DE2160586A1 - Kurbelwelle - Google Patents

Description

• Kurbelwelle Die Erfindung he-trifft eine Kurbelwelle mit einer oder mehre-ren in einer linearen Modellteilungsebene quer zur Beanspruchungsrichtung liegenden Kröpfungen mit in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Ifurbelwangen angebrachten Entlastungsmulden.
• Im Maschinen- und Motorenbau bedingt der Verwendungszweck für Kurbelwellen eine Gestalt, bei der scharfe Umlenkungen der Ha;uptsparniungslinien nicht zu vermeiden sind0 Im Bereich des Ubergangs von den Zapfen in die Kurbelwangen werden die Sparniungslinien stark zusammengedrängt, was auf große Spannungskonzentrationen in diesem Bereich schließen läßt.
• Derartige Spannungskonzentrationen verursachen Dauerbrüche, die praktisch immer an den Übergängen- zwischen Zapfen und Kurbelwangen beginnen und im Falle der Biegebeanspruchung in die Kurbelwangen hineinlaufen. Bei Verdrehung nehmen die Dauerbrüche ihren Formlauf in den Zapfen0 Solche Spannungskonzentrationen können teilweise durch Ausrundungen mit einem mehr oder weniger großen Radius an den Übergängen von den Zapfen zu den Kurbelwangen abgebaut werden.
• Bekannt ist auch, den Verlauf der Sparnaungslinien an den Übergangsstellen zwischen Kurbelwangen und Lagerzapfen in einem großen Bogen herumzuleiten, indem nierenförmige Entlastungsmulden auf den Kurbelwangenflächen angebracht werden, die zu einem gleichmäßigen Spannungsverlauf führen und damit die Torsions- und Biegefestigkeit der Kurbelwelle stark verbessern sollen. Derartige Vertiefungen können aber bei gegossenen Kurbelwellen nur durch Kerne oder Losteile, die in die Modellform eingelegt sind, erzeugt werden, was einen nicht unbeachtlichen besonderen Aufwand erfordert (DT-PS 143 574)O Ferner ist eine geschmiedete Kurbelwelle vorgeschlagen worden, bei der an den Übergängen zwischen Lagerzapfen und Kurbelwangen zur Vergleichmäßigung des Spannung sverlaufs quer zur Kröpfungsebene voll durchsetzende Einbauchungen angebracht sind. Bei dieser Kurbelwelle müssen bes-tirmute Kurbelwangendicken vorliegen, da die Kurbelwangen auf der Seite ihrer Ausbauchungen spanend bearbeitet werden müssen Eine spanende Bearbeitung -bewirkt aber eine Störung des Faserverlaufs (DT AS 1 078 819)o Schließlich ist in der CM POS 383 083 eine geschiniedete Kurbelwelle mit -hohlem Zapfen dargestellt, bei der zylindrische Einbauchungen auf der dem Wellenzapfen zugekehrten Wangenflächen angebracht - sind. Bei gegossenen Kurbelwellen sind derartige Einbauchungen nur unter Verwendung von Kernen und Losteile herstellbar, da die Wangenform bzw. die Form der Kurbelwelle eine Modellteilung in der Beanspruchungs richtung bewirkt Bekannt ist auch eine kernlos gegossene Kurbelwelle, auf deren dem Kurbel und Wellenzapfen zugewandten Wangenflächen-Entlastungsmulden angebracht sind, die zur entsprechenden Ebene des-jeweiligen Wangenblattes geneigt längsmittig von den Zapfenübergängen mit ständig zunehmender Breite bis zu den Blattenden verlaufen (DT-AS 1 525 268).
• Der Nachteil dieser Kurbelwelle besteht darin, daß die Modell teilungsebene abgesetzt ist u.nd n.ur bestimmte Kurbelwell enformen kerrl10s gegossen werden können.
• Bei allen diCsCii zum Stand der Technik zählenden Kurbelwellen ist jedoch eine optimale GestaltSestigkeit, insbesondere in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen von den Zapfen zu den Kurbelwangen nicht gewährleistet, da bisher nicht in allen Fällen der Einfluß der Querschnittsform der Kurbelwangen in den bruchgefährdeten Bereichen auf die Gestalfestigkeit der Kurbelwellen berücksichtigt worden ist Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei Kurbelwellen die in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Kurbelwangen angebrachten Entlastungsmulden so zu gestalten, daß nicht nur di.e Kurbelwelle kernlos herstellbar ist, sondern auch eine optimale Gestaltfestigkeit der gefährdeten Bereiche gegenüber Riegel und Torsionsbeanspruchungen erzielt wird.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kurbelwangen in den dauerbruchgefährdeten Bereichen einen asymetrisch zur Modellteilungsebene liegenden Querschnitt aufweisen Wach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt einer Kurbelwange gegenüber dem Querschnitt der unmittelbar benachbarten Kurbelwange bezogen auf eine senkrecht zur Modellteilungsebene gelegte Symetrieebene wechselsymetrisch angeordnet.
• Bei Kurbelwellen mit mehreren Kröpfungen sind die Querschnitte der Kurbelwangen einer Kröpfung spiegelsymetrisch zu einer entsprechenden senkrecht zur Modellteilungsebene gelegten Symetrieebene und gegenüber den Querschnitten der Kurbelwangen der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymetrisch zu einer senkrecht zur Nodellteilungsebene zwischen den Kröpfungen liegenden Symetri e ebene angeordn.etO Durch die besondere Gestaltung der Querschnittsform der Kurbelwangen in den dauerbruchgefährdeten Bereichen und die Anordnung der Querschnitte zueinander, wird die Beanspruchung der Kurbelwelle jeweils diagonal auf die schwa'cheren bzwO stärkeren Bereiche der Wangen übertragen, so daß schließlich die asymetrische Anordung der Querschnitte symetrisch wird, weil beide Übergänge von den Wangen zu den Zapfen gleich belastet werden0 Dadurch wird die Festigkeit gegenüber Dauerbruchen erheblich erhöht und ein sehr gleichmäßiger Kraftlinienverlauf über den Querschnitt erzielt.
• Als besonders zweckmäßig hat sich eine Querschnittsform der Kurbelwangen erwiesen, deren neutrale Faser quer zur Modellteilungsebene gesehen, 5-förmig oder t-förmig gestaltet ist.
• Bei Kurbelwellen, bei denen sich die Zapfen überdecken, ist es angebracht, die Kurbelwangen nur im Überdeckungsbereich zwischen den Zapfen mit der erfindungsgemäßen Querschnittsform zu versehen, weil dadurch optimale Gegengewichte geschaffen werden.
• Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung verlaufen die in .den Kurbelwangen auf der Seite der Kurbelzapfen quer zur Belastungsrichtung liegenden Entlastungsmulden durchgehend bis zu den Kurbelwangenenden.
• Durch die Erfindung werden in vorteilhafter Weise Kurbel-und Wellenzapfen um den Betrag der Muldenhöhe verlängert und gleichzeitig die dauerbruchgefährdeten Bereiche mit einem größeren Radius als im übrigen Bereich ausgebildet, so daß sich eine gleichmäßige Spannungsverteilung in den Kurbelwangen in den dauerbruchgefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen ergibt.
• Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft darge stellt und wird im folgenden näher erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer Kröpfung einer gegossenen Kurbelwelle mit in den dauerbruchgefährde ten Übergangsbereichen zwischen dem Kurbelzapfen 1 und dem Wellenzapfen 2 in den mit Gegengewichten 3 versehenen Kurbelwangen 4 aufgrund der - erfindungsgemäßen Querschnittsform der Kurbelwangen 4 angebrachte wechselsymterisch liegenden Entlastungs mulden 5.
• Fig, 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-B der Fig. 1.
• Fig. 7 einen Horizontalschnitt entlang der abgesetzten senkrecht zur Modellteilungsebene G verlaufenden Schnittlinie C - D der Fig. 2 durch den dauerbruchgefährdeten Bereich der Kurbelwange 4.
• Fig 4 eine Seitenansicht einer Kurbelwelle mit zwei Kröpfungen, wobei die in den dauerbruchgefährdeten Bereichen zwischen den Zapfen 7, 8 in den Kurbelwangen 9 aufgrund der erfindungsgemäßen Querschnittsform der Kurbelwangen angeordneten Entlastungs mulden 10 bei den Kurbelwangen 9 einer Kröpfung spiegelsymetrisch und gegenüber den Kurbelwangen 9 der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymetrisch angeordnet sind0 Fig. 5 eine Steitenansicht einer Kurbelwelle mit einer Kröpfung, wobei nur in den dem Kurbelzapfen 11 zugewandten Seiten der Kurbelwange 12 aufgrund des asymetrischen Kurbelwangenquerschnitts wechselsymmetrisch liegende En-tlastmngsmulden 13 zu zu angeordnet sind.
• Fig. 6 eine Seitenansicht einer Kurbelwellenkröpfung, bei der in dauerbruchgrefährdeten Bereich zwischen dem Wellenzapfen 14 und dem Kurbelzapfen 15 auf der dem Kurbelzapfen 15 zugewandten Seite der Kurbelwange 16 eine Entlastungsmulde 17 angeordnet ist0 Die Kurbelwange 18 zwischen dem Kurbelzapfen 15 und dem Kurbelzapfen 19 ist über ihre ganze Länge mit Entlastungsmulden 20 versehen.
• Patentansprüche

