolidated is designated as an active percussion tool 16.1 and the percussion tool 16 facing away from the transition radius 8 to be consolidated is referred to as a passive impact tool 16.2 or used as such.
  • the percussion piston 23 once again transmits a force impulse via the deflecting unit 20 to the percussion tools 16.1, 16.2, whereafter the active percussion tool 16.1 introduces the striking force into the transition radius 8 via its impact head 21 in a known manner.
  • support member 29 is a support flange, which is preferably materially connected to the crankshaft 4.
  • the support aid 29 may, for example, also have been formed integrally therewith during the production of the crankshaft 4 or applied to the crankshaft 4 prior to impact hardening, for example, forged or cast on.
  • the support aid 29 can then preferably worked off after impact hardening, for example turned off.
  • the support aid 29 is preferably made of a sufficiently hard material and has an axial extension, which is adapted to receive and dissipate the introduced by the passive impact tool 16.2 impact force.
  • the passive impact tool 16.2 can thus according to the invention be supported on the support aid 29, while the active impact tool 16.1 introduces the impact force into the transition radius 8 to be fixed.
  • a further transition radius (which does not have to be solidified / intended) may be provided, but this is not absolutely necessary and not shown in the figures.
  • the support aid 29 also has a radial extension which is sufficient for the passive impact tool 16.2 to remain securely on the main journal 6 during impact hardening or during support and can not spring out of the main journal 6 via the support aid 29.
  • FIG. 6 shows a second variant of the invention in which a support aid 29 is likewise provided.
  • FIG. 6 The variant of FIG. 6 is fundamentally similar to the variant of FIG. 5, reference being made below to the essential differences only.
  • the support aid 29 is detachably fastened to the crankshaft 4 and screwed onto the crankshaft 4 for this purpose.
  • the crankshaft 4 and the support aid 29 have for this purpose a corresponding respective thread 30, 31.
  • the support aid 29 can easily be removed again from the crankshaft 4 after impact hardening.
  • the support can 29 after screwing for example, by individual welds or other cohesive bonding techniques are fixed to non-component critical areas of the crankshaft 4.
  • the support aid 29 can be detachably attach to the crankshaft 4 by merely pushing the support aid 29 onto the crankshaft 4, possibly without threads 30, 31, and the support aid 29, for example, starting from a surrounding fixed structure , z.
  • the Abstützung 11 with sufficient force is pressed laterally to a cross-sectional transition of the crankshaft. This is preferably done in such a way that while the crankshaft 4 can still rotate during impact hardening, the support aid 29, however, is sufficiently pressed against the cross-sectional transition that the passive impact tool 16.2 can be supported sufficiently on the support aid 29.
  • the compressive force with which the support aid 29 is pressed can also be reduced when the crankshaft 4 is rotated.
  • the support aid 29 can also be brought into position and held without the support aid 29 being pressed against a cross-sectional transition.
  • the support aid 29 does not necessarily require a cross-sectional transition for the function, on which the support aid 29 is brought into abutment.
  • the support aid 29 may be disposed at any axial position along a pin 5, 6, an end portion E or any other position of the crankshaft 4.
  • FIG. 7 shows a third variant of the invention, which can also be implemented in combination with the variants already presented.
  • the region shown in FIG. 7 may be an area that is fundamentally similar to the region B 3 of FIG. 4.
  • transitional radii 8 are respectively provided at the respective main journal 6 at the ends thereof, although in this case only the left transition radius 8, ie the transition radius 8 adjacent to the crank arm 7, is to be impact-hardened.
  • the end flange 28, on which the second transition radius 8 is formed has too small an axial extent to survive the introduction of an impact force with a conventional impact tool 16 unscathed.
  • the passive impact tool 16.2 instead of a striking head 21 has a support member 32 with which the passive impact tool 16.2 is supported on the crankshaft 4.
  • the support member 32 in this case has a larger contact surface for engagement with the crankshaft 4 as the impact head 21 of the active impact tool 16.1.
  • the impact force is distributed over a larger area, whereby the impact force introduced by the passive impact tool 16.2 can be diverted into the material of the crankshaft 4 without jeopardizing the insufficiently stable flange 28 and / or the crankshaft 4.
  • the support member 32 of the passive impact tool 16.2 may be formed of a less hard material than the impact head 21 of the active impact tool 16.1, as the crankshaft 4 and / or as the transition radius 8, which is impact-solidified with the active impact tool 16.1.
  • the impact device 1 shown in FIG. 7 with the passive impact tool 16. 2 with the support aid 32 can be designed such that it is easily adaptable or replaceable in order to simultaneously impact-strengthen two transition radii 8 adjoining the same journal 5 or 6.
  • a beating device 1 according to the prior art can be used in which individual components, in particular the impact head 21 or the support element 32 or the entire active impact tool 16.1, can be exchanged for a passive impact tool 16.2.
  • the passive impact tool 16.2 is exchanged for an active impact tool 16.1 and / or the support member 32 of the passive impact tool 16.2 against a percussion head 21 and vice versa.

Landscapes

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius einer Kurbelwelle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere eines Übergangsradius (8) zwischen einem Pleuellagerzapfen (5) und einer Kurbelwange (7) und/oder eines Übergangsradius (8) zwischen einem Hauptlagerzapfen (6) und einer Kurbelwange (7) der Kurbelwelle (4). Zum Schlagverfestigen wird eine Schlageinrichtung (1) verwendet, die einen Schlagkolben (23), eine Umlenkeinheit (20) und ein aktives Schlagwerkzeug (16.1) sowie ein passi- ves Schlagwerkzeug (16.2) aufweist, wobei die Schlagwerkzeuge (16.1, 16.2) an der Umlenkeinheit (20) befestigt sind. Der Schlagkolben (23) überträgt über die Umlenkeinheit (20) einen Kraftstoß auf die Schlagwerkzeuge (16.1, 16.2), wonach das aktive Schlagwerkzeug (16.1) über einen Schlagkopf (21) eine Schlagkraft in den Übergangsradius (8) einbringt. Bei dem passiven Schlagwerkzeug (16.2) wird anstelle eines Schlagkopfes (21) ein Stützelement (32) verwendet, mit dem sich das passive Schlagwerkzeug (16.2) an der Kurbelwelle (4) abstützt. Alternativ oder zusätzlich ist das passive Schlagwerkzeug (16.2) an einer zu dem Übergangsradius (8) entlang der Kurbelwelle (4) axial versetzten Position an einer Stützhilfe (29) abgestützt, wobei die Stützhilfe (29) nach der Schlagverfestigung von der Kurbelwelle (4) entfernt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schlagverfestigen eines Überqanqsradius einer Kurbelwelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius einer Kurbelwelle, insbesondere eines Übergangsradius zwischen einem Pleuellagerzapfen und einer Kurbelwange und/oder einem Übergangsradius zwischen einem Hauptlagerzapfen und einer Kurbelwange der Kurbelwelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 .
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 1 .
Aufgrund der stetig fortschreitenden Entwicklung und Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen und an diese gestellte strengen Emissionsforderungen werden heutige Motoren in Folge immer stärker beansprucht. 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 Wärmebehandlungs- verfahren 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 mit- tels 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.
Zum gleichzeitigen Schlagverfestigen von zwei Übergangsradien, die beidseitig desselben Zapfens angeordnet sind, wird in der DE 34 38 742 C2 bzw. der EP 1 716 260 B1 eine Schlageinrichtung mit zwei Schlagwerkzeugen vorgeschlagen, wodurch die Schlagkraft durch Verwendung einer Umlenkeinheit gleichzeitig bzw. symmetrisch in beide Übergangsradien eingebracht werden kann. Hierdurch wird die Effizienz bzw. die Prozessgeschwindigkeit eines Schlagverfestigungsverfahrens deutlich erhöht.
