DE8990148U1

DE8990148U1 - Verbindungskonstruktion zwischen Kurbelwelle und Kurbelstange

Info

Publication number: DE8990148U1
Application number: DE8990148U
Authority: DE
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1991-02-28
Anticipated expiration: 1999-06-17
Also published as: WO1989012760A1; US5203228A

Description

PCT-WO 89/12760 UG/gh/b

Anmelder: KOYO SEIKO CO., Ltd.

Titel der Erfindung

Verbindungskonstruktion zwischen Kurbelwelle und

K -

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungskonstruktion zwischen einer Kurbelwelle und einer K\irbelstange und genauer eine Verbindungskonstruktion zwischen einer Kurbelwelle, die innerhalb eines Kurbelwellengehäuses einer Maschine rotiert, und einer Kurbelstange, deren eines Ende § an eine Kurbelwelle über ein Lager und deren anderes Ende mit einem Kolben verbunden ist, der innerhalb des Zylinders einer Maschine hin- und herbewegt wird.

Hintergrund der Erfindung

In einer Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine, die für ein Motorrad oder den Außenbordmotor eines Bootes verwendet

wird, wird üblicherweise ein Gasgemisch aus Benzin und öl als Kraftstoff verwendet.

Bei eines Motorrad, welches i~ ei^er kalten Gegend betrieben wird, in welcher ein Schnee entfernendes Mittel auf die Straße gestrevt wird, odtr einem Außenbordmotor, der Meerwasser ausgesetzt ist, wird jedoch sowohl Außenluft aus der Umgebung, die Salz enthält, als auch das Gasgemisch aus Benzin und öl von einem Vergaser in das Kurbelgehäuse geleitet, so daß ein Traglager zum Abdichten innerhalb des Hochtemperatur-Kurbelgehäuses leicht korrodiert werden kann. Mit Rücksicht ciuf die Benutzerbedürfnisse wird, davon ausgehend, daß das am Auspuffrohr (Auspufftopf) ausgestoßene Gas öl enthält, welches sich an der Rückseite des Fahrers festsetzen und diesen beschmutzen kann, das Mischungsverhältnis von Benzin zu öl in dem Gasgemisch reduziert auf 200:1 vom herkömmlichen Fall von 15:1 bis 50:1 durch Verringerung des ölgehalts. Die Verringerung des ölverhältnisses bewirkt jsdoch, daß die Schmierung des Lagers ein Problem ist. Wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit von 10.000 bis 30.000 U/min bei einer hohen Temperatur von 150 bis 200 "C gedreht wird, kann es leicht ausbrennen, wodurch die Lebensdauer des Lagers oder die Lebensdauer der Maschine verkürzt wird.

Auf der anderen Seit€>., in Anbetracht der hohen Leistung des Motors in den vergangenen Jahren, erfordert das Rollenlager

in der Verbindungskonstruktion zwischen der Kurbelwelle und der Kurbelstange eine hohe Leistung. Das heißt, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit bei hoher Temperatur rotiert, muß der PV-Wert verringert werden. Das Lager muß sehr hart sein.

Bis jetzt wurde jedoch eine Verbindungskonstruktion, die die vorstehenden Anforderungen erfüllt, um die Probleme zu lösen, noch nicht vorgeschlagen. In der Zwischenzeit wurde auf einen bestimmten Gebist der Industrie, wie beispielsweise der WerkzeugmaschinenIndustrie, vorgeschlagen, ein Zylinderrollenlager und ein Kugellager mit einem Rotator, der aus Keramikmaterial hergestellt ist, zu verwenden, um das Lager mit einer hohen Leistung auszustatten. Die Keramik ist üblicherweise hart, verglichen mit einem Lagerstahl, hat jedoch eine geringere Festigkeit. Daher wird herkömmlicherweise die Keramik in der Praxis als der Rotator eines Kugellagers oder Rollenlagers, dessen Länge ungefähr das 1,5-fache des Durchmessers beträgt, verwendet. Für ein Nadelrollenlager jedoch war kein Vorschlag gemacht, der in den Sintereigenschaften bei der Ausarbeitung der Form gut war. Insbesondere wurde kein Vorschlag gemacht für einen Korrosionswiderstand, der geeignet ist, unter den harten Bedingungen in einem Kugelgehäuse einer Maschine betrieben zu werden.