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1) Kurbelwelle mit einer oder mehreren in einer vorzugsweise linearen No dellte ilungs ebene quer zur Beanspruchungsrichtung liegenden Kröpfungen mit in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Kurb eiwangen angebrachten Entlastungsmulden dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwangen in den geiährdeten Übergangsbereichen einen asymetrisch zur Modells teilungsebene liegenden Querschnitt aufweise, 2) Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt einer Kurbelwange gegenüber dem Querschzl.itt der unmittelbar benachbarten Kurtelwange, bezogen auf eine senkrecht zur Modellteilungsebene entsprechend liegende Symetrieebene, wechselsymetrisch angeordnet ist.

   3) Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dß bei Kurbelwellen mit mehreren Kröpfungen die Querschnitte der Kurbelwangen einer Kröpfung spiegelsymetrisch zu einer seSirecht zur Modellteilungsebene entsprechend gelegten Symetrieebene und gegenüber den Querschnitten der Kurbelwangen der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymetrisch zu einer senkrecht zur Modellteilungsebene zwischen den Kröpfungen entsprechend liegenden Symetrieebene angeordnet sind.

   4) Kurbelwelle nach einem .oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Faser der asymetrisch zur Modellteilungsebene liegenden Querschnitte der Kurbelwangen - oder L-förmig gestaltet ist.

   5) Kurbelwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kurbelwelle mit sich überdeckenden Zapfen die Kurbelwangen nur im Uberdeckungsbereich einen zur Modellteilungsebene asymetrischen Querschnitt aufweisen.

   6) Kurbelwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der asymetrisch zur Modellteilungsebene liegende Querschnitt sich durchgehend bis zu den Enden der KurbelwangenerstrecktO