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Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für einen Hubkolbenmotor, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Kurbelwellen von Hubkolbenmotoren hohen Torsionsmomenten, sowie besonders vielen Lastwechseln ausgesetzt sind und demzufolge eine besonders hohe Lastwechselfestigkeit aufweisen müssen. Zu den üblichen Herstellungsverfahren von Kurbelwellen gehören sowohl Schmiede- als auch Gießvorgänge, wobei zunächst ein Rohzustand der jeweiligen Kurbelwelle erzeugt wird und anschließend die Kurbelwelle den jeweiligen Anforderungen entsprechend, jeweiligen finalen Bearbeitungsschritten unterzogen wird. Zu diesen finalen Bearbeitungsschritten gehört beispielsweise das Wuchten der Kurbelwelle zur Beseitigung von Drehungleichförmigkeiten, oder die Oberflächenbearbeitung von jeweiligen Zapfen, welche mit jeweiligen Lagern des Motors bzw. mit jeweiligen Pleuellagern korrespondieren. Neben der Oberflächenbearbeitung entsprechender Lagerstellen der Kurbelwelle gehört auch die Verringerung von Spannungsspitzen, wie sie als Folge einer Biege- bzw. Torsionsbeanspruchung der Kurbelwelle entstehen.
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Aus der
DE 24 35 476 A1 ist bekannt, dass tonnenförmige Hohlbohrungen in den entsprechenden Kurbelzapfen der Kurbelwelle zu einer günstigeren Spannungsverteilung in der Kurbelwelle führen. Infolgedessen werden die Spannungsspitzen verringert und die Spannungsverteilung in der Kurbelwelle erfolgt gleichmäßiger.
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In diesem Zusammenhang ist es üblich, zumindest die meisten der Kurbelzapfen, welche auch als Wellenzapfen der Kurbelwelle bezeichnet werden, entlang der Rotationsachse der Kurbelwelle zu durchbohren, um eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung entlang der gesamten Kurbelwelle zu erreichen. Es ist weiterhin bekannt, dass die Länge der Kurbelwelle mit der Zylinderanzahl des Hubkolbenmotors ansteigt. Um sicherzustellen, dass die Bohrungen in den jeweiligen Wellenzapfen der Kurbelwelle besonders exakt zueinander fluchten, ist es erforderlich, diese Bohrungen im Rahmen eines einzelnen Arbeitsschrittes herzustellen. Mit anderen Worten wird also das Bohrwerkzeug an einem Ende der Kurbelwelle an der Längsachse, welche der Rotationsachse der Kurbelwelle entspricht, angesetzt und die Wellenzapfen der Kurbelwelle werden in einem Arbeitsschritt entlang dieser Rotationsachse durchbohrt. Dieser Arbeitsschritt unterliegt jedoch einer besonders schwierigen Prozessführung, da für die Durchbohrung der Kurbelwelle im Rahmen eines einzelnen Arbeitsschritts ein besonders langes Bohrwerkzeug erforderlich ist, welches die entsprechenden Bohrungen in den Wellenzapfen besonders zentrisch und dementsprechend mit besonders geringem axialen Versatz zueinander erstellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kurbelwelle für einen Hubkolbenmotor zu schaffen, bei welcher die entsprechenden Wellenzapfen besonders exakt zueinander fluchtende Bohrungen aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kurbelwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Kurbelwelle der eingangs genannten Art zu schaffen, welche besonders exakt zueinander fluchtende Bohrungen der jeweiligen Wellenzapfen in Form einer die jeweiligen Wellenzapfen betreffenden Durchgangsbohrung aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an den Kurbelwangen im Bereich einer Rotationsachse jeweilige Materialanhäufungen vorgesehen sind, welche jeweils eine zumindest im Wesentlichen orthogonal zur Rotationsachse orientierte Fläche aufweisen. Demzufolge ist es erfindungsgemäß vorgesehen, mittels dieser Materialanhäufungen für das Bohrwerkzeug jeweilige Flächen an den Kurbelwangen der Kurbelwelle zu schaffen, an denen der Bohrer senkrecht in das Material der Kurbelwelle eintritt bzw. wieder austritt. Die Seitenkräfte auf das Bohrwerkzeug werden dadurch bei dessen Eindringen in das Material der Kurbelwelle bzw. beim Austritt aus dem Material der Kurbelwelle auf ein Minimum reduziert. Es wird also sichergestellt, dass das Bohrwerkzeug nicht auf eine schräge Fläche auftrifft, welche zum Verlaufen des Bohrwerkzeugs und demzufolge zu einer Bohrung mit geringerer Präzision führen kann. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Kurbelwelle bereits in ihrem Rohzustand, also bevor etwaige finale Bearbeitungsschritte wie beispielsweise die Oberflächenbearbeitung der jeweiligen Wellenzapfen oder Hubzapfen durchgeführt wurden, diese Materialanhäufungen aufweist. Demzufolge ist es besonders günstig, wenn bereits beim Herstellen der Kurbelwelle, also beispielsweise beim Schmieden bzw. Gießen der Kurbelwelle, diese Materialanhäufungen an der Kurbelwelle angebracht werden, also einteilig mit der Kurbelwelle hergestellt werden.
