EP0326606A1 - Composite crankshaft and process for manufacturing it - Google Patents

Composite crankshaft and process for manufacturing it

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Publication number
EP0326606A1
EP0326606A1 EP88907120A EP88907120A EP0326606A1 EP 0326606 A1 EP0326606 A1 EP 0326606A1 EP 88907120 A EP88907120 A EP 88907120A EP 88907120 A EP88907120 A EP 88907120A EP 0326606 A1 EP0326606 A1 EP 0326606A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crankshaft
pin
parts
solder
connecting surfaces
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88907120A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Schenk
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19873728142 external-priority patent/DE3728142A1/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0326606A1 publication Critical patent/EP0326606A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06Crankshafts
    • F16C3/10Crankshafts assembled of several parts, e.g. by welding by crimping
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/005Camshafts

Definitions

  • the invention relates to a composite crankshaft, which has the features of the preamble of claim 1, and a method for producing such a crankshaft.
  • the invention has for its object to provide a composite crankshaft that allows to take full advantage of the advantages that result from the division. This object is achieved by a crankshaft with the features of claim 1.
  • connection between the individual parts of the crankshaft allows a strength to be achieved in the area of the connection point, which is not reduced compared to the strength of the base material.
  • the connection points can therefore be provided wherever it is advantageous for manufacturing reasons and / or for reasons of the desired properties of the crankshaft.
  • the solution according to the invention also makes it possible to use different materials for the individual parts.
  • Another essential advantage of the solution according to the invention is that the manufacturing cost of a crankshaft does not depend significantly on the number of connection points, because all connections can be made in a single operation, that is to say simultaneously. Nevertheless, if necessary, it is of course possible to produce only a part of the soldered connections in a first operation and to produce the remaining soldered connections in at least one further operation with a solder having a lower melting temperature.
  • crankshaft according to the invention therefore, it is not only possible to achieve an optimum between dimensional stability and weight, given the freely selectable position of the dividing points within wide limits, it offers considerably greater possibilities for the optimal design of the cheeks and pins than is the case when the dividing points must lie in the center of the pin. Also with regard to the manufacturing costs, the advantages resulting from the manufacture of the individual parts are not negated by their connection.
  • the crank pins can be inserted into the eye of the associated connecting rod before the solder connections are made, as a result of which no split connecting rod eyes are required, which leads to a further reduction in mass.
  • a bearing bush made of a ceramic material, for example oxide ceramic between the pin and the bearing shell. Oil lubrication is then no longer necessary. In addition, the running noise of the machine is reduced.
  • the solder connections are preferably designed according to claim 2.
  • the highest strength of the soldered connection is obtained if the connection surfaces are designed in such a way that the gap which is initially present and which is required to hold the solder can decrease towards zero.
  • a cylindrical shape in particular a circular cylindrical shape or a flat shape that allows a butting against one another at least in a partial area, may also be suitable. Wherever there is an alternating bending stress, as is the case in particular with the pins of a crankshaft, a design of the connecting surfaces according to claims 4 and 5 is more advantageous.
  • a curvature is also to be understood as a kink in the course of the surface line.
  • connecting surfaces whose surface lines have a curved, in particular a wave-like or S-like, course, can be superior to the other shapes of the connecting surfaces.
  • the surface lines of the connecting surfaces can also strike the surface surfaces of the parts connected to one another at a right angle. However, an acute angle is preferably selected.
  • the metal line of the connecting surfaces can have both curved and conical and / or cylindrical sections.
  • the shapes of the connecting surfaces according to claims 4 to 6 are also advantageous because of the centering of the parts to be soldered to one another.
  • connection surfaces can also be designed for this purpose according to claim 7. A connection is thus obtained in the. kind of a. SchnappverschJLusses._ In order to be able to slide the parts behind one another, one can be cooled and / or heated. This provides a secure shrink connection.
  • Snap connections according to claims 7 and 8 can also be provided between two parts and at least one connecting ring or between the pin and a tube inserted therein. If a part of a pin is formed in one piece with the associated cheek, a design of the connection according to claim 9 is particularly advantageous, an additional pin part or more additional pin parts also being used for realizing a relatively large pin length or else for a connection of pin parts that cannot be soldered to one another directly because of the material from which they are made, but only with the interposition of another material, as well as for repair purposes and for ceramic bearing bushes that provide oil mist or air lubrication or complete lubrication Allowing lubrication to be dispensed with offers significant advantages.
  • a hollow design of the pins enables the use of pipes as an oil channel, the design of the hollow space of the crank pin as a dirt trap, the reduction of the hollow space, for example through the use of partitions or a wire mesh in order to limit the oil supply to the residual oil quantity. which is required for a start-up, or for example design the oil channel in such a way that its shape supports the oil pumping. If the crankshaft is constructed according to claim 11, there is a direct connection between the cavities of adjacent pins. Then only the latter need to be provided with oil channels.
