DE102010061610A1 - Crank web for crank shaft of piston combustion engine, has main bearing pin that is formed in region of bearing axis at side which is turned away from predetermined side - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to a crank arm for a crankshaft of a reciprocating internal combustion engine which is provided in a region of a connecting rod on a first side for connection to a crank pin and on a side facing away from the first side second side with offset to the connecting rod axis in a region of a bearing axis for connection is provided with a main journal.
Der Motorenbau wird derzeit stark vom Thema „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 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.Engine construction is currently heavily influenced by the topic of "downsizing", which describes the development into smaller lighter combustion engines with higher specific power. This includes the requirement for size reduction and weight saving on all components, in particular on the mechanically highly stressed components. It is also required that existing components, such as crankshafts, be optimized without changing other components. Depending on the initial situation, the aim here may be to reduce the crankshaft mass with minimal loss of flexural stiffness or to increase the bending stiffness of the crankshaft with minimal mass increase. For the bending stiffness of the crankshaft are mainly responsible for the crank webs.
Die
Die
Auch die
Die
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.On this basis, the object of the present invention to provide a crank arm, which allows for simple production increased bending stiffness without significant increase in weight or a reduced weight without significant loss of flexural rigidity.
Eine erste 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 die Kurbelwange im Bereich der Pleuelachse eine Ausnehmung ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Ausnehmung liegt in einem Bereich der Kurbelwange, der spezifisch geringer belastet ist, so dass eine Materialreduzierung einerseits nicht zu nennenswerten Festigkeitsverlusten an der Kurbelwange führt aber andererseits eine Reduzierung des Trägheitsmoments bewirkt. Bevorzugt weist die Ausnehmung einen stetigen Verlauf auf. Die Herstellbarkeit der Ausnehmung, die an der genannten Kurbelwange auf der dem Hubzapfen abgewandten Seite liegt, ist im Gieß- oder Schmiedeverfahren leicht darstellbar. Beim Gießverfahren sind nur einfach geformte zusätzliche flache Kerne zu verwenden, die leicht hergestellt und leicht entfernt werden können.A first solution for this consists in a crank arm for a crankshaft of a reciprocating internal combustion engine, which is provided in a region of a connecting rod on a first side for connection to a crank pin and on a side facing away from the first side second side with offset to the conrod axis in one area a bearing axle is provided for connection to a main journal, wherein on the second side of the crank arm in the region of the connecting rod a recess is formed. The recess according to the invention lies in a region of the crank web which is subject to a lower load, so that a material reduction on the one hand does not lead to significant strength losses on the crank web but on the other hand causes a reduction of the moment of inertia. Preferably, the recess has a steady course. The manufacturability of the recess, which lies on the said crank web on the side facing away from the crankpin, is easily represented in the casting or forging process. In the casting process, use only simply shaped additional flat cores that are easy to manufacture and easy to remove.
Als vorteilhaft wird eine symmetrische Anordnung der Ausnehmung erachtet, wobei die Ausnehmung symmetrisch zu einer ersten Ebene verläuft, die durch die Lagerachse und die Pleuelachse aufgespannt ist. Durch diese symmetrische Ausgestaltung sind sowohl günstige Eigenspannungsverhältnisse zu erreichen als auch eine günstige Herstellbarkeit.As advantageous a symmetrical arrangement of the recess is considered, wherein the recess extends symmetrically to a first plane which is spanned by the bearing axis and the connecting rod. This symmetrical design both favorable residual stress ratios to achieve and a favorable manufacturability.
Eine weitere Lösung 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 ersten Seite der Kurbelwange im Bereich der Lagerachse ein Vorsprung ausgebildet ist. Durch einen derartig Vorsprung an der Kurbelwange kann vorteilhafterweise eine Erhöhung der Biegesteifigkeit über den gesamten Kurbelwellenradius einer Kurbelwelle erreicht werden. Der Kurbelwellenradius ist der Versatz zwischen Pleuelachse und Lagerachse. Vorteilhafterweise ist dieser erfindungsgemäße Vorsprung in dem am höchsten belasteten Bereich hauptlagerseitig an der Kurbelwange angeordnet. Um die Gewichtszunahme durch das Anbringen des Vorsprungs zu kompensieren, kann in benachbarten Bereichen an der Kurbelwange, die spezifisch geringer belastet sind, Material weggenommen beziehungsweise eingespart werden. Der erfindungsgemäße Vorsprung kann hierbei die Biegesteifigkeit der Kurbelwelle bei minimaler Masseerhöhung deutlich erhöhen.Another solution consists in a crank arm for a crankshaft of a reciprocating internal combustion engine, which is provided in a region of a Pleuelachse on a first side for connection to a crank pin and on a side facing away from the first side second side with offset to the Pleuelachse in a range of Bearing axis is provided for connection to a main journal, wherein on the first side of the crank arm in the region of the bearing axis, a projection is formed. By such a projection on the crank arm can advantageously be achieved an increase in the bending stiffness over the entire crankshaft radius of a crankshaft. The crankshaft radius is the offset between the connecting rod and the bearing axis. Advantageously, this projection according to the invention is arranged in the highest loaded area on the main bearing side on the crank arm. To compensate for the increase in weight by attaching the projection, in adjacent areas on the crank arm, the are specifically less burdened, material taken away or saved. The projection according to the invention can significantly increase the bending stiffness of the crankshaft with minimal mass increase.
