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Die Erfindung betrifft eine gegossene Kurbelwelle, insbesondere für
Verbrennungskraftmaschinen, auf deren den Kurbel- und Wellenzapfen zugewandten Wangenflächen
Entlastungsmulden angeordnet sind.
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Im Maschinen- und Motorenbau, insbesondere beim Bau von Verbrennungskraftmaschinen,
finden gegossene Kurbelwellen eine ständig zunehmende Verwendung, da das Gußverfahren
eine größere Freizügigkeit in der Gestaltung und eine bessere Formgenauigkeit als
der Schmiedeprozeß fär die Kurbelwelle ermöglicht. Dadurch ist der Aufwand für die
Herstellung der gegossenen Kurbelwelle gegenüber dem der geschmiedeten, Kurbelwelle
wesentlich geringer. Ferner lassen sich Gegengewichte leicht angießen und können
zusätzlich, weil-Zapfen und Wangen der Kurbelwelle zur Erzielung einer bedeutenden
Gewichtserspamis oft hohl gegossen werden, kleiner als jene einer geschmiedeten
Kurbelwelle -gehalten werden. Wie die Praxis gezeigt hat, lassen sich insbesondere
Kurbelwellen aÜs'Kugelär'aphitguß in Otto- wie auch in Dieselmotoren betriebssicher
verwenden. Bei der Gestaltung von Kurbelwellen aus Kugelgraphitguß muß darauf geachtet
werden, daß das vergossene Material im Inneren einer Werkstoffanhäufung nach dem
Gießen länger flüssig bleibt als in den benachbarten dünnwandigeren Stellen, damit
keine Lunker oder schwammig poröse Stellen entstehen, die die Festigkeit der Kurbelwelle
erheblich herabsetzen können. Die Lunkerbildung kann unterbunden werden, indem die
Zapfen hohl gegossen, die Kurbelwelle mit Kühleisen gekühlt oder ölkanäle in Form
von Rohren in die Kurbelwelle eingebaut werden. Abgesehen davoiä,--däß diese Maßnahmen
mit einem bedeutenden Aufwand verknüpft sind, besteht ein weiterer wesentlicher
Nachteil der gegossenen Kurbelwelle darin, daß im Betrieb Spannungsspitzen an den
übergangsstellen zwischen Wangen und Lagerzapfen entstehen.
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Diese Spannungsspitzen können teilweise dadurch abgebaut werden, daß
an den Zapfenübergängen große Radien vorgesehen sind.
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Bekannt ist auch (deutsche Patentschrift 143 574), den Kraftfluß an
den übergangsstellen zwischen Wangen und Lagerzapfen in einem großen Bogen herumzuleiten,
indem nierenförmige Entlastungsmulden auf den Wangenflächen angebracht werden, die
zu einem gleichmäßigen Spannungsverlauf führen und dadurch die Torsions- und Biegefestigkeit
der Kurbelwelle, stark verbessern. Derartige Vertiefungen können aber bei gegossenen
Kurbelwellen nur durch Keine oder Losteile, die in die Moä#llform eingelegt werden,
erzeugt werden, was nicht unwesentlich zu einer Erhöhung der Herstellungskosten
beiträgt.
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Ferner ist eine Kurbelwelle vorgeschlagen worden. (deutsche Auslegeschrift
1078 819), bei der an ded übergängen zwischen Lagerzapfen und Kurbelwangen
zur Vergleichmäßigung des Spannungsverlaufs D quer zur Kröpfungsebene voll durchsetzende
Einbauchungen angebracht sind. Dadurch wird jedoch der Kraftflußverlauf negativ
beeinflußt, da sich die Linien für die mittlere Lagerung mit den inneren Kanten
der jeweiligen Einbauchungen schneiden. Die Herstellung derartiger Einbauchungen
bei gegossenen Kurbelwellen ist nur mit Hilfe von Kernen oder Losteilen möglich,
um den für die Bewegung des Pleuelstangenkopfes um den Kurbelzapfen notwendigen
Abstand zwischen den Kurbelzapfen und den Einbauchungen auf den den Kurbelzapfen
zugewandten Wangenflächen zu erzeugen.
