DE8802714U1

DE8802714U1 - Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor

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Publication number: DE8802714U1
Application number: DE8802714U
Authority: DE
Original assignee: Electrolux AB
Current assignee: Electrolux AB
Priority date: 1987-03-04
Filing date: 1988-03-01
Publication date: 1988-04-14
Also published as: IT214131Z2; IT8835562V0; JPS63147920U; SE8700905D0

Description

Be Schreibung

Die Neuerung bezieht sich auf eine Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor.

Eine Kurbelwelle weist eine sehr komplizierte und aufwendige Geometrie auf und muß mit einer hohen Maßgenauigkeit hergestellt werden, um insbesondere die Anforderungen hinsichtlich der Funktionsfähigkeit und der Lebensdauer erfüllen zu können. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kurbelwellen durch plastische Umformung auszubilden, wobei insbesondere Kaltschmiedaverfähren und Kaltflußpreßverfahren angewendet werden* Diese Herstellungsverfahren erweisen sich jedoch bei der Ausbildung einer Kurbelwelle als nachteilig, da, bedingt durch die geometrische Ausgestaltung der Kurbelwelle, insbesondere

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deren giro Bö Länge und deren durch den Kurbelarm bedingte Breite aufwendige Merkzeuge erforderlich sind. Es wurde deshalb bereits vorgesehlagen, anstelle einer einstückig ausgebildeten Kurbelwelle einzelne Teile der Kurbelwelle herzustellen und anschließend miteinander zu verbinden. So ist es beispielsweise aus der DE-OS 41 235 bekannt/ Achszapfen und Kurbelarme separat herzustellen, wobei es äUCa möglich iac., deä Kurbelarm durch ein Sinterverfahren auszubilden. Anschließend werden diese separat hergestellten Teile zusammengefügt, um eine stabile, homogene Gesamtkonstruktion auszubilden, »ei einer derartigen Herstellung einer Kurbelwelle muß die Verbindung der separat gefertigten Teile hohen Anforderungen, insbesondere an die Präzision der Fügeverbindung genügen. Hierin liegt ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Kurbelwellen, da die dort bekannten Verbindungsbereiche zwischen den separaten Bauteilen nur unter relativ hohen^Kosten herstellbar sind und nicht die gewünschte Präzision aufweisen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurbelwelle der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellungsweise die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und ein· hohes Maß an geometrischer Präzision und Lebensdauer gewährleistet.

Die Aufgäbe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kurbelarm mit einem Achsansatz versehen ist/ dessen Bndfläche mittels einer Laserschweißnaht koaxial fluchtend mit der Endfläche des Achszapfens verbunden ist. Die neuerungsgemäße Kurbelwelle zeichnet sich durch eine

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Reihe erheblicher Vorteile aus. So ist es insbesondere in besonders einfacher Weise möglich, eine präzise Verbindung zwischen dem Achszapfen und dem Achsansatz sicherzustellen, da die so ausgebildete Kurbelwelle eine Verbindung zwischen zwei zylindrischen Bauteilen aufweist, welche präzise vorbearbeitet werden können. Es ist somit auch auf besonders einfache Weise möglich, den Achszapfen und den Achsansatz zueinander fluchtend anzuordnen, um auf diese Weise eine Kurbelwelle zu schaffen, die eine präzise Ausrichtung des Kurbelarms zu dem Achsansatz aufweist. Ein weiterer Vorteil der

Neuerung liegt in der Anordnung einer Laserschweißnaht zwischen dem Kurbelarm und dem Achsansatz, wodurch zum einen auf zusätzliche Schweißwerkseoffe oder Schweiß-

!< füllmaterialien verzichtet werden kann und wodurch zum

anderen eine sichere Verbindung gewährleistet ist.

In vorteilhafter Weise weisen der Achsansatz und der Achszapfen jeweils eine zentrische Ausnehmung auf, wobei sich bei einer vorteilhaften Weiterbildung die zentrische Ausnehmung des Achsansatzes durch diesen und den Kurbelarm erstreckt. Bei einer weiteren vorteilhe >'-ten Weiterbildung der Neuerung weisen die Ausnehmungen des Achsansatzes und des Achszapfens gleichen Durchmesser auf und sind zur Aufnahme eines nicht verschweißbaren Führungsstiftes geeignet ausgebildet. Mittels der Ausnehmungen ist es zum einen möglich, den Querschnitt der Laser Schweißnaht zu verringern ^ zum anderen kann wan* rend der Herstellung ein fiährungsstift verwendet werden, welcher nicht verschweißbar ist, sondern lediglich der exakten Zentrierung des Achsansatzes des Kurbelanas des Achssacfens dient.

