EP3595841A1

EP3595841A1 - Verfahren und vorrichtung zum kaltverfestigen einer kurbelwelle

Info

Publication number: EP3595841A1
Application number: EP18729637.1A
Authority: EP
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: 2018-06-04
Publication date: 2020-01-22
Also published as: CN110740836B; RU2743084C1; CN110740836A; KR102451924B1; WO2018228841A1; US11344980B2; US20200216924A1; KR20200019194A; JP2020530084A; JP6894013B2; DE102017113088A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltverfestigen einer Kurbelwelle (4), welche Pleuellagerzapfen (5), Hauptlagerzapfen (6) und Kurbelwangen (7) aufweist, wobei die Pleuellagerzapfen (5) und die Hauptlagerzapfen (6) Ölbohrungen (31) aufweisen. Es ist vorgesehen, dass zumindest eine Ölbohrungsendung (30) einer der Ölbohrungen (31) und/oder zumindest ein zylindrischer Abschnitt (38) der Ölbohrungen (31) kaltverfestigt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kaltverfestigen einer Kurbelwelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltverfestigen einer Kurbelwelle, welche Pleuellagerzapfen, Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen aufweist, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 .

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schlagverfestigen einer Kurbelwelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 21 .

Die Erfindung betrifft außerdem eine Kurbelwelle.

Aufgrund der stetig fortschreitenden Entwicklung und Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen und an diese gestellten 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 Wärmebehandlungs- verfahren hergestellt, so dass die Kurbelwellen immer höheren Motorleistungen ausgesetzt werden können.

Beispiele für solche Verfahren sind thermische Behandlungen, wie die Oberflächenhärteverfahren Induk- tions- 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 Schubspannungen beim örtlichen Hämmern zu vermeiden, wird in der DE 34 38 742 C2 vorgeschlagen, zum Zeitpunkt der Druckimpulseinwirkung zwischen dem den Im- puls ausgebenden Körper und der Werkstückoberfläche quer zur Impulsrichtung keine Relativbewegung stattfinden zu lassen. Hierzu soll der Vorschub während der Einbringung von Druckeigenspannungen durch die Schlagwerkzeuge schrittweise erfolgen.

Als Weiterentwicklung dieses Verfahrens wurde in der EP 1 716 260 B1 vorgeschlagen, dass die Kur- beiwelle während der Bearbeitung kontinuierlich gedreht wird, wobei während der Druckeigenspan- nungseinbringung durch das Auftreffen des Schlagwerkzeugs auf das zu bearbeitende Kurbelwellensegment die Drehbewegung der Kurbelwelle während der Einwirkungszeit des Schlagwerkzeugs auf die Kurbelwelle gestoppt wird. Dabei werden die Schlagdrücke so gewählt, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle zwangsweise durch die Schlagbewegung gestoppt wird.

Hierfür sind allerdings innerhalb der Antriebseinrichtung komplexe Komponenten wie z. B. Getriebe, Kupplungen und/oder Federsysteme notwendig, um zu vermeiden, dass die Antriebseinrichtung durch die "Zwangsstopps" Schaden erleidet. Des Weiteren muss die Taktung der Kurbelwelle und das Einbringen der Druckeigenspannungen prozesssicher synchronisiert werden. Die benötigten mechanischen Komponenten zur Sicherstellung einer robusten Anlage sind dabei komplex und teuer.

Obwohl die Kurbelwellen üblicherweise den erwähnten thermische Behandlungen und/oder Kaltverfestigungsverfahren unterzogen werden, kann ein weiterer konstruktiver Aspekt dennoch zu Schwierigkeiten führen, insbesondere bezüglich der Torsionswechselfestigkeit der Kurbelwelle. Um eine Ölversorgung während des Betriebs der Kurbelwelle zu ermöglichen, sind die Hauptlagerzapfen und die Pleuellagerzapfen jeweils mit Ölbohrungen versehen. Derartige Ölbohrungen können die Robustheit der Kurbelwelle negativ beeinflussen. Bei dem Setzen von Ölbohrungen ist somit darauf zu achten, die Beanspruchbar- keit der Kurbelwelle nicht über ein zulässiges Maß herabzusetzen. Insbesondere durch die hohen Anforderungen an die Torsionsfestigkeit der Kurbelwelle sind die Konstrukteure somit in der Dimensionierung, Positionierung und/oder Ausrichtung der Ölbohrungen eingeschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Kaltverfestigen und eine Vorrichtung zum Schlagverfestigen einer Kurbelwelle, insbesondere zum Erhöhen der Dauerfestigkeit der Kurbelwelle, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale und für die Vorrichtung durch die in Anspruch 21 aufgeführten Merkmale gelöst.

Schließlich liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine - insbesondere bezüglich ihrer Dauer- festigkeit - verbesserte Kurbelwelle bereitzustellen.

Bezüglich der Kurbelwelle wird die Aufgabe durch die in Anspruch 22 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausfüh- rungsformen und Varianten der Erfindung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kaltverfestigen einer Kurbelwelle, welche Pleuellagerzapfen, Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen aufweist, wobei die Pleuellagerzapfen und die Hauptlagerzapfen Ölbohrungen aufweisen, ist vorgesehen, dass zumindest eine Ölbohrungsendung einer der Ölboh- rungen und/oder zumindest ein zylindrischer Abschnitt einer der Ölbohrungen kaltverfestigt wird.

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 Dau- erfestigkeit von Großkurbelwellen von 1 ,5 bis 8 m Länge oder mehr und/oder Haupt- und Pleuellagerzapfendurchmesser von 100 bis 500 mm oder mehr.

Bei einer Ölbohrungsendung kann es sich um einen Abschnitt der Ölbohrung handeln, der sich ausgehend von einer Mündung der Ölbohrung bzw. ausgehend von dem Übergang der Ölbohrung in die Lauf- fläche des zugehörigen Pleuellagerzapfens oder Hauptlagerzapfens bis zu einer gewisse Tiefe in die Ölbohrung hinein erstreckt. Der obere Abschnitt bzw. der in die Lauffläche mündende Abschnitt der Ölbohrung kann somit als Ölbohrungsendung bezeichnet werden. Die Ölbohrungsendung kann zumindest die Mündung bzw. den Übergang zu der Lauffläche des Zapfens umfassen. Grundsätzlich kann sich die Ölbohrungsendung, ausgehend von der Mündung der Ölbohrung jedoch auch bis zu einer Tiefe von 50%, vorzugsweise bis zu einer Tiefe von 25%, besonders bevorzugt bis zu einer Tiefe von 10%, beispielsweise bis zu einer Tiefe von 5% oder 2% in die Ölbohrung hinein erstrecken.

Bei der Ölbohrungsendung kann es sich im Rahmen der Erfindung auch lediglich um einen Übergangsradius am Übergang zu der Lauffläche handeln. Es kann sich bei der Ölbohrungsendung auch um einen Übergangsradius am Übergang zu der Lauffläche und eine daran anschließende Fase bzw. eine daran anschließende Senkung handeln. Es kann sich bei der Ölbohrungsendung außerdem auch lediglich um eine Fase bzw. eine Senkung der Ölbohrung handeln ; ein optional vorhandener Übergangsradius am Übergang zu der Lauffläche kann im Rahmen der Definition der Erfindung demnach auch der Lauffläche zugeordnet sein. Die Ölbohrungsendung kann sich somit auch ausgehend von einer Fase bzw. Senkung bis zu einer gewissen Tiefe in die Ölbohrung hinein erstrecken.

Bei einem zylindrischen Abschnitt der Ölbohrung kann es sich um einen beliebigen Abschnitt der Ölbohrung innerhalb der Kurbelwelle handeln. Die Länge des zylindrischen Abschnitts in der Ölbohrung kann beliebig sein und auch die gesamte Länge der Ölbohrung umfassen. Es kann sich insbesondere auch um einen Abschnitt handeln, der nicht zu der Ölbohrungsendung zählt. Im Rahmen der erfindungsgemä- ßen Definition umfasst der zylindrische Abschnitt der Ölbohrung weder einen Übergangsradius noch eine Fase bzw. eine Ansenkung.

Im Rahmen der Erfindung ist es demnach möglich, verschiedene Bereiche einer Ölbohrung jeweils un- abhängig oder in beliebigen Kombinationen kaltzuverfestigen:

einen Übergangsradius am Übergang zu der Lauffläche des Zapfens; und/oder

eine Fase bzw. Senkung der Ölbohrung; und/oder

wenigstens einen zylindrischen Abschnitt der Ölbohrung bzw. eine innere Mantelfläche der Ölbohrung in beliebiger Tiefe.

Die Erfinder haben erkannt, dass eine Kaltverfestigung zumindest einer der Ölbohrungsendungen bzw. ggf. eines Teiles oder der ganzen Ölbohrung die Robustheit der Kurbelwelle erhöhen kann. Die Kurbelwelle kann hierdurch ggf. noch besser an den Motorenbetrieb angepasst werden. Insbesondere die Torsionswechselfestigkeit der Kurbelwelle kann bei einer erfindungsgemäßen Kaltverfestigung zumindest einer der Ölbohrungsendungen verbessert sein.

Ferner haben die Erfinder erkannt, dass auch eine Kaltverfestigung zumindest eines zylindrischen Abschnitts innerhalb einer Ölbohrung die Robustheit der Kurbelwelle erhöhen kann. Dabei kann es insbesondere auch von Vorteil sein, lediglich einen zylindrischen Abschnitt, z. B. einen Anfangs- und/oder Mit- telbereich der Ölbohrung kaltzuverfestigen, ohne eine der Ölbohrungsendungen, insbesondere ohne einen Übergangsradius oder eine Fase/Ansenkung der Ölbohrung zu verfestigen.

Ferner bieten sich bei der Planung und Konstruktion der Kurbelwelle hinsichtlich des Verlaufs der Ölbohrungen, der Anzahl der Ölbohrungen und/oder der Durchmesser der Ölbohrungen bei einer erfindungs- gemäßen Kaltverfestigung der Ölbohrungsendungen und/oder zylindrischen Abschnitte der Ölbohrung erweiterte Möglichkeiten, da die Torsionsfestigkeit der Kurbelwelle durch die Ölbohrungen weniger als beim Stand der Technik üblich, beeinträchtigt wird.

Insofern im Rahmen der Erfindung auf eine Ölbohrung eines Pleuellagerzapfens Bezug genommen wird kann es sich grundsätzlich auch um eine Ölbohrung eines Hauptlagerzapfens handeln, wenn dies nicht explizit ausgeschlossen ist - und umgekehrt. Eine Ölbohrung, deren Ölbohrungsendung und/oder zylindrischer Abschnitt kaltverfestigt werden soll, kann grundsätzlich an einer beliebigen Lagerstelle bzw. Lauffläche der Kurbelwelle, beispielsweise auch in einer Eingangs- oder Ausgangwelle der Kurbelwelle, vorliegen. Die Begriffe "Pleuellagerzapfen" bzw. "Hauptlagerzapfen" können dementsprechend von einem Fachmann umgedeutet werden.

Je nach verwendetem Kurbelwellentyp kann vorgesehen sein, dass mehrere, eine Mehrheit oder alle Pleuellagerzapfen Ölbohrungen aufweisen. Entsprechend kann abhängig vom jeweiligen Kurbelwellentyp vorgesehen sein, dass mehrere, eine Mehrheit oder alle Hauptlagerzapfen Ölbohrungen aufweisen. Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Zapfen (Pleuellagerzapfen bzw. Hauptlagerzapfen) eine, zwei oder mehr Ölbohrungen aufweist. Beispielsweise sind bei Kurbelwellen für V-Motoren üblicher Weise zwei axial entlang der Drehachse der Kurbelwelle versetzte Ölbohrungen in den Pleuellagerzapfen vorgesehen, um vorzugsweise zwei Pleuelstangen oder Kurbelstangen anzubringen. In einer Kurbelwelle für einen Reihenmotor ist hingegen üblicherweise in den Pleuellagerzapfen jeweils nur eine Ölbohrung vorgesehen.

