DE10049779A1

DE10049779A1 - Mehrteiliger Kurbelwellenaufbau

Info

Publication number: DE10049779A1
Application number: DE10049779A
Authority: DE
Inventors: Donald G Leith
Original assignee: Individual
Current assignee: Panther Machine Inc
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2002-05-16
Also published as: GB2367878A; US6173628B1; GB2367878B; US6318443B1; GB0025075D0

Abstract

Es ist eine mehrteilige Kurbelwelle offenbart, die eine Hauptwelle mit zwei Enden aufweist und derart ausgebildet ist, daß sie um ihre Achse herum rotiert. Ein Kurbelzapfen weist ebenfalls zwei Enden und eine Achse auf, die parallel zur Achse der Hauptwelle liegt, aber radial von dieser beabstandet angeordnet ist. Mindestens ein Gegengewicht erstreckt sich zwischen einem Ende der Welle und einem Ende des Kurbelzapfens, und dieses Gegengewicht wird gebildet, indem in einer Formkammer ein flüssiges Metall um die Enden der Hauptwelle und des Kurbelzapfens herum gegossen wird.

Description

Hintergrund der Erfindung I. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Kurbelwellen und im be sonderen ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Aufbau einer mehr teiligen Kurbelwelle.

II. Beschreibung des Standes der Technik

Bei einer herkömmlichen Kurbelwelle umfaßt die Kurbelwelle eine seg mentierte Hauptwelle mit einer Achse, die mit der Drehachse der Kurbel welle ausgerichtet ist. Es sind auch ein oder mehrere Kurbelzapfen an ei ner Stelle vorgesehen, die von der Hauptwelle radial beabstandet ist, aber parallel zu dieser liegt. Der Kolben ist dann an jedem Kurbelzapfen befe stigt und treibt die Kurbelwelle um ihre Drehachse herum an.

Da die Kurbelzapfen von der Drehachse der Kurbelwelle radial versetzt und an einem Kolben angebracht sind, sind herkömmlich Gegengewichte vorgesehen, um die Hauptwelle an den Kurbelzapfen zu befestigen, so daß die Drehung der gesamten Kurbelwelle ausgewuchtet ist. Bei vielen früher bekannten Kurbelwellen wird die gesamte Kurbelwelle aus einem einzigen schweren Metallgußkörper hergestellt, der dann bearbeitet wird, so daß die Hauptwelle, Kurbelzapfen und Gegengewichte ein einteiliger Aufbau sind. Die Bearbeitung derartiger Kurbelwellen ist jedoch notwendigerweise teuer, wodurch die Gesamtkosten der Kurbelwelle erhöht werden.

Es hat jedoch Kurbelwellen gegeben, die aus mehreren Teilen aufgebaut sind, um einen kostengünstigen Aufbau bereitzustellen. Derartige Kurbel wellen werden oftmals bei kleinen Zweitaktmotoren verwendet, obwohl sie bei anderen Motor- oder Kompressorarten verwendet werden können.

Typischerweise werden die Gegengewichte aus einem billigen Material, wie pulverisiertem Metall oder Metallstanzteilen, aufgebaut, und in dem Ge gengewicht werden Bohrungen gemäß der Lage des Kurbelzapfens und der Hauptwelle ausgebildet. Der Kurbelzapfen und die Hauptwelle werden dann aus einem herkömmlichen Rundmaterial aufgebaut. Die Enden der Hauptwelle und der Kurbelzapfen werden gerändelt, kerbverzahnt oder auf andere Weise geformt und in die in dem Gegengewicht ausgebildeten Öff nungen hineingepreßt, um dadurch die Kurbelwelle zu bilden.

Ein Hauptnachteil dieser vorbekannten mehrteiligen Kurbelwellen ist, daß die Hauptwelle und die Kurbelzapfen innerhalb sehr hoher Toleranzen parallel zueinander liegen müssen. Jedoch werden die Hauptwelle und Kurbelzapfen während des Preßvorgangs oft relativ zueinander schief, und die resultierende Kurbelwellenanordnung muß entweder korrigiert wer den, indem der Kurbelzapfen und die Hauptwelle relativ zueinander gebo gen werden, oder in manchen Fällen als Ausschuß weggeworfen werden. Außerdem neigten diese früheren Kurbelwellen auch zu Versagen auf grund eines Herausschiebens und Verdrehens der Welle relativ zum Ge gengewicht.

Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine mehrteilige Kurbelwellenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereit, die alle oben erwähn ten Nachteile der früher bekannten, mehrteiligen Kurbelwellenaufbauten beseitigt.

Kurzum umfaßt die Kurbelwellenanordnung der vorliegenden Erfindung einen Kurbelzapfen und eine Hauptwelle, die beide eine zylindrische Quer schnittsform aufweisen. Ein Ende von sowohl der Hauptwelle als auch des Kurbelzapfens umfaßt eine Vertiefung, wie eine Kerbverzahnung, Rände lung oder dergleichen.

Der Kurbelzapfen und die Hauptwelle werden dann in zylindrische Posi tionierausnehmungen in einer Form, die einen Formhohlraum aufweist, der der gewünschten Form des Gegengewichtes entspricht, eingesetzt. Wenn der Kurbelzapfen und die Hauptwelle in den Positionierausneh mungen der Form angeordnet worden sind, sind die Enden des Kurbel zapfens und der Hauptwelle, die die Vertiefung umfaßt, mit dem Form hohlraum, der dem Gegengewicht entspricht, ausgerichtet. Da außerdem die Positionierausnehmungen in der Form mit hoher Genauigkeit bear beitet werden, wird eine Parallelität zwischen der Hauptwelle und dem Kurbelzapfen innerhalb der Form sichergestellt.

Wenn der Kurbelzapfen und die Hauptwelle wie oben beschrieben in der Form angeordnet worden sind, wird der Formhohlraum, der dem Gegen gewicht entspricht, gefüllt, indem flüssiges, warmhärtendes Material, wie beispielsweise Zink, vergossen, eingespritzt oder desgleichen wird. Dieses flüssige Material füllt nicht nur den Formhohlraum, sondern auch die Vertiefungen in sowohl dem Kurbelzapfen als auch der Hauptwelle. Folg lich füllt das Material beim Erhärten des Materials die Vertiefungen in dem Kurbelzapfen und der Hauptwelle, wodurch jede Dreh- oder Längs bewegung zwischen dem Gegengewicht und sowohl dem Kurbelzapfen als auch der Hauptwelle ausgeschlossen wird.

Da die Hauptwelle und der Kurbelzapfen innerhalb sehr kleiner Toleran zen parallel zueinander gehalten werden, wird, sobald das flüssige Materi al ausgehärtet ist, eine Parallelität zwischen dem Kurbelzapfen und der Hauptwelle für die fertiggestellte Kurbelwellenanordnung hergestellt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird anhand der fol genden detaillierten Beschreibung gewonnen werden, wenn diese Verbin dung mit der begleitenden Zeichnung gelesen wird, in der sich gleiche Be zugszeichen in den gesamten Ansichten auf gleiche Teile beziehen und in der:

Fig. 1 ein Aufriß ist, der eine bevorzugte Ausführungsform der vor liegenden Erfindung veranschaulicht,

Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die einen ersten Schritt beim Aufbau der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie 3-3 in

Fig. 2 ist,

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich wie Fig. 2 ist, die aber einen weiteren Schritt des bevorzugten Verfahrens veranschaulicht,

Fig. 5 eine Schnittansicht, genommen im wesentlichen entlang der Linie 5-5 in Fig. 4 ist und zur Verdeutlichung vergrößert ist,

Fig. 6 eine schematische Ansicht ist, die einen weiteren Schritt bei dem bevorzugten Verfahren veranschaulicht, und

Fig. 7 eine Ansicht einer Welle ist, die aber eine Abänderung an die ser veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Zunächst ist in Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Kurbelwelle 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt, die eine langgestreckte Hauptwelle 12 umfaßt, die derart ausgebildet ist, daß sie um ihre Längsachse herum rotiert. Die Kurbelwelle 10 umfaßt ferner einen Kurbelzapfen 14, der eine Längsachse aufweist, die parallel zur Hauptwelle 12 liegt aber von dieser radial beabstandet angeordnet ist.

Weiterhin erstreckt sich nach Fig. 1 ein Gegengewicht 16 zwischen einem Ende 18 der Hauptwelle 12 und einem Ende 20 des Kurbelzapfens 14.

Über das Gegengewicht 16 sind der Kurbelzapfen 14 und die Hauptwelle 12 auf wohlbekannte Weise aneinander befestigt.

