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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Bruchtrennen von Wellen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Bruchtrennen von Wellen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Bauteile wie Wellen, Lageraugen oder dergleichen bruchzutrennen. Hierzu werden die Bauteile mit einer Sollbruchstelle, beispielsweise in Form einer Kerbe versehen, und mittels eines geeigneten Kraftbeaufschlagungselements eine Kraft auf diese Sollbruchstelle ausgeübt. Die derart getrennten Bauteile können später wieder zusammengefügt werden, wobei aufgrund der unregelmäßigen Struktur der Bruchflächen ein starker Formschluss entsteht, der eine hohe Kraftbzw. Momentenübertragung ermöglicht.
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Aus der
DE 10 2007 029 663 83 ist ein Bruchtrennmodul für eine Werkzeugmaschine bekannt, bei welchem ein keilförmiges Kraftbeaufschlagungselement verwendet wird, welches in eine Öffnung eines zu trennenden Bauteils eingeschoben wird. Hierdurch werden die die Öffnung begrenzenden Wandungen aufgrund der Keilgeometrie mit einer zunehmenden Kraft beaufschlagt, die schließlich zum Bruch führt. Die dabei aufgewendeten Kräfte wirken in der Regel im Wesentlichen in der Trennebene selbst, so dass an der Sollbruchstelle eine Scherung entsteht.
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Sollen Bauteile wie Kurbelwellen derart getrennt werden, so kann das Aufbringen von Scherkräften an die Sollbruchstelle zu Problemen führen. Insbesondere wird bei einer derartigen Scherung die Welle insgesamt auf Biegung beansprucht, was zu unerwünschten Verformungen führen kann, die später wieder gerichtet werden müssen. Bei Scherung werden aufgrund der Rauheitsspitzen die gegenseitigen Crackflächen abrasiv beeinflusst. Dies führt dazu, dass die zugehörigen Flächen nicht mehr passgenau zueinander gefügt werden können, da die Oberflächenstrukturen der einander gegenüberliegenden Flächen nicht mehr exakt komplementär sind. Es ist somit wünschenswert, die Welle scherungsfrei zu brechen, so dass keine weiteren (Nach-)Bearbeitungsschritte notwendig sind, um die einander entsprechenden Bauteile bzw. Flächen in axialer Richtung zu fügen)
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6 bereitzustellen, welche ein besonders schonendes Bruchtrennen von Wellen, insbesondere von Kurbelwellen für Kraftwagenmotoren erlauben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Ein derartiges Werkzeug zum Bruchtrennen von Wellen, insbesondere von Kurbelwellen, in einem zwischen zwei Kurbelwangen der Welle angeordneten Zapfen umfasst ein Kraftbeaufschlagungselement zum Ausüben einer Kraft auf eine Sollbruchstelle der Weile. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Kraftbeaufschlagungselement als Spreizelement ausgebildet ist, mittels welchem die zur Sollbruchstelle benachbarten Kurbelwangen mit jeweils entgegengesetzt gerichtetem, axial bezüglich der Welle wirkenden Kräften beaufschlagbar sind. Mit anderen Worten wird durch das erfindungsgemäße Werkzeug an der Sollbruchstelle der Welle keine Scher- sondern eine Zugspannung erzeugt. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Wehe während des Bruchtrennens auf Biegung belastet wird, so dass mittels des erfindungsgemäßen Werkzeugs mehrteilige, gebaute Kurbelwellen mit hoher Präzision und Maßhaltigkeit herstellbar sind.
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Vorzugsweise umfasst das Kraftbeaufschlagungselement einen zwischen zwei im Wesentlichen plattenförmigen Hilfskörpern angeordneten Keil, wobei der dem Keil des Kraftbeaufschlagungselements benachbart angeordnete Hilfskörper ebenfalls keilförmig ausgestaltet sein kann. Eine Bewegung des Keils in Anwendungslage des Werkzeugs erfolgt dabei senkrecht zur Achse der zu trennenden Welle, wobei die Vorschubbewegung des Keils in dieser Richtung in eine axiale Auseinanderbewegung der Hilfskörper umgesetzt wird. Die Hilfskörper wirken dann auf die Kurbelwangen ein, an welchen sie großflächig abgestützt werden, so dass die gewünschte Zugspannung auf möglichst schonende Weise in die zutrennende Welle eingebracht wird.
