DE102007061026B4 - Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, sowie Kurbelwelle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, die zumindest einen Hubzapfen aufweist, wobei mindestens ein Radien-Übergangsbereich des Hubzapfens induktiv gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der induktiv gehärtete Radien-Übergangsbereich zumindest bereichsweise laserstrahlgehärtet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, die zumindest einen Hubzapfen aufweist, wobei mindestens ein Radien-Übergangsbereich des Hubzapfens induktiv gehärtet wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Kurbelwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, die zumindest einen Hubzapfen mit mindesten einem induktiv gehärteten Radien-Übergangsbereich aufweist.
  • Zur Herstellung von Kurbelwellen sind unterschiedlichste Verfahren bekannt. Kurbelwellen werden im Betrieb aufgrund der exzentrisch angeordneten/vorgesehenen Hubzapfen, an denen jeweils zumindest ein Pleuel drehbar gelagert ist, durch den im Zylinder entstehenden Verbrennungsdruck, der sich über das Pleuel auf den Hubzapfen auswirkt, insbesondere an den Radien-Übergangsbereichen des Hubzapfens mechanisch hoch belastet. Ein derartiger Radien-Übergangsbereich des Hubzapfens kann beispielsweise ein Einstich- und/oder ein Radius am Übergang zwischen dem Hubzapfen und beispielsweise einer Wange beziehungsweise einem Flansch der Kurbelwelle sein. Ein derartiger Radien-Übergangsbereich wird durch die wechselnde Belastung im Betrieb der Kurbelwelle besonders hoch beansprucht. Dies kann zu einer Rissbildung, insbesondere im Bereich der höchsten Oberflächenspannung, führen. Aus der DE 103 61 739 B4 wird zur Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit der Kurbelwelle vorgeschlagen, einen Radien-Übergangsbereich induktiv zu härten. Jedoch ist die so erzeugte Dauerschwingfestigkeit bei hoch beanspruchten Kurbelwellen auf Dauer nicht gewährleistet. Aus der Druckschrift DE 21 38 599 C2 ist außerdem bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem eine erste Induktionshärtung von Hohlkehlen einer Kurbelwelle erfolgt, und anschließend eine zweite Induktionshärtung durchgeführt wird, um die Härte der zylindrischen Laufflächen der Kurbelwelle zu steigern, während durch die Anlasswirkung des Wärmeflusses die Härte im Übergangsbereich zwischen Laufflächen und Hohlkehlen vermindert wird.
  • Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle zu schaffen, das auf einfache und kostengünstige Art und Weise die Dauerschwingfestigkeit der Kurbelwelle im Radien-Übergangsbereich dauerhaft gewährleistet.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der induktiv gehärtete Radien-Übergangsbereich zumindest bereichsweise laserstrahlgehärtet wird. Es ist hierbei also vorgesehen, dass die Kurbelwelle in zumindest einem Radien-Übergangsbereich induktiv gehärtet und anschließend zumindest bereichsweise laserstrahlgehärtet wird. Durch das anschließende Laserstrahlhärten wird eine sehr feinkörnige und harte Martensitschicht erzeugt, die gezielt in dem am höchsten belasteten Bereich (Radien-Übergangsbereich) zusätzliche Druckeigenspannungen hervorruft. Somit wird durch gezielte Anhäufung der Druckeigenspannungen in dem meist beanspruchten Bereich die (Dauerschwing-)Festigkeit der Kurbelwelle erhöht.
  • Vorteilhafterweise wird der laserstrahlgehärtete Bereich mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Tiefe erstellt. Eine „saubere” Gestaltung des Übergangsbereichs von dem laserstrahlgehärteten Bereich zu dem induktiv gehärteten Radien-Übergangsbereich sichert dabei die hohe Dauerschwingfestigkeit der Kurbelwelle.
