DE202005005999U1

DE202005005999U1 - Kurbeltrieb

Info

Publication number: DE202005005999U1
Application number: DE202005005999U
Authority: DE
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2015-04-15

Abstract

Kurbeltrieb, wobei der Kurbeltrieb eine einteilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel aufweist, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb vorzugsweise für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie eine Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes vorzugsweise für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
Es ist bekannt, dass eine Kurbelwelle besondere Betriebssicherheit bietet, sofern sie einstückig hergestellt ist. Beispielweise geht aus der CH 294835 eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine hervor, die bei Kraftfahrzeugen aber auch bei Lokomotiven und Schienentriebwagen einsetzbar ist. Die Kurbelwelle ist aus einem Stück gefertigt und mit Rollenlagern kombiniert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kurbeltrieb zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1, einem Systembaukasten mit einem Kurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 18 sowie mit einer Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes mit den Merkmalen des Anspruches 21. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen wie aus der nachfolgenden Beschreibung näher hervor.
Erfindungsgemäß weist ein Kurbeltrieb vorzugsweise für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges eine einteilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel auf, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind.
Eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes vorzugsweise zur Herstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges sieht die folgenden Stationen vor: Herstellung einer einteiligen Kurbelwelle, Herstellung von zumindest einem einteiligen Pleuel, eine erste Station zum Zusammensetzen des einteiligen Pleuels und der einteiligen Kurbelwelle und eine zweite Station zum Einsetzen der Kombination von Pleuel und Kurbelwelle in ein Gehäuse, vorzugsweise ein Motorgehäuse.
Die Anlage mit allen Stationen kann zusammengelegt auf einem Gelände, insbesondere in einem gemeinsamen Fertigungsbereich angeordnet sein. Die einzelnen Stationen kön nen jedoch auch getrennt voneinander vorliegen, beispielsweise in verschiedenen Fertigungsstätten. Auch können zwei Stationen miteinander integriert sein. Zum Beispiel können die erste und die zweite Station eine gemeinsame Fertigungsstätte bilden und so nicht weiter auftrennbar sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb zumindest einen einteiligen Lagerbock aufweist, in dem die Kurbelwelle gelagert ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb nur einteilige Lagerböcke aufweist. Auf diese Weise gelingt es, dass zum Einen nicht nur die einteilige Kurbelwelle, sondern auch die jeweils einteiligen Pleuel aufgrund der Lagerung in den einteiligen Lagerböcken die jeweiligen Genauigkeiten, die bei der Herstellung erzielt worden sind, vorteilhaft umsetzen können. Das bedeutet, dass ein derartiger Kurbeltrieb einerseits eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist, da aufgrund der Einteiligkeit der einzelnen Bauteile eine Abweichung von voreingestellten Abmaßen vermieden werden kann. Zum Anderen können aufgrund der Einteiligkeit der Bauteile Reibungskräfte vermindert werden. Dieses vermindert wiederum den Verschleiß der einzelnen Bauteile, die sich gegeneinander bewegen.
Vorteilhaft wird der Kurbeltrieb insbesondere bei einer Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Diese weist beispielsweise zumindest drei Zylinder auf. Die einteilige Kurbelwelle ist zerstörungsfrei zumindest mit einem einteiligen Pleuel, vorzugsweise mit zwei und insbesondere mit drei jeweils einteiligen Pleuel verbaut.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb zumindest eine Wälzlagerung für die Kurbelwelle hat. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wälzlagerung zumindest ein Kugellager und/oder ein Rollenlager umfasst. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kurbelwelle ausschließlich wälzgelagert ist. Wiederum kann vorgesehen sein, dass der Kurbeltrieb zumindest jeweils eine Wälzlagerung und eine Gleitlagerung für die Kurbelwelle aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen von Wälzlagerungen für Kurbelwellen gehen beispielsweise aus der DE 101 53 018 A1 , aus der DE 199 26 406 A1 wie auch aus der DE 24 35 332 A1 hervor. Auf diese wird bezüglich der Art der Wälzlager, der Anordnung von Loslager und Festlager, bezüglich verwendeter Lagerkörper wie auch verwendeter Lagermaterialien und Lageraufbauten im Rahmen der Offenbarung der Erfindung verwiesen.
Vorzugsweise werden Kugellager als Hauptlager genutzt. Diese stellen eine geringere Anforderung an die Form- und Lagegenauigkeit dar, wie sie beispielsweise bei anderen Wälzlagern, insbesondere Nadellagern vorliegen. Kann dagegen eine größere Genauigkeit bezüglich der Form- und Lagegenauigkeit eingehalten werden, andererseits eine erhöhte Kraftübertragung durch die Lager gefordert werden, können Rollen- oder Nadellager eingesetzt werden, insbesondere auch als Hauptlager. Vorzugsweise wird bei einem Einsatz von einem Kugellager nur eine Rille vorgesehen. Dadurch gelingt es, dass ein Anlaufspiegel wie auch eine Hohlkehle nebst einer Axiallagerung entfallen kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Wälzlager, insbesondere das Kugellager, erst auf der Kurbelwelle endmontiert wird. Hierzu können ein oder mehrere Bestandteile des Lagers, insbesondere ein Käfig, segmentiert und zusammensetzbar sein. Beispielsweise können Wälzlagerkörper, insbesondere Kugellager, zuerst zumindest zu einem Großteil in das Lager eingeführt werden, bevor ein Verschluss und insbesondere eine Lagenpositionierung mittels beispielsweise eines Käfigs erfolgt.
Um ein Einführen der Wälzlagerkörper bei schon zumindest teilweise auf der Kurbelwelle oder auf einem Lagersitz aufgebrachtem Bauteil des Wälzlagers zu ermöglichen, insbesondere bei schon aufgesetztem Innen- und/oder Außenring des Wälzlagers, kann beispielsweise eine Einführnut vorgesehen sein. Diese erstreckt sich vorzugsweise von einem Randbereich des Wälzlagers in ein Inneres des Wälzlagers hinein. Dabei hat es beispielsweise die Form einer Rampe. Die Einführnut kann gemäß einer Weiterbildung auch wieder verschlossen werden, wenn die Wälzlagerkörper eingeführt worden sind. Dazu kann beispielsweise ein Metall- oder auch ein Kunststoffeinsatz, insbesondere ein Streifen, form- und/oder kraftschlüssig eingesetzt werden. Auch kann der Einsatz verschraubt werden. Über die Einführnut wird ermöglicht, dass die Wälzlagerkörper noch nachträglich in das Wälzlager eingeführt werden können. Insbesondere ermöglicht dieses einen Zusammenbau des Wälzlagers auf der Kurbelwelle in der Weise, dass beispielsweise der Innen- und der Außenring sowie der Käfig schon vormontiert sind. Anschließend kann das Wälzlager befüllt werden. Dieses erlaubt beispielsweise bei Verwendung eines Kugellagers die Nutzung von mehr Kugeln, damit die Möglichkeit der Verteilung der Traglast und dadurch eine Erhöhung der Lebensdauer. Vorzugsweise werden bei einem einreihigen Kugellager gemäß einer Ausgestaltung zwischen 8 und 14 Kugeln verwendet. Das Wälzlager soll gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine dynamische Tragzahl C nach ISO 281 von mindestens 35 kN aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Wälzlager keine Einführnut aufweist. Vielmehr werden in diesem Falle die Wälzlagerkörper zuerst in das vorbereitete Lager eingeführt, bevor der Käfig eingesetzt wird.
Eine erste Weiterbildung sieht vor, dass für einen Hubzapfen der Kurbelwelle ein Walzenlager verwendet wird und für ein Hauptlager der Kurbelwelle ein Kugellager. Vorzugsweise findet dieses Anwendung bei Kleinwagen, die beispielsweise mit einer Drei-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet sind. Eine zweite Weiterbildung sieht vor, dass Gleitlager für die Pleuellager vorgesehen sind und Wälzlager für die Hauptlager der Kurbelwelle. Dieses wird insbesondere bei einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, deren Zylinder in V-Form angeordnet sind. Dort wie auch bei anderen Verbrennungskraftmaschinen mit der einteiligen Kurbelwelle und dem zumindest einem einteiligen Pleuel kann zusätzlich eine Lagerung der Nockenwelle eingesetzt werden, die ebenfalls zumindest teilweise wälzgelagert ist. Vorzugsweise ist die Nockenwelle vollständig wälzgelagert. Des weiteren ist bei einer Verbrennungskraftmaschine beispielsweise vorgesehen, dass ein Festlager dort angeordnet wird, wo die Kupplung am nächsten liegt. Werden beispielsweise ein Kugellager und ein Axiallager als Hauptlager der Kurbelwelle verwendet, so wird insbesondere das größere von beidem im Bereich eines Kupplungsflansches angeordnet.
Als Wälzlager sind insbesondere die folgenden Wälzlagerarten einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar:
Axiallager wie beispielsweise