In bevorzugter Weise sind der Kurbelarm und der Achszapfen als auf Fertigmaß kaltgeschmiedete Teile ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung der Teile gewährleistet zum einen ein hohes MaB an geometrischer Präzision, zum anderen ist es möglich, die Teile ausgesprochen kostengünstig herzustellen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der neuerungsgemäBen Kurbelwelle ist auch dadurch gegeben, daß der Kurbelarm und der Achszapfen im Bereich der Verbindungsstelle mit einer zur Aufnahme eines Lagers geeigneten geschliffenen Oberfläche versehen sind. Eine derartige Ausgestaltung erweist sich insbesondere im Hinblick auf die auftretenden Kräfte in der Kurbelwelle als besonders günstig, da die Verbindungsstelle zu der Lagerebene fluchtend angeordnet werden kann. Weiterhin wird durch die geschliffene Oberfläche zum einen ein präziser Lagersitz geschaffen, zum anderen erfolgt auf diese Weise eine mechanische Nachbearbeitung der Verbindungsstelle.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Endfläche des Achszapfens kegelförmig ausgebildet ist und die Endfläche des Achsansatzes mit einer zum Achszapfen passenden kegelförmigen Vertiefung versehen ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die beiden Teile der Kurbelwelle vor deren Verbindung exakt zueinander zu positionieren. Weiterhin erweist sich die kegelförmige Ausgestaltung hinsichtlich der Ausbildung der Laserschweißnaht als besonders günstig, da die kegelförmige Gestalt die Führung des Laserstrahls vereinfacht und einen größeren Auftreffwinkel des Laserstrahls

zu der zu (Verschweißenden Oberfläche ermöglicht:.

Die Laserschweißnaht ist in vorteilhafter Weise in im wesentlichen radialer Richtung über den gesamten Querschnitt des Achszapfens und des Achsansatzes ausgebildet, wodurch ein besonders hohes Maß an Festigkeit erzielbar ist.

In günstiger Weise weist der Kurbelarm eine exzentrische Ausnehmung zur Aufnahme eines Kurbelbolzens auf. Auf diese Weise ist es möglich, den Kurbelbolzen und den Kurbelarm separat herzustellen und anschließend miteinander zu verbinden. Auch dies führt zu einer beträchtlichen Senkung der Produktionskosten.

Im folgenden wird die Heuer ung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer neuerungsgeraäßen Kurbelwelle, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Verbindungsbereich zwischen dem Kurbelarm und dem Achczapfen.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kurbelwelle weist zwei Kurbelarme 10, 11 auf, welche beispielsweise mittels eines Kaltschmiedeverfahrens hergestellt sind. Der Kurbelarm 10, 11 ist mit einer Ausnehmung 12 versehen, welche so auegebildet und dimensioniert ist, daß in die Ausnehmung 12 ein im wesentlicher zylindrischer Kurbel-

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bolzen 13 passend einführbar ist. Weiterhin weist der Kurbelarm 10, 11 einen Achsansatz 14 auf, welcher koaxial zur Drehebene der Kurbelwelle angeordnet ist. Fluchtend zu dem Achsansatz 14 ist mit dem Kurbelarm 10, 11 ein Achszapfen 15 verbunden, welcher den gleichen Außendurchmesser wie der Achszapfen 14 aufweist. Sowohl die Ausnehmung 12 des Kurbelarms 10, 11 als auch der Achsansatz 14 sind mit engen Toleranzen hergestellt, um zum einen eine sichere Verbindung bzw. Einführung des Kurbelbolzens 13 zu gewährleisten und um zum anderen eine präzise Verbindung mit dem Achszapfen 15 zu ermöglichen. Bei dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel sind der Kurbelarm 10,11 und der Achszapfen 15 in Form von auf Fertigmaß kaltgeschmiedeten Teilen ausgebildet. Abgesehen von einer Schleifbearbeitung des Außendurchmessers des Achsansatzes 14 und des Achszapfens 15 im Aufnahmebereich uines Lagers 19 ist keine weitere Bearbeitung der Außenkonturen der Teile erforderlich.

Der Achsansatz 14 und der Achszapfen 15 weisen jeweils eine zentrische Ausnehmung 16, 17 auf. Die Ausnehmung 16 des Achsansatzes 14 erstreckt sich durch die gesamte Breite des Kurbelarms 10, 11. Die Ausnehmungen 16, 17 weisen gleichen Durchmesser auf, wodurch es möglich ist, einen nicht dargestellten Führungsstift in die Ausnehmungen 16, 17 einzubringen« um eine exakte Positionierung des Achszapfens 15 und des Kurbelarms 10, 11 während der Ausbildung der Laserschweißnaht zu gewährleisten. Der Führungsstift ist aus einem nicht verschweißbaren Material gefertigt und wird anschließend wieder entnommen.