  • crank pin If two or more connecting rods are mounted on a crank pin, this can be carried out without difficulty, owing to the division of the crank shaft, in such a way that it has axially offset sections.
  • the cheeks can also be, for example, finely stamped plates. Furthermore, at least the cheeks can be parts made of sheet metal, and in this case too, parts of the two adjacent pins can be molded on.
  • the crankshaft according to the invention enables an undivided eye of at least one connecting rod to be pushed onto the crank pin when assembling the basket shaft.
  • a connecting rod has a much smaller mass than one with a split eye, which leads to further, essential advantages, including a smaller space requirement.
  • the invention is also based on the object of specifying a method for producing the crankshaft according to the invention. This object is achieved by a method having the features of claim 20.
  • Such a design of the soldered connection in connection with a design of the connection surfaces in such a way that the gap between them can go to zero leads to a strength of the connection which is not less than the strength of the base material, ie the material from which the Cheeks and cones exist.
  • the heating is preferably carried out by induction and / or by infrared radiation.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that heat treatment of the parts and, if necessary, of the solder can follow immediately after the soldering process. For this purpose, only the cooling process needs to be controlled accordingly. It is therefore possible, for example, to compensate during the cooling process, which must be carried out in a separate operation in the known processes.
  • crankshaft can be made at the same time.
  • the parts of the crankshaft can also be connected to one another in two or more successive soldering processes. In the subsequent soldering process, a solder with a melting temperature lower than that of the solder used in the previous soldering process must then be used.
  • Solder in the form of a paste or in the form of preferably bound granules is advantageous.
  • a solder foil is inserted between the mutually assigned connecting surfaces, which is stamped or deep-drawn, for example, in order to have the desired shape.
  • solder foils simplify the assembly of the crankshaft. If there is a cavity in the area of the solder joint that is only connected to the environment via the separation point, a solder foil can be used. If, in such an embodiment, the vacuum in the environment is reduced compared to the vacuum in the cavity after the solder has flowed, for example by introducing gas into the vacuum furnace, then the pressure difference causes the connecting surfaces to be pressed against one another more strongly.
  • the pins are provided with oil holes, they can be used for the correct positioning of the individual parts.
  • a pin according to claim 29 is expediently used here, the pin consisting of a material with which the solder does not bond, so that the pin can be removed again after the soldering process.
  • An angular positioning of the individual parts is also possible with other means. For example, you can give the connecting surfaces a shape, for. B. a polygonal shape that allows joining only in the correct Winkel ⁇ position. Since the individual parts of the crankshaft according to the invention are small compared to a one-piece crankshaft, they can be processed very precisely before assembly. Added to this is the extremely low delay. Therefore, the crankshaft according to the invention can be manufactured according to claim 29.
  • the cheeks can also consist of a spacer body against which the ends of the two pins to be connected to this cheek rest and a band placed around the pin ends and the spacer body.
  • the band can consist of a material reinforced with carbon fibers or similar fibers and the spacer body can be made of ceramic.
  • the connecting surfaces must be metallized.
  • a solder connection is preferably also provided between the band on the one hand and the spacer body and the pin ends on the other.
  • FIG. 1 is a view of a first embodiment
  • FIG. 3 is a view of the end piece of FIG. 2,
  • FIG. 5 is a view of the center piece of FIG. 4,
  • FIG. 13 shows a longitudinal section of an incompletely illustrated sixth exemplary embodiment.
  • crank pin 22 shows a schematically illustrated longitudinal section through the crank pin and in each case a part of the two cheeks of another embodiment example carrying it.
  • Fig.23 is a perspective view of the
  • crankshaft according to FIGS. 1 to 6 is provided for a four-cylinder reciprocating piston engine and is composed of two end pieces 1 and 2 and six middle pieces, which are precisely forged parts, but which can also be cast or sintered . All middle pieces have the same shape as a blank and can therefore be manufactured in the same tool.
  • crank pin part 4 On the two end pieces 1 and 2 each forming a cheek, in addition to the main bearing pin 1 'or 2', a crank pin part 4 is formed, the axial length of which is somewhat greater than half the axial length of the entire crank pin.
  • a crank pin part 6 and a main bearing pin part 7 are formed on each middle piece, which also forms a cheek 3.
  • the pins are provided with an outer seat or an inner seat at the division point so that they can be inserted into one another. The surfaces of these seats form the connecting surfaces that are soldered together.
  • both the crank pin parts 4 and 6 and the main bearing pin parts 7 each have a cavity 9 which extends in the longitudinal direction thereof and which has a rounded material section 9 'of the cheeks 3 carrying the pin parts is closed.
