DE102019106313A1

DE102019106313A1 - Gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019106313A1
Application number: DE102019106313.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-09-17

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 in einer Hubwange eine Schmiermittelbohrung vorgesehen ist zur Versorgung einer Gleitoberfläche des Pleuelzapfens mit Schmiermittel, wobei die Gleitoberfläche durch die Schmiermittelbohrung weiter durch die Bohrung und die korrespondierende Oberflächenstruktur als Schmiermittelweg mit Schmiermittel versorgbar ist.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kurbelwelle ist eine einfache Schmierung der Gleitoberfläche sicher gestellt und es kann auf eine übliche Einbettschicht zur Vermeidung von Schäden durch Urschmutz verzichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine 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.
Weiter ist aus der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2019 103 381.0 eine gattungsgemäße, gebaute Kurbelwelle für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt. Ein Pleuelzapfen ist in einen ersten Teilpleuelzapfen und einen zweiten Teilpleuelzapfen getrennt. Jeder Teilpleuelzapfen ist einerseits mit einer Hubwange der Kurbelwelle verbunden und jeder Teilpleuelzapfen weist andererseits stirnseitig eine zueinander korrespondierende Oberflächenstruktur für einen Formschluss auf. Die Teilpleuelzapfen und zumindest eine Hubwange weisen in axialer Richtung eine zentrische Bohrung auf, zur Verschraubung der Teilpleuelzapfen mit einem Schraubelement, wobei die Oberflächenstruktur um die Bohrung eine Ausnehmung aufweist, die asymmetrisch um die Bohrung angeordnet ist.
Eine Schmiermittelversorgung von Hauptlagern und Hubzapfen einer Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 014 917 A1 bekannt. Darüber hinaus wird ein hydraulischer Ansteuermechanismus vorgeschlagen, zum Verstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses der Hubkolben-Brennkraftmaschine. Derartige VCR-Vorrichtungen (Variable Compression Ratio) weisen üblicher Weise ein sehr komprimiertes Package auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für einen Hubzapfen einer gebauten Kurbelwelle eine einfache Schmierung der Gleitoberfläche darzustellen und eine Möglichkeit aufzuzeigen, um auf eine übliche Einbettschicht zur Vermeidung von Schäden durch Urschmutz zu verzichten.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der gebauten Kurbelwelle erfolgt die Schmiermittelversorgung der Gleitoberfläche des Hubzapfens, bzw. des Pleuelzapfens durch einen definierten Spalt in der Oberflächenstruktur. Bevorzugt ist diese Oberflächenstruktur eine Plankerbverzahnung, wobei die Zähne und die Kerben einen definierten Spalt für die Schmiermittelzufuhr aufweisen.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 kann die bei Gleitlagern wegen des Risikos von Urschmutz übliche Einbettschicht, die normaler Weise ca. 250 µm beträgt, weg gelassen werden, wodurch die Bauteilstärke entsprechend vergrößert werden kann. Dies wirkt sich insbesondere bei VCR-Systemen positiv aus, die ein sehr komprimiertes Package aufweisen.
Besonders bevorzugt ist das Filterelement in der Bohrung, koaxial zu dem Schraubelement angeordnet. Es kann in einfacher Weise vor dem Fügen des Pleuelzapfens in die Bohrung eingelegt werden.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in zwei Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle.
2 zeigt einen Schnitt durch einen Pleuelzapfen der erfindungsgemäßen Kurbelwelle.

