DE102010012100A1 - Crankshaft for reciprocating engine of motor vehicle, by which translational movement of piston of reciprocating engine is converted into rotational movement of the crankshaft and which is made of steel, comprises outer peripheral section - Google Patents

Crankshaft for reciprocating engine of motor vehicle, by which translational movement of piston of reciprocating engine is converted into rotational movement of the crankshaft and which is made of steel, comprises outer peripheral section Download PDF

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DE102010012100A1
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Dr. Joos Rainer
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Abstract

The crankshaft (10) for a reciprocating engine of a motor vehicle, by which a translational movement of a piston of the reciprocating engine is converted into a rotational movement of the crankshaft and which is made of steel, comprises an outer peripheral section formed from steel and formed as a bearing surface for bearing the crankshaft and/or a connecting rod, where the bearing surface is formed as a moving web for cylindrical roller body. The crankshaft is area-wisely formed from a steel, which contains a carbon content of 0.5-0.8 wt.%. The crankshaft (10) for a reciprocating engine of a motor vehicle, by which a translational movement of a piston of the reciprocating engine is converted into a rotational movement of the crankshaft and which is made of steel, comprises an outer peripheral section formed from steel and formed as a bearing surface for bearing the crankshaft and/or a connecting rod, where the bearing surface is formed as a moving web for cylindrical roller body. The crankshaft is area-wisely formed from a steel, which contains a carbon content of 0.5-0.8 wt.%. The crankshaft is hardened on the bearing surface by a surface layer hardening, laser hardening, electron beam hardening and/or induction hardening and is optionally tempered in connection to the hardening. The crankshaft on the bearing surface has a surface hardness of 58 HRC and/or has an edge hardening depth of 0.5 mm. An independent claim is included for a method for producing a crankshaft for a reciprocating engine of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kurbelwelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art.The invention relates to a crankshaft for a reciprocating engine specified in the preamble of claim 1 species and a method for producing such a crankshaft specified in the preamble of claim 9 Art.

Die EP 0 623 761 B1 offenbart eine Lagerung einer Kurbelwelle in einem Triebwerksgehäuse einer Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwelle in einem Umfangsabschnitt als Innenlaufbahn für zylindrische, insbesondere nadelförmige Wälzkörper einer Wälzlagerung mit einem eine gehärtete und feinst bearbeitete Laufbahn aufweisenden äußeren Lagerring dient.The EP 0 623 761 B1 discloses a bearing of a crankshaft in an engine housing of an internal combustion engine, wherein the crankshaft in a peripheral portion serves as an inner race for cylindrical, in particular acicular rolling elements of a rolling bearing with a hardened and finely machined raceway having outer bearing ring.

Diese sowie die aus dem Serienbau von Kraftwagen bekannten Kurbelwellen weisen unzureichende Eigenschaften zur effizienten Lagerung der Kurbelwellen auf.These and known from the mass production of cars crankshafts have inadequate properties for efficient storage of crankshafts.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurbelwelle der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine verbesserte Lagerung ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a crankshaft of the type mentioned, which allows for improved storage.

Diese Aufgabe wird durch eine Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kurbelwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a crankshaft for a reciprocating engine having the features of patent claim 1 and by a method for producing such a crankshaft having the features of patent claim 9. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine des Kraftwagens, mittels welcher eine translatorische Bewegung wenigstens eines Kolbens der Hubkolbenmaschine in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umwandelbar ist und welche zumindest im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Kurbelwelle zumindest bereichsweise aus einem Stahl gebildet ist, welcher im Wesentlichen einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von einschließlich 0,5 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis einschließlich 0,8 Gew.-% aufweist.An inventive crankshaft for a reciprocating engine of the motor vehicle, by means of which a translational movement of at least one piston of the reciprocating engine is convertible into a rotational movement of the crankshaft and which is at least substantially formed of steel, characterized in that the crankshaft at least partially made of a steel having substantially a carbon content in a range of from 0.5 wt% (wt%) to 0.8 wt% inclusive.

Der Kohlenstoffgehalt in dem angegebenen Bereich ermöglicht ein zumindest örtliches Härten der Kurbelwelle, so dass diese in gehärteten Bereichen eine besonders hohe Ermüdungsbeständigkeit und damit besonders gute Eigenschaften für Lager aufweist.The carbon content in the specified range allows at least local hardening of the crankshaft so that it has a particularly high fatigue resistance and thus particularly good properties for bearings in hardened areas.

So ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kurbelwelle wenigstens einen aus dem Stahl mit dem Kohlenstoffgehalt in dem Bereich von 0,5 bis 0.8 Gew.-% ausgebildeten Außenumfangsabschnitt aufweist, welcher als Lagerstelle zur Lagerung der Kurbelwelle oder eines Pleuels ausgebildet ist, wobei die Lagerstelle wiederum als Laufbahn für Wälzkörper, insbesondere für zumindest im Wesentlichen zylindrische Wälzkörper, ausgebildet ist. Der Stahl mit dem genannten Kohlenstoffgehalt führt dazu, dass die aus diesem Stahl gebildete Lagerstelle besonders gut gehärtet und somit an der Lagerstelle eine hohe Oberflächenhärte und günstige Druckeigenspannungen ausgebildet werden kann, die eine sehr gute, dauerhafte und effiziente Lagerung der Kurbelwelle oder eines Pleuels über die Lagerstelle ermöglicht.Thus, in an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the crankshaft has at least one outer circumferential section formed from the steel with the carbon content in the range from 0.5 to 0.8% by weight, which is designed as a bearing for supporting the crankshaft or a connecting rod , wherein the bearing in turn is designed as a raceway for rolling elements, in particular for at least substantially cylindrical rolling elements. The steel with the stated carbon content means that the bearing formed from this steel hardened particularly well and thus at the bearing a high surface hardness and favorable compressive stresses can be formed, which is a very good, durable and efficient storage of the crankshaft or a connecting rod on the Storage location allows.

Die Kurbelwelle kann somit selbst über den besagten Außenumfangsabschnitt als Innenkörper, insbesondere Innenring, eines Wälzlagers fungieren, wodurch die Kurbelwelle bzw. das Pleuel besonders reibungs- und damit verlustarm zu lagern ist. Dies führt dazu, dass die Hubkolbenmaschine besonders geringe, innere Reibungsverluste aufweist, was zu einem geringen Kraftstoffverbrauch und damit zu geringen CO2-Emissionen führt.The crankshaft can thus act even on the said outer peripheral portion as an inner body, in particular inner ring of a rolling bearing, whereby the crankshaft and the connecting rod is particularly friction and thus to store low-loss. As a result, the reciprocating engine has particularly low internal friction losses, resulting in low fuel consumption and thus low CO 2 emissions.

Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Kurbelwelle einen sehr geringen Bauraumbedarf auf, da Innenkörper zur Darstellung eines Wälzlagers entfallen können. Dies hält auch die Teileanzahl in einem geringen Rahmen, woraus geringe Kosten für die Hubkolbenmaschine resultieren. Darüber hinaus geht mit der geringen Teileanzahl ein geringes Gewicht einher, was den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine ebenso gering hält.Furthermore, the crankshaft according to the invention has a very small space requirement, since inner body can be omitted to represent a rolling bearing. This also keeps the number of parts in a small frame, resulting in low costs for the reciprocating engine. In addition, is associated with the low number of parts a low weight, which keeps the fuel consumption and CO 2 emissions of the reciprocating engine as low.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Kurbelwelle zumindest an der Lagerstelle durch ein Härteverfahren gehärtet, wodurch sich dort optimale Lagerungsbedingungen zur Lagerung der Welle in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine und/oder zur Lagerung eines Pleuels, beispielsweise an einem Hubzapfen der Kurbelwelle, realisieren lassen. An dieser Lagerstelle weist die Kurbelwelle somit eine höhere Härte, insbesondere Oberflächenhärte, auf als in übrigen Bereichen der Kurbelwelle außer gegebenenfalls an etwaig vorhandenen, weiteren, derartigen Lagerstellen. So ist es ohne weiteres möglich, dass die Kurbelwelle eine Mehrzahl derartiger Lagerstellen aufweist, die aus dem Stahl mit dem genannten Kohlenstoffgehalt ausgebildet sind. Wie bereits angedeutet, können diese Lagerstellen dazu dienen, die Kurbelwelle in dem Kurbelgehäuse und/oder mehrere Pleuel beispielsweise über Hubzapfen der Kurbelwelle an dieser reibungsarm zu lagern.In an advantageous embodiment of the invention, the crankshaft is hardened at least at the bearing by a hardening process, which can be there optimum storage conditions for supporting the shaft in a crankcase of the reciprocating engine and / or for storage of a connecting rod, for example, on a crankpin, realize the crankshaft. At this bearing point, the crankshaft thus has a higher hardness, in particular surface hardness, than in other areas of the crankshaft, except where appropriate to any existing, further, such bearings. Thus, it is readily possible that the crankshaft has a plurality of such bearings, which are formed of the steel having said carbon content. As already indicated, these bearings can serve to store the crankshaft in the crankcase and / or a plurality of connecting rods, for example, via crankpins of the crankshaft at this low friction.