Die Ölbohrungen können vollständig durch die Zapfen verlaufen bzw. diese durchdringen. D. h. es können beidseitig eines Zapfens Öffnungen bzw. Mündungen und somit Ölbohrungsendungen vorgesehen sein (dies gilt insbesondere für die Hauptlagerzapfen). Die Ölbohrungen können jedoch auch innerhalb des Zapfens enden und so z. B. als Sackbohrungen eingebracht sein (dies gilt insbesondere für die Pleuellagerzapfen).

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 durch Kaltverfestigen der Ölbohrungsendungen bzw. der zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen verbessert werden. Ebenso können ungehärtete (weiche) wie auch nitrierte, nitrocarburierte oder lasergehärtete Kurbelwellen durch Kaltverfestigen der Ölboh- rungsendungen und/oder der zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen verbessert werden.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass zunächst die Lagerstellen der Pleuellagerzapfen und/oder der Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle durch ein bekanntes Verfahren gehärtet werden, wonach Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlager- zapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle kaltverfestigt, vorzugsweise schlagverfestigt werden, und wonach eine, mehrere oder alle Ölbohrungsendungen der Ölbohrungen und/oder eine, mehrere oder alle zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen der Kurbelwelle kaltverfestigt werden. Die Bearbeitungsreihenfolge beim Kaltverfestigen, insbesondere beim Schlagverfestigen kann beliebig sein, insbesondere können Bearbeitungsschritte auch gleichzeitig erfolgen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ölbohrungsendung bzw. die Ölbohrungsendungen und/oder der bzw. die zylindrische(n) Abschnitt(e) schlagverfestigt wird bzw. werden.

Nachfolgend wird die Erfindung im Wesentlichen anhand der Schlagverfestigung zumindest einer Ölboh- rungsendung beschrieben. Dies ist aber nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere kann auch zumindest ein zylindrischer Abschnitt der Ölbohrung schlagverfestigt werden, zusätzlich zu oder unabhängig von der Schlagverfestigung der Ölbohrungsendung. Grundsätzlich können auch andere Kaltverfestigungsverfahren zur Verfestigung der Ölbohrungsendung und/oder des zylindrischen Abschnitts vorgesehen sein, unter anderem das Kaltwalzen, Kugelstrahlen und/oder Hämmern. Insbesondere die Schlagverfestigung hat sich allerdings als vorteilhaftes und technisch effizient umsetzbares Kaltverfestigungsverfahren im Hinblick auf eine Kaltverfestigung von Ölbohrungsendungen und/oder zylindrischen Abschnitten von Ölbohrungen erwiesen.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass in die Ölbohrungsendung und/oder in den zylindri- sehen Abschnitt eine Schlagkraft mittels eines Schlagkopfes eines Schlagwerkzeugs eingebracht wird.

Unter dem Einbringen einer Schlagkraft kann verstanden werden, dass der Schlagkopf eines Schlagwerkzeugs bzw. ein sog. "Döpper" einer Schlageinrichtung gegen den zu verfestigenden Bereich der Kurbelwelle, vorliegend eine Ölbohrungsendung oder eine Innenwand des zylindrischen Abschnitts, schlägt. Der Schlag erfolgt dabei zielgerichtet auf die gewünschte Schlagposition. Meist wird ein Schlagkolben eingesetzt, der einen starken Impuls bzw. einen Kraftstoß (z. B. pneumatisch, hydraulisch und/oder elektrisch erzeugt) auf den Schlagkopf überträgt.

Je nach Schlagkraft können sichtbare Schlageindrücke des Schlagkopfes an den jeweiligen Schlagposi- tionen entstehen. 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 die Ölbohrung und/oder Lagerstelle bzw. Lauffläche in die die Ölbohrungsendung mündet, exakt abgestimmt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass alle zu verfestigenden Ölbohrungsendungen bzw. zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen nacheinander mittels eines Schlagwerkzeugs bzw. mittels einer Schlageinrichtung schlagverfestigt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei oder mehr Ölbohrungsendungen und/oder zylindrische Abschnitte der Ölbohrungen gleichzeitig schlagverfestigt werden, wofür mehrere Schlageinrichtungen, mehrere Schlagwerkzeuge und/oder mehrere Schlagköpfe vorgesehen sein können. Durch ein gleichzeitiges Bearbeiten mehrerer Ölbohrungsendungen bzw. zylindrischer Abschnitte kann die Prozessgeschwindigkeit erhöht werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen sein, dass mehrere, vorzugsweise eine Mehrheit, besonders bevorzugt alle Ölbohrungsendungen der Pleuellagerzapfen und/oder Hauptlagerzapfen kalt- verfestigt, insbesondere schlagverfestigt werden.

Ferner kann vorgesehen sein, dass mehrere, vorzugsweise eine Mehrheit, besonders bevorzugt alle zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen der Pleuellagerzapfen und/oder Hauptlagerzapfen kaltverfestigt, insbesondere schlagverfestigt werden. Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere eine Kaltverfestigung von Ölbohrungsendungen bzw. zylindrischen Abschnitten von Ölbohrungen von exzentrisch laufenden Zapfen bzw. hoch belasteten Zapfen, also insbesondere den Pleuellagerzapfen der Kurbelwelle, die Robustheit der Kurbelwelle signifikant erhöht. Somit kann ganz besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass alle Ölbohrungsendungen und/oder alle zylindrischen Abschnitte von Ölbohrungen der Pleuellagerzapfen kaltverfestigt werden. Auf das Kaltverfestigen von Ölbohrungsendungen bzw. von zylindrischen Abschnitten von Ölbohrungen der Hauptlagerzapfen kann ggf. auch verzichtet werden, um die Prozessgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erhöhen. Vorzugsweise wird das Kaltverfestigen durch ein Schlagverfestigen erreicht.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ölbohrungsendung am Übergang zu einer Lauffläche des jeweiligen Zapfens einen Übergangsradius aufweist, wobei der Übergangsradius kaltverfestigt, vorzugsweise schlagverfestigt wird. Insbesondere das Kaltverfestigen der Mündung der Ölbohrung, d. h. dem vorderen Abschnitt der Ölbohrungsendung, der in die Lauffläche des jeweiligen Zapfens übergeht, hat sich als besonders effizient herausgestellt, wenn die Robustheit der Kurbelwelle verbessert werden soll. Im Regelfall weist der Übergang einen Radius, einen sogenannten Übergangsradius, auf. Es kann allerdings auch eine beliebige Senkung im Bereich der Mündung der Ölbohrungsendung vorgesehen sein, beispielsweise eine Planein- Senkung oder eine Profileinsenkung, beispielsweise eine kegelförmige Profileinsenkung. Die Kaltverfestigung, vorzugsweise die Schlagverfestigung der Ölbohrungsendung am Übergang zu der Lauffläche ist unabhängig von der konkreten Gestaltung des Übergangs des jeweiligen Zapfens vorteilhaft.

Es kann auch eine Kaltverfestigung einer Ölbohrungsendung vorgesehen sein, die ohne eine Senkung oder einen Übergangsradius in die Lauffläche des jeweiligen Zapfens übergeht.

In einer Weiterbildung kann auch vorgesehen sein, dass die Ölbohrungsendung eine Fase aufweist, wobei die Fase schlagverfestigt wird. Anwendungsspezifisch kann insbesondere vorgesehen sein, einen Übergangsradius am Übergang zu der Lauffläche nicht zu verfestigen, um durch eine Schlagverfestigung eingebrachte Schlagabdrücke im Bereich der Lauffläche zu vermeiden, wodurch ggf. ein verbesserter Lauf der Lager sichergestellt werden kann. Eine Verfestigung kann z. B. erst beginnend mit einer Fase bzw. einer Senkung oder auch beginnend mit dem zylindrischen Abschnitt vorgesehen sein.

Vorgesehen sein kann auch, dass die Fase und zumindest ein Teil des zylindrischen Abschnitts der Ölbohrung kaltverfestigt, insbesondere schlagverfestigt wird, nicht jedoch der Übergangsradius. In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, während der Schlagverfestigung einer der Ölbohrungsendungen einen Übergangsradius der Ölbohrungsendung oder eine Senkung bzw. Ansenkung der Ölbohrungsendung durch den Schlagkopf zu erzeugen. Es kann vorgesehen sein, gleichzeitig mit der Schlagverfestigung einer Ölbohrungsendung eine Senkung oder einen Übergangsradius der Ölbohrung überhaupt erst zu erzeugen, indem das Schlagwerkzeug, der Schlagkopf und/oder die Schlagkraft derart gewählt werden, dass ein entsprechender Abdruck des Schlagkopfes an der Mündung der Ölbohrung entsteht. In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass zwei in demselben Zapfen axial (entlang der Drehachse der Kurbelwelle) versetzt angeordnete Ölbohrungsendungen gleichzeitig mittels eines zwei Schlagköpfe aufweisenden Schlagwerkzeugs schlagverfestigt werden.

Hierfür kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Kraftstoß des Schlagkolbens über eine Umlenk- einheit vorzugsweise gleichmäßig auf die beiden Schlagköpfe verteilt wird.

Sollten in einem Zapfen der Kurbelwelle mehr als zwei Ölbohrungsendungen vorgesehen sein, kann die Anzahl der Schlagköpfe des Schlagwerkzeugs entsprechend erhöht werden. Vorzugsweise werden also alle Ölbohrungsendungen und/oder zylindrischen Abschnitte von Ölbohrungen eines Zapfens gleichzeitig schlagverfestigt.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass zwei oder mehrere in einem Zapfen ausgebildete Ölbohrungen jeweils einzeln, insbesondere mittels eines Schlagwerkzeugs, welches nur über einen Schlagkopf verfügt, schlagverfestigt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schlagwerkzeug zur Ausrichtung auf eine der Ölbohrungsendungen und/oder während der Schlagverfestigung durch wenigstens ein Stützelement an wenigstens einer der Kurbelwangen abgestützt wird. Um ein möglichst optimales Ergebnis zu erzielen, kann das Schlagwerkzeug vorzugsweise exakt auf die Ölbohrungsendung bzw. Mündung der Ölbohrung ausgerichtet sein. Besonders bevorzugt kann die Schlagkraft entlang der Mittelachse der Ölbohrung eingebracht werden.

Ein entsprechendes Stützelement, das vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet ist bzw. ein elastisches Material aufweist, kann die exakte Ausrichtung des Schlagwerkzeugs unterstützen. Bei dem elastischen Material kann es sich beispielsweise um einen Kunststoff, insbesondere einen weichen Kunststoff oder ein Gummimaterial handeln. Das Stützelement kann auch aus einem nicht elastischen Material, beispielsweise Messing oder einem sonstigen Metall, ausgebildet sein. Das Stützelement ist vorzugsweise derart gestaltet, dass dieses das Schlagwerkzeug zwischen den beiden Kurbelwangen, die einen jeweils schlagzuverfestigenden Zapfen umgeben, führt. Das Stützelement kann dabei vorzugsweise an der Außenseite des Schlagwerkzeugs angeordnet und derart dimensioniert sein, dass das Schlagwerkzeug zwischen zwei Kurbelwangen einführbar ist und von ihnen gestützt wird. Die Erstreckung des Schlagwerkzeugs zusammen mit dem Stützelement kann in Axialrichtung der Kurbelwelle somit vorzugsweise dem Abstand (in Axialrichtung) zwischen zwei Kurbelwangen, die den die schlagzuverfestigende Ölbohrung aufweisenden Zapfen umgeben, entsprechen. Das Stützelement kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Schlagkopf zum Schlagverfestigen eine kugelförmige Oberfläche aufweist.

Der Schlagkopf kann vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet sein, insbesondere im vorderen Bereich, bzw. am vorderen Ende des Schlagkopfes, der bzw. das zur Verfestigung gegen die Kur- beiwelle schlägt. Grundsätzlich kann der Schlagkopf aber eine beliebige Geometrie aufweisen und beispielsweise auch oval, halbkugelförmig oder flach ausgebildet sein.

