DE102017113077A1

DE102017113077A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102017113077A1
Application number: DE102017113077.2A
Authority: DE
Inventors: Alfons Reeb; Jochen Schmidt; Konrad Grimm
Original assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-06-15
Also published as: DE102017113077B4; WO2018228797A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere von Übergangsradien (8) zwischen Pleuellagerzapfen (5) und Kurbelwangen (7) und Übergangsradien (8) zwischen Hauptlagerzapfen (6) und den Kurbelwangen (7) der Kurbelwelle (4). Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Schlagwerkzeuge (16) zum Schlagverfestigen eingesetzt werden, wobei wenigstens eines der Schlagwerkzeuge (16) die an die Pleuellagerzapfen (5) angrenzenden Übergangsradien (8) schlagverfestigt und wenigstens ein weiteres Schlagwerkzeug (16) die an die Hauptlagerzapfen (6) angrenzenden Übergangsradien (8) schlagverfestigt, wobei eine Sequenz für das Schlagverfestigen der Übergangsradien (8) derart bestimmt ist, dass Rundlauffehler der Kurbelwelle (4) ausgeglichen und/oder minimiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle, insbesondere von Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Kurbelwelle.
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 Wärmebehandlungsverfahren hergestellt, so dass die Kurbelwellen immer höheren Motorleistungen ausgesetzt werden können.
Beispiele für solche Verfahren sind thermische Behandlungen, wie die Oberflächenhärteverfahren Induktions- 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 mittels 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.
Um ein nachteiliges Einbringen von Rundlauffehlern durch das Hämmern zu vermeiden, sind strenge Kontrollabläufe und hochqualifiziertes Personal zur Durchführung des Verfahrens erforderlich. Ferner kann eine Nachkontrolle mit korrigierenden Maßnahmen erforderlich sein, um den Rundlauf der Kurbelwelle nach der Schlagverfestigung gegebenenfalls geringfügig zu korrigieren. Obwohl ein optimaler Rundlauf der fertiggestellten Kurbelwelle durch die langjährig bewährten Verfahren grundsätzlich garantiert werden kann, sind der maschinelle und personelle Aufwand um dieses Ziel zu erreichen verhältnismäßig groß. Es wäre demnach wünschenswert, ein Verfahren zum Schlagverfestigen bereitzustellen, bei dem Rundlauffehler mit geringerem Aufwand vermieden werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Verfahren und Vorrichtungen zum Schlagverfestigen weiter zu entwickeln, um die Dauerfestigkeit von Kurbelwellen weiter zu verbessern, insbesondere unter Vermeidung von Rundlauffehlern.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale und für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch die in Anspruch 12 aufgeführten Merkmale gelöst.
Schließlich liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine - insbesondere bezüglich ihrer Dauerfestigkeit und ihrem Rundlauf - verbesserte Kurbelwelle bereitzustellen.
Bezüglich der Kurbelwelle wird die Aufgabe durch die in Anspruch 13 aufgeführten Merkmalen 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 Übergangsradien einer Kurbelwelle, insbesondere Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle schlagverfestigt werden.
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 Pleuellagerzapfendurchmesser 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 einem Fachmann umgedeutet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung im Wesentlichen anhand der Verfestigung von Übergangsradien 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 besseren 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.
Erfindungsgemäß werden wenigstens zwei Schlagwerkzeuge zum Schlagverfestigen eingesetzt. Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Schlagwerkzeuge die an die Pleuellagerzapfen angrenzenden Übergangsradien schlagverfestigt und wenigstens ein weiteres Schlagwerkzeug die an die Hauptlagerzapfen angrenzenden Übergangsradien schlagverfestigt, wobei eine Sequenz für das Schlagverfestigen der Übergangsradien derart bestimmt ist, dass Rundlauffehler der Kurbelwelle ausgeglichen und/oder minimiert werden.
Unter einer Sequenz ist die zeitliche Abfolge der Schlagverfestigung der einzelnen Übergangsradien zu verstehen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass alle Übergangsradien der Kurbelwelle nacheinander schlagverfestigt werden. Es kann z. B. aber auch vorgesehen sein, dass zwei Übergangsradien der Kurbelwelle gleichzeitig schlagverfestigt werden, wonach die nächsten (beispielsweise zwei) Übergangsradien der Kurbelwelle schlagverfestigt werden oder dass drei Übergangsradien der Kurbelwelle gleichzeitig schlagverfestigt werden, wonach die nächsten Übergangsradien der Kurbelwelle entsprechend schlagverfestigt werden, usw. Innerhalb der Sequenz können also beliebig viele Übergangsradien gleichzeitig oder nacheinander - in beliebigen Zusammenstellungen - schlagverfestigt werden, wobei die Sequenz derart ausgewählt wird, dass Rundlauffehler der Kurbelwelle ausgeglichen und/oder minimiert werden.
Die Schlagwerkzeuge, die zum Schlagverfestigen eingesetzt werden, bringen bei der Schlagverfestigung eine Schlagkraft in den jeweiligen Übergangsradius ein.
Unter dem Einbringen einer Schlagkraft kann verstanden werden, dass ein Schlagkopf eines Schlagwerkzeugs bzw. ein sog. „Döpper“ einer 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.
Die Verfahren bzw. Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik sehen vor, dass bei der Schlagverfestigung der Übergangsradien der Kurbelwelle grundsätzlich alle Übergangsradien nacheinander, ausgehend von einem ersten Ende der Kurbelwelle in Richtung zu einem zweiten Ende der Kurbelwelle, schlagverfestigt werden, wobei entweder nur ein einziges Schlagwerkzeug Verwendung findet oder zwei Schlagwerkzeuge, die allerdings lediglich dazu vorgesehen sind, zwei an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien gleichzeitig schlagzuverfestigen.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Art der Schlagverfestigung bezüglich der maximal einbringbaren Druckeigenspannung limitiert ist, da sich eine Verformung der Kurbelwelle, die zu Rundlauffehlern nach dem Verdichten führt, einstellen kann, wenn die jeweiligen Schlagkräfte zu hoch gewählt werden. Aus diesem Grund wird die Schlagkraft üblicherweise limitiert, um sicherzustellen, dass keine oder nur geringe Rundlauffehler auftreten.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung von wenigstens zwei Schlagwerkzeugen, wobei wenigstens eines der Schlagwerkzeuge zur Schlagverfestigung der an die Pleuellagerzapfen angrenzenden Übergangsradien und wenigstens ein weiteres Schlagwerkzeug zur Schlagverfestigung der an die Hauptlagerzapfen angrenzenden Übergangsradien verwendet wird, eine ausreichende Flexibilität bei der Schlagverfestigung bereitgestellt werden kann, wodurch sich die Sequenz, mit der schlagverfestigt wird, individuell derart auf die jeweilige Kurbelwelle bzw. den jeweiligen Kurbelwellentyp abstimmen lässt, dass Rundlauffehler der Kurbelwelle im Optimalfall vollständig ausgeschlossen und damit der Aufwand für eine spätere Rundlaufkorrektur minimiert wird.