Dabei ist es möglich, die Kurbelwelle aus einem Stahl auszubilden, der ohne Behandlungsverfahren der Kurbelwelle oder dergleichen bereits einen Kohlenstoffgehalt in dem Bereich von einschließlich 0,5 Gew.-% bis einschließlich 0,8 Gew.-% aufweist. Bei einem solchen Stahl handelt es sich beispielsweise um einen Stahl mit der Bezeichnung C53G (früher Cf53) oder vorzugsweise um einen Stahl mit der Bezeichnung C56E2, welcher hinsichtlich einer Wälzbeständigkeit sehr günstige Eigenschaften aufweist. Ebenso ist denkbar, andere Stähle im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% C als den genannten C56E2 zu verwenden, die arm an Störelementen wie Schwefel (max. 0,015 Gew.-%) und Phosphor (max. 0,025 Gew.-%) sind und somit eine erhöhte Reinheit zur Gewährleistung optimaler Wälzeigenschaften aufweisen.At this time, it is possible to form the crankshaft from a steel which already has a carbon content in the range of inclusive without a treatment process of the crankshaft or the like 0.5 wt .-% up to and including 0.8 wt .-%. Such a steel is, for example, a steel with the designation C53G (formerly Cf53) or preferably a steel with the designation C56E2, which has very favorable properties with respect to rolling resistance. It is also conceivable to use other steels in the range from 0.5% by weight to 0.8% by weight of C as the said C56E2, which are poor in interfering elements such as sulfur (max 0.015% by weight) and phosphorus ( 0.025 wt%) and thus have increased purity to ensure optimum rolling properties.

Ebenso ist es möglich, durch ein Wärmebehandlungsverfahren der Kurbelwelle, beispielsweise durch Aufkohlen, den Kohlenstoffgehalt zumindest in Oberflächennähe der Lagerstelle(n) im Bereich von einschließlich 0,5 Gew.-% bis einschließlich 0,8 Gew.-% einzustellen. Dabei wird beispielsweise lediglich eine Randschicht des Stahls bzw. der Kurbelwelle mit Kohlenstoff angereichert, wodurch die Kurbelwelle bzw. ihr Stahl in diesen Bereichen gut härtbar ist und dort die günstigen Lagerungseigenschaften eingestellt werden können.It is also possible, by a heat treatment process of the crankshaft, for example by carburizing, to set the carbon content at least near the surface of the bearing (s) in the range of from 0.5% by weight to 0.8% by weight inclusive. In this case, for example, only an edge layer of the steel or the crankshaft is enriched with carbon, whereby the crankshaft or its steel is well curable in these areas and there the favorable storage properties can be adjusted.

