DE3728142A1 - Zusammengesetzte kurbelwelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Kurbelwelle, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kurbelwelle.

Es ist bekannt (WO 83/01 083), anstelle einer einstückigen Ausbil­ dung einer Kurbelwelle diese aus einzelnen Teilen zusammenzu­ setzen. Diese gegossenen oder geschmiedeten Teile bilden je eine Wange, an die ein Gegengewicht sowie ein Teil der beiden sich an­ schließenden Zapfen angeformt sind. Die Teilung der Zapfen ermög­ licht es, diese hohl auszubilden, wodurch eine beträchtliche Ge­ wichtseinsparung erzielt werden kann. Weitere Vorteile bestehen darin, daß die einzelnen Teile eine wirtschaftlichere Produktion ermöglichen, in unterschiedlicher Anzahl zusammengesetzt werden können, vor dem Verbinden miteinander weitgehend fertig bearbei­ tet werden können und das Einarbeiten von Ölbohrungen erheblich vereinfachen. Es ist sogar möglich, die Ölkanäle zumindest teil­ weise durch eingesetzte Rohre zu bilden.

Üblicherweise werden die einzelnen Teile miteinander verschweißt, vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißung. Der Vorschlag, die einzelnen Teile zu verlöten (WO 83/01 283), ließ sich bisher nicht realisieren. Der Grund hierfür dürfte in erster Linie darin zu suchen sein, daß die hohen Beanspruchungen der Verbindungsstellen nur mit einer Schweißverbindung beherrscht werden konnten. Die bekannten, hierfür in Frage kommenden Schweißverfahren erhöhen den Fertigungsaufwand erheblich, was die Vorteile der zusammenge­ setzten Kurbelwelle gegenüber einer einstückigen Kurbelwelle deutlich vermindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusammengesetzte Kurbelwelle zu schaffen, die es ermöglicht, die Vorteile, die sich aus der Teilung ergeben, voll zu nutzen. Diese Aufgabe löst eine Kurbelwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindung zwischen den ein­ zelnen Teilen der Kurbelwelle ergibt eine Festigkeit im Bereich der Verbindungsstelle, die gegenüber der Festigkeit des Grundma­ terials nicht reduziert ist. Die Verbindungsstellen können des­ halb überall dort vorgesehen werden, wo sie aus Fertigungsgründen und/oder aus Gründen der angestrebten Eigenschaften der Kurbel­ welle vorteilhafterweise angeordnet sind. Auch die für die ein­ zelnen Teile verwendeten Materialien können es wünschenswert oder notwendig machen, eine Teilung vorzusehen, um einen Verbindungs­ körper aus einem geeigneten, insbesondere die Herstellung einer Lötverbindung gestattenden Material zwischenfügen zu können. Ebenso ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung, für die einzel­ nen Teile unterschiedliche Werkstoffe zu verwenden. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Herstellungskosten einer Kurbelwelle nicht wesentlich von der Anzahl der Verbindungsstellen abhängt, weil sämtliche Verbin­ dungsstellen in einem einzigen Arbeitsgang, also gleichzeitig, hergestellt werden können.

Mit der erfindungsgemäßen Kurbelwelle läßt sich deshalb nicht nur ein Optimum zwischen Gestaltsfestigkeit und Gewicht erzielen, wo­ bei die in weiten Grenzen frei wählbare Lage der Teilungsstellen wesentlich größere Möglichkeiten für die optimale Gestaltung der Wangen und Zapfen bietet, als dies der Fall ist, wenn die Tei­ lungsstellen in Zapfenmitte liegen müssen. Auch hinsichtlich der Fertigungskosten werden die sich aus der Fertigung der Einzel­ teile ergebenden Vorteile durch deren Verbindung nicht wieder zu­ nichte gemacht. Hinzu kommt noch, daß bei der erfindungsgemäßen Kurbelwelle die Kurbelzapfen schon vor der Herstellung der Löt­ verbindungen in das Auge des zugeordneten Pleuels eingesetzt wer­ den können, wodurch keine geteilten Pleuelaugen erforderlich sind, was zu einer weiteren Massenreduzierung führt. Aus dem gleichen Grunde ist es in einfacher Weise möglich, zwischen Zap­ fen und Lagerschale eine Lagerbuchse aus einem Keramikmaterial, beispielsweise Oxid-Keramik, anzuordnen. Eine Ölschmierung ist dann nicht mehr erforderlich. Außerdem vermindern sich die Lauf­ geräusche der Maschine.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Höchste Festigkeit der Lötverbindung erhält man dann, wenn die Verbindungsflächen so gestaltet sind, daß sich der zunächst vor­ handene, zur Aufnahme der Lotes erforderliche Spalt gegen den Wert Null verringern kann. Besonders vorteilhaft ist deshalb dann, wenn die Trennstelle im Bereich der Zapfen liegt, eine Ge­ staltung der Verbindungsflächen gemäß den Ansprüchen 3 und 4. Eine solche Ausbildung der Verbindungsflächen ist zwar auch für andere Verbindungsstellen vorteilhaft. Bei einer Verbindung eines Zapfens oder Zapfenteils mit einer Wange oder bei einer Verbin­ dung von Wangenteilen lassen sich jedoch sehr hohe Festigkeiten auch dann erreichen, wenn die Verbindungsflächen eine Form gemäß Anspruch 5 haben.