• ein- oder zweireihige Rillenkugellager, beispielsweise mit einer Deckscheibe oder einer Dichtscheibe oder einem Sprengring;
• Schrägkugellager, die ein- oder zweireihig sind;
• Pendelkugellager, mit zum Beispiel zylindrischer Bohrung oder mit kegeliger Bohrung;
• Zylinderrollenlager, zum Beispiel ein- oder zweireihig, insbesondere mit Käfig;
• Laufrollenlager;
• Nadellager,
• Schulterkugellager;

• Nadellager;
• Kegelrollenlager;
• Tonnenlager;
• Pendelrollenlager;
• Nadelkugellager,

Die Wälzlager können in X-, in O- und/oder auch in Tandemanordnung angeordnet werden.
Zur Schmierung der Wälzlager kann beispielsweise eine Plungerpumpe Verwendung finden. Diese kann insbesondere eine ansonsten eventuell notwendige Ölpumpe zur Schmierung des Kurbeltriebes ersetzen. Eine Schmierung kann beispielsweise über eine Ölzerstäubung und/oder ein Ölspritzen ermöglicht werden. Zum Beispiel kann eine Öltauchschmierung, eine Spritzölschmierung, eine Tropfölschmierung, eine Ölumlaufschmierung, eine Schleuderölschmierung, eine Ölnebenschmierung und/oder eine Öleinspritzschmierung vorgesehen werden. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann zumindest für eines der verwendeten Wälzlager auch eine Fettschmierung genutzt werden. Hierbei kann beispielsweise ein Fettmengenregler eingesetzt werden. Auch besteht die Möglichkeit, abgedichtete Lager zumindest teilweise zu verwenden.
Eine Schmierung der Pleuel und Hauptlager geschieht vorzugsweise über den im Kurbelgehäuse befindlichen Ölnebel. Somit können gemäß einer Ausgestaltung aufwendige Bohrungen in den Kurbelwangen, Zuleitungen zu den Hauptlagern sowie Fangvorrichtungen in Form von Schleuderringen oder Wangeneinstiche entfallen. Vorzugsweise sind die Pleuel im Kolben geführt, insbesondere als Obenführung, um auszunutzen, dass Umfangsgeschwindigkeiten an axialen Führungsflächen im Kolben deutlich geringer sind und es dort lediglich nur eine Schwenkbewegung gibt. Durch ein dafür notwendiges Axialspiel des Pleuels auf dem Kurbelzapfen, welches insbesondere zumindest 2 bis 3 mm beträgt, und der guten Zugänglichkeit im oberen Bereich des Hubzapfens wegen kann eine ausreichende Ölversorgung des Pleuellagers durch Ölnebel sichergestellt werden.
Im Falle eines unten geführten Pleuels kann gemäß einer anderen Ausgestaltung das Pleuel entweder auf einem Teil des Umfangs, insbesondere dort, wo eine geringe Last herrscht, geschlitzt oder an den seitlichen Anlaufflächen mit Schmiernuten ausgeführt werden, um eine ausreichende Ölzufuhr zu gewährleisten. Bevorzugt ist gemäß einer Weiterbildung eine zusätzliche gezielte Spritzölschmierung auf das Pleuellager in einer bestimmten Stellung. Hierzu kann ein Abzweig von einer vorhandenen Kolbenkühlöldüse, die einen zweiten Strahl auf den im OT befindlichen Hubzapfen richtet, vorgesehen sein.
Die Kurbelwellenhauptlager, sofern sie nicht eingeschlossen oder schwer zugänglich sind, werden vorzugsweise ebenfalls mit Ölnebel geschmiert. Da sie keiner Schleuderbewegung ausgesetzt sind, ist die erforderliche Ölmenge deutlich geringer als die des Pleuellagers.
Somit sind unterschiedliche Schmierkonzepte in Abhängigkeit von der Konstruktion möglich: Das Pleuel kann oben im Kolben oder unten durch die Kurbelwelle axial geführt werden. Eine Schmierung der Pleuel- und Hauptlager kann entweder als Zwangsschmierung, insbesondere Spritz-/Druckölzuführung, oder durch freie Schmierung, insbesondere als Ölnebel, erfolgen. Auch Mischformen sind möglich.
Als Werkstoffe für die Lager kommen beispielsweise warmfeste, nichtrostende Stähle, Kobaltlegierungen wie auch Keramik-Werkstoffe in Frage. Das Käfigmaterial kann ebenfalls daraus sei oder aus Stahl oder Messing. Der Käfig kann auch ein Blechkäfig sein. Weiterer Werkstoff des Käfigs kann eine Bronze sein, beispielsweise eine Phosphorbronze oder auch eine Ferro-Silicium-Bronze. Für einige Anwendungen kann auch Kunststoff verwendet werden, insbesondere glasfaserverstärkter Kunststoff, zum Beispiel glasfaserverstärktes Polyamid 66.
Als Werkstoff für die einteilige Kurbelwelle wie aber auch für die ungeteilten Pleuel kommen Einsatz- oder Vergütungsstahl in Frage. Es kann jedoch auch Gusseisen beispielsweise mit eingegossenen Lagerinnenringeinsätzen genutzt werden. Lagerringe können beispielsweise in das Pleuel eingepresst werden, so dass dieses als Alternative zur direkten Lagerung zur Verfügung steht. Dadurch können auch nicht wälzlagerfähige Werkstoffe wie GG, GGG, ADI oder Aluminium genutzt werden. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass Lagerringe aus Wälzlagerstahl in das Pleuel aus Gusseisen mit eingegossen werden. Eine Ausgestaltung sieht beispielsweise als Material für eine Pleuelstange 15CrNi6 oder 16MnCr5 vor, insbesondere für eine Direktlagerung. Für einen Kurbelzapfen kann beispielsweise 15Cr3 verwendet werden.
Vorzugsweise sind die Laufbahnen für die Wälzkörper gehärtet, insbesondere einsatzgehärtet. Die Einsatzhärtungstiefe liegt insbesondere in einem Bereich zwischen 0,4 mm und 1 mm.
Des weiteren kann die Radialluft, die auch Lagerluft genannt wird, je nach Wälzlager und Kurbelwellenabmessung in einem Bereich zwischen 60 μm und 300 μm liegen, insbesondere mit ihren jeweiligen Minima und Maxima.
