DE102009039301A1

DE102009039301A1 - Kurbelwange mit Verstärkungsrippe

Info

Publication number: DE102009039301A1
Application number: DE200910039301
Authority: DE
Inventors: Mehmet Cagri Dipl.-Ing. Cevik
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Kurbelwange für eine Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine, die in einem Bereich einer Pleuelachse auf einer ersten Seite zur Verbindung mit einem Hubzapfen vorgesehen ist und die auf einer von datz zu der Pleuelachse in einem Bereich einer Lagerachse zur Verbindung mit einem Hauptlagerzapfen vorgesehen ist, wobei auf der zweiten Seite der Kurbelwange eine Verstärkungsrippe ausgebildet ist, sowie Kurbelwelle mit mindestens einer solchen Kurbelwange.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwange für eine Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine, die in einem Bereich einer Pleuelachse auf einer ersten Seite zur Verbindung mit einem Hubzapfen vorgesehen ist und die auf einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite mit Versatz zu der Pleuelachse in einem Bereich einer Lagerachse zur Verbindung mit einem Hauptlagerzapfen vorgesehen ist, wobei auf der zweiten Seite der Kurbelwange eine Verstärkungsrippe ausgebildet ist, sowie eine Kurbelwelle mit mindestens einer solchen Kurbelwange.
Der Motorenbau wird derzeit stark vom Thema des ”Downsizing” bestimmt, womit die Entwicklung zu kleineren leichteren Verbrennungsmotoren mit höherer spezifischer Leistung umschrieben wird. Dies schließt die Forderung nach Größenreduzierung und Gewichtseinsparung an sämtlichen Bauteilen, insbesondere an den mechanisch hochbelasteten Bauteilen ein. Auch wird gefordert, daß bereits bestehende Bauteile, beispielsweise Kurbelwellen, ohne Veränderung weiterer Komponenten weiter optimiert werden. Je nach Ausgangssituation kann die Zielrichtung hierbei darin bestehen, die Kurbelwellenmasse bei minimaler Einbuße an Biegesteifigkeit zu reduzieren oder die Biegesteifigkeit der Kurbelwelle bei minimaler Masseerhöhung zu erhöhen. Für die Biegesteifigkeit der Kurbelwelle sind maßgeblich die Kurbelwangen verantwortlich.
Die DE 600 09 029 T2 zeigt hauptlagerseitig auf der Kurbelwange in der Achse des Hubzapfens eine runde Kuppe und verbindet diese in Richtung des Hauptlagerzapfens mit einer Rippe. Hierdurch soll eine Absenkung der Beanspruchung in der Kurbelwange erreicht werden.
Hiervon ausgehend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kurbelwange bereitzustellen, die bei einfacher Herstellung eine erhöhte Biegesteifigkeit ohne nennenswerte Gewichtszunahme oder ein reduziertes Gewicht ohne nennenswerte Einbuße der Biegesteifigkeit zuläßt.
Die Lösung hierfür besteht in einer Kurbelwange für eine Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine, die in einem Bereich einer Pleuelachse auf einer ersten Seite zur Verbindung mit einem Hubzapfen vorgesehen ist und die auf einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite mit Versatz zu der Pleuelachse in einem Bereich einer Lagerachse zur Verbindung mit einem Hauptlagerzapfen vorgesehen ist, wobei auf der zweiten Seite der Kurbelwange eine Verstärkungsrippe ausgebildet ist, wobei die Verstärkungsrippe parallel zu einer Ebene verläuft, die durch die Lagerachse und die Pleuelachse aufgespannt ist und wobei die Verstärkungsrippe die Pleuelachse schneidet. Durch eine derart verlaufende Verstärkungsrippe an der Kurbelwange kann vorteilhafterweise eine Erhöhung der Biegesteifigkeit über den gesamten Kurbelradius einer Kurbelwelle erreicht werden. Der Kurbelradius ist der Versatz zwischen Pleuelachse und Lagerachse. Bevorzugt wird die Verstärkungsrippe in dem am höchsten belasteten Bereich hauptlagerseitig an der Kurbelwange angeordnet. Um die Gewichtszunahme durch das Anbringen der Verstärkungsrippe zu kompensieren, kann in den der Rippe benachbarten Bereichen, die spezifisch geringer belastet sind, Material weggenommen bzw. eingespart werden. Die erfindungsgemäße Verstärkungsrippe kann hierbei sowohl die Kurbelwellenmasse bei minimaler Einbuße an Biegesteifigkeit reduzieren oder auch die Biegesteifigkeit der Kurbelwelle bei minimaler Masseerhöhung erhöhen. Von Vorteil ist weiterhin, daß die erfindungsgemäße Verstärkungsrippe sowohl an Kurbelwangen von gebauten, gegossenen als auch von geschmiedeten Kurbelwellen vorgesehen werden kann. Erfindungsgemäß verläuft die Verstärkungsrippe parallel zu der Ebene. Dies bedeutet, daß eine Längsachse der Verstärkungsrippe in ihrer Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Ebene verläuft. Bevorzugt verlaufen auch insbesondere geradlinige Außenkanten der Verstärkungsrippe parallel zu der Ebene. Weiterhin bevorzugt liegt die Verstärkungsrippe, insbesondere die Längsachse der Verstärkungsrippe, in der Ebene, wobei die Verstärkungsrippe als Ganzes infolge ihrer körperlichen Ausdehnung sich auch außerhalb der Ebene erstreckt. Besonders bevorzugt bildet die Ebene eine Spiegelebene der Verstärkungsrippe. Hierdurch sind gute Symmetrieeigenschaften gewährleistet, insbesondere sind in diesem Fall die benachbarten Bereiche, in denen Material eingespart wird, gleichförmig ausgebildet.