Nach den Fig. 2-4 wird die Kurbelwelle 10 der vorliegenden Erfindung ge bildet, indem das Gegengewicht 16 aus einem warmhärtenden Material, und vorzugsweise aus flüssigem Metall, wie beispielsweise Zink, um Aus richtungsenden 20 und 18 von sowohl dem Kurbelzapfen 14 als auch der Hauptwelle 12 herum gegossen wird. Wie es am besten in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine Form 30 mit zwei Formhälften 32 und 34 vorgesehen, die zwi schen ihrer geschlossenen Stellung, die in einer durchgezogenen Linie in Fig. 2 veranschaulicht ist, und ihrer offenen Stellung, die in einer gestri chelten Linie in Fig. 2 veranschaulicht ist, bewegbar sind. Wenn sich die Formabschnitte 32 und 34 in ihrer geschlossenen Stellung (Fig. 3) befin den, bilden die Formabschnitte 32 und 34 einen Formhohlraum 36, des sen Form dem Gegengewicht 16 entspricht.

Wie es am besten in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt jeder Formabschnitt 32 und 34 (nur Abschnitt 34 ist in Fig. 4 veranschaulicht) eine langgestreckte, zy lindrische Positionierausnehmung 38, die derart bemessen ist, daß sie die Hauptwelle 12 innerhalb der Form 30 derart aufnimmt und positioniert, daß ihr Ende 18 mit dem Formhohlraum 36 ausgerichtet ist. Ähnlich ist ebenfalls eine zweite langgestreckte, zylindrische Ausnehmung 40 in je dem Formabschnitt 32 und 34 vorgesehen, und diese Ausnehmungen 40 sind derart bemessen, daß sie den Kurbelzapfen 14 derart aufnehmen und positionieren, daß sein Ende 20 auch mit dem Formhohlraum 36 ausge richtet angeordnet ist.

Die Ausnehmungen 38 und 40 zum Positionieren der Hauptwelle 12 bzw. des Kurbelzapfens 14 sind in den Formabschnitten 32 und 34 derart ein gearbeitet, daß die Ausnehmungen 38 und 40 innerhalb sehr kleiner Tole ranzen parallel zueinander liegen. Wie es am besten in Fig. 3 gezeigt ist, weist der Formabschnitt 32 außerdem eine im allgemeinen zylindrische Form auf und ist um die Achse der Hauptwelle 12 aus einem Grund schwenkbar, der kurz beschrieben werden soll.

Nach Fig. 5 umfassen die Enden 18 der Hauptwelle 12 mindestens eine Vertiefung 50. Die Vertiefung 50 kann beispielsweise Kerbverzahnungen, einen gerändelten Teil, einen polygonen Querschnitt, wie er in Fig. 7 ge zeigt ist, oder dergleichen umfassen. Jedoch weist mindestens ein Teil des kreisförmigen Außenumfangs des Endes 18 der Hauptwelle 12 keine kreisförmige Form auf.

Das Ende 20 des Kurbelzapfens 14 weist ebenfalls mindestens eine Ver tiefung 51 (Fig. 5) auf, die ähnlich ist wie die Vertiefung 50 an der Haupt welle 12. Somit ist eine weitere Beschreibung von diesem unnötig.

Wenn die Hauptwelle 12 und der Kurbelzapfen 14 in den Formabschnitten 32 und 34 wie in Fig. 2 gezeigt angeordnet sind, wird ein flüssiges, warm härtendes Material, wie beispielsweise flüssiges Metall, durch einen Ein guß 52 derart eingeleitet, daß das flüssige Material, vorzugsweise Zink, die Formkammer 36 füllt, deren Form dem Gegengewicht 16 entspricht. Es kann jedes herkömmliche Mittel, wie beispielsweise Vergießen, Spritzgie ßen oder desgleichen, dazu verwendet werden, das flüssige Material in die Kammer 36 einzuleiten. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, umgibt außerdem das flüssige Material nicht nur die jeweiligen Ausrichtungsenden 18 und 20 der Hauptwelle 12 bzw. des Kurbelzapfens 14, sondern das flüssige Mate rial strömt auch in die Vertiefungen 50 und 51, die in den Enden der Welle und des Kurbelzapfens 18 und 20 ausgebildet sind. Eine kleine Menge Material erhärtet auch im Einguß 52 neben der Formkammer 36.

