DE10119161A1

DE10119161A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwange für eine Kurbelwelle

Info

Publication number: DE10119161A1
Application number: DE10119161A
Authority: DE
Inventors: Harald Schliemann; Arno Roos
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2002-10-24
Also published as: US6763586B2; US20020152613A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwange für eine aus getrennt gefertigten Teilen zusammengesetzte Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors wird die Kurbelwange (10) aus einem Halbzeug ausgestanzt mit einer zentralen Aussparung (13) zur Aufnahme eines Wellenzapfens der Kurbelwelle und einer exzentrischen Aussparung (14) zur Aufnahme eines Kurbelzapfens. Eine umlaufende Kontur (15) des Stanzteils begrenzt dabei ein Schwungmassenstück (11) der Kurbelwange (10). DOLLAR A Um mit einfachen Mitteln gestanzte Kurbelwangen (10) mit verbesserter Massenausgleichswirkung herzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, in die Kurbelwange (10) im Umgebungsbereich der zentralen Aussparung (13) einen abgesenkten Oberflächenabschnitt (20) einzuprägen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwange für eine aus getrennt gefertigten Teilen zu sammengesetzte Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, insbe sondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie Motorketten sägen und dgl., der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Die DE 34 41 235 C2 offenbart eine gebaute Kurbelwelle für Kleinbrennkraftmaschinen, bei der Wellenzapfen, Kurbel wangen und Kurbelbolzen getrennt gefertigt und anschließend zusammengefügt werden. In der Kurbelwange sind Aussparungen zur Aufnahme von Wellenzapfen und Kurbelbolzen vorgesehen. Dabei liegt eine zentrale Aussparung zur Aufnahme der Wellenzapfen der Kurbelwelle auf einer Drehachse der Kur belwelle und eine exzentrische Aussparung zur Aufnahme des Kurbelbolzens entsprechend mit Abstand zur Drehachse auf Höhe der zentralen Aussparung. Die Kurbelwangen der bekann ten Anordnung werden aus einem Bandstahl ausgestanzt, wobei mit der ausgestanzten Kontur ein Schwungmassenstück be grenzt wird, welches auf der gegenüber der exzentrischen Aussparung liegenden Seite der zentralen Aussparung ge bildet ist. Auf diese Weise liegt das Schwungmassenstück entsprechend der Funktion des Schwungmassenstückes zum Massenausgleich im Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine in der Einbaulage dem exzentrisch liegenden Kurbelzapfen ge genüber. Die Aussparungen für die Wellenzapfen und die Kurbelbolzen werden bei dem bekannten Verfahren ebenso wie die Kontur der Kurbelwange aus dem Bandstahl ausgestanzt. Durch das Stanzverfahren können auf einfache Weise und da her kostengünstig eine Vielzahl von Kurbelwangen in aufein anderfolgenden Stanzvorgängen aus einem Bandstahl ausge stanzt werden. Die zusammengesetzte Kurbelwelle mit ge stanzten Kurbelwangen ermöglicht eine vielseitige und dabei kostensparende Konstruktion von Kurbeltrieben für Ver brennungsmotoren zum Antrieb handgeführter Arbeitsgeräte wie Motorkettensägen.