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Durch die Materialanhäufungen sind also keinerlei Führungsmittel wie zum Beispiel Hülsen zur Bohrerführung zwischen den einzelnen Bohrerein- und -austritten erforderlich. Mit anderen Worten erfolgt also die Führung des Bohrwerkzeugs lediglich durch die zu durchbohrende Kurbelwelle selbst. Durch die Vermeidung von Querkräften und eines Abgleitens des Bohrers während des Bohrvorgangs, wie es beim Auftreffen der Bohrerspitze auf eine schräge Fläche der Fall wäre, wird einerseits die Durchgangsbohrung besonders präzise erzeugt und andererseits die Lebensdauer des Bohrwerkzeugs signifikant erhöht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 eine schematische Perspektivansicht auf eine Kurbelwelle, welche dem Stand der Technik entsprechend eine Durchgangsbohrung entlang einer Rotationsachse der Kurbelwelle aufweist;
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2 eine schematische Perspektivansicht auf die erfindungsgemäße Kurbelwelle, welche entlang ihrer Rotationsachse jeweilige Materialanhäufungen mit orthogonal zur Rotationsachse orientierten Flächen aufweist;
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3 eine schematische Perspektivansicht auf die Kurbelwelle, wobei vorliegend die meisten Wellenzapfen der Kurbelwelle die Materialanhäufungen aufweisen, welche vorliegend entlang der Rotationsachse durchbohrt sind;
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4 eine schematische Perspektivansicht auf die Kurbelwelle, welche die Materialanhäufungen im Bereich der Rotationsachse aufweist; und in
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5 ein schematischer Ausschnitt der in 4 dargestellten Kurbelwelle.
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte Kurbelwelle 1 ist in einer schematischen Perspektivansicht in 1 dargestellt. So ist bekannt, dass die Kurbelwelle 1 mittels jeweiliger Wellenzapfen 2 in hier nicht dargestellten Kurbelwellenlagern eines Hubkolbenmotors gelagert ist. Die Kurbelwelle 1 rotiert im Wesentlichen um eine Rotationsachse 8, welche gleichzeitig einer Mittellinie einer Durchgangsbohrung 7 der Kurbelwelle 1 entspricht. Während die Wellenzapfen 2 lediglich in ihren jeweiligen Lagern um die Rotationsachse 8 und somit um ihre jeweilige Längsachse rotieren, beschreiben jeweilige Hubzapfen 4, welche mittels jeweiliger Kurbelwangen 3 mit den Wellenzapfen 2 verbunden sind, im Wesentlichen eine Kreisbahn um die Rotationsachse 8. Die Hubzapfen 4 werden von jeweiligen Pleuellagern hier nicht dargestellter Pleuel umschlossen, wobei die Anzahl der Hubzapfen 4 der Zylinderanzahl des Hubkolbenmotors entspricht.
