DE4016613A1

DE4016613A1 - Einteilige kurbelwelle

Info

Publication number: DE4016613A1
Application number: DE19904016613
Authority: DE
Inventors: Xaver Dipl Ing Stemmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1991-11-28

Description

Die Erfindung betrifft eine einteilige Kurbelwelle für Hubkolbenma schinen, insbesondere für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der Auslegung der Kurbelwelle bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen kommt eine nicht unbeträchtliche Bedeutung zu hinsichtlich der gefor derten Standfestigkeit der Brennkraftmaschine, deren Gewichtes und deren Einbaumaße. Wesentliche Forderungen sind weitestgehende Gewichts optimierung bei noch zulässiger Bauteilbelastung und möglichst geringer Bauraum, insbesondere Baulänge. Diese Kriterien finden in geeigneten Maßnahmen Niederschlag, wie beispielsweise Hohlbohren der Hubzapfen, Verringerung der Masse der Kurbelwangen durch Abflachungen, Ausneh mungen etc.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kurbelwelle der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die in weitergehendem Maße gewichtsreduziert und zudem baulich gedrängter ist. Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kurbelwelle vorgeschlagen werden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspru ches 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer derartigen Kurbelwelle mit den Merkmalen des Patentanspruches 4 gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Der erfindungsgemäße Vorschlag zielt darauf ab, die Kurbelwangen im Be reich der Hubzapfen teilweise entfallen zu lassen bzw. abzuarbeiten, um dadurch sowohl Gewicht einzusparen, als auch Bauraum innerhalb des Kur beltriebes und/oder des Kurbelgehäuses der Hubkolbenmaschine zu gewin nen. Durch die Verringerung dieser relativ zentrumsfernen Bereiche der Kurbelwangen können auch die gegenüberliegenden Massenausgleichsberei che entsprechend gewichtsreduziert werden, wodurch insgesamt eine leichtere Konstruktion der Kurbelwelle gegeben ist.

Als hinsichtlich der Festigkeit im Übergangsbereich zwischen Kurbel wange und Hubzapfen hat es sich als günstig erwiesen, wenn gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 2 ein rotationssymmetrischer Übergang mit einem definierten Radius R₁ ausgeführt ist. Ferner kann der nicht von der Kurbelwange überdeckte, also freie Bereich der Hupzapfen in an sich bekannter Weise hohlgebohrt sein.

Zur Herstellung der Kurbelwelle wird gemäß Anspruch 4 vorgeschlagen, die Kurbelwelle zunächst in bekannter Konstruktion durch Gießen oder insbesondere Schmieden auszubilden und die vorgeschlagene Geometrie der Kurbelwangen durch spanende Bearbeitung zu schaffen. Dadurch können herkömmliche bewährte Herstellungsverfahren beibehalten werden; ferner werden Beschädigungen der Hubzapfen während des Transportes der Kurbel wellen-Rohlinge und während des Handlings bei der spanenden Bearbeitung der Kurbelwellen vermieden.

Zum Abarbeiten der in Frage stehenden Kurbelwangenbereiche wird gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen, in einem gemeinsamen Arbeitsgang sowohl die den Hubzapfen benachbarten Bereiche als auch die gegenüberliegenden Massenausgleichsbereiche zu bearbeiten. Als herstellungstechnisch be sonders wirtschaftliches Verfahren hat sich dabei der Einsatz eines Wirbelfräsers gezeigt, mit dem um die Drehachse der Kurbelwelle herum gleichzeitig die beiden Kurbelwangenbereiche mit den vorgegebenen Krüm mungsradien bearbeitet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Ansicht einer abschnittsweise dargestellten Kurbelwelle für eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem zwischen zwei Lagerzapfen liegendem Hubzapfen; und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II durch die in Fig. 1 gezeigte Kurbelwelle.

Die nur abschnittsweise dargestellte Kurbelwelle 10 für eine mehrzylin drige V-Hubkolben-Brennkraftmaschine weist zwei Lagerzapfen 12, 14 auf, die über zwei Kurbelwangen 16, 18 mit einem Hubzapfen 20 verbunden sind.