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Nebenbei, eine Rolle, die in einem Nadelrollenlager verwendet wird, ist durch die japanische Industrienorm (JIS) B1506 dadurch definiert, daß Da < 5mm, 3 DA < 1 < 10 Da ist, mit Da gleich dem Durchmesser und 1 gleich der Länge.

Summe der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine zuverlässige Verbindungskonstruktion zwischen einer Kurbelwelle und einer Kurbelstange zu schaffen, um die Lebensdauer und das Ausbrennen eines Nadelrollenlagers zu verbessern, indem ein Käfig vorgesehen wird, der an der Verbindung zwischen Kurbelwelle und Kurbelstange befestigt ist, um einen stabilen Antrieb für eine lange Zeit zu erzielen,

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine zuverlässige Verbindungskonstruktion zwischen Kurbelwelle und einer Kurbelstange zu schaffen, indem ein Nadelrollenlager mit einem Käfig an der Verbindung zwischen Kurbeiwelle und Kurbelstange befestigt wird, welches sehr nart, leicht und hitzebeständig genug ist, um für eine lange Zeitspanne unter strengen Antriebsbedingungen ständig angetrieben zu werden.

Kurzbeschreibunq der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine Verbindungskonstruktion zwischen einer Kurbelwelle und einer Kurbelstange in einer Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht im Schnitt;

Figur 2 zeigt die Verbindung zwischen Kurbelwelle und Kurbelstange gemäß Figur 1 in einer vereinfachten Ansicht im Schnitt;

Figur 3 zeigt den Aufbau eines Nadelrollenlagers und eines Käfigs, positioniert an einem Lagerteil der Verbindungskonstruktion gemäß der Figuren 1 und 2 im Längsschnitt; und

Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung eines Antikorrosionstestes des Materials einer Nadelrolle, wie sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf die Figuren 1 und 2, hat eine Verbindungskonstruktion zwischen einer Kurbelwelle und einer Kurbelstange gemäß der vorliegender Erfindung die Kurbelwelle 1,

die innerhalb eines Kurbelgehäuses einer Maschine gectr^nt wird, und die Kurbelstange 5, deren eines Ende 6 mit der Kurbelwelle 1 über ein Lagerteil 7 und deren anderes Ende 11 mit einem Kolben 13, der innerhalb des Zylinders 12 der Maschine hin- und herläuft, verbunden ist, wenn sie im Normalfall verwendet wird.

Im einzelnen hat die Kurbelwelle 1 eine Rotationsachse 2, ein Paar Kurbelarme 3, die in die Rotationsachse 2 integriert sind und einander gegenüberliegen, und einen Kurbelzapfen, der zwischen den Kurbelarmen 3 positioniert ist, und der zur Rotationsachse 2 nicht koaxial ist. Ein großes Ende 6 der Kurbelstange 5 ist drehbar am Kurbelzapfen 4 mittels des Innenumfangs einer Öffnung zum Durchlassen des Kurbelzapfens 4 am großen Ende 6 und einer Nadelwalze 7 mit einem Käfig, die am Außenumfang des Kurbelzapfens positioniert ist, gelagert.

Die Nadelwalze 7 mit dem Käfig ist, wie in der Figur 3 gezeigt, eine Anordnung ohne Lagerringe und wc ist Nadelrollen 8 und einen Käfig! 9 auf. Die Nadelrollen 8 sind innerhalb von mehreren Taschen 9a, die gleichmäßig am Umfang des Käfigs 9 positioniert, sind, drehbar aufgenommen, so daß verhindert ist, daß sie in radialer Richtung entfernt werden können. Die ganzen Körper der Nadelrollen 8 sind aus Keramikmaterial (ein gesinterter Körper aus Stickstoffsili-

cid als Hauptbestandteile) gemäß dem Merkmal der vorliegenden Erfindung hergestellt.