Durch die Erfindung ergibt sich durch die Reduzierung der Bearbeitungsschritte auch ein kostengünstiger Bearbeitungsablauf. Insbesondere kann eine weniger spanende Bearbeitung für einen Ausgleich der Rundlauffehler in der Folgebearbeitung realisierbar sein.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Verbesserung des Rundlaufs insbesondere dadurch eintreten kann, dass die Druckeigenspannungen in einer flexiblen zeitlichen Abfolge (z. B. „chaotisch“) über die Kurbelwelle verteilt eingebracht werden. Schließlich können in jeden einzelnen Übergangsradius sogar höhere Druckeigenspannungen bzw. Schlagkräfte eingebracht werden, als dies mit dem bekannten Stand der Technik möglich ist, da Rundlauffehler durch eine geeignete Sequenz ausgeglichen und/oder minimiert werden können.
Schließlich kann die Prozessgeschwindigkeit für die Herstellung der Kurbelwelle maximiert werden, da Rundlauffehler durch eine geeignete Sequenz für das Schlagverfestigen der Übergangsradien bereits vermieden werden, bevor sie überhaupt entstehen können. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit besonders effizient und wirtschaftlich. Gleichzeitig können Kurbelwellen mit zumindest gleicher Güte bzw. Robustheit hergestellt werden, als mit den bekannten Verfahren des Stands der Technik.
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.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sequenz auf Basis von Simulationen, Berechnungen und/oder Versuchsreihen des jeweiligen Kurbelwellentyps bestimmt wird.
Beispielsweise kann eine Optimierung der Sequenz bzw. des Verfahrens zum Schlagverfestigen erfolgen, indem zunächst eine Kurbelwelle eines bestimmten Kurbelwellentyps hergestellt wird, wonach die Verformung bzw. der Rundlauf der Kurbelwelle vermessen wird. Im Verlauf der Herstellung einer weiteren Kurbelwelle dieses Kurbelwellentyps kann dann die Sequenz der Schlagverfestigung der Übergangsradien variiert werden, wobei nach der Herstellung dieser Kurbelwelle diese ebenfalls bezüglich Verformung bzw. Rundlauf vermessen wird. Durch einen Vergleich der Kurbelwellen kann dann auf dieser Basis die Sequenz für einen Kurbelwellentyp stetig hinsichtlich der Rundlauffehler optimiert werden.
Wenn bereits Erfahrungen, beispielsweise durch Simulationen, Berechnungen und/oder Versuchsreihen, mit einem Kurbelwellentyp gesammelt wurden, können auch Algorithmen bzw. Berechnungen zur Übertragung der Ergebnisse auf einen anderen Kurbelwellentyp, insbesondere einen ähnlichen Kurbelwellentyp, vorgesehen sein. Die Sequenz für eine optimale Schlagverfestigung zur Vermeidung von Rundlauffehler kann für Kurbelwellentypen mit gleicher oder ähnlicher Konfiguration ebenfalls gleich oder ähnlich ausfallen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sequenz eine Pleuellager-Untersequenz aufweist, nach der zunächst die Übergangsradien der Pleuellagerzapfen schlagverfestigt werden, wonach in einer Hauptlager-Untersequenz die Übergangsradien der Hauptlagerzapfen schlagverfestigt werden.
In einer alternativen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Sequenz eine Hauptlager-Untersequenz aufweist, nach der zunächst die Übergangsradien der Hauptlagerzapfen schlagverfestigt werden, wonach in einer Pleuellager-Untersequenz die Übergangsradien der Pleuellagerzapfen schlagverfestigt werden.
Es kann also eine Untersequenz für jeden Übergangsradientyp vorgesehen sein. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Untersequenzen vorgesehen sein, wenn mehr als zwei Typen von Übergangsradien in der Kurbelwelle vorliegen, die nacheinander schlagverfestigt werden sollen.
Die Reihenfolge, welcher Übergangsradientyp zuerst schlagverfestigt wird, kann unter Umständen die Problematik von Rundlauffehlern bereits ausreichend ausgleichen und/oder minimieren.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Schlagverfestigung gemäß der Untersequenzen jeweils nach einem festgelegten Schema erfolgt, vorzugsweise nach einem der nachfolgenden Schemata, wonach die jeweiligen Übergangsradien der Kurbelwelle

- von einem ersten Ende der Kurbelwelle in Richtung zu einem zweiten Ende der Kurbelwelle oder
- von der Mitte der Kurbelwelle zu deren Enden oder
- von den Enden der Kurbelwelle zu deren Mitte

Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, alle Übergangsradien der Pleuellagerzapfen ausgehend von dem ersten Ende der Kurbelwelle in Richtung auf das zweite Ende der Kurbelwelle und alle Übergangsradien der Hauptlagerzapfen ausgehend von dem zweiten Ende der Kurbelwelle zu dem ersten Ende der Kurbelwelle schlagzuverfestigen. Dieses Prinzip kann ebenfalls auf beliebige Typen von Übergangsradien übertragen werden, insbesondere auf Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.
Wenn beispielsweise die Übergangsradien eines ersten Typs von Übergangsradien, ausgehend von dem ersten Ende der Kurbelwelle zu dem zweiten Ende der Kurbelwelle, nacheinander schlagverfestigt werden und die Übergangsradien eines weiteren Typs von Übergangsradien nacheinander entlang der entgegengesetzten Richtung der Kurbelwelle schlagverfestigt werden, kann sich ggf. eine Verformung der Kurbelwelle vorteilhaft ausgleichen, was zu einem geringen Rundlauffehler der Kurbelwelle führen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Schlagverfestigung nach wenigstens einer der Untersequenzen ein Schema vorsieht, bei dem wenigstens in einem Fall nach der Schlagverfestigung eines Übergangsradius zumindest einer der benachbarten Übergangsradien übersprungen und zunächst ein weiter entfernter Übergangsradius schlagverfestigt wird.
Ein derartiges „chaotisches“ Schema kann besonders vorteilhaft sein, um Rundlauffehler der Kurbelwelle zu vermeiden, indem gezielt Schlagkräfte derart eingebracht werden, dass Rundlauffehler ausgeglichen werden.
Vorzugsweise werden zunächst alle Übergangsradien der Pleuellagerzapfen chaotisch schlagverfestigt und nachfolgend alle Übergangsradien der Hauptlagerzapfen chaotisch schlagverfestigt - oder umgekehrt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sequenz wenigstens eine Teilsequenz aufweist, welche vorsieht, dass einer oder mehrere Übergangsradien der Hauptlagerzapfen schlagverfestigt werden, wonach anschließend einer oder mehrere Übergangsradien der Pleuellagerzapfen schlagverfestigt werden und anschließend wieder einer oder mehrere Übergangsradien der Hauptlagerzapfen schlagverfestigt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Sequenzen wenigstens eine Teilsequenz aufweist, welche vorsieht, dass einer oder mehrere Übergangsradien der Pleuellagerzapfen schlagverfestigt werden, wonach anschließend einer oder mehrere Übergangsradien der Hauptlagerzapfen schlagverfestigt werden und anschließend wieder einer oder mehrere Übergangsradien der Pleuellagerzapfen schlagverfestigt werden.