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Im Gegensatz zu 1 wird in der schematischen Perspektivansicht in 2 die Kurbelwelle 1 in ihrem Rohzustand dargestellt. Da der Aufbau der Kurbelwelle 1 bereits in wesentlichen Teilen anhand von 1 beschrieben wurde, soll in den folgenden Figuren (2 bis 5) lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden. Im Gegensatz zu 1 ist in 2 sowie in deren Zusammenschau mit der schematischen Perspektivansicht der Kurbelwelle 1 anhand von 4 erkennbar, dass die erfindungsgemäße Kurbelwelle 1 Materialanhäufungen 5 aufweist, mittels welcher entlang der Rotationsachse 8 die Kurbelwelle 1 besonders prozesssicher durchbohrt werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass die dadurch erzeugte Durchgangsbohrung 7 beispielsweise infolge eines Verlaufens des Bohrwerkzeugs von der Rotationsachse 8 abweicht. Des Weiteren ist aus der Zusammenschau der 2 und 4 erkennbar, dass die Materialanhäufungen 5 auf einer jeweiligen dem zugeordneten Wellenzapfen 2 abgewandten Seite, welche einer Anhäufungsseite 9 entspricht, der jeweiligen Kurbelwange 3 angeordnet ist. Es ist vorliegend vorgesehen, dass die Materialanhäufungen 5 jeweils zumindest im Wesentlichen orthogonal zur Rotationsachse 8 orientierte Flächen 6 aufweisen. Um ein Verlaufen des Bohrwerkzeugs bei der Durchbohrung der Kurbelwelle 1 entlang der Rotationsachse 8 besonders effektiv zu unterbinden und dementsprechend etwaige Querkräfte auf das Bohrwerkzeug zu minimieren, sind die Flächen 6 entsprechend der Erstreckung der Rotationsachse 8 im Wesentlichen axial fluchtend zueinander angeordnet. Die Erstreckung der jeweiligen Fläche 6 kann dabei vorzugsweise wie vorliegend eine rechteckförmige oder auch eine runde Außenkontur aufweisen, wobei jedoch auch eine asymmetrische Außenkontur vorgesehen sein kann. Um nun das Bohrwerkzeug besonders geringen Querkräften auszusetzen, ist die Fläche 6 in ihrer orthogonal zur Rotationsachse 8 verlaufenden Erstreckung derart bemessen, dass der projizierte Umfang des Bohrwerkzeugs vollständig auf der Fläche 6 liegt. Dies wird besonders in Zusammenschau mit der schematischen Perspektivansicht der Kurbelwelle 1 anhand von 3 erkennbar. So liegt also mit anderen Worten die Bohrlochfläche der Durchgangsbohrung 7, welche sich im Wesentlichen aus dem Durchmesser des Bohrwerkzeugs ergibt, zumindest im Wesentlichen auf den Flächen 6 der jeweiligen Materialanhäufungen 5, wobei auch nach der Durchbohrung in Umfangsrichtung um die Durchgangsbohrung 7 herum ein im Wesentlichen kreisringförmiger Rest der Fläche 6 übrig bleibt. Mit anderen Worten wird also sichergestellt, dass das Bohrwerkzeug während des gesamten Bohrvorganges auf die orthogonal zum Bohrwerkzeug ausgerichtete Fläche 6 trifft. Wie weiterhin aus der Zusammenschau von 2, 4, sowie 5, welche einen schematischen Ausschnitt der in 4 dargestellten Kurbelwelle zeigt, erkennbar ist, sind die Materialanhäufungen 5 nicht nur plateauartig ausgebildet, sondern auch auf jeweiligen Anhäufungsseiten 9 der jeweiligen Kurbelwangen 3 angeordnet. Die jeweilige Anhäufungsseite 9 entspricht also der dem zugeordneten Wellenzapfen 2 abgewandten Seite der jeweiligen Kurbelwange 3.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der jeweiligen Flächen 6 der Materialanhäufungen 5 auf den jeweiligen Anhäufungsseiten 9 der jeweiligen Kurbelwangen 3 wird also für das Bohrwerkzeug ein planer, ebener Anschlag bereitgestellt, mittels welchem sichergestellt wird, dass Querkrafteinflüsse auf das Bohrwerkzeug vermieden werden. Ist die Fläche 6 weiterhin so gestaltet, dass das Bohrwerkzeug während des gesamten Bohrvorgangs über dessen gesamten Umfang im Wesentlichen orthogonal auf das Material der Kurbelwelle trifft, so können infolge des Bohrvorgangs verbleibende Grate minimiert und spitze, scharfe Konturen nach dem Bohren vermieden werden. Die Fläche 6 kann weiterhin sowohl als Rohkontur an der Kurbelwelle 1 angeschlossen sein, also zusammen mit dem Kurbelwellenhalbzeug hergestellt werden und als Plateau ausgeführt sein, als auch nachträglich bearbeitet und infolgedessen orthogonal zur Rotationsachse 8 ausgerichtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Wellenzapfen
- 3
- Kurbelwangen
- 4
- Hubzapfen
- 5
- Materialanhäufung
- 6
- Fläche
- 7
- Durchgangsbohrung
- 8
- Rotationsachse
- 9
- Anhäufungsseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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