Eine kugelförmige Oberfläche des Schlagkopfes hat sich zur Schlagverfestigung der Ölbohrungsendungen bzw. der zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen allerdings als besonders geeignet herausgestellt, da eine Zentrierung bzw. Ausrichtung des Schlagwerkzeugs hierdurch vereinfacht sein kann.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Schlagkopf zum Schlagverfestigen einen Formabschnitt aufweist, dessen Form an den zu verfestigenden Übergangsradius und/oder an die Fase bzw. den Verlauf / die Gestaltung der Ölbohrungsendung, insbesondere im Mündungsbereich, angepasst ist.

Der Formabschnitt kann insbesondere einer Negativform des Übergangsradius der Ölbohrungsendung entsprechen. Grundsätzlich kann der Schlagkopf zum Schlagverfestigen einen Formabschnitt aufweisen, dessen Form an den Abschnitt der Ölbohrungsendung, der in die Lauffläche des jeweiligen Zapfens übergeht, angepasst ist.

In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass zur Schlagverfestigung der Ölbohrungsendung Schlagköpfe mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden, derart, dass die Schlagköpfe beim Schlagverfestigen unterschiedlich tief in die Ölbohrungsendung eindringen. Die Schlagköpfe können somit beispielsweise bei Verwendung von Schlagköpfen mit einer kugelförmigen Oberfläche unterschiedliche Kugeldurchmesser aufweisen.

Es kann vorgesehen sein, dass ein kugelförmiger, halbkugelförmiger oder teilkugelförmiger Schlagkopf einen Durchmesser aufweist der größer ist, als der Durchmesser der Ölbohrung, insbesondere bis zu 1 % größer ist, wenigstens 1 % größer ist, vorzugsweise wenigstens 2% größer ist, besonders bevorzugt we- nigstens 5% größer ist, beispielsweise wenigstens 10%, 15%, 20% oder sogar wenigstens 50% größer ist als der Durchmesser der Ölbohrung.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass eine Wechseleinrichtung verwendet wird, um die Schlagköpfe auszuwechseln.

Insbesondere kann eine Wechseleinrichtung mit einem Magazin vorgesehen sein, um die Schlagköpfe und/oder das Schlagwerkzeug und/oder die Schlageinrichtung auszutauschen, um zwischen zwei Schlägen auf dieselbe Ölbohrungsendung den Durchmesser des verwendeten Schlagkopfes zu variieren.

Eine Wechseleinrichtung zum Auswechseln von Schlagköpfen eines Schlagwerkzeugs kann beispielsweise als rotierbare Trommel ausgebildet sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zum Kaltverfestigen der Ölbohrungs- endung ein Kugelkörper durch wenigstens einen Abschnitt der Ölbohrung gedrückt wird.

Hierdurch können auch die Innenwände der Ölbohrung, insbesondere im Bereich der Ölbohrungsendung, kaltverfestigt werden. Um eine effektive Kaltverfestigung zu erreichen ist es von Vorteil, wenn der Kugelkörper geringfügig größer ist als der Durchmesser der Ölbohrung, um die gewünschte Verformung, die zu der Kaltverfestigung führt, zu bewirken.

Bei dem Kugelkörper kann es sich um einen Schlagkopf eines Schlagwerkzeugs handeln. Das Schlagwerkzeug, das grundsätzlich zum Schlagverfestigen verwendet werden kann, kann somit auch zur Kaltverfestigung der Innenwände der Ölbohrung verwendet werden, wenn das Schlagwerkzeug derart aus- gebildet ist, dass es mit dem Schlagkopf in die Ölbohrung eindringen kann. Insbesondere wenn der Kugelkörper während des Durchdrückens durch die Ölbohrung an dem Schlagwerkzeug befestigt ist, ist eine möglichst exakte Ausrichtung des Schlagwerkzeugs entlang der Mittelachse der Ölbohrung von Vorteil. Vorzugsweise wird der Kugelkörper nach dem Hineindrücken in den Abschnitt der Ölbohrung wieder aus der Ölbohrung entfernt, z. B. herausgezogen.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Kugelkörper pulsierend oder gleichmäßig in den wenigstens einen Abschnitt der Ölbohrung gedrückt wird.

Der Kugelkörper kann beispielsweise durch aufeinanderfolgende Kraftstöße, die beispielsweise durch den Schlagkolben einer Schlageinrichtung erzeugt werden, immer tiefer in die Ölbohrung hineingedrückt (und ggf. wieder herausgezogen) werden. Der Kugelkörper kann allerdings auch durch eine einzige drückende bzw. stoßende Bewegung bis zu seiner endgültigen Tiefe in die Ölbohrung eingeführt (und ggf. wieder herausgezogen) werden. Die Tiefe, bis in die die Ölbohrung vorzugsweise kaltverfestigt wird (bzw. die Tiefe der Ölbohrungsendung), kann auf Basis von Simulationen und/oder Berechnungen und/oder Versuchsreihen des jeweiligen Kurbelwellentyps bestimmt werden. Auch der wenigstens eine zu verfestigenden zylindrische Ab- schnitt der Ölbohrung kann auf Basis von Simulationen und/oder Berechnungen und/oder Versuchsreihen des jeweiligen Kurbelwellentyps bestimmt werden.

Es kann auch vorgesehen sein, den Kugelkörper über die Erstreckung der Ölbohrungsendung hinaus noch tiefer in die Ölbohrung hineinzudrücken, beispielsweise auch vollständig in die Ölbohrung hineinzu- drücken.

Üblicherweise wird die Verbindung des Ölkreislaufs der Kurbelwelle mit dem Ölkreislauf des Motorblocks über die zentrisch rotierenden Hauptlagerzapfen hergestellt. Ausgehend von den Hauptlagerzapfen erfolgt eine Ölverteilung zu den Pleuellagerzapfen. Hierzu sind im Regelfall Verbindungsbohrungen vorge- sehen, welche die Ölbohrungen der Hauptlagerzapfen mit den Ölbohrungen der Pleuellagerzapfen verbinden, damit auch die exzentrisch laufenden Pleuellagerzapfen mit Öl versorgt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kugelkörper in die Ölbohrung eines der Pleuellagerzapfen gedrückt wird und von dort unmittelbar oder über eine Verbindungsbohrung zu ei- ner Ölbohrung eines der angrenzenden Hauptlagerzapfen gelangt, wobei die Verbindungsbohrung und/oder die Ölbohrung des Hauptlagerzapfens einen Innendurchmesser aufweisen, der mindestens so groß ist, wie der Außendurchmesser des Kugelkörpers.

Da der Kugelkörper für die Kaltverfestigung vorzugsweise etwas größer sein muss als der Durchmesser der Ölbohrung selbst, ergibt sich die Herausforderung, den Kugelkörper nach der Kaltverfestigung wieder aus der Ölbohrung zu entfernen. Wenn die Ölbohrung vollständig durch den Zapfen verläuft, kann der Kugelkörper rückseitig des Zapfens ggf. wieder aus der Ölbohrung herausgedrückt werden. Wenn sich die Ölbohrung nicht vollständig durch den Zapfen erstreckt, kann vorgesehen sein, den Kugelkörper wieder rückwärts aus der Ölbohrung herauszuziehen, wenn die Kaltverfestigung beendet ist, dies kann al- lerdings zu Problemen führen.

Die Erfinder haben nun ein Verfahren entwickelt, wonach der Kugelkörper zunächst durch die Ölbohrung des Pleuellagerzapfens gedrückt wird, bis er auf eine entsprechende Verbindungsbohrung oder eine Ölbohrung eines angrenzenden Hauptlagerzapfens stößt. Wenn die Verbindungsbohrung oder die Ölboh- rung des Hauptlagerzapfens einen größeren Durchmesser aufweisen als der Kugelkörper, kann der Kugelkörper somit über einen angrenzenden Hauptlagerzapfen wieder entfernt werden, da der Kugelkörper durch die Verbindungsbohrung bzw. die Ölbohrung des Hauptlagerzapfens rollen und aus der Mündung der Ölbohrung des Hauptlagerzapfens herausfallen kann. Es kann auch vorgesehen sein, den Kugelkörper nach dem Eindrücken in die Ölbohrung auf andere Weise wieder zu entfernen, beispielsweise indem in den Ölversorgungskanälen Druck aufgebaut wird, beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch, wodurch der Kugelkörper aus dem Abschnitt der Ölbohrung wieder hinausgedrückt werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass der Kugelkörper von einem Stößel, der nicht fest bzw. der lose mit dem Kugelkörper verbunden ist, in den Abschnitt der Ölbohrung gedrückt wird.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kugelkörper zunächst fest an dem Stößel befestigt ist und erst während oder nach dem vollständigen Eindrücken in die Ölbohrung freigegeben wird. Wie vorstehend erwähnt kann es sich bei dem Kugelkörper auch um einen Schlagkopf eines Schlagwerkzeugs handeln. Das Schlagwerkzeug kann dabei derart gestaltet sein, dass der Schlagkopf freigegeben bzw. abgeworfen werden kann. In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schlagwerkzeug mit wenigstens einem Schlagkopf in die Ölbohrung eingebracht wird, wonach zum Kaltverfestigen der Ölbohrungsendung und/oder des wenigstens einen zylindrischen Abschnitts der Ölbohrung der wenigstens eine Schlagkopf radial aus dem Schlagwerkzeug heraus und gegen eine Innenwand des wenigstens einen zylindrischen Abschnitts der Ölbohrung und/oder gegen die Innenwand der Ölbohrungsendung gedrückt wird.

Es kann also ein radial teleskopisch ausgebildetes Schlagwerkzeug bzw. ein Auslenkwerkzeug mit radial teleskopisch zustellbaren Schlagköpfen vorgesehen sein. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein beliebiger Abschnitt (oder beliebige Abschnitte) innerhalb der Ölbohrung kaltverfestigt, vorzugsweise schlagverfestigt werden. Das Schlagwerkzeug kann hierzu bis in die gewünschte Tiefe in die Ölbohrung eingeschoben werden, wonach der wenigstens eine Schlagkopf zur Verfestigung der Ölbohrung gegen die Innenwand der Ölbohrung gedrückt wird. Grundsätzlich sei darauf hingewiesen, dass das in diesem Abschnitt beschriebene Schlagwerkzeug auch zur Kaltverfestigung, vorzugsweise Schlagverfestigung des Übergangsradius und/oder der Fase verwendet werden kann, auch wenn das Schlagwerkzeug zum besseren Verständnis vorstehend und nachfolgend nur zur Bearbeitung des zylindrischen Abschnitts beschrieben ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Schlagkopf orthogonal zu einer Mittelachse des Schlagwerkzeugs bzw. der Mittelachse der Ölbohrung radial nach außen gedrückt wird. Der wenigstens eine Schlagkopf kann allerdings unter einem beliebigen Winkel relativ zu der Mittelachse des Schlagwerkzeugs bzw. der Ölbohrung radial nach außen gedrückt werden. Um die Innenfläche bzw. die Innenwand der Ölbohrung im Bereich des zylindrischen Abschnitts möglichst vollständig und gleichmäßig zu verfestigen, kann vorgesehen sein, das Schlagwerkzeug während der Verfestigung kontinuierlich oder periodisch bzw. getaktet in der Ölbohrung um die Mittelachse der Ölbohrung zu drehen. Ferner kann vorgesehen sein, das Schlagwerkzeug während der Verfestigung kontinuierlich oder periodisch bzw. getaktet axial entlang der Mittelachse der Ölbohrung zu bewegen.

Es kann vorgesehen sein, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr Schlagköpfe zu verwenden, um den zylindrischen Abschnitt zu verfestigen. Vorzugsweise können die Schlagköpfe gleichmäßig um eine Mittelachse des Schlagwerkzeugs angeordnet sein, um die Innenwand der Ölbohrung, ausgehend von der Mittelachse der Ölbohrung, gleichmäßig zu verfestigen. Bei Verwendung von mehr als einem Schlagkopf kann eine Drehung des Schlagwerkzeugs in der Ölbohrung ggf. entfallen bzw. der erforderliche Winkelbereich für die Drehung reduziert sein.