  • Vorteilhafterweise wird vor dem Laserstrahlhärten der Radien-Übergangsbereich zur Erzeugung von Druckspannungen einem Anlass-Verfahren unterzogen. Wobei hierzu ein entsprechender Ofen und/oder die Restwärme der induktiv gehärteten Kurbelwelle verwendet werden kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird als Hubzapfen ein Hubzapfen mit mindestens einem Winkelversatz verwendet. Derartige Kurbelwellen beziehungsweise Hubzapfen werden auch „Splitpin-Kurbelwelle” beziehungsweise „Splitpin-Hubzapfen” genannt. Durch den Winkelversatz wird der Hubzapfen in zwei Hubzapfenabschnitte geteilt, die einen Drehwinkelversatz zueinander aufweisen. An jedem dieser Hubzapfenabschnitte kann jeweils ein Pleuel drehbar gelagert angeordnet werden. Der Übergang von einem ersten Hubzapfenabschnitt zu einem im Winkelversatz dazu angeordneten, zweiten Hubzapfenabschnitt ist hierbei ebenfalls als Radien-Übergangsbereich im Sinne der Erfindung zu verstehen. Insbesondere hier treten im Betrieb der (Split-)Kurbelwelle hohe Schwingbelastungen/Wechselbelastungen auf. Durch das vorteilhafte Verfahren wird die Dauerschwingfestigkeit, insbesondere in diesem Radien-Übergangsbereich erhöht.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Kurbelwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, die zumindest einen Hubzapfen mit mindestens einem induktiv gehärteten Radien-Übergangsbereich aufweist. Vorteilhafterweise weist der induktiv gehärtete Radien-Übergangsbereich zumindest einen laserstrahlgehärteten Bereich auf. Der Radien-Übergangsbereich ist somit induktiv gehärtet und weist zumindest einen Bereich auf, der (nachträglich) laserstrahlgehärtet ist.
  • Zweckmäßigerweise weist der laserstrahlgehärtete Bereich eine im Wesentlichen gleichmäßige Tiefe auf.
  • Schließlich ist vorgesehen, dass der Hubzapfen als Splitpin-Hubzapfen mit mindestens einem Winkelversatz ausgebildet ist. Es ist also vorgesehen, dass der Hubzapfen zumindest zwei Hubzapfenabschnitte aufweist, die an einem Drehwinkelversatz zueinander liegen.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Kurbelwelle und
  • 2 einen vergrößerten Bereich der vorteilhaften Kurbelwelle.
  • Die 1 zeigt beispielhaft einen Abschnitt einer vorteilhaften Kurbelwelle 1 für einen Verbrennungsmotor, in einer schematischen Längsschnittdarstellung. Der dargestellte Abschnitt der Kurbelwelle 1 weist einen Hubzapfen 2 auf, der einen Winkelversatz aufweist, sodass zwei Hubzapfenabschnitte 3 und 4 des Hubzapfens 2 einen Drehwinkelversatz zueinander aufweisen. Die Kurbelwelle 1 ist somit als „Splitpin-Kurbelwelle” 5 ausgebildet, wobei an jedem der Hubzapfenabschnitte 3, 4 ein Pleuel drehbar gelagert werden kann. Der Hubzapfen 2 beziehungsweise die Hubzapfenabschnitte 3, 4 werden zwischen zwei Kurbelwangen 6 der Kurbelwelle 1 gehalten. Durch die exzentrische Anordnung des Hubzapfens 2 beziehungsweise der Hubzapfenabschnitte 3 und 4 zu der Drehachse 7 der Kurbelwelle 1, sind auch die Drehachsen 8, 9 von an den jeweiligen Hubzapfenabschnitten 3, 4 drehbar lagerbaren Pleuels exzentrisch angeordnet. Aufgrund der Ausbildung als Splitpin-Kurbelwelle 5 liegen die Drehachsen 8 und 9 in dem vorher beschriebenen Drehwinkelversatz zueinander.
  • Der Hubzapfen 2 weist induktiv gehärtete Bereiche 10 auf, die sich im Wesentlichen entlang der Hubzapfenabschnitte 3 und 4 über deren gesamten Umfang erstrecken. Die induktiv gehärteten Bereiche 10 sind in der 1 schraffiert dargestellt. Sie erstrecken sich weiterhin über Radien-Übergangsbereiche 11 von den Hubzapfenabschnitten 3 und 4 zu der jeweiligen Kurbelwange 6 beziehungsweise über Radien-Übergangsbereiche 12, die von einem der Hubzapfenabschnitte 3 oder 4 zu dem anderen Hubzapfenabschnitt 4 oder 3 führen.