Der Kurbeltrieb ist insbesondere derart aufgebaut, dass die Kurbelwelle an einem Übergang zwischen einem Lagerzapfen und einer Wange eine derartige Abrundung aufweist, dass das einteilige Pleuel daran vorbeiführbar ist. Auf diese Weise können ein bzw. mehrere Pleuel über die Kurbelwelle gefädelt werden. Durch Bewegung der Pleuel in unterschiedliche Richtungen kann die für das Pleuellager vorgesehene Öffnung jeweils so gedreht werden, dass die Öffnungen über jeweilige Geometrien der Kurbelwelle führbar sind. Dazu können die Pleuel in alle möglichen Richtungen um ihre Achslagerachse verdreht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an der Kurbelwelle Gegengewichte angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Gegengewichte als separate Gegengewichte angeordnet. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Gegengewichte an die Kurbelwelle angeschraubt sind. Vorzugsweise erfolgt dieses über zumindest zwei Spannschrauben. Die Gegengewichte können beispielsweise dann an der Kurbelwelle angeordnet werden, wenn die einteiligen Pleuel wie auch die Lagerböcke mit der Kurbelwelle jeweils verbunden sind. Beispielsweise können dazu die Wälzlagerkörper in ein Pleuellager und/oder in ein Kurbelwellenlager gefüllt und gesichert werden. Eine Anzahl an Gegengewichten kann von den jeweiligen konstruktiven Bedingungen wie auch Einsatzbedingungen des Kurbeltriebes gewählt werden. Insbesondere kann frei gewählt werden bei der Anzahl von angeschraubten Gegengewichte für jede Motorbauform. Bei Reihenvierzylinder können gemäß einer Ausgestaltung zum Beispiel vier oder acht Gewichte vorzusehen sein. Ein Wuchten der Kurbelwelle kann im Zusammenbau mit Gewichten erfolgen. Ebenso kann auch ein alleiniges Wuchten der Kurbelwelle erfolgen. Dieses wird insbesondere dann ermöglicht, wenn engere Massetoleranzen bei den Anbauteilen vorliegen.
Ein Zusammenbau des Kurbeltriebes kann derart vonstatten gehen, dass Kolben der Verbrennungskraftmaschine zuerst mit den Pleuel und darüber mit der Kurbelwelle verbunden werden, bevor die Kolben in einen jeweiligen Zylinder eingeführt werden. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass Kolben der Verbrennungskraftmaschine zuerst in einen jeweiligen Zylinder eingeführt und in eine definierte Position gebracht werden, bevor die Kolben mit den Pleueln und darüber mit der Kurbelwelle verbunden werden. Auch besteht die Möglichkeit, zuerst die Pleuel mit der Kurbelwelle zu verbauen und erst danach die Pleuel mit den Kolben zu verbinden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Hauptlagerringe und Pleuel über die Kurbelwelle an ihre jeweilige Position geführt werden. Anschließend werden entsprechende Wälzkörper in die jeweiligen Lager eingesetzt. Dieses beinhaltet, dass auch entsprechende Käfige in die Lager eingesetzt werden. Eine Sicherung der Wälzkörper kann dabei über die Käfige selbst wie auch über entsprechende andere Sicherungsmechanismen erfolgen.
Eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine nach dem Ottoprinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine mit vier Zylindern weist zum Beispiel folgende Merkmale auf: Es ist eine einteilige Kurbelwelle aus Vergütungsstahl mit induktionsgehärteten Lagerlaufrillen vorgesehen. Weiterhin weist die Kurbelwelle angeschraubte Gegengewichte auf. Dieses sind vorzugsweise acht Gegengewichte. Die verwendeten einteiligen Pleuel sind aus Einsatzstahl. Die verwendeten Lagerkäfige sind aus Dural-Aluminium gebaut. Ein Kurbelgehäuse wird vorgesehen, in welches der Kurbeltrieb einsetzbar ist, wobei das Kurbelgehäuse separate, ungeteilte Lagerböcke aufweist. Das Kugelgehäuse ist mit dem Zylinderkopf verschraubt. Es ist vorzugsweise keine Lagertunnelbearbeitung vorgesehen. Eine Montage des Kurbeltriebes inklusive Kolben wird vorzugsweise von unten in das Kurbelgehäuse ausgeführt. Anschließend kann das Kurbelgehäuse mit dem Zylinderkopf verschraubt werden. Zusätzlich kann eine Querverschraubung an einer Schürze vorgesehen sein. Alternativ wie auch zusätzlich besteht die Möglichkeit, verwendete Lagerböcke beziehungsweise den kompletten Kurbeltrieb mit dem Zylinderkopf zu verschrauben.
Für eine thermische Entkopplung kann es beispielsweise vorteilhaft sein, dass die verwendeten Lagerböcke aus einem anderen Material sind als beispielsweise das Kurbelgehäuse bzw. der Zylinderkopf. So sind gemäß einer Ausgestaltung die Lagerböcke beispielsweise aus einem nichtaluminium- oder magnesiumhaltigen Werkstoff, während zum Beispiel das Kurbelgehäuse daraus besteht. Als Material für einen Lagerbock kommt ein Guss- oder auch ein Stahlmaterial in Frage. Auch kann ein Lagerbock zwei- oder mehrteilig sein.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Leiterrahmen verwendet wird, der zumindest zum Teil den Kurbeltrieb in der Verbrennungskraftmaschine umgibt. Weiterhin können Lagerböcke in den für eine Lüftung vorgesehenen Aussparungen im Kurbelgehäuse angeordnet werden. Eine Zylinderkopfverschraubung kann die Lagerböcke ebenfalls nutzen, indem sich diese entweder durch die Lagerböcke hindurch in das Kurbelgehäuse erstreckt oder ihren Widerpart in entsprechenden Verschraubungen in den Lagerböcken findet.
Eine Durchgangsverschraubung ist auch bei horizontal geteilten Lagerböcken anwendbar. Das Gewinde wird in diesem Falle vorzugsweise oberhalb einer Teilungsebene angeordnet. Eine andere Ausgestaltung sieht eine komplett durchgängige Verschraubung vor, mit der der Leiterrahmen direkt mit verschraubt werden kann. Diese ist ebenfalls für beide Lagerböcke möglich.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, die ungeteilte Kurbelwelle so zu bearbeiten, dass eine Laufflächenbearbeitung von Kurbelwellenzapfen sich auf ein Fräsen und Schleifen von Lagerrillen beschränkt. Kröpfungsradien wie auch Hohlkehlenradien können in einer durch den Herstellungsprozess der Kurbelwelle vorgegebenen Rohkontur belassen werden. Die hergestellten Lagerrillen können mit Standardteilen von Wälzlagern, insbesondere von Wälzlagerkugeln und Wälzlagerringen, genutzt werden. Dieses ermöglicht beispielsweise, dass eine Vormontage einer Kurbelwelle mit Pleuel und insbesondere auch mit Lagerböcken beispielsweise beim Wälzlagerhersteller erfolgt. Nach erfolgter Montage des Kurbeltriebes kann dieser beispielsweise an den Motorenhersteller gesandt werden. Dieser hat beispielsweise zwischenzeitlich die von der Gießerei zugesandten Zylinderköpfe wie auch Kurbelgehäuse nebst entsprechender eventueller zusätzlicher Motorgehäuseteile erhalten. Die weitere Montage zu der Verbrennungskraftmaschine kann dann vor Ort im Werk erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt eine Montage von Bauteilen mit dem Zylinderkopfgehäuse durch unterschiedliche Einbauvorgehensweisen. Vier verschiedene Alternativen werden im folgenden verkürzt aufgezählt, ohne das diese Aufzählung jedoch abschließend zu betrachten sei. Bei den alternativen Vorgehensweisen handelt es ich um die folgenden Anordnungen:

1. geschlossene Lagerböcke in rechteckiger Zylinderkopfgehäuse-Gasse, vorzugsweise thermisch entkoppelt;
2. geteilte Lagerböcke in rechteckiger Zylinderkopfgehäuse-Gasse, vorzugsweise thermisch entkoppelt;
3. mit Hauptlagerringen in konventionelle Zylinderkopfgehäuse-Gasse, beispielsweise nicht thermisch entkoppelt bei Verwendung von Aluminiumlegierungen; und
4. Eingußteile aus Stahl in einer konventionell gestalteten Zylinderkopfgehäuse-Gasse mit konventionellen Lagerdeckeln. Das Eingußteil und der Lagerdeckel haben eine integrierte Laufbahn vorzugsweise als Direktlagerung für die Wälzkörper.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind der folgenden Zeichnung zu entnehmen. Die dort dargestellten Merkmale sind jedoch nicht auf die jeweilige Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können diese mit Merkmalen anderer Ausgestaltungen aus der Zeichnung wie auch der obigen Beschreibung zu Weiterbildungen kombiniert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle mit Bauteilen, die über die Kurbelwelle an ihre Einbauposition geführt werden,
2 eine schematische Ansicht eines Kurbeltriebes, an dem Pleuel wie auch Lager vormontiert und Gegengewichte anmontiert werden,
3 eine Möglichkeit einer Montage des Kurbeltriebes in ein Kurbelgehäuse,
4 eine Explosionsdarstellung eines Lagerbockes, welches beispielsweise geeignet ist, für ein Lager eine axial Abstützung zu übernehmen,
5 einen fertigmontierten Lagerbock,
6 ein Pleuel mit einer Pleuellagerung in Explosionsdarstellung,
7 ein fertigmontierter Kurbeltrieb, der in einem Kurbelgehäuse fest installiert ist,
8 einen Ausschnitt aus einer Kurbelwelle mit fertig montiertem Pleuel, wobei insbesondere ein Rollenlager und eine U-Formauflage verwendet werden kann,
9 der aus 8 dargestellte Ausschnitt in einer quasi Explosionsdarstellung zur Verdeutlichung des Einbaus,
10 einen geteilten Wälzlagerkäfig,
11 den aus 10 dargestellten Wälzlagerkäfig in Explosionsdarstellung,
12 eine Vorderansicht des Wälzlagerkäfigs,
13 einen Detailausschnitt aus 11,
14 eine Ausschnittsvergrößerung aus 12,
15 eine weitere Ausgestaltung zur Befestigung eines Gegengewichtes an einer Kurbelwelle,
16 eine andere Ausgestaltung zur Befestigung eines Gegengewichtes an einer Kurbelwelle,
17 einen exemplarisch zusammengesetzten Kurbeltrieb mit Rollenlagern,
18 zeigt eine erste Ansicht der einteiligen Kurbelwelle aus 17,
19 zeigt eine zweite Ansicht der einteiligen Kurbelwelle aus 18,
20 zeigt ein Pleuel aus 17 in einer ersten Ansicht,
21 zeigt ein Pleuel aus 17 in einer zweiten Ansicht,
22 zeigt ein Beispiel eines Einsetzens eines Kurbeltriebes in einen Zylinderkopfes mit einer einteiligen Kurbelwelle und einteiligen Pleuel,
23 zeigt eine Ansicht einer einteiligen Kurbelwelle mit aufgesetztem Gegengewicht und Rollenlager, die jeweils in einer Schnittansicht gestrichelt dargestellt sind,
24 zeigt beispielhaft eine mögliche erste Gestaltung eines Einsetzens eines Kolbens in eine Zylinderbuchse,
25 zeigt eine Vergrößerung eines in 24 gestrichelt eingekreisten Bereiches,
26 zeigt eine Explosionsdarstellung von in 24 und 25 dargestellten Bauteilen,
27 zeigt eine zweite Möglichkeit des Einsetzens eines Kolbens in eine Zylinderbuchse,
28 zeigt ein erstes Spannband,
29 zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnittes aus dem ersten Spannband aus 28,
30 zeigt eine eingesetztes Spannband, welches Kolbenring zusammendrückt, um den Kolben in eine Zylinderbuchse einsetzen zu können,
31 zeigt eine Vergrößerung eines gestrichelt in 30 eingekreisten Bereichs,
32 zeigt beispielhaft eine Möglichkeit zur Lösung eines Spanbandes vom Kolben nach Einsetzen des Kolbens in eine Zylinderbuchse, und
33 zeigt eine Explosionsdarstellung der aus 30 hervorgehenden Bauteile.
1 zeigt einen Kurbeltrieb 1 mit einer einteiligen Kurbelwelle 2. Schräg auf die Kurbelwelle 2 ist ein einteiliges Pleuel 3 eingesetzt. Die Bemaßung der einteiligen Kurbelwelle 2 ist dabei derart auf eine Öffnung 4 im Pleuel abgestimmt, dass das Pleuel 3 über die Kurbelwelle 2 bis in seine Position geführt werden kann. Ein zweites Pleuel 5 ist beispielhaft schon an seine Endposition geführt und mit entsprechendem Lager 6 versehen. Das Lager 6 ist dabei vorzugsweise eine Wälzlagerung, insbesondere eine Kugellagerung. Die Pleuel 3, 5 sind somit von einer Vorderseite 6 der Kurbelwelle aus eingefädelt worden. An einer Hinterseite 7 der Kurbelwelle 2 wiederum ist schon ein hinteres Hauptlager 8 montiert. Die Kurbelwelle 2 weist beispielsweise in einem Bereich eines Hauptlagerzapfens 9 eine Abrundung beim Übergang auf eine Wange 11 auf. Beim weiteren Übergang von der Wange 11 hin zu einer Pleuellagerlaufbahn 12 ist wiederum eine Abrundung 10 vorgesehen. Durch geschicktes Einfädeln der Pleuel 3, 5 wie auch von Lagerringen 13 gelingt es somit, die einteilige Kurbelwelle 2 mit einteiligen Pleuel 3, 5 versehen zu können. Bei Verwendung von einteiligen Lagerböcken sind diese zum Beispiel vor der Kurbelwellenmontage über die Lagerringe zu fädeln. So wie dargestellt, ist die Kurbelwelle vollständig mit Wälzlagern und insbesondere mit Kugellagern versehen. Daher weist eine Innenlaufbahn 14 eines Hauptlagers eine umlaufende Rille 15 auf. Eine zweite Innenlaufbahn 16 eines Hubzapfenlagers 17 ist ebenfalls als umlaufende Rille 15 gestaltet. Als Gegenpart zu den jeweiligen Innenlaufbahnen 14, 16 weisen der Lagerring 13 bzw. das Pleuel 3 jeweils umlaufende Rillen 15 auf. Durch die Geometrie der Rille 15 kann somit bestimmt werden, welcher Art die Wälzlagerung ist. Beispielsweise können dieses Kugellager, Rolfenlager, Nadellager, Schräglager wie auch Axiallager sein.
2 zeigt einen zweiten Kurbeltrieb 18. Am zweiten Kurbeltrieb 18 sind die Pleuel 19 wie auch die Hauptlager 20 fertig montiert. Auf die genaue Montage von Pleuel 19 wie Hauptlager 20 wird nachfolgend eingegangen. Wie aus 2 zusätzlich entnehmbar ist, werden Gegengewichte 21 mit der Kurbelwelle 22 verschraubt. Hierzu weisen die jeweiligen Wangen vorzugsweise jeweils zwei parallel verlaufende Sacklochbohrungen auf. Die Gegengewichte 21 können sodann beispielsweise formschlüssig auf die Wangen 23 aufgesetzt werden. Über entsprechende Schrauben, die vorzugsweise einen Schraubenkopf mit Innensechskant aufweisen, werden die Gegengewichte mit einem definierten Anzugsmoment fixiert.
3 und 4 zeigen in schematischer Ansicht eine mögliche Montage eines Kurbeltriebes am Beispiel eines Vierzylinder-Reihenmotors bei der Verwendung von Kugellagern.