Sofern ein Teil eines Zapfens einstückig mit der zugehörigen Wange ausgebildet ist, ist eine Gestaltung der Verbindung gemäß den Ansprüchen 6 und 7 besonders vorteilhaft, wobei ein zusätz­ licher Zapfenteil oder mehrere zusätzliche Zapfenteile außerdem für die Realisierung einer relativ großen Zapfenlänge für eine Verbindung von Zapfenteilen, die wegen des Materials, aus dem sie bestehen, nicht unmittelbar, sondern nur unter Zwischenfügung ei­ nes anderen Materials, miteinander verlötet werden können, und für Reparaturzwecke wesentliche Vorteile bietet.

Zwar führt schon die hohle Ausbildung der Zapfen zu einer wesent­ lichen Erhöhung des Verhältnisses zwischen Gestaltsfestigkeit und Gewicht. Weitere Verbesserungen dieses Verhältnisses lassen sich mit den Merkmalen der Ansprüche 8 bis 10 erreichen, also mit ei­ nem an die unterschiedliche Beanspruchung bei einer Kurbelumdre­ hung angepaßten inkonstanten Wandstärke und/oder zusätzlichen Versteifungselementen, bei denen es sich um angeformte Rippen und/oder eingesetzte Versteifungselemente handeln kann. Entspre­ chend kann aber auch das Widerstandmoment der Wange optimiert werden, wobei als Versteifungselemente verrippte oder wabenförmig ausgebildete Bereiche besonders vorteilhaft sind.

Durch die Teilung der Kurbelwelle wird es in der Regel keine Schwierigkeiten bereiten, die Bohrungen für die Ölkanäle einzuar­ beiten, und zwar auch dort, wo sie zur Erzielung optimaler Schmierverhältnisse vorzugsweise vorzusehen sind. Sofern erfor­ derlich, kann man die Wangen geteilt ausbilden und in diese Teile vor dem Zusammenfügen den Ölkanal oder die Ölkanäle einarbeiten. Weiterhin ermöglicht eine hohle Ausbildung der Zapfen das Ein­ setzen von Rohren als Ölkanal, die Ausbildung des Hohlraums des Kurbelzapfens als Schmutzfänger, die Reduzierung des Hohlraumes, beispielsweise durch eingesetzte Trennwände oder ein eingesetztes Drahtgewirke, um den Ölvorrat auf diejenige Restölmenge zu be­ schränken, die für einen Anlauf erforderlich ist, oder beispiels­ weise die Gestaltung des Ölkanals derart, daß seine Form die Öl­ förderung unterstützt. Ist die Kurbelwelle gemäß Anspruch 11 aus­ gebildet, dann ergibt sich eine direkte Verbindung zwischen den Hohlräumen benachbarter Zapfen. Es brauchen dann nur noch letz­ tere mit Ölkanälen versehen zu werden.

Sofern zwei oder mehr Pleuel auf einem Kurbelzapfen gelagert sind, kann dieser dank der Teilung der Kurbelwelle ohne Schwie­ rigkeiten so ausgeführt werden, daß er achsversetzte Abschnitte hat.

In vielen Fällen wird es vorteilhaft sein, gegossene, gesinterte oder geschmiedete Teile zu verwenden. Die Wangen können aber auch beispielsweise feingestanzte Platten sein. Ferner können zumin­ dest die Wangen aus Blech geformte Teile sein, wobei auch in die­ sem Falle Teile der beiden sich anschließenden Zapfen angeformt sein können.

