DE19916492A1

DE19916492A1 - Crankshaft for internal combustion engine has relief slot for shaft journal and crank pin introduced in crank web in region of fillet between one of journals and crank web

Info

Publication number: DE19916492A1
Application number: DE1999116492
Authority: DE
Inventors: Peter Schaefer
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-19

Abstract

At least one relief slot is introduced in the crank web(4) in the region of a fillet(5,6) between one of the journals and crank web. A relief slot(7) is provided for the shaft journal(2) and a relief slot(8) for the crank pin. The relief slots are concentric to the respective shaft journal and crank pin, and symmetrical to their longitudinal axes. The relief slots are formed with the manufacture of the crank web or after it.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a crankshaft for an internal combustion engine according to the features of the preamble of claim 1.

Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. Diese bestehen in der Regel aus mehreren Kurbelwangen, denen sich je weils ein Wellenzapfen und ein Kurbelzapfen versetzt zueinander an schließen. In den Übergangsbereichen zwischen einem Kurbelzapfen und einer Kurbelwange beziehungsweise einem Wellenzapfen und einer Kurbelwange, wobei dieser Übergangsbereich als Hohlkehle bezeichnet wird, treten beim Betrieb der Kurbelwelle in einer Brenn kraftmaschine starke Beanspruchungen auf. Um diesen Beanspru chungen in den Kurbelwellen-Hohlkehlen gerecht zu werden, werden entweder die Grundabmessungen der Kurbelwelle (wie Zapfendurch messer, Wangenform, Hohlkehlenradien) verändert oder es werden festigkeitssteigernde Maßnahmen (wie zum Beispiel Härten oder Rollen der Hohlkehlen) vorgenommen. Beides ist von Nachteil, da durch Änderung der Grundabmessungen das Gewicht der Kurbelwelle in unnötiger Weise ansteigt, so daß mehr Material verbraucht wird. Darüber hinaus muß bei höherem Materialverbrauch auch mit einem höheren Energieaufwand bei der Herstellung und auch beim Betrieb der Brennkraftmaschine gerechnet werden. Ebenso sind festigkeits steigernde Maßnahmen von Nachteil, da diese eine Steigerung der Produktionskosten sowie einen erhöhten Fertigungsaufwand mit sich bringen. Crankshafts for internal combustion engines are generally known. This usually consist of several crank webs, each depending because a shaft journal and a crank journal are offset from one another conclude. In the transition areas between a crank pin and a crank arm or a shaft journal and a crank arm, this transition area as a fillet is referred to occur in the operation of the crankshaft in a combustion heavy loads on the engine. To this claim in the crankshaft fillets either the basic dimensions of the crankshaft (like pin diameter knife, cheek shape, fillet radii) changed or it will strengthening measures (such as hardening or Rolling of the fillets). Both are disadvantageous because the weight of the crankshaft by changing the basic dimensions increases unnecessarily so that more material is consumed. In addition, with higher material consumption also with a higher energy consumption during production and also during operation the internal combustion engine. Are also strength increasing measures are disadvantageous, as these increase the Production costs as well as an increased manufacturing effort bring.

Zur Vermeidung der genannten Maßnahmen ist schon vorgeschlagen worden, eine Bohrung zur örtlichen Spannungsabsenkung in der Kur belwange vorzunehmen. Eine solche Bohrung hat allerdings den Nachteil, daß sie entweder zu geringe oder zu eng begrenzte Wir kung zeigt oder auch die Kurbelwelle so stark schwächt, daß die er forderliche Festigkeit für den Betrieb der Kurbelwelle nicht mehr ge geben ist.To avoid the above measures has already been proposed a hole for local stress reduction in the cure carry out. However, such a hole has the Disadvantage that they are either too small or too narrowly limited kung shows or weakens the crankshaft so much that he required strength for the operation of the crankshaft no longer ge give is.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine gezielte Spannungsminderung in den Kurbelwellen-Hohlkehlen zu erreichen.The invention is therefore based on the object with simple means a targeted reduction in tension in the crankshaft fillets to reach.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 ge löst.This object is ge by the features of claim 1 solves.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in einem Bereich einer Kur belwellen-Hohlkehle zwischen einem der Zapfen der Kurbelwelle und der Kurbelwange in der Kurbelwange wenigstens eine Entlastungsnut eingebracht ist. Mittels dieser Entlastungsnut wird eine Umlenkung im Kraftfluß erzeugt, wodurch die Spannungsspitzen in den Kurbelwel len-Hohlkehlen abgebaut werden. Dadurch wird wirksam die Bean spruchung in den Kurbelwellen-Hohlkehlen beim Betrieb der Kurbel welle in der Brennkraftmaschine reduziert, so daß bei Beibehaltung der erforderlichen Festigkeit weitergehende Maßnahmen, wie Verän derung der Grundabmessungen der Kurbelwelle oder festigkeitsstei gernde Maßnahmen, vermieden werden können. Der Vorteil einer sol chen Entlastungsnut gegenüber den schon bekannten Entlastungs bohrungen besteht darin, daß die Kurbelwelle nur unwesentlich ge schwächt wird, wodurch die Steifigkeit der Kurbelwelle nahezu voll erhalten bleibt und der Entlastungsbereich der Hohlkehle in Zap fenumfangsrichtung beliebig ausgedehnt werden kann. According to the invention it is provided that in an area of a cure Belwellen-fillet between one of the crankshaft pins and the crank arm in the crank arm at least one relief groove is introduced. A deflection in the Power flow generated, causing the spikes in the crankshaft len fillets can be removed. This makes the bean effective stress in the crankshaft grooves when operating the crank wave reduced in the internal combustion engine, so that while maintaining the necessary strength measures such as changes change in the basic dimensions of the crankshaft or strength measures that can be avoided. The advantage of a sol Chen relief groove compared to the already known relief bores is that the crankshaft ge only insignificantly is weakened, whereby the rigidity of the crankshaft is almost full remains and the relief area of the fillet in Zap the circumferential direction can be expanded as desired.

