DE4329212C2

DE4329212C2 - Kurbelwelle, insbesondere für Hubkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE4329212C2
Application number: DE19934329212
Authority: DE
Inventors: Rudolf Bruns
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2013-09-01
Also published as: DE4329212A1

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf eine insbesondere für Hubkolbenmaschinen geeignete Kurbelwelle mit einer den Wel lenzapfen mit dem Hubzapfen verbindenden Kurbelwange, die in einer dem Wel lenzapfen abgewandten Seite eine nach Art einer wannenartigen Vertiefung gestaltete muldenartige Ausnehmung mit stetig ineinander übergehenden Begren zungen einer räumlich mehrfach gekrümmten Oberfläche aufweist.

In der nicht vorveröffentlichten DE 43 25 722 A1 wurde bereits eine Kurbelwelle, insbesondere für Hubkolbenmaschinen, vorgeschlagen, bei der eine zur Gewichts reduzierung vorgesehene wannenartige Mulde bzw. Vertiefung im Hinblick auf hohe dynamische Steifigkeit in ihren Seitenbegrenzungen besonders gestaltet ist. Die eine räumlich mehrfach gekrümmte Oberfläche aufweisende wannenartige Mulde bzw. Vertiefung umfaßt hubzapfenseitig eine nach Art einer Sattelfläche gestaltete Seitenbegrenzung und diametral gegenüber eine halbkalottenartig ge staltete Seitenbegrenzung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemäß gestaltete Kur belwelle eine weitere Gestaltung der Kurbelwangen-Ausnehmung aufzuzeigen, die der Kurbelwelle ebenfalls trotz Gewichtsreduzierung eine hohe dynamische Stei figkeit verleiht.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst.

Mit dieser Erfindung ist eine wannenartige Ausnehmung mit einer vorteilhaft ein fach erzeugten, räumlich mehrfach gekrümmten Oberfläche erzielt, die kosten günstig in der Fertigung ist.

Gemäß dem Anspruch 2 ist der Radius des hubzapfenseitigen konvexen Linienzuges in Abhängigkeit einer Überdeckung der Kurbelzapfen gewählt, womit in Verbindung mit der je weiligen Überdeckung ein ausreichender Querschnitt für den Kraftfluß zwischen den Kurbelzapfen sichergestellt ist. Mit der Wahl des Radius des angepaßt anschließenden konkaven Linienzuges ist im wesentlichen die angestrebte Gewichtsreduzierung realisiert.

Mit der im Anspruch 3 beschriebenen räumlichen Lage der Drehachse der die konvexen und konkaven Begrenzungen be stimmenden Erzeugenden ist zusätzlich sichergestellt, daß die Gewichtsreduzierung vorzugsweise im Bereich der Pro jektion des Wellenzapfens auf der diesem abgewandten Seite der Kurbelwellenwange erfolgt, wogegen im hub zapfenseitigen Kraftflußbereich nur eine geringe Mate rialabtragung beiderseits der Vertikalschnittebene vorge sehen ist.

Die im Anspruch 4 näher beschriebene Lage der Drehachse der Erzeugenden bewirkt in vorteilhafter Weise die Belas sung eines der Wangenkontur folgenden Randes, der zur Steigerung der Drehsteifigkeit durch eine aufgesetzte bzw. angeformte Rippe erhöht ist. Diese Rippe kann gemäß Anspruch 5 ein die Drehachse der Kurbelwelle U-förmig um fassender Gurt sein, der in weiterer Ausgestaltung nach Anspruch 6 zur Steigerung der dynamischen Steifigkeit der Kurbelwelle in der axialen Breite der Kurbelwange gestal tet sein kann.