Der äußerst geringe Verzug, der sich bei der erfindungsgemäßen Kurbelwelle erreichen läßt, erlaubt es in Verbindung mit der ge­ teilten Ausbildung der Kurbelwelle, auf den Zapfen eine Keramik­ buchse anzuordnen. In diesem Falle wird keine Ölschmierung benö­ tigt. Unabhängig davon, ob die Lagerbuchsen aus Keramik, insbe­ sondere Oxid-Keramik Verwendung finden, ist es bei der erfin­ dungsgemäßen Kurbelwelle ferner möglich, beim Zusammensetzen der Kurbelwelle auf den Kurbelzapfen ein ungeteilt ausgeführtes Auge eines Pleuels aufzuschieben. An derartiges Pleuel hat eine we­ sentlich geringere Masse als ein solches mit geteiltem Auge,was zu weiteren, wesentlichen Vorteilen führt, einschließlich eines ge­ ringeren Platzbedarfes.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kurbelwelle anzugeben. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 21.

Eine derartige Ausführung der Lötverbindung führt in Verbindung mit einer Gestaltung der Verbindungsflächen derart, daß der Spalt zwischen ihnen gegen Null gehen kann, zu einer Festigkeit der Verbindung, die nicht geringer ist als die Festigkeit des Grund­ materials, also des Materials, aus dem die Wangen und Zapfen be­ stehen. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung auf induktivem Wege und/oder durch Infrarotstrahlung.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich unmittelbar an den Lötvorgang eine Wärmebehand­ lung der Teile und, soweit erforderlich, des Lotes anschließen kann. Hierzu braucht nur der Abkühlungsvorgang entsprechend ge­ steuert zu werden. Man kann daher beispielsweise die Vergütung während des Abkühlungsvorganges vornehmen, die bei den bekannten Verfahren in einem separaten Arbeitsgang vorgenommen werden muß.

Ebenfalls von erheblicher Bedeutung ist ferner die Möglichkeit, während des Abkühlvorgangs auf die Kurbelwelle gasförmigen Stick­ stoff zum Zwecke der Nitrierung einwirken zu lassen. Da diese Nitrierung bei wesentlich höherer Temperatur erfolgen kann als die übliche Nitrierung in einem Bad, erfolgt sie in einem wesent­ lich kürzeren Zeitraum, und man kann deshalb beispielsweise in einem Zeitraum von 15 bis 20 Minuten eine so starke Nitrierung erreichen, daß bei einer anschließenden Fertigbearbeitung noch eine ausreichende dicke, nitrierte Schicht übrigbleibt.

Vorteilhaft ist auch, daß alle Lötverbindungen der Kurbelwelle gleichzeitig hergestellt werden können. Da die einzelnen Teile mittels einer Haltevorrichtung in der richtigen Position gehalten werden können, werfen auch Kurbelwellen mit einer relativ großen Anzahl von Einzelteilen keine Probleme auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen die einander zugeordneten Verbindungsflächen eine Lötfolie eingelegt, die bei­ spielsweise gestanzt oder tiefgezogen ist, um die gewünschte Form zu haben. Derartige Lötfolien vereinfachen den Zusammenbau der Kurbelwelle. Sofern die Zapfen mit Ölbohrungen versehen sind, werden diese vorteilhafterweise für die richtige Positionierung der einzelnen Teile verwendet. Hierbei wird zweckmäßigerweise ein Stift gemäß Anspruch 30 benutzt.

Damit sich, wenn das Lot schmilzt, die Fugen schließen, setzt man die zu verbindenden Teile einer entsprechenden Belastung aus. Diese Belastung kann auch durch das Gewicht der einzelnen Teile aufgebracht werden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 einen Längsschnitt des einen Endstückes dieses Auführungsbeispiels,

Fig. 3 eine Ansicht des Endstückes gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Mittelstücks des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 eine Ansicht des Mittelstücks gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt eines Teils des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän­ dige Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 8 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän­ dige Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 9 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän­ dige Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 9,

Fig. 11 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän­ dige Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII der Fig. 11,

Fig. 13 einen Längsschnitt eines unvollständig dargestell­ ten sechsten Ausführungsbeispiels.

Die Kurbelwelle gemäß den Fig. 1 bis 6 ist für einen Vierzylin­ derhubkolbenmotor vorgesehen und aus zwei Endstücken 1 und 2 so­ wie sechs Mittelstücken zusammengesetzt, bei denen es sich um genau geschmiedete Teile handelt, die aber auch gegossen oder ge­ sintert sein können. Alle Mittelstücke haben als Rohling die gleiche Form und können deshalb im gleichen Werkzeug hergestellt werden.