Auch eine Übergangsradientyp-Übergreifende chaotische Schlagverfestigung ist somit möglich. Dies gilt auch für Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien gleichermaßen.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann eine Sequenz vorgesehen sein, bei der wenigstens zwei Übergangsradien gleichzeitig schlagverfestigt werden.
Vorzugsweise werden zwei an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien gleichzeitig schlagverfestigt.
Beispielsweise kann bei Verwendung der Untersequenzen vorgesehen sein, dass innerhalb einer Untersequenz mehrere Übergangsradien, insbesondere an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien, gleichzeitig schlagverfestigt werden. Die Untersequenzen können sich also auch auf Gruppen von Übergangsradien beziehen.
Auch bei einer chaotischen Schlagverfestigung kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien gleichzeitig schlagverfestigt werden, wonach anschließend einer oder mehrere Übergangsradien übersprungen wird bzw. werden.
In einer Weiterbildung kann ferner vorgesehen sein, dass drei, vier oder mehr Schlagwerkzeuge zum Schlagverfestigen eingesetzt werden.
Es können grundsätzlich auch noch mehr Schlagwerkzeuge vorgesehen sein, beispielsweise fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder noch mehr Schlagwerkzeuge.
Es kann vorgesehen sein, dass zum Schlagverfestigen eine Schlageinrichtung verwendet wird, die einen Schlagkolben, eine Umlenkeinheit und wenigstens ein Schlagwerkzeug aufweist, wobei das wenigstens eine Schlagwerkzeug an der Umlenkeinheit befestigt ist und wobei der Schlagkolben über die Umlenkeinheit einen Kraftstoß auf das wenigstens eine Schlagwerkzeug überträgt, wonach der Schlagkopf des wenigstens einen Schlagwerkzeugs die Schlagkraft in den Übergangsradius einbringt.
Vorzugsweise kann eine Schlageinrichtung verwendet werden, die zwei Schlagwerkzeuge aufweist, die an einer gemeinsamen Umlenkeinheit befestigt sind.
Insbesondere bei Verwendung einer derartigen Schlageinrichtung können zwei an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien gleichzeitig schlagverfestigt werden.
Vorzugsweise können mehrere derartige Schlageinrichtungen vorgesehen sein, insbesondere eine Schlageinrichtung für jeden Übergangsradientyp, und ganz besonders bevorzugt eine Schlageinrichtung zum Schlagverfestigen von Übergangsradien, die an die Pleuellagerzapfen angrenzen und eine weitere Schlageinrichtung zum Schlagverfestigen von Übergangsradien, die an die Hauptlagerzapfen angrenzen. Beispielsweise können auch drei, vier, fünf oder mehr Schlageinrichtungen vorgesehen sein, wobei die verwendeten Schlageinrichtungen auch unterschiedliche Konfigurationen, z. B. eine unterschiedliche Anzahl an Schlagwerkzeugen, aufweisen können.
Beispielsweise kann eine Schlageinrichtung mit zwei Schlagwerkzeugen vorgesehen sein sowie eine weitere Schlageinrichtung mit nur einem Schlagwerkzeug.
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 Prozessparameter sind vorzugsweise auf die jeweilige Kurbelwelle und dabei ggf. auf partielle geometrische Änderungen (Querschnittsänderungen) exakt abgestimmt.
In einer besonderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in wenigstens zwei Übergangsradien beim Schlagverfestigen unterschiedliche große Schlagkräfte eingebracht werden.
Darunter, dass in wenigstens zwei Übergangsradien unterschiedlich große Schlagkräfte eingebracht werden, wird vorzugsweise verstanden, dass der Unterschied zwischen den Schlagkräften zumindest größer ist als ein Toleranzbereich, der typischerweise beim Einbringen der Schlagkräfte beim Stand der Technik vorhanden ist. Vorzugsweise unterscheiden sich die unterschiedlich eingebrachten Schlagkräfte signifikant. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die Schlagkräfte, die in die wenigstens zwei Übergangsradien eingebracht werden, um wenigstens 2%, vorzugsweise um wenigstens 5%, besonders bevorzugt um wenigstens 10% und ganz besonders bevorzugt um wenigstens 30% unterscheiden.
Die Verfahren bzw. Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik sehen vor, dass bei der Schlagverfestigung der Übergangsradien der Kurbelwelle in alle Übergangsradien, insbesondere in die Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und die Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen, dieselbe Schlagkraft eingebracht wird. Die Schlagkraft ist dabei derart gewählt, dass diese ausreicht, um genügend Druckeigenspannungen in alle zu verfestigenden Übergangsradien der Kurbelwelle einzubringen.
Bei einem gleichmäßigen Einbringen von Druckeigenspannungen in alle Übergangsradien der Kurbelwelle können im Einzelfall nicht mehr tolerierbare Rundlauffehler nach dem Verdichten festgestellt werden, wenn die Schlagkraft zu hoch eingestellt wird. Auch aus diesem Grund wird die Schlagkraft häufig limitiert, um sicherzustellen, dass keine irreparablen oder ungewünschten Rundlauffehler auftreten.
Die Erfinder haben auf Grundlage von Simulationen und Versuchsreihen erkannt, dass die Robustheit bzw. Dauerfestigkeit der Kurbelwelle in gleichbleibender - und mitunter sogar besserer - Güte vorteilhaft auch dann erreicht werden kann, wenn die Schlagkräfte für unterschiedliche Übergangsradien individuell variiert werden. Hierdurch können kritische Rundlauffehler im Optimalfall vollständig ausgeschlossen und damit der Aufwand für eine spätere Rundlaufkorrektur minimiert werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Verbesserung des Rundlaufs nicht ausschließlich deshalb eintritt, weil in für den Rundlauf kritische Abschnitte der Kurbelwelle bzw. in Übergangsradien der Kurbelwelle nun eine im Vergleich zu weiteren Abschnitten nun auch verringerte Schlagkraft eingebracht werden kann, sondern insbesondere auch, da die Druckeigenspannungen nunmehr unterschiedlich über die Kurbelwelle verteilt werden können, wobei aber in jedem Fall die minimal benötigten Druckeigenspannungen in jedem Übergangsradius eingebracht werden.
Ganz besonders vorteilhaft können Rundlauffehler der Kurbelwelle ausgeglichen und/oder minimiert werden, wenn die Sequenz und die in die einzelnen Übergangsradien einzubringenden Schlagkräfte jeweils gemeinsam für den entsprechenden Kurbelwellentyp angepasst bzw. bestimmt werden.