Ein Problem derartiger Schlagwerkzeuge ist allerdings, dass diese nicht auch zur Schlagverfestigung ei- nes einzelnen Übergangsradius verwendbar sind. Kurbelwellen können allerdings auch nicht symmetrische Kurbelwellensegmente mit nur einseitig vorhandenen Übergangsradien aufweisen, beispielsweise in den Endpartien bzw. Endbereichen der Kurbelwelle. Ferner kann eine Schlagverfestigung im Bereich von Ölbohrungsendungen, aber auch an weiteren Bauteilen, insbesondere an Kurbelwellensegmenten bzw. Kurbelwangen, die nicht ausreichend stabil für eine Schlagverfestigung ausgebildet sind, mit dem vorstehend beschriebenen Werkzeug ebenfalls nicht durchgeführt werden.
Insbesondere das einseitige Verdichten an einem Kurbelwellenende ist mit dem vorstehend beschriebenen Schlagwerkzeug also nicht möglich. Um auch nicht symmetrische Kurbelwellensegmente schlagverfestigen zu können, wurde in der EP 1 716 260 B1 eine hierfür speziell ausgebildete Druckimpulsmaschine vorgeschlagen, die mit nur einem Schlagwerkzeug versehen ist.
Um nun gleichzeitig einen hohen Durchsatz bei der Schlagverfestigung bereitzustellen und außerdem auch nicht symmetrische Kurbelwellensegmente schlagverfestigen zu können, müssen somit für die Schlagverfestigung verschiedene Schlageinrichtungen eingesetzt werden. Von Nachteil ist dabei die notwendige Koordination und der Aufwand, die Schlageinrichtungen im Verlauf des Schlagverfestigungsprozesses auszutauschen. Ferner sind Mitarbeiterschulung und Wartung bei Verwendung unterschiedlich ausgebildeter Schlageinrichtungen aufwändiger.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Schlagverfestigen weiterzuentwickeln, insbesondere um prozesssicher, zuverlässig und kostengünstig auch nur einen Übergangsradius schlagverfestigen zu können. Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale und für die Vorrichtung durch die in Anspruch 1 1 aufgeführten Merkmale 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 ein Übergangsradius einer Kurbelwelle, insbesondere ein Übergangsradius zwischen einem Pleuellagerzapfen und einer Kurbelwange und/oder ein Übergangsradius zwischen einem Hauptlagerzapfen und einer Kurbelwange der Kurbelwelle schlagverfestigt wird. 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 Pleuellagerzap- fendurchmesser 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 Übergangsradien 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 erfindungsgemäße 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 ei- nem Fachmann umgedeutet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung im Wesentlichen anhand der Verfestigung eines Übergangsradius 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 besse- ren 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.
Die Bezeichnung "Verfahren zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius" beschränkt sich nicht auf die reine Schlagverfestigung des Übergangsradius, sondern kann ggf. auch vorbereitende und nachbe- reitende Maßnahmen mit einschließen. Ferner kann das "Verfahren zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius" auch die Schlagverfestigung von vorhergehenden einzeln schlagverfestigten Übergangsradien oder symmetrisch bzw. gleichzeitig schlagverfestigten Übergangsradien mit einschließen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem mit umfassen, dass nach der Schlagverfestigung des Über- gangsradius noch weitere Übergangsradien - einzeln oder gleichzeitig - schlagverfestigt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Schlagverfestigen eine Schlageinrichtung verwendet wird, die einen Schlagkolben, eine Umlenkeinheit und ein aktives Schlagwerkzeug sowie ein passives Schlagwerkzeug aufweist. Dabei sind die Schlagwerkzeuge an der Umlenkeinheit befestigt, wobei der Schlagkolben über die Umlenkeinheit einen Kraftstoß auf die Schlagwerkzeuge überträgt, wonach das aktive Schlagwerkzeug über einen Schlagkopf eine Schlagkraft in den Übergangsradius einbringt.
Unter dem Einbringen einer Schlagkraft kann verstanden werden, dass der Schlagkopf, beispielsweise der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs, bzw. ein sog. "Döpper" der 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.
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.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei dem passiven Schlagwerkzeug anstelle eines Schlagkopfes ein Stützelement verwendet wird, mit dem sich das passive Schlagwerkzeug an der Kurbelwelle abstützt.
Der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs und das Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs sind jeweils unterschiedlich gestaltet, d. h. nicht identisch ausgebildet. Dabei können die jeweiligen Geometrien, Materialeigenschaften und/oder die Festlegung bzw. Lagerung oder Ausrichtung an dem jeweiligen Schlagwerkzeug unterschiedlich sein.
Insbesondere kommt es darauf an, dass sich das Stützelement bzw. das passive Schlagwerkzeug im Wesentlichen zur AbStützung eignet, während der Schlagkopf bzw. das aktive Schlagwerkzeug hauptsächlich für das Einbringen der Schlagkraft und/oder der Druckeigenspannungen in einen Übergangsradius geeignet ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Aufbau des aktiven Schlagwerkzeugs und des passiven Schlagwerkzeugs identisch ist und lediglich die vorderen Abschnitte voneinander abweichend gestaltet sind, wobei bei dem aktiven Schlagwerkzeug der Schlagkopf und bei dem passiven Schlagwerkzeug das Stützelement vorgesehen ist.
Erreicht werden soll, dass die Wirkung der Schlagkraft, die das passive Schlagwerkzeug in die Kurbelwelle einbringt, geringer ist als die Wirkung der Schlagkraft, die das aktive Schlagwerkzeug über seinen Schlagkopf in den Übergangsradius einbringt. Die Druckeigenspannungen, die durch das passive Schlagwerkzeug in die Kurbelwelle eingebracht werden, sind somit vorzugsweise geringer als die Druckeigenspannungen, die durch das aktive Schlagwerkzeug in die Kurbelwelle eingebracht werden.
Idealerweise bringt das passive Schlagwerkzeug keine Schlagkraft und/oder keine Druckeigenspannun- gen in die Kurbelwelle ein und/oder hat keinen Effekt (weder positiv noch negativ) auf die Kurbelwelle.
Erfindungsgemäß ist alternativ oder zusätzlich zu der Ausbildung eines Stützelements vorgesehen, dass das passive Schlagwerkzeug an einer zu dem Übergangsradius entlang der Kurbelwelle axial versetzten Position an einer Stützhilfe abgestützt wird, wobei die Stützhilfe nach der Schlagverfestigung von der Kurbelwelle entfernt wird.
Wenn eine Stützhilfe an der Kurbelwelle vorgesehen ist, können das aktive sowie das passive Schlagwerkzeug auch vollständig identisch ausgebildet sein, wobei die Wirkung der über das passive Schlagwerkzeug übertragenen Schlagkraft auf die Kurbelwelle dennoch geringer ist als die Wirkung der Schlag- kraft, die durch das aktive Schlagwerkzeug in die Kurbelwelle eingebracht wird. Dies liegt daran, dass zumindest ein wesentlicher Teil der Schlagkraft bzw. der Schlagenergie von dem passiven Schlagwerkzeug in die Stützhilfe eingeleitet wird bzw. von der Stützhilfe aufgenommen wird.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das passive Schlagwerkzeug ein Stützelement aufweist und zu- sätzlich eine Stützhilfe vorgesehen ist.
Es soll erreicht werden, dass die Belastung der Kurbelwelle bzw. die Belastung von Segmenten, Bereichen und/oder Komponenten der Kurbelwelle durch das Einbringen der Schlagkraft durch das passive Schlagwerkzeug möglichst gering ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn kein an den zu verfestigenden Übergangsradius angrenzender weiterer Übergangsradius vorhanden ist. Dies gilt auch, wenn zwar zwei an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien vorhanden sind von denen allerdings nur einer der Übergangsradien schlagverfestigt werden soll.
