DE10346405A1

DE10346405A1 - Kurbelwelle und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10346405A1
Application number: DE2003146405
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dr. Braun
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Eine einfache, kostengünstige und schnelle Fertigung von Kurbelwellen mit unterschiedlicher Länge wird dadurch erreicht, dass sie aus untereinander gleich ausgebildeten, durch Schweißung miteinander verbundenen Einzelstücken (1) aufgebaut ist.

Description

Insbesondere bei großen Hubkolbenbrennkraftmaschinen, wie sie in Schiffen oder Kraftwerken zum Einsatz kommen, ist es üblich, einen Motortyp mit unterschiedlichen Zylinderzahlen anzubieten. Es muss daher für jede Zylinderzahl eine spezielle Kurbelwelle geschmiedet werden. Dies erfordert nicht nur einen hohen Fertigungsaufwand sondern auch relativ lange Beschaffungszeiträume, da es unwirtschaftlich wäre, alle irgendwann benötigten Kurbelwellen auf Lager zu halten.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für eine Kurbelwelle zu schaffen, der eine einfache, kostengünstige und schnelle Herstellung von Kurbelwellen mit unterschiedlicher Länge ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies durch einen Aufbau aus untereinander gleich ausgebildeten, durch Schweißen miteinander verbundenen Einzelstücken erreicht. Hierdurch ergibt sich eine hohe Flexibilität und eine kurze Beschaffungszeit, da der Kurbelwellenrohling sehr schnell aus lagerhaltigen Einzelstücken aufgebaut werden kann.

Vorzugsweise sind die Einzelstücke geschmiedet. Die Einzelstücke können dabei aus verhältnismäßig kleinen Blöcken geschmiedet werden. Es wird also kein spezieller größerer Block benötigt. Auch eine Faserflussschmiedung ist problemlos für die Einzelstücke darstellbar.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht jedes Einzelstück aus einer Wange mit je einem Kurbelzapfenteil und einem Lagerzapfenteil. Hierdurch ergeben sich relativ kleine, zu schmiedende Einzelstücke. Nach einer alternativen Ausgestaltung besteht jedes Einzelstück aus zwei durch einen Kurbelzapfen miteinander verbundenen Wangen mit je einem Lagerzapfenteil. Hierdurch ergibt sich zwar ein größeres Schmiedstück dafür werden Schweißungen eingespart.

