DE102005032185A1

DE102005032185A1 - Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Kurbelwellen

Info

Publication number: DE102005032185A1
Application number: DE200510032185
Authority: DE
Inventors: Peter Reim; Werner Hüttig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-07-09
Filing date: 2005-07-09
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-07-10
Also published as: DE102005032185B4

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit einer Kurbelwelle bereit, wobei am Übergangsradius zwischen Kurbelwange und Hubzapfen mittels zumindest eines Verfestigungswerkzeuges Druck eingebracht wird, wobei Druck in Abschnitte des Übergangsradius bei gleichzeitigem Einwirken eines Gegendrucks partiell eingebracht wird. Ferner stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Einbringen von Druck in Übergangsradien bereit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit einer Kurbelwelle, wobei an den Übergangsradien zwischen Kurbelwange und Hubzapfen Druck eingebracht wird.

Um die dynamische Beanspruchbarkeit einer Kurbelwelle zu erhöhen, werden diese an den Übergangsradien festgewalzt. Dabei werden Festwalzrollen mit definierter Kraft in die Übergangsradien gedrückt, welche durch die Kurbelwange und dem Hubzapfen gebildet werden. Durch das Eindrücken der Festwalzrollen entsteht eine plastische Verformung zwischen dem Übergang und es werden auf diese Weise Druckspannungen in die Kurbelwelle eingebracht, welche die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle erhöhen. Dabei wird die Kurbelwelle über 360° festgewalzt. Dieses Verfahren hat die Folge, dass die Wangen aufklappen und die Kurbelwelle sich stark in ihrer Geometrie verändert, wodurch ein Nacharbeiten nötig wird. Ferner ist der Verschleiß der Walzen bei diesem Verfahren hoch, was eine Erhöhung der Betriebskosten zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Einbringen von Druck an den Übergangsradien einer Kurbelwelle bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bereits mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit einer Kurbelwelle, wobei am Übergangsradius zwischen Kurbelwange und Hubzapfen mittels zumindest eines Verfestigungswerkzeuges Druck eingebracht wird sieht vor, dass der Druck bei gleichzeitigen Einwirken eines Gegendrucks partiell in Abschnitte des Übergangsradius eingebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, dass auf einfache Weise die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle erhöht werden kann. Dazu wird am Übergangsradius der Kurbelwelle, der zwischen der Kurbelwange und Hubzapfen gebildet wird, partiell Druck eingebracht. Hierbei ist es nicht mehr notwendig den Druck mit einer Beaufschlagung von 360° einzubringen, sondern es hat sich gezeigt, dass es bereits ausreicht, wenn der Druck nur partiell, also nur in bestimmte Abschnitte der Übergangsradien, eingebracht wird. Dazu wird der Druck mittels der Verfestigungswerkzeuge unter gleichzeitiger Erzeugung eines Gegendrucks in den Übergangradius eingebracht.

Durch ein derartiges Verfahren wird erreicht, dass die Geometrie der Kurbelwelle sich wesentlich geringer verformt, und somit ein Nacharbeiten verringert wird. Der Fertigungsaufwand wird dadurch stark reduziert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sieht die Erfindung vor, dass als Verfestigungswerkzeug Rollen und/oder Stempel und/oder Schlagbolzen verwendet werden. Diese Werkzeuge sind einfach in der Handhabung und ermöglichen somit ein einfaches Einbringen von Druck in die Übergangsradien

Die Erfindung sieht vor, dass der Druck maschinell in die Übergangsradien eingebracht wird. Dabei wird der Druck in definierte Bereiche der Übergangsradien eingebracht. Diese definierten Bereiche sind abhängig von der erforderlichen Bauteilfestigkeit und werden vor dem Einbringen des Druckes in die Übergangsradien ermittelt und festgelegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, dass die Kurbelwelle maximal um 180° um ihre Drehachse gedreht werden muss. Dabei wird die Kurbelwelle in eine Vorzentrierung beweglich eingespannt und maximal um 180° um ihre Drehachse nach links oder rechts segmentweise gedreht. Es wird dadurch ermöglicht, dass der Druck in die definierten Bereiche eingebracht wird.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Druck und der Gegendruck mittels einer zangenartigen Einrichtung eingebracht wird. Diese Einrichtung ermöglicht, dass der Druck und der Gegendruck einfach über den gesamten Übergangsradius partielleingebracht werden kann. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die zangenartige Einrichtung in drei senkrecht zueinander verlaufenden Achsen beweglich ist, so dass die zangenartige Einrichtung senkrecht zu Kurbelwellenachse in zwei Richtungen und entlang der Achse der Kurbelwelle bewegt werden kann. Die zangenartige Einrichtung wird beim Drehen der Kurbelwelle um ihre Achse mitgeführt und kann an jeder Stelle des Übergangradius diesen mit Druck beaufschlagen.

