DE2160586C3 - Kernlos gegossene Kurbelwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kernlos gegossene Kurbelwelle mit einer oder mehreren in einer linearen Modellteilungsebene quer zur Beanspruchungsrichtung liegenden Kröpfungen mit in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Kurbelwangen angebrachten Entlastungsmulden.

Im Maschinen- und Motorenbau bedingt der Verwendungszweck für Kurbelwellen eine Gestalt, bei der scharfe Umlenkungen der Hauptspannungslinien nicht zu vermeiden sind. Im Bereich des Übergangs von den Zapfen in die Kurbelwangen werden die Spannungslinien 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

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hineinlaufen. Bei Verdrehung nehmen die Dauerbrüche ihren Fortlauf in den Zapfen.

Solche Spannungskonzentrationen können teilweise durch Ausrundungen mit einem mehr oder weniger großen Radius an den Übergängen vor, den Zapfen zu den Kurbelwangen abgebaut werden.

Bekannt ist auch, den Verlauf der Spannungslinien an den Übergangsstellen zwischen Kurbelwangen und L-gerzapfen 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 1 43 574).

Ferner ist eine geschmiedete Kurbelwelle vorgeschlagen worden, bei der an den Übergängen zwischen Lagerzapfen und Kurbelwangen zur Vergleichmäßigung des Spannungsverlaufs quer zur Kröpfungsebene voll durchsetzende Einbauchungen angebracht sind. Bei dieser Kurbelwelle müssen bestimmte Kurbelwangendicken vorliegen, da die Kurbelwangen auf der Seite ihrer Ausbauchungen spanend bearbeitet werden müssen Eine spanende Bearbeitung bewirkt aber eine Störung d"s Faserverlaufs (DT-AS 10 78 819).

Schließlich ist in der CH-PS 3 83 083 eine geschmiedete Kurbelwelle mit hohlem Zapfen dargestellt, bei der zylindrische Einbauchungen auf den dem Wellenzapfen zugekehrten Wangenflächen angebracht sind. Bei gegossenen Kurbelwellen sind derartige Einbauchungen nur unter Verwendung von Kernen und Losteilen herstellbar, da die Wangenform bzw. die Form der Kurbelwelle eine Modellteilung in der Beanspruchungsrichtung 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 15 25 268).

Der Nachteil dieser Kurbelwelle besteht darin, daß die Modellteilungsebene abgesetzt ist und nur bestimmte Kurbelwellenformen kenlos gegossen werden können.

Bei allen diesen zum Stand der Technik zählenden Kurbelwellen ist jedoch eine optimale Gestaltfestigkeit, 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 Gestaltfestigkeit 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 die Kurbelwelle kernlos herstellbar ist, sondern auch eine optimale Gestaltfestigkeit der gefährdeten Bereiche gegenüber Biege- und Torsionsbeanspruchungen erzielt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kurbelwangen in den dauerbruchgefährdeten Bereichen einen asymmetrisch zur Modellteilungsebene liegenden Querschnitt aufweisen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt einer Kurbelwange gegenüber dein Querschnitt der unmittelbar benachbarten Kurbelwange, bezogen auf eine senkrecht zur Modellieilungsebene gelegie Symmetrieebene, wechselsymmeirisch angeordnet.

Bei Kurbelwellen mit mehre^ren Kröpfungen sind die Querschnitte der Kurbelwangen einer Kröpfung spiegelsymmetrisch zu einer entsprechenden senkrecht zur Modellteilungsebene gelegten Symm-;trieeb?ne und ge- ίο genüber den Querschnitten der Kurbelwangen der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymmetrisch zu einer senkrecht zur Modeliteilungsebene zwischen den Kröpfungen liegenden Symmetrieebene angeordnet.

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 schwächeren bzw. .stärkeren Bereiche der Wangen übertragen, so daQ schließlich die asymmetrische Anordnung der Querschnitte symmetriscn wird, weil beide Übergänge von den Wangen zu den Zapfen gleich belaste! werden. Dadurch wird die Festigkeit gegenüber Dauerbrüchen 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, ^o Ί-förmig oder L-förmig gestaltet ist.

