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Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2016 005 644 A1 bekannt. Die Kurbelwelle weist dabei wenigstens eine Axiallagerfläche auf, über welche die Kurbelwelle in axialer Richtung an wenigstens einem korrespondierenden Axiallager abstützbar ist.
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Des Weiteren offenbart die
DE 197 00 339 A1 ein Gleitlagerelement, das einen einschichtigen oder mehrschichtigen, metallischen Lagerwerkstoff aufweist.
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Die
DE 10 2013 209 346 A1 offenbart eine Lagerhalbschale zur Lagerung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors.
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Außerdem ist aus der
WO 2013/182539 A2 eine Gleitlager-Fläche bekannt, zum gleitenden Bewegen entlang einer Gegenfläche.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kurbelwelle der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte axiale Lagerung der Kurbelwelle realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kurbelwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Kurbelwelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte axiale Lagerung der Kurbelwelle realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Axiallagerfläche zumindest in einem Teilbereich mit einer als Kreuzstruktur ausgebildeten Oberflächenstrukturierung versehen ist. Es wurde durch Untersuchungen gefunden, dass mittels der als Kreuzstruktur ausgebildeten Oberflächenstrukturierung ein besonders hohes Volumen an Schmieröl rückgehalten werden kann, wodurch eine besonders reibungsarme axiale Lagerung der Kurbelwelle darstellbar ist. In der Folge kann die Reibleistung der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden, sodass ein besonders energieverbrauchsarmer, insbesondere ein besonders kraftstoffverbrauchs- und somit CO2-emissionsarmer, Betrieb der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine darstellbar ist. Außerdem kann der Verschleiß der Kurbelwelle besonders gering gehalten werden, da die Oberflächenstrukturierung besonders vorteilhaft mittels Hydrodynamik geschmiert werden kann.
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Die Axiallagerfläche ist vorzugsweise einstückig mit der Kurbelwelle ausgebildet und liegt beispielsweise in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine dem Axiallager, insbesondere einer Lagerfläche des Axiallagers, direkt gegenüber, sodass in axialer Richtung zwischen der Axiallagerfläche und dem Axiallager kein anderes Lagerelement angeordnet ist. Durch die Oberflächenstrukturierung kann sich insbesondere dann, wenn sich die Kurbelwelle und somit die Axiallagerfläche relativ zum Axiallager drehen, durch Hydrodynamik ein besonders vorteilhafter Schmierfilm, insbesondere ein hydrodynamischer Schmierfilm, aus Öl zwischen der Axiallagerfläche und dem Axiallager aufbauen, wodurch der Verschleiß und die Reibleistung besonders gering gehalten werden können. Ferner ermöglicht die Oberflächenstrukturierung beispielsweise eine Umstellung von einer in Umfangsrichtung der Kurbelwelle um 360 Grad umlaufenden Axiallagerung zu einer, insbesondere unteren, 180 Grad-Axiallagerung, bei welcher die Axiallagerfläche beispielsweise in Umfangsrichtung der Kurbelwelle um höchstens 180 Grad umläuft. Hierdurch können die Kosten gering gehalten werden, wobei durch den Einsatz der Axiallagerfläche gleichzeitig die Reibung besonders gering gehalten werden kann.
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Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Kontinuierlich steigende und verschärfte Oberflächen- und Formanforderungen sind die Folge des Bestrebens, den Energieverbrauch und somit insbesondere den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen von Verbrennungskraftmaschinen zu reduzieren. Es ist bekannt, dass mithilfe von tribologisch günstigen Oberflächen die Reibung im Antriebsstrang und somit in der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise Hubkolbenmaschine reduziert werden kann, wodurch die CO2-Emissionen gering gehalten werden können. Mithilfe von neuen Betriebsstrategien, unter anderem einer Start-Stopp-Automatik, befinden sich Gleitlager wesentlich häufiger im Mischreibungsbetrieb der Stribeck-Kurve als frühere Verbrennungskraftmaschinen.