Der Druck wird mittels der zangenartigen Vorrichtung für jeden Übergangsradius vorzugsweise einzeln eingebracht. Die Kurbelwelle bleibt dabei in der Vorzentrierung eingespannt und die zangenartige Vorrichtung wird an den nächsten Übergangsradius geführt werden kann, um diesen mit Druck zu beaufschlagen.

Die Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zum Einbringen von Druck in Kurbelwellen bereit, wobei die Vorrichtung zangenartig ausgebildet ist und zumindest eine Stützrolle und zumindest eine Druckrolle aufweist. Ferner ist die Vorrichtung zumindest in zwei Richtungen beweglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein Einbringen von Druck in die Übergangsradien einer Kurbelwelle. Dabei wird der Druck derart eingebracht, dass an der Vorrichtung, welche zangenartig ausgebildet ist, zumindest eine Stützrolle zum Erzeugen eines Gegendrucks und zumindest eine Druckrolle angeordnet sind. Dabei wird mittels der Druckrolle Druck in den Übergangradius eingebracht. Die Stützrolle dient dem Erzeugen eines Gegendrucks, so dass die Übergangsradien mit Druck beaufschlagt werden können.

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung in drei Richtungen beweglich. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung parallel zur Achse der Kurbelwelle beweglich ist, senkrecht zur Achse in vertikaler Richtung und senkrecht zur Achse in horizontaler Richtung. Dadurch wird ermöglicht, dass die Vorrichtung der Bewegung der Kurbelwelle folgen kann, wenn diese gedreht wird. Ferner kann die Kurbelwelle eingespannt bleiben wenn Druck in einen Übergangsradius eingebracht worden ist und ein weiterer Übergangsradius der Kurbelwelle mit Druck beaufschlagt werden soll. Die Vorrichtung kann dann auf einfache Weise zum nächsten Übergangsradius geführt werden und es kann nun in den nächsten Übergangsradius Druck eingebracht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine in eine Vorzentrierung eingespannte Kurbelwelle in der Seitenansicht zu Beaufschlagen von Druck mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt,
3 eine in eine Vorzentrierung eingespannte Kurbelwelle in der Seitenansicht zu Beaufschlagen von Druck mittels Stempel.
1 zeigt eine Kurbelwelle 10, welche in eine Vorzentrierung 14 eingespannt ist, von der Seite. Die dargestellte Kurbelwelle 1 weist die Lagerzapfen 10a, 10b, 10c mit einer gemeinsamen Drehachse 12 und zwei Hubzapfen 18a und 18b auf. Am Übergang vom Hubzapfen 18a und 18b zu den Kurbelwangen 16 befinden sich die Übergangsradien 20.
Die Kurbelwelle 10 ist derart in die Vorzentrierung 14 eingespannt, dass sie um ihre eigene Drehachse 12 gedreht werden kann. Die Drehung kann dabei in beide Richtungen erfolgen, also links oder rechts um die Drehachse 12.
Um nun Druck in einen Übergangsradius 20 einzubringen, wird mittels einer Druckrolle 22 Druck in den Übergangsradius 20 eingebracht. Dabei wird gleichzeitig mittels einer Stützrolle 24 ein Gegendruck erzeugt, wobei in einen genau definierten Bereich am Übergangsradius 20 Druck eingebracht wird. Dafür wurden zuvor die Bereiche konstruktiv bestimmt und genau festgelegt, mit welchem Druck der Übergangsradius 20 beaufschlagt werden soll.
Es wird nun mittel der Druckrolle 22, die an einer zangenartigen Vorrichtung 28 angebracht ist der Druck in den Übergangsradius 20 eingebracht. Dabei wird gleichzeitig mittels der Stützrolle 24 der Gegendruck erzeugt, so dass der Druck genau in den Übergangsradius 20 eingebracht werden kann. Auch die Stützrolle 24 ist an der zangenartigen Vorrichtung 28 angebracht.
Ist nun ein definierter Bereich des Übergangsradius 20 mit Druck beaufschlagt worden, wird die Kurbelwelle 10 um ihre Drehachse 12 gedreht. Dabei erfolgt eine Drehung um maximal 180° der Drehachse 12. Da nur partiell Druck in den Übergangsradius 20 eingebracht werden soll, wird die Kurbelwelle um 30° nach links gedreht. Nun wird wieder mit Hilfe der zangenartigen Vorrichtung 28 mittels der Druckrolle 22 und der Stützrolle 24 Druck in den Übergangsradius 20 eingebracht. Es folgen nun weitere Drehungen der Kurbelwelle 1 bis alle definierten Bereiche des Übergangsradius 20 mit Druck beaufschlagt sind. Hierbei wird die Kurbelwelle 1 entweder nach links oder nach rechts um ihre eigene Drehachse 12 gedreht. Danach wird der nächste Übergangsradius 20 mit Druck beaufschlagt.
Um die Kurbelwelle 1 mittels der zangenartigen Vorrichtung 28 an allen Bereichen mit Druck beaufschlagen zu können, ist es notwendig, dass diese zangenartige Vorrichtung 28 in mehrere Richtungen beweglich ist.
2 zeigt stark vereinfacht, einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 28. Dabei wird der Hubzapfen 18 der Kurbelwelle 1 von der zangenartigen Vorrichtung 28 umgeben. Die zangenartige Vorrichtung 28 ist derart ausgestaltet, dass der Hubzapfen 18 umfasst werden kann. Ferner weist die zangenartige Vorrichtung 28 zwei Druckrollen 22 und eine Stützrolle 24 auf. Dabei sind die Druckrollen 22 gegenüber der Stützrolle 24 an der zangenartigen Vorrichtung 28 angebracht. Die zangenartige Vorrichtung 28 ist in drei Achsen beweglich. Soll nun ein Übergangsradius 20 einer Kurbelwelle 1, die in eine Vorzentrierung 14 eingespannt ist, mit Druck beaufschlagt werden, werden die Druckrollen 22, die sich an der zangenartigen Vorrichtung 28 befinden an die vordefinierte Stelle angesetzt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Stützrolle 24 an den Hubzapfen 18 angesetzt. Anschließend werden die Übergangsradien 20 mit Druck beaufschlagt. Wird nun eine weitere Stelle des Übergangsradius 20 beaufschlagt, öffnet sich die zangenartige Vorrichtung und kann in die gewünschte Position gebracht werden. Dabei ist die zangenartige Vorrichtung in drei Richtungen (nach oben/nach unten, links/rechts und nach vorne/nach hinten) beweglich. Es erfolgt das oben beschriebene Verfahren für jeden Hubzapfen 18 einzeln.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung. Dabei wird wiederum eine Kurbelwelle 1 in eine Vorzentrierung 14 eingelegt. Der Übergangsradius 20 wird hier mittels eines Schlagbolzens 30 beaufschlagt. Zur Erzeugung des Gegendrucks wird ein Stempel 32 verwendet. Durch schlagende Bewegung wird nun Druck in die Übergangsradien 20 gebracht. Dabei kann diese schlagende Bewegung maschinell oder manuell erzeugt werden. Anschleißend wird die Kurbelwelle 1 gedreht, so dass ein weiterer definierter Bereich beaufschlagt werden kann.