Durch das erfindungsgemäße Stützelement und/oder die erfindungsgemäße Stützhilfe ist es möglich, für das Verfahren zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius die langjährig bewährte Schlageinrichtung der DE 34 38 742 C2 bzw. EP 1 716 260 B1 vorteilhaft auch zur Schlagverfestigung eines einzelnen Übergangsradius an nicht symmetrischen Kurbelwellensegmenten einzusetzen.
Erfindungsgemäß ist es also möglich, zum Schlagverfestigen auch an nicht symmetrischen Kurbelwel- lensegmenten eine Schlageinrichtung zu verwenden, die mit zwei Schlagwerkzeugen ausgestattet ist. Hierdurch können Endbereiche bzw. Endpartien, Ölbohrungsendungen und weitere Bereiche der Kurbelwelle schlagverfestigt werden, bei denen angrenzende Übergangsradien nicht vorhanden sind, nicht schlagverfestigt werden sollen oder zumindest nicht besonders belastet werden sollen. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass für die Schlagverfestigung der Übergangsradien einer Kurbelwelle nunmehr durchgängig eine Schlageinrichtung verwendbar ist. Die Handhabung bei der Fertigung der Kurbelwelle ist somit vereinfacht.
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.
Wie eingangs erwähnt, kann das Verfahren zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius auch vorbereitende Maßnahmen umfassen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Stützhilfe vor dem Schlagverfestigen auf die Kurbelwelle aufgebracht wird oder während der Herstellung der Kurbelwelle ausgebildet wird.
Die Stützhilfe kann unmittelbar vor dem Einbringen der Schlagkraft in den Übergangsradius auf die Kurbelwelle aufgebracht werden, kann aber auch in zeitlich weiter entferntem Abstand zu dem Einbringen der Schlagkraft aufgebracht werden.
Beispielsweise kann die Stützhilfe nach der Herstellung der Kurbelwelle auf die Kurbelwelle aufgebracht werden und somit insbesondere zu einem Zeitpunkt auf die Kurbelwelle aufgebracht werden, bevor ein erster Übergangsradius oder ein sonstiger Bereich der Kurbelwelle verfestigt bzw. schlagverfestigt wur- de.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zunächst eine erste Gruppe von Übergangsradien der Kurbelwelle schlagverfestigt wird, wonach die Stützhilfe auf die Kurbelwelle aufgebracht wird und wonach erfindungsgemäß wenigstens ein Übergangsradius durch Einbringen der Schlagkraft über den Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs schlagverfestigt wird. Bei der ersten Gruppe von Übergangsradien kann es sich insbesondere um Paare von Übergangsradien handeln, die an denselben Zapfen angrenzen bzw. es kann sich um Übergangsradien handeln, die sich symmetrisch dadurch schlagverfestigen lassen, dass die beiden Schlagwerkzeuge der Schlageinrichtung in den Freiraum zwischen den beiden Übergangsradien eingebracht bzw. eingefahren werden.
Die Kurbelwelle kann auch derart ausgebildet sein, dass diese eine erfindungsgemäße Stützhilfe aufweist. Wenn die Kurbelwelle beispielsweise durch Gießen, Schmieden, Drehen, Fräsen, Bohren und/oder Schleifen hergestellt wird, können entsprechende Bereiche aus der Kurbelwelle herausgearbeitet werden, die die erfindungsgemäße Stützhilfe ausbilden. Ggf. kann ein Gesenk für die Herstellung der Kurbelwelle bereits entsprechend ausgebildet und/oder modifiziert sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Stützhilfe nach dem Schlagverfestigen abgearbeitet wird. Alternativ kann die Stützhilfe aber auch an der Kurbelwelle verbleiben. Ein Entfernen oder Abarbeiten der Stützhilfe kann allerdings aus optischen und/oder funktionalen Gründen, insbesondere auch zur Gewichtseinsparung, vorteilhaft sein.
Die Stützhilfe kann durch Spanen, beispielsweise Drehen, Fräsen, Bohren, Stoßen und/oder Schleifen, abgetrennt bzw. abgearbeitet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Stützhilfe auf nicht mechanischem Weg, beispielsweise thermisch oder chemisch, abgetragen wird.
In einer Weiterbildung kann insbesondere vorgesehen sein, dass als Stützhilfe ein Stützzapfen, ein Stützflansch oder ein Stützring verwendet wird.
Insbesondere eine ringförmig um die Kurbelwelle umlaufende Stützhilfe kann von Vorteil sein, um das passive Schlagwerkzeug an der Kurbelwelle abzustützen.
An der Stützhilfe kann - optional - ein Übergangsradius ausgebildet sein.
Vorzugsweise weist die Stützhilfe eine axiale Länge auf, die unter Berücksichtigung des Materials der Stützhilfe geeignet ist, die Schlagkraft, die das passive Schlagwerkzeug in die Kurbelwelle und insbesondere in die Stützhilfe einbringt, ohne Beschädigung aufzunehmen bzw. abzuleiten. Ggf. kann vorgesehen sein, dass die Stützhilfe im Verlauf der Schlagverfestigung auch beschädigt wird. Da die Stützhilfe in Folge entfernt, beispielsweise abgearbeitet werden kann oder zumindest für den Betrieb der Kurbelwelle nicht relevant ist, stört dies die Funktionalität allerdings nicht.
Vorzugsweise weist die Stützhilfe eine radiale Erstreckung bzw. einen Außenradius auf, an dem sich das passive Schlagwerkzeug bzw. ein Schlagkopf des passiven Schlagwerkzeugs oder ein Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs ausreichend abstützen kann. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Stützhilfe stoffschlüssig an der Kurbelwelle befestigt wird, vorzugsweise an der Kurbelwelle angeschmiedet oder angegossen wird. Wenn die Stützhilfe an der Kurbelwelle stoffschlüssig befestigt ist, kann die Stützhilfe besonders hohe Schlagkräfte aufnehmen bzw. abführen. Alternativ zu einem Anschmieden kann ein sonstiges thermisches Verbindungsverfahren vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann die Stützhilfe auch an die Kurbelwelle angeklebt sein. Die Stützhilfe kann auch einstückig mit der Kurbelwelle ausgebildet sein, z. B. durch Abarbeiten, beispielsweise Drehen, aus der Kurbelwelle herausgearbeitet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Stützhilfe lösbar an der Kurbelwelle befestigt wird, vorzugsweise formschlüssig an der Kurbelwelle befestigt wird, besonders bevorzugt verschraubt oder verklemmt wird. Durch Verwendung einer lösbar an der Kurbelwelle angebrachten Stützhilfe ist der Aufwand zum Anbringen und Entfernen der Stützhilfe gering und die Stützhilfe kann ggf. mehrfach verwendet werden.
Insbesondere kann die Stützhilfe vorteilhaft auf einen Bereich der Kurbelwelle aufgeschraubt sein. Dies ist vor allem bei Endpartien der Kurbelwelle von Vorteil.
Mit einer formschlüssig an der Kurbelwelle befestigten Stützhilfe ist insbesondere gemeint, dass zusätzlich zu dem radialen Formschluss, der durch das Aufschieben der umlaufenden Stützhilfe ohnehin besteht, auch noch zumindest ein einseitig axialer Formschluss, vorzugsweise ein beidseitig axialer Formschluss, vorliegt, der ein Abziehen der Stützhilfe verhindert bzw. es ermöglicht, axial wirkende Kräfte auf- zunehmen.
