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Die
Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Kurbelwelle.
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Eine
gattungsgemäße Kurbelwelle
ist an einem Ende mit einem Schwungrad verbunden, wobei hierzu üblicherweise
ein endseitiger Verbindungsflansch der Kurbelwelle mit einem entsprechenden endseitigen
Flansch des Schwungrades verschraubt ist. Die Kurbelwelle und das
Schwungrad sind in Kurbelwellenlagerungen eines Motorgehäuses drehbar gehalten.
Die Kurbelwelle ist ferner im Bereich des obigen endseitigen Verbindungsflansches
mit einem Antriebsrad wie beispielsweise einem Zahnrad versehen,
das mit einer Steuerung koppelbar ist.
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Bei
derartigen Kurbelwellen kann das Zahnrad für die Steuerung grundsätzlich einteilig
mit der Kurbelwelle ausgebildet werden. Nachteile einer solchen
einteiligen Konstruktion sind, dass die Bearbeitung der Zähne des
Zahnrades kompliziert und zeitaufwändig ist, und dass der Ausschuss
der Kurbelwelle mit dem Ausschuss des Zahnrades gekoppelt und damit
höher ist.
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Um
diese Probleme der einteiligen Konstruktion der Kurbelwelle mit
dem Zahnrad zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bereits
bekannt, das Zahnrad für
die Steuerung separat von der übrigen
Kurbelwelle vorzufertigen und dann mit dieser zu verbinden.
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So
beschreibt zum Beispiel die DE-OS-21 56 031 ein Verfahren zur Herstellung
einer Kurbelwelle mit einem Antriebsrad für einen Steuerungsmechanismus,
bei dem eine Kurbelwelle zunächst
ohne Antriebsrad vorgefertigt und dann in zwei Teile getrennt wird.
Zwischen diese beiden Kurbelwellenteile wird ein separat vorgefertigtes
Antriebsrad eingefügt,
woraufhin die gesamte Anordnung lokal zusammengeschweißt wird.
Dieses Verfahrens ist jedoch aufgrund des Trennschritts der vorgefertigten
Kurbelwelle und des Ausrichtens der drei Komponenten vor dem Schritt
des Zusammenschweißens
relativ aufwändig und
damit kostenintensiv.
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Ferner
offenbart die DE-OS-20 20 212 ein Verfahren zur Herstellung einer
Kurbelwelle, bei dem das Zahnrad auf eine endseitige Verlängerung
des Wellenzapfens der Kurbelwelle aufgepresst wird und im Anschluss
an das Zahnrad ein Flansch zur Befestigung eines Schwungrades durch
Elektronenstrahlschweißen
aufgebracht wird. Dieses Verfahren enthält die zwei Schritte des Anbringens
des Zahnrades und des Anbringens des Verbindungsflansches, und außerdem wird
die Gesamtlänge
der Kurbelwelle vergrößert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die oben beim Stand der Technik beschriebenen
Nachteile zu vermeiden, und insbesondere eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs vorzusehen, die eine kurze Motorbaulänge ermöglicht und gleichzeitig
einfach und kostengünstig
herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur
Herstellung einer solchen Kurbelwelle mit den Merkmalen des Anspruchs
2 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Kurbelwelle
zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein Antriebsrad für eine Steuerung
mit einem integrierten Verbindungsflansch zur Befestigung eines
Schwungrades als einteilige Einheit vorgefertigt wird und anschließend diese
Einheit aus Antriebsrad und Verbindungsflansch mit einem Ende der
(übrigen)
Kurbelwelle mittels Reibschweißens
fest verbunden wird.
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Die
zweiteilige Konstruktion gemäß der Erfindung
hat den Vorteil, dass das Antriebsrad für die Steuerung komplett vorbearbeitet
werden kann, sodass die Bearbeitung des Antriebsrades einfacher
ist und insgesamt für
die Kurbelwelle eine geringere Ausschussrate erzeugt, und dass für beide
Bauteile der jeweils günstigste
Werkstoff ausgewählt
werden kann. Außerdem
kann die erforderliche Motorbaulänge
für die
Kurbelwelle aufgrund des mit dem Antriebsrad integrierten Verbindungsflansches
relativ kurz gehalten werden. Ferner kann der Lochkreisdurchmesser
für die
Befestigung des Schwungrades an dem integrierten Verbindungsflansch
relativ groß gewählt werden,
sodass an dieser Verbindung höhere
Drehmomente aufgenommen werden können.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Kurbelwelle gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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2 eine schematische Querschnittsdarstellung
der Kurbelwelle von 1.