Es kann wenigstens eine Stützeinrichtung vorgesehen sein, um das Schlagwerkzeug innerhalb der Öl- bohrung an deren Innenwand abzustützen, insbesondere bei Verwendung nur eines Schlagkopfes. Die Stützeinrichtung kann aus einem im Rahmen des vorstehend genannten Stützelements beschriebenen Material ausgebildet sein.

Es kann ferner vorgesehen sein, mehrere axiale Ebenen mit jeweils wenigstens einem Schlagkopf in dem Schlagwerkzeug vorzusehen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr Ebenen, um die Prozessgeschwindigkeit bei der Verfestigung eines entsprechend langen zylindrischen Abschnitts zu erhöhen oder die Notwendigkeit einer axialen Bewegung des Schlagwerkzeug während der Verfestigung teilweise oder vollständig zu vermeiden. Es kann vorgesehen sein, den wenigstens einen Schlagkopf mit kontinuierlichem Druck oder zur Schlagverfestigung schlagend gegen die Innenwand zu drücken.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, den wenigstens einen Schlagkopf hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch aus dem Schlagwerkzeug herauszudrücken.

Eine elektromechanische Ausführung kann insbesondere unter Verwendung eines elektromechanischen Aktuators realisiert werden, der eines oder mehrere elektrische Signal(e) in eine mechanische Bewegung bzw. eine entsprechend geeignete physikalische Größe umsetzt. Auch eine beliebige Kombination einer hydraulischen, pneumatischen, elektrischen und/oder mechanischen Ausgestaltung kann vorgesehen sein.

In einer alternativen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Schlagkopf mechanisch unter Verwendung wenigstens eines Keils oder wenigstens eines Kugelgewindeantriebs radial aus dem Schlagwerkzeug herausgedrückt wird. Beispielsweise kann eine Kugelrollspindel vorgesehen sein, auf der beidseitig Muttern in der Art von Schlagköpfen angeordnet sind, die auf der Kugelrollspindel in Richtung auf die Innenwand der Ölbohrung bewegt werden können. Insbesondere kann eine konische Kugelrollspindel vorgesehen sein, die mittels einer Spindel, die axial in die Ölbohrung eingebracht ist, antreibbar ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kurbelwelle zum Schlagverfestigen einer der Ölbohrungsendungen und/oder eines der zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen mittels einer Antriebseinrichtung zunächst entlang einer Drehrichtung in eine Schlagposition gedreht wird, wonach eine Arretiereinrichtung verwendet wird, um die Kurbelwelle in der Schlagposition zu arretieren, wonach durch das Schlagwerkzeug die Schlagkraft in die Ölbohrungsendung und/oder in den zylindrischen Abschnitt der Ölbohrung eingebracht wird.

Hierdurch können (parasitäre) Schubspannungen weitgehend, wenn nicht sogar vollständig, vermieden werden. Ferner kann verhindert werden, dass sich die Kurbelwelle bei einem nicht exakt ausgerichteten Schlagwerkzeug durch den Schlag ungewünscht verdreht.

Durch die Arretiereinrichtung kann die Schlagkraft besonders zielgerichtet in den gewünschten Bereich eingebracht werden. Dies ist möglich, da sich die Kurbelwelle beim Auftreffen des Schlagwerkzeugs nicht ungewollt entlang oder entgegen der Drehrichtung verdrehen kann.

Durch die Arretiereinrichtung kann insbesondere ein hochpräzises Arbeiten bzw. Schlagverfestigen gewährleistet sein. Die Schlagpositionen und auch die Schlagabstände können ganz besonders gezielt und mit geringen Toleranzen umgesetzt werden.

Bei einer Arretiereinrichtung kann es sich um eine Einrichtung handeln, die die Kurbelwelle vorzugsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig arretiert bzw. mit diesem Ziel in den Antriebsstrang bzw. in die Vorrichtung eingreift. Vorzugsweise ist eine kraftschlüssige Arretierung vorgesehen, wonach die Arretierkraft derart gewählt ist, dass ein Verdrehen der Kurbelwelle beim Einbringen der Schlagkraft vermieden oder zumindest unterdrückt wird.

Bei der Arretiereinrichtung kann es sich um eine hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch betriebene Arretiereinrichtung handeln. Vorzugsweise weist die Arretiereinrichtung eine oder mehrere Bremsbacken auf, beispielsweise zwei Bremsbacken, drei Bremsbacken, vier Bremsbacken oder mehr Bremsbacken.

Die Arretiereinrichtung wird vorzugsweise an der Werkstückantriebseinheit angebracht. Beispielsweise kann die Arretiereinrichtung an einem Backenfutter bzw. einem Spannflansch, einem Befestigungs- flansch bzw. einer Planscheibe der Werkstückantriebseinrichtung oder direkt auf dem Motor bzw. dem Antrieb angeordnet sein.

Insbesondere beim Schlagverfestigen von schräg verlaufenden Ölbohrungen kann die Verwendung einer Arretiereinrichtung von Vorteil sein, um zu verhindern, dass sich die Kurbelwelle bei einem schrägen Schlag auf die Ölbohrung verdreht.

Üblicherweise verlaufen die Ölbohrungen, ausgehend von der jeweiligen Lauffläche des Zapfens, senkrecht durch den Zapfen bzw. auf die Mittelachse des entsprechenden Zapfens zu. Die Ölbohrungen kön- nen allerdings auch schräg durch den jeweiligen Zapfen verlaufen, beispielsweise wenn eine Ölbohrung eines Pleuellagerzapfens ohne eine zusätzliche Verbindungsbohrung mit der Ölbohrung eines Hauptlagerzapfens verbunden werden soll.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Kaltverfestigung (insbesondere für die Schlagverfestigung) einer senkrecht verlaufenden Ölbohrung verwendet. Die Erfindung kann allerdings auch für die Verfestigung von schräg verlaufenden Ölbohrungen eingesetzt werden, wobei das Schlagwerkzeug dann vorzugsweise ebenfalls senkrecht auf die Ölbohrungsendung wirken kann. Allerdings kann das Schlagwerkzeug in diesem Fall bzw. grundsätzlich auch schräg gestellt werden. Vorzugsweise ist die Mittelachse des Schlagwerkzeugs koaxial zu der Mittelachse der zu verfestigenden Ölbohrung ausgerichtet, damit auch die eingebrachte Schlagkraft entlang der Mittelachse der Ölbohrung verläuft.

Es kann hierzu erforderlich sein, Stützhilfen einzusetzen, um ein Abrutschen oder Abknicken des Schlagwerkzeugs zu vermeiden. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für den Betrieb der Antriebseinrichtung eine Lageregelung verwendet wird, um die Kurbelwelle in die Schlagposition zu drehen, wonach die Kurbelwelle vorzugsweise schrittweise bzw. getaktet gedreht wird.

Mit einer Lageregelung bzw. Positionsregelung kann somit eine Punkt-zu-Punkt-Bewegung der Kurbel- welle erreicht werden. Beispielsweise 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.

Die Antriebseinrichtung kann einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, umfassen. Bei dem Elekt- romotor 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. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerung der Antriebseinrichtung und die Steuerung der Arretiereinrichtung miteinander synchronisiert werden derart, dass die Arretiereinrichtung die Kurbelwelle erst dann arretiert, wenn die Kurbelwelle in der Schlagposition stillsteht.

Die Arretiereinrichtung kann grundsätzlich, bei entsprechender Bauweise, beispielsweise bei einer auf Kraftschluss basierenden Bauweise, auch zum Abbremsen der Drehbewegung der Kurbelwelle verwendet werden. Es ist aber besonders zu bevorzugen, die Arretiereinrichtung lediglich zum Arretieren der Kurbelwelle in der Schlagposition einzusetzen, wodurch die Dynamik bzw. Drehung der Kurbelwelle nur durch die Antriebseinrichtung beeinflusst wird. Das heißt, ein Drehmoment, das zu einer Beschleunigung der Kurbelwelle führt (oder zu einem Abbremsen), sollte vorzugsweise ausschließlich seitens der An- triebseinrichtung eingebracht werden. Beispielsweise können dann die Steuerung der Antriebseinrichtung (z. B. eine Lageregelung) und/oder die Steuerung der Arretiereinrichtung besonders einfach aufgebaut sein. Es kann somit ausreichend sein, durch entsprechendes Zeitmanagement lediglich die Zeitpunkte zu synchronisieren, zu denen Antriebseinrichtung und Arretiereinrichtung auf die Kurbelwelle einwirken. Vorzugsweise wirken die Antriebseinrichtung und die Arretiereinrichtung also nicht gleichzeitig auf die Kurbelwelle ein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Steuerung der Arretiereinrichtung und die Steuerung des wenigstens einen Schlagwerkzeugs miteinander synchronisiert werden derart, dass das wenigstens eine Schlagwerkzeug die Schlagkraft erst dann in die zumindest eine Ölbohrungsendung und/oder in den zylindrischen Abschnitt der Ölbohrung der Kurbelwelle einbringt, wenn die Kurbelwelle in der Schlagposition arretiert ist.

Hierdurch können ungewünschte Schubspannungen vollständig vermieden werden. Die Synchronisierung der Steuerungen der Antriebseinrichtung, Arretiereinrichtung und/oder des wenigstens einen Schlagwerkzeugs kann auch derart erfolgen, dass sich die Zeitpunkte bzw. Zeitbereiche, in denen die einzelnen Komponenten auf die Kurbelwelle einwirken, zumindest teilweise überlappen. Hierdurch kann eine schnellere Taktung des gesamten Verfahrens erreichbar sein. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung als Direktantrieb ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist eine Antriebseinrichtung ohne Kupplung vorgesehen. Unter einem Direktantrieb werden vorliegend Antriebe verstanden, bei denen der Motor, vorzugsweise ein Elektromotor, und die antreibende Welle direkt bzw. ohne Übersetzung verbunden bzw. gekoppelt sind. Insbesondere auf ein Getriebe kann verzichtet werden. Vorzugsweise kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch auf eine Kupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, verzichtet werden. Eine Rutschkupplung, mitunter zum Schonen von Bauteilen, ist beispielsweise in dem Verfahren gemäß der EP 1 716 260 B1 vorgesehen, um beim Zwangsstopp der Kurbelwelle durch das Auftreffen des Schlagkopfes die Antriebseinrichtung bzw. die Vorrichtung nicht zu beschädigen. Eine derartige Beschädigung ist bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren ausgeschlossen, wodurch die Rutschkupplung unnötig sein kann.

Hierdurch ist der Aufbau der Antriebseinrichtung ganz besonders einfach und somit wirtschaftlich.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Arretiereinrichtung und die Antriebseinrichtung voneinander separiert angeordnet werden.

Die Arretiereinrichtung ist vorzugsweise nicht als Bremsanordnung innerhalb der Antriebseinrichtung, die beispielsweise für die Positionsregelung erforderlich sein kann, ausgebildet. Üblicherweise ist in einer Antriebseinrichtung, die einen Elektromotor umfasst und über eine Lageregelung bzw. Positionsregelung einen Punkt-zu-Punkt-Betrieb durchführt, ohnehin keine Bremsanordnung vorgesehen, da die Drehmomente durch Spannungs- und/oder Stromregelung des Elektromotors erzeugt werden. Sollte allerdings die Antriebseinrichtung eine herkömmliche Bremseinrichtung umfassen, so kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Arretiereinrichtung zusätzlich hierzu vorgesehen und als eine hiervon unabhängige Baugruppe ausgebildet ist.