Die nach dem bekannten Verfahren ausgestanzten Kurbelwangen haben über ihre gesamte Oberfläche die gleiche Stärke, wel ches der Dicke des Bandstahls entspricht, aus dem die Kur belwangen ausgestanzt werden. Die nach dem bekannten Ver fahren gestanzten Wangen werden dann verwendet, wenn es sich um Kurbelwangen mit einfachen Formen handelt. Soll je doch der Massenausgleich verbessert werden, so waren die bekannten Wangen durch verstärkte Wandteile zu ergänzen. Die verstärkten Wandteile zum Massenausgleich waren dabei als zusätzliche Teile den gestanzten Wangen anzufügen, wo bei in der DE 34 41 235 C2 Sinterschmieden als Fügever fahren für die verstärkenden Wandteile vorgeschlagen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß gattungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, daß mit einfachen Mitteln gestanzte Kurbelwangen mit verbesserter Massenausgleichswirkung herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, in die Kurbelwangen im Umgebungsbereich der zentralen Aussparung für die Wellenzapfen der Kurbelwelle einen abgesenkten Oberflächenabschnitt einzuprägen, wodurch die Stärke der Kurbelwange im Bereich der Drehachse geringer ist als im außenliegenden Bereich. Durch die Einprägung ergibt sich eine relative Materialanhäufung in den außenliegenden Be reichen der Kurbelwange im Verhältnis zum Gesamtgewicht. Das Trägheitsmoment der Kurbelwange, welches in dritter Po tenz mit dem jeweiligen Abstand der Masseteilchen von der Drehachse steigt, wird durch die Einprägung im Bereich der zentralen Aussparungen damit der Drehachse der Kurbelwange erheblich erhöht. Durch geeignete Wahl der Tiefe der Ein prägung können auch Kurbelwangen mit unterschiedlichen Massenträgheitsmomenten bei gleicher Fläche hergestellt werden. Somit stehen einfach herstellbare Kurbelwangen zur Verfügung für einen optimalen Massenausgleich bei Kurbel trieben mit unterschiedlichen Kurbelcharakteristiken. Be sonders vorteilhaft kann durch die Form des eingeprägten Oberflächenabschnittes der Kurbelwange ein Einfluß auf die Auswuchtung genommen werden. Die Form der erfindungsgemäßen Einprägung wird unter Berücksichtigung der gewünschten Aus wuchtung der Kurbelwange und deren Wirkung auf das Laufver halten des Verbrennungsmotors ermittelt.

Das Einprägen des abgesenkten Oberflächenabschnittes er folgt zweckmäßig vor dem Ausstanzen der Kontur der Kurbel wange aus dem Halbzeug. Besonders vorteilhaft werden die Aussparungen mit den erforderlichen Maßnahmen zur Aufnahme der Wellenzapfen bzw. Kurbelzapfen nach dem Einprägen des abgesenkten Oberflächenabschnittes ausgestanzt, so daß die Paßgenauigkeit der Aussparungen gewährleistet ist. Un kontrollierte Wanderungen des beim Einprägen gequetschten Materials sind ausgeschlossen, wenn die Aussparungen vor dem Einprägen ausgestanzt und nach dem Prägevorgang das Ausstanzen der Aussparungen wiederholt wird. Auf diese Weise kann das beim Prägen in Richtung der Aussparungen verdrängte Material abgeschnitten werden. Die erforder lichen Querschnitte der Aussparungen mit den vorgesehenen Maßen werden durch den zweiten Stanzvorgang hergestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Verbrennungsmotor mit aus Einzelteilen gefügter Kurbelwelle,

Fig. 2 eine Ansicht einer aus Einzelteilen gefügten Kurbelwelle,

Fig. 3 eine Draufsicht einer ausgestanzten Kurbelwange,

Fig. 4 eine Schnittansicht der Kurbelwange entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der ausgestanzten Kurbelwange,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Bandstahlabschnitt mit Ausstanzungen der Kurbelwange,

Fig. 7 eine Schnittansicht des Bandstahlabschnitts mit Ausstanzungen für eine Kurbelwange längs der Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Bandstahlabschnitt nach einem Prägearbeitsgang,

Fig. 9 einen Schnitt durch den Bandstahlabschnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine Draufsicht auf den Bandstahlabschnitt nach Abschluß der Herstellung,

Fig. 11 einen Schnitt durch den Bandstahlabschnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 10.

Fig. 1 zeigt einen einzylindrigen Verbrennungsmotor 1, wel cher vorzugsweise als luftgekühlter Zweitaktmotor zum An trieb des Werkzeuges eines hier nicht dargestellten Arbeitsgerätes wie eine Motorkettensäge, Trennschleifer, Freischneider und dgl. ausgebildet ist. Im Zylinder 2 des Motors 1 ist ein Kolben 3 längsbeweglich geführt und treibt in einem Kurbeltrieb eine Kurbelwelle um eine Drehachse 12 rotierend an. Hierzu ist der Kolben 3 an einem Ende einer Pleuelstange 4 mit einem Kolbenbolzen 30 in einem Lager 31' schwenkbar gehalten. Die Pleuelstange 4 ist an ihrem an deren Ende in einem gekröpften Abschnitt der Kurbelwelle schwenkbar gelagert, nämlich mit einem exzentrisch zur Drehachse 12 in einem Gleitlager 32 angeordneten Kurbel zapfen 8. Auf beiden Seiten des Pleuels 4 sind Kurbelwangen 10, 10' vorgesehen, welche zum Massenausgleich des Kurbel triebes Schwungmassenstücke in einer dem Kurbelzapfen 8 diametral gegenüberliegenden Drehwinkellage aufweisen.