In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Pleuellagerzapfen angrenzende Übergangsradien die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer Variante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Hauptlagerzapfen angrenzende Übergangsradien die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
Schließlich kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass in zwei aneinander angrenzende bzw. benachbarte Übergangsradien betreffend Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstige geometrische Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien - die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
Insbesondere kann es somit von Vorteil sein, wenn die Schlagkraft zwischen zwei an denselben Zapfen angrenzenden Übergangsradien nicht variiert wird.
Es können Gruppen von Übergangsradien definiert sein, in die die gleiche Schlagkraft eingebracht wird. Beispielsweise können jeweils zwei an denselben Zapfen angrenzende Übergangsradien eine Gruppe bilden.
Auf diese Weise können Druckeigenspannungen symmetrisch in die Übergangsradien bestimmter Zapfen eingebracht werden, während über die Kurbelwelle betrachtet dennoch die in die Übergangsradien eingebrachten Schlagkräfte variiert werden können. Dies hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
In einer Ausgestaltung der Variante kann außerdem vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien von wenigstens zwei Hauptlagerzapfen, vorzugsweise in die Übergangsradien aller Hauptlagerzapfen, die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung der Variante der Erfindung kann schließlich auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien von wenigstens zwei Pleuellagerzapfen, vorzugsweise in die Übergangsradien aller Pleuellagerzapfen, die gleiche Schlagkraft eingebracht wird.
Dies gilt auch für Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.
Eine Möglichkeit zur Bildung von Gruppen von Übergangsradien, in die dieselbe Schlagkraft eingebracht wird, kann sich somit auch dadurch ergeben, dass die Übergangsradien aller Hauptlagerzapfen eine Gruppe bilden. Auch die Übergangsradien aller Pleuellagerzapfen können gegebenenfalls eine Gruppe bilden.
Die Erfinder haben erkannt, dass es zur Vermeidung von Rundlauffehlern ggf. vorteilhaft sein kann, in alle Übergangsradien der Hauptlagerzapfen und in alle Übergangsradien der Pleuellagerzapfen jeweils dieselbe Schlagkraft einzubringen, wobei sich die Schlagkraft, die in die Übergangsradien der Hauptlagerzapfen eingebracht wird, in diesem Fall von der Schlagkraft, die in die Übergangsradien der Pleuellagerzapfen eingebracht wird, unterscheidet.
In einer Variante der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien eines ersten Pleuellagerzapfens eine erste Schlagkraft und in die Übergangsradien eines zweiten Pleuellagerzapfens eine zweite (von der ersten Schlagkraft abweichende) Schlagkraft eingebracht wird. Gegebenenfalls kann in die Übergangsradien jedes Pleuellagerzapfens eine individuelle Schlagkraft eingebracht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien eines ersten Hauptlagerzapfens eine erste Schlagkraft und in die Übergangsradien eines zweiten Hauptlagerzapfens eine zweite (von der ersten Schlagkraft abweichende) Schlagkraft eingebracht wird. Gegebenenfalls kann in die Übergangsradien jedes Hauptlagerzapfens eine individuelle Schlagkraft eingebracht werden.
Dies gilt auch für Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.
Insbesondere auf Basis von Berechnungen, Simulationen und/oder Versuchsreihen des entsprechenden Kurbelwellentyps können die Schlagkräfte somit individuell für jeden Übergangsradius bestimmt werden. Dabei können sich für jeden Übergangsradius oder zumindest für verschiedene Gruppen von Übergangsradien optimal geeignete Schlagkräfte und Schlagmuster ergeben, wobei Rundlauffehler weiter unterdrückt bzw. ausgeglichen werden können. Ferner kann die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle durch diese Maßnahme die Anforderungen sogar noch übertreffen. Dies gilt insbesondere, da gleichzeitig die Sequenz für die Schlagverfestigung optimiert sein kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein Basiswert für die in die Übergangsradien einzubringenden Schlagkräfte anhand der gewünschten Dauerfestigkeit der Kurbelwelle und/oder anhand der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle bestimmt wird.
Beispielsweise kann ein Basiswert für die gesamte Kurbelwelle bestimmt werden, bei dem es sich um eine minimale Schlagkraft handeln kann, bei deren Einbringung die gewünschte Dauerfestigkeit in allen Abschnitten der Kurbelwelle noch, oder vorzugsweise unter Hinzunahme eines Sicherheitsspielraums, gewährleistet ist.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Basiswert für verschiedene Abschnitte der Kurbelwelle individuell bestimmt wird, derart, dass in den jeweiligen Abschnitten die gewünschte Dauerfestigkeit der Kurbelwelle, vorzugsweise unter Hinzunahme eines Sicherheitsspielraums, gewährleistet wird. Beispielsweise kann ein Basiswert für Endpartien bzw. Endbereiche der Kurbelwelle, ein Basiswert für einen mittleren Abschnitt der Kurbelwelle, ein Basiswert für alle Hauptlagerzapfen, ein Basiswert für alle Pleuellagerzapfen und/oder ein Basiswert für sonstige Abschnitte der Kurbelwelle bestimmt werden. Es können also insbesondere auch mehrere Basiswerte vorgesehen sein.
Der Basiswert kann auch derart gewählt werden, dass dieser einen definierten Prozentsatz, zum Beispiel 10% bis 50%, vorzugsweise 20% bis 40%, größer ist als die minimal für die Kurbelwelle oder den Bereich der Kurbelwelle notwendige Schlagkraft, so dass der Basiswert nach oben und nach unten angepasst werden kann, um die Übergangsradien schlagzuverfestigen.
In einer Ausgestaltung der Variante kann vorgesehen sein, dass der Basiswert um einen Ausgleichswert variiert wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren.
Wenn für die in die Übergangsradien einzubringenden Schlagkräfte ein Basiswert bestimmt wird, der höher ist als ein Minimalwert (beispielsweise unter Hinzunahme wenigstens eines Sicherheitsspielraums), kann der Basiswert durch jeweilige Ausgleichswerte individuell für einzelne Übergangsradien variiert, insbesondere erhöht werden, wobei zu beachten ist, dass der Minimalwert der Schlagkraft zum Erreichen der gewünschten Dauerfestigkeit an einem Übergangsradius nicht unterschritten wird. Der Ausgleichswert kann also gezielt zur Vermeidung bzw. zum Ausgleich von Rundlauffehlern herangezogen werden.