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In 1 und 2 ist in schematischer Seitenansicht
bzw. Querschnittsansicht eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
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An
einem Ende (rechts in 1 und 2) der Kurbelwelle 1 ist
an einem Lagerzapfen 2 ein Antriebsrad 3 für eine Steuerung (nicht
dargestellt) vorgesehen, welches in dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 als Zahnrad ausgebildet ist. An das
Antriebsrad 3 schließt
sich endseitig ein Verbindungsflansch 4 zur Befestigung
eines Schwungrades (nicht dargestellt) an. Die Befestigung des Schwungrades erfolgt
in bekannter Weise über
eine Schraubverbindung zwischen dem Verbindungsflansch 4 der
Kurbelwelle 1 und einem entsprechenden endseitigen Verbindungsflansch
des Schwungrades, wobei die Befestigungsschrauben in Gewindelöcher 5 in
dem Verbindungsflansch 4 der Kurbelwelle 1 eingreifen.
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Der
Aufbau des Schwungrades, die Kopplung des Antriebsrades 3 mit
der Steuerung, der weitere Aufbau der Kurbelwelle 1 und
die Lagerung der Kurbelwelle 1 sind nicht Gegenstand der
vorliegenden Erfindung und dem Fachmann aus dem Stand der Technik
bereits hinlänglich
bekannt, weshalb auf eine nähere
Beschreibung davon verzichtet werden kann. Die vorliegenden Erfindung
ist insbesondere nicht auf spezielle Konstruktionen der Kurbelwelle, des
Schwungrades oder der Steuerung beschränkt, sofern sie nicht die Anordnung
des Antriebsrades 3 an der Kurbelwelle 1 betreffen.
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Das
Antriebsrad 3 ist mit dem integrierten Verbindungsflansch 4 als
einteiliges Bauteil separat von der übrigen Kurbelwelle 1 vorgefertigt.
Die Verbindung dieser Einheit aus Antriebsrad 3 und Verbindungsflansch 4 erfolgt
gemäß der Erfindung
in der folgenden Weise.
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Die
Einheit aus Antriebsrad 3 und Verbindungsflansch 4 wird
mit dem Ende der übrigen
Kurbelwelle 1, d.h. mit der Stirnseite des Lagerzapfens 2, mittels
Reibschweißens
verbunden. Die entsprechende Schweißnaht bzw. der Schweißwulst 6 ist
in 1 und 2 zwischen dem Lagerzapfen 2 und
dem Antriebsrad 3 zu erkennen.
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Bei
dem Reibschweißverfahren
wird allgemein eines der zu verbindenen Werkstücke festgehalten und das andere
der zu ver bindenden Werkstücke
in Drehung (Rotationsreibschweißen)
oder in Schwingungen (Linearreibschweißen) versetzt. Das in Drehung
versetzte Werkstück
wird gegen das stehende Werkstück
gedrückt,
wodurch sich aufgrund der starken Reibung die Berührungsflächen sehr schnell
erwärmen.
Sobald der Werkstoff plastisch wird, wird die Drehung des einen
Werkstücks
gestoppt, und die beiden Werkstücke
werden mit einer zusätzlichen
Stauchkraft zusammen gedrückt
und somit verschweißt.
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Ein
besonderer Vorteil des Reibschweißens besteht darin, dass neben
artgleichen Werkstoffen auch unterschiedliche Werkstoffe miteinander
verschweißt
werden können.
Es ist daher möglich,
für die
Kurbelwelle 1 und für
das Antriebsrad 3 mit Verbindungsflansch 4 jeweils
den optimalen Werkstoff auszuwählen.
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Im
Fall der vorliegenden Erfindung kann entweder die Kurbelwelle 1 festgehalten
und das Antriebsrad 3 gedreht werden oder alternativ die
Kurbelwelle 1 gedreht und das Antriebsrad 3 festgehalten werden.
In 2 ist eine Werkstückaufnahme 7 einer (nicht
dargestellten) Reibschweißmaschine
angedeutet, in der die Kurbelwelle 1 mit ihrem Lagerzapfen 2 aufgenommen
werden kann. Zur Vermeidung von Beschädigungen und/oder zur Verbesserung
des Griffs des Lagerzapfens 2 kann dessen Außenumfang
mit einer Schutzbeschichtung 8 versehen sein.
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Die
Endbearbeitung der Kurbelwelle 1 erfolgt nach dem Verbindungsschritt
mittels Reibschweißens,
nachdem die Kurbelwelle als Bezugsmaß zum Beispiel in der Verzahnung
des Antriebsrades 3 aufgenommen wird.
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Die
besonderen Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass
aufgrund der zweiteiligen Ausführung
von Antriebsrad und Kurbelwelle für beide Bauteile der jeweils
optimale Werkstoff eingesetzt werden kann, das Antriebsrad relativ
einfach bearbeitet werden kann, und der Ausschuss des Antriebsrades
nicht den Ausschuss der Kurbelwelle erhöht. Ferner sind aufgrund des
erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
ein geringer Durchmesser des Antriebsrades, eine kurze Motorbaulänge und ein
großer
Lochkreisdurchmesser für
die Befestigung des Schwungrades erzielbar. Außerdem sind die Verfahrensschritte
von geringer Anzahl und relativ einfach durchzuführen, sodass die Herstellung
der Kurbelwelle insgesamt kostengünstig bewerkstelligt werden
kann.