Vorzugsweise ist die Stützhilfe während der Schlagverfestigung axial und radial unbeweglich an der Kurbelwelle befestigt und nach dem Schlagverfestigen vorzugsweise wieder lösbar. Es kann auch eine kraftschlüssige Befestigung der Stützhilfe an der Kurbelwelle vorgesehen sein. Eine kraftschlüssige Verbindung der Stützhilfe mit der Kurbelwelle kann beispielsweise durch Aufschrumpfen der Stützhilfe erfolgen.
Ferner ist es möglich, die Stützhilfe durch eine Kombination aus einer stoffschlüssigen, formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Befestigung an der Kurbelwelle anzubringen. Beispielsweise kann die Stützhilfe zunächst lösbar an der Kurbelwelle befestigt werden, beispielsweise durch Aufschrauben, wonach die Stützhilfe durch einen oder mehrere Schweißpunkte an nicht bauteilkritischen Bereichen fixiert wird. Anschließend, d. h. nach der Schlagverfestigung, kann die Stützhilfe dann vollständig abgetragen bzw. abgearbeitet werden oder lediglich die stoffschlüssigen Bereiche, z. B. die Schweißpunkte, abgearbeitet werden, wonach die Stützhilfe wieder lösbar ist und von der Kurbelwelle entfernt werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Stützhilfe derart auf die Kurbelwelle aufgebracht ist, insbesondere in Endpartien der Kurbelwelle, dass die Stützhilfe, ausgehend von einer umgebenden festen Struktur, an einer gewünschten axialen Position der Kurbelwelle positioniert wird, um die Schlagkraft des pas- siven Schlagwerkzeugs aufzunehmen. Die Stützhilfe kann also auch an einer weiteren Einrichtung befestigt und der Kurbelwelle lediglich zugeführt werden. Gegebenenfalls kann die Stützhilfe dabei an einen Querschnittsübergang der Kurbelwelle angedrückt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs eine größere Anlagefläche zur Anlage an der Kurbelwelle aufweist als der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs.
Während der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs vorzugsweise ausgebildet ist, um eine Schlagkraft zielgenau auf einen Punkt des ringförmig um die Kurbelwelle umlaufenden Übergangsradius entlang des Übergangsradius einzubringen, um eine möglichst große Tiefenwirkung und/oder exakte Ausprägung der Druckeigenspannungen zu ermöglichen, kann eine große Anlagefläche des Stützelements dazu führen, dass sich die gleiche Schlagkraft auf Seiten des passiven Schlagwerkzeugs auf eine größere Fläche der Kurbelwelle verteilt, wodurch vorzugsweise keine oder nur geringe Druckeigenspannungen durch das passive Schlagwerkzeug in die Kurbelwelle bzw. in die Fläche an der das passive Schlag- Werkzeug angrenzt, eingebracht werden.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs. In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass das Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als die Kurbelwelle und/oder dass das Stützelement aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als der Übergangsradius, der mit dem aktiven Schlagwerkzeug schlagverfestigt wird. Insbesondere wenn das Stützelement aus einem weichen Material bzw. aus einem Material mit geringer Härte ausgebildet ist, wird die Wirkung der Schlagkräfte im Wesentlichen von dem Stützelement selbst aufgenommen. Die Auswirkung auf die Kurbelwelle wird reduziert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass zum gleichzeitigen Schlagverfestigen von zwei Übergangsradien, die an den gleichen Pleuellagerzapfen oder Hauptlagerzapfen angrenzen, das passive Schlagwerkzeug gegen ein aktives Schlagwerkzeug und/oder das Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs gegen einen Schlagkopf ausgetauscht wird.
Insbesondere wenn das passive Schlagwerkzeug und/oder das Stützelement des passiven Schlagwerk- zeugs austauschbar sind, kann die Schlageinrichtung in einfacher Weise sowohl zum Schlagverfestigen von zwei an denselben Zapfen angrenzenden Übergangsradien, d. h. zur symmetrischen Schlagverfestigung, als auch oder zum unsymmetrischen Schlagverfestigen eines einzelnen Übergangsradius verwendet werden. Ein Wechseln des passiven Schlagwerkzeugs und/oder Stützelements kann beispielsweise manuell durch einen Monteur oder durch eine Wechseleinrichtung mit einem Magazin vorgenommen werden.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Schlageinrichtung zunächst zum beidseitigen Schlagverfestigen von Übergangsradien von symmetrischen Kurbelwellensegmenten verwendet wird, wonach anschließend eines der aktiven Schlagwerkzeuge gegen ein passives Schlagwerkzeug und/oder einer der Schlagköpfe durch ein Stützelement ausgetauscht wird. Im Anschluss können dann einer oder mehrere einzelne Übergangsradien, d. h. nicht symmetrische Bereiche der Kurbelwelle, beispielsweise Endpartien oder ähnliches, schlagverfestigt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zunächst alle unsymmetrischen Bereiche der Kurbelwelle und anschließend die symmetrischen Bereiche der Kurbel- welle schlagverfestigt werden. Auch eine abwechselnde bzw. gemischte Schlagverfestigung von symmetrischen und nicht symmetrischen Bereichen der Kurbelwelle ist möglich.
Hierdurch kann mit nur einer Schlageinrichtung ein hoher Durchsatz bzw. ein besonders effizientes und schnelles Verfahren bzw. eine besonders effiziente und schnelle Vorrichtung zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle bereitgestellt werden, wobei unter Verwendung derselben Schlageinrichtung ggf. nach einer geringfügigen Modifikation auch nicht symmetrische Bereich der Kurbelwelle, d. h. einzelne Übergangsradien, schlagverfestigt werden können.
Selbstverständlich können auch mehrere unabhängig voneinander verwendbare Schlageinrichtungen mit jeweils einem oder mehreren Schlagwerkzeugen vorgesehen sein, die jeweils Schlagkräfte in beliebige Übergangsradien der Kurbelwelle einzubringen vermögen, wobei eine entsprechende Synchronisierung untereinander bzw. zwischen Steuerungen der Schlagwerkzeuge vorgesehen sein kann. Die Schlagverfestigung der Kurbelwelle kann somit sogar noch schneller erfolgen, da mehrere Schlageinrichtungen gleichzeitig verwendbar sind. Vorzugsweise sind dann alle Schlageinrichtungen erfindungsgemäß aus- gebildet. Es kann jedoch auch nur eine erfindungsgemäße Schlageinrichtung vorgesehen sein, die in Verbindung mit einer oder mehreren Schlageinrichtungen des Standes der Technik oder beliebigen weiteren Schlageinrichtungen verwendbar ist.
Bei Verwendung mehrerer Schlageinrichtungen kann eine gemeinsame Druckimpulsvorrichtung vorge- sehen sein, die die entsprechenden Schlagkräfte für die Schlageinrichtungen auf hydraulische, pneumatische, mechanische und/oder elektrische Weise (gemeinsam oder individuell) für die Schlageinrichtungen zu erzeugen vermag.
Der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs kann vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmig ausge- bildet sein, insbesondere im vorderen Bereich bzw. am vorderen Ende des Schlagkopfes, der bzw. das zur Verfestigung gegen die Kurbelwelle schlägt. Grundsätzlich kann der Schlagkopf aber eine beliebige Geometrie aufweisen und beispielsweise auch oval, halbkugelförmig oder flach ausgebildet sein.
Die Kurbelwelle kann während der Schlagverfestigung kontinuierlich oder schrittweise gedreht werden. Hierfür kann eine geeignete Antriebseinrichtung vorgesehen sein.
Die Antriebseinrichtung kann einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, umfassen. Bei dem Elektromotor kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Elektromotor, beispielsweise einen Drehstrommotor (insbesondere eine Drehstrom-Asynchronmaschine), einen Wechselstrommotor, einen Gleich- strommotor 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.