Die Kurbelwelle ist aus mehreren Einzelteilen zusammen gesetzt und weist zwei koaxial liegende und daher um die gemeinsame Drehachse 12 rotierende Wellenzapfen 6, 7 auf, welche jeweils mit ihren einander zugewandt liegenden Enden in separat gefertigte Kurbelwangen 10, 10' eingreifen. Die Wellenzapfen 6, 7 sind durch den exzentrisch liegenden Kurbelzapfen 8 kinematisch gekoppelt, welcher jeweils in den Kurbelwangen 10, 10' schwenkbar gelagert ist. Der Wellenzapfen 6 treibt unter Zwischenschaltung einer Flieh kraftkupplung 33 ein Abtriebsritzel 35 an, welches auf das Werkzeug des Arbeitsgerätes wirkt. Auf dem anderen Wellen zapfen 7 ist ein Lüfterrad 34 drehfest gehalten, welches Kühlluft zu den Kühlrippen des Zylinders 2 fördert. Die Wellenzapfen 6, 7 sind jeweils mit Kugellagern 9 im Zy lindergehäuse 2 drehbar gelagert.

In Fig. 2 ist als Detaildarstellung die gebaute Kurbelwelle 5 dargestellt, wobei für jeweils gleiche Teile die selben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind. Die Wellen zapfen 6, 7 sind jeweils mit Einsteckenden 22 in ent sprechenden Aussparungen der separaten Kurbelwangen 10, 10' aufgenommen. Die Abmessungen der Einsteckenden 22 und der zentralen Aussparungen in den Kurbelwangen 10, 10' sind nach den Toleranz-Anforderungen einer Preßpassung aufein ander abgestimmt und die Wellenzapfen 6, 7 mit den jeweils zugeordneten Kurbelwangen 10, 10' so drehfest gefügt. Die Pleuelstange 4 ist an ihrem dem Kolbenbolzen 30 gegenüber liegenden Ende mit einem Wälzlager auf dem Kurbelzapfen 8 gelagert, welcher mit seinen Bolzenenden jeweils in den gegenüberliegenden Kurbelwangen 10, 10' aufgenommen ist.

Die in Fig. 3 als Draufsicht gezeigte Kurbelwange 10 wird als Stanzteil hergestellt. Auf der gegenüber der exzen trischen Aussparung 14 zur Aufnahme des Kurbelzapfens lie genden Seite der zentralen Aussparung 13 für den Wellen zapfen begrenzt die ausgestanzte Kontur 15 der Kurbelwange 10 ein Schwungmassenstück 11. Die Kurbelwange 10 ist spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelachse 38 ausgebildet, welche durch den Mittelpunkt M_Z der zentralen Aussparung 13 und dem Mittelpunkt M_E der exzentrischen Aussparung 14 verläuft. Die etwa pilzförmige Kontur 15 der Kurbelwange 10 verläuft im außenliegenden Bereich des Schwungmassenstückes 11 im wesentlichen radial zur zentralen Aussparung 13 und erstreckt sich über einen Bogenwinkel von etwa 160°. Die Kontur 15 ist an den äußeren Enden des Schwungmassenstückes 11 zur Symmetrieachse 38 hin eingeschnürt, wodurch die Kur belwange 10 im Bereich des Schwungmassenstückes 11 für einen optimalen Massenausgleich eine erheblich größere Breite erhält als im Bereich der Aussparung 13, 14.