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In der schweizerischen Patentschrift - 383 083 ist eine Kurbelwelle
mit hohlem Zapfen dargestellt, bei der zylindrische Einbuchtungen auf der dem Nellenzapfen
zugekehrten Wangenfläche angebracht sind. Bei gegossenen Kurbelwellen sind derartige
Einbuchtungen nur unter Verwendung vor Kernen und Losteilen herstellbar, da die
Wangenform bzw. die Form der Kurbelwelle eine Modellteilung in Zünddruckrichtung
bedingt.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, die Gestaltfestigkeit
von gegossenen Kurbelwellen durch kernlos auf den Wangenflächen angebrachte Entlastungsmulden
in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß- die Entlastungmulden
zur entsprechenden Ebene des jeweiligen Wangenblattes geneigt längsmittig von den
Zapfenübergängen mit ständig zunehmender Breite bis zu den Wangenblattenden verlaufen.
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Durch die Erfindung wird es ermöglicht, Kurbelwellen ohne Keine oder
andere Losteile zu gießen. Gleichzeitig werden Lunkerbildungen in den kritischen
Wellenbereichen vermieden, da durch die Form der Entlastungsmulden die übergänge
von den Zapfen zu den Wangenblättern sanfter ausgebildet-werden können, bzw. die
Länge der einzelnen Wellenzapfen um die Tiefe dieser Mulden verkürzt ausgeführt
werden kann.
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Durch die Erfindung wird die Torsions- und Biegefestigkeit an den
Kurbelwellenkröpfungen in einfacher Weise verbessert. Die Torsions- und Biegekräfte
werden im wesentlichen durch die seitlich der erfindungsgemäßen Entlastungsmulden
stehengebliebenen Stege übertragen. Die Ausbildung der Kröpfungen entspricht im
Querschnitt einem U- bzw. Doppel-T-Profil, das gegenüber anderen Lösungen nicht
nur ein geringeres Gewicht aufweist, sondern sich auch leichter und einfacher gießen
läßt.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft darge,stgllt und
wird im folgenden näher erläutert. Die F i g. 1, 3 und 5 sind Längsschnitte
durch jeweils eine Kurbelwelle mit den erfindungsgemäßen Entlastungsmulden; die
Fig. 2, 4 und 6 stellen die entsprechenden Querschnitte dar, um zu veranschaulichen,
wie die Entlastungsmulden in der Breite verlaufen.
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Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kurbelwelle,
deren Kröpfungen mit den Entlastungsmulden 1, 2 an den Außenseiten und
3, 4 an den Innenseiten versehen sind. Der Schnitt c-c gemäß der F i
g. 2 läßt die Ansicht auf die erfindungsgemäße Entlastungsmulde 4 erkennen
und gibt Aufschluß über deren Breitenverlauf. Beiderseits der Entlastungsmulde 4,
2 a und 2 befinden sich die Stege 5 und 6, so daß sich im Querschnitt
ein Doppel-T-Profil ergiebt. Die F ig. 1 ist der Schnitt e-e gemäß der F
i g. 2.
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Die F i g. 3 zeigt ebenfalls einen Längsschnitt durch eine
Kurbelwelle mit den erfindungsgemäßen Entlastungsmulden 7, 8, 9, 10, 11 in
den Kurbelwangen. Das Besondere an dieser Ausführung ist eine geradlinige Ausbildung
des Steges. Die F i g. 3 A
zeigt eine vergrößerte Darstellung der Entlastungsmulde
9, die hier um den Betrag x in den Zapfen 14
hereingeführt
ist, was praktisch einem Einstich entspricht. Ein solcher Einstich kann z. B. vorgesehen
werden, wenn der Zapfen 14 noch nicht fertig bearbeitet ist, so daß der Betragx
dann einer Bearbeitungszugabe entspricht. Die F i g. 3 B zeigt den Längsschnitt
einer Kurbelwelle, bei der die erfindungsgemäßen Entlastungsmulden 15 und
16 in der Mitte der Kurbelwange in Verbindung stehen.
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Die F i g. 4 zeigt in Stimansicht eine Kurbelwelle mit insgesamt
drei um jeweils 1201 versetzte Kurbelzapfen mit den erfindungsgemäßen Entlastungsmulden
17, 18, und 19 in den Kurbelwangen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel
im Rahmen der Erfindung ist in den F i g. 5 und 6 veranschaulicht.
Die F i g. 5
ist der Schnitt f-f gemäß der F i g. 6. Das Besondere
dieser Lösung ist darin zu sehen, daß sich die erfindungsgemäßen Entlastungsmulden
20,21 in Längsrichtung überschneiden. ..j-