Sobald nach Fig. 6 das flüssige Material ausgehärtet oder abgekühlt ist, schwenkt ein an dem Formabschnitt 32 angebrachter Griff 60 den Formabschnitt 32, wie es in gestrichelter Linie gezeigt ist, relativ zum Formabschnitt 34 und bricht, indem er dies tut, das in dem Einguß 52 enthaltene, warmhärtende Material von dem Gegengewicht 16 ab. Die Formabschnitte 32 und 34 werden wieder geöffnet (Fig. 2), wodurch die nun fertiggestellte Kurbelwelle 10 aus der Form 30 entfernt werden kann. Da außerdem die Hauptwelle 12 und der Kurbelzapfen 14 während des gesamten Gießvorgangs parallel zueinander gehalten wurden, ist eine Par allelität zwischen der Hauptwelle 12 und dem Kurbelzapfen 14 bei Ab schluß des Zusammenbaus der Kurbelwelle sichergestellt.

Das Vorsehen der Vertiefung(en) 50 und 51 an den jeweiligen Enden 18 und 20 der Hauptwelle 12 bzw. des Kurbelzapfen 14 sichert die Haupt welle 12 und den Kurbelzapfen 14 während des Betriebes der Kurbelwelle 10 relativ zum Gegengewicht 16 vor jeder Dreh- und Längsbewegung.

Aus dem Vorstehenden ist zu sehen, daß die vorliegende Erfindung sowohl eine Kurbelwelle als auch ein Verfahren für den Aufbau einer Kurbelwelle bereitstellt, die nicht nur kostengünstig ist, sondern auch bei Abschluß des Zusammenbaus einen hohen Grad an Parallelität zwischen der Hauptwelle und den Kurbelzapfen sicherstellt.

Nachdem meine Erfindung nun beschrieben ist, werden jedoch Fachleu ten, die sie betrifft, viele Abänderungen an dieser ersichtlich werden, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen, wie er durch den Schutzbe reich der beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Kurbelwelle, umfassend:
eine Welle mit zwei Enden und einer Achse, wobei die Welle derart ausgebildet ist, daß sie um die Wellenachse herum rotiert,
einen Kurbelzapfen mit zwei Enden und einer Achse, die par allel zur Wellenachse liegt und radial von dieser beabstandet ange ordnet ist,
wobei sich mindestens ein Gegengewicht zwischen einem En de der Welle und einem Ende des Kurbelzapfens erstreckt, wobei das Gegengewicht gebildet ist, indem ein flüssiges Metall um die ei nen Enden der Welle und des Kurbelzapfens herum gegossen ist.

2. Erfindung nach Anspruch 1, wobei die Welle und der Kurbelzapfen beide eine zylindrische Form aufweisen, und wobei die einen Enden der Welle und des Kurbelzapfens jeweils mindestens eine Vertiefung umfassen.

3. Erfindung nach Anspruch 2, wobei jede Vertiefung mindestens eine Kerbverzahnung umfaßt.

4. Erfindung nach Anspruch 1, wobei die einen Enden der Welle und des Kurbelzapfens gerändelt sind.

5. Erfindung nach Anspruch 1, wobei das Gegengewicht aus Zink auf gebaut ist.

6. Verfahren für den Aufbau einer Kurbelwelle, die eine Welle, einen Kurbelzapfen, der parallel zur Welle liegt aber radial von dieser be abstandet angeordnet ist, und ein Gegengewicht aufweist, das sich zwischen einem Ende der Welle und einem Ende des Kurbelzapfens erstreckt, mit den Schritten, daß:
der Kurbelzapfen und die Welle derart in eine Form eingesetzt werden, daß der Kurbelzapfen und die Welle voneinander beabstan det angeordnet sind und parallel zueinander liegen, und derart, daß ein Ende der Welle und ein Ende des Kurbelzapfens in einer Form kammer angeordnet sind, deren Form dem Gegengewicht entspricht,
die Formkammer mit geschmolzenem, warmhärtenden Mate rial derart gefüllt wird, daß das Material die Enden der Welle und des Kurbelzapfens umgibt,
das Material erhärten gelassen wird, um das Gegengewicht zu bilden, und
der Kurbelzapfen, die Welle und das Gegengewicht aus der Form entfernt werden.

7. Erfindung nach Anspruch 6, wobei das Material Zink umfaßt.

8. Erfindung nach Anspruch 6 und ferner den Schritt umfassend, daß vor dem Einsetzschritt eine Vertiefung an jedem der Enden der Welle und des Kurbelzapfens gebildet wird.