DE3780129T2

DE3780129T2 - Motorkurbelwelle.

Info

Publication number: DE3780129T2
Application number: DE8787310374T
Authority: DE
Inventors: Paul Anthony Mascarenas
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1987-11-25
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2007-11-26
Also published as: DE3780129D1; US4817257A; EP0269422A3; GB8628522D0; GB2197805A; JPS63157752A; EP0269422B1; EP0269422A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Herstellung einer Motorkurbelwelle.
Eine Motorkurbelwelle kann bekanntlich mit Ölkanälen ausgestattet werden, mit deren Hilfe die Schmierung der Hauptlager und der Pleuelfußlager erfolgt. Eine derartige Ausführung ist vorteilhaft, weil sie es ermöglicht, alle Kurbelwellenlager von einer einzelnen Stelle aus mit Öl zu versorgen, so daß die individuelle Ölversorgung eines jeden einzelnen Hauptlagers mittels Pumpe nicht mehr erforderlich ist.
Bei einer bekannten Ausführung wird ein Kanal dadurch ausgebildet, daß Bohrungen in der Kurbelwelle mittels Bohrvorgang geschaffen und die Enden der Bohrungen mittels Stopfen verschlossen werden. Das Ausführen der Bohrungen ist in diesem Fall zeitaufwendig, und es erfordert ein sehr genaues Arbeiten, um sicherzustellen, daß die Bohrungen korrekt ausgerichtet sind, um so einen durchgehenden Kanal zu bilden. Außerdem können im Kanal an nicht sauber gearbeiteten Stellen Lufteinschlüsse entstehen, die dann eine unzureichende Schmierung bewirken.
Entsprechend einem anderen Vorschlag nach dem Stand der Technik werden Ölrohre aus Kunststoff im Innern einer hohlen Kurbelwelle vorgesehen, und die Kurbelwelle wird mit einem Schaumstoffmaterial ausgegossen, um so für einen festen Halt der Ölrohre zu sorgen. In diesem Fall ergibt sich insbesondere an den Kurbelwangen eine Schwächung der Kurbelwelle.
Aus GB-A-1 191 202 ist bekannt, daß eine Nockenwelle mit einem Axialdurchgang durch folgende Bearbeitungsschritte geschaffen werden kann: Herstellen einer Kerneinheit, die ein Stahlrohr und einen festen Kern, der in enger Passung im Stahlrohr vorgesehen ist, umfaßt, wobei der feste Kern mit einem Trennmittel beschichtet ist; Einbringen der Kerneinheit in eine Gehäuseform, wobei der feste Kern entsprechend der Achse der auszubildenden Nockenwelle ausgerichtet ist, wobei in der Form der Raum um die Kerneinheit herum mit geschmolzenem Metall ausgegossen wird; und, nach Fertigstellung des Gußteiles, Entnahme des festen Kernes aus dem Gußteil, so daß ein vom Stahlrohr begrenzter Durchgang für die Schmierung entsteht.
Der feste Kern soll ein Schmelzen des Rohres während des Gießvorganges verhindern, und der feste Kern kann natürlich nur entformt werden, weil er gerade ausgebildet ist und entsprechend der Achse der Nockenwelle verläuft. Diese Methode ist bei Kurbelwellen nicht anwendbar, weil die Schmierbohrung um die Kurbeln herum verlaufen muß und nicht gerade ausgebildet sein kann. Außerdem kann eine Nockenwelle eine relativ große Zentralbohrung aufweisen, so daß sich ein fester Kern von ausreichender Festigkeit verwenden läßt, der nach erfolgtem Gießvorgang in einem Stück entformt werden kann, wohingegen eine große Schmierbohrung die Wangen einer Kurbelwelle übermäßig schwächen würde.