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Um einen daraus etwaig resultierenden, erhöhten Verschleiß zu kompensieren, ist es wünschenswert, dass ein solches Gleitlager besonders schnell in die Flüssigkeitsreibung, das heißt in die Hydrodynamik, kommt. Um dies zu erreichen, rücken zunehmend Mikrostrukturen von Oberflächen in den Fokus, wobei die Mikrostrukturen wenigstens eine Kontaktzone in dem Gleitlager positiv beeinflussen und somit einen Beitrag zur schnelleren Überbrückung der Mischreibung hin zur Flüssigkeitsreibung leisten sollen.
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Dies ist durch die erfindungsgemäß vorgesehene und als Kreuzstruktur ausgebildete Oberflächenstrukturierung möglich, welche beispielsweise eine Mikrostruktur ist. Dabei ist beispielsweise die Axiallagerfläche Teil eines Gleitlagers, mittels welchem die Kurbelwelle in axialer Richtung gelagert werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgesehen Oberflächenstrukturierung kann ein besonders hohes Ölrückhaltevolumen, insbesondere an einem Anlaufscheibenbund der Kurbelwelle, realisiert werden. Hierdurch können die Reibleistung und somit die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine im Vergleich zu herkömmlichen Hubkolbenmaschinen reduziert werden. Durch den Einsatz der Oberflächenstrukturierung kommt beispielsweise das Gleitlager besonders schnell und länger in die Flüssigkeitsreibung, wodurch der Verschleiß in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
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Herkömmlicherweise ist es vorgesehen, dass die Kurbelwelle an der beispielsweise an einem Passlagerbund vorgesehenen Axiallagerfläche und somit an dem Passlagerbund beziehungsweise an dem genannten Anlaufscheibenbund doppelgefinished wird. Eine hierbei zum Einsatz kommende Oszillationsrichtung ist dabei parallel zu einer Rotationsbeziehungsweise Drehrichtung der Kurbelwelle angeordnet, womit umlaufende Riefen beziehungsweise Strukturen erzeugt werden. Dabei ist üblicherweise eine homogene Oberfläche mit gleichen Spitzen und Riefenanteilen vorgesehen.
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Um nun den Verschleiß und die Reibleistung zu reduzieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Axiallagerfläche mit der genannten Kreuzstruktur versehen ist. Durch das Versehen der Axiallagerfläche mit der Kreuzstruktur weist die Axiallagerfläche, insbesondere ihre Oberfläche, einen plateauartigen Charakter auf, welcher dadurch verdeutlicht wird, dass die auch als Rpk bezeichnete reduzierte Spitzenhöhe möglichst gering und die auch als Rvk bezeichnete reduzierte Riefentiefe möglichst groß ausgebildet werden. Somit ist beispielsweise die reduzierte Spitzenhöhe geringer als die reduzierte Riefentiefe des Teilbereichs beziehungsweise der genannten Oberfläche.
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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 einzigen 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.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Kurbelwelle 10 für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und mittels der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine antreibbar. Dabei ist die Hubkolbenmaschine beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs zum Antreiben des Kraftfahrzeugs.
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In ihrem vollständig hergestellten Zustand weist die Hubkolbenmaschine beispielsweise ein insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Kurbelgehäuse auf, an welchem die Kurbelwelle 10 um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Insbesondere weist die Kurbelwelle 10 eine Mehrzahl von in axialer Richtung der Kurbelwelle 10 hintereinander angeordneten Wellenzapfen auf, welche auch als Lagerzapfen bezeichnet werden. Von diesen Lager- oder Wellenzapfen ist in der Fig. ein mit 12 bezeichneter Wellenzapfen gezeigt, welcher auch als Lagerzapfen bezeichnet wird. Die Kurbelwelle 10 ist über die Lagerzapfen insbesondere in radialer Richtung an dem Kurbelgehäuse gelagert.