Die Kurbelwangen 16, 18 weisen einen hubzapfennahen Bereich 22, 24 und einen diametral gegenüberliegenden dem Masseausgleich dienenen Bereich 26, 28 auf. Die Bereiche 22, 24 der Kurbelwangen 16, 18 sind derart ab gearbeitet, daß der Hubzapfen 20 etwa bis zu dessen Mittelachse (vgl. Fig. 2) frei liegt bzw. ohne Kurbelwange gestaltet ist. Diese im Quer schnitt etwa einer halben Kreisfläche entsprechende Bereich ist hohlge bohrt bzw. mit einer Bohrung 30 zur Gewichtsverminderung versehen. Die Bohrung 30 ist in bekannnter Weise mit Deckeln 32 verschlossen, wodurch die Bohrung 30 auch zur Zuführung von Schmieröl zur Hubzapfenlagerung dient.

Der Übergang der Kurbelwangenbereiche 22, 24 in den Hubzapfen 20 ist ro tationssymmetrisch mit einem Radius R₁ ausgeführt. Eine weitere rota tionssymmetrische Bearbeitung ist an den Masseausgleichsbereichen 26, 28 gegeben, deren Umfangsflächen 34, 36 mit einem Radius R₂ bearbeitet sind.

Bei der Herstellung der Kurbelwelle 10 beispielsweise durch Schmieden werden zunächst die Kurbelwangenbereiche 22, 26 so ausgeführt, wie dies in der Fig. 1 in den mit einer Kreuzschraffur versehenen Bereichen her vorgehoben ist; d. h., der Hubzapfen 20 und alle anderen, nicht darge stellten Hubzapfen sind herkömmlich mit den Kurbelwangen 16, 18 ausge führt. Ferner sind die Umfangsflächen 34, 36 der Massenausgleichsberei che 26, 28 nur grob vorgegeben.

In der Endbearbeitung der Kurbelwelle 10 wird mittels eines nicht dar gestellten Wirbelfräsers (Hohlfräser mit einem Innenradius, der größer als der größte zu bearbeitende Radius R₁ und R₂ ist) der schraffierte Bereich bei 22, 24 und bei 26, 28 spanend abgearbeitet. Dies erfolgt in einem Arbeitsgang, wobei der Wirbelfräser eine rotierende und dazu überlagert exzenterförmige Bewegung ausführt. Dieser Arbeitsgang kann entlang der Kurbelwelle an jeder, einem Hubzapfen benachbarten Kurbel wange ausgeführt werden, wobei durch Rotation der Kurbelwelle jeweils eine definierte Position des jeweiligen Hubzapfens einzustellen ist. Die Breite des Hubzapfens 20 ist dabei so klein gehalten, daß mit dem Abarbeiten der Bereiche 22, 24 auch die Umfangsflächen 34, 36 vollständig (über deren gesamte Breite) abgearbeitet werden können.

Claims

1. Einteilige Kurbelwelle für Hubkolbenmaschinen, insbesondere für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, mit zwischen Lagerzapfen und Hubzapfen angeordneten Kurbelwangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwangen (16, 18) ausgehend von den Lagerzapfen (12, 14) etwa in der Mittelachse der Hubzapfen (20) enden.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kur belwangen (16, 18) mit einem Krümmungsradius R₁ rotationssymmetrisch enden, wobei R₁ dem zweifachen Hubzapfenradius ist.

3. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht von den Kurbelwangen (16, 18) überdeckte Bereich der Hubzapfen hohl gebohrt ist.

4. Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kur belwangen (16, 18) nach dem Gießen oder Schmieden der Kurbelwelle (10) bei der spanenden Bearbeitung abgearbeitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, mit an den Kurbelwangen (16, 18) entge gengesetzt zu den Hubzapfen (20) angeordneten Massenausgleichsbe reichen (26, 28), dadurch gekennzeichnet, daß das Abarbeiten der Kurbelwangenbereiche (22, 24) und der stirnseitigen Massenaus gleichsbereiche (26, 28) in einem einheitlichen Arbeitsgang durchge führt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abarbei ten mittels eines Wirbelfräsers durchgeführt wird.