An die beiden je eine Wange bildenden Endstücke 1 und 2 ist außer dem Hauptlagerzapfen 1′ bzw. 2′ ein Kurbelzapfenteil 4 an­ geformt, dessen axiale Länge etwas größer ist als die halbe axiale Länge des gesamten Kurbelzapfens. An jedes ebenfalls je eine Wange 3 bildendes Mittelstück ist ein Kurbelzapfenteil 6 so­ wie ein Hauptlagerzapfenteil 7 angeformt. Die Zapfen sind an der Teilungsstelle mit einem Außensitz bzw. einem Innensitz versehen, damit sie ineinandergesteckt werden können. Die Flächen dieser Sitze bilden die Verbindungsflächen, die miteinander verlötet sind.

Wie die Fig. 2, 4 und 6 zeigen, weisen sowohl die Kurbelzapfen­ teile 4 und 6 als auch die Hauptlagerzapfenteile 7 je einen sich in deren Längsrichtung erstreckenden Hohlraum 9 auf, der durch eine ausgerundete Materialpartie 9′ der die Zapfenteile tragenden Wangen 3 stirnseitig verschlossen ist. Ein derartiger Hohlraum trägt wesentlich zur Erzielung einer sehr hohen Gestaltsfestig­ keit der Mittelstücke und der beiden Endstücke 1 und 2 bei. In­ folge der relaiv geringen Masse der Kurbelzapfen ist auch die Masse der an die Wangen 3 angeformten Ausgleichsgewichte 10 bzw. 11 relativ gering. Diese Ausgleichsgewichte haben im Ausführungs­ beispiel die Form eines in der Ebene der Wange liegenden Ringab­ schnittes, der über drei mit ihr einstückig ausgebildete, radial verlaufende Arme mit der Wange verbunden ist.

Wenigstens eine Ölbohrung 12 durchdringt den Steg jedes Mittel­ stückes 3 zwischen den Hohlräumen 9 des Hauptlagerzapfenteils 7 und des Kurbelzapfenteils 4. Ferner ist der Kurbelzapfenteil 4 mit einer von seinem Hohlraum 9 radial nach außen verlaufenden Ölbohrung 13 versehen, die aber auch winkelversetzt gegenüber der dargestellten Lage sein kann, um die Schmierfilmbildung zu ver­ bessern. Die Endstücke 1 und 2 sind mit je einem durch die Boh­ rungen 14 und 15 gebildeten Ölkanal versehen. Wie in Fig. 6 mit strichpunktierter Linie angedeutet, kann man jede Ölbohrung 12 mit der dazugehörigen Ölbohrung 13 mittels eines Rohres 16 ver­ binden.

Die im Bereich ihrer Zapfen bis auf das Fertigschleifen bearbei­ teten und mit den erforderlichen Ölbohrungen versehenen Teile werden in der richtigen Winkellage zusammengesetzt, wobei eine paßgenaue Aufnahmevorrichtung die Teile in dieser Position hält. An jeder Verbindungsstelle wird zwischen die beiden Verbindungs­ flächen eine entsprechend geformte Lötfolie eingelegt. Anschlie­ ßend wird die zusammengesetzte Kurbelwelle im Vakuum oder Hoch­ vakuum auf die erforderliche Temperatur erwärmt, die über 600°C beträgt und vorzugsweise im Bereich von 1000°C liegt. Bei dem anschließenden kontrollierten Abkühlvorgang wird das die Wangen und Zapfen bildende Material vergütet und den Lötzonen durch eine Wärmebehandlung eine hohe Zähigkeit gegeben. Sofern erforderlich, wird während des Abkühlvorgangs bei einer über 400°C liegende Temperatur ein gasförmiger Stickstoff in den Vakuumofen eingelei­ tet und die Kurbelwelle nitriert.

Alle diese Verfahren verhindern einen Verzug der Kurbelwelle, so daß diese praktisch verzuglos nach dem Abkühlvorgang vorliegt. Daher genügt ein geringes Fertigschleifen der Zapfen, bei dem nur ein Teil der nitrierten Schicht abgetragen wird.

Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kurbelwelle unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 6 nur durch eine andere Ausbildung der Teilungsstellen im Be­ reich der Zapfen. Selbstverständlich könnte aber die Zahl der Hauptlagerzapfen und Kurbelzapfen auch anders gewählt sein. Es ist sogar möglich, was auch für alle anderen Ausführungsbeispiele gilt, unterschiedliche Kurbelzapfen vorzusehen, beispielsweise solche mit unterschiedlichem Hub, um zwei oder mehr Hubkolbenma­ schinen mit einer einzigen Kurbelwelle auszurüsten.

Sowohl die Hauptlagerzapfen 108 als auch jeder vorhandene Kurbel­ zapfen 105 besteht aus zwei an die zugehörigen Wangen 103 ange­ formten Teilen 107 und 107′ bzw. 106 und 106′. Die Teile 106 und 107 haben als Verbindungsfläche je einen Außenkonus, der sich von der Außenmantelfläche bis zu der zur Zapfenlängsachse konzentri­ schen Innenmantelfläche erstreckt. Der Außenkonos braucht jedoch nicht, wie dargestellt, die gesamte Außenmantelfläche der Teile 106 bzw. 107 zu bilden. Diese könnte auch einen Abschnitt mit einer zylindrischen Außenmantelfläche aufweisen.

Die Teile 106′ und 107″ bilden je einen Innenkonus, der an den zugeordneten Außenkonus angepaßt ist, wodurch beiden Konusflächen in Anlage aneinander kommen können.

Beim Zusammensetzen der Kurblwelle für den Lötvorgang wird je ei­ ne kegelstumpfförmige Lötfolie aus einem Lotmaterial auf Kupfer­ basis oder Nickelbasis zwischen die einander zugeordneten Konus­ flächen eingelegt.

Eine lotrechte Anordnung der Kurbelwelle im Vakuum-Lötofen ge­ nügt, daß sich beim Schmelzen des Lotes die zuaammengehörenden Verbindungsflächen soweit gegeneinander bewegen, daß der zunächst vorhandene Spalt sich gegen den Wert Null hin reduziert, was zu­ sammen mit der hohen Temperatur und der Ausführung des Lötvor­ gangs im Vakuum oder Hochvakuum zu einer Diffusionsverbindung mit Legierungsbildung führt, welche eine Festigkeit gibt, die derje­ nigen des Grundmaterials gleicht. Während des an die Herstellung der Lötverbindung sich anschließenden Abkühlungsvorgangs erfolgt ein Vergüten des Grundmaterials und der Lötstellen, sowie, falls erforderlich, ein Nitrieren.

Ölbohrungen 112 verbinden die Hohlräume der Hauptlagerzapfen und Kurbelzapfen. Wie Fig. 7 zeigt, können die die Kurbelzapfen durchdringenden Ölbohrungen 113 in Umfangsrichtung gegenüber der Stelle maximaler Exzentrizität versetzt sein, was die Ölfilmbil­ dung im Bereich der höchsten Belastung verbessert.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von dem­ jenigen gemäß Fig. 7 nur durch eine andere Ausbildung der Verbin­ dungsflächen der Kurbelzapfen 205 und der Hauptlagerzapfen 208 sowie der Anordnung der Ölbohrungen der Kurbelzapfen. Wegen der übrigen Einzelheiten wird deshalb auf die vorausgehenden Ausfüh­ rungen Bezug genommen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 können gleich ausgebil­ dete Einzelteile verwendet werden, weil die an die Wangen 203 an­ geformten Zapfenteile 206 bzw. 207 gleich sind. Ihre eine Verbin­ dungsfläche bildende Außenmantelfläche bildet je einen Außen­ konus, der sich bis zu der zylindrischen Innenmantelfläche er­ streckt. je ein Ringkörper 217 bzw. 218 hat zwei an die Außen­ konusse der Kurbelzapfenteile 206 bzw. der Hauptlagerzapfenteile 207 angepaßte Innenkonusflächen und zylindrische Mantelflächen. Selbstverständlich wäre es aber auch möglich, die Verbindungs­ flächen der Zapfenteile als Innenkonus und diejenigen des Ring­ körpers als Außenkonus auszubilden. Ebenso wäre es möglich, den Ringkörper mit einem Außenkonus und einem Innenkonus zu versehen und dementsprechend die Verbindungsflächen des einen Zapfenteils als Außenkonus, diejenige des anderen Zapfenteils als Innenkonus auszubilden.

