(57)【要約】【課題】クランクシャフトの疲労強度をさらに改善するために、衝撃を与えて硬化させるための方法及び装置をさらに開発する。【解決手段】  少なくとも１つの渡り部（８）に衝撃力（ＦＳ）を導入するための少なくとも１つの衝撃装置（１）を備え、クランクシャフト（４）の渡り部（８）、特に上記クランクシャフト（４）の連接棒軸受ジャーナル（５）とクランクウェブ（７）との間の渡り部（８）及び／又は主軸受ジャーナル（６）と上記クランクウェブ（７）との間の渡り部（８）に衝撃を与えて硬化させるための装置であって、上記衝撃装置（１）が、同一の渡り部（８）に割り当てられた複数の衝撃ヘッド（２１）を有することを特徴とする衝撃硬化装置を提供する。【選択図】図１
2020530403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの渡り部（８）に衝撃力（ＦＳ）を導入するための少なくとも１つの衝撃装置（１）を備え、クランクシャフト（４）の渡り部（８）、特に前記クランクシャフト（４）の連接棒軸受ジャーナル（５）とクランクウェブ（７）との間の渡り部（８）及び／又は主軸受ジャーナル（６）と前記クランクウェブ（７）との間の渡り部（８）に衝撃を与えて硬化させるための装置であって、
前記衝撃装置（１）が、同一の渡り部（８）に割り当てられた複数の衝撃ヘッド（２１）を有することを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃硬化装置であって、
前記衝撃装置（１）が、前記複数の衝撃ヘッド（２１）を有する少なくとも１つの衝撃ツール（１６）を含むことを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の衝撃硬化装置であって、
前記衝撃装置（１）が複数の衝撃ツール（１６）を有し、
少なくとも２つの衝撃ツール（１６）の前記衝撃ヘッド（２１）が、同一の渡り部（８）に割り当てられることを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の衝撃硬化装置であって、
前記衝撃装置（１）が衝撃ピストン（２３）及び偏向部（２０）を有し、前記少なくとも１つの衝撃ツール（１６）が偏向部（２０）に配置され、前記衝撃ピストン（２３）が前記偏向部（２０）を介して前記少なくとも１つの衝撃ツール（１６）に衝撃を伝達し、前記少なくとも１つの衝撃ツール（１６）の前記１つ以上の衝撃ヘッド（２１）が関連する前記渡り部（８）に前記衝撃力（ＦＳ）を導入することを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の衝撃硬化装置であって、
前記衝撃ヘッド（２１）が、前記連接棒軸受ジャーナル（５）及び／又は前記主軸受ジャーナル（６）の周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部（８）の衝撃硬化中に、前後にオフセットして、かつ／あるいは、相互に隣接してオフセットして配置されるように前記衝撃ヘッド（２１）を配置することを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の衝撃硬化装置であって、
前記連接棒軸受ジャーナル（５）及び／又は前記主軸受ジャーナル（６）の周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部（８）の衝撃硬化中に、同一の渡り部（８）に割り当てられた少なくとも２つの衝撃ヘッド（２１）、またはすべての衝撃ヘッド（２１）が独自の衝撃痕（２８）の軌跡を形成するように、前記衝撃ヘッド（２１）を配置することを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項７】
請求項６に記載の衝撃硬化装置であって、
前記衝撃痕（２８）の軌跡が重なり合うことを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の衝撃硬化装置であって、
前記連接棒軸受ジャーナル（５）及び／又は前記主軸受ジャーナル（６）の周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部（８）の衝撃硬化中に、同一の渡り部（８）に割り当てられた少なくとも２つの衝撃ヘッド（２１）、またはすべての衝撃ヘッド（２１）が他の衝撃痕（２８）の内側に位置する前記衝撃痕（２８）の軌跡を形成するように、前記衝撃ヘッド（２１）を配置することを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の衝撃硬化装置であって、
前記衝撃硬化用の前記複数の衝撃ヘッド（２１）が球面を有することを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の衝撃硬化装置であって、
前記複数の衝撃ヘッド（２１）がそれぞれ異なるサイズを有することを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれか１つに記載の衝撃硬化装置であって、
前記衝撃硬化装置が、前記偏向部（２０）の偏向点（ＵＰ）と前記少なくとも１つの衝撃ツール（１６）の前記１つ以上の衝撃ヘッド（２１）の前端との間の間隔（ｄ）を調整するように構成されることを特徴とする
衝撃硬化装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の衝撃硬化装置により、クランクシャフト（４）の渡り部（８）、特に前記クランクシャフト（４）の連接棒軸受ジャーナル（５）とクランクウェブ（７）との間の渡り部（８）及び／又は主軸受ジャーナル（６）と前記クランクウェブ（７）との間の渡り部（８）に衝撃を与えて硬化させるための方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の衝撃硬化方法に従って製造されたクランクシャフト（４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、クランクシャフトの渡り部、特に連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の渡り部及び／又は主軸受ジャーナルとクランクシャフトのクランクウェブとの間の渡り部に衝撃を与えて硬化させる（以下、衝撃硬化とする）ための装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、クランクシャフトの渡り部を衝撃硬化するための方法に関する。
【０００３】
本発明はまた、クランクシャフトに関する。
【背景技術】
【０００４】
内燃機関の開発が継続的に進められ、その性能が向上し、当該内燃機関には排出要件が課せられるようになったため、現代のエンジンには、これまで以上に大きな負荷がかけられている。このため、自動車産業においては、特に、高負荷を受け、かつ、内燃機関の機能にとって重要なクランクシャフトの強度に関して高い要求が課されている。ここで、構造の観点から要求されることが多いのは、クランクシャフトの軽量化と必要スペースの縮小である。これは、クランクシャフトの設計においては、断面積の増加、すなわち、クランクシャフトの断面係数ではなく、可能な限り、局所的な内部圧縮応力状態によって負荷容量を増加させるべきであるということを意味する。このため、現代のクランクシャフトは、さらなる高レベルのエンジン出力にさらされるので、様々な機械加工及び熱処理方法を使用して製造される。
【０００５】
このような方法の例として、誘導及び表面硬化、レーザ硬化、又は窒化による表面硬化法等の熱処理、並びにディープローリング、ショットピーニング、又は衝撃硬化等のひずみ硬化法が挙げられる。これらの方法は一般的、かつ、よく確立された方法であることがほとんどであり、様々な目的に適している。
【０００６】
このような方法の例に関して、以下の文献を参照する：EP 1 479 480 A1、EP 0 788 419 B1、 EP 1 612 290 A1、DE 10 2007 028 888 A1、及び EP 1 034 314 B1。
【０００７】
特に、衝撃硬化は、クランクシャフトの疲労強度、特に、曲げ疲労強度及びねじり疲労強度を高めるために有利な方法である。ここでは、断面の渡り及び断面の移行部の負荷領域において、冷間加工、好ましくは、特別な衝撃ツールによる打撃によってクランクシャフトに衝撃力を導入することにより、疲労強度を高める。このような処理の例として、DE 34 38 742 C2及びEP 1 716 260 B1を参照する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】EP 1 479 480 A1
