DE19802593A1 - Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine, welche entlang ihrer axialen Erstreckung zur Anpassung an betriebsbedingte Belastungen zumindest abschnitts­ weise inhomogen ausgebildet ist gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.

Aus der gattungsbildenden EP 0 372 724 A2 ist es bekannt, eine Kurbelwelle einer hier als Brennkraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine mit Hauptlagern zur rotatorischen Abstützung in einem Gestell zu versehen und zwischen diesen Hauptlagern jeweils eine Kröpfung anzuordnen, welche aus mit den Kolben verbundenen Lagerzapfen und diese mit den Hauptlagern verbindenden Kurbelwangen gebildet sind. Insofern entspricht diese Kurbelwelle allen in Brennkraftmaschinen verwendeten Kurbelwellen.

Zur Anpassung an betriebsbedingte Belastungen ist diese bekannte Kurbelwelle entlang ihrer axialen Erstreckung zumindest abschnittsweise inhomogen ausgebildet. Mittels indivi­ dueller Ausgestaltung der Kurbelwangen soll eine maximale Steifigkeit gegenüber Relativ­ verdrehungen der Kurbelwelle entlang ihrer Längsachse erzielt werden. Benachbart zum abtriebsseitigen Ende dieser bekannten Kurbelwelle liegt ein Nulldurchgang dieser Relativ­ verdrehungen vor, von welchem aus in Richtung auf das gegenüberliegende Ende durch die betriebsbedingten Belastungen eine zunehmende Verdrehung vorliegt. Ungefähr propor­ tional zu ihrer Entfernung von diesem Nullpunkt ist vorgesehen, die Kurbelwangen bezüglich ihrer Torsionssteifigkeit und Masse zu reduzieren.

Aussagen zur Biegesteifigkeit dieser Kurbelwelle sind nicht getroffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kurbelwelle für eine Hub­ kolbenmaschine zu schaffen, welche durch eine erhöhte Steifigkeit zu einer geringeren Geräuschabstrahlung in das sie tragende Gestell neigt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 2.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen benannt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zumindest der in Richtung auf das abtriebsseitige Ende der Kurbelwelle letzte Lagerzapfen einen gegenüber den übrigen Lagerzapfen ver­ größerten Durchmesser aufweist. Diese Durchmesservergrößerung erhöht die Steifigkeit der Kurbelwelle gegenüber Verdrehungen entlang ihrer Längsachse, welche an einem abtriebs­ seitigen Punkt gleich Null sind. Da sich die durch die weiteren Lagerzapfen eingeleiteten Relativverdrehungen zu der Relativverdrehung des durchmesservergrößerten Lagerzapfens hinzuaddieren, ist dessen Versteifung besonders wirksam, da somit das Gesamtniveau der Verdrehungen gering bleibt. Darüber hinaus ist durch den vergrößerten Durchmesser eine erhöhte Steifigkeit gegenüber Durchbiegungen der Kurbelwelle entlang ihrer Längsachse gewährleistet. Beide Effekte führen in Kombination zu insgesamt geringeren Verformungen der Kurbelwelle, was sich wiederum in einer verringerten Schallabstrahlung bzw. Über­ tragung dieser Verformungen in das die Kurbelwelle tragende Gestell bemerkbar macht.

Die in Patentanspruch 2 angegebene Lösung bewirkt in zu der oben beschriebenen Lösung vergleichbarer Weise eine Verringerung der Verdrehung sowie eine Erhöhung der Biege­ steifigkeit, was wiederum zu verringerten Geräuschanregungen führt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden zuvorge­ nannten Lösungen miteinander kombiniert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß mehrere der Lagerzapfen und/oder mehrere der Hauptlager einen in Richtung auf das abtriebsseitige Ende zunehmenden Durchmesser aufweisen, wobei entlang der Längsachse der Kurbel­ welle in Richtung auf das abtriebsseitige Ende jeder Lagerzapfen bzw. jedes Hauptlager zumindest den gleichen Durchmesser aufweist wie ein vor ihm liegender Lagerzapfen bzw. ein vor ihm liegendes Hauptlager.