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Vorzugsweise umfassen die plattenförmigen Hilfskörper und/oder der Keil jeweilige Aussparungen, in welche der zu trennende Zapfen einsetzbar ist. Hierdurch ist es möglich, den Trennbereich praktisch vollständig zu umgreifen und allseits von der Trennstelle die Zugspannung in die Welle einzubringen, so dass eventuelle Verformungen oder dauerhaft verbleibende Spannungsverläufe aufgrund von asymmetrischer Krafteinleitung vermieden werden können. Auch dies trägt zur Maßhaltigkeit der derart behandelten Welle bei.
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Die Hilfskörper sind dabei vorzugsweise zweiteilig ausgebildet, wobei im montierten Zustand die beiden Teile die Aussparung für den Zapfen vollständig umschließen. Auch dies verbessert die Symmetrie der Krafteinleitung und erlaubt eine einfache Vormontage der Hilfskörper an der zu trennenden Welle. Alternativ können die Hilfskörper auch einteilig ausgeführt sein, was die Fertigung vereinfacht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Keil einseitig angeschrägt. Hierdurch kann vermieden werden, dass der Keil bei seinem Vorschub zwischen die Hilfskörper selbst auf Biegung belastet wird, so dass auch die Lebensdauer des Werkzeugs besonders groß ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bruchtrennen von Wellen, insbesondere von Kurbelwellen, an einem zwischen zwei Kurbelwangen der Welle angeordneten Zapfen bei welchem eine Kraft auf eine Sollbruchstelle der Welle ausgeübt wird. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass die Kraft mittels eines Spreizelements ausgeübt wird, mittels welchem die zur Sollbruchstelle benachbarten Kurbelwangen mit jeweils entgegengesetzt gerichteten, axial bezüglich der Welle wirkenden Kräften beaufschlagt werden.
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Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Werkzeugs erläutert, wird hierdurch eine Zugspannung auf die Sollbruchstelle ausgeübt und eine Belastung der Welle auf Biegung vermieden. Gegebenenfalls kann es sinnvoll sein, wenn die eingeleiteten Kräfte eine gewisse Kraftkomponente senkrecht zur Achse der Welle aufweisen, um ein Aufreißen der Welle an der Sollbruchstelle zu erleichtern. Unter axial bezüglich der Welle wirkend soll also hierbei verstanden werden, dass ein überwiegender Kraftanteil der eingeleiteten Kraft in dieser Richtung wirkt. Dies gilt ebenso für das bereits geschilderte Werkzeug.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Kraft mittelbar über plattenförmige Hilfselemente in die Kurbelwangen eingeleitet. Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Werkzeugs dargestellt, kann somit eine großflächige Krafteinleitung in die Kurbelwellen sichergestellt werden, wodurch lokale Deformationen oder ähnliche Beschädigungen vermieden werden können.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Kurbelwelle bei der Verwendung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Trennen eines Hubzapfens; und
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2 eine Aufsicht auf das Werkzeug der 1 aus einer in 1 angedeuteten Blickrichtung II-II während des Trennvorgangs der Welle der 1.
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3 eine schematische Seitenansicht der Kurbelwelle der 1 mit einer alternativen Ausgestaltung des Werkzeugs;
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4 eine schematische Seitenansicht der Kurbelwelle der 1 mit einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugs;
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5 eine Aufsicht auf das Werkzeug der 3 aus einer in 3 angedeuteten Blickrichtung V – V während des Trennvorgangs der Welle der 3.
