WO2011092222A1 - Kurbelwelle - Google Patents

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WO2011092222A1
WO2011092222A1 PCT/EP2011/051092 EP2011051092W WO2011092222A1 WO 2011092222 A1 WO2011092222 A1 WO 2011092222A1 EP 2011051092 W EP2011051092 W EP 2011051092W WO 2011092222 A1 WO2011092222 A1 WO 2011092222A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
crankshaft
journal
connecting rod
main
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/051092
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainhard Laag
Jochen Schmidt
Martin Plew
Original Assignee
Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh filed Critical Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh
Publication of WO2011092222A1 publication Critical patent/WO2011092222A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
    • F16C3/08—Crankshafts made in one piece

Definitions

  • the invention relates to a crankshaft with a base body made of a metallic material, which has at least two main ⁇ bearing pin and at least one connecting rod journal. Furthermore, the invention relates to a method for producing a crankshaft, wherein in a first step, a base body is made of a metallic material, which we ⁇ least two main journal and at least one connecting rod journal.
  • crankshafts are known. While the torsional strength and the fatigue strength of modern crankshafts are usually less problematical, the required bending stiffness of crankshafts often leads to problems in the dimensioning of the bearing points, which are particularly stressed in diesel engines with high torques. This usually results in relatively large bearing diameters, which are associated with a corresponding increase in the mass of the crankshaft.
  • a sliding layer of plain bearings, especially for crankshafts ⁇ or connecting rod is known from DE 10 2004 045 110 B3. Accordingly, this sliding layer is not applied to the Kurbelwel ⁇ le, but on the counterpart, so for example on the Kur ⁇ belgephaseuse.
  • crankshaft and a method for the production thereof, which has a higher bending stiffness with at least not increased outer dimensions.
  • Journal and / or on at least one of the radii advantageously results in an increase in the bending stiffness of Kur ⁇ belwelle in this area.
  • a particular advantage is that the radius of received stiffness with the 4th power in the calculation of the bending, and therefore a coating of a Materi al ⁇ with a higher modulus of elasticity has a particularly high effect just at the outer periphery of the bearing. Especially It is part of this that this increase in bending stiffness does not increase the diameter of the bearing and thus, depending on the material used for the coating, no or only a small increase in the mass of the crankshaft result.
  • the coating has a thickness in a range of 0.5 to 5 mm, preferably 0.8 to 4.5 mm more preferably 0.9 to 4.0 mm, most preferably 1.0 to 3.5 mm.
  • the coating is provided on at least one of a main journal and / or connecting rod journal in a crank web passing radius and / or provided on a journal bearing journal and / or on a flange bearing pin and / or on a support bearing journal radius is. Since just the transition from the bearings in the crank arms, preferably designed as radii Ü- transition areas are exposed to a particularly high load, in this way an increase in the bending stiffness in said areas is possible. The maximum gain in stiffness as a result of the higher elastic modulus of the Beschich ⁇ processing can be achieved when a large as possible surface of the crankshaft having the coating.
  • the radius has a respect to the outer contour of the crankshaft recessed in the radial and / or axial direction depression, which is at least approximately filled with the Materi ⁇ al the coating. In this way, the desired amount of the coating material can be accommodated in the area of the highly loaded radius, without enlarging the contour and thus the volume of the crankshaft or its required installation space.
  • the recess is filled with the material of the coating such that the coating receded relative to a peripheral surface of an adjacent journal and / or a plane surface of an adjacent crank arm is.
  • the material of the coating is a metal which is selected from the group consisting of tungsten, cobalt, molybdenum , Beryllium, aluminum, titanium, iron or alloys comprising at least one of these materials. It is crucial that the modulus of elasticity of the material used is higher than the modulus of elasticity of the material of the main body.
  • the material of the coating is a ceramic material selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, tungsten carbide and boron carbide.
  • Such ceramic materials have a very good ratio of high elastic modulus to low density and therefore offer themselves to increase the flexural rigidity while reducing the mass of the crankshaft.
  • the base body at least partially, preferably completely, of an iron or aluminum ⁇ miniumtechnikstoff, it may be resorted to proven techniques for the manufacture ⁇ position of the base body.
  • the modulus of elasticity of the material of Be ⁇ coating at least 10 kN / mm 2 , preferably 30 kN / mm 2 , even more preferably ⁇ 50 kN / mm 2 , is greater than the modulus of elasticity of Ma ⁇ material of the body.
  • the crankshaft is made by forging. Forged crankshafts meet high demands on dynamic strength and rigidity, especially when made of tempered steels. In principle, however, the crankshaft can also be produced by casting.
  • a method for producing a crankshaft is specified in claim 12.
  • the coating is applied by means of thermal spraying, high-speed flame spraying, atomizing from the melt, plasma coating or laser remelting.
  • One possibility of realizing a known oil supply to the connecting rod bearings and possibly also to the main bearings can be that at least one oil hole is introduced into at least one of the main bearing pins and / or at least one of the connecting rod journal pins before the coating is applied , And that the oil hole is kept closed during the application of the coating so that the material of the coating does not penetrate into the oil hole.
  • it can also be provided for the realization of an oil supply that after the application of the coating in at least one of the main journal and / or in at least one of the connecting rod journal an oil hole is introduced. As a result, it is possible to dispense with the closing of the oil bore and the closure elements required for this purpose.
  • Fig. 1 is a side view of a crankshaft according to the invention
  • FIG 2 is an enlarged view of a bearing point of the crankshaft according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a step in the application of the coating according to the invention to a section of the crankshaft according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram for illustrating the advantages of the coating according to the invention.
  • Fig. 7 is a schematic representation of a first location where a radius provided with a coating may be located
  • Fig. 8 is a schematic representation of a second location where a radius provided with a coating may be located
  • Fig. 10 shows a second way of attaching an oil hole on a journal of the crankshaft according to the invention.
  • Fig. 1 shows a very schematic view of a crankshaft 1, which in a conventional manner a plurality of bearing points, namely a plurality of main journals 2 and a plurality of connecting rod journals 3, has. Between the main journal 2 and the connecting rod journal 3 are respective crank webs 4. Here, the number of main journal 2 and the number of connecting rod journal 3 is not important, d. H.
  • the crankshaft 1 could also have various other shapes or configurations than those illustrated.
  • crankshaft 1 has a base ⁇ body 5, at least over part of its surface -lo ⁇
  • the coating 6 is made of a material which has a higher elasticity modulus than the ⁇ material of the body 5 of the crankshaft 1 to ⁇ .
  • the modulus of elasticity of the material of the coating 6 is preferably at least 10 kN / mm 2 greater than the elasticity modulus of the material of the base body 5, but the difference between the moduli of elasticity of the materials used is preferably considerably greater.
  • the coating 6 has a thickness in a range of 0.5 to 5 mm, preferably 0.8 to 4.5 mm.
  • the coating 6 is applied to the entire circumference of the main journal 2 and the Pleuellagerzap ⁇ fens 3 in the same thickness.
  • the coating 6 is provided on both radii 7 that merge into the respective crank arm 4 from the main journal 2.
  • Coatings 6 in the region of the radii 7 contribute to the supporting effect and thus to increasing the flexural rigidity of the crankshaft 1.
  • the coating 6 is preferably also provided on the respective crank web 4 up to a height of approximately 50%, ie a certain part of the crank web 4 is also provided with the coating 6.
  • the material of the coating 6 may be a metal selected from the group consisting of tungsten, cobalt, molybdenum, beryllium, aluminum, titanium, iron or alloys comprising at least one of these materials.
  • Coating 6 enables driving of which later some are described particularly simple compassionsver ⁇ .
  • the material of the coating 6 may be a ceramic material selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride ⁇ , tungsten carbide and boron carbide.
  • the base body 5 is in the present case at least partially ⁇ , preferably completely, made of an iron or aluminum ⁇ umtechnikstoff.
  • FIG. 3 shows a step of a method for producing the crankshaft 1.
  • the main body 5 is made of a metallic material by means of a per se known method, such as casting or forging, wherein the use of a cast base body 5 for the crankshaft 1 causes an acoustic damping.
  • Preferred casting materials may be EN-GJS-500-7, EN-GJS-600-3, ENGJS-700-2, EN-GJS-800-2, or even austempered ductile iron (ADI) castings such as GJS-800 -8, GJS-1000-5, GJS-1200-2 or GJS-1400-1.
  • ADI austempered ductile iron
  • the coating 6 is applied to the base body 5, in particular to at least one of the main bearing journals 2 and / or to at least one of the connecting rod journals 3. brought.
  • an application device 8 is provided in the present case, which applies a designated by the reference numeral 9 beam on the base body 5, which forms the coating 6.
  • the coating 6 can be applied, for example, by means of thermal spraying, high-speed flame spraying, melt thickening, plasma coating or laser remelting.
  • One way of producing the coating 6 is to apply it by thermal spraying.
  • a wire or powder coating material is melted in a gas flame, an arc or a plasma, atomized by a gas jet and thrown onto the base body 5 at high speed.
  • adhesive Se ⁇ kundäritatien results in an adhesion of the material of the coating 6 on the base body 5, wherein, especially in a corresponding preheating of the main body 5, and primary binding interactions can be present.
  • the abovementioned metallic materials but also the above-mentioned ceramic materials can be applied to the base body 5 by means of thermal spraying.
  • Plasma spraying particularly good coating results and correspondingly high-quality surfaces of the coating 6 can be obtained when the base body 5 is heated and the coating process is carried out in a suitable chamber in an inert gas atmosphere. Such an approach results in a low oxide content and, ideally, to a complete oxide-free, egg ⁇ ner low porosity and a high adhesion of the coating. 6
  • the high velocity flame spraying which is also suitable for applying the coating 6 and which is also a variant of normal flame spraying, powdery coating materials are applied to the base body 5 at very high speed.