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 aktive 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 durchführt bzw. die Schlagkraft einbringt.
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 zwischen 50 und 130 bar, betragen.
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. Das Abtragen der Oberfläche kann ggf. auch mit dem Abtragen der Stützhilfe kombiniert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius einer Kurbelwelle, insbesondere eines Übergangsradius zwischen einem Pleuellagerzapfen und einer Kurbelwange und/oder eines Übergangsradius zwischen einem Hauptlagerzapfen und einer Kurbelwange der Kurbelwelle, mit einer Schlageinrichtung, die einen Schlagkolben und eine Umlenkeinheit aufweist.
Erfindungsgemäß ist bei der Vorrichtung vorgesehen, dass die Schlageinrichtung ein aktives Schlagwerkzeug sowie ein passives Schlagwerkzeug aufweist, wobei die Schlagwerkzeuge an der Umlenkein- heit befestigt sind, und wobei der Schlagkolben über die Umlenkeinheit einen Kraftstoß auf die Schlagwerkzeuge überträgt, wobei das aktive Schlagwerkzeug über einen Schlagkopf eine Schlagkraft in den Übergangsradius einbringt.
Ferner ist vorgesehen, dass bei dem passiven Schlagwerkzeug anstelle eines Schlagkopfes ein Stütze- lement ausgebildet ist, mit dem sich das passive Schlagwerkzeug an der Kurbelwelle abstützt.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Schlageinrichtung eine Stützhilfe aufweist, welche an einer zu dem Übergangsradius entlang der Kurbelwelle axial versetzten Position zur AbStützung des passiven Schlagwerkzeug positionierbar ist, wobei die Stützhilfe nach der Schlagverfestigung wieder von der Kurbelwelle entfernbar ist.
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 genannt wurden, auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung bezogen verstanden werden - und umgekehrt. In einer Weiterbildung der Vorrichtung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Stützhilfe als Stützzapfen, Stützflansch oder Stützring ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass an dem Rohling bzw. der Kurbelwelle zusätzliches Material angeschmie- det oder angegossen wird, das nach dem Schlagverfestigen wieder abgearbeitet wird. Das zusätzliche Material kann somit bei der Schlagverfestigung als Stützhilfe dienen.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise ein Ring als Gegenhalter auf die Kurbelwelle aufgebracht, bzw. aufgezogen werden, wobei der Ring dann als Stützhilfe verwendet werden kann.
Wiederum alternativ oder zusätzlich kann das passive Schlagwerkzeug einen Dummy-Stößel bzw. einen Schlagkopf ohne Kugel bzw. ein Stützelement aufweisen.
In einer Weiterbildung der Vorrichtung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Stützhilfe stoffschlüs- sig an der Kurbelwelle befestigt ist, vorzugsweise an der Kurbelwelle angeschmiedet oder angegossen ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Stützhilfe lösbar an der Kurbelwelle befestigt ist, vorzugsweise formschlüssig an der Kurbelwelle befestigt ist, besonders bevorzugt verschraubt oder verklemmt ist. In einer Weiterbildung der Vorrichtung hierzu kann vorgesehen sein, dass die Stützhilfe und die Kurbelwelle ein Gewinde aufweisen, um die Stützhilfe auf die Kurbelwelle aufzuschrauben.
Die Stützhilfe kann dabei vorzugsweise ein Innengewinde aufweisen, das auf ein Außengewinde der Kurbelwelle aufgeschraubt werden kann, vorzugsweise auf ein Außengewinde der Kurbelwelle in einer Endpartie der Kurbelwelle.
In einer Weiterbildung der Vorrichtung kann außerdem vorgesehen sein, dass das Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs eine größere Anlagefläche zur Anlage an der Kurbelwelle ausbildet als der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs. Es kann alternativ oder ergänzend auch vorgesehen sein, dass das Stützelement des passiven Schlagwerkzeugs aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als der Schlagkopf des aktiven Schlagwerkzeugs, die Kurbelwelle und/oder der zu verfestigende Übergangsradius.
Es kann eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen sein, vorzugsweise umfassend einen Mik- roprozessor, um die Drehbewegung der Antriebseinrichtung und die Steuerung der Schlageinrichtung bzw. der Schlageinrichtungen zu realisieren und/oder zu synchronisieren.
Anstelle eines Mikroprozessors kann auch eine beliebig weitere Einrichtung zur Implementierung einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), ei- ne anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder ein handelsüblicher Computer. 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.
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 außerdem eine Kurbelwelle, hergestellt nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren.
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 Unterkombinationen 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 beispielhafte Kurbelwelle mit markierten einseitig zu verfestigenden Übergangsradien; Fig. 5 eine Schlageinrichtung zur Schlagverfestigung eines Ubergangsradius mit einem aktiven Schlagwerkzeug und mit einer stoffschlüssig mit der Kurbelwelle verbundenen Stützhilfe zur Ausbildung einer Anlage für ein passives Schlagwerkzeug;
Fig. 6 eine Schlageinrichtung zur Schlagverfestigung eines Ubergangsradius mit einem aktiven
Schlagwerkzeug und mit einer auf die Kurbelwelle aufschraubbaren Stützhilfe zur Ausbildung einer Anlage für ein passives Schlagwerkzeug; und
Fig. 7 eine Schlageinrichtung mit einem aktiven und einem passiven Schlagwerkzeug, wobei das passive Schlagwerkzeug anstelle eines Schlagkopfes ein Stützelement aufweist.
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 7) 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 ange- deutet.
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. Es ist auch möglich, dass eine der Schlageinrichtungen 1 zur Schlagverfestigung aller symmetrischen Kurbelwellenpartien, d. h. zur Schlagverfestigung von Paaren von Übergangsradien 8 die an denselben Zap- fen angrenzen ausgebildet ist, und eine Schlageinrichtung 1 zur Schlagverfestigung aller nicht symmetrischer Bereichen der Kurbelwelle 4, d. h. von einzelnen Übergangsradien 8, verwendet wird.
Es kann vorgesehen sein, dass zum Schlagverfestigen von zwei an denselben Zapfen angrenzenden Übergangsradien 8 und zum Schlagverfestigen eines einzelnen Übergangsradius 8 eine Schlageinrich- tung 1 mit gleicher Bauweise verwendet wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in Endpartien der Kurbelwelle 4 die Schlagverfestigung nicht symmetrisch an beiden an denselben Zapfen angrenzenden Übergangsradien 8 erfolgen soll, sondern lediglich an einem einzelnen Übergangsradius 8. In Figur 1 ist beispielhaft eine der Schlageinrichtungen 1 gestrichelt dargestellt. Diese soll zur einseitigen Verfestigung eines Übergangsradius 8 an der rechten Endpartie der Kurbelwelle 4 verwendet werden, während die in Figur 1 dargestellte linke Schlageinrichtung 1 zur gleichzeitigen Schlagverfestigung von zwei an denselben Pleuellagerzapfen 5 angrenzenden Übergangsradien 8 verwendet wird.
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 vorgesehen, die einen Befestigungsflansch 10 und eine daran befestigte Planscheibe mit Spannbacken zur Fest- legung 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 Kur- beiwelle 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 Schlagwerkzeuge 16 ist jeweils eine Kugel als Schlagkopf 21 angeordnet. Ein Zwischenteil 22 stellt die Verbin- dung zwischen einem Schlagkolben 23 und der Umlenkeinheit 20, die die Schlagenergie an die Schlagwerkzeuge 16 weitergibt, her. Das Zwischenteil 22 kann gegebenenfalls auch entfallen.