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Die Verbindung des Achsansatzes 14 und des Achszapfens 15 erfolgt mittels einer Laserschweißnaht 18 (sh. Fig. 2), welche in einer Schutzgasatmosphäre mittels eines Lasers ausgebildet wird. Durch die Ausnehmungen 16, 17 des Achsansatzes 14 und des Achszapfens 15 ergibt sich ein kreisringförmiger Querschnitt der Laserschweißnaht. Dies führt zu dem Vorteil, daß die radiale Breite der Schweißnaht begrenzt ist, so daß ein sicheres Verschweißen möglich wird. ¹Ss ist somit sichergestellt, daß sich die Schweißnaht über die gesamte Querschnittsfläche des Achsansatzes 14 und des Achszapfens 15 erstreckt. Da auf einen Schweißzusatzstoff verzichtet werden kann, ist sichergestellt, daß die Schweißnaht im wesentlichen die gleiche Festigkeit und gleiche Zusammensetzung wie das Material des Achsansatzes und des Achszapfens aufweist.

Bei der .neuerungsgemäß ausgebildeten Schweißnaht erweist es sich insbesondere als günstig, daß die ringförmige Querschnittsausgestaltung der Laserschweißnaht in radialer Richtung nur eine begrenzte Breite aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die sonst häufig auftretenden Schweißfehler im Kernbereich zu eliminieren. Sollten dennoch geringfügige Inhomogenitäten der Schweißnaht auftreten, so sind diese in bevorzugter Weise im Übergangsbereich zu den Ausnehmungen 16, 17 angeordnet und beeinflussen somit die Gesamtfestigkeit der Kurbelwelle nur unwesentlich.

Nach Ausbildung der in Fig. 2 gezeigten Kurbelwellenhälfte werden zwei derartige Kurbelwtllenhälften zueinander ausgerichtet, woraufhin de? Kurbelbolzen 13 in

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die Ausnehmungen 12 eingepreßt wird.

Die beiden Flächen des Achsansatzes 14 und des Achszapfens 15, welche mittels der Laserschweißnaht verbunden sind, können kegelförmig ausgebildet sein, wobei die eine Fläche konkav und die andere konvex kegelförmig ausgestaltet sein kann.

Claims

Schutzansprü c h

1. Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Aehs2ap£$n und einem mit diesem verbundenen Kurbelarm,

dadurch gekennzeichnet/ daß der Kurbelarm (10, 11) mit einem Achsansatz (14) versehen ist, dessen Endfläche mittels einer Laserschweißnaht (18) koaxial fluchtend mit der Endfläche des Achszapfens (15} verbunden ist.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Achsansatz (14) und der Achszapfen (15) jeweils eine zentrisehs Ausnehmung (16, 17) aufweisen.

SAYER. VBREINlSSANK (BLZ 700 202 70) KOnYOJ 4&'&phgr;$ &thgr;&&bgr;,

100 SO) KONTO 227 &bgr;&thgr;2·&THgr;&Ogr;&bgr;

3. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurbelarm (10, 11) und der Achszapfen (15) als auf Fertigmaß kaltgeschmiedete Teile ausgebildet sind.

4. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurbelarm (10, 11) und der Achszapfen (15) im Bereich der Verbindungsstelle mit einer zur Aufnahme eines Lagers »19) geeigneten geschliffenen Oberfläche versehen sind.

5. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Endfläche des Achszapfens (15) kegelförmig ausgebildet ist und die Endfläche des Achsansatzes (14) mit einer zum Achszapfen (15) passenden kegelförmigen Vertiefung versehen ist.

6. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die zentrische Ausnehmung (16) des Achsansatzes (14) sich durch den Achsansatz (14) und den Kurbelarm (10, 11) erstreckt.

7. Kurbelwelle nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, da &bgr; die Ausnehmungen (16, 17) des Achsansatzes (14) und des Achszapfens (15) gleichen Durchmesser aufweisen und zur Aufnahme eines nicht verschweißbaren Führungsstiftes geeignet ausgebildet sind.

8. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Laserschweißnaht (18) in im wesentlichen radialer Richtung Über den gesamten Querschnitt des Achszapfens (15) und des Achsansatzes (14) ausgebildet ist.

9. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurbelarm (10, 11) eine exzentrische Ausnehmung (12) zur Aufnahme eins Kurbelbolzens (13) aufweist.