3 zeigt ein Kurbelgehäuse 24, an welches ein Zylinderkopf 25 angeschraubt wird. In das Kurbelgehäuse 24 werden Kolben 26 mit nicht näher dargestellten Kolbenringen insbesondere Abstreifringen vorgesehener Anzahl bestückt und von oben in ein Zylinderrohr 27 eingeführt. So wie dargestellt, werden die eingeführten Kolben 26 über die UT-Lage hinausgeschoben, so dass eine Bohrung 28 für einen Kolbenbolzen 29 aus dem Zylinderrohr 27 auftaucht. Über ein nicht näher dargestelltes Hebezeug kann die vormontierte Kurbelwelle 30 in ihrer Position gehalten werden, wobei die beiden innenliegenden Pleuel der vier Pleuel auf UT-Stellung angeordnet sind. Nachdem die Kolbenbolzen 29 eingeführt sind und über Sicherungsringe am Kolbenbolzen 29 gesichert wurden, kann die Kurbelwelle 30 um ca. einen halben Kolbenhub in Pfeilrichtung 31 geschoben werden. Gleichzeitig wird dabei die Kurbelwelle um ca. 90° verdreht. Dadurch können nun die außenliegenden Kolben analog zu den innenliegenden Kolben montiert werden. Das heißt, dass zuerst die innenliegenden Kolben an den Kurbeltrieb befestigt werden, bevor die außenliegenden befestigt werden. Bei einer Sechs-Zylinderreihenanordnung wiederum muss die Befestigung der unterschiedlichen Kolben so erfolgen, dass jeweils ausreichen der Spielraum zur Einfügung der jeweiligen Kolbenbolzen vorgesehen ist. Nachdem die Kolben 26 vollständig an der vormontierten Kurbelwelle 30 befestigt sind, kann der Kurbeltrieb weiter in Pfeilrichtung 31 bewegt werden, bis die jeweiligen Lagerböcke 32 zur Anlage im Zylinderkurbelgehäuse 24 gelangen. Das Zylinderkurbelgehäuse 24 weist für diese Art der Montage eine rechteckförmige Gasse 33 auf. Die rechteckförmige Gasse 33 wird über Schürzen 34 gebildet. Die Schürzen 34 wiederum weisen Passflächen 35 auf. Die Passflächen 35 sind vorzugsweise gefräst. Insbesondere sind radial angeordnete Passflächen 35 vorgesehen, durch die hindurch Längslöcher 36 verlaufen. Über eine entsprechende Verschraubung können auf diese Weise die Lagerböcke 32 im Kurbelgehäuse 24 jeweils seitlich fixiert werden. Nachdem diese Verschraubung mit definiertem Anzugsmoment vollzogen ist, kann der Zylinderkopf 25 aufgelegt werden. Die Zylinderkopfschrauben 37 werden ebenfalls mit einem definierten Anzugsmoment angezogen. Die Zylinderkopfschrauben 37 verlaufen vorzugsweise derart, dass sie über entsprechende, durch das Kurbelgehäuse 24 verlaufende Bohrungen 38 in die jeweiligen Lagerböcke 32 verschraubt werden können. Auf diese Weise kann ein Kraftfluss über die Zylinderkopfschrauben in das Kurbelgehäuse geschlossen werden. Der so fertig montierte Motor geht beispielsweise aus 7 hervor.
4 und 5 zeigen den Zusammenbau eines einteiligen Lagerbockes 38. Der Lagerbock 38 ist dabei als Festlager ausgebildet. Dafür wird zuerst ein erster Sicherungsring 39 in den Lagerbock 38 eingesetzt. Anschließend wird beispielsweise ein vormontiertes Wälzlager, in diesem Falle ein Kugellager 40, in den Lagerbock 38 bündig gegen den Sicherungsring 39 eingesetzt. Zur weiteren Verspannung wird das Kugellager 40 mit einem zweiten Sicherungsring 41 im Lagerbock 38 fixiert. Dadurch ergibt sich das in 4 dargestellte Beispiel des fertigmontierten Lagerbockes 38 als Festlager.
6 zeigt einerseits in Explosionsdarstellung ein einteiliges Pleuel 42. Zum Anderen wird aus der Explosionsdarstellung die Montage eines beispielhaften Wälzlagers für das Pleuel 42 dargestellt. Das Wälzlager ist wiederum ein Kugellager 43. Ein Käfig 44 weist vier 180°-Segmente 45 auf. Die Trennfugen 46 der Segmente 45 sind jeweils um 90° versetzt angeordnet. Dieses ergibt bei einem Zusammenbau ein gleiches Betriebsverhalten wie ein rundum geschlossener Käfig. Ein Fügen von Käfighälften erfolgt im eingebauten Zustand mittels Verschrauben, Vernieten oder Verschweißen. Gemäß einer ersten Möglichkeit wird eine erste Käfighälfte in das Pleuel 42 eingesetzt und dann werden die Kugeln 47 eingeführt und anschließend durch die zweite Käfighälfte eingeschlossen. Aufgrund der Trennung der Käfige in Segmente besteht die Möglichkeit, diese erst dann am Pleuel anzuordnen, wenn das Pleuel 42 über die Kurbelwelle an seine Position eingefä delt ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass Käfigsegmente miteinander verklippst werden, beispielsweise durch eine entsprechende Nut-Federpassung, durch eine Widerhakenform in Form von Pins oder Ähnlichem. Dazu können unterschiedlichste Schnappverschlüsse wie auch Puzzle-Profile mit einem Hinterschnitt verwendet werden. Vorzugsweise werden die Käfigsegmente in Axial- und/oder Radialrichtung gesichert, beispielsweise durch Verschraubung, Verklebung oder ähnliches. Als Käfigwerkstoff kann neben Stahl und Aluminium auch Kunststoff in Frage kommen. Es können Blech-Käfige genutzt werden wie auch gepresste Profile. Gemäß einer zweiten Möglichkeit werden zuerst die Kugeln eingeführt, diese ausgerichtet und anschließend erst das Käfigsegment eingeführt, mit dem die Kugeln in ihrer Position gehalten werden. Insbesondere mit dieser Methodik kann eine höhere Anzahl an Kugeln eingeführt werden. Auch besteht die Möglichkeit, einen geschlossenen Käfig zu verwenden, der keine Segment aufweist.
7 zeigt einen fertig montierten Kurbeltrieb in einem Kurbelwellengehäuse, der gemäß des Ablaufes wie in 2 beschrieben montiert worden ist. Neben der in 2 beschriebenen Möglichkeit des Einbaus einer Kurbelwelle in den Motor besteht die Möglichkeit, dass zuerst die Kolben mit den jeweiligen Kolbenringen bestückt und an den Pleueln montiert werden. Anschließend kann der komplette Kurbeltrieb in das Zylinderkurbelgehäuse eingefügt werden, indem die Kolben von unten in die Zylinderrohre eingeführt werden. Dabei können die Kolben insbesondere auch gleichzeitig eingeführt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass ein Auslauf eines Zylinderrohres mit einer umlaufenden Einführfase versehen ist. Dieses vermeidet ein Hängenbleiben der Kolbenringe. Anschließend werden die Zylinderkopfschrauben angezogen, so dass der Motor montiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, die Kurbelwelle im Motorblock so aufzunehmen wie es beispielsweise bei einem konventionell gleitgelagerten Motor mit von unten angeschraubten Lagerdeckeln der Fall ist. Hierbei kann die Montage prinzipiell wie in 2 oder wie oben beschrieben erfolgen. Allerdings sind die Schottwände so auszusparen, dass die Kolben deutlich über die UT-Stellung austauchen können bzw. von unten in den Motorblock eingeführt werden können. Hierfür sind Einführfasen für die Kolbenringe bei der Montage von unten an den Zylinderrohren erforderlich. Zylinderkopf wie auch Lagerdeckel können sowohl über eine gemeinsame Verschraubung wie auch separat fixiert werden.
8 zeigt eine Ausgestaltung eines Kurbeltriebes 48, der besonders klein baut. Dadurch gelingt es, einen äußerst geringen Bauraum, der zur Verfügung steht, auch mit einer einteiligen Kurbelwelle 49 und einteiligem Pleuel 50 nutzen zu können. Hierzu sind die Wan gen 51 mit kurzen Anfasungen 52 versehen, ohne jedoch Abrundungen aufzuweisen, wie sie beispielsweise bei dem Kurbeltrieb aus 1 hervorgehen. Durch Verwendung einer Rollenlagerung beim Kurbeltrieb 48 ist eine höhere Tragfähigkeit erzielbar. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass eine Kombination von Rollen- und Kugellagerung zur Anwendung kommt. Aufgrund der Verwendung von Rollenlagern haben die Wälzkörperlaufbahnen auf den Zapfen und in den Pleueln jeweils eine zylindrische Form 53. Eine axiale Führung eines Rollenkäfigs 54 von Pleuel 50 und Hauptlager 55 erfolgt über die jeweils benachbarten Kurbelwangen 56. Eine axiale Führung des Pleuels 50 kann dabei sowohl über die Kurbelwangen 56 – eine sogenannte Untenführung – wie aber auch durch den nicht näher dargestellten Kolben – eine sogenannte Obenführung – erfolgen. insbesondere wird je nach Verwendungszweck ausgewählt, welche der beiden Führungen eingesetzt wird. Bei einer Untenführung werden beispielsweise für eine Schmierstoffzufuhr zu den Kurbelwangen und einem Kurbelzapfenlager am Pleuelauge ein oder mehrere Nuten, Schlitze oder Bohrungen angebracht. Auch können seitlich zusätzlich Bronzescheiben oder gehärtete Stahlscheiben aufgesetzt sein. Bei einer Obenführung kann beispielsweise auf Schlitze oder ähnliches am Kolbenauge zur Schmierung verzichtet werden. Zur Führung des Pleuels zwischen den Kolbenaugen werden vorzugsweise gehärtete Stahlringe mit winkelförmigen Querschnitt genutzt, die mit einem kleinen Radialspiel auf dem Kolbenbolzen sitzen. Über beispielsweise seitliche Schmiernuten kann eine Schmierung der Führungsflächen gewährleistet werden. Unabhängig von der Art der Führung weist gemäß einer Weiterbildung weder die Kurbelwelle noch ein Pleuel eine Ölbohrung zur Schmierung auf.
