DE102004023380A1

DE102004023380A1 - Gegossene Kurbelwelle für ein Hubkolbentriebwerk

Info

Publication number: DE102004023380A1
Application number: DE200410023380
Authority: DE
Inventors: Stefan Prof. Dr. Pischinger; Gerhard Dr.-Ing. Lepperhoff; Kolja Dipl.-Ing. Orlowsky
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gegossene Kurbelwelle für ein Hubkolbentriebwerk, umfassend endseitige, zylindrische Lagerzapfen (1) und mindestens einen zwischen Kurbelwangen (2) angeordneten, zu den Lagerzapfen exzentrischen, zylindrischen Kurbelzapfen (3), wobei im Bereich der Lager- und Kurbelzapfen (1, 3) hochfestes Material eingegossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine gegossene Kurbelwelle für ein Hubkolbentriebwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derzeit verwendete Kurbelwellen für niedrg und mittel belastete Motoren sind gewöhnlich aus einem Eisengußwerkstoff. Dieser stellt jedoch kein wälzlagergeeignetes Material dar, da einerseits an seiner Oberfläche Ausbrüche auftreten und andererseits dieses Material eine zu geringe Überrollfestigkeit und Härte des Untergrundes aufweist.

Es sind auch Kurbelwellen aus Stahl bekannt, die bei hochbelasteten Motoren zum Einsatz gelangen, jedoch für niedrig und mittel belastete Motoren zu kostenaufwendig in der Fertigung sind. Darüber hinaus können die speziellen Anforderungen von Wälzlagern auch bei Stahlkurbelwellen nicht ohne weiteres auf das gesamte Bauteil übertragen werden. Durchgehärtete Kurbelwellen sind zwar auf die Anforderungen von Gleitlagern optimiert, jedoch kann man die speziellen Anforderungen von Wälzlagern nicht ohne weiteres auf das gesamte Bauteil der Kurbelwelle übertragen. Durchgehärtete Kurbelwellen sind in der Regel zu spröde, abgesehen davon, daß ein Durchhärten der kompletten Kurbelwelle mit den üblichen Dimensionen nicht mit vertretbarem Kostenaufwand möglich ist.

In der Wälzlagertechnik stehen verschiedene geeignete Materialien und Härteverfahren bereit, die angesprochenen Einschränkungen verhindern jedoch sowohl aus Kostengesichtspunkten als auch technologisch den Einsatz solcher Materialien.

Es sind auch aus Einzelabschnitten gebaute Kurbelwellen denkbar, bei denen verschiedene Materialeigenschaften kombiniert werden können, so daß die Zapfen beispielsweise aus Wälzlagermaterial bestehen könnten, jedoch führen derartige Kurbelwellen im Vergleich zur einteiligen Kurbelwelle zu einem vertretbaren Kostenaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegossene Kurbelwelle für ein Hubkolbentriebwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die bei geringem Kostenaufwand wälzlagertaugliche Zapfen aufweist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Zumal sich in Großserie gegossene Kurbelwellen etabliert haben, deren Verwendung, soweit die Belastungen es erlauben, eine kostengünstige Produktion ermöglichen, werden hierdurch einerseits die Kostenvorteile der Kurbelwellenfertigung durch Gießen eines Eisengußwerkstoffs mit dem Eingießen von hochfestem Material für die Wälzlagerinnenringe, insbesondere von wälzlagergeeignetem Material, kombiniert, so daß sich ein unter dem Gesichtspunkt der Serienherstellung vertretbarer Kostenaufwand für den Einsatz von Wälzlagern ergibt.

Hierdurch ist es möglich, für den Einsatz von Wälzlagern sowohl an den Haupt-, als auch an den Pleuellagerstellen lokal die entsprechenden Materialeigenschaften bereitzustellen. Dazu gehören insbesondere die Überrollfestigkeit und die Härte des Materials, um einen haltbaren und sicheren Betrieb der Wälzlager im Hubkolbentriebwerk zu ermöglichen. Die Materialeigenschaften der Wälzlagerinnenringe lassen sich lokal modifizieren.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt ausschnittweise im Längsschnitt eine Kurbelwelle.
2 zeigt einen Axialschnitt längs der Linie II-II von 1.
Die dargestellte Kurbelwelle für ein Hubkolbentriebwerk ist aus einem Eisengußwerkstoff gegossen und umfaßt endseitige, zylindrische Lagerzapfen 1 und mindestens einen zwischen Kurbelwangen 2 angeordneten, zu den Lagerzapfen 1 exzentrischen, zylindrischen Kurbelzapfen 3 zum Lagern von Pleueln.
Um eine Wälzlagerung der Kurbelwelle zu ermöglichen, sind im Bereich der Lager- und Kurbelzapfen 1, 3 Wälzlagerinnenringe 4 aus wälzlagergeeignetem Material eingegossen. Letzteres ist entsprechend den Anforderungen frei wählbar.
Zweckmäßigerweise sind die Lager- und Kurbelzapfen 1, 3 im Schnitt unrund, vorzugsweise in Umfangsrichtung gewellt, so daß sich eine besonders gute Verankerung des Materials der Wälzlagerinnenringe 4 auf der Kurbelwelle ergibt.
Die Fertigbearbeitung der so hergestellten Kurbelwelle erlaubt die Einhaltung der üblichen Toleranzen. Die Abmessungen der Wälzlagerinnenringe 4 sind entsprechend den jeweiligen Festigkeits- und sonstigen Anforderungen wie der Sicherung der Flächenbelastung zu wählen.
Die eingegossenen Wälzlagerinnenringe 4 können lokal wie etwa zur Nachhärtung wärmebehandelt, beispielsweise induktiv nachgehärtet werden. Stattdessen kann auch eine Oberflächenhärtung durch Nitrierung, Carborierung oder Carbonitrierung, etwa aus der Gasphase, vorgenommen werden. Auch können Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit durch Verformung, etwa durch Rollen oder Drücken erhöht werden.
Alternativ bzw. ergänzend zu den Nachhärtungen können auf die eingegossenen Wälzlagerinnenringe 4 zur Erzielung wälzlagertauglicher Eigenschaften geeignete Beschichtungen aufgetragen werden.

Claims

Gegossene Kurbelwelle für ein Hubkolbentriebwerk, umfassend endseitige, zylindrische Lagerzapfen (1) und mindestens einen zwischen Kurbelwangen (2) angeordneten, zu den Lagerzapfen exzentrischen, zylindrischen Kurbelzapfen (3), dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Lager- und Kurbelzapfen (1, 3) hochfestes Material eingegossen ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfeste Material für Wälzlagerinnenringe (4) wälzlagergeeignetes Material ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem hochfesten Material umgebenen Lager- und Kurbelzapfen (1, 3) im Schnitt unrund sind.
Kurbelwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem hochfesten Material umgebenen Lager- und Kurbelzapfen (1, 3) in Umfangsrichtung gewellt sind.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfeste Material lokal wärmebehandelt sind.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfeste Material oberflächenbeschichtet ist.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfeste Material oberflächengehärtet ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfeste Material verformt ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfeste Material nitriert, carboriert oder carbonitriert ist.