In GB-A-421 288 wird nach nächstliegendem Stand der Technik vorgeschlagen, ein Metallrohr in eine Kurbelwelle einzugießen, um so einen Ölkanal zu definieren, und anschließend Bohrungen von den Auflageflächen aus vorzusehen, um eine Verbindung zum Ölkanal herzustellen. Das in die Kurbelwelle eingegossene Rohr muß einen geringen Durchmesser aufweisen, um so die Schwächung der Wangen möglichst klein zu halten. Wenn für das Stahlrohr normale Bohrmethoden angewendet würden, um damit zu den Auflageflächen führende Öldurchgänge zu schaffen, so bestünde die Gefahr, daß der Ölkanal durch an den Enden der Bohrlöcher entstehende Grate blockiert werden würde. Ein Entgraten ist nicht ohne weiteres durchführbar, und selbst wenn die Grate erfolgreich von den Kanten des Bohrloches entfernt werden könnten, so bestünde immer noch das Risiko, daß der Ölkanal durch entstehende Späne blockiert würde.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Methode zur Herstellung einer Kurbelwelle mit einem durchgehenden Ölkanal vor, der die Auflageflächen der Kurbelwelle mit Öl versorgt, ohne die vorstehend beschriebenen Nachteile aufzuweisen.
Nach vorliegender Erfindung wird eine Methode zur Herstellung einer Kurbelwelle vorgeschlagen, die das Eingießen eines Stahlrohres in die Kurbelwelle und das Vorsehen von Bohrungen zumindest in den Auflageflächen der Kurbelwellenzapfen der Kurbelwelle umfaßt, um so eine Verbindung mit einem von der Bohrung des Stahlrohres definierten Ölkanal herzustellen, wobei die von den Auflageflächen zum Ölkanal führenden Bohrungen in zwei Teilen ausgebildet sind, wobei der erste Teil gebohrt und der zweite Teil lasergestanzt ist.
Bei der vorliegenden Erfindung kommen Laserstanzmethoden, die an sich bekannt sind, zur Anwendung, um damit das Problem eines Blockierens des Ölkanals durch Späne oder Grate zu lösen. Mit Hilfe des Laserstanzens ist es möglich, eine Verbindung mit dem Ölkanal herzustellen, ohne daß Grate oder Späne entstehen. Außerdem läßt sich dabei wesentlich präziser bohren, so daß die Kontrolle über die Öldurchflußmenge verbessert wird. Beim Laserstanzen besteht außerdem nicht die Gefahr, daß Bohrer mit sehr kleinem Durchmesser abbrechen.
Das Stahlrohr sollte vorzugsweise nicht zu nahe an die Oberfläche der Kurbelwelle heranreichen, damit es nicht zu einer Schwächung der Kurbelwelle kommt. Deshalb müssen zur Verbindung mit dem Ölkanal tiefe Bohrungen vorgesehen werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird nicht über die gesamte Tiefe der Bohrungen mittels Laserstanzen gearbeitet, da die Gefahr einer Gratbildung lediglich an der Stelle des Eindringens in das Stahlrohr besteht. Statt dessen wird daher der erste Teil der Bohrungen konventionell durchgeführt, und nur der letzte Teil der Bohrungen wird mittels Laserstanzen ausgeführt. Der durch Bohren vorgesehene Teil der Bohrung muß nicht unbedingt den gleichen Durchmesser wie der lasergestanzte Teil aufweisen, so daß es nicht erforderlich ist, Bohrer mit kleinem Durchmesser zu benutzen.
Es können verschiedene Schritte unternommen werden, um ein Schmelzen des Rohres während des Gießvorganges zu verhindern. Eine erste Möglichkeit besteht darin, ein aus einem anderen Metall geformtes Rohr, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, zu verwenden, aber aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Materialien kann sich dadurch ein Problem ergeben. Außerdem würden bei Einsatz von rostfreiem Stahl das Rohr und das Biegen des Rohres unnötig verteuert.