In Weiterbildung der Erfindung ist in jeweils einer Kurbelwange so wohl eine Entlastungsnut für den Wellenzapfen als auch eine Entla stungsnut für den Kurbelzapfen eingebracht. Dies hat den Vorteil, daß für die gesamte Kurbelwelle eine Reduzierung der Beanspru chung der Kurbelwellen-Hohlkehlen mittels der erfindungsgemäßen Entlastungsnut erzielt wird.In a development of the invention, this is the case in each crank arm probably a relief groove for the shaft journal as well as a discharge introduced groove for the crank pin. This has the advantage that a reduction in stress for the entire crankshaft chung the crankshaft fillets by means of the invention Relief groove is achieved.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Entlastungsnut konzentrisch zu dem zugehörigen Wellenzapfen beziehungsweise dem zugehörigen Kurbelzapfen in der Kurbelwange vorgesehen. Dadurch ist gewährlei stet, daß sich die jeweilige Entlastungsnut genau über den Bereich erstreckt, in dem die höchsten Beanspruchungen auftreten. Aufgrund dieser Ausgestaltung schmiegt sich die Entlastungsnut nicht nur dem Hohlkehlenverlauf, sondern auch der äußeren Formgebung des Wel lenzapfens beziehungsweise des Kurbelzapfens optimal an.In a further development of the invention, the relief groove is concentric the associated shaft journal or the associated one Crank pin provided in the crank cheek. This guarantees Continues that the respective relief groove is exactly over the area extends in which the highest stresses occur. Because of this embodiment, the relief groove hugs not only that Fillet course, but also the outer shape of the Wel lentil or crank pin optimally.

In Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Entlastungsnut über einen Teilumfang eines Wellenzapfens beziehungsweise eines Kur belzapfens. Aufgrund der Länge, der Breite und der Tiefe der Entla stungsnut kann diese auf die Abmessungen der jeweils vorliegenden Kurbelwelle abgestimmt werden, um eine größtmögliche Reduzierung der Beanspruchung der Kurbelwellen-Hohlkehlen zu erzielen. Gleich zeitig kann durch diese optimale Abstimmung verhindert werden, daß die Steifigkeit der Kurbelwelle geschwächt wird.In a further development of the invention, the relief groove extends over a partial circumference of a shaft journal or a cure belzapfens. Due to the length, width and depth of the discharge stungsnut this can be based on the dimensions of each Crankshaft are tuned to the greatest possible reduction the stress on the crankshaft fillets. Soon this optimal coordination can prevent that the rigidity of the crankshaft is weakened.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Entlastungsnut schon mit Her stellung der Kurbelwange in diese einbringbar. So kann zum Beispiel beim Guß einer Kurbelwange die Gießform schon die optimierte Form der Entlastungsnut beinhalten. Dies hat den Vorteil, daß nach der Herausnahme der gegossenen Kurbelwange diese schon weitestge hend fertig (einschließlich einer gegebenenfalls noch erforderlichen Nachbearbeitung) zur weiteren Montage zur Verfügung steht. Dabei ist denkbar, daß die Kurbelwangen einzeln oder die gesamte Kurbel welle gegossen werden.In a development of the invention, the relief groove is already with Her position of the crank arm can be inserted into this. For example when casting a crank arm, the mold is already the optimized shape include the relief groove. This has the advantage that after the Removal of the cast crank arm as far as possible finished (including any that may still be required Post-processing) is available for further assembly. Here it is conceivable that the crank webs individually or the entire crank wave are poured.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Entlastungsnut nach der Her stellung der Kurbelwange in diese einbringbar. Diese Vorgehenswei se hat dann den Vorteil, wenn Kurbelwangen gleicher Form und glei cher Abmessungen hergestellt werden, die mit unterschiedlichen Wel lenzapfen beziehungsweise Kurbelzapfen zu einer fertigen Kurbel welle zusammengebaut werden. Dann können einheitlich hergestellte Kurbelwangen in Abhängigkeit von den Abmessungen und der Form der verwendeten Wellen- beziehungsweise Kurbelzapfen mit den ent sprechenden Entlastungsnuten versehen werden.In a further development of the invention, the relief groove according to the Her position of the crank arm can be inserted into this. This procedure This has the advantage when crank webs of the same shape and same cher dimensions are made with different Wel shaft pin or crank pin to a finished crank shaft can be assembled. Then can be made uniformly Crank cheeks depending on the dimensions and shape the shaft or crank pin used with the ent speaking relief grooves are provided.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Entlastungsnuten sind bei allen Arten von Kurbelwellen einsetzbar. So kommt es bei der Verwendung dieser Entlastungsnuten nicht darauf an, ob es sich bei der Kurbel welle um eine zum Beispiel im Gesenk geschmiedete Kurbelwelle, eine freiform-geschmiedete Kurbelwelle, eine gegossene Kurbelwelle oder eine zusammengebaute Kurbelwelle handelt.The relief grooves provided according to the invention are common to all Types of crankshafts can be used. This is how it is used of these relief grooves does not depend on whether it is the crank shaft around a crankshaft, for example drop-forged, a free-form forged crankshaft, a cast crankshaft or an assembled crankshaft.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, auf das die Erfindung nicht beschränkt ist.The invention is described below using an exemplary embodiment to which the invention is not limited.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Kurbelwelle, Fig. 1 is a crankshaft,