【特許文献２】EP 0 788 419 B1
【特許文献３】EP 1 612 290 A1
【特許文献４】DE 10 2007 028 888 A1
【特許文献５】EP 1 034 314 B1
【特許文献６】DE 34 38 742 C2
【特許文献７】EP 1 716 260 B1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、クランクシャフトの疲労強度をさらに改善するために、衝撃硬化のための方法及び装置をさらに開発するという目的に基づいている。
【００１０】
最後に、本発明は、改善されたクランクシャフト、特に、その疲労強度に関して改善されたクランクシャフトを提供するという目的にも基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、装置については、請求項１において特定された特徴により、方法については、請求項１２において特定された特徴により達成される。
【００１２】
クランクシャフトに関して、当該目的は、請求項１３において特定された特徴により達成される。
【００１３】
以下に記載の従属請求項及び特徴は、本発明の有利な実施形態及び変形例に関する。
【００１４】
本発明に係るクランクシャフトの渡り部、特に、クランクシャフトの連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の渡り部及び／又は主軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の渡り部を衝撃硬化するための装置は、少なくとも１つの渡り部に衝撃力を導入するための少なくとも１つの衝撃装置を備える。
【００１５】
したがって、少なくとも１つの渡り部に衝撃力を導入するために、２つ以上の衝撃装置、例えば、２つの衝撃装置、３つの衝撃装置、又は４つの衝撃装置を設けることもできる。ここで、衝撃装置は異なる設計のものであってもよく、特に、１つの衝撃装置を本発明に従って設計するだけで十分である可能性がある。本発明に従って、２つ、複数、又はすべての衝撃装置を設計することもできる。
【００１６】
以下、簡潔にするため、連接棒軸受ジャーナル及び主軸受ジャーナルを単に「ジャーナル」と呼ぶ場合もある。ここで、「ジャーナル」という表現は、連接棒軸受ジャーナル及び主軸受ジャーナルの両方を指す場合があり、あるいは、連接棒軸受ジャーナルのみ若しくは主軸受ジャーナルのみを指す場合もある。特に明記されていない限り、本明細書において、この３パターンのジャーナルはすべて「ジャーナル」という表現に包含される。
【００１７】
本発明は、例えば、長さ０．２〜８ｍまたはそれ以上のクランクシャフト及び／もしくは直径３０〜５００ｍｍまたはそれ以上の主軸受ジャーナル及び連接棒軸受ジャーナルを有するクランクシャフトの疲労強度を高めるのに特に好適である。しかしながら、本発明は、長さ１．５〜８ｍまたはそれ以上の大きなクランクシャフト及び／もしくは直径１００〜５００ｍｍまたはそれ以上の主軸受ジャーナル及び連接棒軸受ジャーナルを有する大きなクランクシャフトの疲労強度を高めるのに特に大変好適である。
【００１８】
クランクシャフトは、様々な種類の渡り部、例えば、３心アーチ形状等を有するフィレット部分又はアンダーカット部分若しくは渡りを伴う部分を有していてもよい。渡り部は、例えば、主軸受ジャーナル及び連接棒軸受ジャーナルの軸受ジャーナルポイント又は走行面に対して接線方向に設けられてもよい。
【００１９】
これは、接線部分及びアンダーカット部分の両方について、フランジ、ジャーナル、及び断面における他の幾何学的移行部への渡りに対しても当てはまる。
【００２０】
クランクシャフトは、通常、断面における渡り、すなわち、移行部のすべてにおいて渡り部を有する。これは、特に、軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の断面における移行部に当てはまる。本発明は、これらに特に適している。ただし、断面における他の移行部、特に、クランクシャフトの端部、特に、フランジ、ディスク、又はシャフト等への渡りにおける断面の移行部に対して、渡り部が設けられてもよい。
したがって、本発明に係る方法及び／又は本発明に係る装置によって疲労強度が改善される渡り部は、連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間又は主軸受ジャーナルとクランクウェブとの間に必ずしも存在する必要はなく、むしろ、クランクシャフトの任意の位置に配置されてもよい。「連接棒軸受ジャーナル」、「主軸受ジャーナル」、「フランジ」、「ジャーナル」、及び／又は「クランクウェブ」という表現は、当業者によって適宜再解釈されてもよい。
【００２１】
連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間及び／又は主軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の渡り部の硬化に実質的に基づいて、本発明を以下に説明する。ただし、これは限定的なものとして理解されるべきものではなく、単に理解度の向上又は読みやすさの向上を目的としている。本発明の文脈において渡り部について言及する場合、この渡り部は、基本的に、クランクシャフトの任意の位置における渡り部であってもよい。
【００２２】
本発明によれば、衝撃装置は、同一の渡り部に割り当てられた複数の衝撃ヘッドを有する。
【００２３】
衝撃力の導入は、衝撃装置の衝撃ヘッド、又は、衝撃装置のいわゆる「ヘッダー」が、硬化対象のクランクシャフトの領域（本例では、渡り部）に衝突することを意味すると理解できる。ここで、衝突は、ジャーナルの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部に沿って、所望の衝撃位置で、目的に応じて行われる。
【００２４】
複数の衝撃ヘッドによって渡り部の衝撃硬化が行われることにより、内部圧縮応力の範囲と深さ効果とを目的に応じて事前に定義することができる。したがって、本発明の解決法によれば、任意の所望の「深さ」及び／又は強度で、衝撃力を好ましくは互い違いに交互に渡り部の周囲に沿って導入することが可能になる。
【００２５】
従来技術に係る方法及び装置は、渡り部の衝撃硬化において、単一の衝撃ヘッドにより渡り部に衝撃力を導入することとしている。したがって、衝撃ヘッドのサイズのみを変更することができる。この場合、衝撃ヘッドのサイズは、まず、渡り部のサイズに制限され、衝撃ヘッドのサイズを小さくすると、同時に衝撃硬化の深さ効果が変化する。
すなわち、従来技術によれば、深さ効果に同時に影響を与えることなく衝撃硬化の程度又は内部圧縮応力を導入する領域の幅を任意に変えることはできない。本発明による解決法を用いれば、複数の衝撃ヘッドを使用することにより、この関係を排除することができる。したがって、本発明では柔軟性が増加し、さらに対象を絞って内部圧縮応力を導入することができる。
【００２６】
このようにして、クランクシャフトを、エンジンの動作にさらに良好に適合させることができる。特に、クランクシャフトの疲労強度を、必要であれば、従来技術において現在可能な疲労強度からさらに高めることができる。
【００２７】
本発明に係る方法及び本発明に係る装置は、他の方法を使用して予め機械加工されたクランクシャフトの場合であっても、その疲労強度特性を高めるために適用又は使用してもよい。例えば、本発明に係る装置又は方法を使用して内部圧縮応力を導入することにより、高周波焼入れにより硬化したクランクシャフトも、その曲げ疲労強度及びねじり疲労強度に関して遡及的に改善することができる。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る、同一の渡り部に割り当てられた複数の衝撃ヘッドを有する衝撃装置は、様々な方法で実現可能である。例えば、複数の衝撃装置が、それぞれ１つの衝撃ヘッドを有し、かつ、同一の渡り部に割り当てられた２つ以上の衝撃ツールを有することができる。
【００２９】
本発明の一改良形態では、衝撃装置が、複数の衝撃ヘッドを有する少なくとも１つの衝撃ツールを有するようにしてもよい。
【００３０】
特に、衝撃装置が２つの衝撃ツールを有するようにしてもよく、各衝撃ツールが１つの渡り部に割り当てられ、複数の衝撃ツールのうちの少なくとも１つの衝撃ツールが、対応する渡り部に割り当てられた多数の衝撃ヘッドを有する。
【００３１】