  • an unillustrated, a combustion chamber exhibiting burner which can leak a gaseous or liquid fuel gas-oxygen flame supersonic ⁇ speed and produces a tight-fitting, dense and equally low-pored coating 6, which also has low internal stresses and therefore in a very large ⁇ SEN thickness can be applied to the base body. 5
  • the coating 6 is a predictable chemical together ⁇ men application on, is changed only slightly metallurgically, is nearly homogeneous, and has a fine-grained structure.
  • melt atomization also known as the Osprey process
  • a liquid metal jet is atomized by an inert gas and the coating 6 is formed utilizing the kinetic energy and heat content of the particles.
  • the hot particles compact when hitting the base body 5 of the crankshaft 1 and thus form the coating. 6
  • the coating 6 is extracted from a plasma by the action of an electrical voltage, and the base body 5 is coated with the coating 6 overdrawn.
  • the main body 5 is introduced into a vacuum chamber.
  • a working gas usually argon
  • argon is introduced into the same and by entry of energy, for example by electrical discharge, microwaves or high frequency, a low-pressure plasma is ignited.
  • the working gas other gases, example ⁇ as methane, acetylene or nitrogen can be introduced into the chamber.
  • the coating material for example ⁇ a metal or a metal-containing compound, at temperatures in a range of preferably 200 - 500 ° C atomized and it is reflected as the coating 6 on the Ma ⁇ material of the main body 5 down.
  • the material of the coating 6 can also be treated with a laser, in particular with a CO 2 laser, during the course of the coating process.
  • the Be ⁇ coating 6 can be supplied, for example in powder or paste form in a single step process via a nozzle in the laser beam generated by the molten bath or applied in a two step process by plasma spraying and post-treated with the laser beam.
  • ceramic materials are well suited.
  • the material of the coating 6 is applied in paste form and coated with the laser beam onto the main body 5 of the crankshaft 1, inhomogeneous material mixtures can also be processed.
  • the power and the travel speed of the laser can vary depending on the material used for the coating 6 and the material of the main body 5 of the crankshaft 1.
  • a particular advantage when using a laser beam for applying the coating 6 is the low heat load of the crankshaft 1 and the locally narrowly limited action of the laser beam.
  • cleaning of the surface of the main body 5 may be expedient before carrying out each of the coating methods explained above. Such cleaning can be carried out by procedures known from the general state of the art.
  • determined the surface to be treated activating and / or pre-treatments haftverêtende the surface of Grundkör ⁇ pers 5 can be made.
  • Fig. 4 shows the example of a cantilevered and acted upon by a force F shaft, which is representative of the crankshaft 1, the effectiveness of the coating 6.
  • the base body 5 has a radius r and is provided with the coating 6, the has a thickness d.
  • Including the coating 6, the shaft thus has the radius R, which thus results from the sum r + d.
  • Ig es total area moment of inertia
  • R radius of the main body 5 + thickness of the coating 6
  • the main body 5 had a modulus of elasticity of 210 kN / mm 2 and a density of 7800 kg / m 3 and the coating 6 a modulus of elasticity of 400 kN / mm 2 and a density of 19000 kg / m 3 .
  • the coating 6 a modulus of elasticity of 400 kN / mm 2 and a density of 19000 kg / m 3 .
  • the main body 5 again had a modulus of elasticity of 210 kN / mm 2 and a density of 7800 kg / m 3 , where ⁇ the coating 6 has a modulus of elasticity of 450 kN / mm 2 and a density of 3200 kg / m 3 had.
  • silicon carbide results in a very large increase in the bending stiffness even a decrease in mass, since silicon ⁇ carbide has a lower density than the steel material used in this case for the main body 5.
  • the main body 5 again had a modulus of elasticity of 210 kN / mm 2 and a density of 7800 kg / m 3 , where ⁇ the coating 6 has a modulus of elasticity of 569 kN / mm 2 and a density of 14,500 kg / m 3 had. It follows that WC-10% Co is very suitable as a material for coating Be ⁇ 6th
  • the thickness d of the coating 6 has a significant influence on the increase in the flexural rigidity of the main journal 2, the Pleu ⁇ ellagerzapfens 3 and the radius 7 and thus the entire Kur ⁇ belwelle 1 has.
  • the recess 10 is filled to such a height with the material of the coating 6, that the coating 6 is set back relative to the peripheral surface of the main journal 2 by a certain amount and thus are not processed in the mechanical Bear ⁇ processing of the main journal 2 what must be a significant cost savings.
  • the recess 10 of the radius 7 is set back in addition to the rearward offset in the radial direction in the axial direction relative to the outer contour of the crankshaft 1, so that there is an undercut not only in the radial direction but also in the axial direction what iered ⁇ Lich performs the larger amount of the coating 6 to an additional increase in stiffness.
  • the recess 10 is again filled with the material of the coating 6, wherein the coating both with respect to the circumferential surface 6 of the main bearing journal 2 and is also set back to a Planflä ⁇ surface of the crank arm. 4
  • FIGS. 7 and 8 show further possible radii, which can be provided with the coating 6 with reference to FIGS. 5 and 6, but in principle also with reference to the types described in FIG.
  • the so-called flange end of the crankshaft 1 is shown, which in a manner known per se has a flange 11 to which, for example, a flywheel, a vibration damper or the like can be attached.
  • a subsequently referred to as Flanschla ⁇ gerzapfen 2a main journal 2 is provided between the one end of the crankshaft 1 forming flange 11 and the first or on this side outermost crank arm 4 is a subsequently referred to as Flanschla ⁇ gerzapfen 2a main journal 2 is provided.
  • Fig. 8 shows the so-called pin end of the crankshaft 1, wel ⁇ ches than the flange 11 opposite completion of the crankshaft 1 has a pin 12, the z. B. can be connected in a conventional manner with the valve train equipped with the crankshaft 1 th internal combustion engine.
  • journal bearing 2b 2b Between the pin 12 and the outermost on this side crank arm 4 is a hereinafter referred to as journal bearing 2b 2b
  • Hauptlagerzap ⁇ fen 2 is provided, as well as the flange bearing pin 2a in the manner described above analogous to the other main bearing pin 2 in the crankcase of Internal combustion engine gela ⁇ Gert is.
  • support bearing ⁇ tap 2c designated main bearing journal 2 to the pin 12 at the opposite side of the pivot bearing pin.
  • crankshaft 1 also have a toothing, in particular for connection to the valve train, which is located on the pin 12, on the
  • crankshaft 1 can have more than one flange journal 2a, more than one journal journal 2b and / or more than the one
  • Support journal 2c have.
  • these need not necessarily be cylindrical, but may also have a truncated cone shape or the like.
  • these radii 7, also referred to as flange and journal radii, in the region of the flange bearing journal 2a and / or radii 7 in the area of the journal bearing journal 2b and / or radii 7 in the region of the support journal 2c can also be carried out by coating the other, if necessary Radii 7 and the running surfaces of the optionally to be coated main journal 2 and connecting rod trunnions 3 done.
  • the flange bearing journal 2a, the journal bearing journal 2b and the supporting journal 2c also constitute main bearing journals 2, these, if appropriate also exclusively these or one of these, can of course be provided with the coating 6. Therefore, everything applies to the main bearing journals 2 with regard to the coating 6 and the design of the radii 7 also stated for the Flantscherzap- 2a, the journal bearing journal 2b and the support journal 2c. Furthermore, it is also possible to provide the flange 11 and / or the pin 12 with the coating. It is also possible to provide a not shown toothing of the crankshaft 1 with the coating 6. Optionally, only the toothing can be provided with the coating 6. FIGS.
  • the Fi ⁇ gures 9 and 10 show ways of attaching one or more oil bores 13 to a main bearing journal 2 or a connecting rod journal 3 of the crankshaft 1.
  • the Fi ⁇ gures 9 and 10 show the main bearing pin 2, the following, however, applies analogously to the connecting rod journal 3.
  • the oil holes 13 in a conventional manner, the oil supply of the connecting rod bearings and possibly also the crankshaft bearing safely.
  • the oil hole 13 is introduced into the main bearing journal 2 and / or into the connecting rod journal 3 before the coating is applied.
  • This generating the oil hole 13 can be done in a conventional manner with a drill or the like.
  • the oil bore 13 is held closed in such a way that the material of the coating 6 can not penetrate into the oil bore 13.
  • two closing elements 14 are provided for this purpose, which are inserted into both ends of the oil hole 13 and remain in the oil hole 13 during the application of the coating 6. After applying the coating 6, the two closing elements 14 can be removed to release the oil hole 13.
  • the material of the closing elements 14 and possibly other factors the closure elements 14 are removed in different ways, some of which are described below.
  • the closing elements 14 are conical in the present case, so that they remain in the oil hole 13 during the application of the coating 6, whereby a cylindrical design of the closing elements 14 is possible. Furthermore, it can be seen that the closing elements 14 protrude beyond the thickness of the coating 6, so that they can be easily removed. Of course, however, the closing elements 14 can also have a smaller height than the thickness of the coating 6 so ⁇ that they are located wholly within the coating. 6
  • the closing elements 14 may be removed after solidification of the coating 6 by simply pulling them out of the bore 01, but it would also be conceivable to remove the closing elements 14 by drilling out. In the case of extraction of the closure members 14, they should be thicker than the coating 6 to protrude therefrom. In the case of boring, it may be advantageous to choose the height of the closure elements 14 so that they are completely covered by the coating 6, so that not the entire Be ⁇ coating 6 must be pierced. In the present case, the closing elements 14 are designed in the manner of plugs and may consist of an almost arbitrary material which is not destroyed by the high temperatures which may occur during the application of the coating 6.
