DE102019103951A1

DE102019103951A1 - Gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019103951A1
Application number: DE102019103951.7A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei ein Pleuelzapfen in einen ersten Teil-Pleuelzapfen und einen zweiten Teil-Pleuelzapfen getrennt ist, wobei der erste Teil-Pleuelzapfen einerseits mit einer ersten Hubwange und der zweite Teil-Pleuelzapfen einerseits mit einer zweiten Hubwange der Kurbelwelle verbunden ist und wobei eine Trennfläche des ersten Teil-Pleuelzapfens und eine Trennfläche des zweiten Teil-Pleuelzapfens mittels einer Schraube korrespondierend aufeinander verpressbar sind, wobei für die Schraube in zumindest einem Teil-Pleuelzapfen ein axiales Gewinde vorgesehen ist, wobei die Schraube für den ersten Teil-Pleuelzapfen ein erstes Gewinde und für den zweiten Teil-Pleuelzapfen ein zweites Gewinde aufweist, wobei das erste Gewinde und das zweite Gewinde dieselbe Drehrichtung aufweisen und das erste Gewinde einen größeren Außendurchmesser aufweist als das zweite Gewinde, wobei das erste Gewinde eine kleinere Steigung aufweist als das zweite Gewinde.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Fertigung der Kurbelwelle wird eine Schwächung der Hubwange durch eine Schraubenkopfauflage vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Fertigung der Kurbelwelle mit den Verfahrensmerkmalen nach Patentanspruch 2.
Gebaute Kurbelwellen, die mittels Hirth-Verzahnungen montiert werden, sind für Brennkraftmaschinen bereits lange bekannt. Allerdings befinden sich die meisten Beispiele für gebaute Kurbelwellen im Bereich von großen Brennkraftmaschinen, wie z. B. im Lastkraftwagenbau. Die Hirth-Verzahnung wird häufig auch als Plan-Kerbverzahnung bezeichnet. Aufgrund ihres axialen Formschlussprinzips ist sie sehr robust hinsichtlich der Drehmomentübertragung zwischen mehreren Bauteilen bei gleichzeitig minimalem radialen Raumbedarf. Eine Hirth-Verzahnung bietet darüber hinaus die Vorteile, dass sie im montierten Zustand absolut spielfrei, sowie selbstzentrierend funktioniert. Weiter kann sie in vorteilhafter Weise mit extrem hoher Wiederholgenauigkeit montiert werden. Insbesondere bei modernen, hochentwickelten Brennkraftmaschinen für Personenkraftfahrzeuge taucht das Thema der gebauten Kurbelwelle seit Jahrzehnten immer wieder auf. Dies gilt insbesondere bei einer erweiterten Kurbeltriebsfunktionalität, wie bspw. einem variablen Kompressionsverhältnis (VCR, Variable Compression Ratio). Dies betrifft insbesondere Kurbelwellen für Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit zwei gleichgerichteten, neben einander liegenden Kröpfungen, wie z. B. die mittleren beiden Kröpfungen bei Reihen 4- und Reihen 6-Zylinder-Brennkraftmaschinen (Beispiel siehe 4).
Die auftretenden Belastungen auf die Kurbelwelle aufgrund von z. B. hohem Gasdruck erfordern eine hohe axiale Vorspannkraft der Verschraubung und eine axiale Ausnehmung für die Auflage des Schraubenkopfes einer entsprechend kräftig dimensionierten Spannschraube belastet die Struktur der Kurbelwelle erheblich. Im Fall einer weiteren Schwächung bestimmter Hubwangen der Kurbelwelle, kann es daher notwendig sein, die Schraubenkopfauflage an diesen Wangen zu vermeiden.
Insbesondere bei Reihen 4- und Reihen 6-Zylinder-Brennkraftmaschinen treten jedoch, wie oben dargestellt, mittig gleichgerichtete Kröpfungen auf, zwischen denen in nachteiliger Weise kein Platz für das Fügen der Spannschrauben vorhanden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schraubverbindung für eine gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine darzustellen, mit der oben genanntes Problem vermieden ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Fertigung einer Kurbelwelle mit den Verfahrensmerkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Verschraubung ohne Schraubenkopfauflage vorgeschlagen. Diese wird durch ein um den Schraubenkopf befindliches Kopfgewinde, das erste Gewinde, ersetzt, welches eine andere Steigung als das eigentliche Schraubengewinde, das zweite Gewinde, aufweist. Es ist somit eine gleichgerichtete, aber mit größerem Betrag versehene Steigung für das zweite Gewinde dargestellt, man könnte auch sagen ein „Differenzialgewindestift“. Somit kann dieser Differenzialgewindestift mit dem ersten Gewinde von außen her in das Kopfgewinde hineingeschraubt werden, ohne dass die Engstelle zwischen den gleichgerichteten Hubzapfen innerhalb des mittigen Kurbelwellensegments stört. Das zu verfügende angrenzende Segment, der zweite Teil-Pleuel-Zapfen, wird dann mit einem Werkzeug durch das noch offene andere Schraubengewinde des Mittelsegments der gebauten Kurbelwelle verschraubt, indem sich der Schraubenkopf mit dem ersten Gewinde nach außen bewegt, die größere Steigung des zweiten Gewindes aber dennoch den Verband aus den beiden Teil-Pleuelzapfen zusammenzieht. Damit ist der Pleuelzapfen in der Mitte gefügt, ohne dessen äußere Wange durch eine Schraubenkopfauflage zu schwächen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen Schnitt durch eine gebaute Kurbelwelle vor einer Montage.
2 zeigt einen Schnitt durch die Kurbelwelle während einer Montage.
3 zeigt einen Schnitt durch die Kurbelwelle im verbauten Zustand.
4 zeigt exemplarisch eine Kurbelwelle mit vier Fügestellen.