9 verdeutlicht eine Montage eines Rollenlagers an dem Kurbeltrieb 48 aus 8. Hierzu wird eine erste Rollenkäfighälfte 57 axial in Pfeilrichtung 58 über die Kröpfung 59 in das Pleuel 50 geschoben. Bezüglich des Hauptlagers 55 erfolgt dort der äquivalente Vorgang mit ebenfalls einer ersten Rollenkäfighälfte 57. Nachdem die Rollenkäfighälfte 57 jeweils eingeschoben worden ist, wird diese jeweils um 180° gedreht. Anschließend wird eine nicht näher dargestellte zweite Rollenkäfighälfte ebenfalls axial in das Pleuel 50 bzw. in das Hauptlager 55 eingeschoben. Dabei kommt es zu einer formschlüssigen Schwalbenschwanzverbindung 60. Um ein anschließendes axiales Verschieben zu verhindern, werden die jeweiligen Käfighälften mittels Schrauben oder Nieten miteinander gesichert. Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird die erste Rollenkäfighälfte 57 eingeschoben, nachdem die zweite Rollenkäfighälfte schon vorher beim Hauptlager 55 eingesetzt worden ist. Beispielsweise kann die zweite Rollenkäfighälfte schon beim Einfädeln des Pleuels über die Kurbelwelle in diesem angeordnet gewesen sein. Um eine Montierbarkeit der Rollenkäfighälften, die auch anders unterteilte Rollenkäfigsegmente sein können, zu ge währleisten, ist vorzugsweise ein Durchmesser einer Kröpfung in einem außenliegenden Bereich 61 kleiner als ein Durchmesser des jeweiligen Zapfens 62. Ein Umfang des außenliegenden Bereiches 61 richtet sich dabei insbesondere nach einem Umfangswinkel des jeweils verwendeten Käfigsegmentes. In dem in 9 dargestellten Beispiel beträgt dieser 180°.
Ein Fügen der Rollenlagerkäfige ist auf verschiedene Weisen möglich. Die Käfighälften können gegen axiales Wandern neben Verstiften, Vernieten, Verschrauben ebenfalls durch Kleben, Verstemmen und/oder durch Verschweißen gesichert werden.
Aus den 10 bis 14 geht im Detail die Verbindung von Käfigsegmenten hervor, wie sie bevorzugt ist. 10 zeigt dabei eine Darstellung einer formschlüssigen Verbindung eines ersten Käfigsegmentes 63 mit einem zweiten Käfigsegment 64. In den Käfigen sind Rollen 65 angeordnet. Dieses können jedoch auch Kugeln, Nadeln oder Ähnliches sein. Darüber hinaus weisen beide Käfigsegmente 63, 64 eine Schwalbenschwanzverbindung 66 als formschlüssige Verbindung auf. Aus 11 geht die Segmentbauweise des Käfigs näher hervor. Das erste Käfigsegment 63 ist dabei vom zweiten Käfigsegment 64 getrennt. Dadurch ist die Schwalbenschwanzverbindung 66 und die dazu in jedem Käfigsegment 63, 64 jeweils vorhandene Geometrie dargestellt. Hierbei ist zu beachten, dass jedes Käfigsegment auf der einen Seite zwei Nuten und auf der anderen Seite zwei Federn aufweist. Dadurch ergibt sich eine vergleichmäßigte Belastung über die Schwalbenschwanzverbindungen 66. Beide Käfigsegmente 63, 64 werden vorzugsweise über Verschraubungen miteinander fixiert. Es können jedoch auch Nietungen vorgenommen werden. 12 zeigt den zusammengefügten Käfig 67. Neben Segmenten, die bei 180° jeweils Fugen aufweisen, können auch andere Segmentgrößen Verwendung finden. 13 zeigt die Schwalbenschwanzverbindung 66 nochmals in Vergrößerung. Ebenso geht dieses auch nochmals in Vergrößerung in einer Vorderansicht aus 14 hervor.
15 zeigt einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle 68. Eine Oberfläche der Kurbelwelle weist eine ebene Fläche 69 auf, auf der ein Gegengewicht aufgesetzt werden kann. Die ebene Fläche 69 ist vorzugsweise gefräst. Insbesondere können in diese Fläche ein oder mehrere Bohrungen 70 eingebracht sein, beispielsweise als Passbohrung oder zur Verschraubung. Die ebene Fläche 69 kann auch genutzt werden, um einen Formschluss und/oder einen Kraftschluss zwischen der Kurbelwelle 68 und dem Gegengewicht zu erzielen.
16 zeigt einen weiteren Querschnitt durch eine andere Kurbelwelle 71. Die Oberfläche der Kurbelwelle 71 weist zwei in einem Winkel zueinander stehende Ebenen 72, 73 auf, die sich vorzugsweise unter Bildung eines Giebels treffen. Die Ebenen 72, 73 können jedoch auch V-förmig angeordnet sein, ohne dass sie aufeinandertreffe. Darüber hinaus besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass andere Fläche, insbesondere Ebenen, zwischen den beiden Ebenen 72, 73 angeordnet werden. Dadurch kann beispielsweise eine Oberfläche mit einem Mehrkant, mit einer Nut und/oder Erhebung gebildet werden. Jede Ebene kann ein oder mehrere Bohrungen aufweisen, beispielsweise als Passbohrung oder zur Verschraubung. Die Flächen in Kombination können auch genutzt werden, um einen Formschluss und/oder einen Kraftschluss zwischen der Kurbelwelle und dem Gegengewicht zu erzielen.
17 zeigt beispielhaft eine weitere Kurbeltriebkonstruktion, wobei im weiteren zu dieser Kurbeltriebkonstruktion Maße und Kennzahlen angegeben werden. Diese sind jedoch nicht auf den vorliegenden Kurbeltrieb, insbesondere den dargestellten Rollenlagerkurbeltrieb 74 beschränkt. Vielmehr können die Maße und auch Kennzahlen bzw. Bereiche für andere wälzgelagerte Kurbeltriebe eingesetzt werden.
Der Rollenlagerkurbeltrieb 74 unterscheidet sich gemäß dieser Ausgestaltung nicht gegenüber einer Montage bei einem kugelgelagerten Kurbeltrieb. Eine Aufnahme 75 für ein oder mehrere Gegengewichte ist vorzugsweise mit einer Selbstzentrierung versehen, zum Beispiel als V-Profil mit beispielsweise einem Winkel von 120° gestaltet. Diese Gestaltung benötigt vorzugsweise keine Verwendung von Paßhilfsmittel wie beispielsweise Stifte und/oder Hülsen. Passhilfsmittel wie Stifte und/oder Hülsen werden vorzugsweise bei geraden Auflageflächen verwendet, die keine Selbstzentrierung aufweisen. Die Gegengewichte werden bei der Montage axial an eine Anlagefläche 76 gedrückt und dann verschraubt. Ebenfalls charakteristisch bei dieser Kurbelwelle sind die speziell geformte erste Schrägfläche 77 und zweite Schrägfläche 78 sowie die Aussparung 79, die vorzugsweise ebenfalls eine Schräge ist. Die Anordnung dieser Flächen an Übergängen gewährleistet bei dieser Ausgestaltung einen Freigang beim Fädeln der Pleuel und insbesondere der Lagerböcke.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind für einen Kurbeltrieb mit einer ausreichenden Steifigkeit für die Montierbarkeit, insbesondere für das Überfädeln der Pleuel und Lagerböcke folgende Maßverhältnisse vorgesehen, deren Werte um ca. +/–20% schwanken können. Die im folgenden angegebenen Werte sind in den 18, 19, 20 und 21 nä her dargestellt. Aus diesen beiden Figuren geht ein beispielhafter Kurbeltrieb und die jeweiligen zugehörigen Bauteile hervor.
Kurbelwelle:

D_HZ/D_HL = 1 (vorzugsweise Wert 1, falls D_HZ/D_HL ≠ 1 ist der größere Durchmesser ausschlaggebend)
B_Kröpf/D_HZ = 1,1
B_w/D_Hz = 0,48
S_w/D_Hz = 0,48
B_Hz/D_Hz = 0,4
Kolbenhub/D_Hz = 1,55

Pleuel:

D_PI/d_PI = 1,29...1,36 (max. 1,4)
d_PI/D_Hz = 1,28...1,32
B_PI/D_Hz = 0,38
Lagerbock (ohne Darstellung, Maße jedoch wie beim Pleuel):
B_Lagerbock/D_Hz = 0,36
d_Lagerbock/D_Hz = max. 1,4 (bezogen auf die dünnste Stelle)

Wälzkörper:

D_Rolle/D_Hz = 0,14...0,18
D_Rolle/Länge_Rolle = 1,25...1,9

Die Maßschwankungen von +/– 20%, bevorzugt von besser +/–5%, äußern sich in dem Montagespiel von Pleuel und Lagerböcke, welches an zumindest einer Position, vorzugsweise an zumindest den überwiegenden Positionen, und insbesondere an allen Position beim Überfädeln vorzugsweise mindestens 0,4 mm absolut betragen sollte, damit eine zügige Montage gewährleistet ist.
Für eine ausreichende dynamische Tragzahl von 45 kN beispielsweise für einen 4-Zylinder-PKW-Motor sind vorzugsweise 14 bis 20 Rollen zu verwenden, wobei die bevorzugte Rollengröße zwischen 7 und 9 mm liegen sollte.
Die für die rollengelagerte Kurbelwelle gültigen Maßverhältnisse sind ebenso für die kugelgelagerte Kurbelwelle anwendbar, wobei als Außenringdurchmesser der Kugellaufbahndurchmesser abzüglich zweimal der Rillentiefe zu verwenden ist.
22 zeigt in beispielhafter Ansicht in einer Explosionsdarstellung eine Möglichkeit einer Montage eines Zylinderkopfgehäuses mit Kolben und Kurbeltrieb nebst Leiterrahmen. Das Montageprinzip des Kurbeltriebs in das Zylinderkopfgehäuse und die Kolbenmontage sind mit der bei einer kugelgelagerten Version gemäß dieses Ausführungsbeispiels vorzugsweise identisch. Zur Entlastung von Zuganker hinsichtlich einer Torsion beim Anziehen sind vorzugsweise Stehbolzen in 17 1 zu verwenden, welche zum torsionsfreien Anziehen über einen Innensechskant im Kopf gekontert werden können. Eine zweite Befestigung von Lagerböcken, insbesondere zur Vermeidung von Schwingungen in Kurbelwellenrichtung, ist vorzugsweise über einen Leiterrahmen 81 vorzunehmen, wie er aus 22 in beispielhafter Ausgestaltung hervorgeht. Der Leiterrahmen 81 ist über das Gewinde 82 mit dem Lagerbock 83 verbunden. Der Einfachheit halber sind die notwendigen Schrauben nicht näher dargestellt. Der Leiterrahmen 81 wird mit einem nicht dargestellten Ölwannenflansch des Zylinderkopfgehäuses 84 durch nicht näher dargestellte Schraubverbindungen verbunden. Wenn aus Platzgründen, zum Beispiel durch eine nach hinten flacher werdende Ölwanne, ein äußerer Lagerbock 85 nicht über den Leiterrahmen 81 mitverbunden werden kann, so ist beispielsweise eine Anbindung über einen Gehäusedeckel 86 an das Zylinderkopfgehäuse möglich oder durch eine seitlich Verschraubung.
Die in 22 dargestellten Lagerböcke 83 haben vorzugsweise eine direkt eingearbeitete Lauffläche für eine Direktlagerung im Lagerbock. Dadurch ist es auch möglich, die Lagerblöcke 83 und notwendige Bauteile klein halten zu können.
23 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Kurbeltriebs, bei der eine bevorzugte axiale Führung der Kurbelwelle dargestellt ist.
Die axiale Führung der Kurbelwelle kann durch ein Standardzylinderrollenlager des Typs NUP, welches auf das freie Wellenende aufgeschoben ist, übernommen werden. Dieses Lager besitzt sowohl im Außen- als auch im Innenring Führungsborde, welche eine Kupplungsausrückkraft aufnehmen und die Kurbelwelle an ein axiales Wandern in Kupplungsrichtung hindern kann. Der Innenring des Standardlagers ist gegen Verrutschen gesichert.
Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt dieses beispielsweise über einen radialen Schrumpfsitz oder gemäß einer anderen Ausgestaltung mittels einer axialen Verspannung, zum Beispiel mit einem Steuerrad bzw. Kettenritzel.
Anstelle des dargestellten Zylinderrollenlagers kann ebenfalls ein Kugellager verwendet werden.
Die axiale Fixierung kann auch über Gleitringe 87, 88 insbesondere aus Bronze erfolgen, die beispielsweise am gehäusefesten Lagerbock 89 befestigt, insbesondere angeschraubt sind. Die Kupplungsausrückkraft wird von einem Kupplungsflansch 90 auf den Gleitring 88 übertragen. Zur Fixierung der Kurbelwelle in Schwungradrichtung läuft das Gegengewicht 91 gegen den Gleitring 87 an. Die Schmierung der Gleitringe sowie des dazwischen eingeschlossene Rollenlagers 92 mit Käfig 93 erfolgt beispielsweise über eine Ölbohrung mit Fang- oder Drucköl, die nicht näher dargestellt ist.
Die Axiallagerung bzw. Fixierung über Gleitringe kann wie dargestellt sowohl auf der Kupplungsseite angeordnet werden, aber auch am freien Wellenende oder auch an jedem anderen Hauptlager angeordnet werden. Statt der Gleitringe können auch Nadellagerkränze verwendet werden.
Ebenfalls ist eine kombinierte Axiallagerung mit einem Gleitring einsetzbar, der die Kupplungsausrückkraft aufnimmt und einem Zylinderrollenlager des Typs NJ mit einem Bord, welches die Kurbelwelle zur Kupplungsseite hin fixiert.
Weiterhin ist aus 23 eine Käfigführung der Wälzlager zu entnehmen. Die axiale Käfigführung in den Haupt- und Pleuellagern erfolgt über Laufflächen 94 an den Innenseiten der Kurbelwangen. Die radiale Führung des Pleuellagerkäfigs erfolgt wegen der Schleuderkraft über die Außenlaufbahn im Pleuel. Eine radiale Führung des Hauptlagerkäfigs kann über den Kurbelwellenzapfen als Innenlaufbahn oder mittels geeigneter Formgebung der Käfigtaschen durch Abstützung auf die Wälzkörper derart geführt werden, dass keine Berührung des Käfigs mit den Innen- und Außenlaufflächen stattfindet.
Im folgenden werden für den Kurbeltrieb bevorzugte Werte angegeben, die bei verschiedenen Wälzlagerungen zum Einsatz gelangen können. Lagerspiele Das Laufspiel des Käfigs

Axialspiel auf der Kurbelwelle 0008...0,012 (bis zu 0,3)·Breite

Radialspiel im Pleuel 0,003...0,005·Laufbahndurchmesser

(oberer Wert vorzugsweise für Leichtmetallkäfige)

Laufspiele der Rollen

Spiel der Rolle in der Käfigtasche: 0,008...0,02 (bis zu 0,5)·Rollendurchmesser

Axialspiel der Rolle im Käfig 0,01...0,02 (bis zu 0,5)·Rollenlänge
Hauptlagerspiel (kalt):

diametral 0,0004...0,0008 (bis zu 0.025)·Zapfendurchmesser (Kugellagerspiel ca. 50% geringer)

Pleuellagerspiel (kalt):

diametral 0,0001...0,0003 (bis zu 0,0075)·Zapfendurchmesser (Kugellagerspiel ca. 50% geringer)