Grundsätzlich kann die Arretiereinrichtung auch innerhalb der Antriebseinrichtung separiert angeordnet sein. Vorzugsweise handelt es sich auch in diesem Fall um voneinander unabhängige Komponenten, die räumlich separiert und/oder funktionell unabhängig sind. In einer alternativen Variante, die nicht bevorzugt ist, kann eine Bremseinrichtung der Antriebseinrichtung verwendet werden. Hierzu ist diese geeignet auszulegen, damit sich die Kurbelwelle bei Einbringen der Schlagkraft nicht verdreht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Arretiereinrichtung die Kur- beiwelle mittelbar arretiert, indem die Arretiereinrichtung eine drehbare Befestigungseinrichtung, vorzugsweise einen Befestigungsflansch bzw. einen Spannflansch der Befestigungseinrichtung, an dem bzw. an der die Kurbelwelle festgelegt ist, arretiert.

An Stelle des Befestigungsflansches oder zusätzlich zu dem Befestigungsflansch kann die Befestigungs- einrichtung auch eine Planscheibe oder ein sonstiges Spannmittel umfassen. Insbesondere kann eine Planscheibe mit mehreren Spannbacken, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Spannbacken, vorgesehen sein. Hierdurch können Kurbelwellentypen mit verschiedenen Durchmessern festgelegt werden.

Üblicherweise ist die Kurbelwelle zu deren Bearbeitung über eine Befestigungseinrichtung an einer Antriebswelle drehbar festgelegt.

Um die Kurbelwelle in ihrer Schlagposition zu arretieren, kann die Arretiereinrichtung grundsätzlich an ei- ner beliebigen Position angreifen, die mechanisch mit der Antriebseinrichtung bzw. mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Arretiereinrichtung an der Kurbelwelle selbst angreifen, innerhalb der Antriebseinrichtung z. B. an der Antriebswelle angreifen, außerhalb der Antriebseinrichtung z. B. an der Antriebswelle angreifen oder besonders bevorzugt an der Befestigungseinrichtung, insbesondere einem Befestigungsflansch oder einer Planscheibe bzw. einem sonstigen Spannmittel, angreifen.

In einer Ausgestaltung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Arretiereinrichtung im Bereich eines Außenumfangs an der Befestigungseinrichtung bzw. an dem Befestigungsflansch bzw. an der Planscheibe bzw. an dem Spannflansch angreift. Dadurch, dass die Arretiereinrichtung im Bereich eines Außenumfangs einer Scheibe oder Welle angreift, können die anzusetzenden bzw. notwendigen Arretierkräfte geringer ausfallen. Abhängig von der radialen Position der Arretiereinrichtung, bezogen auf die Drehachse der Antriebswelle, wird entsprechend weniger Kraft benötigt, um ein Torsionsmoment zu blocken, je größer der radiale Abstand zu der Drehachse ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Arretiereinrichtung erst dann angreift, wenn die Kurbelwelle bereits in der Schlagposition still steht.

Grundsätzlich kann die Arretiereinrichtung auch an mehreren Stellen innerhalb der Vorrichtung angreifen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Arretiereinrichtung an jeweils einer geeigneten Stelle im Bereich beider Enden der Kurbelwelle, beispielsweise an dort befindlichen Befestigungsflanschen, an- greift.

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. Die Arretiereinrichtung kann dann beispielsweise im Bereich der Antriebseinrichtung bzw. Antriebswelle und/oder im Bereich der AbStützung angreifen. Vorzugsweise greift die Arretiereinrichtung auch in diesem Fall an der Befestigungseinrichtung, vorzugsweise einem Befestigungsflansch, wie beschrieben, an.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Arretiereinrichtung ausgebildet ist, um eine Drehung der Kurbelwelle entgegen und/oder in Drehrichtung der Kurbelwelle zu vermeiden. 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 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.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kaltverfestigen einer Kurbelwelle kann zusätzlich zu der Kaltverfestigung der zumindest einen Ölbohrungsendung und/oder dem zumindest einen zylindrischen Abschnitt der Ölbohrung vor, nach oder gleichzeitig mit der Verfestigung der zumindest einen Ölbohrungsendung und/oder dem zumindest einen zylindrischen Abschnitt der Ölbohrung eine Schlagverfestigung von Übergangsradien der Kurbelwelle, insbesondere von Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwan- gen der Kurbelwelle, vorgesehen sein.

Merkmale und Verfahrensschritte, die vorstehend bezüglich des Schlagverfestigens der Ölbohrungsendungen bzw. der zylindrischen Abschnitte beschrieben wurden, können, sofern dies technisch nicht ausgeschlossen ist, auch für das Schlagverfestigen der Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen bzw. Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen vorgesehen sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung betreffend das Schlagverfestigen der Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen bzw. Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen kann das wenigstens eine Schlagwerkzeug 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.

Üblicherweise weist die Kurbelwelle an allen Übergängen bzw. Querschnittsänderungen Übergangsradien auf. Dies gilt insbesondere für Querschnittsänderungen zwischen Lagerzapfen und Kurbelwangen. 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 der Kurbelwelle, dessen Dauerfestigkeit 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.

Die Kurbelwelle kann verschiedene Arten von Übergangsradien, beispielsweise Hohlkehlen, zum Bei- spiel 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 Querschnittsverände- rungen - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Schlagverfestigung der Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen derart erfolgt, dass sich die Schlageindrücke eines Schlagkopfes des Schlagwerkzeugs entlang des ringförmig um den Pleuellagerzapfen oder Hauptlagerzapfen umlaufenden jeweiligen Übergangsradius definiert überlappen.

Insbesondere wenn sich die Schlageindrücke eines Schlagkopfes entlang des ringförmig um den Zapfen umlaufenden jeweiligen Übergangsradius der Kurbelwelle überlappen sollen, d. h. wenn die Schlagposi- tionen eng beabstandet sind, ist es erforderlich die Schlagkraft hochpräzise und gezielt einzubringen. Ohne die vorstehend beschriebene Arretiereinrichtung ist dies schwierig, da sich die Kurbelwelle beim Einbringen der Schlagkraft von einer Schlagposition in die vorhergehende Schlagposition zumindest teilweise zurückdrehen würde, wenn der Schlagkopf in den Schlageindruck des vorhergehenden Schlages eindringt. Da sich gezeigt hat, dass durch überlappende Schlageindrücke bzw. eng angeordnete und exakt festgelegte Schlagpositionen eine besonders wirksame Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit bzw. Biegewechselfestigkeit und Torsionswechselfestigkeit erzeugen lässt, ist die Verwendung einer Arretiereinrichtung in Kombination mit dem Einbringen von eng gesetzten und/oder präzisen Schlagabständen insbesondere derart, dass sich die Schlageindrücke überlappen bzw. überschneiden, besonders vorteilhaft.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schlagverfestigen einer Kurbelwelle, wobei die Kurbelwelle Pleuellagerzapfen, Hauptlagerzapfen und Kurbelwangen aufweist, und wobei die Pleuellagerzapfen und die Hauptlagerzapfen Ölbohrungen aufweisen. Erfindungsgemäß ist bezüglich der Vorrichtung vorgesehen, dass zumindest in eine Ölbohrungsendung einer der Ölbohrungen und/oder in zumindest einen zylindrischen Abschnitt einer der Ölbohrungen eine Schlagkraft mittels eines Schlagkopfes eines Schlagwerkzeugs eingebracht wird.

Merkmale, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, sind selbstverständlich auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft umsetzbar - und umge- kehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt wurden, auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung bezogen verstanden werden - und umgekehrt. In einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann außerdem eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein, um die Kurbelwelle in eine Schlagposition zu drehen. Ferner kann eine Arretiereinrichtung vorgesehen sein, um die Kurbelwelle in der Schlagposition zu arretieren, wobei weiter wenigstens ein Schlagwerkzeug vorgesehen ist, um in der Schlagposition eine Schlagkraft in die zumindest eine Ölbohrungsendung und/oder in den zumindest einen zylindrischen Abschnitt einzubringen.

Die Vorrichtung kann ferner ausgebildet sein, Schlagkräfte auch in Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle bzw. Übergänge zu Flanschen, Zapfen und sonstigen geometrischen Querschnittsveränderungen der Kurbelwelle - sowohl für tangierende wie hinterlegte Radien - einzubringen.

Es kann eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen sein, die die Steuerungen der Arretiereinrichtung, der Antriebseinrichtung und/oder des wenigstens einen Schlagwerkzeugs umfasst.

Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann als Mikroprozessor ausgebildet sein.

Anstelle eines Mikroprozessors kann auch eine beliebig weitere Einrichtung zur Implementierung einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder ein handelsüblicher Computer.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein vorstehend beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ausgeführt wird.

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 eine Kurbelwelle, hergestellt nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren. Die erfindungsgemäße Kurbelwelle unterscheidet sich von herkömmlichen Kurbelwellen insbesondere dadurch, dass deren Ölbohrungsendungen und/oder die zylindrischen Abschnitte der Ölbohrungen kaltverfestigt, vorzugsweise schlagverfestigt, wurden.

Wenn außerdem die Übergangsradien zwischen Pleuellagerzapfen und Kurbelwangen und/oder die Übergangsradien zwischen Hauptlagerzapfen und den Kurbelwangen der Kurbelwelle schlagverfestigt wurden, kann sich eine charakteristische Verfestigung der Kurbelwelle ergeben, insbesondere wenn eine Arretiereinrichtung verwendet wird und sich die Schlagabstände und somit die Schlagabdrücke der einzelnen Schläge überlappen.

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:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer ersten Ausführung;

Fig. 2 einen beispielhafter Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer zweiten Ausführung;

Fig. 4 eine Schlageinrichtung mit einem Schlagwerkzeug und einem Schlagkopf mit kugelförmiger

Oberfläche in vergrößerter Darstellung gemäß Einzelheit "A" aus Fig. 1 ;

Fig. 5a eine Schlageinrichtung mit einem Schlagwerkzeug mit zwei Schlagköpfen mit jeweils kugelförmiger Oberfläche bei der Verfestigung von gerade verlaufenden Ölbohrungen;

Fig. 5b die Schlageinrichtung der Figur 5a bei der Verfestigung von schräg verlaufenden Ölbohrungen; Fig. 6 einen Ausschnitt einer Kurbelwelle mit beispielhaften Ölbohrungen und mit einer Verbindungsbohrung zwischen einer senkrecht verlaufenden Ölbohrung eines Pleuellagerzapfens und einer senkrecht verlaufenden Ölbohrung eines Hauptlagerzapfens;

Fig. 7 eine beispielhafte Ölbohrungsendung einer Ölbohrung und eine schematische Darstellung der Schlagverfestigung unter Verwendung unterschiedlich großer Schlagköpfe;

Fig. 8 ein Beispiel für eine Schlagverfestigung mit einem Schlagkopf, der einen Formabschnitt aufweist;

Fig. 9 ein Beispiel für eine Schlagverfestigung mit einem Schlagkopf, wobei durch den Schlagkopf gleichzeitig ein Übergangsradius bzw. eine Senkung in die Ölbohrungsendung eingebracht wird; Fig. 10 ein schräg gestelltes Schlagwerkzeug in einer weiteren Ausführungsform zur Verfestigung einer schräg verlaufenden Ölbohrung;

Fig. 1 1 eine Ölbohrung in einer Schnittdarstellung mit einem Übergangsradius, einer Fase und einem zylindrischen Abschnitt;

Fig. 12 ein pneumatisch/hydraulisches oder elektromechanisches Schlagwerkzeug zur Kaltverfestigung eines zylindrischen Abschnitts einer Ölbohrung;

Fig. 13 ein pneumatisch/hydraulisches oder elektromechanisches Schlagwerkzeug zur Kaltverfesti- gung eines zylindrischen Abschnitts einer Ölbohrung mit in mehreren Höhenebenen angeordneten Schlagköpfen; und

Fig. 14 ein Schlagwerkzeug zur Kaltverfestigung eines zylindrischen Abschnitts einer Ölbohrung mittels eines Keils und mehreren Schlagköpfen.

Die in Figur 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 Schlageinrichtung 1 , weshalb nachfolgend nur auf die wesentlichen Teile und auf die Unterschiede zum Stand der Technik näher eingegangen wird.