Zur weiteren, optimalen Anpassung an vorliegende Betriebsbedingungen, sowie an die An­ zahl der Kröpfungen bzw. der Hauptlager kann zusätzlich zur Durchmesservergrößerung die Breite der Hauptlager und/oder der Lagerzapfen in Richtung auf das abtriebsseitige Ende zunehmend ausgeführt sein.

Besonders bevorzugt sind sämtliche Hauptlager und Lagerzapfen individuell auf die Hub­ kolbenmaschine derart abgestimmt, daß sämtliche Durchmesser und/oder Breiten der Lagerzapfen und/oder der Hauptlager voneinander verschieden sind.

Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit trägt neben der reinen Erhöhung der genannten Durch­ messer auch die damit einhergehende Zunahme der Überdeckung zwischen Lagerzapfen und Hauptlagern bei.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem anhand einer Zeich­ nung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kurbelwelle in Seitenansicht und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Kurbelwelle gemäß Fig. 1.

Eine Kurbewelle 1 ist in einem nicht gezeigten Gestell einer Hubkolbenmaschine mittels Hauptlagern 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, rotatorisch abgestützt gelagert.

Zwischen zwei benachbarten Hauptlagern 2 ist jeweils eine Kröpfung 3 angeordnet, welche aus mit den Hubkolben verbundenen Lagerzapfen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 sowie diese mit den Hauptlagern 2 verbindenden Kurbelwangen 5 und 6 gebildet sind.

Die Kurbelwelle 1 weist gemäß der Zeichnung ein links liegendes, freies Ende 7 sowie ein gegenüberliegendes, abtriebsseitiges Ende 8 mit einem Abtriebsflansch 9 auf.

Die Kurbelwelle 1 ist entlang ihrer Längsachse aufgrund einer individuellen Dimensionierung der Lagerzapfen 4 sowie der Hauptlager 2 inhomogen ausgebildet. Von dem links liegenden Ende 7 ausgehend ist in einer Richtung R auf das abtriebsseitige Ende 8 der auf einen Lagerzapfen 4 folgende, nächste Lagerzapfen 4 mit einem vergrößerten Durchmesser ver­ sehen. Die sich dabei einstellenden Durchmesser D41, D42, D43 und D44 sind in dieser Reihenfolge linear zunehmend ausgebildet.

In analoger Weise sind die Durchmesser der Hauptlager 2 individuell gestaltet, wobei sich bezüglich der Durchmesser D21, D22, D23, D24 ebenfalls eine lineare Zunahme einstellt, während zwischen D24 und D25 eine vergrößerte Zunahme vorliegt.

In Folge dieser Ausbildung der Kurbelwelle 1 stellt sich in Richtung R eine zunehmende Überdeckung H zwischen Hauptlagern und benachbarten Lagerzapfen 4 ein. Die sich hierbei einstellenden Überdeckungen H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 und H8 nehmen in Richtung R zu.

In Abweichung von der konstanten Breite der Hauptlager 2 sowie der Lagerzapfen 4 gemäß der Zeichnung kann deren Abmaß ebenfalls individuell ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Kurbelwelle 1 weist eine an die vorliegenden Belastungsverhältnisse angepaßte und optimierte Biegesteifigkeit sowie erhöhte Torsionssteifigkeit auf. Dieses führt zu einer Vermeidung bzw. deutlichen Herabsetzung der Amplitudenmaxima von auftre­ tenden Schwingungen. Dieses wiederum führt zu einer verringerten Übertragung dieser Schwingungen in das Gestell, somit zu einer geringeren Schallabstrahlung der Kurbelwelle 1. Die Gesamtmasse der Kurbelwelle 1 muß gegenüber einer konventionellen Kurbelwelle nicht vergrößert sein, da die bekannten Kurbelwellen entlang ihrer gesamten Länge auf maximale Beanspruchung ausgelegt sind, somit in bestimmten Bereichen deutlich über­ dimensioniert vorliegen. Es kann beispielsweise angenommen werden, daß das mittige Hauptlager 2.3 einem bekannten Hauptlager entspricht und die links davon liegenden Hauptlager 2.1 sowie 2.2 geringer dimensioniert sind als bekannte Hauptlager.