Für gleiche Bauelemente gelten in den 1 und 2 die gleichen Bezugsziffern.
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 mindestens 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, nicht bezifferte Ausnehmung auf. Diese Ausnehmung weisen beide Teilpleuelzapfen 2, 3 auf.
Bevorzugt ist die Ausnehmung für eine einfache und kostengünstige Fertigung rund ausgestaltet. Bevorzugt ist die Ausnehmung in axialer Richtung zumindest so tief wie die Oberflächenstruktur 5.
Besonders bevorzugt ist die Oberflächenstruktur 5, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, eine Plan-Kerbverzahnung, auch Hirth-Verzahnung genannt.
2 zeigt einen Schnitt durch einen Pleuelzapfen der erfindungsgemäßen gebauten Kurbelwelle 1 in montiertem Zustand. Eine Schmiermittelbohrung ist mit 8 beziffert. Die Oberflächenstruktur 5 ist, wie bereits erwähnt, eine Plan-Kerbverzahnung, mit einem definierten Spalt zwischen den Zähnen und den Kerben und ist gestrichelt dargestellt. Ein zu einer Gleitoberfläche 11 der Teilpleuelzapfen 2, 3 gefördertes Schmiermittel ist mit Pfeilen dargestellt. Dieses wird von einer nicht dargestellten Schmiermittelpumpe durch die Schmiermittelbohrung 8 in die Bohrung 6 und von dort aus durch den definierten Spalt in Richtung der Gleitoberfläche 11 gefördert.
Um auf eine übliche Einbettschicht von ca. 250 µm auf der Gleitoberfläche 11 wegen des Risikos von Urschmutz verzichten zu können, ist im Schmiermittelweg ein gepunktet dargestelltes Filterelement 12 vorgesehen. Dieses Filterelement 12 kann beispielsweise ein Filtervlies oder ein Papierfilter sein. Bevorzugt ist dieses Filterelement 12, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, in der Bohrung 6 angeordnet. Weiter ist das Filterelement 12 bevorzugt zylindrisch ausgebildet und erstreckt sich weitgehend um das Schraubelement 7 herum. Aufgrund des Entfalls der üblichen Einbettschicht kann die Bauteilstärke entsprechend stärker dimensioniert werden.
Es wird somit ein zusätzliches Filterelement 12 gegen Urschmutz im inneren des geteilten Pleuelzapfens vorgeschlagen. Dieses ist im Wesentlichen zylindrisch und kann vor dem Fügen des Pleuelzapfens in die Bohrung 6 eingelegt werden. Die Innenkontur ist mit einer entsprechenden Formgebung gestaltbar, da die Spannungen innerhalb der Plankerbverzahnung gering sind. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kurbelwelle für VCR-Systeme verwendet, die ein sehr komprimiertes Package aufweisen.
Die Erfindung ermöglicht somit eine kompakte Bauform für VCR-Systeme, die um den Pleuelzapfen herum angeordnet sind. Somit wird die Option eines VCR-Systems auch bei kleinen Zylinderbohrungen ermöglicht, bei denen eine begrenzte Breite des durch den Zylinder montierten Pleuels vorliegt.
Es werden in vorteilhafter Weise Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsvorteile durch eine kompakt bauende VCR-Technologie erzielt.
Bezugszeichenliste

1.: Kurbelwelle
2.: erster Teilpleuelzapfen
3.: zweiter Teilpleuelzapfen
4.: Hubwange
5.: Oberflächenstruktur
6.: Bohrung
7.: Schraubelement
8.: Schmiermittelbohrung
9.: Hauptlagerzapfen
10.: Gegengewicht
11.: Gleitoberfläche
12.: Filterelement

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]
DE 102019103381 [0005]
DE 102012014917 A1 [0006]

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), wobei in einer Hubwange (4) eine Schmiermittelbohrung (8) vorgesehen ist zur Versorgung einer Gleitoberfläche (11) des Pleuelzapfens mit Schmiermittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitoberfläche (11) durch die Schmiermittelbohrung (8) weiter durch die Bohrung (6) und die korrespondierende Oberflächenstruktur (5) als Schmiermittelweg mit Schmiermittel versorgbar ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schmiermittelweg ein Filterelement (12) angeordnet ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (12) in der Bohrung (6) angeordnet ist.
Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (12) zylindrisch ausgebildet ist und sich weitgehend um das Schraubelement (7) herum erstreckt.