Das Keramikmaterial für die Nadelrollen 8 ist für die Verwendung bei einem kollenlager erfunden worden und in der JP-PA 59-64844 am 30. März 1984 eingereicht worden. Das heißt, das Keramikmaterial ist Stickstoffsilicid (Si₃Ni₄) oder Sialon das in einem Drucksinterprozeß, wie beispielsweise Heißpressprozeß, einem isostatischen Heißpressprozeß oder einem atmosphärischen Preß-Sinterprozeß geformt wird. Da Stickstoffsilicid typischerweise schwierig zu sintern ist, wird bei der Verwendung eines Sinterblocks aus Stickstoffsilicid ein Metalloxid der seltenen Erden und insbesondere vorzugsweise Yttria (Y₂°3) oder falls notwendig, Aluminiumoxid, wie beispielsweise Al₂O₃ jeweils mit 10 Gewichtsprozent für gute Sintereigenschaften zusammen mit hoher Festigkeit und guter Lebensdauer der Rollen zugefügt. Wenn nötig, kann der Sintergrad verbessert werden dadurch, daß Aluminiumnitrit mit 10 Gewichtsprozent oder Titanoxid, Zirconoxiu, Magnesia, Molybdäncarbit, Spinel oder Granat, vorzugsweise mit 5 Gewichtsprozent oder weniger zugefügt werden.

Die vorstehend beschriebenen Sinterzusätze können zwar das Sintern begünstigen, wenn sie dem Stickstoffsilicid in größerem Anteil zugesetzt werden, aber sie werden schlimmer korrodierend gegenüber einem Elektrolyten etc., so daß es

vorzuziehen ist, daß jeder der vorstehend beschriebenen
Sinterzusätze innerhalb von 10 Gewichtsprozent zugesetzt
werden sollte. Zum Bearbeiten der Form der Nadelrolle gemäß
fSer vorliegenden SrfxnsSvsr.g sollte die Summe vor, Ytt-^ia und
Aluiai.niu32OKid vorzugsweise innerhalb von 10 Gewichtsprcz^nt
liegen, ua die Sintereigenschaften zu verbessern und ein*: | hohe anti-korrodierende Eigenschaft für harte Antriebsbe- | dingungen zu schaffen. |j

Figur 4 Züxgt eine graphische Darstellung eines Anti-Korrosionstestes von Stickstoffsilicid, das für die vorliegende

Erfindung verwendet worden ist. Die Daten sind das Redukti- '4

onsverhältnis des Gewichtes, wenn die Proben innerhalb |'

einer wässrigen Lösung von 1 mol HCl bei 80 'C gesintert |j

worden sind. Tabelle 1 zeigt die Bestandteile der Proben. i;

Tabelle 1 i

Probe	A	Hauptbestandteil	^Y2°3 ·	Zusätze	Gew.%	Sinterprozeß
Beispiel		Si₃N₄	Al₂O₃	. . 5	Gew.%	HP
	B		^Y2°3 ·	. . 2	Gew.%
Beispiel		Si₃N₄	Al₂O₃	.. 5	Gew.%	HIP
			AlN .	. . 4	Gew.%
			TiO-, .	.. 4	Gew.%
		. . 1

	C	Si₃N₄	Y₂O₃ ... Al₂O₃ ..	8 6	• « ·	* · · · * · · · · · · _4\|
	D	Si₃N₄	AlN ... Y₂O₃ ... Al₂O₃ ..	3 11 12	• ·	HIP
Beispiel				Gew.% Gew.%	Normaldruck
1 S Beispiel				Gew.% Gew.% Gew.%

(Anmerkung)

HP ist ein Hsißpreb-:·'' ^erprozeß* KlP ist ein isostatischer EeiBpreß-Sinterproseß. Der ?ostatisrhe Heißpreß-Sinterprozeß in aem vorliegenden Fall bezieht sich auf den Sinterprozeß, bei dem das gemischte Pulver direct gesintert wird, oder das gemischte Pulver wird bei Normaldruck gesintert und der HlP-ProzöJ wird durchgeführt.