1: Kurbelwelle
10a: Lagerzapfen
10b: Lagerzapfen
10c: Lagerzapfen
12: Drehachse
14: Vorzentrierung
16: Kurbelwange
18: Hubzapfen
20: Übergangsradius
22: Druckrolle
24: Stützrolle
26: Drehrichtung
28: zangenartige Vorrichtung
30: Schlagbolzen
32: Stempel

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit einer Kurbelwelle, wobei an den Übergangsradien zwischen Kurbelwange und Hubzapfen mittels zumindest eines Verfestigungswerkzeuges Druck eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck partiell in Abschnitte zumindest eines Übergangsradius bei gleichzeitigem Einwirken eines Gegendrucks eingebracht wird.
Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit einer Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verfestigungswerkzeug zumindest eine Rolle und/oder zumindest ein Stempel und/oder zumindest ein Schlagbolzen verwendet werden.
Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit einer Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck maschinell eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte in Abhängigkeit von der erforderlichen Bauteilfestigkeit eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle zum Einbringen des Drucks in einen Übergangsradius jeweils maximal um 180° um die Drehachse der Kurbelwelle gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle zum Einbringen des Drucks in einem Übergangsradius jeweils segmentweise um die Drehachse der Kurbelwelle gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck für jeden Übergangsradius einzeln eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und der Gegendruck mittels einer zangenartigen Einrichtung eingebracht wird.
Vorrichtung zum Einbringen von Druck in Kurbelwellen, wobei die Kurbelwelle in eine Vorzentrierung eingespannt ist und um die Kurbelwellenachse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zangenartig ausgebildet ist und zumindest eine Stützrolle zum Erzeugen von Gegendruck und zumindest eine Druckrolle zum Erzeugen von Druck aufweist, wobei die Vorrichtung zumindest senkrecht zur Kurbelwellenachse in zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen beweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Druck in Kurbelwellen entlang der Kurbelwellenachse beweglich ist.