Somit können die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle und der Rundlauf der Kurbelwelle nahezu unabhängig voneinander einstellbar sein.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass alle Übergangsradien der Pleuellagerzapfen mit dem Basiswert schlagverfestigt werden, und alle Übergangsradien der Hauptlagerzapfen mit dem durch den Ausgleichswert variierten Basiswert, beispielsweise einem auf den Basiswert bezogenen 110%-igen Wert oder 90%-igen Wert schlagverfestigt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass alle Hauptlagerzapfen mit dem Basiswert und alle Pleuellagerzapfen mit dem durch den Ausgleichswert variierten Basiswert schlagverfestigt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert für mehrere, vorzugsweise für jeden Übergangsradius, individuell bestimmt wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert höchsten 30%, vorzugsweise höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 5%, des Basiswerts beträgt.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert höchsten 30%, jedoch mindestens 20%, höchstens 20%, jedoch mindestens 15%, höchstens 15%, jedoch mindestens 10%, oder höchstens 10%, jedoch mindestens 5%, des Basiswerts beträgt.
Es kann eine Positionssteuerung eingesetzt werden, um die Kurbelwelle schrittweise bzw. getaktet von einer Schlagposition zur nächsten Schlagposition zu drehen. Im einfachsten Fall kann hierfür eine PTP-Steuerung bzw. Punktsteuerung vorgesehen sein.
Um die Kurbelwelle zu drehen, kann eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein, die einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, umfasst. Bei dem Elektromotor kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Elektromotor, beispielsweise einen Drehstrommotor (insbesondere eine Drehstrom-Asynchronmaschine), einen Wechselstrommotor, einen Gleichstrommotor 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.
Üblicherweise ist die Kurbelwelle zu deren Bearbeitung über eine Befestigungseinrichtung an einer Antriebswelle drehbar festgelegt.
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 die Schlagwerkzeuge 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 durchführen bzw. die Schlagkraft einbringen.
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 Schlagkraft kann also über die Einstellung eines entsprechenden Schlagdrucks (des Schlagkolbens) vorgegebene werden. Im Sinne der Variante der Erfindung kann also auch vorgesehen sein, dass zur Schlagverfestigung von wenigstens zwei Übergangsradien ein unterschiedlicher Schlagdruck verwendet wird. Es können somit beispielsweise auch wenigstens ein Basiswert und wenigstens ein Ausgleichswert bezogen auf den Schlagdruck vorgesehen sein.
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.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle, insbesondere von Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle.
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.
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 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.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Kurbelwelle, hergestellt nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren.
Die erfindungsgemäße Kurbelwelle unterscheidet sich von herkömmlichen Kurbelwellen insbesondere dadurch, dass bei deren Schlagverfestigung eine spezifische Sequenz bzw. Reihenfolge beim Einbringen der Druckeigenspannungen in die Übergangsradien eingesetzt wurde. Hierdurch kann sich insgesamt eine charakteristische Verfestigung der Übergangsradien der Kurbelwelle und eine charakteristische Verformung bzw. ein charakteristischer Rundlauf der Kurbelwelle ergeben. Ferner kann sich die Kurbelwelle von herkömmlichen Kurbelwellen dadurch unterscheiden, dass zu deren Verfestigung gemäß einer Variante der Erfindung in wenigstens zwei Übergangsradien unterschiedlich große Schlagkräfte eingebracht wurden.
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:

1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer ersten Ausführung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer zweiten Ausführung;
3 eine Schlageinrichtung mit zwei Schlagwerkzeugen in vergrößerter Darstellung gemäß Einzelheit „A“ aus 1;
4 eine Schlageinrichtung mit nur einem Schlagwerkzeug;
5 eine beispielhafte Kurbelwelle und deren Schlagverfestigung mit zwei Schlageinrichtungen; und
6 einen beispielhaften Ausschnitt einer Kurbelwelle und ein Kräftediagramm.

Die in 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. 3 bis 6) 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 11 vorzugsweise in der Art eines Reitstocks vorgesehen, die eine weitere Befestigungseinrichtung 9 aufweist, um die Kurbelwelle 4 drehbar aufzunehmen bzw. drehbar festzulegen. Optional oder ergänzend zur Abstützung 11 kann eine Lünette, 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 C_KW der Kurbelwelle 4 außermittig von der Drehachse C der Antriebseinrichtung 3 positioniert ist, wie in 1 und 2 dargestellt. Hierzu können vorzugsweise Ausrichtungsmittel 17 (vgl. 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 11 kann verschiebbar eingerichtet sein, wie durch die Doppelpfeile in 1 angedeutet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schlagverfestigen ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Schlagwerkzeuge 16 eingesetzt werden, wobei wenigstens eines der Schlagwerkzeuge 16 die an die Pleuellagerzapfen 5 angrenzenden Übergangsradien 8 schlagverfestigt und wenigstens ein weiteres Schlagwerkzeug 16 die an die Hauptlagerzapfen 6 angrenzenden Übergangsradien 8 schlagverfestigt, wobei eine Sequenz für das Schlagverfestigen der Übergangsradien 8 derart bestimmt ist, dass Rundlauffehler der Kurbelwelle 4 ausgeglichen und/oder minimiert werden.
Es können auch mehr als zwei Schlagwerkzeuge 16, beispielsweise drei, vier oder mehr Schlagwerkzeuge 16 zum Schlagverfestigen eingesetzt werden.
In der 1 sind zwei Schlageinrichtungen 1 dargestellt, grundsätzlich kann aber eine beliebige Anzahl von Schlageinrichtungen 1 vorgesehen sein, wobei erfindungsgemäß zumindest ein Schlagwerkzeug 16 zum Schlagverfestigen der Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 und ein Schlagwerkzeug 16 zum Schlagverfestigen der Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 vorgesehen ist.
Es kann insbesondere 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 5 ausgebildet und eingerichtet ist, wie in 1 dargestellt.
In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in wenigstens zwei Übergangsradien 8 unterschiedlich große Schlagkräfte F_S eingebracht werden. Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere wenn eine optimierte Sequenz und gleichzeitig unterschiedlichen Schlagkräften F_S eingesetzt werden, Rundlauffehler der Kurbelwelle 4 vermieden bzw. ausgeglichen werden können.
In 2 ist in perspektivischer Ansicht ausschnittsweise eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens - allerdings ohne Schlageinrichtung - dargestellt. Die Vorrichtung der 2 ist dabei im Wesentlichen identisch mit der Vorrichtung der 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 Festlegung 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 C_KW der Kurbelwelle 4 relativ zu der Drehachse C einer Antriebswelle bzw. einer Eingangswelle 13 verschieben lässt.
Die Kurbelwelle 4 der 2 weist eine von der in 1 dargestellten Ausführungsform abweichende Konfiguration auf, umfasst aber grundsätzlich ebenfalls Pleuellagerzapfen 5, Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwangen 7.
In 2 (wie auch in 1) kann an dem von der Antriebseinrichtung 3 abgewandten Ende der Kurbelwelle 4 eine weitere Befestigungseinrichtung 9 vorgesehen sein, diese kann jedoch auch entfallen.
In 3 ist beispielhaft eine Schlageinrichtung 1 der 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 Verbindung zwischen einem Schlagkolben 23 und der Umlenkeinheit 20, die die Schlagenergie an die Schlagwerkzeuge 16 weitergibt, her. Das Zwischenteil 22 kann gegebenenfalls auch entfallen.