Als weitere Legierungsvariante wird vorgeschlagen, einen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% zusätzlich mit Legierungselementen wie Vanadium, Titan, Niob, Bor und Stickstoff gezielt zu modifizieren. Diese genannten Elemente können entweder einzeln oder in Kombination zugesetzt werden. Vorzugsweise ist der Anteil dieser Elemente in Summe kleiner als 1,5 Gew.-%.As a further alloy variant, it is proposed to modify a steel with a carbon content of 0.5 wt .-% to 0.8 wt .-% additionally with alloying elements such as vanadium, titanium, niobium, boron and nitrogen targeted. These mentioned elements can be added either singly or in combination. Preferably, the proportion of these elements in total is less than 1.5 wt .-%.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftwagens, mittels welcher einer translatorische Bewegung eines Kolbens der Hubkolbenmaschine in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umwandelbar ist, und welche zumindest im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kurbelwelle zumindest bereichsweise aus einem Stahl gebildet wird, welcher im Wesentlichen einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,5 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis einschließlich 0,8 Gew.-% aufweist. Der Kohlenstoffgehalt von 0,5 Gew.-% bis einschließlich 0,8 Gew.-% kann auch auf die Oberflächennähe der Lagerstelle(n) beschränkt sein. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kurbelwelle sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt anzusehen. Somit ermöglicht auch das erfindungsgemäße Verfahren die Darstellung einer Kurbelwelle mit sehr guten Härte- und damit mit verbesserten Lagerungseigenschaften.The second aspect of the invention relates to a method for producing a crankshaft for a reciprocating engine of a motor vehicle, by means of which a translational movement of a piston of the reciprocating engine is convertible into a rotational movement of the crankshaft, and which is formed at least substantially of steel. According to the invention, it is provided that the crankshaft is at least partially formed from a steel which essentially has a carbon content in a range from 0.5% by weight (% by weight) up to and including 0.8% by weight. The carbon content of 0.5 wt.% To 0.8 wt.% Inclusive may also be limited to the surface proximity of the bearing (s). Further embodiments of the crankshaft according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa. Thus, the inventive method allows the representation of a crankshaft with very good hardness and thus with improved storage properties.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird beispielsweise ein Halbzeug bereitgestellt und durch ein Schmiedeverfahren zur Herstellung der Kurbelwelle umgeformt. Anschließend kann in bevorzugter Weise durch eine BY-Behandlung ein schmiedeperlitisches Gefüge mit für den verwendeten Stahl definierten Festigkeitskennwerten eingestellt werden. Bei einer solchen BY-Behandlung handelt es sich um ein geregeltes Abkühlen von Schmiede- und/oder Walzteilen aus der Umformwärme. Ziel dabei ist das Einstellen eines gleichmäßigen und definierten Gefügezustands, welcher eine Gebrauchsfestigkeit und/oder eine optimale Bearbeitbarkeit erfüllt.In the method according to the invention, for example, a semi-finished product is provided and formed by a forging method for producing the crankshaft. Subsequently, in a preferred manner by a BY treatment a Schmiedeperlitisches structure can be set with defined for the steel strength parameters. In such a BY treatment is a controlled cooling of forged and / or rolled parts from the forming heat. The aim is to set a uniform and defined microstructure state, which fulfills a use resistance and / or an optimal workability.

Zusätzlich kann durch gezieltes Legieren mit den Elementen Vanadium, Titan, Niob, Bor und Stickstoff, einzeln oder in Kombination, die durch BY-Behandlung erzielbare Festigkeit des Grundmaterials modifiziert werden.In addition, by selective alloying with the elements vanadium, titanium, niobium, boron and nitrogen, individually or in combination, the strength of the base material that can be achieved by BY treatment can be modified.

An die BY-Behandlung schließt sich z. B. eine Weichbearbeitung an. Ebenso kann vorgesehen sein, dass zur Ausbildung des Außenumfangsbereichs der Kurbelwelle als Lagerstelle, die als Laufbahn für die Wälzkörper fungiert, dieser Außenumfangsbereich bzw. mehrere derartige Bereiche entsprechend zerspanend vorbearbeitet wird bzw. werden.The BY treatment is followed by z. B. on a soft machining. Likewise, it can be provided that for the formation of the outer peripheral region of the crankshaft as a bearing point, which acts as a raceway for the rolling elements, this outer peripheral region or a plurality of such regions is machined or machined accordingly.

Idealerweise wird das Schmiedeteil aus Kostengründen unmittelbar aus der Schmiedehitze entsprechend der oben genannten BY-Behandlung abgekühlt. Dies vermeidet zusätzliche Wärmebehandlungskosten und erlaubt eine gute Zerspanbarkeit der Welle. Wenn es konstruktive Randbedingungen erforderlich machen, dass die Kurbelwelle eine höhere Grundfestigkeit aufweisen muss als diese beim verwendeten Stahl über BY-Behandlung erreichbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Schmiedeteil direkt aus der Schmiedehitze vergütet wird oder in einem dem Schmieden nachgelagerten Schritt separat vergütet wird.Ideally, the forging is cooled for cost reasons directly from the forging heat according to the above BY treatment. This avoids additional heat treatment costs and allows a good machinability of the shaft. If design constraints require that the crankshaft have a higher basic strength than that achievable by BY treatment in the steel used, it is proposed that the forging be annealed directly from forging heat or be separately annealed in a forging downstream step.

