DE102011115954A1

DE102011115954A1 - Verfahren zum Herstellen einer Welle

Info

Publication number: DE102011115954A1
Application number: DE102011115954A
Authority: DE
Inventors: Viktor Buchmiller; Matthias Hartweg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle, welche in einer Mehrzahl von Teilbereichen (18, 34), insbesondere in jeweiligen Bereich (18, 34) von Lagerzapfen (12), Hubzapfen (14) oder dgl., bruchgetrennt wird, wobei vor dem Bruchtrennen in jeden zu trennenden Teilbereich (18, 34) an der jeweiligen Trennstelle eine Kerbe (24, 38) eingeformt wird, wobei das Einformen der jeweiligen Kerbe (24, 38) und das Bruchtrennen sequentiell für alle zu trennenden Teilbereiche (18, 34) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Üblicherweise erfolgt die Lagerung der Hauptlager von Kurbelwellen in Verbrennungsmotoren sowie die Lagerung der Pleuel an den Kurbelzapfen der Kurbelwelle mittels geteilter Gleitlager, so dass die Kurbelwelle selbst als einstückiges Bauteil gefertigt wird. Bei derartigen einstückigen Kurbelwellen ist es bekannt, die Pleuel im Bereich ihrer Lageraugen bruchzutrennen, so dass die Pleuel auf die Kurbelzapfen aufgesetzt werden können, wonach die bruchgetrennten Teile des Pleuels wieder verspannt werden. Alternativ sind auch sogenannte gebaute Kurbelwellen bekannt, bei denen jeweils einzelne Kurbelzapfen bzw. Hauptlagerzapfen mit den Kurbelwangen verbunden werden. Dies ermöglicht unter anderem die Verwendung ungeteilter Pleuel. Solche gebauten Kurbelwellen sind jedoch aufwändig in ihrer Herstellung.
Alternativ hierzu ist es auch bekannt, die Kurbelwelle zunächst als einstückiges Bauteil bereitzustellen und anschließend die Lagerstellen, also die Lagerzapfen und Kurbelzapfen, bruchzutrennen. Hierdurch können ungeteilte Lager verwendet werden. Die Kurbelwelle selbst wird nach der Bruchtrennung mit den entsprechenden Lagern versehen und wieder verspannt. Durch die unregelmäßigen, komplementären Bruchflächen ergibt sich eine gute Belastungs- und Momentenübertragungsfähigkeit Ein Verfahren zum Herstellen einer derart bruchgetrennten Kurbelwelle ist aus der DE 199 22 303 A1 bekannt. Bei bekannten Verfahren wird dabei nach dem Bereitstellen eines Kurbelwellenrohlings zunächst eine spanende Vorbearbeitung vorgenommen, bei welcher an den zukünftigen Trennstellen Kerben in den Rohling eingebracht werden. Anschließend wird eine entsprechende Kraft auf die Trennstellen ausgeübt, so dass die Kurbelwelle in der gewünschten Art und Weise bruchgetrennt wird. Auch ein unmittelbares Einformen der Kerben, beispielsweise direkt beim Guss des Kurbelwellenrohlings, ist bekannt.
Nachteilig hierbei ist, dass beim Bruchtrennen an einer ersten, bereits eingekerbten Trennstelle auch Kräfte auf die weiteren, ebenfalls schon eingekerbten Trennstellen ausgeübt werden. Gegebenenfalls kann es hierbei zu Verzügen oder ähnlichen Verformungen kommen, welche die Maßhaltigkeit der so gefertigten Kurbelwelle beeinträchtigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen bruchgetrennter Kurbelwellen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem derartigen Verfahren zum Herstellen einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle, wird die Kurbelwelle in einer Mehrzahl von Teilbereichen, insbesondere in jeweiligen Bereichen von Lagerzapfen, Hubzapfen oder dergleichen, bruchgetrennt. Vor dem Bruchtrennen wird hierbei in jeden zu trennenden Teilbereich an der jeweiligen Trennstelle eine Kerbe eingeformt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Einformen der jeweiligen Kerbe und das Bruchtrennen sequentiell für alle zu trennenden Teilbereiche durchgeführt werden.