  • In den Übergangsbereichen 11 und 12 weist der Hubzapfen 2 der Kurbelwelle 1 weiterhin jeweils einen laserstrahlgehärteten Bereich 13 auf. Die laserstrahlgehärteten Bereiche 13 wurden vorteilhafterweise erstellt, nach dem die Radien-Übergangsbereiche 11 und 12 induktiv gehärtet und besonders vorteilhaft anschließend angelassen wurden. Durch das nachträgliche Hinzufügen/Erstellen der lasergehärteten Bereiche in den Radien-Übergangsbereichen 11 und 12 wird eine feinkörnige Martensitschicht erzeugt, die zu zusätzlichen Druckeigenspannungen in den hoch belasteten Bereichen der Kurbelwelle 1 beziehungsweise des Hubzapfens 2 führen. Weiterhin ist es denkbar, die Kurbelwelle 1 nach Erzeugung der laserstrahlgehärteten Bereiche 13 auf eine definierte Temperatur anzulassen.
  • Die 2 zeigt dazu in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt A des Hubzapfens 2 aus der 1. Der dargestellte Ausschnitt A zeigt den Radien-Übergangsbereich 12 von dem Hubzapfenabschnitt 3 zu dem in einem Winkelversatz dazu liegenden Hubzapfenabschnitt 4. Im Übergangsbereich 12 zwischen den Hubzapfenabschnitten 3 und 4 ist ein Einstich 14 vorgesehen. In dem Radien-Übergangsbereich 12 ist der nachträglich in dem induktiv gehärteten Bereich 10 erstellte, lasergehärtete Bereich 13 vorgesehen. Der Bereich 13 weist vorteilhafterweise eine im Wesentlichen gleichmäßige Tiefe auf, die sich vorteilhaft auf die Dauerschwingfestigkeit der Kurbelwelle 1 auswirkt. Durch den laserstrahlgehärteten Bereich 13 beziehungsweise durch die laserstrahlgehärteten Bereiche 13 werden Druckeigenspannungen in den am meisten beanspruchten Bereichen (11 und 12) des Hubzapfens 2 beziehungsweise der Kurbelwelle 1 erzeugt, die die Dauerschwingfestigkeit der Kurbelwelle 1 insgesamt dauerhaft gewährleisten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kurbelwelle
    2
    Hubzapfen
    3
    Hubzapfenabschnitt
    4
    Hubzapfenabschnitt
    5
    Splitpin-Kurbelwelle
    6
    Kurbelwange
    7
    Drehachse
    8
    Drehachse
    9
    Drehachse
    10
    induktiv gehärteter Bereich
    11
    Radien-Übergangsbereich
    12
    Radien-Übergangsbereich
    13
    laserstrahlgehärteter Bereich
    14
    Einstich

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, die zumindest einen Hubzapfen aufweist, wobei mindestens ein Radien-Übergangsbereich des Hubzapfens induktiv gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der induktiv gehärtete Radien-Übergangsbereich zumindest bereichsweise laserstrahlgehärtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der laserstrahlgehärtete Bereich mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Tiefe erstellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Laserstrahlhärten der Radien-Übergangsbereich einem Anlass-Verfahren unterzogen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hubzapfen ein Hubzapfen mit mindestens einem Winkelversatz verwendet wird.
  5. Kurbelwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, die zumindest einen Hubzapfen mit mindestens einem induktiv gehärteten Radien-Übergangsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der induktiv gehärtete Radien-Übergangsbereich (11, 12) zumindest einen laserstrahlgehärteten Bereich (13) aufweist.
  6. Kurbelwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der laserstrahlgehärtete Bereich (13) eine im Wesentlichen gleichmäßige Tiefe aufweist.
  7. Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubzapfen (2) mindestens einen Winkelversatz aufweist.
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