Claims (8)

1. Kurbelwelle (1) einer Hubkolbenmaschine, mit Hauptlagern (2) zu rotatorischen Abstüt­ zung der Kurbelwelle (1) in einem Gestell und zwischen diesen Hauptlagern (2) angeord­ neten Kröpfungen (3), welche aus mit den Hubkolben verbundenen Lagerzapfen (4) und diese mit den Hauptlagern (2) verbindenden Kurbelwangen (5, 6) gebildet sind, wobei die Kurbelwelle (1) entlang ihrer axialen Erstreckung zur Anpassung an betriebsbedingte Belastungen zumindest abschnittsweise inhomogen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der in Richtung (R) auf das abtriebsseitige Ende (8) der Kurbelwelle (1) letzte Lagerzapfen (4.4) einen gegenüber einem oder mehreren der übrigen Lagerzapfen (4.1, 4.2, 4.3) vergrößerten Durchmesser (D44) aufweist.

2. Kurbelwelle (1) einer Hubkolbenmaschine, mit Hauptlagern (2) zu rotatorischen Abstützung der Kurbelwelle (1) in einem Gestell und zwischen diesen Hauptlagern (2) angeordneten Kröpfung (3), welche aus mit den Hubkolben verbundenen Lagerzapfen (4) und diese mit den Hauptlagern (2) verbindenden Kurbelwangen (5, 6) gebildet sind, wobei die Kurbelwelle (1) entlang ihrer axialen Erstreckung zur Anpassung an betriebsbedingte Belastungen zumindest abschnittsweise inhomogen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das in Richtung auf das abtriebsseitige Ende (8) der Kurbelwelle (1) letzte Hauptlager (2.5) einen gegenüber einem oder mehreren der übrigen Hauptlager (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) vergrößerten Durchmesser (D25) aufweist.

3. Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Lager­ zapfen (4) einen in der Richtung (R) zunehmenden Durchmesser (D41, D42, D43, D44) aufweisen, wobei ein auf einen Lagerzapfen (4.1) unmittelbar folgender Lagerzapfen (4.2) zumindest den gleichen Durchmesser (D42) aufweist, wie der eine, vor ihm liegende Lagerzapfen (4.1).

4. Kurbelwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Haupt­ lager (2) einen in der Richtung (R) zunehmenden Durchmesser (D21 bis D25) aufweisen wobei ein auf ein Hauptlager (2.1 bis 2.4) unmittelbar folgendes Hauptlager (2.2 bis 2.5) zumindest den gleichen Durchmesser (D22 bis D25) aufweist, wie das eine, vor ihm liegende Hauptlager (2.1).

5. Kurbelwelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der in Richtung auf das abtriebsseitige Ende (8) der Kurbelwelle (1) letzte Lagerzapfen (4.4) eine gegenüber einem oder mehreren der übrigen Lagerzapfen (4.1, 4.2, 4.3) vergrößerte Breite aufweist.

6. Kurbelwelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das in Richtung (R) auf das abtriebsseitige Ende (8) der Kurbelwelle (1) letzte Hauptlager (2.5) eine gegenüber einem oder mehreren der übrigen Hauptlager (2.1 bis 2.4) vergrößerte Breite aufweist.

7. Kurbelwelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Durchmesser (D41 bis D44) der Lagerzapfen (4.1 bis 4.4) von­ einander verschieden sind.

8. Kurbelwelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Durchmesser (D21 bis D25) der Hauptlager (2.1 bis 2.5) von­ einander verschieden sind.