Diese Spielgrenzen haben sich betriebstechnisch als vorteilhaft erwiesen. Vorzugsweise sollte ein Hauptlagerspiel zwischen 20 und 80 μm betragen. Eine Obergrenze der einzelnen Spiele kann bis auf einen 25-fachen Wert angehoben werden, wie es in Klammern teilweise angegeben ist.
24 bis 33 zeigen verschiedene Möglichkeiten, wie ein Kolben in einen Zylinder bei einem derartigen Kurbeltrieb eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann hierfür ein Kolbenringspannband genutzt werden.
24 und 25 als Vergrößerung zeigen eine Verwendung eines Spannbandes bzw. Spannringes mit einem Bund 95. Damit wird das Spannband beim Einschieben automatisch vom Ringpaket des Kolbens abgestreift, sobald der Bund 95 zur Auflage auf einer Stirnfläche 96 eines Zylinderrohres 97 kommt. Das Spannband gleitet über den Kolbenschaft vom Kolben 98 herunter, sobald der Kolben 98 ganz eingeschoben ist. Das dann über der Pleuelstange befindliche Spannband kann mit einem Haken von außen abgerissen oder mit einer Schere aufgeschnitten werden. Eine Reißleine kann ebenfalls vorge sehen sein. Das Spannband mit Bund kann entweder aus einem abgekanteten Blech- oder Kunststoffband, das an den Enden verschweißt oder gefalzt ist, gefertigt sein oder aus einem Blechring tiefgezogen werden. Auch kann eine Perforation als Sollbruchstelle vorgesehen sein, sofern das Band nicht aufgeschnitten wird.
Ebenfalls ist eine abgewinkelte Lasche einsetzbar, die neben einer Sollbruchstelle auf dem Spannband angebracht ist oder in die Falzverbindung miteingearbeitet ist. Im Querschnitt sieht die Lasche genau wie der Bund 95 aus. Sobald die Lasche auf Anschlag kommt, wird das auf dem Kolben stramm sitzende Band aufgerissen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer Kolbenmontage von unten, so wie beispielweise auch in den 27 bis 33 dargestellt, eine Einführschräge an der Zylinderbuchse oder ähnlichem vorzusehen. Bei einer Montage eines Kolbens von oben werden die Kolben vorzugsweise mit dem Schaft in eine Montagebüchse mit einer langen und weiten Einführschräge eingeschoben, so dass die Kolbenringe allmählich gespannt und n ihre Nuten eingeschoben werden. Die Einführschräge hat vorzugsweise als größten Durchmesser einen größeren Durchmesser als die entspannten Kolbenringe. Die Schräge selbst weist einen flachen Winkel auf, damit die Ringe ihre fluchtende Position zu der Kolbenringnut nicht verlieren und damit die Kolbenringe möglichst wenig Axialkraft aufnehmen.
Bei der Montage der Kolben von unten durch das Zylinderkopfgehäuse ist ebenfalls eine Einführschräge für die Kolbenringe vorgesehen. Diese ist vorzugsweise nur sehr kurz. Dadurch wird vermieden, dass eine Bauhöhe des Motors aufgrund der Einführschräge zunehmen muss. Beispielsweise beträgt eine Einführschräge eine Höhe, die etwa in der Größenordnung des 1 bis 1,5fachen einer Ringpakethöhe beträgt. Vorzugsweise weist die Schräge einen Winkel von maximal 10° auf. Ein Spannband ist vorgesehen, um die Kolbenringe auf einen Mindestdurchmesser vorzuspannen. Der Mindestdurchmesser muss nicht der kleinstmögliche Durchmesser sein. Es kann genügen, die Kolbenringe soweit zuzudrücken, dass sie in die Schräge einführbar sind. Danach kann das Spannband entfernt werden. Zum Beispiel kann dazu eine Reißleine gezogen werden, die das Spannband auftrennt und damit zum Entnehmen unterteilt. Anschließend kann der Kolben weiter in den Zylinder hineingeschoben werden. Die Reißleine oder ein sonstiges Trennmittel kann beispielweise in Form eines Kunststoff- oder Blechstreifens aufgeklebt, in den Werkstoff eingeschweißt oder um das Spannband geschlungen sein. Ein kontrolliertes Aufrei ßen des Spannbandes ist beispielsweise mittels einer Perforierung oder sonstigen Art von Bruchstelle möglich.
Vorzugsweise besteht das Spannband aus einem dünnen Blech oder Kunststoff. Vorzugsweise ist die Dicke eines Spannbandes geringer als 0,2 mm. Insbesondere kann es einteilig als eine Art Schrumpfschlauch über das Ringpaket aus eingesetzten Kolbenringen gezogen werden. Auch kann ein offenes Band verwendet werden, das nach einem tangentialen Spannen verschließbar ist. Das Verschließen kann beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen einander überlappender Bandenden erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht durch ein Pfalzen, wobei die Pfalz zusätzlich verklebt bzw. verschweißt sein kann. Vorzugsweise wird die Pfalz nach Umformung abgeflacht.
Der vorliegende Gedanke eines Kurbeltriebes mit einer einteiligen Kurbelwelle sowie einteiligen Pleueln sowie insbesondere auch einteiligen Lagerböcken ist nicht nur bei Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, sondern auch bei beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen für Fahrzeuge allgemein, beispielsweise für Motorräder, für Generatoren, bei Arbeitsmaschinen allgemein, die einen entsprechenden Kurbeltrieb aufweisen, einsetzbar. Bei Brennkraftmaschinen kann ein derartiger Kurbeltrieb bei Reihenmotoren, bei V-Motoren, bei nach dem Otto-Prinzip wie auch dem Dieselprinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden. Anwendungen können darüber hinaus auch bei Pumpen, Kompressoren mit Kurbeltrieben oder Ähnlichem vorliegen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, den Kurbetrieb auch bei stationären Anwendungen einsetzen zu können. Auch kann der Kurbeltrieb bei einem Stromerzeuger eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Kurbeltrieb in einem Generator angewendet werden. Vorzugsweise wird der Kurbeltrieb dort eingesetzt, wo sich im Falle einer Wälzlageranwendung ein großes Potential zur Verbrauchssenkung bietet.

Claims

Kurbeltrieb, wobei der Kurbeltrieb eine einteilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel aufweist, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind.
Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb zumindest einen einteiligen Lagerbock aufweist, in dem die Kurbelwelle gelagert ist.
Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb nur einteilige Lagerböcke aufweist.
Kurbeltrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einteilige Kurbelwelle mit zumindest drei einteiligen Pleueln zusammen zerstörungsfrei verbaut ist.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb zumindest eine Wälzlagerung für die Kurbelwelle hat.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerung zumindest ein Kugellager und/oder ein Rollenlager umfasst.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle ausschließlich wälzgelagert ist.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb zumindest jeweils eine Wälzlagerung und eine Gleitlagerung für die Kurbelwelle aufweist.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wälzlager einen Käfig aus zusammengesetzten Käfigsegmenten aufweist, insbesondere alle Wälzlager, die so dimensioniert sind, dass ein Zusammenbau des Wälzlagers auf der Kurbelwelle ermöglicht ist.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle an einem Übergang zwischen einem Lagerzapfen und einer Wange eine derartige Abrundung aufweist, dass das einteilige Pleuel daran vorbeiführbar ist.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kurbelwelle Gegengewichte angeordnet sind, die insbesondere als separate Gegengewichte angeordnet sind.
Kurbeltrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegengewichte an der Kurbelwelle lösbar angeordnet sind, insbesondere angeschraubt sind.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in ein Kurbelgehäuse eingesetzt ist, welches eine rechteckförmige Gasse zur Aufnahme von Lagerböcken aufweist.
Kurbeltrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerböcke seitlich fixiert sind.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lagerbock der Kurbelwelle durch eine Zylinderkopfschraube fixiert ist.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, am Rand eine Einführnut zum Einbringen von Wälzlagerkörper aufweist.
Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftfahrzeug den Kurbeltrieb in seiner Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Systembaukasten eines Kurbeltriebes, wobei der Kurbeltrieb zumindest eine einteilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel aufweist, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind, wobei der Systembaukasten zumindest die einteilige Kurbelwelle für verschiedene Anwendungen vorsieht.
Systembaukasten nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle separat angefügte Gegengewichte aufweist, die für die nach einem Otto- Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine verschieden sind zu denen für eine nach dem Diesel-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine.
Systembaukasten nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest einen Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 19 umfasst.
Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend – eine Herstellung einer einteiligen Kurbelwelle, – eine Herstellung zumindest eines einteiligen Pleuels, – eine erste Station zum zerstörungsfreien Zusammensetzen des einteiligen Pleuels und der einteiligen Kurbelwelle und – eine zweite Station zum Einsetzen der Kombination von Pleuel und Kurbelwelle in ein Gehäuse.
Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Station vorsieht, dass zwischen zumindest zwei einteiligen Pleueln ein einteiliger Lagerbock auf der Kurbelwelle angeordnet wird.
Anlage nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Station beim Zusammensetzen von Pleuel und Kurbelwelle vorsieht, dass Wälzlagerkörper zumindest in ein Pleuellager und/oder in ein Kurbelwellenlager einfüllbar und gesichert sind.
Anlage nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station vorsieht, dass Kolben des Kurbeltriebes zuerst mit den Pleueln und darüber mit der Kurbelwelle verbunden werden, bevor die Kolben in einen jeweiligen Zylinder einführbar sind.
Anlage nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station vorsieht, dass Kolben des Kurbeltriebes zuerst in einen jeweiligen Zylinder eingeführt und in eine definierte Position gebracht werden, bevor diese mit den Pleueln und darüber mit der Kurbelwelle verbindbar sind.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Station vorsieht, dass die Pleuel von einem einem Kupp lungsflansch gegenüberliegenden Wellenende beginnend über die Kurbelwelle geführt werden.
Anlage nach Anspruch 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station dahingehend ausgerichtet ist, dass einteilige Lagerböcke für die Kurbelwelle hergestellt und verwendet werden.
Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, um eine Mehrzahl an herzustellenden, gestapelten einteiligen Lagerböcken miteinander zu verspannen, bevor diese gebohrt und gefräst werden.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Einfädeln eines Lagerbockes mit im Lagerbock angeordneten Wälzlager vorsieht.