Im Folgenden gelten für gleiche Bauelemente in den 1 bis 4 die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt einen Schnitt durch eine gebaute Kurbelwelle 1 für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei eineinhalb Pleuelzapfen dargestellt sind, wobei einer beziffert ist. Der Pleuelzapfen ist mittig in einen ersten Teil-Pleuelzapfen 2 und einen zweiten Teil-Pleuelzapfen 3 getrennt ist. Die Teil-Pleuelzapfen 2, 3 sind jeweils an eine Hubwange 4, 5 angeordnet. Die Verbindung zwischen Hubwange 4, 5 und Teil-Pleuelzapfen 2, 3 ist einstückig und materialeinheitlich. Die Teil-Pleuelzapfen 2, 3 sowie die Hubwangen 4, 5 sind in 4 nochmals für eine gesamte Kurbelwelle 1 beispielsweise für eine 4-zylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine dargestellt. Der erste Teil-Pleuelzapfen 2 und der zweite Teil-Pleuelzapfen 3 weisen jeweils eine Trennfläche 6, 7 auf, die bspw. eine Hirth-Verzahnung bzw. eine Plan-Kerbverzahnung aufweisen können. Auch gecrackte Trennflächen 6, 7 sind möglich. Zur Montage der zwei Teil-Pleuelzapfen 2, 3 sind im zweiten Teil-Pleuelzapfen 3 sowie in der zweiten Hubwange 5 ein Gewinde 9 vorgesehen. Auch der erste Teil-Pleuelzapfen 2 sowie die erste Hubwange 4 weisen ein korrespondierendes Gewinde auf. Dieses korrespondierende Gewinde in dem ersten Teil-Pleuelzapfen 2 und in der ersten Hubwange 4 sind nicht beziffert.
Zur Montage der erfindungsgemäßen Kurbelwelle 1 ist eine Schraube 8 vorgesehen. Diese kann mit einem Werkzeug 12, hierbei kann es sich bspw. um einen Inbusschlüssel handeln, in die Gewinde in der Kurbelwelle 1 eingeschraubt werden. Hierbei weist die Schraube 8 für den ersten Teil-Pleuelzapfen 2 ein erstes Gewinde 10 und für den zweiten Teil-Pleuelzapfen 3 ein zweites Gewinde 11 auf. Weiter weisen das erste Gewinde 10 und das zweite Gewinde 11 dieselbe Drehrichtung auf, wobei das erste Gewinde 10 einen größeren Außendurchmesser aufweist als das zweite Gewinde 11. Weiter weist das erste Gewinde 10 eine kleinere Steigung auf als das zweite Gewinde 11.
Somit ist ein Verfahren zur Fertigung einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle 1 dargestellt, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Einschrauben des ersten Gewindes 10 in den ersten Teil-Pleuelzapfen 2 in Richtung der ersten Hubwange 4,
- Positionieren des zweiten Teil-Pleuelzapfens 3,
- gleichzeitiges Ausschrauben des ersten Gewindes 10 aus dem ersten Teil-Pleuelzapfen 2 und Einschrauben des zweiten Gewindes 11 in den zweiten Teil-Pleuelzapfen 3,
- bis die Trennfläche 6 des ersten Teil-Pleuelzapfens 2 und die Trennfläche 7 des zweiten Teil-Pleuelzapfens 3 korrespondierend aufeinander verpresst sind.