Bevorzugt erstreckt sich die Verstärkungsrippe von einer Umfangskante der Kurbelwange bis in einen Bereich, in dem der Hauptlagerzapfen mit der Kurbelwange verbindbar ist. Hierbei ist mit Bereich ein unmittelbar angrenzender Bereich gemeint. Dies gewährleistet, dass die Verstärkungsrippe sich über eine maximal mögliche Länge in der Ebene, die durch die Lagerachse und die Pleuelachse aufgespannt wird, auf der Kurbelwange erstreckt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Verstärkungsrippe bei mit der Kurbelwange verbundenem Hauptlagerzapfen zumindest mittelbar an dem Hauptlagerzapfen ansetzt. Mittelbar an dem Hauptlagerzapfen ansetzen kann beispielsweise bedeuten, daß die Verstärkungsrippe unmittelbar an einer axialen Anlaufschulter des Hauptlagerzapfens ansetzt.
Die Verstärkungsrippe ist im Querschnitt betrachtet vorzugsweise eckig gestaltet, wobei insbesondere ein viereckiger Querschnitt günstig ist. Hierbei kann selbstverständlich für einen günstigen Kraftverlauf vorgesehen sein, daß die Ecken abgerundet oder mit einer Fase ausgeführt sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung setzt an der Verstärkungsrippe eine Querrippe an, wobei die Querrippe quer zur Ebene verläuft. Durch eine Querrippe kann in vorteilhafterweise eine Erhöhung der Biegesteifigkeit um eine weitere Biegeachse erreicht werden. Bevorzugt ergeben die Verstärkungsrippe und die Querrippe zusammen im wesentlichen eine T-förmige Rippenstruktur. Um die Gewichtszunahme durch das Anbringen der Querrippe zu kompensieren, kann in den der Rippe benachbarten Bereichen, die spezifisch geringer belastet sind, Material weggenommen bzw. eingespart werden.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die Querrippe die Verstärkungsrippe in dem Bereich schneidet, in dem der Hauptlagerzapfen mit der Kurbelwange verbindbar ist. Hierdurch ist gewährleist, daß die Querrippe möglichst mittig zwischen der Pleuelachse des Hubzapfens und der Lagerachse des Hauptlagerzapfens an der Verstärkungsrippe ansetzt. Bevorzugt verläuft die Querrippe symmetrisch bezüglich der Ebene, wodurch auch hier die benachbarten Bereiche, in denen Material eingespart werden kann, gleichförmig ausgebildet sind. Durch diese symmetrische Ausgestaltung bildet die Querrippe bezogen auf die Verstärkungsrippe zwei gleichlange Teilabschnitte aus.
In Weiterführung der bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Querrippe im Bereich der maximalen Kurbelwangenbreite, ausgehend von der Verstärkungsrippe beidseitig bis zu der Umfangskante der Kurbelwange. Hierdurch ist gewährleistet, daß die Querrippe die maximal mögliche Länge quer zur Ebene entlang der Kurbelwange ausnutzt. Bevorzugt verläuft die Querrippe V-förmig. Insbesondere ist vorgesehen, daß jeder der Teilabschnitte der Querrippe zu der Verstärkungsrippe einen Winkel von etwas über 90° ausbildet, so daß beide Teilabschnitte der Querrippe auf der der Verstärkungsrippe abgewandten Seite einen Winkel von etwas unter 180° einschließen.
In Weiterführung der Erfindung kann die Verstärkungsrippe in einem Schnitt entlang der Ebene zumindest abschnittsweise einen konkaven, einen geradlinigen oder einen konvexen Verlauf aufweisen.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Kurbelwelle für eine Kolbenbrennkraftmaschine, umfassend zumindest einen Hubzapfen, zumindest zwei Hauptlagerzapfen und zumindest zwei Kurbelwangen, die in der Pleuelachse auf einander zugewandten Seiten durch den Hubzapfen verbunden sind, wobei jeder Hauptlagerzapfen in der Lagerachse mit jeweils einer der Kurbelwangen auf einer Seite verbunden ist, die dem Hubzapfen abgewandt ist, und wobei zumindest eine der Kurbelwangen eine erfindungsgemäße Kurbelwange, wie vorstehend beschrieben, ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Hierin zeigen:
1 eine Kurbelwelle in Axialansicht mit einer erfindungsgemäßen Verstärkungsrippe und
2 eine Kurbelwelle in Seitenansicht mit einer erfindungsgemäßen Verstärkungsrippe mit