  • the closure elements 14 may be made of a suitable material, such as a plastic or rubber, which ensures that in the interface between the coating 6 and the respective closing element 14 no adhesive
  • closing elements 14 are also conceivable, for example from metal ⁇ metallic materials. If necessary, the closing elements 14 from a Produce material that can not be processed by drilling, or to avoid any occurring due to drilling damage to the coating 6, it is also conceivable to remove the closing elements 14 by eroding from the oil hole 13. Furthermore, the closing elements 14 could also consist of such a material which evaporates, burns or dissolves in a similar manner during the application of the coating 6 in order to be able to dispense with the step of removing the closing elements 14. For example, this could be a suitable foam. In this
  • the closing elements 14 remain in the oil hole 13 until the coating 6 has solidified and can no longer change its state or can no longer expand. It is preferable if the locking elements 14 do not project beyond the thickness of the Be ⁇ coating. 6
  • Another possibility could be that in this case, made of a magnetic material, particularly a suitable metal Versch96ele ⁇ elements 14 by means of a magnet, in particular Neten a electromagnets to hold in the oil hole 13 and immediately before the solidification of the material of Remove coating 6 from the oil hole 13. In this way, the dismantling can be done inexpensively under serial conditions, in particular automated. It is preferable if the closing elements 14 project beyond the thickness of the coating 6.
  • FIG. 10 An alternative way of producing the oil hole 13 is shown in FIG.
  • the oil hole 13 is introduced after the application of the coating 6 in the main bearing journal 2 and / or in the connecting rod journal 3.
  • This can be done with the drilling tools 15 shown in FIG. 10, wherein in the present case two drilling tools 15 are provided in order to prevent damage to the coating 6 by the Austre. th of the drilling tool 15 to prevent.
  • Subsequent to the EDM can be drilled from one side "residual" oil hole 13 conventionally.
  • the coating may be radially erodes or it may be a cranked electrode can be used.
  • Drilling under a certain angle complicate or prevent such a drilling process could also be at an angle of up to 90 ° tangentially and axially relative to the peripheral surface of the main bearing journal 2 and the connecting rod journal 3. Furthermore, if the angle for tapping is too acute, the coating 6 can be drilled in the radial direction. Following this, the "remaining" oil hole 13 can be conventionally drilled from the other side at the required angle.

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Abstract

Bei einer Kurbelwelle (1) mit einem Grundkörper aus einem metallischen Material, welcher wenigstens zwei Hauptlagerzapfen (2) und wenigstens einen Pleuellagerzapfen (3) sowie mehrere Radien (7) aufweist, weist wenigstens einer der Hauptlagerzapfen und/oder einer der Pleuellagerzapfen und/oder einer der Radien eine Beschichtung (6) aus einem Material auf, welches einen höheren Elastizitätsmodul als das Material des Grundkörpers der Kurbelwelle aufweist.

Description

Kurbelwelle
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle mit einem Grundkörper aus einem metallischen Material, welcher wenigstens zwei Haupt¬ lagerzapfen und wenigstens einen Pleuellagerzapfen aufweist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, wobei in einem ersten Schritt ein Grundkörper aus einem metallischen Material hergestellt wird, welcher we¬ nigstens zwei Hauptlagerzapfen und wenigstens einen Pleuellagerzapfen aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind die verschiedensten Ausführungen von Kurbelwellen bekannt. Während die Torsionsfestigkeit und die Dauerfestigkeit von modernen Kurbelwellen meist weniger problematisch sind, führt die erforderliche Biegesteifigkeit von Kur- beiwellen häufig zu Problemen bei der Dimensionierung der insbesondere bei Dieselmotoren mit hohen Drehmomenten stark beanspruchten Lagerstellen. Meist hat dies verhältnismäßig große Lagerdurchmesser zur Folge, die mit einer entsprechenden Zunahme der Masse der Kurbelwelle verbunden sind.
In der DE 10 2007 018 230 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle aus ADI-Guss beschrieben, bei welchem nach einer ADI-Wärmebehandlung eine dünne Beschichtung auf die Lagerflächen aufgebracht wird, um eine mechanische Bearbeitung der Lagerflächen zu ermöglichen, d.h. die Beschichtung sollte besser bearbeitbar sein als das Grundmaterial der Kurbelwelle. Auf die¬ se Weise soll die Maßhaltigkeit der Lagerflächen für Pleuel und Wellenlager auf einfache Weise gewährleistet werden. Aus der DE 10 2006 061 499 AI ist eine Kurbelwelle bekannt, deren Zapfen mit Lagerwerkstoff beschichtet sind. Bei dem Lager¬ werkstoff kann es sich um Weißmetall, um eine Kupferlegierung oder um eine Aluminiumlegierung handeln, wobei der Lagerwerkstoff weicher als die Gegenlauffläche des Lagers ist, wodurch im Kurbelgehäuse und im Pleuel auf Lagerschalen verzichtet werden kann . Eine Gleitschicht für Gleitlager, insbesondere für Kurbelwellen¬ oder Pleuellagerzapfen, ist aus der DE 10 2004 045 110 B3 bekannt. Diese Gleitschicht wird demnach nicht auf die Kurbelwel¬ le, sondern auf das Gegenstück, also beispielsweise auf das Kur¬ belgehäuse, aufgebracht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurbelwelle und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, welche bei zumindest nicht erhöhten Außenmaßen eine höhere Biegesteifigkeit aufweist .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 ge¬ nannten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Beschichtung aus dem Material, wel- ches einen höheren Elastizitätsmodul als das Material des Grund¬ körpers der Kurbelwelle aufweist, auf wenigstens einen der
Lagerzapfen und/oder auf wenigstens einen der Radien ergibt sich vorteilhafterweise eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der Kur¬ belwelle in diesem Bereich. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass der Radius mit der 4. Potenz in die Berechnung der Biege- steifigkeit eingeht, weshalb eine Beschichtung aus einem Materi¬ al mit einem höheren Elastizitätsmodul gerade am äußeren Umfang der Lagerstelle eine besonders hohe Wirkung hat. Besonders vor- teilhaft ist dabei, dass diese Erhöhung der Biegesteifigkeit keine Erhöhung des Durchmessers der Lagerstelle und somit, je nach dem für die Beschichtung verwendeten Werkstoff, auch keine oder nur eine geringe Erhöhung der Masse der Kurbelwelle zur Folge hat.
Durch die Erhöhung der Biegesteifigkeit der Kurbelwelle ergibt sich auch eine größere Laufruhe derselben und somit der gesamten mit der Kurbelwelle ausgestatteten Brennkraftmaschine, so dass möglicherweise auf bislang verbaute Ausgleichswellen verzichtet werden kann, was erhebliche Kosteneinsparungen möglich macht. Eine solche Kosteneinsparung kann eventuelle Mehrkosten für die erfindungsgemäße Beschichtung bei Weitem aufheben. Je nach dem für die Beschichtung verwendeten Werkstoff kann es sogar möglich sein, auf eine induktive oder eine auf andere Art und Weise durchgeführte Härtung der Kurbelwelle und auf das nachfolgende Entspannungsglühen sowie möglicherweise auch auf ein anschließendes Festwalzen zu verzichten, was eine erhebliche Vereinfachung der Herstellung der Kurbelwelle zur Folge hat und somit deren Herstellungskosten stark verringern kann.
Zur Erreichung der möglicherweise nach den Herstellerangaben erforderliche Steifigkeitserhöhung ist es auch möglich, dass nur die Radien und nicht gleichzeitig auch die Laufflächen der Kur¬ belwelle mit der Beschichtung versehen sind. Dadurch können gegebenenfalls die Massenzunahme und die möglicherweise zu erwar¬ tenden Schwierigkeiten bei der Bearbeitung der beschichteten Kurbelwelle minimiert bzw. reduziert, im besten Falle eliminiert werden, insbesondere dann, wenn die beschichteten Radien nicht mehr fertigbearbeitet werden müssen. Hinsichtlich der Erhöhung der Biegesteifigkeit der Kurbelwelle einerseits und dem verfahrensmäßigen Aufwand andererseits hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Be- schichtung eine Dicke in einem Bereich von 0,5 bis 5 mm, vor- zugsweise 0,8 bis 4,5 mm, noch bevorzugter 0,9 bis 4,0 mm, am bevorzugtesten 1,0 bis 3,5 mm, aufweist. Mit diesen Werten lässt sich ein optimales Verhältnis zwischen der Steigerung des Elastizitätsmoduls und damit der Steifigkeit einerseits und der Mas¬ senzunahme andererseits erreichen.
Obwohl es im Prinzip auch möglich ist, lediglich einen oder ganz bestimmte einzelne der Lagerstellen der erfindungsgemäßen Kurbelwelle mit der Beschichtung zu versehen, beispielsweise wenn es sich um einzelne, besonders hoch belastete Lagerzapfen han- delt, ist es im Hinblick auf die Erhöhung der Biegesteifigkeit der gesamten Kurbelwelle sowie im Hinblick auf eine Vereinfa¬ chung des Verfahrens jedoch besonders vorteilhaft, wenn mehrere Hauptlagerzapfen und/oder Pleuellagerzapfen, und/oder Radien die Beschichtung aufweisen.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung an wenigstens einem von einem der Hauptlagerzapfen und/oder Pleuellagerzapfen in eine Kurbelwange übergehenden Radius und/oder an einem an einem Zapfenlagerzapfen und/oder an einem Flanschlager- zapfen und/oder an einem Stützlagerzapfen vorgesehenen Radius vorgesehen ist. Da gerade die von den Lagerstellen in die Kurbelwangen übergehenden, vorzugsweise als Radien ausgeführten Ü- bergangsbereiche einer besonders hohen Belastung ausgesetzt sind, ist auf diese Weise eine Erhöhung der Biegesteifigkeit in den genannten Bereichen möglich. Der maximale Gewinn an Steifigkeit als Resultat des höheren Elastizitätsmoduls der Beschich¬ tung lässt sich erreichen, wenn eine möglichst große Oberfläche der Kurbelwelle die Beschichtung aufweist. Jedoch können, je nach Belastung der Kurbelwelle im Betrieb, auch an einzelnen an einem Zapfenlagerzapfen und/oder an einem Flanschlagerzapfen vorgesehenen Radius derartige Belastungen auftreten, dass es vorteilhaft sein kann, lediglich ganz bestimmte Radien mit der Beschichtung zu versehen. Dadurch lässt sich eine Reduzierung der sich durch die Beschichtung möglicherweise ergebenden Massenzunahme erreichen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Radius eine gegenüber der Außenkontur der Kurbelwelle in radialer und/oder axialer Richtung zurückversetzte Vertiefung aufweist, welche mit dem Materi¬ al der Beschichtung wenigstens annähernd gefüllt ist. Auf diese Art und Weise lässt sich die gewünschte Menge des Beschichtungs- materials im Bereich des hochbelasteten Radius unterbringen, oh- ne die Kontur und damit das Volumen der Kurbelwelle bzw. deren erforderlichen Bauraum zu vergrößern.