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Darüber hinaus ist wenigstens eine axiale Lagereinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Kurbelwelle 10 in ihrer axialen Richtung drehbar an dem Kurbelgehäuse abstützbar beziehungsweise abgestützt ist. Dies bedeutet, dass die Kurbelwelle 10 über die axiale Lagereinrichtung in axialer Richtung an dem Kurbelgehäuse abstützbar ist beziehungsweise sich in axialer Richtung an dem Kurbelgehäuse abstützt, während sich die Kurbelwelle 10 beispielsweise um ihre Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse dreht.
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Die axiale Lagereinrichtung umfasst hierzu wenigstens eine Axiallagerfläche 14 der Kurbelwelle 10, welche über die Axiallagerfläche 14 in axialer Richtung der Kurbelwelle 10 an wenigstens einem korrespondierenden Axiallager der axialen Lagereinrichtung abstützbar beziehungsweise abgestützt ist. Das in der Fig. nicht dargestellte Axiallager und die Axiallagerfläche 14 der Kurbelwelle 10 sind beispielsweise Bestandteil eines Gleitlagers, mittels welchem die Kurbelwelle 10 in ihrer axialen Richtung an dem Kurbelgehäuse gelagert ist.
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Um nun eine besonders vorteilhafte axiale Lagerung der Kurbelwelle 10 zu realisieren, ist die Axiallagerfläche 14 zumindest in einem Teilbereich 16 mit einer Oberflächenstrukturierung 18 versehen, welche als Kreuzstruktur ausgebildet ist. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Kreuzstruktur (Oberflächenstrukturierung 18) in Umfangsrichtung der Kurbelwelle 10, insbesondere des Wellenzapfens 12, vollständig geschlossen umläuft, sodass die Kreuzstruktur in Umfangsrichtung des Wellenzapfens 12 um 360 Grad umläuft.
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Anhand der Fig. wird im Folgenden noch ein Verfahren zum Herstellen der Oberflächenstrukturierung 18 erläutert. Dabei veranschaulicht beispielsweise ein Pfeil 20 eine Drehrichtung, in die die auch als Werkstück bezeichnete Kurbelwelle 10 gedreht wird, während die Oberflächenstrukturierung 18 beispielsweise derart hergestellt wird, dass die Axiallagerfläche 14 beziehungsweise deren Oberfläche 22 mittels wenigstens eines Werkzeugs, insbesondere mittels einer Passlagereinheit, bearbeitet wird. Ferner veranschaulicht in der Fig. ein Doppelpfeil 24 eine Oszillation der Passlagereinheit, welche, insbesondere während die Passlagereinheit die Oberfläche 22 berührt und während sich die Kurbelwelle 10 in die durch den Pfeil 20 veranschaulichte Richtung dreht, gemäß dem Pfeil 24 oszilliert, um dadurch die Oberflächenstrukturierung 18 herzustellen.
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In fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine liegt beispielsweise die Axiallagerfläche 14 dem genannten Axiallager direkt gegenüber, sodass sich beispielsweise dann, wenn sich die Kurbelwelle 10 um ihre Drehachse relativ zu dem Axiallager dreht, ein hydrodynamischer Schmierfilm in einem Spalt zwischen der Axiallagerfläche 14 und dem Axiallager aufbaut. Durch den Einsatz der Oberflächenstrukturierung 18 kann ein besonders hohes Rückhaltevolumen in dem Spalt realisiert werden, sodass das Gleitlager beispielsweise besonders schnell aus der Mischreibung in die Flüssigkeitsreibung kommt. Dadurch können die Reibleistung und somit der Kraftstoffverbrauch der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kurbelwelle
- 12
- Wellenzapfen
- 14
- Axiallagerfläche
- 16
- Teilbereich
- 18
- Oberflächenstrukturierung
- 20
- Pfeil
- 22
- Oberfläche
- 24
- Doppelpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016005644 A1 [0002]
- DE 19700339 A1 [0003]
- DE 102013209346 A1 [0004]
- WO 2013/182539 A2 [0005]