Fig. 2 und 3 einen Querschnitt und einen Längsschnitt durch die Kurbelwelle. Fig. 2 and 3, a cross section and a longitudinal section through the crankshaft.

Fig. 1 zeigt eine Kurbelwelle 1 einer insbesondere selbstzündenden Brennkraftmaschine. Diese Kurbelwelle 1 weist zur Lagerung Wellen zapfen 2 auf, wobei weiterhin in Abhängigkeit der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine mehrere Kurbelzapfen 3 vorgesehen sind. Fig. 1 shows a crankshaft 1, in particular a self-igniting internal combustion engine. This crankshaft 1 has shafts journal 2 for storage, with several crank pins 3 being provided depending on the number of cylinders of the internal combustion engine.

Die Wellenzapfen 2 und Kurbelzapfen 3 sind über Kurbelwangen 4 versetzt zueinander zu der Baueinheit der Kurbelwelle 1 miteinander verbunden. An den beiden Enden der Kurbelwelle 1 werden in übli cher Weise ein Schwungrad oder ein Flansch für ein Schwungrad be ziehungsweise auf der gegenüberliegenden Seite Keilriemenabtriebe und gegebenenfalls Schwingungsdämpfer montiert. Diese sind in Fig. 1 nicht gezeigt.The shaft journals 2 and crank journals 3 are connected to one another to form the structural unit of the crankshaft 1 via crank webs 4 . At the two ends of the crankshaft 1 , a flywheel or a flange for a flywheel, or on the opposite side, V-belt drives and possibly vibration dampers are mounted in a usual manner. These are not shown in Fig. 1.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 ein Quer schnitt beziehungsweise ein Längsschnitt durch die in Fig. 1 ge zeigte Kurbelwelle 1 gezeigt. Neben den in Fig. 1 schon gezeigten und mit den gleichen Bezugsziffern versehenen Elementen ist die Hohlkehle im Bereich des Wellenzapfens 2 mit der Bezugsziffer 5 und die Hohlkehle im Bereich des Kurbelzapfens 3 mit der Bezugsziffer 6 versehen. Um die in diesen Kurbelwellen-Hohlkehlen auftretende Be anspruchung reduzieren zu können, sind erfindungsgemäß Entla stungsnuten 7 und 8 im Bereich dieser Kurbelwellen-Hohlkehlen 5 und 6 angeordnet. Die Anordnung und die Tiefe dieser Entlastungs nuten 7 und 8 für den Wellenzapfen 2 und den Kurbelzapfen 3 sind in den Fig. 2 und 3 erkennbar.To illustrate the invention, a cross section or a longitudinal section through the crankshaft 1 shown in FIG. 1 is shown in FIGS. 2 and 3. In addition to the elements already shown in FIG. 1 and provided with the same reference numbers, the fillet in the area of the shaft journal 2 is provided with the reference number 5 and the fillet in the area of the crank pin 3 with the reference number 6 . In order to be able to reduce the stress occurring in these crankshaft grooves, relief grooves 7 and 8 are arranged in the region of these crankshaft grooves 5 and 6 . The arrangement and depth of these relief grooves 7 and 8 for the shaft journal 2 and the crank pin 3 can be seen in FIGS. 2 and 3.