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 Spannmut- tern 27 befestigt werden. Hier sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Es sei klargestellt, dass, sollte in einem Teil der Beschreibung "eine Schlageinrichtung" erwähnt werden, grundsätzlich eine beliebige Anzahl an 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 Bereiche 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 eine Schlagkraft in die an denselben Zapfen angrenzenden Übergangsradien 8 einbringen. Der Ausdruck "Schlagkraft" und vergleichbare Ausdrücke in der vorliegenden Beschreibung sind nur als Platzhalter für eine beliebige, dem Fachmann als angebracht erscheinende Schlagkraft zu verstehen. Wenn dabei in der Beschreibung auf "die Schlagkraft" Bezug genommen wird, kann es sich somit jeweils um unterschiedliche oder aber auch um identische Schlagkräfte handeln.
Bei der in Figur 3 dargestellten Schlageinrichtung 1 kann es sich um eine Schlageinrichtung 1 des Standes der Technik zum beidseitigen Schlagverfestigen von an denselben Zapfen angrenzenden Übergangsradien 8 handeln, die nachfolgend als erfindungsgemäße Schlageinrichtung 1 mit einem aktiven Schlagwerkzeug 16.1 und einem passiven Schlagwerkzeug 16.2 ausgestattet zur Schlagverfestigung ei- nes einzelnen Übergangsradius 8 verwendbar ist. Hierdurch kann dieselbe Schlageinrichtung 1 für unterschiedliche Aufgaben verwendet werden.
In Figur 4 ist eine beispielhafte Kurbelwelle 4 dargestellt. Die Kurbelwelle 4 weist an der Mehrzahl ihrer jeweiligen Pleuellagerzapfen 5 und Hauptlagerzapfen 6 an den Übergängen zu den angrenzenden Kurbelwangen 7 Übergangsradien 8 auf. Typischerweise grenzen an einen Zapfen 5 bzw. 6 somit zwei Übergangsradien 8 an. Üblicherweise werden alle Übergangsradien 8 der Kurbelwelle 4 schlagverfestigt. Um ein möglichst effizientes Verfahren zum Schlagverfestigen bereitzustellen, hat sich die in Figur 3 beschriebene Schlageinrichtung 1 als besonders vorteilhaft erwiesen, da hierdurch gleichzeitig beide an einen Zapfen 5, 6 angrenzende Übergangsradien 8 schlagverfestigt werden können. Diese Art der Schlagverfestigung wird in der vorliegenden Beschreibung als symmetrische Schlagverfestigung bezeichnet.
Zumeist weist die Kurbelwelle 4 aber auch Bereiche B^ B2, B3, B4 auf, in denen ein beidseitiges Schlagverfestigen nicht notwendig oder nicht erwünscht ist. Beispielhafte Bereiche B^ B2, B3, B4 der dargestellten Kurbelwelle 4, in der nur eine einseitige Schlagverfestigung stattfinden soll, sind in Figur 4 durch entsprechende Pfeile auf die an diesen Stellen zu verfestigende Übergangsradien 8 angedeutet.
Die Bereiche B^ B2 befinden sich im Bereich der beiden Endpartien E der Kurbelwelle 4 und weisen daher nur einen Übergangsradius 8 auf. Eine Schlagverfestigung der einzelnen Übergangsradien 8 mit einer Schlageinrichtung 1 mit zwei Schlagwerkzeugen 16 und einer Umlenkeinheit 20, wie bezüglich Figur 3 beschrieben, ist an diesen Bereichen B^ B2 mit den Mitteln des Standes der Technik nicht möglich, da das jeweils von dem zu verfestigenden Übergangsradius 8 abgewandte Schlagwerkzeug 16 und somit die gesamte Schlageinrichtung 1 bei der Schlagverfestigung abrutschen würde, da sich das von dem zu verfestigenden Übergangsradius 8 abgewandte Schlagwerkzeug 16 in keinem benachbarten Übergangsradius 8 oder einem benachbarten Flansch oder einer benachbarten Kurbelwange 7 abstützen kann.
Ferner kann die Kurbelwelle 4 Bereiche aufweisen, bei denen zwar zwei Übergangsradien 8 vorhanden sind zwischen die eine Schlageinrichtung 1 einbringbar ist, bei denen jedoch eine Schlagverfestigung nur in einem der Übergangsradien 8 erwünscht ist. Ein derartiger Bereich ist in Figur 4 mit der Bezeichnung B3 versehen. Beispielsweise kann es sich bei dem im Bereich B3 linken, nicht zu verfestigenden Übergangsradius 8 um einen Übergangsradius 8 handeln, der an eine Kurbelwange, einen Zapfen oder einen Flansch 28 angrenzt, der beispielsweise nicht ausreichend stabil ist, um den hohen Kräften bei der Schlagverfestigung standzuhalten. Aus diesem Grund kann ein Schlagwerkzeug 16 zum beidseitigen Schlagverfestigen gemäß dem Stand der Technik (vgl. Figur 3) an dieser Stelle nicht eingesetzt werden, da das von dem zu verfestigenden Übergangsradius 8 abgewandte Schlagwerkzeug 16 eine Schlagkraft gleichermaßen bzw. mit gleicher Wirkung in den nicht zu verfestigenden Übergangsradius 8 einbringen würde.
Schließlich ist in Figur 4 ein weiterer Bereich B4 der Kurbelwelle 4 dargestellt, bei dem aufgrund des rechtsseitig angrenzenden reduzierenden Querschnittübergangs wiederum nur ein einziger zu verfestigender Übergangsradius 8 vorhanden ist. Vergleichbar mit den Bereichen B und B2 an den Endpartien E würde auch hier ein Schlagwerkzeug 16 bzw. eine Schlageinrichtung 1 des Standes der Technik ohne erfindungsgemäße Ausgestaltung bei der Schlagverfestigung keinen ausreichenden Halt finden.
Es versteht sich, dass die dargestellten Bereiche B^ B2, B3, B4 und die dargestellte Kurbelwelle 4 lediglich zur Verdeutlichung des Prinzips dienen und die Erfindung selbstverständlich nicht auf eine einseitige Schlagverfestigung in den dargestellten Bereichen B^ B2, B3, B4 bzw. Positionen bzw. Übergangsradien 8 beschränkt zu verstehen ist. Die Erfindung eignet sich zur Schlagverfestigung beliebiger einzelner Übergangsradien 8 an beliebigen Positionen einer Kurbelwelle 4 mit beliebiger Konfiguration.
In Figur 5 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer ersten vorteilhaften Variante dargestellt. Dabei soll ein Bereich der Kurbelwelle 4, ähnlich dem in Figur 4 dargestellten Bereich B4, einseitig schlagverfestigt werden.
Es ist vorgesehen, den Übergangsradius 8 zwischen dem dargestellten Hauptlagerzapfen 6 und der angrenzenden Kurbelwange 7 der Kurbelwelle 4 schlagzuverfestigen.
Hierfür wird die grundsätzlich bereits bekannte Schlageinrichtung 1 mit dem Schlagkolben 23, der Um- lenkeinheit 20 und den beiden Schlagwerkzeugen 16 verwendet. Vorliegend wird das dem zu verfestigenden Übergangsradius 8 zugeordnete Schlagwerkzeug 16 als aktives Schlagwerkzeug 16.1 und das dem zu verfestigenden Übergangsradius 8 abgewandte Schlagwerkzeug 16 als passives Schlagwerkzeug 16.2 bezeichnet bzw. als solche verwendet. Im Verlauf der Schlagverfestigung überträgt der Schlagkolben 23 abermals über die Umlenkeinheit 20 einen Kraftstoß auf die Schlagwerkzeuge 16.1 , 16.2, wonach das aktive Schlagwerkzeug 16.1 über seinen Schlagkopf 21 in bekannter Weise die Schlagkraft in den Übergangsradius 8 einbringt. Da allerdings nur ein einziger Übergangsradius 8 vorhanden ist und das passive Schlagwerkzeug 16.2 zunächst keine Möglichkeit hätte, sich bei der Schlagverfestigung abzustützen, ist erfindungsgemäß an einer zu dem zu verfestigenden Übergangsradius 8 entlang der Kurbelwelle 4 bzw. entlang der Längsachse CKw der Kur- beiwelle 4 axial versetzten Position eine Stützhilfe 29 vorgesehen, an der sich das passive Schlagwerkzeug 16.2 abstützen kann, wobei die Stützhilfe 29 nach der Schlagverfestigung von der Kurbelwelle 4 entfernt wird. Die Stützhilfe 29 ist zur deutlicheren Darstellung in dem in den Figuren dargestellten Schnitt kreuzschraffiert gezeichnet.