Mit anderen Worten wird zunächst für eine erste Trennstelle eine Kerbe eingebracht, woraufhin unmittelbar die Bruchtrennung an dieser Trennstelle erfolgt. Dann wird mit der nächsten Trennstelle fortgefahren, an die erst nach dem Bruchtrennen der ersten Trennstelle die notwendige Kerbe eingeformt wird. Nach dem Bruchtrennen der zweiten Stelle wird fortgefahren, bis alle gewünschten Stellen der Kurbelwelle bruchgetrennt sind. Hierdurch wird vermieden, dass beim Bruchtrennen an einer ersten Trennstelle Kräfte auf bereits vorgekerbte weitere Trennstellen einwirken, die eine Verformung der Kurbelwelle verursachen könnten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein reproduzierbares und maßgenaues Bruchtrennen auch von geschmiedeten Kurbelwellen, welches insbesondere sowohl auf Haupt- als auch auf Pleuellagerzapfen von mehrhübigen Kurbelwellen angewendet werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Bruchtrennen in die jeweiligen Teilbereiche eine koaxiale Durchgangsöffnung eingebracht. Dies schwächt die Welle im Bereich der Trennstelle weiter, so dass das Bruchtrennen besonders einfach, reproduzierbar und prozesssicher durchzuführen ist. Die Durchgangsöffnung kann dabei spanend in Form einer Bohrung eingebracht werden oder bereits in diesem Prozess mit eingeformt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Kerben entlang eines Außenumfangs der Welle eingeformt. Hierzu bietet sich insbesondere das Verfahren des Laserkerbens an, durch welches eine besonders präzise Kerbgeometrie realisiert werden kann. Auch eine Innenkerbung im Bereich der Durchgangsöffnung ist selbstverständlich alternativ oder zusätzlich möglich. Zum späteren Verspannen der bruchgetrennten Teile können zusätzlich noch Gewinde in die angrenzenden Bereiche eingebracht werden, um ein späteres Verbinden der Welle zu erleichtern.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein mittels eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens verarbeitbarer Rohling für eine gebaute Kurbelwelle;
2a)–e) eine schematische Darstellung einzelner Bearbeitungsschritte beim Bruchtrennen eines Lagerzapfens des Kurbelwellenrohlings gemäß 1; und
3a)–e) eine schematische Darstellung einzelner Verfahrensschritte beim Bruchtrennen eines Hubzapfens des Kurbelwellenrohlings gemäß 1.
Ein im Ganzen mit 10 bezeichneter Rohling zum Herstellen einer gebauten Kurbelwelle wird als einstückiges Bauteil beispielsweise durch Schmieden hergestellt. Der Rohling 10 umfasst bereits alle Lagerbereiche der fertigen Kurbelwelle. Diese umfassen die Lagerzapfen 12, die später in den Hauptlagern des Kurbelgehäuses aufgenommen werden, sowie die Hubzapfen 14, welche im fertigen Motor die Pleuel tragen. Lagerzapfen 12 und Hubzapfen 14 sind alternierend angeordnet und jeweils von einer Kurbelwange 16 voneinander getrennt.
Um die Verwendung einteiliger Lager für die Hauptlager des Kurbelgehäuses und die Pleuelaugen zu ermöglichen, muss der Rohling 10 im Bereich der Lagerzapfen 12 und Hubzapfen 14 getrennt werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch Bruchtrennen.