Schließlich trägt die hubzapfenseitige Kurbelwangen-Ge staltung gemäß Anspruch 7 in Verbindung mit der vorbe schriebenen Wangen-Gestaltung zur weiteren dynamischen Steifigkeit bei.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Eine insbesondere für eine nicht gezeigte Hubkolben-Brennkraftmaschine verwendete Kurbelwelle 1 mit einer den Wellenzapfen 2 mit dem Hubzapfen 3 verbindenden Kurbel wange 4 weist die Kurbelwange 4 in einer dem Wellenzapfen 2 abgewandten Seite 5 eine muldenartige Ausnehmung 6 mit stetig ineinander übergehenden Begrenzungen 7 und 8 auf. Die Begrenzungen 7 und 8 der zur Gewichtsreduzierung vor gesehenen Ausnehmung 6 sind mittels einer aus einem hub zapfenseitigen konvexen Linienzug 9 und einem wellen zapfenseitig anschließenden konkaven Linienzug 10 - im Vertikal schnitt der Kurbelwelle 1 gesehen - gestalteten Erzeugenden 11 mit einer im wesentlichen in der Vertikal ebene liegenden Drehachse 12 gebildet.

Um einen ausreichenden Querschnitt mit günstiger Umlen kung des Kraftflusses vom Wellenzapfen 2 zum Hubzapfen 3 sicherzustellen, ist bei einer Zapfenüberdeckung Z_ü der Kurbelwelle 1 der Radius R1 des hubzapfenseitigen kon vexen Linienzuges 9 in Abhängigkeit eines auf den Durch messer des Wellenzapfens 2 bezogenen Überdeckungsmaßes in entsprechendem, umgekehrten Verhältnis gewählt, wobei der entsprechend angepaßte Radius R2 des konkaven Linienzuges 10 maßlich etwa dem Durchmesser des Wellenzapfens 2 ent spricht. Für einen stetigen Übergang stehen beide Linien züge 9 und 10 mittels einer Tangente 13 bzw. tangenten stetig miteinander in Verbindung. Für einen weiteren ste tigen Übergang ist der konvexe Linienzug 9 hubzapfensei tig im wesentlichen tangential mit der Stirnseite 5 der Kurbelwange 1 verbunden. Mit der Wahl des Radius R2 des angepaßt anschließenden konkaven Linienzuges 10 ist im wesentlichen die angestrebte Gewichtsreduzierung realisiert, wogegen die stetigen Übergänge zur Vermeidung von Spannungsspitzen im höher ausgelasteten Werkstoff der Kurbelwelle 1 dienen.

Wie aus der einzigen Figur weiter hervorgeht, schließt die Drehachse 12 der Erzeugenden 11 in der Vertikalebene mit der Tangente 13 der beiden Linienzüge 9 und 10 einen hubzapfenseitig spitzen Winkel α ein, wobei die Drehachse 12 im Bereich der an den konvexen Linienzug 9 an schließenden Tangente 13 etwa um das Maß des Radius R1 dieses Linienzuges 9 beabstandet ist. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, daß im hubzapfenseitigen Kraftfluß bereich nur eine geringe Materialabtragung beiderseits der Vertikalschnittebene gegeben ist. Weiter ist die Nei gung der Drehachse 12 zur Tangente 13 so gewählt, daß mindestens im konkaven Bereich des Linienzuges 10 der Ausnehmung 6 diese mit der in Kurbelwellen-Längsrichtung gesehenen Wangenkontur 14 einen Rand 15 begrenzt. Dieser Rand 15 ist zur Steigerung der Drehsteifigkeit der Kur belwelle 1 um ihre Drehachse 16 durch eine Rippe 17 er höht.

Vorzugsweise ist die auf dem Rand 15 angeordnete Rippe 17 als ein in der Wangenkontur 14 verlaufender, die Drehachse 16 der Kurbelwelle 1 U-förmig umfassender Gurt 18 gestaltet. Bei insbesondere zur Drehachse 16 der Kur belwelle 1 geneigt verlaufendem Rand 15 ist die Kurbel wange 4 im Bereich des Gurtes 18 in der im Bereich der Zapfenüberdeckung Z_ü gegebenen axialen Breite gestaltet.

Damit wird bei über die Ausnehmung 6 reduziertem Gewicht der Kurbelwelle 1 deren dynamische Steifigkeit besonders günstig beeinflußt.