衝撃装置が一組の衝撃ツールを有するようにすることもでき、各衝撃ツールが１つの渡り部に割り当てられる。一組の衝撃ツールにおける２つの衝撃ツールは、この場合、それぞれ、２つ以上の衝撃ヘッドを有していてもよい。複数の衝撃ツールのうちの一方の衝撃ツールのみが２つ以上の衝撃ヘッドを有し、一組の衝撃ツールにおける他方の衝撃ツールが衝撃ヘッドを１つのみ有するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、本発明の一改良形態では、衝撃装置が衝撃ピストン及び偏向部を有してもよく、少なくとも１つの衝撃ツールが偏向部に配置され、衝撃ピストンが偏向部を介して少なくとも１つの衝撃ツールに衝撃を伝達し、少なくとも１つの衝撃ツールの１つ以上の衝撃ヘッドが関連する渡り部に衝撃力を導入する。
【００３３】
この目的のため、衝撃ヘッドに（例えば、空気圧、油圧、及び／又は電気で発生した）強いパルス又は衝撃を伝達する衝撃ピストンを使用してもよい。
【００３４】
衝撃力に応じて、それぞれの衝撃位置に衝撃ヘッドの目に見える衝撃痕が形成される。衝撃痕の深さ及び導入された内部圧縮応力の質又は深さ効果は、この場合、選択した衝撃力に依存する。ツール及び処理パラメータは、それぞれのクランクシャフト及び、ここでは、適切な場合、部分的な幾何学的移行部（断面における移行部）と正確に整合されることが好ましい。
【００３５】
次に、衝撃角度を変えることで、衝撃力を個別に最大荷重に設定したり、最大荷重にさらに正確に合わせたりすることができる。
【００３６】
説明の一部が「衝撃ヘッド／衝撃ツール」又は「衝撃装置」又は「複数の衝撃ヘッド／衝撃ツール／衝撃装置」を指す場合、基本的には、任意の数、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上の衝撃ヘッド／衝撃ツール／衝撃装置を意味することを理解されたい。複数又は単数への言及は、読みやすくするためだけにされているものであり、限定するものではない。
【００３７】
共通の衝撃装置において２つの衝撃ツールを使用するようにしてもよく、当該衝撃ツールは、好ましくは、連接棒軸受ジャーナルの渡り部又は主軸受ジャーナルの渡り部に同時に衝撃力を導入する。
【００３８】
これは、接線部分及びアンダーカット部分の両方について、フランジ、ジャーナル、及び断面における他の幾何学的移行部への渡りに対して当てはまる。
【００３９】
衝撃ツールは、好ましくは、共通の衝撃ピストンにより操作されてもよい。
【００４０】
複数の衝撃ツール（及び／又は衝撃装置）を使用する場合、衝撃ツール用の（共同又は個別の）油圧、空気圧、機械的及び／又は電気的手段により衝撃ツールに対応する衝撃力を生成することができる共通の圧力パルス装置を設けてもよい。
【００４１】
本発明の一改良形態では、衝撃装置が複数の衝撃ツールを有するようにしてもよく、少なくとも２つの衝撃ツールの衝撃ヘッドは、同一の渡り部に割り当てられる。
【００４２】
ここで、同一の渡り部に割り当てられた少なくとも２つの、複数の、又はすべての衝撃ツールが、それぞれ、１つの衝撃ヘッドを有するようにしてもよい。あるいは、同一の渡り部に割り当てられた少なくとも２つの、複数の、又はすべての衝撃ツールが、それぞれ、複数の衝撃ヘッドを有するようにしてもよい。
ここでも、混合形式が可能である。すなわち、少なくとも１つの衝撃ツールが１つの衝撃ヘッドを有し、同一の渡り部に割り当てられた少なくとも１つの衝撃ツールが２つ以上の衝撃ヘッドを有する。
【００４３】
したがって、例えば、衝撃装置が、それぞれ１つのみの衝撃ヘッドを有し、同一の渡り部に割り当てられる複数の衝撃ツールを有してもよい。衝撃装置が、それぞれ１つのみの衝撃ヘッドを有する複数の衝撃ツールを有するようにすることもでき、複数の衝撃ヘッドを有する別の衝撃ツールが設けられる。任意の構成又は組み合わせが可能である。この構成は、クランクシャフトの要求に依存する場合もある。
【００４４】
したがって、本発明に係る装置を、クランクシャフトの要求及び／又は渡り部の強度に対する要求に対応して適合させることができ、多数の構成の可能性が存在する。
【００４５】
本発明の一改良形態では、連接棒軸受ジャーナル及び／又は主軸受ジャーナルの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部の衝撃硬化中に、衝撃ヘッドが前後に及び／又は相互に隣接してオフセットして配置されるように、衝撃ヘッドを配置するようにしてもよい。
【００４６】
横方向のオフセット又は相互に隣接してオフセットされた衝撃ヘッドの配置により、渡り部の周囲に沿って内部圧縮応力を渡り部に導入する「幅」を、使用する衝撃ヘッドの数により変えることができる。
【００４７】
衝撃ヘッドを前後にオフセットして配置する場合、機械加工継続時間及び／又は機械加工効果、又は機械加工処理の深さ効果を改善することができる。さらに、衝撃を互い違いに交互に、場合によっては、異なる強度で導入するようにすることもできる。
【００４８】
本発明の一改良形態では、特に、同一の渡り部に割り当てられた少なくとも２つの衝撃ヘッド、好ましくはすべての衝撃ヘッドが、連接棒軸受ジャーナル及び／又は主軸受ジャーナルの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部の衝撃硬化中に各衝撃ヘッドが独自の衝撃痕の軌跡を生じるように配置されてもよい。
【００４９】
最後に、本発明の一改良形態では、軌跡が重なり合うようにしてもよい。
【００５０】
特に、渡り部の周囲並びに／若しくは連接棒軸受ジャーナル及び／又は主軸受ジャーナルの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部に沿って衝撃痕の軌跡が重なり合うことにより、硬化の効果に特に良好な影響を及ぼし得る。
【００５１】
本発明の一改良形態では、さらに、同一の渡り部に割り当てられた少なくとも２つの衝撃ヘッド、好ましくはすべての衝撃ヘッドが、連接棒軸受ジャーナル及び／又は主軸受ジャーナルの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部の衝撃硬化中に、各衝撃ヘッドが相互に内側に衝撃痕の軌跡を生じるように配置されてもよい。
【００５２】
例えば、渡り部の周囲に沿って大きな幅を有する第１の衝撃痕の軌跡を提供してもよい。第１の衝撃痕の軌跡内において、比較的小さな幅を有する第２の衝撃痕の軌跡が延びる。このようにして、導入される内部圧縮応力の深さを改善できる場合がある。
【００５３】
あるいは、異なる衝撃ヘッドにより形成された軌跡が同一の幅を有していてもよく、これにより、互い違いの衝撃硬化を実現することができる。これにより、単一の衝撃ヘッドのみを使用した単一の衝撃により衝撃硬化を行った場合とは異なる効果を得ることができる。
【００５４】
本発明の一改良形態では、さらに、衝撃硬化用の衝撃ヘッドが球面を有してもよい。
【００５５】
衝撃ヘッドは、好ましくは、特に、硬化目的でクランクシャフトに衝突するその前部領域又は前端が実質的に球形であってもよい。ただし、衝撃ヘッドは、基本的に、任意の所望の形状を有していてもよく、例えば、楕円形、半球形、又は平らな形状を有してもよい。
【００５６】
本発明の一改良形態では、衝撃ヘッドが異なるサイズを有してもよい。
【００５７】
例えば、衝撃ヘッドが、渡り部の７５％〜９９％、好ましくは渡り部の８５％〜９８％、特に好ましくは渡り部の８５％〜９５％のサイズの半径を有してもよい。
【００５８】
ただし、衝撃ヘッドの半径は、渡り部の７５％未満又は渡り部の９５％を超えていてもよい。衝撃ヘッドの半径は、渡り部に対応していてもよい。
【００５９】
衝撃ヘッドのサイズは、場合によっては、渡り部毎に使用する衝撃ヘッドの数に依存してもよい。基本的に、渡り部毎に使用する衝撃ヘッドの数が多いほど、衝撃ヘッドが小さくなることが好ましい。例えば、１つの渡り部に対して２つの衝撃ヘッドを設ける場合、衝撃ヘッドは、例えば、渡り部の30%〜49%、好ましくは渡り部の40%〜48%、特に大変好ましくは渡り部の40%〜45%のサイズの半径を有していてもよい。
例えば、１つの渡り部に対して３つの衝撃ヘッドを設ける場合、衝撃ヘッドは、例えば、渡り部の10%〜33%、好ましくは渡り部の20%〜30%、特に大変好ましくは渡り部の20%〜25%のサイズの半径を有していてもよい。
【００６０】
本発明によれば、同一の渡り部に割り当てられた衝撃ヘッドが、それぞれ、同一のサイズを有してもよい。
【００６１】
