DE102019103381A1

DE102019103381A1 - Gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019103381A1
Application number: DE102019103381.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer; Bidan Dong-Dietsche; Manfred Fraenk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei ein Pleuelzapfen in einen ersten Teilpleuelzapfen und einen zweiten Teilpleuelzapfen getrennt ist, wobei jeder Teilpleuelzapfen einerseits mit einer Hubwange der Kurbelwelle verbunden ist und jeder Teilpleuelzapfen andererseits stirnseitig eine zueinander korrespondierende Oberflächenstruktur für einen Formschluss aufweist, wobei die Teilpleuelzapfen und zumindest eine Hubwange in axialer Richtung eine zentrische Bohrung aufweisen, zur Verschraubung der Teilpleuelzapfen mit einem Schraubelement, wobei die Oberflächenstruktur um die Bohrung eine Ausnehmung aufweist, die asymmetrisch um die Bohrung angeordnet ist.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kurbelwelle wird bei zentraler Schraubenposition die Flächenpressung auf der Innenseite erhöht, was in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der Vorspannkraft der Schraubverbindung zulässt.

Description

Die Erfindung betrifft eine gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Kurbelwelle ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 210 418 A1 bekannt. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Kurbelwelle umfasst wenigstens einen Kurbelwellenabschnitt, bei dem an einer Oberfläche eine Laufbahn für eine Mehrzahl an Wälzkörpern ausgebildet ist. Hierdurch kann gegebenenfalls ein Kompromiss zwischen einer Verbrauchseffizienz, einer mechanischen Belastbarkeit und einem Bauraumbedarf eines Verbrennungsmotors verbessert werden. In 3 dieser Offenlegungsschrift ist ein gattungsgemäßes gebautes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Hubzapfen mit den Hubwangen verschraubt werden.
Nachteilig an dieser bekannten Ausführungsform ist ein begrenzt zu übertragendes Drehmoment.
Weiter sind auch gebaute Kurbelwellen mit über axial verformten Plan-Kerbverzahnungen gefügten Hubzapfen bekannt.
Die unter Gasdruck bei der Verbrennung auftretenden Biegebelastungen auf die Hubzapfen einer Kurbelwelle erzeugen eine Tendenz zum Aufklaffen der Verbindungsstelle auf der der Drehachse (Hauptlagerzapfen) zugewandten Innenseite des Hubzapfens, auch Pleuelzapfen genannt. Dies erhöht die notwendige Vorspannkraft der Verschraubung und belastet die Struktur der Kurbelwelle zusätzlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kurbelwelle aufzuzeigen, die oben genannten Nachteil vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine asymmetrische Ausbildung der inneren Ausnehmungen der verzahnten Kontaktflächen der Teilpleuelzapfen vorgeschlagen, um bei gleicher zentraler Schraubenposition die Flächenpressung auf der der Drehachse zugewandten Innenseite zu erhöhen. Somit ist in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der Vorspannkraft der Verschraubung der Teilpleuelzapfen möglich.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist in vorteilhafter Weise einfach und kostengünstig zu fertigen.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform für eine bestmögliche mechanische Festigkeit.
Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 wird die Flächenpressung in vorteilhafter Weise auf der Innenseite erhöht, was zur Reduzierung der Vorspannkraft nötig ist.
Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 5 sind besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 hat sich in Berechnungen und praktischen Versuchen als besonders vorteilhaft herausgewiesen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle 1 für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine. Zwei Hauptlagerzapfen sind mit 9 bezeichnet. Die Hauptlagerzapfen 9 sind jeweils einstückig und materialeinheitlich mit einem Ausgleichsgewicht 10 sowie mit einer Hubwange 4 ausgebildet. Wuchtbohrungen sind nicht beziffert. Ein Pleuelzapfen, auch Hubzapfen genannt, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mittig in einen ersten Teilpleuelzapfen 2 und einen zweiten Teilpleuelzapfen 3 getrennt. Jeder Teilpleuelzapfen 2, 3 weist auf seiner Fügeseite eine korrespondierende Oberflächenstruktur 5 auf, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Plan-Kerbverzahnung. Diese Plan-Kerbverzahnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Oberflächenstruktur 5 auch eine bruchgetrennte Oberfläche oder sonstige dreidimensionale Oberflächenstruktur 5 sein.
Beim Fügen des ersten Teilpleuelzapfens 2 und des zweiten Teilpleuelzapfens 3 dienen diese Plan-Kerbverzahnungen zur Lagefixierung und beim Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine zur Übertragung eines Momentes. Zum Verspannen der Trennflächen ist ein Schraubelement 7, hier eine Schraube, vorgesehen.
Zum Verschrauben des ersten Teilpleuelzapfens 2 und des zweiten Teilpleuelzapfens 3 ist eine Bohrung 6 in axialer Richtung vorgesehen. Diese Bohrung weist in dem ersten Teilpleuelzapfen 2 oder in dem zweiten Teilpleuelzapfen 3 zum Verspannen der Teilpleuelzapfen 2, 3 ein Gewinde auf. Die Bohrung 6 ist zentrisch in dem ersten Teilpleuelzapfen 2 und dem zweiten Teilpleuelzapfen 3 eingebracht. Die Oberflächenstruktur 5 weist weiter um die Bohrung 6 eine axiale Ausnehmung 8 auf, die erfindungsgemäß asymmetrisch um die Bohrung 6 angeordnet ist. Diese Ausnehmung 8 weisen beide Teilpleuelzapfen 2, 3 auf.
Bevorzugt ist die Ausnehmung 8 für eine einfache und kostengünstige Fertigung rund ausgestaltet. Bevorzugt ist die Ausnehmung 8 in axialer Richtung zumindest so tief wie die Oberflächenstruktur 5. Darüber hinaus ist die Ausnehmung 8 in Richtung der Hauptlagerzapfen 9 der Kurbelwelle 1 verschoben. Diese Verschiebung beträgt bevorzugt ca. 0,5 bis 5 mm. Durch diese Maßnahme wird die Flächenpressung auf der Innenseite erhöht, wodurch eine Reduktion der Vorspannkraft der Verschraubung der Teilpleuelzapfen 2, 3 möglich ist.
Besonders bevorzugt ist die Oberflächenstruktur 5, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, eine Plan-Kerbverzahnung oder in einem anderen Ausführungsbeispiel eine Hirth-Verzahnung.
Erfindungsgemäß wird somit eine asymmetrische Ausbildung der inneren Ausnehmung 8 der verzahnten Kontaktflächen des ersten Teilpleuelzapfens 2 und des zweiten Teilpleuelzapfens 3 vorgeschlagen, um bei gleicher zentraler Schraubenposition die Flächenpressung auf der Innenseite in Richtung der Hauptlagerzapfen (Drehachse der Kurbelwelle 1) zu erhöhen, wodurch eine Reduzierung der Vorspannkraft der Verschraubung der Teilpleuelzapfen 2, 3 möglich ist.
Bezugszeichenliste