In die Kurbelwange 10 ist erfindungsgemäß im Umgebungs bereich der zentralen Aussparung 13 ein abgesenkter Ober flächenabschnitt eingeprägt, dessen Rand 16 radial mit dem Radius r um den Mittelpunkt M_Zder zentralen Aussparung 13 verläuft. Wie die Schnittdarstellung der Kurbelwange gemäß Fig. 4 zeigt, schließt der eingeprägte Oberflächenabschnitt 20 beide Aussparungen mit ein und erstreckt sich bis zu dem Ende der Kurbelwange 10 benachbart der exzentrischen Aus sparung 14. Der radiale Rand 16 des eingeprägten Ober flächenabschnittes 20 schneidet die Kontur 15 der Kurbel wange 10, wodurch die Einprägung von dem radialen Rand 16 und dem Abschnitt der Kontur 15 zwischen den Schnittpunkten mit dem radialen Rand 16 begrenzt ist. Durch die Einprägung erhält die Kurbelwange 10 in dem Abschnitt 20 mit abge senkter Oberfläche eine geringere Dicke als im Bereich des Schwungmassenstückes 11, wo die gestanzte Kurbelwange 10 die Stärke des Stanzhalbzeuges aufweist. Im gezeigten Aus führungsbeispiel ist die Einprägung 20 auf einer der Seitenflächen 21 der Kurbelwange 10 vorgesehen, wobei es auch zweckmäßig sein kann, die gegenüberliegende Seiten fläche 21' mit einer Einprägung zu versehen.

Durch die Tiefe der abgesenkten Oberfläche 20 gegenüber der Oberfläche im Bereich des Schwungmassenstückes 11 ist bei gleicher Geometrie einer vergleichbaren Kurbelwange das Trägheitsmoment der Kurbelwange 10 wählbar. Zur Erhöhung des Verhältnisses zwischen dem Trägheitsmoment und dem Ge wicht der Kurbelwange 10 ist die Tiefe der Einprägung entsprechend zu erhöhen. Durch die Form des abgesenkten Ober flächenabschnittes 20 kann zusätzlich Einfluß auf das Träg heitsmoment der Kurbelwange 10 und insbesondere auf die Auswuchtung der Kurbelwange 10 genommen werden. Beispiels weise kann durch Anstellung der Ebene des abgesenkten Ober flächenabschnittes 20 gegenüber der Längsebene der Kurbel wange 10 die Materialanhäufung in radial abseits der Dreh achse 12 liegenden Bereichen der Kurbelwange 10 gefördert werden. Zur Auswuchtung können in geeigneten Drehwinkel lagen mehr oder weniger tief eingeprägte Oberflächen abschnitte vorgesehen werden.

Die gestanzte Kurbelwange 10 weist vorteilhaft in ihrer ra dial außenliegenden Umfangsfläche 19 eine Fase 18 auf, in die das Kolbenhemd des Hubkolbens in der unteren Totlage des Kolbens eingreifen kann, so daß eine sehr kompakte Bau weise mit der gebauten Kurbelwelle erreicht werden kann. Die Fase 18 ist dabei der Rückseite 21 der Kurbelwange 10 zugewandt angebracht, welche der Vorderseite 21 mit dem ab gesenkten Oberflächenabschnitt 20 gegenüberliegt.

Die zentrale Aussparung 13 zur Aufnahme dessen Wellen zapfens ist mit einer Anfasung 23 versehen, so daß der unter Preßpassung aufzunehmende Wellenzapfen bei der Mon tage leichter einfügbar ist.

Die Fig. 6 bis 11 verdeutlichen die Herstellung der Kurbel wangen als Stanzteile aus einem Blechstreifen 17. Das Aus stanzen der Kurbelwangen erfolgt dabei in einem drei stufigen, fertigfallenden Stanzverfahren. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf einen Blechstreifen 17, der in drei aufein anderfolgenden Bearbeitungsschritten gemäß Fig. 6, 8 und 10 und den entsprechenden Längsschnitten Fig. 7, 9 und 11 ge fertigt wird.

Im ersten Stanzbearbeitungsschritt Fig. 6, 7 werden die Aussparungen 13, 14 zur Aufnahme von Wellenzapfen bzw. Kurbelzapfen aus den Blechstreifen 17 ausgestanzt. Dabei wird gleichzeitig die außenliegende Radialkontur des Schwungmassenstücks in dem Blechstreifen 17 eingedrückt. Die Eindrückung 36 erstreckt sich entsprechend über den vorgesehenen Bogenwinkel für das Schwungmassenstück der fertigen Kurbelwange, wobei durch die Eindrückung 36 in das Blechmaterial auf der gegenüberliegenden Seite des Blech streifens 17 eine Ausdrückung 37 hervorsteht. Die Ein drückung 36 wird dabei abschnittsweise mit keilförmigen Seitenwänden in den Blechstreifen 17 eingebracht. Beim Fer tigstanzen der Kurbelwange im Stanzschritt Fig. 10 und 11 wird der Blechstreifen dabei auf Höhe der innenliegenden Wand der Kegelform durchtrennt, wodurch die kegelförmige Eindrückung im Umfang der Kurbelwange die Phase 18 (Fig. 4 und 5) hinterläßt.