Es kann vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Pleuellagerzapfen 5 angrenzende Übergangsradien 8 die gleiche Schlagkraft F_S eingebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in zwei an denselben Hauptlagerzapfen 6 angrenzende Übergangsradien 8 die gleiche Schlagkraft F_S eingebracht wird. Es kann aber grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass in alle Übergangsradien 8 die gleiche Schlagkraft F_S eingebracht wird.
Eine in 3 dargestellte Schlageinrichtung 1 eignet sich hierfür in besonderem Maße.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass eine Schlageinrichtung 1 mit zwei Schlagwerkzeugen 16 derart ausgestaltet ist, dass die Schlagwerkzeuge 16 in die an denselben Zapfen 5, 6 angrenzenden Übergangsradien 8 eine jeweils unterschiedliche Schlagkraft F_S einbringen.
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 Spannmuttern 27 befestigt werden. Hier sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Es sei klargestellt, dass, sollte in einem Teil der Beschreibung „ein Schlagwerkzeug“ bzw. „eine Schlageinrichtung“ oder „mehrere Schlagwerkzeuge/Schlageinrichtungen“ erwähnt werden, grundsätzlich eine beliebige Anzahl an Schlagwerkzeugen/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 bzw. Schlagwerkzeuge 16 über die Länge der zu bearbeitenden Kurbelwelle 4 können im Bedarfsfall alle zentrisch und gegebenenfalls exzentrisch verlaufenden Abschnitte 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 die Schlagkraft F_S in die Übergangsradien 8 einbringen.
Der Ausdruck „F_S “ und vergleichbare Ausdrücke in der vorliegenden Beschreibung sind nur als Platzhalter/Variablen für eine beliebige, dem Fachmann als angebracht erscheinende Schlagkraft zu verstehen. Wenn dabei in der Beschreibung auf „die Schlagkraft F_S “ Bezug genommen wird, kann es sich somit jeweils um unterschiedliche oder aber auch um identische Schlagkräfte handeln.
Aus der 4 ist eine Schlageinrichtung 1 ersichtlich, die mit nur einem Schlagwerkzeug 16 versehen ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schlageinrichtung 1 zur Kurbelwelle 4 vorzugsweise schräg gestellt, und zwar derart, dass das Schlagwerkzeug 16, das koaxial zur Längsachse der Schlageinrichtung 1 angeordnet ist, senkrecht auf den Bereich des zu bearbeitenden Kurbelwellensegments, vorliegend des zu bearbeitenden Übergangsradius 8, auftrifft. In diesem Fall lässt sich zwar jeweils nur ein Kurbelwellensegment bearbeiten, aber andererseits ist die konstruktive Ausgestaltung und die Kraftübertragung der Schlageinrichtung 1 hierfür besser und einfacher. Zusätzlich können Bohrungsenden mit diesem Werkzeug stehend verfestigt werden.
Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung für die Anwendung an nicht symmetrischen Kurbelwellensegmenten, wie den Endbereichen und den Ölbohrungsenden der Kurbelwelle 4.
Die Ausgestaltung der in 4 dargestellten Schlageinrichtung 1 mit nur einem Schlagwerkzeug 16 eignet sich auch ganz besonders, wenn an denselben Zapfen 5, 6 angrenzende Übergangsradien 8 mit unterschiedlich großer Schlagkraft F_S schlagverfestigt werden sollen.
Bei den in 1 dargestellten Schlageinrichtungen 1 bzw. grundsätzlich bei den für die Erfindung verwendeten Schlageinrichtungen 1 kann es sich um eine Schlageinrichtung 1 gemäß 3 oder gemäß 4 oder eine beliebige andere Schlageinrichtung 1 in beliebiger Zusammenstellung handeln. Erfindungsgemäß kommt es darauf an, dass wenigstens ein Schlagwerkzeug 16 zur Schlagverfestigung der an die Pleuellagerzapfen 5 angrenzenden Übergangsradien 8 und wenigstens ein weiteres Schlagwerkzeug 16 zur Schlagverfestigung der an die Hauptlagerzapfen 6 angrenzenden Übergangsradien 8 verwendet wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sequenz für das Schlagverfestigen auf Basis von Simulationen, Berechnungen und/oder Versuchsreihen des jeweiligen Kurbelwellentyps bestimmt wird.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Übergangsradien 8 gleichzeitig schlagverfestigt werden, beispielsweise mit einer Schlageinrichtung 1 mit zwei Schlagwerkzeugen 16 gemäß der 3.
In 5 ist eine beispielhafte Kurbelwelle 4 mit jeweiligen Übergangsradien 8 zwischen Pleuellagerzapfen 5 und Kurbelwange 7 bzw. Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwange 7 und weiterer Querschnittsübergänge mit Übergangsradien 8 dargestellt. Dabei sind beispielhaft zwei Schlageinrichtungen 1 in einer Konfiguration mit zwei Schlagwerkzeugen 16 gemäß 3 schematisch angedeutet. Die Kurbelwelle 4 weist ein erstes Ende E₁ und ein zweites Ende E₂ auf.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sequenz für das Schlagverfestigen eine Pleuellager-Untersequenz A aufweist, nach der zunächst die Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 schlagverfestigt werden, wonach in einer Hauptlager-Untersequenz B die Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 schlagverfestigt werden. Dies ist in 5 durch entsprechende Pfeile dargestellt. Gemäß dieser Weiterbildung wird die den Pleuellagerzapfen 5 zugeordnete Schlageinrichtung 1 (in der 5 oben links) entlang der Länge der Kurbelwelle 4 von links nach rechts bewegt, um nacheinander alle Pleuellagerzapfen 5 schlagzuverfestigen.
Innerhalb der Pleuellager-Untersequenz A kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass alle Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 gleichzeitig schlagverfestigt werden, beispielsweise durch eine Schlageinrichtung 1 mit einer entsprechend großen Anzahl an Schlagwerkzeugen 16 oder durch eine entsprechend große Anzahl einzelner Schlageinrichtungen 1 mit jeweils einem oder mehreren Schlagwerkzeugen 16. Innerhalb der Pleuellager-Untersequenz A können beliebig viele Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 gleichzeitig und/oder sequenziell schlagverfestigt werden.
Nach einer Schlagverfestigung gemäß der ersten Pleuellager-Untersequenz A können dann gemäß der zweiten Hauptlager-Untersequenz B die Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 schlagverfestigt werden. Hierzu kann die Schlageinrichtung 1, die den Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 zugeordnet ist (in 5 die Schlageinrichtung 1 unten rechts), von rechts nach links von Hauptlagerzapfen 6 zu Hauptlagerzapfen 6 bewegt werden, um nacheinander jeweils zwei Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 schlagzuverfestigen. Selbstverständlich kann auch in der zweiten Hauptlager-Untersequenz B eine beliebige Anzahl an Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 gleichzeitig und/oder nacheinander mit einer beliebigen Anzahl an Schlageinrichtungen 1 und/oder Schlagwerkzeugen 16 schlagverfestigt werden.