衝撃ヘッドを前後に及び／又は相互に隣接して配置する場合、異なるサイズを有する衝撃ヘッドを設けることもできる。前後に配置する場合、例えば、移動方向の前方に位置する衝撃ヘッドを後方に位置する衝撃ヘッドよりも大きくなるように設計するようにしてもよい。相互に隣接して配置する場合、例えば、中央の衝撃ヘッドが外側の２つの衝撃ヘッドよりも大きくなるように設計することができ、その逆もまた同様である。ここで、衝撃痕及び／又は導入する衝撃力を変えるために、任意の変形例を実現してもよい。
【００６２】
本発明の特定の一実施形態では、偏向部の偏向点と衝撃ツールの１つの衝撃ヘッド又は複数の衝撃ヘッドの前端との間の間隔を調整するような装置を構成してもよい。
【００６３】
偏向点は、偏向部の中心点及び／又は１つ又は複数の衝撃ツールの回転/取付軸であってもよい。
【００６４】
衝撃ヘッドの前端は、衝撃ヘッドの一部（又は表面）を意味し、衝撃硬化を目的として、衝撃ヘッドが前端でクランクシャフトに衝突する。
【００６５】
偏向点と衝撃ヘッドの前端との間の間隔によって、偏向点と衝撃ヘッドの中心点との間の間隔又は偏向点と衝撃ヘッドの後端との間の間隔を調整することもできる。
【００６６】
偏向部の偏向点と衝撃ツールの衝撃ヘッドとの間の間隔が調整可能であることにより、衝撃力が渡り部に導入される角度を変更又は調整することができる。クランクシャフトの動作中に最大負荷点又は最大荷重部に正確に適合された角度で衝撃力が導入されるように当該角度を選択するのが好ましい。
【００６７】
衝撃角度、すなわち、偏向点から渡り部まで衝撃ツールが進む向きを調整することにより、衝撃力のプロファイルを変えることができる。前後に配置された衝撃ツールが複数の衝撃ヘッドを有する場合、適切な衝撃角度を選択することにより、様々な衝撃体の衝撃力を適切な位置及び適切な角度で導入することができる。衝撃位置及び衝撃角度は、渡り部の最大荷重部のプロファイルに対応するのが好ましい。
【００６８】
衝撃ツールが相互に隣接して配置された複数の衝撃ヘッドを有する場合、例えば、中央の衝撃ヘッドをその衝撃位置及び衝撃角度に関して最大荷重部に合わせるようにしてもよく、あるいは、最大荷重部を２つの中央衝撃ヘッドの間に位置させるようにしてもよい。
【００６９】
衝撃角度の変化、すなわち、衝撃ヘッドが配置された衝撃ツールのプロファイルにより、対応するクランクシャフトの要求に正確に調整することができ、特に、目的に応じて渡り部の最大荷重部を機械加工することができる。
【００７０】
複数の衝撃ツールが同一の渡り部に割り当てられる場合、特定の利点が得られる可能性がある。したがって、衝撃ツールの衝撃角度を変えることにより、個々の衝撃ツールの衝撃ヘッドが渡り部に当たる位置だけでなく、その衝撃角度も変えることができる。したがって、例えば、個々の衝撃ツールの衝撃ヘッドの衝撃位置を同一とし、その角度を異ならせることもできる。
【００７１】
したがって、偏向部の偏向点と少なくとも１つの衝撃ツールの１つ又は複数の衝撃ヘッドの前端との間の間隔を変更する特定の実施形態により、好ましい点及び好ましい角度で衝撃力を導入することができる。
【００７２】
対照的に、既知の従来技術に係る方法及び装置では、所定の固定角度で衝撃力を渡り部に導入することができるに過ぎない。通常、この目的のために与えられる衝撃角度は約４５°である。
【００７３】
例えば、クランクシャフトの用途によっては、４５°の固定衝撃角度ではなく、異なる角度を選択することが有利な場合がある。
【００７４】
クランクシャフトの最大負荷がかかる場所は、一般に、エンジンの動作及び／又は数学モデルによって決定される。新たに検討した手法では、この目的のため、単軸負荷からの最大負荷及び二軸重畳負荷からの最大負荷を考慮する。
【００７５】
衝撃角度を調整することにより、非常に正確な加工と衝撃硬化が保証される。目的に応じて最大荷重の渡り部に衝撃力を導入することができ、当該衝撃力は最適な角度で導入されるため、達成可能な疲労強度効果は変わらないまま、衝撃力を減らすことができる可能性がある。したがって、この装置は特に効率的である。
【００７６】
２つ以上の衝撃ツールを共通の渡り部に割り当てるようにしてもよく、この場合、各衝撃ツールは少なくとも１つ(好ましくは厳密に１つ)の衝撃ヘッドを有し、衝撃ツールの衝撃角度は同一ではない。
【００７７】
本発明の一実施形態では、少なくとも１つの衝撃ツールの長さを好ましくは伸縮自在に調整可能にするようにしてもよい。
【００７８】
この目的のため、衝撃ツールは伸縮レールのように設計されてもよく、あるいは、伸縮手段を有していてもよい。少なくとも１つの衝撃ツールを伸縮チューブとして設計してもよい。本発明は、特定の種類の伸縮手段又は特定の種類の伸縮特性に限定されるものと理解されるべきではないことは自明である。
【００７９】
少なくとも１つの衝撃ツールの長さは、例えば、糸によって調整されてもよい。
【００８０】
少なくとも１つの衝撃ツールの長さは、手動で及び／又はアクチュエータ手段によって調整可能であるようにしてもよい。例えば、この目的のため、電気モータ、特にリニアドライブを設けてもよい。ただし、電気モータは、基本的には、任意の電気モータ、例えば、三相モータ、交流モータ、直流モータ、又はユニバーサルモータであってもよい。好ましくは、ステッピングモータを用いてもよい。
【００８１】
本発明の一実施形態では、少なくとも１つの衝撃ツール及び／又は少なくとも１つの衝撃ヘッド及び／又は偏向部及び／又は衝撃装置を交換し、偏向部の偏向点と少なくとも１つの衝撃ツールの衝撃ヘッドの前端との間の間隔を異なる値に調整するため、マガジン付きの切替装置を設けてもよい。
【００８２】
衝撃力が大きいため、衝撃装置の部品に高い機械的負荷が作用することが知られている。特に、少なくとも１つの衝撃ツールの長さを調整するためにフィリグリー部品を使用する場合、これにより、衝撃装置又はその部品の耐用年数が制限され得る。少なくとも１つの衝撃ツール及び／又は衝撃ヘッド及び／又は偏向部及び／又は衝撃装置にマガジン又は切替装置を設けた場合、少なくとも１つの衝撃ツールの伸縮運動を省略できる可能性があるため、衝撃装置又は装置全体を特に堅牢な設計のものとすることができる。
【００８３】
したがって、マガジン付きの切替装置によって、偏向部の偏向点と少なくとも１つの衝撃ツールの衝撃ヘッドとの間の間隔を長さ調整目的で交換される衝撃装置の部品を用いて有利に調整することができる。
【００８４】
異なる寸法の距離リング又はスペーサを使用することにより、偏向部の偏向点と少なくとも１つの衝撃ツールの衝撃ヘッドの前端との間の間隔を調整可能であるようにしてもよい。
【００８５】
本発明の一実施形態では、２つ以上の衝撃装置を設けてもよく、偏向装置の偏向点と第１の衝撃装置の１つ又は複数の衝撃ヘッドの前端との間の間隔は、偏向装置の偏向点と第２の衝撃装置の１つ又は複数の衝撃ヘッドの前端との間の間隔と同一ではない。
【００８６】
したがって、クランクシャフトの渡り部にそれぞれの衝撃力を導入することができる１つ以上の衝撃ツールを有する複数の衝撃装置をそれぞれ使用することにより、相互に独立して使用できる複数の衝撃ツールを提供することができ、衝撃ツールのコントローラ間で対応する同期が提供される。したがって、複数の衝撃装置を同時に使用できるため、クランクシャフトの衝撃硬化を特に迅速に行うこともできる。
【００８７】
複数の衝撃装置を使用する場合、偏向点と衝撃ヘッドとの間のそれぞれの間隔がすべての衝撃ツールにおいて同一であるようにしてもよく、少なくとも２つの衝撃ツールにおいて相互に異なるようにしてもよい。偏向部の偏向点と同じジャーナルに隣接する渡り部の硬化のための２つの衝撃ツールの衝撃ヘッドとの間のそれぞれの間隔が同一であることが好ましい。
【００８８】
本発明の一実施形態では、少なくとも１つの衝撃ツールの縦軸とクランクシャフトの縦軸に垂直な線との間の衝撃角度が５°〜８０°、好ましくは１０°〜７０°、より好ましくは２０°〜６０°、特に好ましくは３０°〜５５°、特に３５°〜５０°となるようにしてもよい。
【００８９】
本発明はまた、クランクシャフトの渡り部、特に、クランクシャフトの連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の渡り部及び／又は主軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の渡り部を衝撃硬化する方法に関する。
【００９０】
本発明はまた、フランジ及びジャーナルの渡り部、並びに、接線部分及びアンダーカット部分の両方の、断面における他の幾何学的変化における、渡り部に関する。
【００９１】
本発明に係る方法は、同一の渡り部に割り当てられた複数の衝撃ヘッドを有する衝撃装置によって行われる渡り部を衝撃硬化する方法を提供する。