Wie aus der Figur 4 zu ersehen ist, zeigen die Beispiele A und B der Sinterkörper des Stickstoffsilicids, die für die Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ein gutes Gewichtsreduktionsverhältnis verglichen mit den Beispielen C und D, so daß aine gute anti-korrodierende Eigenschaft erzielt wird.

Wenn die Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung aus dem Material des Beispieles B, wie in der Tabelle 1 dargestellt, zusammengesetzt ist, wird die herkömmliche Nadelrolle aus SUJ2, die herkömmlicherweise für die Verbindungskonstruktion zwischen Kurbelwelle und Kurbelstange für ein

Hochgeschwindigkeitsmodell verwendet wird, verglichen mit der Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung und es ergeben sich die folgenden Ergebnisse.

(1) Di«. Härte der Nadelrolles ^mäß der vorliegenden ■findung beträgt HV 1.300 bis HV 2.000_f während die herkömmliche Nadelrolle HV 746 bis HV 865 hat. Da jedoch die Temperatur des Kurbelgehäuses sehr hoch, ungefähr 150 bis 200 *C ist, wird die herkömmliche Nadelrolle weicher, selbst wenn ihre Oberfläche durch eine Behandlung gehärtet ist.

(2) Die statische Grundlastmessung (die statische Last, die gleichmäßig verteilt ist, um den maximalen Kontaktdruck in der Mitte des Kontaktes zu erzeugen) der Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung betrug 6.000 MPa, während die bei der herkömmlichen Nadeliolle 4.000 MPa betrug.

(3) Für ein leichtes Gewicht beträgt das spezifische Gewicht der herkömmlichen Nadelrolle 7,8, während das der Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung 3,2 ist, so daß das Gewicht der Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung 1/2,4 wird. Wenn daher der Innendurchmesser O des Lagers ist, und die Maschine mit 10.000 bis 13,000 U/min dreht, wird der PV-Wert 3,5 bis 24,5 kg/cm² · m/sec. Bei der herkömmlichen Nadelrolle ist der PV-Wert 10 bis 25 kg/cn>² · m/sec. Somit ist der PV-Wert 0,5 kg/cm² * m/sec niedriger»

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(4) Beim Polieren der Nadelrolle für die vorliegende Erfindung wurde das mechanische Polieren (Schleifstein) wegen der Härte der Keramik verwendet, während bei der herkömmlichen Nadelrolle ein i'rommelpolieren (Scheuertrommelpolieren) verwendet wurde. So ist bei der Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung die öberfiäcnenraühigkeit klein. Damit kann die Nadelrolle gleichmäßig innerhalb der Tasche des Käfigs gleiten, wodurch ein Schieflauf verhindert wird.

Zwischen der Seite der großen Kantk 6 der Kurbelstange 5 und dem Kurbelarm 3 ist eine Scheibe 10 vorgesehen. Die Ansaugöffnung 14 und die Absaugöffnung 15 sind gesichert.

Wenn die Keramikrolle so gemäß der vorliegenden Erfindung angepaßt ist, sind normalerweise der Kurbelzapfen (entsprechend der inneren Lauffläche) der Kurbelwelle und die Kurbelstange aus Chrommolybdänstahl hergestellt, so daß die Gleitfläche zwischen unterschiedlichen Arten gemacht ist. Insbesondere unter der Bedingung einer hohen Temperatur unc anti-fcorrodierenden Atmosphäre kann das Adhäsions-Phänomen verhindert werden, um das Ausbrennen des Lagerteils 7 zu einem frühen Zeitpunkt zu verhindern. Die Keramikrolle kanr zufriedenstellend verwendet werden, bei Bedingungen, wo die Metallrolle abblättern kann. Daher kann die Keramikrolle bei harten Bedingungen, wie beispielsweise am Verbindungsteil der Kurbelstange bei einer Zweitakt-Kraftbrennmaschin«

verwendet werden, so daß die Lebensdauer und das Auswechseln der Nadelwalze 8 verglichen mit dem Fall eines herkömmlichen Metallnadellagers verlängert werden kann.