Bevorzugt weist der Vorsprung einen stetigen Verlauf auf. Auch hier gilt das zu der Ausnehmung der ersten Lösung bereits gesagte, nämlich dass die Herstellbarkeit des Vorsprungs in einem Fertigungsverfahren leicht darstellbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Vorsprung symmetrisch zu der ersten Ebenen verläuft, die durch die Lagerachse und die Pleuelachse aufgespannt ist. Insgesamt ergeben sich durch diese symmetrische Gestaltung Vereinfachungen im Fertigungsprozess.Preferably, the projection on a steady course. Again, this is true to the recess of the first solution already said, namely that the manufacturability of the projection in a manufacturing process is easy to represent. In particular, it is provided that the projection extends symmetrically to the first plane, which is spanned by the bearing axis and the connecting rod. Overall, this symmetrical design simplifications in the manufacturing process.
Eine weitere Lösung besteht in einer Kurbelwange für eine Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei der über zumindest einen Teil des Umfangs der Kurbelwange eine Rille vorgesehen ist, die versetzt zu der ersten Ebene verläuft. Die erfindungsgemäße Rille am Umfang der Kurbelwange liegt jedenfalls in einem Bereich, der spezifisch geringer belastet ist, so dass eine Materialreduzierung nicht zu nennenswerten beziehungsweise zu gar keinen Festigkeitsverlusten an der Kurbelwange führt. Im Querschnitt durch die Kurbelwange ergibt sich hierdurch eine weite I-Form, durch die eine hohe Biegesteifigkeit der Kurbelwange sichergestellt wird. Auch ist eine derartige Umfangsrille fertigungstechnisch einfach darzustellen.Another solution is a crank arm for a crankshaft of a reciprocating internal combustion engine in which over at least a part of the circumference of the crank arm, a groove is provided which extends offset to the first plane. The groove according to the invention on the circumference of the crank arm is in any case in an area that is specifically less loaded, so that a material reduction does not lead to significant or no strength losses on the crank arm. In cross-section through the crank arm, this results in a wide I-shape, through which a high bending stiffness of the crank arm is ensured. Also, such a circumferential groove manufacturing technology is easy to represent.
Bevorzugt sind zwei Rillen vorgesehen, die symmetrisch zu der ersten Ebene am Umfang der Kurbelwange angeordnet sind. Als fertigungstechnisch besonders günstig wird erachtet, wenn zumindest eine Rille im Querschnitt betrachtet ein U-förmiges Profil aufweist. Hierdurch ergeben sich im Betrieb günstige Eigenspannungsverhältnisse. Bevorzugt ist die zumindest eine Rille gegenüber einer vierten Ebene, die senkrecht zu der Lagerachse und der Pleuelachse verläuft, winklig angestellt.Preferably, two grooves are provided, which are arranged symmetrically to the first plane on the circumference of the crank arm. As manufacturing technology particularly favorable is considered when viewed at least one groove in cross section has a U-shaped profile. This results in the operation favorable residual stress conditions. Preferably, the at least one groove is angled relative to a fourth plane that is perpendicular to the bearing axis and the connecting rod axis.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Kurbelwelle für eine Kolbenkraftmaschine, umfassend zumindest einen Hubzapfen, zumindest zwei Hauptlagerzapfen und zumindest zwei Kurbelwangen, die in der Pleuelachse aufeinander 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 Zapfen abgewandt ist, wobei zumindest eine der Kurbelwangen eine erfindungsgemäße Kurbelwange, wie vorstehend beschrieben, ist.Furthermore, the object is achieved by a crankshaft for a piston engine, comprising at least one crank pin, at least two main journals and at least two crank webs, which are connected in the connecting rod axis facing each other by the crank pin, each main journal in the bearing axis, each with one of the crank webs is connected to a side facing away from the pin, wherein at least one of the crank webs is a crank arm according to the invention, as described above.