Das Schmelzrisiko ist über die gesamte Länge der Kurbelwelle unterschiedlich groß, da bestimmte Teile des Stahlrohres länger als andere Teile dem geschmolzenen Stahl ausgesetzt sind, und es sind gerade diese Teile, die der Gefahr eines Schmelzens unterliegen. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß das Gießen einer Kurbelwelle normalerweise vertikal und das Befüllen vom unteren Ende her erfolgt, um so Lufteinschlüsse zu verhindern. Somit fließt das gesamte heiße Metall am unteren Ende des in die Kurbelwelle einzugießenden Stahlrohres entlang, während das obere Ende dem geschmolzenen Metall über einen kürzeren Zeitraum ausgesetzt ist.
Es ist möglich, das Risiko des Schmelzens des Stahlrohres dadurch zu vermeiden, daß die Wanddicke des Rohres entweder über dessen Gesamtlänge oder nur in den der Schmelzgefahr ausgesetzten Bereichen zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch eine Plattierung des Stahlrohres erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Rohr von einem Kühlmittel durchströmen zu lassen, während das geschmolzene Metall in die Form eingegossen wird. Dies schafft jedoch Komplikationen, weil es die Verbindung einer Druckflüssigkeitsversorgung mit dem Rohr erfordert, und bisher hat sich diese Lösung noch nicht als praktikabel erwiesen.
Eine zusätzliche Möglichkeit besteht darin, das Rohr vor dem Eingießen des geschmolzenen Metalls in die Form mit einem Material zu füllen, das die Wärmekapazität erhöht. Wenn das Material einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Rohr besitzt, so kann es während des Gießvorganges ausfließen. Diese Lösung ist dadurch eingeschränkt, daß aufgrund der geringen Materialmasse innerhalb des Rohres lediglich eine kleine Wärmemenge abgezogen werden kann.
Eine Alternativlösung besteht darin, dem Rohr ein teilweises Anschmelzen zu gestatten, ein Zusammenfallen jedoch dadurch zu verhindern, daß es mit einem Pulver, beispielsweise Feinsand, gefüllt wird. Durch den Sand wird außerdem die dem Schmelzen entgegenwirkende Wärmekapazität erhöht, und der Sand kann nach erfolgtem Gießvorgang ausgeblasen werden.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigeheftete Zeichnung, die einen Schnitt durch eine Kurbelwelle darstellt, weiterhin beschrieben.
Die in der Zeichnung dargestellte Kurbelwelle 10 besitzt vier Hauptlager 12 und vier Kurbeln 14. Zwischen den beiden mittleren Kurbeln ist ein Ausgleichsgewicht 16 ausgebildet. Die gesamte Kurbelwelle stellt eine Gußeisenkonstruktion dar, und ein Stahlrohr 18 ist an Ort und Stelle in die Kurbelwelle 10 eingegossen, um so einen Ölkanal 20 für die Schmierung der Hauptlager 12 und der Pleuelfußlager an den Kurbeln 14 zu definieren.
Das aus Flußstahl bestehende Stahlrohr 18 wird vor dem Einsetzen in die Gußform in die gewünschte Form vorgeformt. Das Stahlrohr 18 ist, wie erkennbar, innerhalb der Kurbelwelle 10 vollständig eingekapselt; hiervon ausgenommen ist nur ein Abschnitt 22, der dem Ausgleichsgewicht 16 gegenüberliegt Im Falle einer Kurbelwelle mit fünf Hauptlagern würde das Rohr 18 vollständig von der Kurbelwelle 10 umgeben sein.
Es ist von Bedeutung, daß die Möglichkeit besteht, das Rohr 18 während des Gießvorganges exakt auszurichten, und der Abschnitt 22 ist in dieser Hinsicht besonders vorteilhaft, weil er direkt festgehalten werden kann, um so die Winkelposition des Rohres 18 innerhalb der Form festzulegen. Im Falle einer Kurbelwelle, bei der das Rohr 18 vollständig eingekapselt ist, besteht die Möglichkeit, die Kurbelwelle mit hohlen Kurbelwellenzapfen auszubilden. Die Bohrungen der Kurbelwellenzapfen werden durch Kerne in der Form gebildet, und diese Kerne können Justierrücksprünge für das Rohr 18 aufweisen.