Um zu vermeiden, dass das möglicherweise eine höhere Härte bzw. eine höhere Festigkeit oder eine aus anderen Gründen schlechtere Bearbeitbarkeit aufweisende Beschichtungsmaterial nach seiner
Einbringung in die Vertiefung mechanisch bearbeitet werden muss, kann in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vertiefung derart mit dem Material der Beschichtung gefüllt ist, dass die Beschichtung gegenüber einer Umfangsfläche eines benachbarten Lagerzapfens und/oder einer Planfläche einer benachbarten Kurbelwange zurückversetzt ist. Dadurch ergeben sich nahezu keine Änderungen zum bisherigen Fertigungsablauf in der Fertigbearbeitung, in der Art der Werkzeuge und in der Vorbereitung und Durchführung der Prozesse. Ein wei- terer Vorteil besteht darin, dass das einen höheren Elastizitätsmodul aufweisende Beschichtungsmaterial auf diese Weise vollständig erhalten bleibt, was zu einer Erhöhung der maximalen Steifigkeit führt. Um die Beschichtung in besonders einfacher Weise auf das Material des Grundkörpers aufbringen zu können, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Material der Beschichtung ein Metall ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram, Kobalt, Molybdän, Beryllium, Aluminium, Titan, Eisen oder Legierungen, die wenigstens einen dieser Werkstoffe aufweisen, besteht. Entscheidend ist, dass der Elastizitätsmodul des verwendeten Materials höher ist als der Elastizitätsmodul des Materials des Grundkörpers.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Material der Beschichtung ein keramischer Werkstoff ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Silizi- umkarbid, Siliziumnitrid, Wolframkarbid und Borkarbid besteht.
Derartige keramische Werkstoffe weisen ein sehr gutes Verhältnis von hohem Elastizitätsmodul zu niedriger Dichte auf und bieten sich daher zur Erhöhung der Biegesteifigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Masse der Kurbelwelle an.
Wenn des weiteren vorgesehen ist, dass der Grundkörper zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Eisen- oder Alu¬ miniumwerkstoff besteht, so kann auf bewährte Techniken zur Her¬ stellung des Grundkörpers zurückgegriffen werden.
Um einen ausreichend großen Effekt beim Einsatz der erfindungs¬ gemäßen Beschichtung zu erzielen, insbesondere um eine optimale Steifigkeitserhöhung der Kurbelwelle realisieren zu können, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vor- gesehen sein, dass der Elastizitätsmodul des Materials der Be¬ schichtung mindestens 10 kN/mm2, vorzugsweise 30 kN/mm2, noch be¬ vorzugter 50 kN/mm2, größer ist als der Elastizitätsmodul des Ma¬ terials des Grundkörpers. Vorzugsweise ist die Kurbelwelle durch Schmieden hergestellt. Geschmiedete Kurbelwellen erfüllen hohe Anforderungen an die dynamische Festigkeit und Steifigkeit, insbesondere wenn sie aus Vergütungsstählen bestehen. Prinzipiell kann die Kurbelwelle jedoch auch durch Gießen hergestellt sein.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle ist in Anspruch 12 angegeben.
Mittels dieses Verfahrens lässt sich die erfindungsgemäße Kur¬ belwelle auf sehr einfache Weise herstellen, wobei in Abhängig¬ keit von dem für die Beschichtung verwendeten Material möglicherweise auf ein oder mehrere bislang erforderliche Verfahrens¬ schritte, wie beispielsweise Härten, Entspannungsglühen und Festwalzen, verzichtet werden kann. Auf diese Weise ergibt sich ein weiteres Potenzial zur Einsparung von Kosten.
Im Hinblick auf die Aufbringung der Beschichtung auf den Grund- körper der Kurbelwelle kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass die Beschichtung mittels thermischem Spritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Verdü- sen aus der Schmelze, Plasmabeschichten oder Laserumschmelzen aufgebracht wird.
Eine Möglichkeit, eine an sich bekannte Ölversorgung der Pleuel¬ lager und gegebenenfalls auch der Hauptlager zu realisieren, kann darin bestehen, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung wenigstens eine Ölbohrung in wenigstens einen der Hauptlagerzap- fen und/oder in wenigstens einen der Pleuellagerzapfen eingebracht wird, und dass die Ölbohrung während des Aufbringens der Beschichtung derart verschlossen gehalten wird, dass das Material der Beschichtung nicht in die Ölbohrung eindringt. Alternativ dazu kann zur Realisierung einer Ölversorgung auch vorgesehen sein, dass nach dem Aufbringen der Beschichtung in wenigstens einen der Hauptlagerzapfen und/oder in wenigstens ei- nen der Pleuellagerzapfen eine Ölbohrung eingebracht wird. Dadurch kann auf das Verschließen der Ölbohrung und die hierfür erforderlichen Verschließelemente verzichtet werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Lagerstelle der erfindungsgemäßen Kurbelwelle;
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Schritts bei der Aufbrin- gung der erfindungsgemäßen Beschichtung auf einen Abschnitt der erfindungsgemäßen Kurbelwelle;
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung der Vorteile der erfindungsgemäßen Beschichtung;
Fig. 5 eine erste Möglichkeit zur Aufbringung der Beschichtung im Bereich eines Radius;
Fig. 6 eine zweite Möglichkeit zur Aufbringung der Beschichtung im Bereich eines Radius; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines ersten Orts, an dem sich ein mit einer Beschichtung versehener Radius befinden kann;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines zweiten Orts, an dem sich ein mit einer Beschichtung versehener Radius befinden kann;
Fig. 9 eine erste Möglichkeit zur Anbringung einer Ölbohrung an einem Lagerzapfen der erfindungsgemäßen Kurbelwelle; und
Fig. 10 eine zweite Möglichkeit zur Anbringung einer Ölbohrung an einem Lagerzapfen der erfindungsgemäßen Kurbelwelle.
Fig. 1 zeigt in einer sehr schematischen Ansicht eine Kurbelwelle 1, welche in an sich bekannter Weise mehrere Lagerstellen, nämlich mehrere Hauptlagerzapfen 2 und mehrere Pleuellagerzapfen 3, aufweist. Zwischen den Hauptlagerzapfen 2 und den Pleuellagerzapfen 3 befinden sich jeweilige Kurbelwangen 4. Hierbei spielt die Anzahl der Hauptlagerzapfen 2 und die Anzahl der Pleuellagerzapfen 3 keine Rolle, d. h. die Kurbelwelle 1 könnte auch verschiedene andere Formen bzw. Konfigurationen als die dargestellte aufweisen.
In Fig. 2 ist einer der Hauptlagerzapfen 2 vergrößert und im Schnitt dargestellt. Zusammen mit entsprechenden Lagerschalen oder dergleichen, die einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftma¬ schine zugeordnet sind, bilden die Hauptlagerzapfen 2 jeweilige Lagerstellen bzw. Lager der Kurbelwelle 1. In ähnlicher Weise gilt dies für die Pleuelllagerzapfen 3, die mit entsprechenden Lagerschalen eines nicht dargestellten Pleuels ein Pleuellager bilden. Dabei ist erkennbar, dass die Kurbelwelle 1 einen Grund¬ körper 5 aufweist, der zumindest über einen Teil seiner Oberflä- -lo¬
che mit einer Beschichtung 6 versehen ist. Die Beschichtung 6 besteht aus einem Material, welches einen höheren Elastizitäts¬ modul als das Material des Grundkörpers 5 der Kurbelwelle 1 auf¬ weist. Hierbei ist der Elastizitätsmodul des Materials der Be- Schichtung 6 vorzugsweise mindestens 10 kN/mm2 größer als der E- lastizitätsmodul des Materials des Grundkörpers 5, vorzugsweise ist der Unterschied zwischen den Elastizitätsmoduln der verwendeten Materialien jedoch erheblich größer. Die Beschichtung 6 weist eine Dicke in einem Bereich von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 0,8 bis 4,5 mm, auf. Vorzugsweise wird die Beschichtung 6 um den ganzen Umfang des Hauptlagerzapfens 2 bzw. des Pleuellagerzap¬ fens 3 in derselben Dicke aufgebracht.
In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist lediglich das Hauptlagerzapfen 2 mit der Beschichtung 6 dargestellt, es wäre jedoch selbstverständlich auch möglich, lediglich die Pleuellagerzapfen 3 oder sowohl die Hauptlagerzapfen 2 als auch die Pleuellagerzapfen 3 mit der Beschichtung 6 zu versehen. Auch eine auf der gesamten Oberfläche des Grundkörpers 5 vorgesehene Beschichtung 6 oder eine Beschichtung einzelner Hauptlagerzapfen 2 und/oder Pleuellagerzapfen 3 ist denkbar.