Im Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Kaltverfestigung anhand eines Schlagverfestigungsprozesses dargestellt. Dies ist jedoch nicht beschränkend zu verstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einem anderen Kaltverfestigungsverfahren realisiert werden. 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. Figuren 4 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 1 1 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 1 1 kann eine Lü- nette, die an einer rotationssymmetrischen Stelle positioniert wird, vorgesehen sein.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Arretiereinrichtung 12 vorgesehen, die im Bereich eines Außenumfangs der Befestigungseinrichtung 9 angreift. Grundsätzlich kann die Arretiereinrichtung 12 an einer beliebigen Stelle innerhalb der Vorrichtung angeordnet sein, um eine Arretierkraft auf eine Ausgangswelle der Antriebseinrichtung 3 bzw. eine vorliegend hiermit identische Eingangswelle 13 der Befestigungseinrichtung 9 und somit auf die Kurbelwelle 4 aufzubringen. Die Arretiereinrichtung 12 kann auch an mehreren Stellen der Vorrichtung angreifen. Beispielhaft ist ein zweiter Teil der Arretiereinrichtung 12 in Eingriff mit der Befestigungseinrichtung 9 im Bereich der AbStützung 1 1 gestrichelt dargestellt.

Die Arretiereinrichtung 12 basiert beispielsweise auf einer kraftschlüssigen Arretierung unter Verwendung einer nur schematisch dargestellten Bremsbackenanordnung 14.

Bei der in Figur 1 dargestellten Schlageinrichtung 1 handelt es sich um eine Schlageinrichtung 1 zur Schlagverfestigung zumindest einer Ölbohrungsendung 30 (vgl. insbesondere Figur 7 bis Figur 9) einer Ölbohrung 31 (vgl. Figur 4 bis FiguM O) und/oder zumindest eines zylindrischen Abschnitts 38 (vgl. Figur 1 1 ) einer der Ölbohrungen 31 . Die dargestellte Schlageinrichtung 1 kann allerdings auch dazu ausgebildet sein, wenigstens einen Übergangsradius 8 zwischen einem Pleuellagerzapfen 5 und einer Kurbelwange 7 und/oder wenigstens einen Übergangsradius 8 zwischen einem Hauptlagerzapfen 6 und einer Kurbelwange 7 einer Kurbelwelle 4 schlagzuverfestigen. Es können auch mehrere Schlageinrichtungen 1 vorgesehen sein, wobei wenigstens eine der Schlageinrichtungen 1 dazu ausgebildet ist, die Ölbohrungsendungen 30 und/oder den zylindrischen Abschnitt 38 zu verfestigen und wenigstens eine weitere Schlageinrichtung dazu ausgebildet ist, die Übergangsradien 8 zwischen Pleuellagerzapfen 5 und Kurbelwange 7 bzw. zwischen Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwange 7 zu verfestigen. Grundsätzlich ist eine Arretiereinrichtung 12 für das Funktionsprinzip der Erfindung nicht erforderlich, kann aber vorteilhaft sein, beispielsweise auch zur Schlagverfestigung von schräg verlaufenden Ölbohrungen 31 , um ein Verdrehen der Kurbelwelle 4 beim Einbringen der Schlagkraft zu vermeiden. In Figur 1 ist ferner eine Verschiebe- und Justiereinrichtung 15 dargestellt, die vorgesehen ist, um die exemplarisch dargestellte Schlageinrichtung entlang der Längsachse der Kurbelwelle zu verfahren, um die Schlageinrichtung 1 entsprechend an dem Pleuellagerzapfen 5 oder dem Hauptlagerzapfen 6, dessen Ölbohrung bzw. Ölbohrungsendung schlagverfestigt werden soll, zu positionieren. In Figur 2 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren, das aus vier Schritten (Drehen, Arretieren, Schlagen, Lösen) bestehen kann, abgebildet. Der Verfahrensschritt des Arretierens und des Lösens ist vorliegend optional, jedoch vorteilhaft.

Für den Betrieb der Antriebseinrichtung 3, die vorzugsweise einen Elektromotor umfasst, kann eine La- geregelung verwendet werden, um die Kurbelwelle 4 in die jeweilige Schlagposition zu drehen, wonach die Kurbelwelle 4 vorzugsweise schrittweise bzw. getaktet gedreht wird.

Nachdem die Kurbelwelle 4 von der Antriebseinrichtung 3 in die Schlagposition gedreht wurde, wird die Kurbelwelle 4 von der optionalen Arretiereinrichtung 12 zunächst in der Schlagposition arretiert.

Anschließend wird durch wenigstens ein Schlagwerkzeug 16 (vgl. Figur 4, Figur 5a / 5b und Figur 10) eine Schlagkraft in zumindest eine Ölbohrungsendung 30 einer Ölbohrung 31 der Kurbelwelle 4 und/oder in zumindest einen zylindrischen Abschnitt 38 einer Ölbohrung 31 der Kurbelwelle 4 eingebracht. Zusätzlich kann durch das gleiche oder wenigstens ein (weiteres) Schlagwerkzeug außerdem eine Schlagkraft in wenigstens einen Übergangsradius 8 der Kurbelwelle 4 eingebracht werden.

Vorzugsweise sind die Steuerung der Antriebseinrichtung 3 und die Steuerung der Arretiereinrichtung 12 miteinander synchronisiert derart, dass die Arretiereinrichtung 12 die Kurbelwelle 4 erst dann arretiert, wenn die Kurbelwelle 4 in der Schlagposition stillsteht.

Ferner können auch die Steuerungen der Arretiereinrichtung 12 und des wenigstens einen Schlagwerkzeugs 16 (bzw. der wenigstens einen Schlageinrichtung 1 ) synchronisiert sein derart, dass das wenigstens eine Schlagwerkzeug 16 die Schlagkraft erst dann in die Ölbohrungsendung 30 bzw. in den zylindrischen Abschnitt 38 der Kurbelwelle 4 einbringt, wenn die Kurbelwelle 4 in der Schlagposition arretiert ist. Anschließend wird die Arretierung der Kurbelwelle 4 wieder gelöst.

Das Verfahren kann anschließend für dieselbe Ölbohrungsendung 30 bzw. dieselbe Ölbohrung 31 beliebig oft wiederholt werden, beispielsweise auch durch eine leichte Modifikation der Schlagposition und/oder des Schlagwinkels. Nachdem eine Ölbohrungsendung 30 und/oder ein zylindrischer Abschnitt 38 in gewünschter Weise schlagverfestigt wurde, kann das Schlagwerkzeug 16 bzw. die gesamte Schlageinrichtung 1 an die als nächstes zu verfestigende Ölbohrungsendung 30 bzw. an den als nächstes zu verfestigenden zylindrischen Abschnitt 38 (derselben oder einer anderen Ölbohrung 31 ) bewegt werden, wonach das Verfah- ren, umfassend die Schritte "Drehen", "Arretieren" (optional), "Schlagen" und "Lösen" (optional), wiederholt werden kann.

In ähnlicher Weise kann eine Steuerung bzw. ein Ablauf zur Schlagverfestigung von Übergangsradien 8 zwischen Pleuellagerzapfen 5 und Kurbelwangen 7 bzw. zwischen Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwan- gen 7 vorgesehen sein. Es kann auch eine gemeinsame Steuerung vorgesehen sein.

Das wenigstens eine Schlagwerkzeug 16 bzw. die wenigstens eine Schlageinrichtung 1 kann die Schlagbewegung bzw. die Schlagkraft mit einer Periodizität, beispielsweise mit einer Taktung und/oder Schlagfrequenz von 0,1 Hz bis 50 Hz, vorzugsweise mit einer Taktung und/oder Schlagfrequenz von 0,3 Hz bis 10 Hz, besonders bevorzugt mit einer Taktung und/oder Schlagfrequenz von 0,5 Hz bis 5 Hz und ganz besonders bevorzugt mit einer Taktung und/oder Schlagfrequenz von 0,5 Hz bis 3 Hz, einbringen. Dabei kann vorgesehen sein, dass in eine Ölbohrung 31 mit der genannten Schlagfrequenz mehrere (mindestens zwei) Schläge eingebracht werden oder bei der Verfestigung von Übergangsradien 8 zwischen Pleuellagerzapfen 5 und Kurbelwangen 7 oder Übergangsradien 8 zwischen Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwangen 7 die Schlagposition mit dem genannten Takt verändert wird, wonach jeweils einer oder mehrere Schläge durchgeführt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 29, vorzugsweise umfassend einen Mikroprozessor, vorgesehen sein. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 29 kann beispiels- weise auch die Steuerungen der Antriebseinrichtung 3, der Arretiereinrichtung 12 und/oder des wenigstens einen Schlagwerkzeugs 16 umfassen bzw. implementieren und/oder synchronisieren.

Insbesondere kann ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln vorgesehen sein, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einer Steuer- und/oder Regeleinrich- tung 29, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ausgeführt wird.

In Figur 3 ist in perspektivischer Ansicht ausschnittsweise eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens - allerdings ohne Schlageinrichtung - dargestellt. Die Vorrichtung der Figur 3 ist dabei im Wesentlichen identisch mit der Vorrichtung der Figur 1 , weshalb nachfolgend nur auf die wesentlichen Unterschiede Bezug genommen wird.

Abermals ist eine Antriebseinrichtung 3 vorgesehen. In der Ausführungsform der Figur 3 ist außerdem auch eine optionale Arretiereinrichtung (nicht sichtbar) innerhalb der Antriebseinrichtung 3 angeordnet. Obwohl die Arretiereinrichtung vorzugsweise wie in der Figur 1 dargestellt angeordnet ist, kann die Arre- tiereinrichtung also auch innerhalb der Antriebseinrichtung 3 aufgenommen sein. Dabei ist allerdings dennoch vorgesehen, dass die Arretiereinrichtung separat von der Antriebseinrichtung 3 ansteuerbar ist. Die Arretiereinrichtung ist gemäß Figur 3 nicht Bestandteil der Antriebseinrichtung 3. Die Antriebseinrichtung 3 kann gegebenenfalls zusätzlich über eine eigene Bremseinrichtung verfügen. 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 der Antriebswelle 13 verschieben lässt.

Die Kurbelwelle 4 der Figur 3 weist eine von der Kurbelwelle 4 der Figur 1 abweichende Konfiguration auf, umfasst aber grundsätzlich ebenfalls Pleuellagerzapfen 5, Hauptlagerzapfen 6 und Kurbelwangen 7.

In Figur 3 (wie auch in Figur 1 ) kann an dem von der Antriebseinrichtung 3 abgewandten Ende der Kur- beiwelle 4 eine weitere Befestigungseinrichtung 9 vorgesehen sein, diese kann jedoch auch entfallen.

In Figur 4 ist beispielhaft eine Schlageinrichtung 1 der Figur 1 näher dargestellt. Das Verfahren zum Schlagverfestigen kann grundsätzlich mit einer beliebigen Schlageinrichtung 1 umgesetzt werden. Die nachfolgend beschriebene Schlageinrichtung 1 eignet sich jedoch besonders. Sie weist einen Grundkör- per 18 auf, der entsprechend dem Radius des zu bearbeitenden Kurbelwellensegments mit einer prismatischen Anlage versehen sein kann und vorzugsweise Führungen 19 aufweist, die ein Schlagwerkzeug 16 führen und ihnen im Abstützwinkel um eine Umlenkeinheit 20 eine entsprechende Freiheit geben, die zur Anpassung an die maßlichen Verhältnisse der Kurbelwelle 4 vorteilhaft ist. An dem vorderen Ende des Schlagwerkzeugs 16 ist eine Kugel als Schlagkopf 21 angeordnet, d. h. der Schlagkopf 21 weist zum Schlagverfestigen eine kugelförmige Oberfläche auf. Ein Zwischenteil 22 stellt die Verbindung zwischen einem Schlagkolben 23 und der Umlenkeinheit 20, die die Schlagenergie an das Schlagwerkzeug 16 weitergibt, her. Das Zwischenteil 22 kann ggf. auch entfallen.

Zur Steigerung der Wirksamkeit des Schlages kann auf der von dem Grundkörper 18 abgewandten Seite des Zapfens 5 ein Spannprisma 24 über Federn mit einstellbaren Spannbolzen mit Spannmuttern befestigt werden (nicht im Detail dargestellt). Hier sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.