Im Fortgang werden dann die entsprechenden Lagerstellen durch ein geeignetes Verfahren gehärtet. Als Härteverfahren wird beispielsweise ein Laserhärten, ein Elektronenstrahlhärten oder ein Induktionshärten durchgeführt. Das Induktionshärten birgt dabei den Vorteil, dass es sich um ein kostengünstiges Verfahren insbesondere zur Serienfertigung von Kurbelwellen handelt, welches den Investitionsbedarf und damit die Kosten in einem geringen Rahmen hält.In progress, the corresponding bearings are then cured by a suitable method. As a hardening method, for example, laser hardening, electron beam hardening or induction hardening is performed. The induction hardening has the advantage that it is a cost-effective method, in particular for the mass production of crankshafts, which keeps the investment requirements and thus the costs in a small frame.

Bedingt durch den relativ hohen Kohlenstoffgehalt der Kurbelwelle, insbesondere an den Lagerstellen, wird durch das Härteverfahren vorteilhafter Weise eine Oberflächenhärte von im Mittel mindestens 58 HRC (Rockwell Härte) eingestellt. Des Weiteren wird bevorzugt eine Randhärtetiefe ausgebildet, die im Mittel mindestens 0,5 mm beträgt. Gleichzeitig werden bei einer derartigen Randschichthärtung Druckeigenspannungen an oberflächennahen Zonen erreicht, die sich hinsichtlich betriebsbedingter Pressungen positiv auf eine hohe Lebensdauer auswirken.Due to the relatively high carbon content of the crankshaft, in particular at the bearing points, a surface hardness of on average at least 58 HRC (Rockwell hardness) is advantageously set by the hardening process. Furthermore, an edge hardening depth is preferably formed which is on average at least 0.5 mm. At the same time in such a surface hardening compressive stresses on near-surface zones are reached, which have a positive effect on a long service life with regard to operational pressures.

Im Anschluss an das Härteverfahren kann ein Entspannen der randschichtgehärteten Bereiche beispielsweise durch Anlassen in einem Ofen, durch induktives Kurzzeitanlassen sowie vorrangig durch Anlassen aus der Restwärme erfolgen.After the hardening process, the surface-hardened areas can be relaxed, for example, by tempering in an oven, by inductive short-term tempering, and primarily by tempering from the residual heat.

Im Weiteren wird die Lagerstelle bzw. werden die Lagerstellen entsprechend hart bearbeitet, um erforderliche Genauigkeiten und Oberflächentopographien einzustellen.Furthermore, the bearing or the bearings will be processed accordingly hard to adjust required accuracies and surface topographies.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in der Figur ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Kurbelwelle, welche aus einem Stahl ausgebildet ist, welcher einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von einschließlich 0,5 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis einschließlich 0,8 Gew.-% aufweist.The drawing shows in fragmentary form a schematic longitudinal sectional view of a crankshaft formed of a steel having a carbon content in a range of from 0.5% by weight (wt%) to 0.8% inclusive by weight.