Während des Gießens ist die Form vertikal angeordnet und wird vom unteren Ende her befüllt. Eine Plattierung, die aus einer zweiten Schicht aus Flußstahl besteht, kann am unteren Ende um das Rohr 18 herum vorgesehen werden, um so ein Schmelzen des Rohres während des Gießvorganges zu verhindern. Alternativ kann das Rohr vor dem Eingießen des geschmolzenen Metalls in die Form mit einem Material befüllt werden, um so die Wärmekapazität des Rohres zu erhöhen.
Nach dem Abkühlen der Kurbelwelle ist es notwendig, Bohrungen auszubilden, damit Öl im Ölkanal 20 bis zu den Auflageflächen gelangen kann. Diese Bohrungen werden dadurch geschaffen, daß Blindbohrungen 30 in den Auflageabschnitten der Kurbelwelle bis an das Stahlrohr 18 vorgesehen werden, ohne jedoch das Rohr zu durchdringen. Diese Bohrungen können typischerweise einen Durchmesser von 3,0 mm aufweisen. Anschließend werden diese Bohrungen 30 durch Laserstanzen vertieft, um so eine Verbindung zum Ölkanal 20 zu schaffen, wobei der Durchmesser des lasergestanzten Teiles 32 der Bohrungen 30 typischerweise zwischen 0,5 mm und 1,0 mm liegt.
Durch Laserstanzen werden Grate vermieden, die ein Blockieren des Ölkanals 20 bewirken könnten. Außerdem läßt sich damit eine Bohrung mit kleinem Durchmesser ausführen, ohne daß dafür ein zerbrechlicher Bohrer mit schlankem Durchmesser benutzt werden muß; derartige Bohrer verursachen in der Serienfertigung von mit Bohrungen zu versehenden Bauteilen nämlich häufig Betriebsunterbrechungen.
Es sind die Pleuelfußlager, die hinsichtlich der Schmierung das größere Problem darstellen, und der Ölkanal sollte zumindest diese Lager mit Öl versorgen. Die Schmierung der Hauptlager könnte separat durchgeführt werden, vorzugsweise sollte der Ölkanal jedoch sowohl die Hauptlager als auch die Pleuelfußlager mit Öl versorgen.

Claims

Methode zur Herstellung einer Kurbelwelle, wobei die Methode das Eingießen eines Stahlrohres (18) in die Kurbelwelle (10) und das Vorsehen von Bohrungen (32) zumindest in den Auflageflächen der Kurbelwellenzapfen umfaßt, um so eine Verbindung mit einem von der Bohrung des Stahlrohres definierten Ölkanal herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Auflageflächen zum Ölkanal führenden Bohrungen in zwei Teilen ausgebildet sind, wobei das erste Teil (30) gebohrt und das zweite Teil (32) lasergestanzt wird.
2. Methode nach Anspruch 1, wobei die gebohrten Teile (30) der Bohrungen einen größeren Durchmesser als die lasergestanzten Teile (32) der Bohrungen aufweisen.
3. Methode nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Stahlrohr (18) in den Bereichen, in denen während des Gießvorganges ein Schmelzrisiko besteht, eine größere Wanddicke aufweist.
4. Methode nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stahlrohr (18) während des Gießvorganges zumindest teilweise gefüllt ist.
5. Methode nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stahlrohr (18) nicht vollständig in Gußeisen eingekapselt ist, und wobei das außerhalb der Gießform liegende Teil (22) während des Gießvorganges dazu dient, das Rohr innerhalb der Gießform aus zurichten.