Wie Fig. 8 zeigt, wird der Kurbelzapfen 206 von zwei Ölbohrungen 213 in radialer Richtung durchdrungen. Statt dieser beiden Öl­ bohrungen können aber auch nur eine einzige vorgesehen sein, und außerdem können die Ölbohrungen in Umfangsrichtung versetzt ge­ genüber der Stelle maximaler Exzentrizität liegen.

Sind, wie in Fig. 8 dargestellt, zwei Ölbohrungen 213 vorgesehen, welche den einen bzw. anderen Kurbelzapfenteil 206 durchdringen, dann können diese Ölbohrungen zur Positionierung der miteinander zu verbindenden Teile der Kurbelwelle verwendet werden. Vorteil­ hafterweise verwendet man hierzu je einen Stift, der in jede der Ölbohrungen eingesteckt wird, eine Hülse aus Lötmaterial trägt, dessen Dicke gleich der Differenz zwischen dem Durchmesser der Ölbohrung und dem Durchmesser des Stiftes ist, und dessen Ober­ fläche so behandelt ist, daß sie sich nicht mit dem Lot verbin­ det. Der Stift verhindert deshalb nicht, daß sich beim Schmelzen des Lotes die konischen Verbindungsflächen so weit nähern, daß der zuvor vorhandene Spalt praktisch auf den Wert Null reduziert wird.

Da die Belastung insbesondere der Kurbelzapfen während einer Um­ drehung der Kurbelwelle in den einzelnen Winkelstellungen große Unterschiede aufweist, kann man zu einem noch günstigeren Ver­ hältnis zwischen Gestaltsfestigkeit und Gewicht kommen, wenn man das Widerstandsmoment der Kurbelzapfen an diese unterschiedliche Belastung anpaßt. Diese Anpassung kann in verschiedener Weise er­ folgen. Eine Möglichkeit zeigen die Fig. 9 und 10. Die an die Wangen 303 angeformten Teile 306 und 306′ des Kurbelzapfens 305 sind analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 mit einem Innenkonus bzw. einem Außenkonus als Verbindungsfläche versehen. Der hohle Kurbelzapfen 305 hat jedoch, wie Fig. 10 zeigt, eine zu seiner zylindrischen Außenmantelfläche exzentrisch angeordnete Innenmantelfläche, wodurch sich ein inkonstanter Querschnitt in Umfangsrichtung ergibt. Der größte Querschnitt ist im Ausfüh­ rungsbeispiel im dritten Quadranten vorgesehen, da hier die höch­ sten Belastungen des Kurbelzapfens auftreten. Ein derartiges, über den Umfang unterschiedliches Widerstandsmoment des Kurbel­ zapfens könnte aber auch mit anderen Mitteln erreicht werden, beispielsweise angeformten Versteifungsrippen.

Eine den Kurbelzapfen 305 radial durchdringende Ölbohrung 313 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 in Umfangsrichtung gegenüber der Stelle maximaler Exzentrizität so weit versetzt, daß sich auch im Bereich maximaler Belastung des Kurbelzapfens 305 ein ausreichender Schmierfilm bildet.

Wie das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 11 und 12 zeigt, brau­ chen weder die Kurbelzapfen noch die Hauptlagerzapfen an die Wangen 403 angeformte Teile aufzuweisen. Vielmehr kann es sich bei den Wangen 403 beispielsweise auch um gestanzte, insbesondere feingestanzte Platten handeln, die mit zylindrischen Ausstan­ zungen für die Aufnahme der Hauptlagerzapfen 408 und der Kurbel­ zapfen 405 versehen sind. Die Zapfen können dann durch Rohrstücke gebildet sein, wobei selbstverständlich Maßnahmen zur Versteifung und Optimierung des Widerstandsmomentes möglich sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 11 und 12 sind die Mantelflächen der Ausstanzungen, welche je eine Verbindungsfläche bilden, zylindrisch ausgeführt, da auch die in die Ausstanzungen eingreifenden Endabschnitte der Zapfen eine zylindrische Außen­ mantelfäche als Verbindungafläche haben. Selbstverständlich wären aber auch andere Ausgestaltungen der Verbindungsflächen, bei­ spielsweise eine konische Form, möglich.