Die vorstehend beschriebene Reihenfolge kann auch vertauscht sein. Das heißt, die Untersequenz, die zuerst vorgesehen ist, wäre gemäß der Darstellung in 5 nun die Hauptlager-Untersequenz B und die Untersequenz, die nachfolgend vorgesehen ist, die Pleuellager-Untersequenz A.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schlagverfestigung gemäß den Untersequenzen A, B jeweils nach einem festgelegten Schema erfolgt, vorzugsweise nach einem der nachfolgenden beschriebenen Schemata. Beispielsweise kann von dem ersten Ende E₁ der Kurbelwelle 4 in Richtung auf das zweite Ende E₂ der Kurbelwelle 4 oder von der Mitte M der Kurbelwelle 4 zu deren Enden E₁ , E₂ oder von den Enden E₁ , E₂ der Kurbelwelle 4 zu deren Mitte M schlagverfestigt werden, wonach die Schlagverfestigung gemäß der Pleuellager-Untersequenz A nach einem anderen Schema erfolgt als die Schlagverfestigung gemäß der Hauptlager-Untersequenz B.
Wie in 5 beispielhaft dargestellt, ist für die Pleuellager-Untersequenz A ein Schema vorgesehen, wonach von dem ersten Ende E₁ der Kurbelwelle 4 in Richtung auf das zweite Ende E₂ der Kurbelwelle 4 schlagverfestigt wird, wohingegen das Schema der Hauptlager-Untersequenz B ausgelegt ist, von dem zweiten Ende E₂ der Kurbelwelle 4 in Richtung auf das erste Ende E₁ der Kurbelwelle 4 schlagzuverfestigen.
Zur Verdeutlichung sind in 5 Positionen P₁ bis P₁₄ der Kurbelwelle 4 markiert. Somit kann beispielsweise bei einem Schema der Pleuellager-Untersequenz A die Schlageinrichtung 1 von den Übergangsradien 8 an den Positionen P₁ bzw. P₂ nachfolgend zu den Übergangsradien 8 der Positionen P₅ bzw. P₆ , anschließend zu den Übergangsradien 8 der Positionen P₉ bzw. P₁₀ und schließlich zu den Übergangsradien 8 der Positionen P₁₃ bzw. P₁₄ bewegt werden. Bei dem Schema der Hauptlager-Untersequenz B kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Schlageinrichtung 1 von den Übergangsradien 8 an den Positionen P₁₁ bzw. P₁₂ nachfolgend zu den Übergangsradien 8 an den Positionen P₇ bzw. P₈ und schließlich zu den Übergangsradien 8 an den Positionen P₃ bzw. P₄ bewegt wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schlagverfestigung nach wenigstens einer der Untersequenzen A, B ein Schema vorsieht, bei dem wenigstens in einem Fall nach der Schlagverfestigung eines Übergangsradius 8 zumindest einer der benachbarten Übergangsradien 8 übersprungen und zunächst ein weiter entfernter Übergangsradius 8 schlagverfestigt wird. Beispielsweise könnten betreffend die Pleuellager-Untersequenz A zunächst die Übergangsradien 8 an den Positionen P₁ und P₂ gleichzeitig oder nacheinander schlagverfestigt werden, wonach die Übergangsradien 8 an den Positionen P₁₃ und P₁₄ gleichzeitig oder nacheinander schlagverfestigt werden, wonach die Übergangsradien 8 der mittleren Pleuellagerzapfen 5 an den Positionen P₅ und P₆ bzw. P₉ und P₁₀ gleichzeitig oder nacheinander schlagverfestigt werden. Eine derartige „chaotische“ Schlagverfestigung kann analog auch für Hauptlager-Untersequenz B bei der Schlagverfestigung der Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 vorgesehen sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sequenz wenigstens eine Teilsequenz aufweist, welche vorsieht, dass einer oder mehrere Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 schlagverfestigt werden, wonach anschließend einer oder mehrere Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 schlagverfestigt werden und anschließend wieder einer oder mehrere Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 schlagverfestigt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sequenz wenigstens eine Teilsequenz aufweist, welche vorsieht, dass einer oder mehrere Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 schlagverfestigt werden, wonach anschließend einer oder mehrere Übergangsradien 8 der Hauptlagerzapfen 6 schlagverfestigt werden und anschließend wieder einer oder mehrere Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 schlagverfestigt werden. Die zeitliche Abfolge bei dem Ablauf der Untersequenzen A, B kann sich somit auch überlappen bzw. verschränken. Beispielsweise kann die Schlageinrichtung 1, die den Pleuellagerzapfen 5 zugeordnet ist, zunächst verwendet werden, um die Übergangsradien 8 an den Positionen P₁ bzw. P₂ schlagzuverfestigen, wonach die Schlageinrichtung 1, die den Hauptlagerzapfen 6 zugeordnet ist, verwendet wird, um die Übergangsradien 8 an den Positionen P₃ bzw. P₄ schlagzuverfestigen, wonach die Schlageinrichtung 1, die den Pleuellagerzapfen 5 zugeordnet ist, nachfolgend wieder verwendet wird, um einen oder mehrere Übergangsradien 8 der Pleuellagerzapfen 5 schlagzuverfestigen, usw.
Es versteht sich, dass die im Zuge der Beschreibung der 5 benannten Untersequenzen A, B bzw. Teilsequenzen, etc. rein beispielhaft zu verstehen sind. Es können beliebige Abfolgen der Schlagverfestigung der Übergangsradien 8 mit einer beliebigen Anzahl an Schlageinrichtungen 1 bzw. Schlagwerkzeugen 16 vorgesehen sein, um Rundlauffehler der Kurbelwelle 4 auszugleichen und/oder zu minimieren. Die entsprechende Sequenz kann entsprechend dem zu verfestigenden Kurbelwellentyp bestimmt sein.
In 6 ist ein beispielhafter Ausschnitt einer Kurbelwelle 4 mit jeweiligen Übergangsradien 8 zwischen Pleuellagerzapfen 5 und Kurbelwangen 7 bzw. Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwangen 7 dargestellt.
Es kann vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 von wenigstens zwei Hauptlagerzapfen 6, vorzugsweise in die Übergangsradien 8 aller Hauptlagerzapfen 6, die gleiche Schlagkraft F_S eingebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 von wenigstens zwei Pleuellagerzapfen 5, vorzugsweise in die Übergangsradien 8 aller Pleuellagerzapfen 5, die gleiche Schlagkraft F_S eingebracht wird.
Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 eines ersten Pleuellagerzapfens 5 eine erste Schlagkraft F_S und in die Übergangsradien 8 eines zweiten Pleuellagerzapfens 5 eine zweite Schlagkraft F_S eingebracht wird. Gegebenenfalls wird in die Übergangsradien 8 jedes Pleuellagerzapfens 5 eine individuelle Schlagkraft F_S eingebracht.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in die Übergangsradien 8 eines ersten Hauptlagerzapfens 6 eine erste Schlagkraft F_S und in die Übergangsradien 8 eines zweiten Hauptlagerzapfens 6 eine zweite Schlagkraft F_S eingebracht wird. Gegebenenfalls wird in die Übergangsradien 8 jedes Hauptlagerzapfens 6 eine individuelle Schlagkraft F_S eingebracht.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Basiswert F₀ für die in die Übergangsradien 8 einzubringenden Schlagkräfte F_S anhand der gewünschten Dauerfestigkeit der Kurbelwelle 4 und/oder anhand der gewünschten Dauerfestigkeit von Abschnitten der Kurbelwelle 4 bestimmt wird.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Basiswert F₀ um einen Ausgleichswert F_A variiert wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle 4 auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren.
In 6 ist hierzu schematisch ein Kräftediagramm dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass der Schlagkraft F_S ein Basiswert F₀ zugrunde liegt, ausgehend von dem der Ausgleichswert F_A eine additive oder subtraktive Modifikation bewirkt. Der Basiswert F₀ und der Ausgleichswert F_A sind dabei derart gewählt, dass eine minimale Schlagkraft F_min , die an dem jeweiligen Übergangsradius 8 benötigt wird, nicht unterschritten wird. Vorzugsweise ist zusätzlich ein Sicherheitsspielraum vorgesehen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert F_A für mehrere (vorzugsweise für jeden) Übergangsradius 8 individuell bestimmt wird, um Rundlauffehler der Kurbelwelle 4 auszugleichen, zu vermeiden und/oder zu minimieren. In 6 ist der Sachverhalt bzw. das Kräftediagramm nur beispielhaft für einen Übergangsradius 8 dargestellt. Dies ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert F_A höchsten 30%, vorzugsweise höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 5% des Basiswerts F₀ beträgt.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Ausgleichswert F_A höchsten 30%, jedoch mindestens 20%, höchstens 20%, jedoch mindestens 15%, höchstens 15%, jedoch mindestens 10%, oder höchstens 10%, jedoch mindestens 5%, des Basiswerts F₀ beträgt.
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

EP 1479480 A1 [0006]
EP 0788419 B1 [0006]
EP 1612290 A1 [0006]
DE 102007028888 A1 [0006]
EP 1034314 B1 [0006]
DE 3438742 C2 [0007, 0120]
EP 1716260 B1 [0007, 0112, 0120]

Claims

Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere von Übergangsradien (8) zwischen Pleuellagerzapfen (5) und Kurbelwangen (7) und Übergangsradien (8) zwischen Hauptlagerzapfen (6) und den Kurbelwangen (7) der Kurbelwelle (4), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schlagwerkzeuge (16) zum Schlagverfestigen eingesetzt werden, wobei wenigstens eines der Schlagwerkzeuge (16) die an die Pleuellagerzapfen (5) angrenzenden Übergangsradien (8) schlagverfestigt und wenigstens ein weiteres Schlagwerkzeug (16) die an die Hauptlagerzapfen (6) angrenzenden Übergangsradien (8) schlagverfestigt, wobei eine Sequenz für das Schlagverfestigen der Übergangsradien (8) derart bestimmt ist, dass Rundlauffehler der Kurbelwelle (4) ausgeglichen und/oder minimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenz auf Basis von Simulationen, Berechnungen und/oder Versuchsreihen des jeweiligen Kurbelwellentyps bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenz eine Pleuellager-Untersequenz (A) aufweist, nach der zunächst die Übergangsradien (8) der Pleuellagerzapfen (5) schlagverfestigt werden, wonach in einer Hauptlager-Untersequenz (B) die Übergangsradien (8) der Hauptlagerzapfen (6) schlagverfestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenz eine Hauptlager-Untersequenz (B) aufweist, nach der zunächst die Übergangsradien (8) der Hauptlagerzapfen (6) schlagverfestigt werden, wonach in einer Pleuellager-Untersequenz (A) die Übergangsradien (8) der Pleuellagerzapfen (5) schlagverfestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagverfestigung gemäß der Untersequenzen (A, B) jeweils nach einem festgelegten Schema erfolgt, vorzugsweise nach einem der nachfolgenden Schemata, wonach die jeweiligen Übergangsradien (8) der Kurbelwelle (4) - von einem ersten Ende (E₁) der Kurbelwelle (4) in Richtung zu einem zweiten Ende (E₂) der Kurbelwelle (4) oder - von der Mitte (M) der Kurbelwelle (4) zu deren Enden (E₁, E₂) oder - von den Enden (E₁, E₂) der Kurbelwelle (4) zu deren Mitte (M) schlagverfestigt werden, wonach die Schlagverfestigung gemäß der Pleuellager-Untersequenz (A) nach einem anderen Schema erfolgt als die Schlagverfestigung gemäß der Hauptlager-Untersequenz (B).
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagverfestigung nach wenigstens einer der Untersequenzen (A, B) ein Schema vorsieht, bei dem wenigstens in einem Fall nach der Schlagverfestigung eines Übergangsradius (8) zumindest einer der benachbarten Übergangsradien (8) übersprungen und zunächst ein weiter entfernter Übergangsradius (8) schlagverfestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenz wenigstens eine Teilsequenz aufweist, welche vorsieht, dass einer oder mehrere Übergangsradien (8) der Hauptlagerzapfen (6) schlagverfestigt werden, wonach anschließend einer oder mehrere Übergangsradien (8) der Pleuellagerzapfen (5) schlagverfestigt werden und anschließend wieder einer oder mehrere Übergangsradien (8) der Hauptlagerzapfen (6) schlagverfestigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenz wenigstens eine Teilsequenz aufweist, welche vorsieht, dass einer oder mehrere Übergangsradien (8) der Pleuellagerzapfen (5) schlagverfestigt werden, wonach anschließend einer oder mehrere Übergangsradien (8) der Hauptlagerzapfen (6) schlagverfestigt werden und anschließend wieder einer oder mehrere Übergangsradien (8) der Pleuellagerzapfen (5) schlagverfestigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenz vorsieht, dass wenigstens zwei Übergangsradien (8) gleichzeitig schlagverfestigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass drei, vier oder mehr Schlagwerkzeuge (16) zum Schlagverfestigen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens zwei Übergangsradien (8) beim Schlagverfestigen unterschiedlich große Schlagkräfte (F_S) eingebracht werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schlagverfestigen von Übergangsradien (8) einer Kurbelwelle (4), insbesondere von Übergangsradien (8) zwischen Pleuellagerzapfen (5) und Kurbelwangen (7) und Übergangsradien (8) zwischen Hauptlagerzapfen (6) und den Kurbelwangen (7) der Kurbelwelle (4), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Kurbelwelle (4), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.