Die Figur zeigt eine Kurbelwelle 10 für eine Hubkolbenmaschine mit einer Hauptlagerstelle 12, welche in Längserstreckungsrichtung der Kurbelwelle 10 gemäß einem Richtungspfeil 14 zwischen zwei Kurbelwangen 16 und 18 angeordnet ist. Die Hauptlagerstelle 12 der Kurbelwelle 10 dient dazu, die Kurbelwelle 10 in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine zu lagern. Die Hauptlagerstelle 12 ist dabei durch einen Außenumfangsabschnitt der Kurbelwelle 10 gebildet und fungiert direkt als Laufbahn für Wälzkörper, welche also direkt auf dem Außenumfangsabschnitt und damit der Hauptlagerstelle 12, das heißt direkt auf der Kurbelwelle 10 abrollen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Hauptlagerstelle 12 der Kurbelwelle 10 als Innenring eines Wälzlagers zur Lagerung der Kurbelwelle 10 fungiert. Dadurch ist die Kurbelwelle 10 besonders reibungs- und verlustarm lagerbar, was zu einem sehr geringen Kraftstoffverbrauch und damit zu geringen CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine führt.The figure shows a crankshaft 10 for a reciprocating engine with a main bearing 12 , which in the longitudinal direction of the crankshaft 10 according to a directional arrow 14 between two crank webs 16 and 18 is arranged. The main depository 12 the crankshaft 10 serves the crankshaft 10 store in a crankcase of the reciprocating engine. The main depository 12 is by an outer peripheral portion of the crankshaft 10 formed and acts directly as a raceway for rolling elements, which thus directly on the outer peripheral portion and thus the main bearing point 12 that means directly on the crankshaft 10 roll. In other words, this means that the main depository 12 the crankshaft 10 as an inner ring of a rolling bearing for the bearing of the crankshaft 10 acts. This is the crankshaft 10 storable particularly low friction and loss, resulting in a very low fuel consumption and thus low CO 2 emissions of the reciprocating engine.

Zur Darstellung sehr guter Lagerungseigenschaften der Kurbelwelle 10 ist diese zumindest im Bereich der Hauptlagerstelle 12 aus einem Stahl gebildet, welcher einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt aufweist, der zumindest im Wesentlichen in einem Bereich von einschließlich 0,5 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis einschließlich 0,8 Gew.-% liegt. Dieser relativ hohe Kohlenstoffgehalt erlaubt es, die Kurbelwelle 10 zumindest im Bereich der Hauptlagerstelle 12 durch ein Randschichthärteverfahren zu härten und anschließend vorzugsweise anzulassen. Dabei wird eine in der Figur schematisch dargestellte Randschichthärtezone 20 ausgebildet, welche eine Oberflächenhärte von mindestens 58 HRC (Rockwell-Härte) aufweist. Die Randhärtetiefe der Randschichthärtezone 20 beträgt zumindest 0,5 mm.To show very good storage properties of the crankshaft 10 this is at least in the area of the main depository 12 is formed from a steel having a relatively high carbon content which is at least substantially within a range of from 0.5% by weight (wt%) to 0.8% inclusive by weight. This relatively high carbon content allows the crankshaft 10 at least in the area of the main depository 12 hardened by a surface hardening process and then preferably to temper. In this case, a surface hardening zone shown schematically in the figure 20 formed, which has a surface hardness of at least 58 HRC (Rockwell hardness). The surface hardening depth of the surface hardening zone 20 is at least 0.5 mm.

Damit weist die Kurbelwelle 10 zumindest im Bereich der Hauptlagerstelle 12 sehr gute Härte- und infolge des Härteverfahren sehr gute Härtewerte und Druckeigenspannungen auf, die einer sehr guten Wälzlagerung der Kurbelwelle 10 mit einer hohen Lebensdauer zugute kommen.This indicates the crankshaft 10 at least in the area of the main depository 12 very good hardness and, as a result of the hardening process, very good hardness values and internal compressive stresses, which is a very good rolling bearing of the crankshaft 10 benefit with a long service life.