Des weiteren ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform an beiden von dem Hauptlagerzapfen 2 in die jeweilige Kurbelwan- ge 4 übergehenden Radien 7 die Beschichtung 6 vorgesehen. Die
Beschichtungen 6 im Bereich der Radien 7 tragen zur Stützwirkung und damit zur Erhöhung der Biegesteifigkeit der Kurbelwelle 1 bei. Hierbei ist die Beschichtung 6 vorzugsweise bis zu einer Höhe von ca. 50 % auch an der jeweiligen Kurbelwange 4 vorgese- hen, d. h. es ist auch ein gewisser Teil der Kurbelwange 4 mit der Beschichtung 6 versehen. Bei dem Material der Beschichtung 6 kann es sich um ein Metall handeln, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram, Kobalt, Molybdän, Beryllium, Aluminium, Titan, Eisen oder Legierungen, die wenigstens einen dieser Werkstoffe aufweisen, be- steht. Die Verwendung eines metallischen Werkstoffs für die
Beschichtung 6 ermöglicht besonders einfache Herstellungsver¬ fahren, von denen zu einem späteren Zeitpunkt einige beschrieben sind . Alternativ hierzu kann das Material der Beschichtung 6 ein keramischer Werkstoff sein, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Silizium¬ nitrid, Wolframkarbid und Borkarbid besteht. Der Grundkörper 5 besteht im vorliegenden Fall zumindest teil¬ weise, vorzugsweise vollständig, aus einem Eisen- oder Alumini¬ umwerkstoff .
In Fig. 3 ist ein Schritt eines Verfahrens zur Herstellung der Kurbelwelle 1 dargestellt. In einem ersten Schritt wird mittels eines an sich bekannten Verfahrens, wie beispielsweise Gießen oder Schmieden, der Grundkörper 5 aus einem metallischen Material hergestellt, wobei die Verwendung eines gegossenen Grundkörpers 5 für die Kurbelwelle 1 eine akustische Dämpfung bewirkt. Bevorzugte Gußwerkstoffe können EN-GJS-500-7, EN-GJS-600-3, EN- GJS-700-2, EN-GJS-800-2 oder auch ADI-Gußwerkstoffe (austempered ductile iron) , wie beispielsweise GJS-800-8, GJS-1000-5, GJS- 1200-2 oder GJS-1400-1 sein. Demgegenüber weist eine durch Schmieden hergestellte Kurbelwelle bessere Dauerfestigkeitsei- genschaften und einen höheren Elastizitätsmodul auf. In dem dargestellten zweiten Schritt wird auf den Grundkörper 5, insbesondere auf wenigstens einen der Hauptlagerzapfen 2 und/oder auf wenigstens einen der Pleuellagerzapfen 3 die Beschichtung 6 auf- gebracht . Hierzu ist im vorliegenden Fall eine Auftragsvorrichtung 8 vorgesehen, welche einen mit dem Bezugszeichen 9 bezeichneten Strahl auf den Grundkörper 5 aufbringt, der die Beschichtung 6 bildet. Die Beschichtung 6 kann beispielsweise mittels thermischem Spritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Verdü- sen aus der Schmelze, Plasmabeschichten oder Laserumschmelzen aufgebracht werden. Mittels des Pfeils ist in Fig. 3 eine Rota¬ tion der Kurbelwelle 1 angedeutet, es ist jedoch auch möglich, den Beschichtungsstrahl zu schwenken oder eine Einrichtung zum Ausgeben der Beschichtung 6 um die Kurbelwelle 1 herumzubewegen.
Eine Möglichkeit zur Erzeugung der Beschichtung 6 besteht darin, diese durch thermisches Spritzen aufzubringen. Hierbei wird ein beispielsweise draht- oder pulverförmiges Beschichtungsmaterial in einer Gasflamme, einem Lichtbogen oder einem Plasma aufgeschmolzen, von einem Gasstrahl zerstäubt und mit hoher Geschwindigkeit auf den Grundkörper 5 geschleudert. Durch adhäsive Se¬ kundärbindungen ergibt sich eine Anhaftung des Materials der Beschichtung 6 auf dem Grundkörper 5, wobei, insbesondere bei ei- ner entsprechenden Vorwärmung des Grundkörpers 5, auch primäre Bindungswechselwirkungen vorhanden sein können. Es lassen sich nicht nur die oben genannten metallischen Werkstoffe, sondern auch die ebenfalls oben genannten keramischen Werkstoffe mittels thermischem Spritzen auf den Grundkörper 5 aufbringen. Beim
Plasmaspritzen können besonders gute Beschichtungsergebnisse und entsprechend hochwertige Oberflächen der Beschichtung 6 erhalten werden, wenn der Grundkörper 5 erwärmt und der Beschichtungsvor- gang in einer geeigneten Kammer in Inertgasatmosphäre durchgeführt wird. Eine solche Vorgehensweise führt zu einem geringen Oxidgehalt bzw. im Idealfall zu einer völligen Oxidfreiheit, ei¬ ner geringen Porosität und einer hohen Haftung der Beschichtung 6. Bei dem auch als HVOF-Spritzen (High Velocity Oxygen Fuel spray- ing) bezeichneten, ebenfalls zur Aufbringung der Beschichtung 6 geeigneten Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, das eine Variante des normalen Flammspritzens darstellt, werden pulverförmige Be- schichtungswerkstoffe mit sehr hoher Geschwindigkeit auf den Grundkörper 5 aufgetragen. Dabei ist ein nicht dargestellter, eine Brennkammer aufweisender Brenner vorgesehen, der eine gasförmige oder flüssige Brenngas-Sauerstoff-Flamme mit Überschall¬ geschwindigkeit austreten lässt und eine fest haftende, dichte und gleichermaßen porenarme Beschichtung 6 erzeugt, die außerdem geringe innere Spannungen aufweist und daher in einer sehr gro¬ ßen Dicke auf den Grundkörper 5 aufgebracht werden kann. Durch das mit der hohen Geschwindigkeit austretende Gasgemisch werden die Pulverpartikel beschleunigt und treffen mit hoher kineti- scher Energie aber relativ geringer Temperatur auf die Oberfläche des Grundkörpers 5 auf, wodurch die Partikel stark abge¬ flacht werden. Durch die relativ geringe Temperatur der Partikel weist die Beschichtung 6 eine prognostizierbare chemische Zusam¬ mensetzung auf, wird nur geringfügig metallurgisch verändert, ist nahezu homogen und hat einen feinkörnigen Aufbau. Dieses
Verfahren zeichnet sich durch seine hohe Wirtschaftlichkeit im besonderen Maße aus.
Bei dem Verdüsen aus der Schmelze, das auch als Osprey-Verfahren bekannt ist, wird ein flüssiger Metallstrahl durch ein Inertgas zerstäubt und die Beschichtung 6 unter Nutzung der kinetischen Energie und des Wärmeinhalts der Partikel gebildet. Die heißen Partikel kompaktieren beim Auftreffen auf den Grundkörper 5 der Kurbelwelle 1 und bilden so die Beschichtung 6.
Bei dem Verfahren der Plasmabeschichtung wird die Beschichtung 6 durch die Einwirkung einer elektrischen Spannung aus einem Plasma extrahiert und der Grundkörper 5 wird mit der Beschichtung 6 überzogen. Hierzu wird der Grundkörper 5 in eine Vakuumkammer eingebracht. Nach der Evakuierung der Kammer wird ein Arbeitsgas, meist Argon, in dieselbe eingelassen und durch Eintrag von Energie, zum Beispiel durch elektrische Entladung, Mikrowellen oder Hochfrequenz, wird ein Niederdruck-Plasma gezündet. Nach der Einleitung des Arbeitsgases können weitere Gase, beispiels¬ weise Methan, Ethin oder Stickstoff in die Kammer eingeleitet werden. In der Kammer wird das Beschichtungsmaterial , beispiels¬ weise ein Metall oder eine ein Metall aufweisende Verbindung, bei Temperaturen in einem Bereich von vorzugsweise 200 - 500°C zerstäubt und es schlägt sich als die Beschichtung 6 auf dem Ma¬ terial des Grundkörpers 5 nieder.
Das Material der Beschichtung 6 kann auch mit einem Laser, ins- besondere mit einem C02~Laser, im Zuge der Durchführung des Be- schichtungsverfahrens behandelt werden. Hierbei kann die Be¬ schichtung 6 beispielsweise in Pulver- oder Pastenform in einem einstufigen Verfahren über eine Düse in das vom Laserstrahl erzeugte Schmelzbad zugeführt oder in einem zweistufigen Verfahren durch Plasmaspritzen aufgebracht und mit dem Laserstrahl nachbehandelt werden. Hierfür sind insbesondere keramische Werkstoffe gut geeignet. Wenn das Material der Beschichtung 6 in Pastenform aufgebracht und mit dem Laserstrahl auf den Grundkörper 5 der Kurbelwelle 1 beschichtet wird, können auch inhomogene Werk- stoffgemische verarbeitet werden. Die Leistung und die Verfahr- geschwindigkeit des Lasers können dabei in Abhängigkeit des für die Beschichtung 6 verwendeten Materials und des Materials des Grundkörpers 5 der Kurbelwelle 1 variieren. Ein besonderer Vorteil beim Einsatz eines Laserstrahls zur Aufbringung der Be- Schichtung 6 ist die niedrige Wärmebelastung der Kurbelwelle 1 und die örtlich eng begrenzte Einwirkung des Laserstrahls. Um eine ausreichend gute Haftung der Beschichtung 6 auf dem Grundkörper 5 zu gewährleisten, kann vor der Durchführung jedes der oben erläuterten Beschichtungsverfahren eine Reinigung der Oberfläche des Grundkörpers 5 sinnvoll sein. Eine solche Reini- gung kann mit aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen durchgeführt werden. Zusätzlich können auch bestimmte die zu behandelnde Oberfläche aktivierende und/oder haftverbesserende Vorbehandlungen der Oberfläche des Grundkör¬ pers 5 vorgenommen werden.