Nach der Stanzbearbeitung im Verfahrensschritt Fig. 6, 7 erfolgt eine Prägebearbeitung Fig. 8, 9, bei der in den Blechstreifen 17 ein Abschnitt mit abgesenkter Oberfläche eingeprägt wird. Dabei wird in dem Blechstreifen - wie dop pelt schraffiert dargestellt - ein Oberflächenabschnitt ge prägt, der in etwa der vorgesehenen Außenkontur der Kurbel wange entspricht. Bei der abschließenden Stanzbearbeitung im Bearbeitungsschritt Fig. 10, 11 wird vor dem Ausstanzen der Kontur 15 der Kurbelwange das Ausstanzen der Aus sparungen 13 und 14 wiederholt. Sofern die Aussparungen 13, 14 bei der Prägebearbeitung Fig. 8, 9 in ihren Quer schnitten durch verdrängtes Material verengt wurden, so er halten sie durch die Wiederholung der Lochstanzung ihre vorgesehenen Maße.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwange (10) für eine aus getrennt gefertigten Teilen zusammengesetzte Kurbelwelle (5) eines Verbrennungsmotors (1) ins besondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie Motorkettensägen und dgl., wobei die Kurbelwange (10) aus einem Halbzeug (17) ausgestanzt wird mit einer zentralen Aussparung (13) zur Aufnahme eines Wellen zapfens (6, 7) der Kurbelwelle (5) und einer exzen trischen Aussparung (14) zur Aufnahme eines Kurbel zapfens (8) sowie mit einer umlaufenden Kontur (15) des Stanzteils, welche auf der gegenüber der exzen trischen Aussparung (14) liegenden Seite der zen tralen Aussparung (13) ein Schwungmassenstück (11) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kurbelwange (10) im Umgebungsbereich der zentralen Aussparung (13) ein abgesenkter Oberflächenabschnitt (20) eingeprägt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einprägen des abge senkten Oberflächenabschnittes (20) vor dem Aus stanzen der Kontur (15) der Kurbelwange (10, 10') er folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einprägen des abge senkten Oberflächenabschnittes (20) vor dem Stanzen der Aussparungen (13, 14) mit den vorgesehenen Maßen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (13, 14) vor dem Einprägen des abgesenkten Oberflächen abschnittes (20) ausgestanzt werden und nach dem Prägevorgang das Ausstanzen der Aussparungen (13, 14) wiederholt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwange (10, 10') spiegelsymmetrisch bezüglich einer Spiegelachse (38) durch die Mittelpunkte (M_Z, M_E) der Aussparungen (13, 14) ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des eingeprägten Oberflächenabschnittes (20) der Kurbelwange (10, 10') unter Berücksichtigung einer gewünschten Auswuchtung der Kurbelwange (10, 10') und deren Wirkung auf das Laufverhalten des Verbrennungsmotors (1) bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand (16) des einge prägten Oberflächenabschnittes (20) im wesentlichen radial zum Mittelpunkt (M_Z) der zentralen Aussparung (13) ausgebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (16) die Kontur (15) der Kurbelwange (10) schneidet, wobei der einge prägte Oberflächenabschnitt (20) der Kurbelwange (10, 10') sich über die von der Kontur (15) zwischen den Schnittpunkten mit dem Rand (16) begrenzte Fläche er streckt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwange (10, 10') beidseitig geprägt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine außenliegende Umfangsfläche (19) des Schwungmassenstückes (11) mindestens abschnittsweise mit einer Fase (18) zu einer Seitenfläche (21') der Kurbelwange (10, 10') ausgebildet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (18) auf der Seitenfläche (21') der Kurbelwange (10) ausgebildet ist, welche der Seite (21) mit der eingeprägten Ober fläche (20) gegenüberliegt.