【００９２】
本発明に係る装置に関連して既に説明した特徴は、本発明に係る方法についても有利に実現可能であり、その逆もまた同様であることは自明である。さらに、本発明に係る装置に関連して既に説明した利点は、本発明に係る方法に関連するものとして理解することができ、その逆もまた同様である。
【００９３】
本発明の一実施形態に係る方法では、渡り部の最大荷重のプロファイルに従って衝撃角度を選択するようにしてもよく、最大荷重のプロファイルは、それぞれの種類のクランクシャフトのシミュレーション及び／又は計算及び／又は一連のテストに基づいて決定される。
【００９４】
クランクシャフトの最高負荷領域も予め特定しておくことが好ましい。そして、目的に応じて対応する最大負荷領域に衝撃力を導入することができる。
【００９５】
好ましくは、偏向部の偏向点と少なくとも１つの衝撃ツールの１つ又は複数の衝撃ヘッドの前端との間の間隔を調整することにより、特に高精度にクランクシャフトを衝撃硬化することができる。
【００９６】
間隔を調整することにより、衝撃点だけでなく衝撃方向も定義することができる。このようにして、疲労強度、特に曲げ疲労強度及びねじり疲労強度がさらに最適化されたクランクシャフトを製造することができる。あるいは、現在利用可能な精度により、より小さな衝撃力を使用するだけで既存の疲労強度を得ることができる。
【００９７】
本発明の一実施形態では、連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間のすべての渡り部及び／又は主軸受ジャーナルとクランクウェブとの間のすべての渡り部を同じ衝撃角度で衝撃硬化するようにしてもよい。
接線部分及びアンダーカット部分の両方について、フランジ、ジャーナル、及び／又は断面における他の幾何学的移行部へのすべての渡りを同じ衝撃角度で衝撃硬化することもできる。
【００９８】
したがって、クランクシャフトのすべての渡り部が同じ衝撃角度で衝撃硬化されるようにしてもよく、この目的で選択された衝撃角度は、クランクシャフトの最大負荷点に関して最適化される。ただし、連接棒軸受ジャーナルのすべての渡り部が第１の衝撃角度で衝撃硬化され、主軸受ジャーナルのすべての渡り部が第２の衝撃角度で衝撃硬化されるようにしてもよく、第１及び第２の衝撃角度は、それぞれ、最大負荷の場所及び／又は最大荷重のプロファイルに対応して最適化される。
【００９９】
本発明の代替実施形態では、連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の少なくとも２つの渡り部が、異なる衝撃角度で衝撃硬化されるようにしてもよく、かつ／あるいは、主軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の少なくとも２つの渡り部が異なる衝撃角度で衝撃硬化されるようにしてもよく、かつ／あるいは、連接棒軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の少なくとも１つの渡り部が、主軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の渡り部とは異なる衝撃角度で衝撃硬化されるようにしてもよい。
【０１００】
したがって、衝撃角度を渡り部毎に又は一群の渡り部毎に個別に定義又は最適化することができる。
【０１０１】
例えば、１つのジャーナル位置で異なる衝撃角度を同時に用いることができる。
【０１０２】
本発明の一実施形態では、最終的に、連接棒軸受ジャーナル及び／又は主軸受ジャーナルの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部の衝撃硬化中に衝撃角度を変更するようにしてもよい。
【０１０３】
これが、接線部分及びアンダーカット部分の両方について、フランジ、ジャーナル、及び／又は断面における他の幾何学的移行部への渡りに対しても当てはまることは自明である。
【０１０４】
このようにして、疲労強度、すなわち、曲げ疲労強度及び／又はねじり疲労強度をさらに増加できることが分かった。
【０１０５】
例えば、連接棒軸受ジャーナルのいわゆる下死点、又は下死点の周囲の定義された領域に、渡り部の残りの領域とは異なる衝撃角度を与えてもよい。
【０１０６】
衝撃力を生成するために衝撃ピストンが印加できる衝撃圧力は、動作モードに応じて、１０〜３００バール、好ましくは３０〜１８０バール、特に好ましくは５０〜１３０バールである。
【０１０７】
クランクシャフトセグメントの領域又は機械加工される渡り部の温度は、６５°Ｃ以下であることが好ましく、１２°Ｃ〜２５°Ｃの値が好ましい。
【０１０８】
経験上、伝播することができないマイクロクラックは、エンジン又は試験台での動的荷重の後、クランクシャフトの表面に形成されることが分かっている。これらマイクロクラックは、疲労強度特性には影響しないが、外観を損なわせる可能性がある。
【０１０９】
好ましくは１５ｍｍ又はそれ以上の深さまで内部圧縮応力を導入することができるので、これは、クランクシャフトの曲げ疲労強度及びねじり疲労強度、すなわち、疲労強度に悪影響を与えることなく、クランクシャフトの表面領域を数ミリメートル、例えば、０．１〜３ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ除去できることを意味する。
【０１１０】
試験により、このような測定により疲労強度がわずかに、例えば最大５％増加することが示されている。
【０１１１】
表面の除去は、様々な方法、例えば、研削、旋削、フライス加工、ロータリフライス加工、剥離、又は研磨により実行してもよい。
【０１１２】
特に、渡り部の衝撃硬化中にアクチュエータ手段により衝撃角度を変えるようにされている場合、対応するアクチュエータ装置を作動させるために、開ループ及び／又は閉ループ制御装置、好ましくはマイクロプロセッサを備える開ループ及び／又は閉ループ制御装置を配置してもよい。
【０１１３】
マイクロプロセッサの代わりに、開ループ及び／又は閉ループ制御装置を実装するための他の任意の装置、例えば、回路基板、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は、他のプログラマブル回路上のディスクリート電子部品、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレンジメント（ＰＬＡ）、及び／又は市販のコンピュータのうちの１つ以上の装置を準備するようにしてもよい。
【０１１４】
本発明に係る装置のいくつかの構成要素は、基本的に、その構造に関して、EP 1 716 260 B1による装置に対応し、そのため、EP 1 716 260 B1に開示された内容は、その全体が、参照により本開示に援用される。
【０１１５】
本発明はまた、上記方法に従って製造されたクランクシャフトに関する。
【０１１６】
本発明に係るクランクシャフトは、特に、その硬化のために、少なくとも２つの衝撃ヘッドを同一の渡り部に割り当て、さらに、場合によっては、異なる衝撃角度を用いることで、渡り部の特徴的な硬化を生じるという点で従来のクランクシャフトとは異なる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図１は、本発明に係る第１の実施形態における方法を実施するための装置全体を概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る第２の実施形態における方法を実施するための装置の一部を概略的に示す斜視図である
【図３】図３は、図１の詳細「Ａ」による拡大図における２つの衝撃ツールを有する衝撃装置を概略的に示す図である。
【図４】図４は、衝撃ツールを１つのみ有する衝撃装置を概略的に示す図である。
【図５ａ】図５ａは、渡り部と３つの衝撃ヘッドを有する衝撃ツールとの拡大図を概略的に示す図である。
【図５ｂ】図５ｂは、渡り部と、それぞれ１つの衝撃ヘッドを有する３つの平坦化された衝撃ヘッドを有する衝撃ツールとの拡大図を概略的に示す図である。
【図６】図６は、衝撃ヘッドのオフセットの例を概略的に示す図である。
【図７】図７は、３つの衝撃ヘッドにより衝撃硬化された渡り部を概略的に示す図であり、３つの衝撃痕の軌跡が重なり合っている。
【図８】図８は、２つの衝撃ヘッドの衝撃痕の軌跡が相互に内側に位置されて衝撃硬化された渡り部を概略的に示す図である。