Durch die Anordnung mehrerer Schlageinrichtungen 1 über die Länge der zu bearbeitenden Kurbelwelle 4 können im Bedarfsfall mehrere bis alle Bereiche bzw. Ölbohrungen 31 der Kurbelwelle 4 gleichzeitig bearbeitet werden.

In der in Figur 4 dargestellten Kurbelwelle 4 ist in dem Pleuellagerzapfen 5 eine Ölbohrung 31 gestrichelt dargestellt, die mittig und senkrecht in dem Pleuellagerzapfen 5 verläuft und etwa in der Mitte des Pleuellagerzapfens 5 endet. Zur Verbindung mit dem Ölkreislauf des Motorblocks über einen angrenzenden Hauptlagerzapfen 6 ist eine Verbindungsbohrung 32 vorgesehen. Die Verbindungsbohrung 32 führt zu einer in Fig. 4 nicht dargestellten Ölbohrung eines Hauptlagerzapfens 6. Die Schlageinrichtung 1 bzw. das Schlagwerkzeug 16 sind im Ausführungsbeispiel derart ausgerichtet, dass eine Ölbohrungsendung 30 der Ölbohrung 31 schlagverfestigt werden kann. Hierzu wird die Schlagkraft mittels des Schlagkopfes 21 des Schlagwerkzeugs 16 in die Ölbohrungsendung 30 eingebracht.

Zur Ausrichtung des Schlagwerkzeugs 16 auf die Ölbohrungsendung 30 wird der Grundkörper 18 der Schlageinrichtung 1 durch zwei Stützelemente 33 (oder ein mehrteiliges oder umlaufendes Stützelement) an den Kurbelwangen 7, die an den Pleuellagerzapfen 5 angrenzen, abgestützt. Die Stützelemente 33 können auch dazu dienen, dass das Schlagwerkzeug 16 während der Schlagverfestigung der Ölboh- rungsendung 30 nicht abknickt oder abrutscht.

Grundsätzlich können mehrere, vorzugsweise eine Mehrheit, besonders bevorzugt alle Ölbohrungsendungen 30 der Pleuellagerzapfen 5 und/oder der Hauptlagerzapfen 6 kaltverfestigt bzw. schlagverfestigt werden. Vorzugsweise werden alle Ölbohrungsendungen 30 aller Pleuellagerzapfen 5 schlagverfestigt.

In den Figuren 5a / 5b ist eine weitere Schlageinrichtung 1 dargestellt, die ein Schlagwerkzeug 16 aufweist, an dem zwei Schlagköpfe 21 angeordnet sind, um zwei in demselben Zapfen 5, 6 axial entlang der Hauptdrehachse C_Kw der Kurbelwelle 4 bzw. Drehachse C versetzt angeordnete Ölbohrungsendungen 30 zu verfestigen.

Die Schlageinrichtung 1 der Figuren 5a / 5b ist dabei grundsätzlich ähnlich zu der Schlageinrichtung 1 der Figur 4 aufgebaut und ebenfalls nur schematisch dargestellt. Die Schlageinrichtung 1 der Figuren 5a / 5b weist ebenfalls eine Umlenkeinheit 20 auf, um die von dem Schlagkolben 23 erzeugte Schlagkraft über ein Zwischenteil 22 auf die Schlagköpfe 21 zu verteilen. Gleichzeitig kann die Umlenkeinheit 20 da- zu dienen, das Schlagwerkzeug 16 optimal auf die Ölbohrungsendungen 30 auszurichten. Zur Abstüt- zung können abermals eines oder mehrere Stützelemente 33 oder ein umlaufendes Stützelement vorgesehen sein, die vorliegend zwischen dem Schlagwerkzeug 16 und den entsprechenden Kurbelwangen 7 angeordnet sind. Eine Schlageinrichtung 1 kann grundsätzlich zur Schlagverfestigung von gerade verlaufenden Ölbohrungen 31 (vgl. Figur 5a) oder zur Schlagverfestigung von schräg verlaufenden Ölbohrungen 31 (vgl. Figur 5b) verwendet werden. Dies gilt selbstverständlich auch dann, wenn nur ein Schlagwerkzeug 16 und/oder ein Schlagkopf 21 und/oder eine Ölbohrung 31 in einem Zapfen 5, 6 verfestigt werden soll. Es kann auch vorgesehen sein, dass zum Kaltverfestigen einer Ölbohrung 31 bzw. einer Ölbohrungsendung 30 ein Kugelkörper 34 durch wenigstens einen Abschnitt der Ölbohrung 31 gedrückt wird. Dies ist schematisch in Figur 6 dargestellt.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kugelkörper 34 pulsierend oder gleichmäßig in den wenigstens einen Abschnitt der Ölbohrung 31 gedrückt wird. Bei dem Kugelkörper 34 kann es sich auch um einen bereits beschriebenen Schlagkopf 21 handeln. Vorzugsweise wird der Kugelkörper 34 nach der Verfestigung der Innenwände der Ölbohrung 31 wieder aus der Ölbohrung 31 entfernt.

Figur 6 zeigt einen beispielhaften Ausschnitt einer Kurbelwelle 4 mit jeweils einer Ölbohrung 31 in einem Pleuellagerzapfen 5 und einem Hauptlagerzapfen 6. Zwischen den dargestellten beiden Ölbohrungen 31 ist eine Verbindungsbohrung 32 eingebracht. Im späteren Betrieb der Kurbelwelle 4 kann dann vorgesehen sein, die Mündung der Verbindungsbohrung 32 an einer Kurbelwange 7 mit einem Dichtmittel 35 zu verschließen, damit der Ölkreislauf geschlossen ist. Alternativ hierzu kann auch eine oder können beide Ölbohrungen 31 schräg aufeinander zu verlaufen.

Es kann, wie vorstehend bereits ausgeführt, vorgesehen sein, die Ölbohrungsendung 30 einer Ölbohrung 31 des Pleuellagerzapfens 5 oder die gesamte Ölbohrung 31 des Pleuellagerzapfens 5 oder einen beliebigen zylindrischen Abschnitt 38 an der Innenseite bzw. an den Innenwänden der Ölbohrung 31 zu verfestigen, indem der Kugelkörper 34 durch die Ölbohrung 31 hindurchgedrückt wird. Hierzu weist der Ku- gelkörper 34 einen etwas größeren Durchmesser auf als die Ölbohrung 31 .

Sollte es anwendungsbedingt notwendig oder vorteilhaft sein, den Kugelkörper 34 so tief in die Ölbohrung 31 hineinzudrücken, dass sich der Kugelkörper 34 nicht mehr zurückziehen bzw. durch das Schlagwerkzeug 16 herausziehen lässt oder das Herausziehen als unvorteilhaft angesehen wird, kann vorgesehen sein, dass der Kugelkörper 34 von der Ölbohrung 31 des Pleuellagerzapfens 5 unmittelbar oder über eine Verbindungsbohrung 32 zu einer Ölbohrung 31 eines angrenzenden Hauptlagerzapfens 6 gelangt, wobei die Verbindungsbohrung 32 und/oder die Ölbohrung 31 des Hauptlagerzapfens 6 einen Innendurchmesser aufweisen, der mindestens so groß ist wie der Außendurchmesser des Kugelkörpers 34.

Sobald der Kugelkörper 34 also so tief in die Ölbohrung 31 hineingedrückt wurde, dass der Kugelkörper 34 auf die Verbindungsbohrung 32 trifft, die einen größeren Durchmesser als der Kugelkörper 34 und die Ölbohrung 31 des Pleuellagerzapfens 5 aufweist, kann der Kugelkörper 34 durch die Verbindungsbohrung 32 zu der Ölbohrung 31 des Hauptlagerzapfens 6 gelangen, beispielsweise rollen, von wo aus der Kugelkörper aus der Kurbelwelle 4 wieder entfernt werden kann, wenn auch die Ölbohrung 31 des Hauptlagerzapfens 6 einen größeren Durchmesser aufweist, als der Kugelkörper 34.

Figur 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Ölbohrungsendung 30. An dem Übergang zu der Lauffläche 36 des entsprechenden Zapfens 5, 6 weist die Ölbohrungsendung 30 einen Übergangsradius R auf, welcher schlagverfestigt wird. Anstelle eines Übergangsradius R kann die Ölbohrungsendung 30 am Übergang zu der Lauffläche 36 auch eine beliebige Senkung aufweisen. Die Ölbohrungsendung 30 kann allerdings auch ohne einen Übergangsradius R oder eine Senkung vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ölbohrungsendung 30 einen Übergangsradius R und eine Fase 39, wie in Figur 1 1 dargestellt, aufweist. In Figur 7 ist ferner eine Ölbohrungsendung 30 der Ölbohrung 31 dargestellt. Grundsätzlich kann die Ölbohrungsendung 30 nur die Mündung der Ölbohrung 31 , also beispielsweise den Übergangsradius R und/oder die Fase 39 umfassen (vgl. Figur 8 und Figur 1 1 ). Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Ölbohrungsendung 30, die kaltverfestigt werden soll, bis zu einer Tiefe T in die Ölbohrung 31 hinein- ragt. Die Tiefe T kann durch Simulationen, Berechnungen und/oder Versuchsreihen des jeweiligen Kurbelwellentyps bestimmt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass zur Schlagverfestigung der Ölbohrungsendung 30 Schlagköpfe 21 mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden derart, dass die Schlagköpfe 21 beim Schlagverfes- tigen unterschiedlich tief in die Ölbohrungsendung 30 eindringen.

Beispielsweise kann eine Wechseleinrichtung 37 (nur schematisch dargestellt) vorgesehen sein, um die Schlagköpfe 21 auszuwählen und/oder auszuwechseln. Im Ausführungsbeispiel der Figur 7 ist hierzu angedeutet, dass die Wechseleinrichtung 37 die Schlagwerkzeug 16 austauscht, um die Schlagköpfe 21 auszuwechseln. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Wechseleinrichtung 37 die Schlagköpfe 21 direkt auswechselt oder die gesamte Schlageinrichtung 1 auswechselt.

In Figur 7 ist ferner ein Schlagkopf 21 dargestellt, der als Kugelkörper 34 durch die Ölbohrung 31 gedrückt werden kann. Das Schlagwerkzeug 16 kann hierzu beispielsweise ausgebildet sein, den Schlag- köpf 21 bzw. den Kugelkörper 34 nach dem oder während des Eindrückens abzuwerfen. Vorzugsweise werden die Innenwände der Ölbohrung 31 zumindest bis zur Tiefe T bzw. Erstreckung der Ölbohrungsendung 30 kaltverfestigt. Der Durchmesser des Kugelkörpers 34 ist zur Kaltverfestigung der Innenwände der Ölbohrung 31 größer oder gleich dem Durchmesser D der Ölbohrung 31 gewählt. Schließlich zeigt Figur 8 eine weitere Ölbohrungsendung 30, die lediglich den Übergangsradius R der Ölbohrung 31 umfasst. Zur Schlagverfestigung wird ein Schlagkopf 21 verwendet, der einen Formabschnitt aufweist, dessen Form an den zu verfestigenden Übergangsradius R der Ölbohrungsendung 30 angepasst ist. Es kann auch eine Senkung bzw. Ansenkung bzw. eine Fase 39 und/oder ein Übergangsradius R einer Ölbohrungsendung 30 durch ein formgebendes Schlagwerkzeug 16 bzw. einen entsprechenden Schlagkopf 21 durch die Schlagverfestigung überhaupt erst erzeugt werden. Eine derartige plastische Verformung durch einen Schlagkopf 21 ist in Figur 9 gezeigt, wobei ein runder bzw. symmetrischer Schlagkopf 21 angedeutet ist; es kann sich aber auch um einen nicht symmetrischen Schlagkopf 21 (beliebige Kalot- te) handeln. Durch die Wahl eines entsprechenden Schlagkopfes 21 , beispielsweise auch eines Schlagkopfes 21 , der einen Formabschnitt aufweist, kann eine beliebige Senkung erzeugt werden.