Fig. 4 zeigt an dem Beispiel einer einseitig eingespannten und mit einer Kraft F beaufschlagten Welle, die stellvertretend für die Kurbelwelle 1 steht, die Wirksamkeit der Beschichtung 6. Hierbei weist der Grundkörper 5 einen Radius r auf und ist mit der Beschichtung 6 versehen, die eine Dicke d aufweist. Einschließlich der Beschichtung 6 weist die Welle somit den Radius R auf, der sich also aus der Summe r + d ergibt. Bei einer unbe¬ schichteten Welle ergibt sich die Biegesteifigkeit B = E i · I ge s = E i · n/4 · R4, wobei
Ei = Elastizitätsmodul des Materials der Welle
Ige s = gesamtes Flächenträgheitsmoment
R = äußerer Radius
Bei der in Fig. 4 dargestellten, mit der Beschichtung 6 versehenen Welle, die denselben Radius R wie die unbeschichtete Welle aufweist, ergibt sich die Biegesteifigkeit
B = E i · I i + E2 · I 2 = E i · n/4 · r4 + E2 · n/4 · (R4 - r4) , wobei Ei = Elastizitätsmodul des Materials des Grundkörpers 5 Ii = Flächenträgheitsmoment des Grundkörpers 5 E2 = Elastizitätsmodul des Materials der Beschichtung 6 ±2 = Flächenträgheitsmoment der Beschichtung 6 r = Radius des Grundkörpers 5
R = Radius des Grundkörpers 5 + Dicke der Beschichtung 6
Nachfolgend sind beispielhaft einige für die Beschichtung 6 ver¬ wendbare Materialien und deren Werkstoffkennwerte Elastizitäts- modul und Dichte sowie für die Materialauswahl relevante Ver¬ hältnisse zwischen Elastizitätsmodul und Dichte aufgeführt:
Werkstoff Elastizitätsmodul Dichte p in E/p E/p
E in kN/mm2 kg/m3
Wolfram 411 19300 21,3 1,1
Kobalt 209 8900 23,5 2, 6
WC-10% Co 570 14500 39, 3 2,7
Molybdän 330 10300 32, 0 3,1
Stahl 210 7800 26, 9 3,5
Aluminium 70 2700 25, 9 9, 6
Silizium 150 2330 64, 4 27, 6
Aluminiumnitrid 300 3200 93, 8 29, 3
Siliziumnitrid 170 2400 70,8 29, 5
Aluminiumoxid 400 3500 114,3 32, 7
Siliziumcarbid 400 3100 129, 0 41, 6
Borcarbid 450 2400 187,5 78,1 Für die Verwendung von Wolfram für die Beschichtung 6 einer einen aus einem Stahlwerkstoff bestehenden Grundkörper 5 aufweisenden Kurbelwelle 1 ergeben sich folgende Werte:
Figure imgf000019_0001
Hierbei wies also der Grundkörper 5 einen Elastizitätsmodul von 210 kN/mm2 und eine Dichte von 7800 kg/m3 und die Beschichtung 6 einen Elastizitätsmodul von 400 kN/mm2 und eine Dichte von 19000 kg/m3 auf. Es ist zu erkennen, dass sich bei der Verwendung von Wolfram für die Beschichtung 6 zwar die Masse der Kurbelwelle 1 erhöht, die Erhöhung der Biegesteifigkeit jedoch größer als die¬ jenige der Masse ist. Für die Verwendung von Siliziumcarbid für die Beschichtung 6 einer einen aus einem Stahlwerkstoff bestehenden Grundkörper 5 aufweisenden Kurbelwelle 1 ergeben sich folgende Werte: Pleuellagerzapfen: R = 27 mm
Schichtdicke d Biegesteifigkeits- Massenzunahme in %
erhöhung in %
0,5 8,2 -2,2
1 16, 0 -4,3
2 30,3 -8,4
4 54, 1 -16, 2
Hauptlagerzapfen: R = 33,5 mm
Schichtdicke d Biegesteifigkeits- Massenzunahme in %
erhöhung in %
0,5 6,7 -1,7
1 13, 0 -3,5
2 24, 9 -6, 8
4 45, 6 -13,2
In diesem Fall wies der Grundkörper 5 wiederum einen Elastizitätsmodul von 210 kN/mm2 und eine Dichte von 7800 kg/m3 auf, wo¬ hingegen die Beschichtung 6 einen Elastizitätsmodul von 450 kN/mm2 und eine Dichte von 3200 kg/m3 aufwies. Für die Verwendung von Siliziumcarbid ergibt sich bei einer sehr starken Erhöhung der Biegesteifigkeit sogar eine Abnahme der Masse, da Silizium¬ carbid eine geringere Dichte als das in diesem Fall für den Grundkörper 5 verwendete Stahlmaterial aufweist.
Für die Verwendung von Wolframcarbid (WC-10% Co) für die Be¬ schichtung 6 einer einen aus einem Stahlwerkstoff bestehenden Grundkörper 5 aufweisenden Kurbelwelle 1 ergeben sich folgende Werte : Pleuellagerzapfen: R = 27 mm
Schichtdicke d Biegesteifigkeits- Massenzunahme in %
erhöhung in %
0,5 12, 3 3,2
1 24,0 6, 2
2 45,3 12, 3
4 80, 9 23, 6
Hauptlagerzapfen: R = 33,5 mm
Schichtdicke d Biegesteifigkeits- Massenzunahme in %
erhöhung in %
0,5 10,0 2,5
1 19, 5 5,1
2 37, 3 10,0
4 68, 2 19, 3
In diesem Fall wies der Grundkörper 5 wiederum einen Elastizitätsmodul von 210 kN/mm2 und eine Dichte von 7800 kg/m3 auf, wo¬ hingegen die Beschichtung 6 einen Elastizitätsmodul von 569 kN/mm2 und eine Dichte von 14.500 kg/m3 aufwies. Daraus ergibt sich, dass auch WC-10% Co sehr gut als Material für die Be¬ schichtung 6 geeignet ist.
Aus den oben stehenden Tabellen wird außerdem deutlich, dass die Dicke d der Beschichtung 6 einen erheblichen Einfluss auf die Erhöhung der Biegesteifigkeit des Hauptlagerzapfens 2, des Pleu¬ ellagerzapfens 3 bzw. des Radius 7 und somit der gesamten Kur¬ belwelle 1 hat.
Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit der Aufbringung der Beschichtung 6 an einem von einem der Hauptlagerzapfen 2 in eine der Kurbelwangen 4 übergehenden Radius 7. Hierzu weist der Radius 7 eine ge- genüber der Außenkontur der Kurbelwelle 1 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich in radialer Richtung zurückversetzte Vertie¬ fung 10 auf, die mit an sich bekannten Mitteln beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt oder auch bereits beim Schmieden oder Gießen der Kurbelwelle 1 hergestellt werden kann. Die Vertiefung 10 wird beim Beschichten der Kurbelwelle 1 ebenfalls mit dem Material der Beschichtung 6 gefüllt, um den Radius 7 mit der Beschichtung 6 zu versehen. Im vorliegenden Fall ist die Vertiefung 10 bis zu einer derartigen Höhe mit dem Material der Beschichtung 6 gefüllt, dass die Beschichtung 6 gegenüber der Umfangsflache des Hauptlagerzapfens 2 um einen bestimmten Betrag zurückversetzt ist und somit bei der mechanischen Bear¬ beitung des Hauptlagerzapfens 2 nicht bearbeitet werden muss, was eine erhebliche Kosteneinsparung darstellen kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist die Vertiefung 10 des Radius 7 zusätzlich zu der Zurückversetzung in radialer Richtung auch in axialer Richtung gegenüber der Außenkontur der Kurbelwelle 1 zurückversetzt, so dass sich nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung eine Hinterschneidung ergibt, was durch die größere Menge der Beschichtung 6 letztend¬ lich zu einer zusätzlichen Erhöhung der Steifigkeit führt. Die Vertiefung 10 ist wiederum mit dem Material der Beschichtung 6 gefüllt, wobei die Beschichtung 6 sowohl gegenüber der Umfangs- fläche des Hauptlagerzapfens 2 als auch gegenüber einer Planflä¬ che der Kurbelwange 4 zurückversetzt ist.
Prinzipiell wäre es auch möglich, die Vertiefung 10 lediglich in axialer Richtung gegenüber der Außenkontur der Kurbelwelle 1 zu- rückzuversetzen . Gegebenenfalls kann auch auf das Zurückverset¬ zen der Beschichtung 6 gegenüber dem Hauptlagerzapfen 2 bzw. der Kurbelwange 4 verzichtet werden. In den Figuren 5 und 6 ist le¬ diglich der Radius 7 zwischen dem Hauptlagerzapfen 2 und der Kurbelwange 4 dargestellt, es liegt jedoch auf der Hand, dass die beschriebenen Ausführungsformen analog auch für jeden einzelnen der zwischen dem Pleuellagerzapfen 3 und der Kurbelwange 4 vorgesehenen Radius 7 angewendet werden können. In den Figuren 5 und 6 ist lediglich der Radius 7 mit der Beschichtung 6 versehen, d. h. die Hauptlagerzapfen 2, die Pleuellagerzapfen 3 und die Kurbelwangen 4 sind nicht mit der Beschichtung 6 versehen. Selbstverständlich wäre es jedoch auch möglich, im Falle einer ebenfalls vorgesehenen Beschichtung der Hauptlagerzapfen 2, der Pleuellagerzapfen 3 und/oder der Kurbelwangen 4 die Radien 7 mit den beschriebenen und dargestellten Hinterschneidungen bzw. Vertiefungen 10 auszustatten.