Bei der dargestellten Stützhilfe 29 handelt es sich um einen Stützflansch, der vorzugsweise stoffschlüssig mit der Kurbelwelle 4 verbunden ist. Die Stützhilfe 29 kann beispielsweise auch während der Herstel- lung der Kurbelwelle 4 einstückig mit dieser ausgebildet worden sein oder vor dem Schlagverfestigen auf die Kurbelwelle 4 aufgebracht, beispielsweise angeschmiedet oder angegossen, worden sein.
Die Stützhilfe 29 kann dann nach der Schlagverfestigung vorzugsweise abgearbeitet, beispielsweise abgedreht, werden.
Die Stützhilfe 29 ist vorzugsweise aus einem ausreichend harten Material gefertigt und weist eine axiale Erstreckung auf, die geeignet ist, die durch das passive Schlagwerkzeug 16.2 eingebrachte Schlagkraft aufzunehmen und abzuleiten. Das passive Schlagwerkzeug 16.2 vermag sich somit erfindungsgemäß an der Stützhilfe 29 abzustützen, während das aktive Schlagwerkzeug 16.1 die Schlagkraft in den zu verfes- tigenden Übergangsradius 8 einbringt. Dabei kann an der Stützhilfe 29 ein weiterer Übergangsradius (der nicht verfestigt werden muss/soll) vorgesehen sein, dies ist allerdings nicht unbedingt erforderlich und in den Figuren auch nicht dargestellt.
Die Stützhilfe 29 weist ferner eine radiale Erstreckung auf, die ausreichend ist, dass das passive Schlagwerkzeug 16.2 während der Schlagverfestigung bzw. während dem Abstützen sicher auf dem Hauptlagerzapfen 6 verbleibt und nicht aus dem Hauptlagerzapfen 6 über die Stützhilfe 29 herausspringen kann.
In Figur 6 ist eine zweite Variante der Erfindung dargestellt, bei der ebenfalls eine Stützhilfe 29 vorgese- hen ist.
Die Variante der Figur 6 ist dabei grundsätzlich der Variante der Figur 5 ähnlich, wobei nachfolgend nur auf die wesentlichen Unterschiede Bezug genommen wird. Im Gegensatz zur Figur 5 ist die Stützhilfe 29 lösbar an der Kurbelwelle 4 befestigt und hierzu auf die Kurbelwelle 4 aufgeschraubt. Die Kurbelwelle 4 und die Stützhilfe 29 weisen hierfür ein entsprechendes jeweiliges Gewinde 30, 31 auf.
Bei Verwendung eines Gewindes 30, 31 kann die Stützhilfe 29 nach der Schlagverfestigung leicht wieder von der Kurbelwelle 4 entfernt werden. Insofern eine erhöhte Stabilität erforderlich ist, kann die Stützhilfe 29 nach dem Aufschrauben beispielsweise auch durch einzelne Schweißpunkte oder andere stoffschlüssige Verbindungstechniken an nicht bauteilkritischen Bereichen der Kurbelwelle 4 fixiert werden.
Es ist auch möglich, die Stützhilfe 29 lösbar an der Kurbelwelle 4 zu befestigen, indem die Stützhilfe 29 lediglich auf die Kurbelwelle 4 aufgeschoben wird, wobei ggf. kein Gewinde 30, 31 vorgesehen ist, und die Stützhilfe 29 beispielsweise ausgehend von einer umgebenden festen Struktur, z. B. der AbStützung 11 , mit ausreichender Kraft seitlich an einen Querschnittübergang der Kurbelwelle gepresst wird. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass sich die Kurbelwelle 4 während der Schlagverfestigung zwar noch drehen kann, die Stützhilfe 29 allerdings ausreichend an den Querschnittübergang gepresst ist, dass sich das passive Schlagwerkzeug 16.2 ausreichend an der Stützhilfe 29 abstützen kann. Gegebenenfalls kann die Druckkraft mit der die Stützhilfe 29 angepresst wird auch reduziert werden, wenn die Kurbelwelle 4 gedreht wird.
Zu den Varianten, die in den Figuren 5 und 6 dargestellt sind, soll noch erwähnt werden, dass eine Schlagverfestigung an den Endpartien E der Kurbelwelle 4, also z. B. in den in Figur 4 dargestellten Bereichen B B2 vergleichbar möglich ist. Dies ist aber nicht gesondert dargestellt.
Die Stützhilfe 29 kann gegebenenfalls auch in Position gebracht und gehalten werden ohne dass die Stützhilfe 29 an einen Querschnittsübergang angepresst wird.
Die Stützhilfe 29 benötigt für die Funktion nicht unbedingt einen Querschnittsübergang, an der die Stützhilfe 29 in Anlage gebracht wird. Die Stützhilfe 29 kann an einer beliebigen axialen Position entlang eines Zapfens 5, 6, einer Endpartie E oder einer sonstigen Position der Kurbelwelle 4 angeordnet sein. In Figur 7 ist eine dritte Variante der Erfindung dargestellt, die auch in Kombination mit den bereits vorgestellten Varianten realisierbar ist.
Abermals wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen. Es kann sich bei dem in Figur 7 gezeigten Bereich um einen Bereich handeln, der dem Bereich B3 der Figur 4 grundsätzlich ähnlich ist.
Bei dem in Figur 7 dargestellten Kurbelwellensegment sind an dem entsprechenden Hauptlagerzapfen 6 an dessen Enden jeweils Übergangsradien 8 vorhanden, wobei allerdings vorliegend nur der linke Übergangsradius 8, d. h. der Übergangsradius 8, der an die Kurbelwange 7 angrenzt, schlagverfestigt werden soll. Dies gilt insbesondere, da der Abschlussflansch 28, an dem der zweite Übergangsradius 8 ausgebildet ist, eine zu geringe axiale Erstreckung aufweist, um das Einbringen einer Schlagkraft mit einem üblichen Schlagwerkzeug 16 unbeschadet zu überstehen. Aus diesem Grund ist vorgesehen, dass das passive Schlagwerkzeug 16.2 anstelle eines Schlagkopfes 21 ein Stützelement 32 aufweist, mit dem sich das passive Schlagwerkzeug 16.2 an der Kurbelwelle 4 abstützt. Das Stützelement 32 weist dabei eine größere Anlagefläche zur Anlage an der Kurbelwelle 4 auf als der Schlagkopf 21 des aktiven Schlagwerkzeugs 16.1 . Durch die vergrößerte Anlagefläche verteilt sich die Schlagkraft auf einen größeren Bereich, wodurch die durch das passive Schlagwerkzeug 16.2 eingebrachte Schlagkraft ohne Gefährdung des nicht ausreichend stabilen Flansches 28 und/oder der Kurbelwelle 4 in das Material der Kurbelwelle 4 abgeleitet werden kann.