Die Kurbelwelle 10 kann dabei eine Mehrzahl von Hauptlagerstellen gemäß der Hauptlagerstelle 12 aufweisen, über welche sie in dem Kurbelgehäuse lagerbar ist. Das bzgl. den Härte- und Lagerungseigenschaften der Hauptlagerstelle 12 Ausgeführte gilt dabei für anderweitige Lagerstellen analog. Ebenso kann die Kurbelwelle 10 eine Mehrzahl von Hubzapfen aufweisen, an welchen jeweils ein Pleuel gelagert werden kann. Auch bei dieser Lagerung der Pleuel an dem korrespondierenden Hubzapfen kann eine Wälzlagerung entsprechend der Hauptlagerstelle 12 eingesetzt werden, wobei entsprechende Lagerstellen der Hubzapfen ebenso aus einem bzw. dem Stahl ausgebildet sind, welcher einen Kohlenstoffgehalt aufweist, welcher zumindest im Wesentlichen in einem Bereich von einschließlich 0,5 Gew.-% bis einschließlich 0,8 Gew.-% liegt und gegebenenfalls durch ein Härteverfahren gehärtet und gegebenenfalls angelassen ist. Somit können auch die Lagerstellen der Hubzapfen für die Pleuel als Laufbahnen für Wälzkörper fungieren, wobei entsprechende Wälzkörper direkt auf der Kurbelwelle bzw. auf den Hubzapfen abrollen. Dadurch ist also nicht nur die Kurbelwelle 10 in dem Kurbelgehäuse sondern sind auch die Pleuel an den Hubzapfen wälzgelagert, was die Reibungsverluste und damit den Kraftstoffverbrauch sowie die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine sehr gering hält. Auch die Lagerstellen der Hubzapfen können dabei vorteilhafter Weise Oberflächenhärtewerte von mindestens 58 HRC sowie eine Randhärtetiefe von mindestens 0,5 mm aufweisen.The crankshaft 10 can have a plurality of main storage locations according to the main storage 12 have, over which it is storable in the crankcase. With regard to the hardness and storage properties of the main storage location 12 The same applies analogously to other storage locations. Likewise, the crankshaft 10 have a plurality of crank pins, on each of which a connecting rod can be stored. Also in this storage of the connecting rod to the corresponding crank pin can a rolling bearing corresponding to the main bearing point 12 are used, wherein corresponding bearing points of the crank pins are also formed of a steel or the one which has a carbon content which is at least substantially in a range of from 0.5 wt .-% up to and including 0.8 wt .-% and optionally cured by a hardening process and optionally tempered. Thus, the bearings of the crank pins for the connecting rods can act as raceways for rolling elements, with corresponding rolling elements roll directly on the crankshaft or on the crank pin. So that's not just the crankshaft 10 in the crankcase but also the connecting rods are roller-mounted on the crank pin, which keeps the friction losses and thus the fuel consumption and CO 2 emissions of the reciprocating engine very low. The bearing points of the crank pins can advantageously surface hardness values of at least 58 HRC and a hardening depth of at least 0.5 mm have.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kurbelwellecrankshaft
1212
HauptlagerstelleMain bearing
1414
Richtungspfeilarrow
1616
Kurbelwangecrank web
1818
Kurbelwangecrank web
2020
RandschichthärteSurface hardening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0623761 B1 [0002] EP 0623761 B1 [0002]

Claims (10)