【図９】図９は、２つの伸縮衝撃ツールを有する衝撃装置を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、渡り部と、衝撃ヘッドを有する衝撃ツールとを概略的に示す拡大図であり、衝撃ツールは第１の衝撃角度で位置合わせされている。
【図１１】図１１は、渡り部と、衝撃ヘッドを有する衝撃ツールとを概略的に示す拡大図であり、衝撃ツールは第２の衝撃角度で位置合わせされている。
【図１２】図１２は、衝撃硬化に第１の衝撃角度を用いた場合の衝撃硬化した渡り部を概略的に示す図である。
【図１３】図１３は、衝撃硬化に第２の衝撃角度を用いた場合の衝撃硬化した渡り部を概略的に示す図である。
【図１４】図１４は、ジャーナルの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部に沿って衝撃硬化中に衝撃角度を変更した場合の衝撃硬化した渡り部を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１８】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【０１１９】
各図は、好ましい例示的な実施形態を示しており、本発明の個々の特徴が相互に組み合わせて示されている。例示的な実施形態の特徴はまた、同一の例示的な実施形態の他の特徴と別個に実現可能であり、したがって、別の有意義な組み合わせ及び部分的組み合わせを作るために、当業者によって他の例示的な実施形態の特徴と容易に組み合わせることができる。
【０１２０】
各図において、機能的に同一の要素は、同一の参照符号で示されている。
【０１２１】
図１の全体図に示す装置は、基本的に、その構造に関して、１つ以上の衝撃装置１を有するDE 34 38 742 C2及びEP 1 716 260 B1のような装置に対応する。そのため、以下、重要な部分及び従来技術との相違点のみを詳細に説明する。
【０１２２】
上記装置は、機械ベッド２及び駆動装置３を有する。駆動装置３は、回転方向に沿ってクランクシャフト４を衝撃位置に移動又は回転させるために使用される。
【０１２３】
クランクシャフト４は、連接棒軸受ジャーナル５及び主軸受ジャーナル６を複数有し、それら各々の間にクランクウェブ７が複数配置される。渡り部８（図３〜８及び１０〜１４参照）は、連接棒軸受ジャーナル５とクランクウェブ７との間、及び主軸受ジャーナル６とクランクウェブ７との間、すなわち、一般的に、クランクシャフト４の断面における渡り部分に形成される。
【０１２４】
クランクシャフト４の駆動装置３に面する側には、クランプディスク又は締結フランジ１０を有する締結装置９が設けられる。クランクシャフト４の駆動装置３から離れた側には、支持体１１、好ましくはテールストックのような支持体１１が設けられ、当該支持体１１は、クランクシャフト４を回転可能に収容又は回転可能に固定するための別の締結装置９を有する。任意選択的に又は支持体１１に加えて、回転対象位置に配置されたバックレストを設けてもよい。
【０１２５】
駆動装置３は、クランクシャフト４を回転軸Ｃに沿って回転運動させることができる。ここで、クランクシャフト４の主回転軸ＣＫＷが、図１及び図２に示すように、駆動装置３の回転軸Ｃから偏心して配置されるようにしてもよい。この目的のため、締結装置９の領域に位置合わせ手段１７（図２参照）を設けられることが好ましい。ここで、位置合わせ手段１７が、硬化されるジャーナル５又は６の中心軸を変位させ、ジャーナル５又は６の中心軸が回転軸Ｃ上にあるようにしてもよい。
【０１２６】
駆動装置３に対して、ダイレクトドライブ、好ましくはクラッチなしのダイレクトドライブを設けてもよい。したがって、駆動装置３のモータ、好ましくは電気モータを伝達比なしで、すなわちトランスミッションなしで締結装置９又はクランクシャフト４に結合することができる。駆動力を伝達するために、入力シャフト１３又は駆動シャフトを設けてもよい。
【０１２７】
以下に例として詳細に説明する衝撃装置１は、連接棒軸受ジャーナル５及び主軸受ジャーナル６の位置とクランクシャフト４の長さとに適合させるための、変位及び調整装置１５の各々において調整可能に保持される。
【０１２８】
図１の二重矢印で示すように、支持体１１を変位可能に設計してもよい。
【０１２９】
図１には２つの衝撃装置１が示されているが、基本的には、任意の数、例えば、１つのみの衝撃装置１を設けてもよい。
【０１３０】
駆動装置３の動作、好ましくは電気モータを備える駆動装置３の動作について、クランクシャフト４をそれぞれの衝撃位置に回転させるために閉ループ位置制御を使用してもよく、クランクシャフト４は、好ましくは、段階的に又は経時的に回転される。
【０１３１】
所望の方法で１つの渡り部８に衝撃を与えて硬化させた（以下、衝撃硬化とする）後、１つ又は複数の衝撃装置1を、硬化対象の次の渡り部８に移動させることができる。
【０１３２】
図２は、本発明に係る方法を実施するための別の装置の詳細を斜視図で示しているが、衝撃装置が含まれていない。ここで、図２に示す装置は、図１に示す装置と実質的に同一であるため、以下、重要な相違点のみ詳細に言及する。
【０１３３】
駆動装置３が再び設けられる。さらに、締結フランジ１０と、それに締結された、クランクシャフト４を固定するためのクランプジョーを有する面板とを有する締結装置９が設けられる。締結装置９のクランプジョーを有する面板は、締結フランジ１０上の位置合わせ手段１７上で調整可能に配置され、これにより、クランクシャフト４の縦軸ＣＫＷを駆動シャフト又は入力シャフト１３の回転軸Ｃに対して変位させることができる。
【０１３４】
図２に示すクランクシャフト４は、図１に示す実施形態から逸脱する構成を有するが、基本的には、同様に、連接棒軸受ジャーナル５、主軸受ジャーナル６、及びクランクウェブ７を備える。
【０１３５】
図２（図１と同様）において、省略してもよいが、駆動装置３から離れたクランクシャフト４の端部に別の締結装置９を設けてもよい。
【０１３６】
図１に示す衝撃装置１は、図３に示す例により詳細に示されている。本発明は、基本的には、任意の衝撃装置１で実施することができる。しかしながら、以下に説明する衝撃装置１が特に適している。この衝撃装置１は、本体１８を有する。本体１８は、機械加工されるクランクシャフトセグメントの部分に対応して角柱状のアバットメントを有していてもよく、支持面内に２つの衝撃ツール１６をガイドし、偏向部２０の周りの支持角又は衝撃角度α（図９〜１１参照）に関して、対応する自由度をそれら衝撃ツール１６に付与するガイド１９を有することが好ましく、クランクシャフト４の寸法条件への適合に有利である。いずれの場合も、衝撃ヘッドとして１つのボールを２つの衝撃ツール１６の前端に配置する。中間部２２は、衝撃ピストン２３と偏向部２０とを接続し、衝撃エネルギーを衝撃ツール１６に伝達する。中間部２２は省略してもよい。
【０１３７】
これにより、本発明によれば、衝撃装置１は、同一の渡り部８に割り当てられる複数の衝撃ヘッド２１を有する。
【０１３８】
この目的のために、衝撃装置１が複数の衝撃ヘッド２１を有する少なくとも１つの衝撃ツール１６を有してもよい。図３の断面図では、それぞれの場合において、図示のためにそれぞれの渡り部８について１つのみの衝撃ヘッド２１が示されている。それにもかかわらず、図３の変形例では、例えば、一方又は両方の渡り部８に対して、前後にオフセットされている複数の衝撃ヘッド２１を配置することができる。
したがって、特に、図３に示す２つの衝撃ツール１６を有する衝撃装置１の場合、２つの衝撃ツール１６のうちの一方のみが同一の渡り部８に割り当てられた複数の衝撃ヘッド２１を有することもできる。
【０１３９】
本発明において、衝撃装置１が複数の衝撃ツール１６を有するようにしてもよく、少なくとも２つの衝撃ツール１６は、それぞれ、同一の渡り部８に割り当てられた１つ以上の衝撃ヘッド２１を有する。ここで、１つの渡り部８に割り当てられた衝撃ツール１６は、それぞれ、１つ以上の衝撃ヘッド２１を有していてもよい。
【０１４０】
図３に示す衝撃装置１は、例えば、同一の渡り部８に割り当てられた複数の衝撃ヘッド２１を有する第２の衝撃装置１（例えば、図１参照）を設ける場合、衝撃ツール１６に対して１つのみの衝撃ヘッド２１が設けられる衝撃装置であってもよい。
【０１４１】
複数の衝撃装置１を設けることもでき、この場合、複数の衝撃装置１の少なくとも２つの衝撃ヘッド２１が、同一の渡り部８に割り当てられる。
【０１４２】
衝撃の有効性を高めるために、本体１８から離れたジャーナル５又は６側にクランプナット２７を有する調整可能なクランプボルト２６により、スプリング２５を介して、クランププリズム２４を締結してもよい。ここで、他の構造的な解決法も可能である。
【０１４３】