Die Nadelrolle 8 gemäß der vorliegenden Erfindung kann so ausgebildet sein, daß das Basismetall irgendein Netall, wie beispielsweise ein Läyerstäiil, ist, und ein dunnsr Filis aus Keramikmaterial wenigstens auf die Drehfläche 8a der Nadelrolle aufgebracht ist. Weiterhin kann die so beschriebene Nadelrolle 8 am kleinen EmIe 11 der Kurbelstange 5 verwendet werden.

Da die Nadelrolle 8 in der Verbindungskonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung aus Keramik ist, ist ihre Härte und Nettobelastbarkeit hoch, so daß an der Kantenbelastung weniger Zerstörung erzeugt wird. Es ist nicht notwendig, daß die Nadelrolle 8 an beiden Seiten ballig gedreht ist, wie bei der herkömmlichen Nadelrolle. Selbst wenn die Nadelrolle gemäß der vorliegenden Erfindung ballig gedreht ist, kann der Grad der Balligkeit verringert werden. Als ein Ergebnis kann die effektive Kontaktfläche zwischen der Nadeiroiie und der Lauffläche vergrößert werden, was ein guter Vorteil für die Nadelrolle in der Verbindungskonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wo hohe Geschwindigkeit und hoher Belastungswiderstand gesucht sind. Das Ausrüsten der Nadelrolle kann leichter werden.

Der Käfig 9 des Nadelrollenlagers 7 ist silberplattiert, nachc"«2m seine Basis kupferplattiert worden ist, um die Gleitfähigkeit und die anti-korrodierenden Eigenschaften zu verbessern. Der Außendurchmesser des Käfigs 9 wird auf der inneren Umfangsfläche der öffnung am großen Ende 6 der Kurbelstange 5 geführt.

Wie vorstehend beschrieben und gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Nadelrolle in der Verbindungskonstruktion aus einem Keramikmaterial hergestellt, um eine hohe Härte und einen hohen Hitzewiderstand sowie ein leichtes Gewicht zu erzielen. Diese kann unter strengen Antriebsbedingungen, wie beispielsweise bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, verwendet werden, um ein starkes Schmiermittel zu schaffen, oder weiterhin beim Verhindern von Beschädigungen an der Nadelrolle für eine lange Zeit, verglichen mit der herkömm-

Claims

(Geändert)
Ansprüche:

(1) Verbindungskonstruktion zwischen einer Kurbelwelle, die innerhalb eines Kurbelgehäuses einer Maschine gedreht wird und einer Kurbelstange, deren eines Ende mit der Kurbelwelle über ein Lager verbunden ist und deren anderes Ende mit einem Kolben verbunden ist, der innerhalb eines Zylinders der Maschine hin- und herbewegt wird;

wobei besagtes Lager zwischen dem Außenumfang der Kurbelwelle und dem Innenumfang einer öffnung, die am einen Ende der Kurbelstange ausgebildet ist, um die Kurbelwelle passieren zu lassen, angeordnet ist und mit einer Vielzahl von Nadelrollsn, die aus gir.es Keraaikmaterial siit Stickstoffsilicid als Hauptbestandteilen hergestellt sind, gesintert mit Druck durch einen Heißprozeß oder einen isostatischen Heißpressprozeß, bei dem die Summe von Yttria und Aluminiumoxid innerhalb von 10 Gewichtsprozent liegt, zugefügt wird, und einem Käfig zum Positionieren und Halten der Vielzahl von Nadelrollen gleichmäßig entlang seines Umfangsversehen sind; und wobei

das Lager mit einem Schmiermittel geschmiert wird, welches in einem Gasgemisch enthalten ist, welches in das Kurbelgehäuse eintritt.

(2) (gestrichen)

(3) (gestrichen)

^4) Verbindungskonstruktion nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Nadelrollen ohne ballige Ausbildung an beider Drehflächen sind.