Kurbelwelle (10) für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftwagens, mittels welcher eine translatorische Bewegung wenigstens eines Kolbens der Hubkolbenmaschine in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle (10) umwandelbar ist, und welche zumindest im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) zumindest bereichsweise aus einem Stahl gebildet ist, welcher im Wesentlichen einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von einschließlich 0,5 Gew.-% bis einschließlich 0,8 Gew.-% aufweist.Crankshaft ( 10 ) for a reciprocating piston engine of a motor vehicle, by means of which a translational movement of at least one piston of the reciprocating piston engine into a rotational movement of the crankshaft ( 10 ) is convertible, and which is at least substantially formed of steel, characterized in that the crankshaft ( 10 ) is at least partially formed from a steel having substantially a carbon content in a range of from 0.5% to 0.8% by weight inclusive. Kurbelwelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) die Legierungselemente Vanadium, Titan, Niob, Bor und Stickstoff, einzeln oder in Kombination bis zu einem Gesamtgehalt von 1,5 Gew.-% enthält und/oder einen Gehalt an Schwefel unter 0,015 Gew.-% und an Phosphor unter 0,025 Gew.-% aufweist.Crankshaft ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the crankshaft ( 10 ) contains the alloying elements vanadium, titanium, niobium, boron and nitrogen, individually or in combination up to a total content of 1.5% by weight and / or a content of sulfur below 0.015% by weight and of phosphorus below 0.025% by weight. -% having. Kurbelwelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) wenigstens einen aus dem Stahl ausgebildeten Außenumfangsabschnitt aufweist, welcher als Lagerstelle (12) zur Lagerung der Kurbelwelle (10) und/oder eines Pleuels ausgebildet ist, wobei die Lagerstelle (12) als Laufbahn für Wälzkörper, insbesondere zumindest im Wesentlichen zylindrische Wälzkörper, ausgebildet ist.Crankshaft ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the crankshaft ( 10 ) has at least one outer peripheral portion formed from the steel, which serves as a bearing point ( 12 ) for the bearing of the crankshaft ( 10 ) and / or a connecting rod, the bearing point ( 12 ) is designed as a raceway for rolling elements, in particular at least substantially cylindrical rolling elements. Kurbelwelle (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) zumindest an der Lagerstelle (12) durch ein Härteverfahren gehärtet ist.Crankshaft ( 10 ) according to claim 3, characterized in that the crankshaft ( 10 ) at least at the depository ( 12 ) is hardened by a hardening process. Kurbelwelle (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) zumindest an der Lagerstelle (12) durch Randschichthärten, Laserhärten, Elektronenstrahlhärten und/oder Induktionshärten gehärtet und im Anschluss an das Härten gegebenenfalls angelassen ist.Crankshaft ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the crankshaft ( 10 ) at least at the depository ( 12 hardened by surface hardening, laser hardening, electron beam curing and / or induction hardening and optionally tempered after curing. Kurbelwelle (10) nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) zumindest an der Lagerstelle (12) eine Oberflächenhärte von mindestens 58 HRC aufweist und/oder die Kurbelwelle (10) zumindest an der Lagerstelle (12) eine Randhärtetiefe von mindestens 0,5 mm aufweist.Crankshaft ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the crankshaft ( 10 ) at least at the depository ( 12 ) has a surface hardness of at least 58 HRC and / or the crankshaft ( 10 ) at least at the depository ( 12 ) has a hardening depth of at least 0.5 mm. Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle (10) für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftwagens, mittels welcher eine translatorische Bewegung eines Kolbens der Hubkolbenmaschine in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle (10) umwandelbar ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und welche zumindest im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) zumindest bereichsweise aus einem Stahl gebildet wird, welcher im Wesentlichen einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von einschließlich 0,5 Gew.-% bis einschließlich 0,8 Gew.-% aufweist.Method for producing a crankshaft ( 10 ) for a reciprocating engine of a motor vehicle, by means of which a translational movement of a piston of the reciprocating engine into a rotational movement of the crankshaft ( 10 ) is convertible, in particular according to one of the preceding claims, and which is at least substantially formed of steel, characterized in that the crankshaft ( 10 ) is at least partially formed from a steel having substantially a carbon content in a range of from 0.5% to 0.8% by weight inclusive. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) zumindest bereichsweise einer BY-Behandlung unterzogen wird und/oder zumindest bereichsweise ein zumindest im Wesentlichen perlitisches Gefüge der Kurbelwelle (10) ausgebildet wird.Method according to claim 7, characterized in that the crankshaft ( 10 ) is at least partially subjected to a BY treatment and / or at least partially an at least substantially pearlitic structure of the crankshaft ( 10 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) nach dem Schmieden einer Vergütungs-Behandlung unterzogen wird.Method according to claim 7 or 8, characterized in that the crankshaft ( 10 ) is subjected to a tempering treatment after forging. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) zumindest an einer Lagerstelle (12) der Kurbelwelle (10) durch ein Härteverfahren, insbesondere durch Randschichthärten, gehärtet und/oder insbesondere durch Anlassen entspannt wird.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the crankshaft ( 10 ) at least at one depository ( 12 ) of the crankshaft ( 10 ) is hardened by a hardening process, in particular by surface hardening, and / or in particular relaxed by tempering.
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DE102010051680A1 (en) * 2010-11-17 2012-05-24 Daimler Ag Bearing unit used for crankshaft of lifting cylinder machine, is obtained from steel containing specified amount of carbon
DE102012203329A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Increasing tolerable surface pressure of rolling bearing carrier of sulfur-alloyed steel component, by remelting surface layer of rolling bearing carrier using an electron beam, where component rotates about rotational axis of the carrier
DE102012015445A1 (en) 2012-08-03 2014-02-06 Daimler Ag Rolling bearing-supported shaft comprises shaft body made of first material, comprising bearing points respectively having running surface for rolling bodies, which is applied as layer of thermally sprayed second material on shaft body

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EP0623761B1 (en) 1993-03-10 1998-01-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, Patentabteilung AJ-3 Shaft bearing in an engine block, especially crankshaft in the drive unit of an internal combustion engine

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