Die zuvor beschriebenen Lösungen einer erfindungsgemäßen Kurbelwange mit entweder einer Ausnehmung, einem Vorsprung oder einer Rille auf dem Wangenumfang führen jeweils für sich genommen bereits zu einer Gewichtsreduzierung und einer gleichzeitigen Reduzierung des Trägheitsmoments. Es versteht sich von selbst, dass alle drei Einzelmaßnahmen auch gleichzeitig bei einer erfindungsgemäßen Kurbelwange ausgebildet sein können, um somit eine weitere Gewichtsreduzierung bei noch deutlich verbesserten Trägheitsmomenten erreichen zu können. Insgesamt hat eine Kurbelwange bei der alle drei Einzelmaßnahmen, nämlich Ausnehmung, Vorsprung und Umfangsrille verwirklicht worden sind, mindestens die gleiche Steifigkeit und gleiche Eigenspannungsverhältnisse wie eine herkömmliche Kurbelwange. Zu betonen ist allerdings, dass eine erfindungsgemäßen Kurbelwange, bei der alle drei Maßnahmen verwirklicht worden sind, ein deutlich reduziertes Massenträgheitsmoment aufweist. Somit können bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Kurbelwange in einen Verbrennungsmotor mehrere Vorteil erreicht werden, von denen als die wichtigsten ein reduzierter Kraftstoffverbrauch, geringere Emissionen und ein verbessertes Ansprechverhalten zu nennen sind. Auch können die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Kurbelwange auf herkömmliche und konventionell gestaltete Kurbelwellen angewandt werden. Des weiteren kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kurbelwange durch jeden herkömmlichen Fertigungsprozess dargestellt werden, beispielsweise Gießen oder Schmieden. Auch kann sie bei gebauten Kurbelwellen Anwendung finden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kurbelwange erfolgen, ohne dass irgendwelche Veränderungen an weiteren Motorteilen erfolgen müssen.The above-described solutions of a crank web according to the invention with either a recess, a projection or a groove on the cheek circumference in each case already lead to a weight reduction and a simultaneous reduction of the moment of inertia. It goes without saying that all three individual measures can also be formed at the same time in a crank arm according to the invention, so as to be able to achieve a further weight reduction at significantly improved moments of inertia. Overall, a crank arm in which all three individual measures, namely recess, projection and circumferential groove have been realized, at least the same rigidity and same residual stress conditions as a conventional crank arm. It should be emphasized, however, that a crank arm according to the invention, in which all three measures have been implemented, has a significantly reduced mass moment of inertia. Thus, when using the crank web of the invention in an internal combustion engine, several advantages can be achieved, of which the most important ones are reduced fuel consumption, lower emissions and improved response. Also, the described embodiments of the crank arm according to the invention can be applied to conventional and conventionally designed crankshafts. Furthermore, the inventive design of the crank arm can be represented by any conventional manufacturing process, such as casting or forging. Also it can be used with built crankshafts application. Furthermore, the inventive design of the crank arm can be done without any changes to other engine parts must be made.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den Zeichnungen dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel sind alle erfindungsgemäßen Einzelmaßnahmen, nämlich Ausnehmung, Vorsprung und zwei Umfangsrillen, verwirklicht. Es handelt sich demnach um ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine besonders deutliche Reduzierung des Gewichts und der Trägheitsmomente erreicht wird. Dies schließt nicht aus, daß bereits jeweils die Verwirklichung einer der zuvor beschriebenen Einzelmaßnahmen qualitativ bereits zu diesen Effekten mit den ebenfalls zuvor beschriebenen Vorteilen führt. Hierin zeigen:A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawings. In the embodiment, all individual measures according to the invention, namely recess, projection and two circumferential grooves, realized. It is therefore an embodiment in which a particularly significant reduction in weight and moments of inertia is achieved. This does not exclude that already in each case the realization of one of the above-described individual measures already leads qualitatively to these effects with the advantages also described above. Herein show:
Die
Es ist ein Abschnitt einer Kurbelwelle
Nicht dargestellt sind Schmierölbohrungen, über die ausgehend von einer Öffnung auf der der Lauffläche des Hauptlagerzapfens
Bei der dargestellten Kurbelwelle
In der
In der
Die erfindungsgemäß gestaltete Kurbelwange
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- KurbenwellenabschnittKurbenwellenabschnitt
- 22
- HauptlagerzapfenMain bearing journal
- 33
- Hubzapfencrank pins
- 44
- Kurbelwangecrank web
- 55
- Ausnehmungrecess
- 66
- Vorsprunghead Start
- 1010
- Umfangscope
- 1111
- Rillegroove
- 1212
- Rillegroove
- 13, 13'13, 13 '
- Wandungwall
- 14, 14'14, 14 '
- Wandungwall
- E1E1
- erste Ebenefirst floor
- E2E2
- zweite Ebenesecond level
- E3E3
- dritte EbeneThird level
- E4E4
- vierte Ebenefourth level
- A1A1
- Lagerachsebearing axle
- A2A2
- Pleuelachseconnecting rod
- S1S1
- erste Seite der Kurbelwangefirst side of the crank arm
- S2S2
- zweite Seite der Kurbelwangesecond side of the crank arm
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 873180 [0006] DE 873180 [0006]
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