機械加工されるクランクシャフト４の長さにわたって複数の衝撃装置１を配置することにより、必要に応じて、クランクシャフト４のすべての中央領域と、場合によっては、偏心した領域とを同時に機械加工することができる。上述のように、この場合、すべての衝撃装置１が本発明に従って割り当てられた複数の衝撃ヘッド２１を有する必要はない。
【０１４４】
衝撃ピストン２３は、偏向部２０を介して衝撃ツール１６に衝撃を伝達し、これにより、衝撃ツール１６の衝撃ヘッド２１は、渡り部８に衝撃力ＦＳを導入する。
【０１４５】
本明細書における「ＦＳ」という表現及びこれに類似する表現は、単に当業者にとって適切と考えられる任意の衝撃力についてのプレースホルダ／変数として理解されるべきである。ここで、「衝撃力ＦＳ」と記載されている場合、それぞれの場合について、異なる衝撃力そうでなければ同一の衝撃力を指してもよい。
【０１４６】
図４は、１つのみの衝撃ツール１６を備える衝撃装置１を示す。例示的な実施形態では、衝撃装置１は、特に、衝撃装置１の縦軸に対して同軸に配置された縦軸Lsの衝撃ツール１６が、機械加工されるクランクシャフトセグメントの領域、本例では、機械加工される渡り部８の領域に対して垂直に衝撃を与えるように、クランクシャフト４に対して傾斜していることが好ましい。この場合、それぞれ、１つのクランクシャフトセグメントのみを機械加工することが可能であるが、衝撃装置１による構造設計と力の伝達が良好かつ簡単である。この衝撃ツール１６により、定常位でボア端部をさらに硬化させることができる。
【０１４７】
本実施形態は、クランクシャフト４の端部領域及びオイルボア端部等の非対称のクランクシャフトセグメントでの使用に特に有利であることが証明されている。
【０１４８】
既に図３に示したのと同様に、図４に示す衝撃装置１には、衝撃ヘッド２１が１つのみ示されている。しかしながら、図４に示す衝撃装置１は、任意の数の衝撃ヘッド、例えば、２つの衝撃ヘッド、３つの衝撃ヘッド、又は４つの衝撃ヘッドを有していてもよい。さらに、図４に示す様式の衝撃装置１及び／又は衝撃ヘッド１６が、複数設けられてもよく、この場合、この衝撃装置１及び／又は衝撃ヘッド１６はそれぞれ、１つ以上の衝撃ヘッド２１を有し、かつ、同一の渡り部８に割り当てられる。
【０１４９】
図５ａは、３つの衝撃ヘッド２１を有する衝撃ツール１６を非常に概略的に示し、当該衝撃ヘッド２１は同一の渡り部８に割り当てられる。これに関して、幾何学的関係についてのより概略的な別の拡大図を（非常に誇張して）図６に示す。
【０１５０】
ここで、図５ａ及び６は、例示的なクランクシャフトセグメントの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部８の衝撃硬化中に、前後及び相互に隣接して配置された３つの衝撃ヘッド２１の配置を示す。このようにして、広範囲にわたって、すなわち、大きな「幅」ｂにわたって、同時に高い深さ効果（図５ａにおいてハッチング領域ＭＡＸで示す）で、渡り部８の周囲に沿って内部圧縮応力を導入することができる。
【０１５１】
ここで、図示のクランクシャフトセグメントの周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部８の衝撃硬化中に、衝撃ヘッド２１がそれぞれ独自の衝撃痕２８(図７参照)の軌跡を生じるように衝撃ヘッド２１が配置される。
【０１５２】
衝撃ヘッド２１は、衝撃痕２８の軌跡が重なり合うように前後にオフセットして、かつ／あるいは、相互に隣接して配置されてもよい。
【０１５３】
上述のように、衝撃硬化用の衝撃ヘッド２１は、球面を有していてもよく、あるいは、実質的に球形であってもよい。
【０１５４】
衝撃ヘッド２１の衝撃痕２８の軌跡が重なり合うようにする場合、図６に誇張して示されている配置が有利である。ここで、衝撃ヘッド２１は、渡り部８の円周方向における衝撃ヘッド２１の幾何学的形状の重なりが、断面で見てクランクシャフト４の内側に位置するように、相互にオフセットして配置されている。
球面を有する衝撃ヘッド２１を含む図６に示す例では、それぞれの円周の交点Ｓは渡り部８の内部、すなわち、クランクシャフト４の内側に配置されている。ここで、衝撃硬化中の衝撃ヘッド２１の（誇張して示された）侵入深さＴを考慮する必要がある。
【０１５５】
上述のように、同一の渡り部８に割り当てられた１つ以上の衝撃ヘッド２１をそれぞれ有する複数の衝撃ツール１６を設けるようにしてもよい。これをさらに説明するために、本発明の例示的な変形例を図５ｂに示す。図５ｂに示す変形例では、それぞれ１つの衝撃ヘッド２１を有する３つの衝撃ツール１６が設けられている。したがって、図５ａに示す実施形態と同様に、同一の渡り部８に割り当てられた３つの衝撃ヘッド２１が再び設けられている。
【０１５６】
衝撃ツール１６は、それぞれの縦軸ＬＳに沿って、渡り部８に衝撃力ＦＳを導入する。ここで、衝撃ツール１６を偏向部２０（図を簡単にするために、偏向部の偏向点ＵＰのみを図５ｂに示す）上に配置する。衝撃力ＦＳの導入中に衝撃ツール１６が相互に支持し合い、当該衝撃ツール１６が渡り部８の周囲に沿った関連するそれぞれの衝撃位置から滑り落ちないように、衝撃ツール１６を設計し、相互に方向付けてもよい。
あるいは、及び／又はさらに、偏向点ＵＰの位置が図示の位置から外れ、例えば、渡り部８の近くに配置されてもよく、その結果、外側の衝撃ツール１６の衝撃角度αが変化し、同様に滑りを防止することができる。
【０１５７】
図５ｂに示す例は、いずれの場合も、特に比率及び角度方向に関して単に概略的なものとして理解されるべきである。
【０１５８】
衝撃ツール１６は上下に及び／又は重なり合うように配置され、これを目的として、比較的制限された幾何学的要件を可能にするために、特に平坦な形状であってもよい。図５ｂに示す変形例では、渡り部８の周囲に沿って中央に配置された衝撃ツール１６が２つの他の衝撃ツール１６の背後にオフセットされており、これにより、衝撃ツール１６、したがって、衝撃ヘッド２１のさらに制限された配置を実現することができる。ただし、衝撃ツール１６相互の任意のオフセットを提供することができる。
【０１５９】
図７は、主軸受ジャーナル６とクランクウェブ７との間の例示的な渡り部８を示しており、それぞれの衝撃ヘッド２１によって形成された衝撃痕２８が主軸受ジャーナル６の周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部８に沿って重なり合っている。ここで、その後の衝撃の間、それぞれの衝撃ヘッド２１が先行する衝撃の衝撃痕２８に少なくとも部分的に侵入する。これにより、図７及びそれ以降の図に示す衝撃痕２８の「軌跡」が生じる。図５ａ又は５ｂに示すように、特徴的な硬化パターン又は衝撃痕２８の軌跡の重なりは、例えば、前後及び相互に隣接してオフセットされた衝撃ヘッド２１の配置により実現してもよい。したがって、渡り部８の周囲に沿って内部圧縮応力を大きな幅ｂにわたってクランクシャフト４に導入する。
【０１６０】
図８は、一方が他方の内側に位置する２つの衝撃痕２８の軌跡を生じる別の例示的な渡り部８を示す。このようなパターンは、例えば、主軸受ジャーナル６の周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部８の衝撃硬化中に、衝撃ヘッド２１がそれぞれ衝撃痕２８を生じさせるように、２つの衝撃ヘッド２１を前後に配置することにより得ることができる。ここで、内側の衝撃痕２８の軌跡を形成する衝撃ヘッド２１は、外側の衝撃痕２８の軌跡を形成する衝撃ヘッド２１よりも小さい。
【０１６１】
したがって、衝撃ヘッド２１が異なるサイズを有するようにしてもよい。衝撃ヘッド２１は、同一のサイズのものあってもよい。第２の衝撃ヘッド２１、すなわち、第１の衝撃ヘッド２１によって既に形成されている衝撃痕２８に衝撃を与える衝撃ヘッド２１をより大きくするようにしてもよい。
【０１６２】
図８に示す方法で衝撃硬化を行うことにより、例えば、これまで達成されていなかった深さまで内部圧縮応力をクランクシャフト４に導入することができる。
【０１６３】
本発明の特定の一変形例では、偏向部２０の偏向点UPと衝撃ツール１６の１つ又は複数のそれぞれの衝撃ヘッド２１の前端との間の間隔ｄ(例えば図９)が調整可能であるようにしてもよい。
【０１６４】
間隔ｄの調整のための１つの可能な技術的な解決法を図３に破線で概略的に示す。少なくとも１つの衝撃ツール１６及び／又は少なくとも１つの衝撃ヘッド２１及び／又は偏向部２０及び／又は少なくとも１つの衝撃装置１を交換し、偏向部２０の偏向点ＵＰと少なくとも１つの衝撃ツール１６の１つ又は複数の衝撃ヘッド２１の前端との間の間隔ｄを異なる値に調整するため、マガジン付きの切替装置３０を設ける。特に、衝撃ツール１６を交換するための切替装置３０を図３に示す。この目的のため、切替装置３０は、それぞれ異なる長さの衝撃ツール１６を選択する。衝撃ツール１６を交換することにより、間隔ｄ、したがって、衝撃角度αを調整することができる。