Wie die Fig. 11 und 12 ferner zeigen, kann der Kurbelzapfen 405 in einem Maße in den Innenraum 409 der Hauptlagerzapfen 408 ein­ greifen, das größer ist als die Wandstärke des Kurbelzapfens 405 im Bereich dieses Eingriffs. Hierdurch entsteht eine direkte Ver­ bindung zwischen den Hohlräumen der Zapfen, die als Ölkanal die­ nen kann und daher in Fig. 12 mit 412 bezeichnet ist. Da die Zapfen 405 und 408 aus an ihren Enden offenen Rohren bestehen, sind im Bereich der Rohrenden mit diesen eingesetzte Verschluß­ bleche 419 verlötet, die gleichzeitig auch in der Art von Knoten­ blechen als Versteifung dienen können. Selbstverständlich kann man diese Bleche 419 auch so anordnen, daß der für die Aufnahme des Öls zur Verfügung stehende Raum auf das gewünschte Maß redu­ ziert ist. Dies ist beispielhaft durch das Blech 419′ in Fig. 11 angedeutet.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kurbelwelle, Teilungsstellen überall dort vorzusehen, wo dies vorteilhaft ist, eröffnet, wie Fig. 13 zeigt, die Möglichkeit, die Wangen und die Zapfen als ge­ formte Blechteile auszubilden. Die Wangen 503 sind je aus einem ersten Teil 503′, an den ein Hauptlagerzapfenteil 507 angeformt ist, sowie je einem zweiten Teil 503′′ zusammengesetzt, an den ein Kurbelzapfenteil 506 angeformt ist, zusammengesetzt. Sowohl die beiden ersten Teile 503′ als auch die beiden zweiten Teile 503′′ sind je identisch gestaltet. Beide Teile bilden sich über­ greifende Randzonen als Verbindungsflächen. Diese Randzonen sind im Ausführungsbeispiel durch je eine zur Zapfenlängsachse paralle Erzeugende gebildet, können aber auch eine konische Form haben.

Entsprechendes gilt für die Verbindungsflächen der Hauptlager­ zapfenteile 507 und der Kurbelzapfenteile 506, an denen die zylindrische Innenmantelfläche eines Ringkörpers 517 anliegt, mit dem die Zapfenteile verlötet sind. Auch hier wäre selbstverständ­ lich eine konische Form der Verbindungsflächen möglich. Die die Hauptlagerzapfenteile 507 aufnehmenden Ringkörper sind in Fig. 13 nicht dargestellt, da sie im Prinzip wie der Ringkörper 517 aus­ gebildet sind.

Auf jedem Ringkörper 517 ist eine Lagerbuchse 519 aus Oxid-Kera­ mik angeordnet. Derartige Lagerbuchsen könnten aber auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Dort würden dann die Ölbohrungen entfallen, da solche Lagerbuchsen eine schmierungsfreie Lagerung ermöglichen.

Das auf der Lagerbuchse 519 gelagerte Auge 520 des zugehörigen Pleuels ist ungeteilt ausgebildet, da es beim Zusammensetzen der Kurbelwelle wie die Lagerbuchse 519 über den Verbindungskörper 517 geschoben werden kann. Pleuel mit ungeteiltem Auge können selbstverständlich auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen vorgesehen werden, da auch dort die Teilung der Pleuelzapfen das Aufschieben während des Zusammensetzens ermöglichen. Allerdings müssen dann die Lagerflächen schon vor dem Löten fertig bearbei­ tet sein.

Das Löten im Vakuum und die anschließende Wärmebehandlung erfolgt in der bereits beschriebenen Weise im Vakuumofen. Die dabei auf­ tretenden Temperaturen sind den Keramik-Lagerbuchsen nicht ab­ träglich.

Alle in der vorstehenen Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Claims (32)

1. Zusammengesetzte Kurbelwelle, deren Einzelteile im Bereich ihrer die Teilungsstellen definierenden Verbindungsflächen miteinander verlötet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Löt­ verbindung als eine Diffusionsverbindung mit Legierungsbildung ausgebildet ist.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugeordneten Verbindungsflächen eine ein spalt­ loses Anliegen aneinander gestattende Form haben.

3. Kurbelwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich eines ihrer Zapfen (105, 108; 205, 208) zwi­ schen benachbarten Wangen (103; 203) liegenden Verbindungsflächen zumindest in einem Teilbereich eine konische Form haben.

4. Kurbelwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausbildung des Zapfens (105, 108; 205, 208) als Hohlkörper die konischen Verbindungsflächen sich durchgehend zwischen der Außen- und Innenmantelfläche des Zapfens erstrecken.

5. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander zugeordnete Verbindungsflächen, von denen die eine durch die Wandung einer Ausnehmung einer Wange (403) und der andere durch die Außenmantelfläche eines in die Ausnehmung eingreifenden Endabschnittes eines Zapfens (405, 408) gebildet ist, je eine parallel zur Zapfenlängsachse liegende Er­ zeugende haben.

6. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Zapfen (205, 208) aus je einem an jeder der beiden benachbarten Wangen (203) vorgesehenen ersten Zapfenteil (206, 207) und mindestens einem diese miteinan­ der verbindenden zweiten Zapfenteil (217, 218) besteht.

7. Kurbelwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zapfenteil (217, 218) zwei konische Verbindungs­ flächen aufweist, die zwei Innenkonusse, zwei Außenkonusse oder einen Innenkonus und einen Außenkonus bilden.

8. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Zapfen (305) zumindest in dem das Lager bildenden Abschnitt ein über den Umfang inkonstantes Wider­ standsmoment hat.

9. Kurbelwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmantelfläche des Zapfens (305) exzentrisch zur Außenmantelfläche angeordnet ist.

10. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Zapfen wenigstens ein Versteifungs­ element enthält.

11. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der hohl ausgebildete Kurbelzapfen (405) auf einem Teil seines Umfangs in einem Maße in den Innen­ raum (409) wenigstens des einen benachbarten, ebenfalls hohlen Hauptlagerzapfens (408) ragt, das größer ist als die Wandstärke des Kurbelzapfens (405).

12. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kurbelzapfen wenigstens zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete, achsversetzte Ab­ schnitte aufweist.

13. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wangen (403) durch feingestanzte Platten gebildet sind.

14. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest die Wangen (503) aus Blech geformte Teile sind.

15. Kurbelwelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wangen (503) aus miteinander verlöteten Blechteilen (503,, 503,′) bestehen, an welche je ein Teil (506, 507) der bei­ den sich anschließenden Zapfen angeformt ist.

16. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Ölbohrung (113; 313) des Kurbelzapfens (105; 305) in demjenigen Bereich der Zapfen­ außenmantelfläche mündet, in dem die Ölzufuhr zu einer optimalen Schmierfilmbildung führt.

17. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zapfen (506, 517) eine Lagerbuchse (519) aus einem Keramikmaterial, insbesondere Oxid-Keramik, trägt.

18. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß auf dem Kurbelzapfen (506, 517) ein un­ geteilt ausgeführtes Auge (520) eines Pleuels gelagert ist.

19. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wangen ein bezüglich der während einer Umdrehung unterschiedlich großen Kräfte optimiertes Wider­ standsmoment haben.

20. Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle gemäß An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung als Hoch­ temperaturlötung im Vakuum oder Hochvakuum ausgeführt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verlötenden Teile induktiv und/oder mittels Infrarot­ strahlung erwärmt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Anschluß an den Lötvorgang die Lötstellen einer Wärmebehandlung unterworfen werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß während der sich an den Lötvorgang an­ schließenden Abkühlung die Kurbelwelle durch einen gesteuerten Temperaturverlauf vergütet wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß man während der auf den Lötvorgang fol­ genden Abkühlung Stickstoff zum Zwecke der Nitrierung auf die Kurbelwelle einwirken läßt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nitrierung bei einer Temperatur der Kurbelwelle über 400°C durchführt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß alle Lötverbindungen der Kurbelwelle gleichzeitig hergestellt werden.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen zwei einander zugeordnete Ver­ bindungsflächen eine Lötfolie eingelegt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötfolie zuvor gestanzt oder/oder tiefgezogen wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, da­ durch gekennzeichnet, daß zur richtigen Positionierung die mit­ einander zu verbindenden Teile des mit wenigstens einer Ölbohrung versehenen Zapfens ein Stift in die Ölbohrung eingesetzt wird, der einen kleineren Durchmesser als die Bohrung hat und mit einer Lötfolie ummantelt ist, deren Dicke gleich der Spaltweite zwi­ schen Bohrung und Stift ist.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Teile einer beim Schmelzen des Lotes die Verbindungsflächen gegeneinander be­ wegenden Belastung ausgesetzt werden.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30, da­ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile vor dem Verlöten bis auf eine geringe Endbearbeitung der Zapfen fertiggestellt und nach dem Verlöten sowie sich gegebenenfalls daran anschließender Behandlungsverfahren nur noch die Zapfen fertiggeschliffen wer­ den.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 31, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einzelteile während des Erwärmens für den Lötvorgang mittels einer Haltevorrichtung in der richti­ gen Position gehalten werden.