Die dynamische Steifigkeit der Kurbelwelle 1 kann schließlich weiter dadurch günstig beeinflußt werden, daß die Kurbelwange 4 hubzapfenseitig kugelabschnittsartig gestaltet ist mit einem im Durchstoßpunkt der Hubzapfen achse 19 durch die Ebene der Stirnseite 5 liegenden Ku gelmittelpunkt 20.

Die vorstehend beschriebene Ausnehmung ist mit einer vor teilhaft einfach gestalteten Oberfläche ausgebildet, die kostengünstig in der Fertigung ist.

Claims

1. Kurbelwelle, insbesondere für Hubkolbenmaschinen,

- mit einer den Wellenzapfen (2) mit dem Hubzapfen (3) verbinden den Kurbelwange (4), die
- in einer dem Wellenzapfen (2) abgewandten Seite (5) eine nach Art einer wannenartigen Vertiefung gestaltete muldenartige Aus nehmung (6) mit stetig ineinander übergehenden Begrenzungen (7, 8) einer räumlich mehrfach gekrümmten Oberfläche aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Begrenzungen (7, 8) der wannenartigen Ausnehmung (6) mittels einer im Vertikalschnitt der Kurbelwelle (1) gesehenen Er zeugenden (11) mit einer im wesentlichen in der Vertikalebene lie genden Drehachse (12) gebildet sind, wobei
- die Erzeugende (11) einen hubzapfenseitig konvexen Linienzug (9) und einen wellenzapfenseitig anschließenden konkaven Linienzug (10) zur Oberflächengestaltung der wannenartigen Ausnehmung (6) umfaßt.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net,

- daß bei einer Zapfenüberdeckung (Z_ü) der Kur belwelle (1) der Radius (R1) des hubzapfensei tigen konvexen Linienzuges (9) in Abhängigkeit eines auf den Durchmesser des Wellenzapfens (2) bezogenen Überdeckungsmaßes in entspre chendem, umgekehrten Verhältnis gewählt ist, und
- der entsprechend angepaßte Radius (R2) des konkaven Linienzuges (10) maßlich etwa dem Durchmesser des Wellenzapfens (2) entspricht, wobei
- beide Linienzüge (9, 10) mittels einer Tan gente (13) bzw. tangentenstetig miteinander in Verbindung stehen, und
- der konvexe Linienzug (9) hubzapfenseitig im wesentlichen tangential mit der Stirnseite (5) der Kurbelwange (4) verbunden ist.

3. Kurbelwelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet,

- daß die Drehachse (12) der Erzeugenden (11) in der Vertikalebene mit der Tangente (13) der beiden Linienzüge (9, 10) einen hubzapfensei tig spitzen Winkel (α) einschließt, und
- daß die Drehachse (12) im Bereich der an den konvexen Linienzug (9) anschließenden Tangente (13) etwa um das Maß des Radius (R1) dieses Linienzuges (9) beabstandet ist.

4. Kurbelwelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Neigung der Drehachse (12) zur Tangente (13) ferner so gewählt ist,
- daß mindestens im Bereich des konkaven Linien zuges (10) der Ausnehmung (6) diese mit der in Kurbelwellen-Längsrichtung gesehenen Kurbel wangen-Kontur (14) einen Rand (15) begrenzt, auf dem
- eine Rippe (17) angeordnet ist.

5. Kurbelwelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (17) als ein mit der Wangenkontur (14) verlaufender, die Drehachse (16) der Kurbelwelle (1) U-förmig umfassender Gurt (18) gestaltet ist.

6. Kurbelwelle nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwange (4) im Bereich des Gurtes (18) bei insbesondere zur Drehachse (16) der Kurbelwelle (1) geneigt verlaufendem Rand (15) in der im Bereich der Zapfenüberdeckung (Z_ü) ge gebenen axialen Breite gestaltet sein kann.

7. Kurbelwelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwange (4) hubzapfen seitig kugelabschnittsartig gestaltet ist mit einem im wesentlichen im Durchstoßpunkt der Hubzapfen achse (19) durch die Ebene der Kurbelwangen-Stirn seite (5) liegenden Kugelmittelpunkt (20).