a) einem konkaven Verlauf,
b) einem geradlinigen Verlauf,
c) einem konvexen Verlauf.

Die 1 und 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben.
Es ist ein Abschnitt einer Kurbelwelle 1 mit einem Hauptlagerzapfen 2, einem schematisch angedeuteten Hubzapfen 3 an einer ersten Seite S1 (siehe 2) einer diese verbindenden Kurbelwange 4 und ein Gegengewicht 8 gezeigt, das sich auf einem dem Hubzapfen 3 abgewandten Ende an die Kurbelwange 4 anschließt. Über den Hauptlagerzapfen 2 kann die Kurbelwelle 1 in einem nicht dargestellten Kurbelwellenhauptlager um eine Lagerachse A1 rotieren. Über den Hubzapfen 3 kann ein nicht dargestelltes Pleuel bei Drehung der Kurbelwelle 1 um die Lagerachse A1 um eine Pleuelachse A2 rotieren. Die Lagerachse A1 und die Pleuelachse A2 spannen eine Ebene E auf.
Auf der Kurbelwange 4 auf einer von der ersten Seite S1 abgewandten zweiten Seite S2, also hauptlagerzapfenseitig ist, eine Verstärkungsrippe 5 und eine Querrippe 6 in etwa auf der Höhe des Hubzapfens 3 angeordnet. Die Verstärkungsrippe 5 und die Querrippe 6 bilden zusammen eine T-förmige Rippenstruktur 7, wobei die Verstärkungsrippe 6 bis zu einer Umfangskante 10 der Kurbelwange 4 reicht, wie auch in 2 zu erkennen ist. Andererseits erstreckt sich die Verstärkungsrippe 5 bis an eine axiale Anlaufschulter 12 des Hauptlagerzapfens 2, wie auch in 2 zu erkennen ist. Die Querrippe 6 verläuft etwas oberhalb der Anlaufschulter 12 ausgehend von dem Ende der Verstärkungsrippe 5 mit Teilabschnitten 13, 13' beidseitig zur Umfangskante 10 der Kurbelwange 4, wie in 1 zu erkennen ist. Die Kurbelwange 4 hat in diesem Bereich annähernd ihre breiteste Ersteckung. Jeder der Teilabschnitte 13, 13' der Querrippe 6 bildet zu der Verstärkungsrippe 5 einen Winkel von etwas über 90° aus, so daß beide Teilabschnitte 13, 13' bezogen auf die Verstärkungsrippe 5 V-förmig verlaufen.
Seitlich der Verstärkungsrippe 5 sind Bereiche 11, 11' bezeichnet, in denen weniger Material vorgesehen werden kann, um eine Kompensation des Mehrgewichts der Verstärkungsrippe 5, verglichen mit einer Kurbelwange ohne T-förmige Rippenstruktur zu erreichen.
In den 2a bis 2c sind alternative Seitenprofile der Verstärkungsrippe 5 zu erkennen. 2a zeigt einen zumindest abschnittsweise konkaven Verlauf, 2b einen zumindest abschnittsweise geradlinigen und 2c einen zumindest abschnittsweise konvexen Verlauf des Seitenprofils.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwellenabschnitt
2: Hauptlagerzapfen
3: Hubzapfen
4: Kurbelwange
5: Verstärkungsrippe
6: Querrippe
7: T-förmige Rippenstruktur
8: Gegengewicht
10: Umfangsabschnitt
11, 11': Bereiche für Materialeinsparung
12: Anlaufschulter
13, 13: Teilabschnitt
E: Ebene
A1: Lagerachse
A2: Pleuelachse
S1: Erste Seite der Kurbelwange
S2: Zweite Seite der Kurbelwange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 60009029 T2 [0003]