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Eine Kurbelwelle 10 für einen Motor eines Kraftwagens wird als einteiliger Rohling, beispielsweise in geschmiedeter Form, bereitgestellt. Die Kurbelwelle 10 umfasst eine Mehrzahl von Zapfen 12, zwischen welchen jeweils Kurbelwangen 14 angeordnet sind. Die Zapfen 12 dienen alternierend als Lagerzapfen für die Kurbellager des Kurbelgehäuses bzw. als Hubzapfen, in denen die Pleuel des Motors gelagert sind. Um die Verwendung einteiliger Pleuel zu verwenden, also Pleuel, die keine geteilten Lagerschalen aufweisen, müssen die Zapfen 12 selbst getrennt werden. Dies erfolgt durch Bruchtrennen. Hierzu wird der zu trennende Zapfen 12 mit einer Sollbruchstelle 16 in Form einer Kerbe versehen. Benachbart zur Sollbruchstelle 16 werden zunächst plattenförmige Hilfselemente 18 auf den Zapfen 12 aufgesetzt. Die Hilfselemente 18 sind zweiteilig ausgebildet, wobei ein Oberteil 20 und ein Unterteil 22 eine Aussparung 24 für den Zapfen 12 umschließen. Die Hilfselemente 18 liegen mit ihren äußeren Seitenflächen 26 an den Kurbelwangen 14 an.
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Um die eigentliche Bruchtrennung durchzuführen, wird ein Keil 28 in den Zwischenraum 30 zwischen den Hilfselementen 18 vorgetrieben. Der Keil 28 weist dabei eine einseitige Schräge 32 und eine abgeflachte Spitze 34 auf. Dies ist in 2 dargestellt, die eine Aufsicht auf den Keil 28 und das (hinter dem Keil 28 befindlichen) Ober- und Unterteil 20, 22 des Hilfselements 18 zeigt. Durch den Vortrieb des Keils 28 in Richtung des Pfeils 36 werden die plattenförmigen Hilfselemente 18 axial bezüglich der Welle 10 auseinander gedrückt, wodurch eine Kraft auf die Kurbelwangen 14 ausgeübt wird. Hierdurch entsteht an der Sollbruchstelle 16 wiederum eine Zugspannung im Material der Welle 10, so dass die Welle 10 schließlich an der Sollbruchstelle aufreißt. Um die Kräfte möglichst gleichmäßig auf die Kurbelwangen 14 zu übertragen, weist der Keil 28 selbst eine Aussparung 38 auf, die breit genug ist, um den Zapfen 12 aufzunehmen. Seitlich ist die Aussparung 38 von gabelartigen Fortsätzen 40 begrenzt. Beim Vortrieb des Keils werden also die Kräfte über die gesamte Fläche der plattenförmigen Hilfselemente 18 in die Kurbelwangen 14 eingeleitet. Durch die abgeflachte Spitze 34 des Keils werden dabei Beschädigungen an der Kurbelwelle vermieden.
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Hierdurch ist ein Bruchtrennen der Kurbelwelle 10 ohne Biegebelastung der Kurbelwelle 10 möglich.
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3 und 5 zeigen eine alternative Ausgestaltung des Hilfselements 18'. Hier besteht das Hilfselement nicht aus zwei Hälften 20, 22, sondern ist einstückig ausgebildet und hat – ebenso wie der Keil 28 – eine gabelartige Form mit Fortsätzen 50, zwischen denen eine Aussparung 24' zur Aufnahme des zu trennenden Zapfens aufweist. Wie aus 3 ersichtlich, weist ein dem Keil 28 benachbarter Bereich 52 des Hilfselements 18' eine zum Keil 28 symmetrische Keilform auf. Auf diese Weise kann eine besonders effektive, das Hilfselement 18' schonende Krafteinleitung erreicht werden.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs, bei dem die Bruchkraft über zwei gegenläufige Keile 28, 28' eingeleitet wird. Auch hier weisen die den Keilflächen 28, 28' benachbarten Bereiche 52 der Hilfselemente 18' eine Keilform auf, was eine gute Krafteinleitung und eine Schonung des Hilfselements 18' bewirkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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