Schließlich ist aus Figur 10 eine weitere Schlageinrichtung 1 ersichtlich, die mit nur einem Schlagwerkzeug 16 versehen ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schlageinrichtung 1 zur Mittelachse bzw. Hauptdrehachse C_Kw der Kurbelwelle 4 nicht orthogonal sondern hierzu schräg gestellt, und zwar derart, dass die Mittelachse bzw. Längsachse L_s des Schlagwerkzeugs 16 koaxial zu der Mittelachse der Ölbohrung 31 ausgerichtet ist, um die Schlagkraft entlang der Mittelachse der Ölbohrung 31 einzubringen. Figur 1 1 zeigt eine weitere Ölbohrung 31 innerhalb eines Zapfens 5, 6 einer Kurbelwelle 4 zur Verdeutlichung der Begrifflichkeiten. Die in der Figur 1 1 dargestellte Ölbohrung 31 weist einen Übergangsradius R am Übergang zu der Lauffläche 36 des Zapfens 5, 6 auf, an den sich eine Fase 39 anschließt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 1 ist die Ölbohrungsmündung 30, ausgehend von dem Übergangsradius R bis zur Tiefe T definiert und umfasst demnach auch einen oberen zylindrischen Abschnitt 43 der Ölboh- rung 31 . Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, die Ölbohrungsmündung 30 bis zu einer Tiefe T, d. h. den Übergangsradius R, die Fase 39 und den obere zylindrische Abschnitt 43 der Ölbohrung 31 kaltzu- verfestigen. Es kann im Rahmen der Erfindung allerdings auch nur der Übergangsradius R, nur die Fase 39, nur der Übergangsradius R und die Fase 39 oder nur die Fase 39 und der obere zylindrische Abschnitt 43 der Ölbohrung 31 kaltverfestigt werden.

Es kann auch vorgesehen sein, nur einen oder mehrere beliebige zylindrische Abschnitte 38 innerhalb der Ölbohrung 31 kaltzuverf estigen. Ein beispielhafter zylindrischer Abschnitt 38 ist in Figur 1 1 dargestellt. Der zylindrische Abschnitt 38 kann ein beliebiges großes Teilstück des zylindrischen Teils der Ölbohrung 31 umfassen. Der zylindrische Abschnitt 38 kann sich an die Fase 39 anschließen, jedoch auch von der Fase 39 beabstandet sein. Der zylindrische Abschnitt 38 kann auch mehrfach in dem zylindrischen Teil der Ölbohrung 31 ausgebildet sein.

Zur Verfestigung eines zylindrischen Abschnitts 38 einer Ölbohrung 31 können verschiedene Schlagwerkzeuge 16 eingesetzt werden. Drei beispielhafte Ausführungsformen sind in den Figuren 12 bis 14 gezeigt. Dabei ist jeweils vorgesehen, dass das Schlagwerkzeug 16 mit wenigstens einem Schlagkopf 21 in die Ölbohrung 31 bis zu einer gewünschten Tiefe eingebracht wird, wonach zum Kaltverfestigen (vorzugsweise Schlagverfestigen) des wenigstens einen zylindrischen Abschnitts 38 der Ölbohrung 31 der wenigstens eine Schlagkopf 21 radial aus dem Schlagwerkzeug 16 heraus und gegen eine Innenwand 40 des wenigstens einen zylindrischen Abschnitts 38 gedrückt wird.

In Figur 12 ist nur zur Verdeutlichung der rechte Schlagkopf 21 in einer an der Innenwand 40 anliegenden Position dargestellt, während sich der linke Schlagkopf 21 noch in seiner Ausgangsposition befindet. Vorzugsweise werden die Schlagköpfe 21 symmetrisch nach außen gedrückt. Zur Sicherung der Schlagköpfe 21 in ihrer Ausgangsposition können in dem Schlagwerkzeug 16 entsprechende Absätze etc. vorgesehen sein, wie in den Figuren 12 und 13 angedeutet.

Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl Schlagköpfe 21 vorgesehen sein. Beispielsweise ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr Schlagköpfe 21 , die insbesondere symmetrisch um eine Mittelach- se M des Schlagwerkzeugs 16 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 12 sind zwei Schlag- köpfe 21 dargestellt, wobei ein weiterer Schlagkopf 21 (vorzugsweise eines weiteren Schlagkopf paares) beispielhaft gestrichelt angedeutet ist.

Die Schlagköpfe 21 können auch auf verschiedenen Höhenebenen angeordnet sein, wie in Figur 13 dargestellt. Hierdurch ist es möglich, einen größeren zylindrischen Abschnitt ohne oder mit geringerer axialer Verstellung des Schlagwerkzeugs 16 zu bearbeiten.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, das Schlagwerkzeug 16 während der Bearbeitung entlang der Mittelachse der Ölbohrung 31 zu drehen, um eine möglichst gleichmäßige und vollständige Bearbeitung der Innenfläche der Ölbohrung 31 vorzunehmen. Dies ist in den Figuren 12 bis 14 durch entsprechende Pfeile angedeutet.

Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Schlagkopf 21 hydraulisch, pneumatisch oder elekt- romechanisch radial aus dem Schlagwerkzeug 16 herausgedrückt wird. Das Schlagwerkzeug 16 kann hierzu eine entsprechende Druckluft- oder Flüssigkeitszufuhr 41 aufweisen. Alternativ kann, wie in Figur 14 dargestellt, eine mechanische Verstellung des wenigstens einen Schlagkopfes 21 vorgesehen sein, beispielsweise mittels eines Keils 42 oder eines Kugelgewindeantriebs (nicht dargestellt). In Figur 14 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ein Doppelkeil 42 verwendet wird, der die Schlagköpfe 21 gleichzeitig axial sichert. Es kann aber auch nur ein einfacher Keil vorgesehen sein (beispielsweise nur die obere Hälfte des Doppelkeils 42), sofern die Schlagköpfe 21 anderweitig gegen ein Herausfallen aus dem Schlagwerkzeug 16 gesichert sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Verfahren zum Kaltverfestigen einer Kurbelwelle (4), welche Pleuellagerzapfen (5), Hauptlagerzapfen (6) und Kurbelwangen (7) aufweist, wobei die Pleuellagerzapfen (5) und die Hauptlagerzapfen (6) Ölbohrungen (31) aufweisen,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

zumindest eine Ölbohrungsendung (30) einer der Ölbohrungen (31) und/oder zumindest ein zylindrischer Abschnitt (38) einer der Ölbohrungen (31) kaltverfestigt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Ölbohrungsendung (30) und/oder der zylindrische Abschnitt (38) schlagverfestigt wird. Verfahren nach Anspruch 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

in die Ölbohrungsendung (30) und/oder in den zylindrischen Abschnitt (38) eine Schlagkraft mittels eines Schlagkopfes (21) eines Schlagwerkzeugs (16) eingebracht wird.

Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Ölbohrungsendung (30) am Übergang zu einer Lauffläche (36) des jeweiligen Zapfens (5, 6) einen Übergangsradius (R) aufweist, wobei der Übergangsradius (R) schlagverfestigt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Ölbohrungsendung (30) eine Fase (39) aufweist, wobei die Fase (39) schlagverfestigt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

zwei in demselben Zapfen (5, 6) axial versetzt angeordnete Ölbohrungsendungen (30) gleichzeitig mittels eines zwei Schlagköpfe (21) aufweisenden Schlagwerkzeugs (16) schlagverfestigt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

das Schlagwerkzeug (16) zur Ausrichtung auf eine der Ölbohrungsendungen (30) und/oder während der Schlagverfestigung durch wenigstens ein Stützelement (33) an wenigstens einer der Kurbelwangen (7) abgestützt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Schlagkopf (21) zum Schlagverfestigen eine kugelförmige Oberfläche aufweist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Schlagkopf (21) zum Schlagverfestigen einen Formabschnitt aufweist, dessen Form an den zu verfestigenden Übergangsradius (R) und/oder an die Fase (39) der Ölbohrungsendung (30) ange- passt ist. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

während der Schlagverfestigung einer der Ölbohrungsendungen (30) ein Übergangsradius (R) der Ölbohrungsendung (30) oder eine Senkung der Ölbohrungsendung (30) durch den Schlagkopf (21) erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

zur Schlagverfestigung der Ölbohrungsendung (30) Schlagköpfe (21) mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden, derart dass die Schlagköpfe (21) beim Schlagverfestigen unter- schiedlich tief in die Ölbohrungsendung (30) eindringen.

12. Verfahren nach Anspruch 11 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

eine Wechseleinrichtung (37) verwendet wird, um die Schlagköpfe (21) auszuwechseln.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

zum Kaltverfestigen der Ölbohrungsendung (30) ein Kugelkörper (34) durch wenigstens einen Abschnitt der Ölbohrung (31 ) gedrückt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Kugelkörper (34) pulsierend oder gleichmäßig in den Abschnitt der Ölbohrung (31) gedrückt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Kugelkörper (34) in die Ölbohrung (31) eines der Pleuellagerzapfen (5) gedrückt wird und von dort unmittelbar oder über eine Verbindungsbohrung (32) zu der Ölbohrung (31) eines der angren- zenden Hauptlagerzapfen (6) gelangt, wobei die Verbindungsbohrung (32) und/oder die Ölbohrung (31) des Hauptlagerzapfens (6) einen Innendurchmesser aufweisen der mindestens so groß ist wie der Außendurchmesser des Kugelkörpers (34).

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

mehrere, vorzugsweise eine Mehrheit, besonders bevorzugt alle Ölbohrungsendungen (30) der Pleuellagerzapfen (5) und/oder der Hauptlagerzapfen (6) kaltverfestigt werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 16,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Kurbelwelle (4) zum Schlagverfestigen einer der Ölbohrungsendungen (30) und/oder eines der zylindrischen Abschnitte (38) der Ölbohrungen (31) mittels einer Antriebseinrichtung (3) zunächst entlang einer Drehrichtung in eine Schlagposition gedreht wird, wonach eine Arretiereinrichtung (12) verwendet wird, um die Kurbelwelle (4) in der Schlagposition zu arretieren, wonach durch das Schlagwerkzeug (16) die Schlagkraft in die Ölbohrungsendung (30) und/oder in den zylindrischen

Abschnitt (38) der Ölbohrung (31) eingebracht wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 17,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

das Schlagwerkzeug (16) mit wenigstens einem Schlagkopf (21) in die Ölbohrung (31) eingebracht wird, wonach zum Kaltverfestigen der Ölbohrungsendung (30) und/oder des wenigstens einen zylindrischen Abschnitts (38) der Ölbohrung (31) der wenigstens eine Schlagkopf (21) radial aus dem Schlagwerkzeug (16) heraus und gegen eine Innenwand (40) des wenigstens einen zylindrischen Abschnitts (38) der Ölbohrung (31) und/oder gegen die Innenwand der Ölbohrungsendung (30) gedrückt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der wenigstens eine Schlagkopf (21) hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch radial aus dem Schlagwerkzeug (16) herausgedrückt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der wenigstens eine Schlagkopf (21) mechanisch unter Verwendung wenigstens einen Keils (42) oder wenigstens eines Kugelgewindeantriebs radial aus dem Schlagwerkzeug (16) herausgedrückt wird.

21 Vorrichtung zum Schlagverfestigen einer Kurbelwelle (4), wobei die Kurbelwelle (4) Pleuellagerzapfen (5), Hauptlagerzapfen (6) und Kurbelwangen (7) aufweist, und wobei die Pleuellagerzapfen (5) und die Hauptlagerzapfen (6) Ölbohrungen (31) aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

in zumindest eine Ölbohrungsendung (30) einer der Ölbohrungen (31) und/oder in zumindest einen zylindrischen Abschnitt (38) einer der Ölbohrungen (31) eine Schlagkraft mittels eines Schlagkopfes (21) eines Schlagwerkzeugs (16) eingebracht wird.

Kurbelwelle (4), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20.