Vorzugsweise kann das Stützelement 32 des passiven Schlagwerkzeugs 16.2 aus einem weniger harten Material ausgebildet sein als der Schlagkopf 21 des aktiven Schlagwerkzeugs 16.1 , als die Kurbelwelle 4 und/oder als der Übergangsradius 8, der mit dem aktiven Schlagwerkzeug 16.1 schlagverfestigt wird. Die in Figur 7 dargestellte Schlageinrichtung 1 mit dem passiven Schlagwerkzeug 16.2 mit der Stützhilfe 32 kann derart ausgebildet sein, dass diese leicht anpassbar bzw. auswechselbar ist, um alternativ auch zwei an denselben Zapfen 5 bzw. 6 angrenzende Übergangsradien 8 gleichzeitig schlagzuverfestigen. Es kann also insbesondere eine Schlageinrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik verwendet werden, bei dem einzelne Komponenten, insbesondere der Schlagkopf 21 bzw. das Stützelement 32 oder das gesamte aktive Schlagwerkzeug 16.1 , gegen ein passives Schlagwerkzeug 16.2 austauschbar ist.
Es kann also vorgesehen sein, dass zum gleichzeitigen Schlagverfestigen von zwei an den gleichen Zapfen 5, 6 angrenzenden Übergangsradien 8 das passive Schlagwerkzeug 16.2 gegen ein aktives Schlagwerkzeug 16.1 und/oder das Stützelement 32 des passiven Schlagwerkzeugs 16.2 gegen einen Schlag- köpf 21 ausgetauscht wird und umgekehrt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere eines Übergangsradius (8) zwischen einem Pleuellagerzapfen (5) und einer Kurbelwange (7) und/oder eines Übergangsradius (8) zwischen einem Hauptlagerzapfen (6) und einer Kurbelwange (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
zum Schlagverfestigen eine Schlageinrichtung (1) verwendet wird, die einen Schlagkolben (23), eine Umlenkeinheit (20) und ein aktives Schlagwerkzeug (16.1) sowie ein passives Schlagwerkzeug (16.2) aufweist, wobei die Schlagwerkzeuge (16.1, 16.2) an der Umlenkeinheit (20) befestigt sind, und wobei der Schlagkolben (23) über die Umlenkeinheit (20) einen Kraftstoß auf die Schlagwerkzeuge (16.1, 16.2) überträgt, wonach das aktive Schlagwerkzeug (16.1) über einen Schlagkopf (21) eine Schlagkraft in den Übergangsradius (8) einbringt und wobei bei dem passiven Schlagwerkzeug (16.2) anstelle eines Schlagkopfes (21) ein Stützelement (32) verwendet wird, mit dem sich das passive Schlagwerkzeug (16.2) an der Kurbelwelle (4) abstützt und/oder das passive Schlagwerkzeug (16.2) an einer zu dem Übergangsradius (8) entlang der Kurbelwelle (4) axial versetzten Position an einer Stützhilfe (29) abgestützt wird, wobei die Stützhilfe (29) nach der Schlagverfestigung von der Kurbelwelle (4) entfernt wird.
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
die Stützhilfe (29) vor dem Schlagverfestigen auf die Kurbelwelle (4) aufgebracht wird oder während der Herstellung der Kurbelwelle (4) ausgebildet 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
die Stützhilfe (29) nach dem Schlagverfestigen abgearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
als Stützhilfe (29) ein Stützzapfen, ein Stützflansch oder ein Stützring verwendet 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
die Stützhilfe (29) stoffschlüssig an der Kurbelwelle (4) befestigt wird, vorzugsweise an der Kurbelwelle (4) angeschmiedet oder angegossen 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 die Stützhilfe (29) lösbar an der Kurbelwelle (4) befestigt wird, vorzugsweise formschlüssig an der Kurbelwelle (4) befestigt wird, besonders bevorzugt verschraubt oder verklemmt wird.
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
das Stützelement (32) des passiven Schlagwerkzeugs (16.2) eine größere Anlagefläche zur Anlage an der Kurbelwelle (4) aufweist als der Schlagkopf (21) des aktiven Schlagwerkzeugs (16.1).
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
das Stützelement (32) des passiven Schlagwerkzeugs (16.2) aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als der Schlagkopf (21) des aktiven Schlagwerkzeugs (16.1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Stützelement (32) des passiven Schlagwerkzeugs (16.2) aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als die Kurbelwelle (4) und/oder dass das Stützelement (32) aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als der Übergangsradius (8), der mit dem aktiven Schlagwerkzeug
(16.1) schlagverfestigt wird.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zum gleichzeitigen Schlagverfestigen von zwei Übergangsradien (8), die an den gleichen Pleuellagerzapfen (5) oder Hauptlagerzapfen (6) angrenzen, das passive Schlagwerkzeug (16.2) gegen ein aktives Schlagwerkzeug (16.1) und/oder das Stützelement (32) des passiven Schlagwerkzeugs
(16.2) gegen einen Schlagkopf (21) ausgetauscht wird.
1. Vorrichtung zum Schlagverfestigen eines Übergangsradius (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere eines Übergangsradius (8) zwischen einem Pleuellagerzapfen (5) und einer Kurbelwange (7) und/oder eines Übergangsradius (8) zwischen einem Hauptlagerzapfen (6) und einer Kurbelwange (7) der Kurbelwelle (4), mit einer Schlageinrichtung (1), die einen Schlagkolben (23) und eine Umlenkeinheit (20) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Schlageinrichtung (1) ein aktives Schlagwerkzeug (16.1) sowie ein passives Schlagwerkzeug (16.2) aufweist, wobei die Schlagwerkzeuge (16.1, 16.2) an der Umlenkeinheit (20) befestigt sind, und wobei der Schlagkolben (23) über die Umlenkeinheit (20) einen Kraftstoß auf die Schlagwerkzeuge (16.1, 16.2) überträgt, wobei das aktive Schlagwerkzeug (16.1) über einen Schlagkopf (21) eine Schlagkraft in den Übergangsradius (8) einbringt, und wobei das passive Schlagwerkzeug (16.2) anstelle eines Schlagkopfes (21) ein Stützelement (32) aufweist, mit dem sich das passive Schlagwerkzeug (16.2) an der Kurbelwelle (4) abstützt und/oder die Schlageinrichtung (1) eine Stützhilfe (29) aufweist, welche an einer zu dem Übergangsradius (8) entlang der Kurbelwelle (4) axial versetzten Position zur AbStützung des passiven Schlagwerkzeugs (16.2) positionierbar ist, wobei die Stützhilfe (29) nach der Schlagverfestigung wieder von der Kurbelwelle (4) entfernbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Stützhilfe (29) als Stützzapfen, Stützflansch oder Stützring ausgebildet ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Stützhilfe (29) stoffschlüssig an der Kurbelwelle (4) befestigt ist, vorzugsweise an der Kurbelwelle (4) angeschmiedet oder angegossen ist und/oder dass die Stützhilfe (29) lösbar an der Kurbelwelle (4) befestigt ist, vorzugsweise formschlüssig an der Kurbelwelle (4) befestigt ist, beson- ders bevorzugt verschraubt oder verklemmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Stützhilfe (29) und die Kurbelwelle (4) ein Gewinde (30, 31) aufweisen, um die Stützhilfe (29) auf die Kurbelwelle (4) aufzuschrauben.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Stützelement (32) des passiven Schlagwerkzeugs (16.2) eine größere Anlagefläche zur Anla- ge an der Kurbelwelle (4) ausbildet als der Schlagkopf (21) des aktiven Schlagwerkzeugs (16.1) und/oder dass das Stützelement (32) des passiven Schlagwerkzeugs (16.2) aus einem weniger harten Material ausgebildet ist als der Schlagkopf (21) des aktiven Schlagwerkzeugs (16.1), die Kurbelwelle (4) und/oder der zu verfestigende Übergangsradius (8).
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