Die Figuren 7 und 8 zeigen weitere mögliche Radien, die auf die unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6, prinzipiell jedoch auch unter Bezugnahme auf die in Fig. 2 beschriebenen Arten mit der Beschichtung 6 versehen werden können. So ist in Fig. 7 das sogenannte Flanschende der Kurbelwelle 1 dargestellt, das in an sich bekannter Weise einen Flansch 11 aufweist, an dem bei- spielsweise ein Schwungrad, ein Schwingungsdämpfer oder ähnliches angebracht sein kann. Zwischen dem das eine Ende der Kurbelwelle 1 bildenden Flansch 11 und der ersten bzw. auf dieser Seite äußersten Kurbelwange 4 ist ein nachfolgend als Flanschla¬ gerzapfen 2a bezeichneter Hauptlagerzapfen 2 vorgesehen. Zwi- sehen dem Flansch 11 und dem Flanschlagerzapfen 2a sowie zwischen dem Flanschlagerzapfen 2a und der Kurbelwange 4 sind jeweilige Radien 7 vorgesehen, die auf die unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 oder unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebe¬ ne Art und Weise mit der Beschichtung 6 versehen werden können, d.h. es kann sich um hinterlegte Radien 7 gemäß Fig. 5 und 6 o- der um tangierende Radien 7 gemäß Fig. 2 handeln. Fig. 8 zeigt das sogenannte Zapfenende der Kurbelwelle 1, wel¬ ches als dem Flansch 11 gegenüberliegendem Abschluss der Kurbelwelle 1 einen Zapfen 12 aufweist, der z. B. in an sich bekannter Weise mit dem Ventiltrieb der mit der Kurbelwelle 1 ausgestatte- ten Brennkraftmaschine verbunden sein kann. Zwischen dem Zapfen 12 und der auf dieser Seite äußersten Kurbelwange 4 ist ein nachfolgend als Zapfenlagerzapfen 2b bezeichneter Hauptlagerzap¬ fen 2 vorgesehen, der ebenso wie der Flanschlagerzapfen 2a auf die oben beschriebene Art und Weise analog zu den anderen Haupt- lagerzapfen 2 in dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine gela¬ gert ist. Des weiteren schließt sich auf der gegenüberliegenden Seite des Zapfenlagerzapfens 2b ein nachfolgend als Stützlager¬ zapfen 2c bezeichneter Hauptlagerzapfen 2 an den Zapfen 12 an. An dem Übergang des Zapfens 12 in den Zapfenlagerzapfen 2b sowie an dem Übergang des Zapfenlagerzapfens 2b in die Kurbelwange 4 und auch an dem Übergang des Zapfens 12 in den Stützlagerzapfen 2c sind jeweilige Radien 7 vorgesehen, die auf die Art und Weise mit der Beschichtung 6 versehen werden können, wie sie in den Figuren 5 und 6 beschrieben ist oder wie sie in Fig. 2 beschrie- ben ist. Auf den Stützlagerzapfen 2c kann gegebenenfalls verzichtet werden. Je nach Art der Belastung der Kurbelwelle 1, die unter anderem auch durch das Schwungrad, den Schwingungsdämpfer und/oder den Ventiltrieb beeinflusst werden kann, ist es im Prinzip möglich, lediglich einen einzelnen der Vielzahl von Ra- dien 7 der Kurbelwelle 1 auf eine der oben beschriebenen Arten mit der Beschichtung 6 zu versehen. Selbstverständlich können auch bestimmte Kombinationen von Radien 7 mit der Beschichtung 6 versehen werden. Dies gilt in Abhängigkeit von der während des Betriebs zu erwartenden Belastung der Kurbelwelle 1 im Prinzip für alle möglichen Kombinationen der hierin beschriebenen Möglichkeiten der Aufbringung der Beschichtung 6, um die Kurbelwelle 1 an der gewünschten Stelle bzw. an den gewünschten Stellen zu versteifen. In nicht dargestellter Weise kann die Kurbelwelle 1 auch eine Verzahnung, insbesondere zur Verbindung mit dem Ventiltrieb, aufweisen, die sich auf dem Zapfen 12, auf dem
Flanschlagerzapfen 2a und/oder an einer anderen geeigneten Stelle der Kurbelwelle 1 befinden kann. Des weiteren kann die Kur- beiwelle 1 mehr als den einen Flanschlagerzapfen 2a, mehr als den einen Zapfenlagerzapfen 2b und/oder mehr als den einen
Stützlagerzapfen 2c aufweisen. Zudem müssen diese nicht notwendigerweise zylindrisch ausgeführt sein, sondern können auch eine Kegelstumpfform oder ähnliches aufweisen. Beispielsweise könnte es ausreichend sein, wenn lediglich die Radien 7 im Bereich des Flanschlagerzapfens 2a und/oder Radien 7 im Bereich des Zapfenlagerzapfens 2b und/oder Radien 7 im Bereich des Stützlagerzap¬ fens 2c mit der Beschichtung 6 versehen werden, um die Verformung des jeweiligen Endes der Kurbelwelle 1 zu reduzieren und dadurch eine während des Betriebs auftretende Taumelbewegung von Anbauteilen der Kurbelwelle 1 zu verringern. Dies würde auch die zusätzlichen, aus der Taumelbewegung der Anbauteile auf die Kurbelwelle 1 eingeleiteten Beanspruchungen reduzieren. Selbstverständlich kann das Beschichten dieser auch als Flansch- und Zap- fenradien bezeichneten Radien 7 im Bereich des Flanschlagerzapfens 2a und/oder Radien 7 im Bereich des Zapfenlagerzapfens 2b und/oder Radien 7 im Bereich des Stützlagerzapfens 2c auch mit dem Beschichten der sonstigen gegebenenfalls zu beschichtenden Radien 7 bzw. der Laufflächen der gegebenenfalls zu beschichten- den Hauptlagerzapfen 2 und Pleuellagerzapfen 3 erfolgen.
Da der Flanschlagerzapfen 2a, der Zapfenlagerzapfen 2b und der Stützlagerzapfen 2c ebenfalls, wie oben erläutert, Hauptlagerzapfen 2 darstellen, können selbstverständlich auch diese, gege- benenfalls auch ausschließlich diese bzw. einer derselben, mit der Beschichtung 6 versehen werden. Daher gilt alles für die Hauptlagerzapfen 2 im Hinblick auf die Beschichtung 6 und die Ausführung der Radien 7 Ausgesagte auch für den Flanschlagerzap- fen 2a, den Zapfenlagerzapfen 2b und den Stützlagerzapfen 2c. Des weiteren ist es auch möglich, den Flansch 11 und/oder den Zapfen 12 mit der Beschichtung zu versehen. Es ist auch möglich, eine nicht dargestellte Verzahnung der Kurbelwelle 1 mit der Beschichtung 6 zu versehen. Gegebenenfalls kann auch lediglich die Verzahnung mit der Beschichtung 6 versehen werden. In den Figuren 9 und 10 sind Möglichkeiten zur Anbringung einer bzw. mehrerer Ölbohrungen 13 an einem Hauptlagerzapfen 2 bzw. einem Pleuellagerzapfen 3 der Kurbelwelle 1 dargestellt. Die Fi¬ guren 9 und 10 zeigen den Hauptlagerzapfen 2, das nachfolgend Beschriebene gilt jedoch für den Pleuellagerzapfen 3 analog. Die Ölbohrungen 13 stellen in an sich bekannter Weise die Ölversorgung der Pleuellagerung und gegebenenfalls auch der Kurbelwellenlagerung sicher.
Gemäß der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform wird die Öl- bohrung 13 vor dem Aufbringen der Beschichtung in den Hauptlagerzapfen 2 und/oder in den Pleuellagerzapfen 3 eingebracht. Dieses Erzeugen der Ölbohrung 13 kann in an sich bekannter Weise mit einem Bohrwerkzeug oder dergleichen erfolgen. Während des Aufbringens der Beschichtung 6 wird die Ölbohrung 13 derart ver- schlössen gehalten, dass das Material der Beschichtung 6 nicht in die Ölbohrung 13 eindringen kann. Im vorliegenden Fall sind hierzu zwei Verschließelemente 14 vorgesehen, welche in beide Enden der Ölbohrung 13 eingeschoben werden und während der Aufbringung der Beschichtung 6 in der Ölbohrung 13 verbleiben. Nach dem Aufbringen der Beschichtung 6 können die beiden Verschließelemente 14 entfernt werden, um die Ölbohrung 13 freizugeben. Abhängig von dem Material der Beschichtung 6, dem Material der Verschließelemente 14 und möglicherweise anderer Faktoren können die Verschließelemente 14 auf unterschiedliche Arten entfernt werden, von denen nachfolgend einige beschrieben sind. Die Verschließelemente 14 sind im vorliegenden Fall konisch, damit sie während des Aufbringens der Beschichtung 6 in der Ölbohrung 13 verbleiben, wobei auch eine zylindrische Ausführung der Verschließelemente 14 möglich ist. Des weiteren ist zu erkennen, dass die Verschließelemente 14 über die Dicke der Beschichtung 6 überstehen, sodass sie einfach entfernt werden können. Selbstverständlich können die Verschließelemente 14 jedoch auch eine geringere Höhe als die Dicke der Beschichtung 6 aufweisen, so¬ dass sie sich vollständig unter der Beschichtung 6 befinden.