Vorteilhaft sind die Kurbelzapfenteile und die Lagerzapfenteile hohl geschmiedet. Vorzugsweise stehen die hohlen Kurbelzapfenteile und Lagerzapfenteile durch eine Schmierölbohrung in der Wange miteinander in Verbindung. Hierdurch lässt sich jedes Einzelstück in einer endkonturnahen Ausgestaltung fertigen. Durch die hohle Ausbildung der Einzelstücke ergibt sich auch eine Gewichtseinsparung der fertigen Kurbelwelle.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Einzelstücke durch eine Engspaltschweißung miteinander verbunden. Vorzugsweise findet als Engspaltschweißung eine Elektronenstrahlschweißung Verwendung. Diese Schweißung kann ohne Schweißzusatzwerkstoff durchgeführt werden. Nach einer alternativen Lösung findet als Engspaltschweißung eine Wolfram-Inertschweißung (WIG) Verwendung. Dann wird die Schweißung zweckmäßig mit einem mit dem Material des Einzelstücks artgleichen Schweißzusatzwerkstoff durchgeführt. Nach einer anschlie ßenden Vergütung und Fertigbearbeitung auf die geforderten Einbaumaße sind die Schweißnähte nicht mehr erkennbar und auch nicht mehr über Härteverläufe nachweisbar. Ein negativer Einfluss der Schweißung auf die Wechselfestigkeit ist daher nicht zu befürchten.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den zusätzlichen Unteransprüchen und einer Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Auf dieser zeigen jeweils in einer teilweise aufgebrochenen Seitenansicht:
1 ein Einzelstück,
2 die Verbindung zweier Einzelstücke über die Kurbelzapfenteile,
3 zusätzlich die Verbindung zweier Einzelstücke über die Lagerzapfenteile und
4 eine alternative Ausbildung eines Einzelstücks.
1 zeigt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Einzelstück, das aus einer Wange 2 mit einem angeformten Lagerzapfenteil 3 und einem Kurbelzapfenteil 4 besteht. Dabei weist jedes Lagerzapfenteil 3 und jedes Kurbelzapfenteil 4 die Hälfte der Länge des entsprechenden zusammengefügten Zapfens auf. Das Einzelstück 1 ist durch Gesenkschmieden hergestellt. Dabei sind in den Zapfenteilen 3, 4 Hohlräume 5, 6 ausgeformt, die zur Schmierölversorgung dienen. Ebenso sind an den Übergängen von der Wange 2 zu den Zapfenteilen 3, 4 Hohlkehlen 10 eingearbeitet. Durch die Wange 2 erstreckt sich eine Schmierölbohrung 7, die die beiden Hohlräume 5 und 6 miteinander verbindet. Infolge der vorgesehenen Hohlräume 5, 6 kann die Schmierölbohrung ohne Anbohren eineer Außenfläche des Einzelstücks 1 hergestellt werden. Das Verschließen einer derartigen Bohrung durch einen Stopfen entfällt daher. Die Anlageflächen 8 und 9 der beiden Zapfenteile 3, 4 verlaufen jeweils senkrecht zur Achse des Zapfens.
2 zeigt die Verbindung zweier Kurbelzapfenteile 4, die durch eine Elektronenstrahlschweißung 11 ohne Zusatz von Schweißzusatzwerkstoffen hergestellt wird. Hierzu werden die Anlageflächen 9 zweier Einzelstücke 1 in gegenseitige Anlage gebracht und dann die Schweißung durchgeführt.
3 zeigt die Verbindung sowohl zweier Lagerzapfenteile 3 als auch zweier Kurbelzapfenteile 4 durch eine Wolfram-Inertschweißung 12. Diese Schweißung 12 wird unter Verwendung eines mit dem Werkstoff der Einzelstücke 1 artgleichen Schweißzusatzwerkstoffs durchgeführt wie bei 13 angedeutet.
Nach Verschweißen einer der Anzahl der Zylinder der Hubkolbenbrennkraftmaschine entsprechenden Anzahl von Einzelstücken 1 wird der Kurbelwellenrohling zunächst vergütet. Danach ist in der Gefügezusammensetzung im Bereich der Schweißnaht kein Unterschied zum Gefüge der Einzelstücke mehr feststellbar. Anschließend wird dieser Rohling auf die erforderlichen Einbaumaße fertig bearbeitet.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines geschmiedeten Einzelstücks 14. Dieses Einzelstück weist zwei Wangen 15 auf, die durch einen Kurbelzapfen 16 miteinander verbunden sind. An jeder Wange 15 ist je ein Lagerzapfenteil 17 vorgesehen. In den Lagerzapfenteilen 17 sind wiederum zur Gewichtsminderung Hohlräume 18 vorgesehen. Die Hohlräume 18 sind vorzugsweise beim Schmieden der zugehörigen Kurbelzapfen- bzw. Lagerzapfenteile an diese angeschmiedet. Es wäre aber auch denkbar, die genannten Hohlräume erst nach der Schmiedung durch Bearbeitung herzustellen. Die Verbindung der genannten Einzelstücke 14 zu einer vollständigen Kurbelwelle und die anschließende Weiterbearbeitung erfolgt in der gleichen Weise wie vorher beschrieben.

Claims

Kurbelwelle, gekennzeichnet durch einen Aufbau aus untereinander gleich ausgebildeten, durch Schweißen miteinander verbundenen Einzelstücken (1, 14).
Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstücke (1, 14) geschmiedet sind.
Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelstücke (1) aus einer Wange (2) und je einem Kurbelzapfenteil (4) sowie einem Lagerzapfenteil (3) besteht.
Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelstück (14) aus zwei durch einen Kurbelzapfen (16) miteinander verbundenen Wangen (15) mit je einem Lagerzapfenteil (17) besteht.
Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge jedes Kurbelzapfenteiles (4) und/oder jedes Lagerzapfenteiles (3) die Hälfte der Länge des zusammengefügten Zapfens beträgt.
Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenseitigen Anlageflächen (8, 9) der Kurbelzapfenteile (4) und/oder der Lagerzapfenteile (3) senkrecht zur Achse dieser Zapfen verlaufen.
Kurbelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kurbelzapfenteil (4) und/der jeder Lagerzapfenteil (3, 17) mit einem Hohlraum (5, 6, 18) geschmiedet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen Kurbelzapfenteile (4) und Lagerzapfenteile (3) durch eine Schmierölbohrung (7) in der Wange (2) miteinander in Verbindung stehen.
Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstücke (1,14) durch eine Engspaltschweißung miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Engspaltschweißung eine Elektronenstrahlschweißung (11) Verwendung findet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Engspaltschweißung eine Wolfram-Inertschweißung (12) Verwendung findet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 – 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle nach der Schweißung vergütet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle nach der Vergütung auf die geforderten Einbaumaße fertig bearbeitet wird.