Bei Kurbelwellen, bei denen sich die Zapfen überdekken, 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 Übcrgangsbereichen zwischen den Zapfen ergibt.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielnaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht einer Kröpfung einer gegossenen Kurbelwelle mit in den dauerbruchgefährdeten Übergangsbereichen zwischen dem Kuibeizapfen 1 und dem Wellenzapfen 2 in den mit Gegengewichten 3 versehenen Kurbelwangen 4 auf Grund der erfindungsgeiTiäßen Querschnittsform der Kurbelwangen 4 angebrachten wechselsymmetrisch liegenden Entlastungsmulden 5.

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie .4-ßder Fig. 1.

F i g. 3 einen Horizontalschnitt entlang der abgesetzten senkrech¹ zur Modellteilungsebene 6 verlaufenden Schnittlinie C-D der F i g. 2 durch den dauerbruchgefährdeien Bereich der Kurbelwange 4,

F i g. 4 eine Seitenansicht einer Kurbelwelle mit zwei Kröpfungen, wobei die in den dauerbruchgefährdeten Bereichen zwischen den Zapfen 7, 8 in den Kurbelwangen 9 auf Grund der erfindungsgemäßen Querschnittsform der Kurbelwangen angeordneten Entlastungsmulden 10 bei den Kurbelwangen 9 einer Kröpfung spiegelsymmetrisch und gegenüber den Kurbelwangen 9 der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymmetrisch angeordnet sind,

F i g. 5 eine Seitenansicht einer Kurbelwelle mit einer Kröpfung, wobei nur in den dem Kurbelzapfen 11 zugewandten Seiten der Kurbelwange 12 auf Grund des asymmetrischen Kurbelwangenquerschnitts wechselsymmetrisch liegende Entlastungsmulden 13 angeordnet sind,

F i g. 6 eine Seitenansicht einer Kurbelwellenkröpfung, bei der im dauerbruchgefährdeten Bereich zwischen dem Wellenzapfen 14 und dem Kurbelzapfen 15 auf der dem Kurbelzapfen 15 zugewandten Seite der Kurbelwange 16 eine Entlastungsmulde 17 angeordnet ist. Die Kurbelwange 18 zwischen dem Kurbelzapfen i5 und dem Kurbelzapfen 19 ist über ihre ganze Länge mit Entlastungsmulden 20 versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: 21 3

1. Kernlos gegossene Kurbelwelle mit einer oder mehreren in einer vorzugsweise linearen Modellteilungsebene quer zur Beanspruchungsrichtung liegenden Kröpfungen mit in den durch Dauerbniche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Kurbelwangen angebrachten Entlastungsmulden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwangen in den gefährdeten Übergangsbereichen einen asymmetrisch zur Modellteilungsebene liegenden Querschnitt auf .veisen.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt einer Kurbelwange gegenüber dem Querschnitt der unmittelbar benachbarten Kurbelwange, bezogen auf eine senkrecht zur Modellieilungsebene entsprechend liegende Symmetrieebene, wechselsymmetrisch angeordnet ist.

3. Kurbetwelle nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kurbelwellen mit mehreren Kröpfungen die Querschnitte der Kurbelwangen einer Kröpfung spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Modellteilungsebene entsprechend gelegten Symmetrieebene und gegenüber den Querschnitten der Kurbelwangen der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymmetrisch zu einer senkrecht zur Modellteilungsebene zwischen den Kröpfungen entsprechend liegenden Symmetrieebene angeordnet sind.

4. Kurbelwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Faser der asymmetrisch zur Modeliteilungsebene liegenden Querschnitte der Kurbeiwangen¹!- 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 Überdeckungsbereich einen zur Modellteilungsebene asymmetrischen Querschnitt aufweisen.

6. Kurbelwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der asymmetrisch zur Modellteslungsebene liegende Querschnitt sich durchgehend bis zu den Enden der Kurbelwangen erstreckt.