Dabei kann es möglich sein, die Verschließelemente 14 nach dem Erstarren der Beschichtung 6 durch einfaches Ziehen aus der 01- bohrung 13 zu entfernen, es wäre jedoch auch denkbar, die Verschließelemente 14 durch Ausbohren zu entfernen. Im Falle des Herausziehens der Verschließelemente 14 sollten dieselben dicker als die Beschichtung 6 sein, um aus derselben herauszuragen . Im Falle des Ausbohrens kann es von Vorteil sein, die Höhe der Ver- schließelemente 14 so zu wählen, dass diese von der Beschichtung 6 vollständig abgedeckt werden, sodass nicht die gesamte Be¬ schichtung 6 durchbohrt werden muss. Im vorliegenden Fall sind die Verschließelemente 14 in der Art von Stopfen ausgeführt und können aus einem annährend beliebigen Material bestehen, welches durch die beim Aufbringen der Beschichtung 6 möglicherweise entstehenden hohen Temperaturen nicht zerstört wird. Die Verschließelemente 14 können aus einem geeigneten Werkstoff, wie zum Beispiel einem Kunststoff oder aus Gummi bestehen, bei dem sichergestellt ist, dass in der Grenzfläche zwischen Beschich- tung 6 und dem jeweiligen Verschließelement 14 keine adhäsive
Bindung entsteht. Allerdings sind beispielsweise auch aus metal¬ lischen Werkstoffen bestehende Verschließelemente 14 denkbar. Falls es erforderlich ist, die Verschließelemente 14 aus einem Material herzustellen, welches durch Bohren nicht bearbeitet werden kann, oder um eventuelle, durch das Bohren auftretende Beschädigungen der Beschichtung 6 zu vermeiden, ist es auch denkbar, die Verschließelemente 14 durch Erodieren aus der Öl- bohrung 13 zu entfernen. Des Weiteren könnten die Verschließelemente 14 auch aus einem derartigen Material bestehen, welches beim Aufbringen der Beschichtung 6 verdampft, verbrennt oder sich auf ähnliche Art und Weise auflöst, um auf den Schritt des Entfernens der Verschließelemente 14 verzichten zu können. Bei- spielsweise könnte dies ein geeigneter Schaum sein. In diesem
Fall müsste jedoch sichergestellt sein, dass die Verschließele¬ mente 14 so lange in der Ölbohrung 13 verbleiben, bis die Beschichtung 6 erstarrt ist und ihren Zustand nicht mehr verändern bzw. sich nicht mehr ausdehnen kann. Dabei ist es zu bevorzugen, wenn die Verschließelemente 14 nicht über die Dicke der Be¬ schichtung 6 überstehen. Eine weitere Möglichkeit könnte darin bestehen, die in diesem Fall aus einem magnetischen Material, insbesondere einem geeigneten Metall, bestehenden Verschließele¬ mente 14 mittels eines Magneten, insbesondere eines Elektromag- neten, in der Ölbohrung 13 zu halten und unmittelbar vor dem Erstarren des Materials der Beschichtung 6 aus der Ölbohrung 13 zu entfernen. Auf diese Weise kann das Demontieren unter Serienbedingungen kostengünstig, insbesondere automatisiert, erfolgen. Dabei ist es zu bevorzugen, wenn die Verschließelemente 14 über die Dicke der Beschichtung 6 überstehen.
Eine alternative Möglichkeit zur Herstellung der Ölbohrung 13 ist in Fig. 10 dargestellt. Hierbei wird die Ölbohrung 13 nach dem Aufbringen der Beschichtung 6 in den Hauptlagerzapfen 2 und/oder in den Pleuellagerzapfen 3 eingebracht. Dies kann mit den in Fig. 10 dargestellten Bohrwerkzeugen 15 durchgeführt werden, wobei im vorliegenden Fall zwei Bohrwerkzeuge 15 vorgesehen sind, um eine Beschädigung der Beschichtung 6 durch das Austre- ten des Bohrwerkzeugs 15 zu verhindern. Es ist auch möglich, die Ölbohrung 13 mittels Senkerodieren, vorzugsweise CNC- gesteuert bzw. automatisiert, in die Kurbelwelle 1 einzubringen, falls dies aufgrund des Materials, der Beschichtung 6, insbesondere der hohen Härte bzw. Festigkeit derselben, erforderlich ist. Im Anschluss an das Erodieren kann die „restliche" Ölbohrung 13 konventionell von einer Seite aus gebohrt werden. Wenn der Win¬ kel für das Senkerodieren zu spitz ist, kann die Beschichtung radial erodiert werden oder es kann eine abgekröpfte Elektrode eingesetzt werden.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wäre es auch möglich, die Ölbohrung 13 vor dem Aufbringen der Beschichtung 6 in die Kurbelwelle 1 einzubringen und nach dem Aufbringen der Be- Schichtung 6 lediglich durch die Beschichtung 6 bis zu der bereits bestehenden Ölbohrung 13 zu bohren bzw. die Beschichtung 6 bis zu der Ölbohrung 13 auf andere Art und Weise zu entfernen. Ein bei diesem Vorgang möglicherweise in die Ölbohrung 13 gera¬ tendes Material der Beschichtung könnte in diesem Zuge ebenfalls entfernt werden. Falls dabei Störkonturen auftreten, die ein
Bohren unter einem bestimmten Winkel erschweren oder verhindern, könnte ein solcher Bohrvorgang auch unter einem Winkel von bis zu 90° tangential und axial gegenüber der Umfangsfläche des Hauptlagerzapfen 2 bzw. des Pleuellagerzapfens 3 erfolgen. Des weiteren kann, wenn der Winkel für das Anbohren zu spitz ist, die Beschichtung 6 in radialer Richtung durchbohrt werden. Im Anschluss daran kann kann die „restliche" Ölbohrung 13 von der anderen Seite im erforderlichen Winkel konventionell gebohrt werden .

Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e
Kurbelwelle mit einem Grundkörper aus einem metallischen Material, welcher wenigstens zwei Hauptlagerzapfen und wenigs¬ tens einen Pleuellagerzapfen sowie mehrere Radien aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens einer der Hauptlagerzapfen (2, 2a, 2b, 2c) und/oder einer der Pleuellagerzapfen (3) und/oder einer der Radien (7) eine Beschichtung (6) aus einem Material aufweist, wel¬ ches einen höheren Elastizitätsmodul als das Material des Grundkörpers (5) der Kurbelwelle (1) aufweist.
Kurbelwelle 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 Beschichtung (6) eine Dicke in einem Bereich von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 0,
8 bis 4,5 mm, noch bevorzugter 0,
9 bis 4,0 mm, am bevorzugtesten 1,0 bis 3,5 mm, aufweist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
mehrere Hauptlagerzapfen (2, 2a, 2b, 2c) und/oder Pleuellagerzapfen (3) und/oder Radien (7) die Beschichtung (6) aufweisen .
Kurbelwelle nach Anspruch 1, 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 Beschichtung (6) an wenigstens einem von einem der
Hauptlagerzapfen (2, 2a, 2b, 2c) und/oder Pleuellagerzapfen (3) in eine Kurbelwange (4) übergehenden Radius (7) und/oder an einem an einem Zapfenlagerzapfen (2b) und/oder an einem Flanschlagerzapfen (2a) und/oder an einem Stützlagerzapfen (2a) vorgesehenen Radius (7) vorgesehen ist. Kurbelwelle nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Radius (7) eine gegenüber der Außenkontur der Kurbelwelle (1) in radialer und/oder axialer Richtung zurückversetzte Vertiefung (10) aufweist, welche mit dem Material der Be- schichtung (6) wenigstens annähernd gefüllt ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Vertiefung (10) derart mit dem Material der Beschichtung
(6) gefüllt ist, dass die Beschichtung (6) gegenüber einer Umfangsflache eines benachbarten Hauptlagerzapfens
(2, 2a, 2b, 2c) oder Pleuellagerzapfens (3) und/oder einer Planfläche einer benachbarten Kurbelwange (4) zurückversetzt ist .
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 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 Material der Beschichtung (6) ein Metall ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram, Kobalt, Molyb¬ dän, Beryllium, Aluminium, Titan, Eisen oder Legierungen, die wenigstens einen dieser Werkstoffe aufweisen, besteht.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 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 Material der Beschichtung (6) ein keramischer Werkstoff ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium¬ nitrid, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Wolf¬ ramkarbid und Borkarbid besteht.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 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 Grundkörper (5) zumindest teilweise, vorzugsweise voll¬ ständig, aus einem Eisen- oder Aluminiumwerkstoff besteht.
10. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Elastizitätsmodul des Materials der Beschichtung (6) mindestens 10 kN/mm2, vorzugsweise 30 kN/mm2, noch bevorzug¬ ter 50 kN/mm2, größer ist als der Elastizitätsmodul des Mate¬ rials des Grundkörpers (5) .
11. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Kurbelwelle (1) durch Schmieden hergestellt ist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, wobei in einem ersten Schritt ein Grundkörper aus einem metallischen Material hergestellt wird, welcher wenigstens zwei Hauptlager¬ zapfen und wenigstens ein Pleuellagerzapfen sowie mehrere Radien aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
auf wenigstens einen der Hauptlagerzapfen (2, 2a, 2b, 2c) und/oder einen der Pleuellagerzapfen (3) und/oder einen der Radien (7) eine Beschichtung (6) aus einem Material aufgebracht wird, welches einen höheren Elastizitätsmodul als das Grundmaterial des Grundkörpers (5) aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Beschichtung (6) mittels thermischem Spritzen, Hochge- schwindigkeitsflammspritzen, Verdüsen aus der Schmelze,
Plasmabeschichten oder Laserumschmelzen aufgebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Aufbringen der Beschichtung (6) wenigstens eine Ölbohrung (13) in wenigstens einen der Hauptlagerzapfen
(2, 2a, 2b, 2c) und/oder in wenigstens einen der Pleuellagerzapfen (3) eingebracht wird, und dass die Ölbohrung (13) während des Aufbringens der Beschichtung (6) derart ver¬ schlossen gehalten wird, dass das Material der Beschichtung
(6) nicht in die Ölbohrung (13) eindringt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
nach dem Aufbringen der Beschichtung (6) in wenigstens einen der Hauptlagerzapfen (2, 2a, 2b, 2c) und/oder in wenigstens einen der Pleuellagerzapfen (3) eine Ölbohrung (13) eingebracht wird.
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