Claims

Kurbelwange (4) für eine Kurbelwelle (1) einer Kolbenbrennkraftmaschine, die in einem Bereich einer Pleuelachse (A2) auf einer ersten Seite (S1) zur Verbindung mit einem Hubzapfen (3) vorgesehen ist und die auf einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite (S2) mit Versatz zu der Pleuelachse (A2) in einem Bereich einer Lagerachse (A1) zur Verbindung mit einem Hauptlagerzapfen (2) vorgesehen ist, wobei auf der zweiten Seite der Kurbelwange (4) eine Verstärkungsrippe (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippe (5) parallel zu einer Ebene (E) verläuft, die durch die Lagerachse (A1) und die Pleuelachse (A2) aufgespannt ist und daß die Verstärkungsrippe (5) die Pleuelachse (A2) schneidet.
Kurbelwange (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verstärkungsrippe (5) von einer Umfangskante (10) der Kurbelwange (4) bis in einen Bereich erstreckt, in dem der Hauptlagerzapfen (2) mit der Kurbelwange (4) verbindbar ist.
Kurbelwange (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippe (5) bei mit der Kurbelwange (4) verbundenem Hauptlagerzapfen (2) zumindest mittelbar an dem Hauptlagerzapfen (2) ansetzt.
Kurbelwange (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippe (5) im Querschnitt betrachtet eckig, insbesondere viereckig, gestaltet ist.
Kurbelwange (4) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verstärkungsrippe (5) eine Querrippe (6) ansetzt, wobei die Querrippe (6) quer zur Ebene (E) verläuft.
Kurbelwange (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrippe (6) die Verstärkungsrippe (5) in dem Bereich schneidet, in dem der Hauptlagerzapfen (2) mit der Kurbelwange (4) verbindbar ist.
Kurbelwange (4) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrippe (6) symmetrisch bezüglich der Ebene (E) verläuft.
Kurbelwange (4) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrippe (6) V-förmig verläuft.
Kurbelwange (4) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querrippe (6) im Bereich der maximalen Kurbelwangenbreite ausgehend von der Verstärkungsrippe (5) beidseitig bis zu der Umfangskante (10) der Kurbelwange (4) erstreckt.
Kurbelwange (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippe (5) in einem Schnitt entlang der Ebene (E) zumindest abschnittsweise einen konkaven Verlauf aufweist.
Kurbelwange (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippe (5) in einem Schnitt entlang der Ebene (E) zumindest abschnittsweise einen geradlinigen Verlauf aufweist.
Kurbelwange (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippe (5) in einem Schnitt entlang der Ebene (E) zumindest abschnittsweise einen konvexen Verlauf aufweist.
Kurbelwelle (1) für eine Kolbenbrennkraftmaschine, umfassend zumindest einen Hubzapfen (3), zumindest zwei Hauptlagerzapfen (4) und zumindest zwei Kurbelwangen (4), die in der Pleuelachse (A2) auf einander zugewandten Seiten durch den Hubzapfen (3) verbunden sind, wobei jeder Hauptlagerzapfen (2) in der Lagerachse (A1) mit jeweils einer der Kurbelwangen (4) auf einer Seite verbunden ist, die dem Hubzapfen (3) abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kurbelwangen (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.