【０１６５】
衝撃ツール１６の長さを、好ましくは伸縮自在に調整可能とするようにしてもよい。対応する構造を図９に示す。ここで、図９は、衝撃装置１の詳細を示し、この衝撃装置１は図３の実施形態と実質的に同一の設計のものであってもよい。
【０１６６】
図９では、２つの伸縮衝撃ツール１６が概略的に示されている。衝撃ツール１６の長さが調整可能であることにより、偏向部２０の偏向点ＵＰと衝撃ヘッド２１の前端２１との間の間隔ｄが調整可能である。したがって、このように、衝撃角度α及び、場合によっては、衝撃位置も間接的に影響を受ける可能性がある。
【０１６７】
図１に示すように、複数の衝撃装置１を使用するようにしてもよい。その場合、偏向点ＵＰと衝撃ヘッド２１との間のそれぞれの間隔ｄは、少なくとも、２つの衝撃装置１の場合、同一でないことが好ましい。これにより、それぞれの場合において、渡り部８又は一群の渡り部８の衝撃硬化に衝撃装置１を使用することができ、衝撃装置１の衝撃ツール１６は、優先的に与えられる衝撃角度αに既に調整されている。したがって、衝撃装置１の変換は不要である。したがって、クランクシャフト４が２つの異なる有利な衝撃角度αの渡り部８のみを有する場合、対応するように事前に設定された２つの衝撃装置１で十分であることが好ましい。
【０１６８】
例えば、第１の衝撃装置１が衝撃力ＦＳを第１の衝撃角度α１で導入し、第２の衝撃装置１が衝撃力ＦＳを第２の衝撃角度α２で導入するようにしてもよい。衝撃装置１を使用してもよく、その場合、間隔ｄ及び／又は衝撃角度αを異なる方法で調整可能である。従来の衝撃装置を、調整可能な間隔を有する衝撃装置１と組み合わせることもできる。本発明の範囲内において、同一の渡り部８に割り当てられた複数の衝撃ヘッド２１を有する衝撃装置１との任意の組み合わせが考えられる。
【０１６９】
少なくとも１つの衝撃ツール１６の縦軸ＬＳとクランクシャフトの縦軸ＣＫＷに垂直な線ｌＫＷとの間の衝撃角度αが４５°〜８０°、好ましくは１０°〜７０°、より好ましくは２０°〜６０°、特に好ましくは３０°〜５５°、特に３５°〜５０°となるようにしてもよい。
【０１７０】
その関係を説明するために、図１０及び１１に、衝撃ツール１６の衝撃ヘッド２１と、クランクシャフト４の例示的な渡り部８とを非常に概略的に示す拡大図を示す。すべての関係が複数の衝撃ヘッド２１を設ける場合にも当てはまることは自明である。ここで、図１０に示す例では、第１の衝撃角度α１で衝撃硬化を行い、図１１に示す例では、第２の衝撃角度α２で衝撃硬化を行う。
【０１７１】
偏向部２０の偏向点ＵＰと衝撃ツール１６の少なくとも１つの衝撃ヘッド２１との間の間隔ｄを変更して、対応する衝撃角度αを調整することにより、衝撃力ＦＳの方向を事前に定義することができ、これにより、衝撃硬化の最大効果の範囲を目的に応じて設定することができる。
【０１７２】
例えば、断面積の低減、ボア、又は他の幾何学的条件が必要とする場合、衝撃力ＦＳを目的に応じて低減させたり、動作の方向を変更したりするようにしてもよい。
【０１７３】
渡り部８の最大荷重ＭＡＸ１又はＭＡＸ２のプロファイルに従って衝撃角度αを選択するのが好ましく、最大荷重ＭＡＸ１又はＭＡＸ２のプロファイルは、それぞれの種類のクランクシャフトのシミュレーション及び／又は計算及び／又は一連のテストに基づいて決定される。
【０１７４】
図１１では、衝撃ヘッド２１が、図１０に示す渡り部８の位置と同じ位置に配置されている。しかしながら、偏向部２０の偏向点ＵＰと衝撃ヘッド２１との間の間隔ｄは、衝撃ツール１６が図１０の場合とは異なる衝撃角度αで位置合わせされるように設定される。このことから、衝撃ヘッド２１は基本的に図１０に示す位置と同じ位置に適用されるが、衝撃が角度α２で渡り部８に導入される。
【０１７５】
図１１に示す例は、説明のために、図１０に示す例と特に大きく異なる。
【０１７６】
基本的に、渡り部８における衝撃ヘッド２１の位置を変更することもできる。すなわち、渡り部８の周囲に沿った異なる位置に衝撃ヘッド２１を適用することもでき、同時に、衝撃角度αが可変であってもよい。
【０１７７】
上述のように、１つ又は複数の衝撃ヘッド２１は異なるサイズを有していてもよい。特に、１つの衝撃ヘッド２１のみが衝撃ツール１６上に設けられる場合、衝撃ヘッド２１は、半径ｒＳを有していてもよい。半径ｒＳの大きさは、渡り部８の７５％〜９９％、好ましくは渡り部８の８５％〜９８％、特に好ましくは渡り部８の８５％〜９５％となる。衝撃ヘッド２１の半径ｒＳは、渡り部８に実質的に対応することが好ましい。
【０１７８】
衝撃ヘッド２１は、基本的には、任意のサイズのものであってもよい。複数の衝撃ヘッド２１を衝撃ツール１６に設ける場合、例えば、衝撃ヘッド２１は、渡り部８より10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、又は90%大きくてもよい。しかしながら、衝撃ヘッド２１のサイズは、渡り部８のサイズより１０％小さくてもよく、あるいは、渡り部８のサイズに対応していてもよい。
【０１７９】
図１２及び１３は、主軸受ジャーナル６とクランクウェブ７との間の例示的な渡り部８を示し、本例において、衝撃硬化が異なる衝撃角度αで行われ、衝撃ツール１６の衝撃ヘッド２１による衝撃痕２８は、主軸受ジャーナル６の周囲を環状に取り囲むように延びる渡り部８に沿って重なり合う。上述のように、その後の衝撃の間、衝撃ヘッド２１が先行する衝撃の衝撃痕２８に少なくとも部分的に侵入してもよく、各図に示す衝撃痕２８の「軌跡」を生じさせることができる。
【０１８０】
図１２及び１３では、図の例示のために、衝撃痕２８は、渡り部８の周囲にはっきりと見えるように相互にオフセットして延びている。当該オフセットは、実際には小さいことが好ましいが、それでも効果的である。オフセットプロファイルは、図１１に示すように、衝撃角度αを変更すること、及び／又は衝撃ヘッド２１が適用される点を変更することによって実現することができる。図１２に示す渡り部８の場合、図１３に示す渡り部８の場合よりも小さい衝撃角度αを選択した。すなわち、偏向部２０の偏向点ＵＰと衝撃ツール１６の衝撃ヘッド２１との間の間隔ｄを、図１２による方法の場合に、図１３に示す渡り部８の場合よりも大きくなるように設定した。したがって、衝撃痕２８は、図１２に示す渡り部８の場合よりも図１３に示す渡り部８の場合の方が、長く伸び、あるいは、クランクウェブ７の近くに伸びる。
【０１８１】
本発明の例示的な実施形態では、図１２及び１３に示す衝撃痕２８の軌跡がそれぞれ複数の衝撃ヘッド２１を使用（ここではさらに詳細には示さない）して形成されている。本発明において、さらに、衝撃装置１が複数の衝撃ツール１６、例えば、それぞれ１つの衝撃ヘッド２１を有し、同一の渡り部８に割り当てられた２つの衝撃ツール１６を有してもよく、衝撃ツール１６のそれぞれの衝撃角度αは、異なるように設定される。その場合、例えば、相互に平行に（重なり合うか、又は重なり合わないように）延びる衝撃痕２８の軌跡を形成することもできる。
【０１８２】
渡り部８の衝撃硬化中に、連接棒軸受ジャーナル５及び／又は主軸受ジャーナル６の周囲を環状に取り囲むように延びるそれぞれの渡り部８に沿って、衝撃ツール１６の衝撃角度αを変更するようにしてもよい。これを図１４に示し、複数の衝撃ヘッド２１を渡り部８に割り当てる場合でもそうしてよいことは自明である。
【０１８３】
連接棒軸受ジャーナル５とクランクウェブ７との間のすべての渡り部８を第１の衝撃角度αで衝撃硬化し、主軸受ジャーナル６とクランクウェブ７との間のすべての渡り部８を第２の衝撃角度αで衝撃硬化するようにしてもよい。
【０１８４】
あるいは、連接棒軸受ジャーナル５とクランクウェブ７との間の少なくとも２つの渡り部８を異なる衝撃角度αで衝撃硬化し、かつ／あるいは、主軸受ジャーナル６とクランクウェブ７との間の少なくとも２つの渡り部８を異なる衝撃角度αで衝撃硬化し、かつ／あるいは、連接棒軸受ジャーナル５とクランクウェブ７との間の少なくとも１つの渡り部８を主軸受ジャーナル６とクランクウェブ７との間の渡り部８とは異なる衝撃角度αで衝撃硬化するようにしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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