1.: Kurbelwelle
2.: erster Teilpleuelzapfen
3.: zweiter Teilpleuelzapfen
4.: Hubwange
5.: Oberflächenstruktur
6.: Bohrung
7.: Schraubelement
8.: Ausnehmung
9.: Hauptlagerzapfen
10.: Gegengewicht

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 102012210418 A1 [0002]

Claims

Gebaute Kurbelwelle (1) für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei ein Pleuelzapfen in einen ersten Teilpleuelzapfen (2) und einen zweiten Teilpleuelzapfen (3) getrennt ist, wobei jeder Teilpleuelzapfen (2, 3) einerseits mit einer Hubwange (4) der Kurbelwelle (1) verbunden ist und jeder Teilpleuelzapfen (2, 3) andererseits stirnseitig eine zueinander korrespondierende Oberflächenstruktur (5) für einen Formschluss aufweist, wobei die Teilpleuelzapfen (2, 3) und zumindest eine Hubwange (4) in axialer Richtung eine zentrische Bohrung (6) aufweisen, zur Verschraubung der Teilpleuelzapfen (2, 3) mit einem Schraubelement (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (5) um die Bohrung (6) eine Ausnehmung (8) aufweist, die asymmetrisch um die Bohrung (6) angeordnet ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) rund ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) in axialer Richtung zumindest so tief wie die Oberflächenstruktur (5) ist.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) in Richtung von Hauptlagerzapfen (9) der Kurbelwelle verschoben ist.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (5) eine Plankerbverzahnung oder eine Hirth-Verzahnung ist.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (5) in axialer Richtung eine Tiefe zwischen 0,5 und 5 mm aufweist.