In Fig. 3 ist erkennbar, daß die Entlastungsnuten 7 und 8 konzen trisch zu dem zugehörigen Wellenzapfen 2 beziehungsweise dem zu gehörigen Kurbelzapfen 3 angeordnet sind. Außerdem ist erkennbar, daß sich die Entlastungsnuten 7 und 8 konzentrisch und über einen Teilumfang eines Wellenzapfens beziehungsweise Kurbelzapfens er strecken. Durch entsprechende Auslegung der Tiefe (siehe Fig. 2) sowie der Breite und der Erstreckung über den Teilumfang eines Wel lenzapfens beziehungsweise Kurbelzapfens (siehe Fig. 3) wird die weitestgehende Reduzierung der Beanspruchung in der Wellenzap fen-Hohlkehle 5 beziehungsweise der Kurbelzapfen-Hohlkehle 6 er zielt, ohne daß die Festigkeit der Kurbelwelle 1 geschwächt wird. In vorteilhafter Weise sind die Entlastungsnuten 7 und 8 nahe am Au ßenumfang des Wellenzapfens 2 beziehungsweise des Kurbelzapfens 3 im Bereich der Hohlkehlen 5 beziehungsweise 6 angeordnet, um die in diesem Bereich auftretenden Spannungen abbauen zu können. Darüber hinaus sind in weiterhin vorteilhafter Weise die Entlastungs nuten 7 und 8 symmetrisch zur Längsachse der Wellenzapfen 2 be ziehungsweise der Kurbelzapfen 3 angeordnet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Form der beiden Entlastungsnuten 7 und 8 kann (wie dies in Fig. 3 gezeigt ist) gleich sein, während es auch denkbar ist, daß Form, Längserstreckung, Breite sowie Tiefe voneinander abwei chen. In Fig. 3 it can be seen that the relief grooves 7 and 8 are arranged concentrically to the associated shaft journal 2 and the associated crank pin 3 . In addition, it can be seen that the relief grooves 7 and 8 concentrically and over a partial circumference of a shaft journal or crank pin, he stretch. By appropriate design of the depth (see Fig. 2) and the width and extent over the partial circumference of a Wel lenzapens or crank pin (see Fig. 3), the greatest possible reduction in the stress in the shaft cone groove 5 or the crank pin groove 6th he aims without weakening the strength of the crankshaft 1 . Advantageously, the relief grooves 7 and 8 are arranged close to the outer circumference of the shaft journal 2 and the crank journal 3 in the region of the grooves 5 and 6, respectively, in order to be able to reduce the stresses occurring in this region. In addition, the relief grooves 7 and 8 are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the shaft journal 2 or the crank pin 3 in a further advantageous manner, as shown in Fig. 3. The shape of the two relief grooves 7 and 8 (as shown in Fig. 3) may be the same, while it is also conceivable that the shape, length, width and depth differ from one another.

Reference list

11

Kurbelwelle
crankshaft

22nd

Wellenzapfen
Shaft journal

33rd

Kurbelzapfen
Crank pin

44th

Kurbelwange
Crank arm

55

Wellenzapfen-Hohlkehle
Shaft journal fillet

66

Kurbelzapfen-Hohlkehle
Crank pin groove

77

Entlastungsnut
Relief groove

88th

Entlastungsnut
Relief groove

Claims

1. Crankshaft ( 1 ) for an internal combustion engine with crank webs ( 4 ), each of which a shaft journal ( 2 ) and a crankpin ( 3 ) offset from one another, characterized in that in the region of a groove ( 5 ; 6 ) between one of the Pin ( 2 ; 3 ) and the crank arm ( 4 ) in the cure belwange ( 4 ) at least one relief groove ( 7 ; 8 ) is introduced.

2. Crankshaft ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a relief groove ( 7 ) for the shaft journal ( 2 ) as well as a relief groove ( 8 ) for the crankpin ( 3 ) is introduced in each crank cheek ( 4 ).

3. Crankshaft ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the relief groove ( 7 ; 8 ) is provided concentrically with the associated shaft journal ( 2 ) or the associated crankpin ( 3 ) in the crank web ( 4 ).

4. Crankshaft ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the relief grooves ( 7 , 8 ) symmetrically to the longitudinal axis of the associated shaft journal ( 2 ) or the associated crank pin ( 3 ) are arranged.

5. Crankshaft ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the relief groove ( 7 ; 8 ) can be introduced into the crank web ( 4 ) already when it is manufactured.

6. Crankshaft ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the relief groove ( 7 ; 8 ) after the position of the crank arm ( 4 ) can be introduced into this.