Der erste Verfahrensschritt ist, wie bereits ausgeführt, in 1 dargestellt.
Die Verfahrensschritte 2 und 3 sind in 2, entsprechend während einer Montage der Kurbelwelle 1, dargestellt.
Der letzte Verfahrensschritt ist in 3 dargestellt.
4 zeigt nochmals sehr schematisch eine Kurbelwelle für eine vierzylindrige Reihen-Brennkraftmaschine. Eine Drehachse der Kurbelwelle ist nicht beziffert strichpunktiert dargestellt. Vier Trennstellen der Kurbelwelle sind gestrichelt dargestellt. Ein Hubzapfen, der in einen ersten Teil-Pleuelzapfen 2 und einen zweiten Teil-Pleuelzapfen 3 getrennt ist, ist in 4 ebenfalls beziffert. Angeordnet sind der erste Teil-Pleuelzapfen 2 und der zweite Teil-Pleuelzapfen 3 jeweils wiederum an eine erste Hubwange 4 und eine zweite Hubwange 5.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Fertigung der Kurbelwelle 1 wird eine Schwächung der ersten Hubwange 4 durch eine Schraubenkopfauflage in vorteilhafter Weise vermieden.
Bezugszeichenliste

1.: Kurbelwelle
2.: erster Teil-Pleuelzapfen
3.: zweiter Teil-Pleuelzapfen
4.: erste Hubwange
5.: zweite Hubwange
6.: Trennfläche erster Teil-Pleuelzapfen
7.: Trennfläche zweiter Teil-Pleuelzapfen
8.: Schraube
9.: Gewinde
10.: erstes Gewinde
11.: zweites Gewinde
12.: Werkzeug

Claims

Gebaute Kurbelwelle (1) für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei ein Pleuelzapfen in einen ersten Teil-Pleuelzapfen (2) und einen zweiten Teil-Pleuelzapfen (3) getrennt ist, wobei der erste Teil-Pleuelzapfen (2) einerseits mit einer ersten Hubwange (4) und der zweite Teil-Pleuelzapfen (3) einerseits mit einer zweiten Hubwange (5) der Kurbelwelle (1) verbunden ist und wobei eine Trennfläche (6) des ersten Teil-Pleuelzapfens (2) und eine Trennfläche (7) des zweiten Teil-Pleuelzapfens (3) mittels einer Schraube (8) korrespondierend aufeinander verpressbar sind, wobei für die Schraube in zumindest einem Teil-Pleuelzapfen (2, 3) ein axiales Gewinde (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (8) für den ersten Teil-Pleuelzapfen (2) ein erstes Gewinde (10) und für den zweiten Teil-Pleuelzapfen (3) ein zweites Gewinde (11) aufweist, wobei das erste Gewinde (10) und das zweite Gewinde (11) dieselbe Drehrichtung aufweisen und das erste Gewinde (10) einen größeren Außendurchmesser aufweist als das zweite Gewinde (11), wobei das erste Gewinde (10) eine kleinere Steigung aufweist als das zweite Gewinde (11).
Verfahren zur Fertigung einer Kurbelwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Einschrauben des ersten Gewindes (10) in den ersten Teil-Pleuelzapfen (2) in Richtung erste Hubwange (4), - Positionieren des zweiten Teil-Pleuelzapfens (3), - Gleichzeitiges Ausschrauben des ersten Gewindes (10) aus dem ersten Teil-Pleuelzapfen (2) und Einschrauben des zweiten Gewindes (11) in den zweiten Teil-Pleuelzapfen (3), - Bis die Trennfläche (6) des ersten Teil-Pleuelzapfens (2) und die Trennfläche (7) des zweiten Teil-Pleuelzapfens (3) korrespondierend aufeinander verpresst sind.