Hierzu wird zunächst im Bereich 18 des ersten zu trennenden Lagerzapfens 12, der in 2a) nochmals dargestellt ist und in 2b) in Schnittdarstellung gezeigt wird, eine zur Erstreckungsachse des Lagerzapfens 12 koaxiale Bohrung 20 in den Lagerzapfen 12 eingebracht. Die Bohrung 20 durchdringt dabei auch die zum Lagerzapfen 12 benachbarte Kurbelwange 16. Auf der äußeren Mantelfläche 22 des Lagerzapfens 18 wird zudem eine Kerbe durch Laserkerben eingebracht. Nach dem Herstellen der Bohrung 20 wird, wie in 2c) dargestellt, eine weitere Kerbe 24 auf der inneren Mantelfläche 26 der Bohrung 24 spanend eingeformt. Die Kerben umlaufen dabei die jeweiligen Mantelflächen 22 und 26 umfänglich. Durch das Kerben wird eine Schwachstelle für das spätere Trennen eingebracht. Während des spanenden Einbringens der Kerbe 24 in die innere Mantelfläche 26 der Bohrung 20 kann gleichzeitig ein Gewinde in die Bohrung 20 geschnitten werden, die das spätere Zusammenfügen der durch das Bruchtrennen voneinander gelösten Bestandteile der fertigen Kurbelwelle ermöglicht. Dieses Fügen erfolgt vorzugsweise mit einem Differenzgewindebolzen, so dass eine platzsparende Verspannung der bruchgetrennten Teile erfolgt.
Nach dem Kerben wird eine Kraft auf den gekerbten Bereich ausgeübt, so dass die Welle dort bricht, wie in den 2d) und e) dargestellt. Durch das Bruchtrennen ergeben sich dabei raue bzw. strukturierte Bruchflächen 28, die zueinander komplementär sind, so dass später eine gute Übertragung von Belastungen und Momenten zwischen den einzelnen Teilen 30, 32 möglich wird.
Nach dem Bruchtrennen im Bereich 18 des ersten Lagerzapfens 12 erfolgt eine Bruchtrennung im Bereich 34 des ersten Hubzapfens 14, Die Details entsprechen denjenigen beim Bruchtrennen des Lagerzapfens 12 und sind in 3a) bis e) nochmals dargestellt. Auch hier wird zunächst eine Bohrung 36 eingebracht, die koaxial mit der Längsachse und dem Hubzapfen 14 verläuft. Außenumfänglich wird der Hubzapfen 14 ebenfalls lasergekerbt, eine weitere Kerbe wird nach dem Bohren der Bohrung 36 in die innere Mantelfläche 40 der Bohrung 36 eingebracht. Auch hier kann wieder ein Gewinde in die Bohrung 36 geschnitten werden, um ein späteres Fügen mittels eines Differenzgewindebolzens zu ermöglichen. Im Bereich der Kerbe 36 wird anschließend wieder eine Kraft, insbesondere eine axial wirkende Kraft aufgewendet, um den Kurbelzapfen 14 in die beiden Teile 42, 44 zu brechen, die anschließend wieder gefügt werden können.
Auf diese Weise werden sequentiell alle Lagerzapfen 12 und Kurbelzapfen 14 bearbeitet, bis an jeder Lagerstelle der gewünschte Bruch erzeugt ist. Anschließend können die Lager bzw. die Pleuel aufgesteckt werden und die Teile des Rohlings 10 in axialer Richtung miteinander verspannt werden, um so die fertige Kurbelwelle zu erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19922303 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle, welche in einer Mehrzahl von Teilbereichen (18, 34), insbesondere in jeweiligen Bereich (18, 34) von Lagerzapfen (12), Hubzapfen (14) oder dgl., bruchgetrennt wird, wobei vor dem Bruchtrennen in jeden zu trennenden Teilbereich (18, 34) an der jeweiligen Trennstelle eine Kerbe (24, 38) eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Einformen der jeweiligen Kerbe (24, 38) und das Bruchtrennen sequentiell für alle zu trennenden Teilbereiche (18, 34) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bruchtrennen in die jeweiligen Teilbereiche (18, 34) eine koaxiale Bohrung (20, 36) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Kerben entlang eines Außenumfangs der Welle eingeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Kerben durch Laserkerben eingeformt werden.