  • a cavity contributes significantly to the achievement of a very high level of design stability of the center pieces and the two end pieces 1 and 2.
  • the mass of the counterweights 10 and 11 formed on the cheeks 3 is also relatively small.
  • these counterweights have the form of a ring section lying in the plane of the cheek, which is connected to the cheek by means of three arms which are formed in one piece and which extend radially.
  • At least one oil hole 12 penetrates the web of each middle piece 3 between the cavities 9 of the main bearing part 7 and the crank pin part 4. Furthermore, the crank pin part 4 is provided with an oil hole 13 running radially outwards from its cavity 9, but which is also offset at an angle with respect to the can be shown to improve the formation of lubricating film.
  • the end pieces 1 and 2 are each provided with an oil channel formed by the holes 14 and 15. As indicated in FIG. 6 with a dash-dotted line, each oil bore 12 can be connected to the associated oil bore 13 by means of a pipe 16.
  • the parts in the area of their spigots, except for finish grinding, which are provided with the necessary oil holes, are assembled in the correct angular position, with a precisely fitting holding device holding the parts in this position.
  • An appropriately shaped solder foil is inserted at each connection point between the two connection surfaces.
  • the assembled crankshaft in a vacuum or high vacuum is heated to the required temperature door, which is about 600 0 C and preferably in the Bereiph of 1000 ° C.
  • the material forming the cheeks and tenons is tempered and the soldering zones are given _a high_ toughness by heat treatment.
  • a gaseous nitrogen is introduced into the vacuum furnace during the cooling process at a temperature above 400 ° C and the crankshaft is nitrided.
  • crankshaft shown in FIG. 7 differs from the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 6 only by a different design of the dividing points in the region of the pins.
  • the number of main bearing journals and crank journals could also be chosen differently. It is even possible, which also applies to all other exemplary embodiments, to provide different crank pins, for example those with different strokes, in order to equip two or more reciprocating piston machines with a single crank shaft.
  • Both the main bearing journal 108 and each existing crank journal 105 consist of two parts 107 and 107 'or 106 and 106' formed on the associated cheeks 103.
  • the parts 106 and 107 each have an outer cone as a connecting surface, which extends from the outer surface to the inner surface concentric to the longitudinal axis of the journal. However, as shown, the outer cone does not need to form the entire outer lateral surface of the parts 106 or 107. This could also have a section with a cylindrical outer surface.
  • the parts 106 'and 107' each form an inner cone which is adapted to the associated outer cone, as a result of which both cone surfaces can come into contact with one another.
  • a truncated cone-shaped solder foil made of a copper-based or nickel-based solder material is inserted between the conical surfaces assigned to one another.
  • a vertical arrangement of the crankshaft in the vacuum soldering furnace suffices that when the solder melts, the connecting surfaces belonging together move so far against one another that the gap which is initially present is reduced towards zero, which is due to the high temperature and the design of the soldering process in a vacuum or high vacuum leads to a diffusion bond with alloy formation, which gives a strength which is the same as that of the base material.
  • the base material and the soldering points are tempered and, if necessary, nitriding.
  • Oil bores 112 connect the cavities of the main journal and crank journal. As shown in FIG. 7, the oil bores 113 penetrating the crank pins can be offset circumferentially from the point of maximum eccentricity, which improves the oil film formation in the area of the highest load.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 8 differs from that according to FIG. 7 only by a different design of the connecting surfaces of the crank pin 205 and the main bearing pin 208, ie the arrangement of the oil bores of the crank pin. For the remaining details, reference is therefore made to the preceding explanations.
  • each ring body 217 or 218 has two inner cone surfaces and cylindrical outer surfaces which are matched to the outer cones of the crank pin parts 206 and the main bearing pin parts 207.
  • the connecting surfaces of the pin parts as an inner cone and those of the ring body as an outer cone.
  • the ring body with an outer cone and an inner cone and, accordingly, to design the connecting surfaces of one pin part as an outer cone and that of the other pin part as an inner cone.
  • crank pin 206 is penetrated by two oil bores 213 in the radial direction.
  • these two oil bores only one can also be provided, and in addition the oil bores can be offset in the circumferential direction with respect to the point at maximum Eccentricity.
  • two oil bores 213 which penetrate one or the other crank pin part 206, these oil bores can be used to position the parts of the crankshaft to be connected to one another.
  • one pin is advantageously used, which is inserted into each of the oil holes, carries a sleeve made of solder material, the thickness of which is equal to the difference between the diameter of the oil hole and the diameter of the pin, and the surface of which is treated in such a way that that it does not connect to the solder. The pin therefore does not prevent it from melting of the solder so close to the conical connection surfaces that the previously existing gap is practically reduced to zero.
  • FIGS. 9 and 10 show one possibility.
  • the parts 306 and 306 ′ of the crank pin 305 formed onto the cheeks 303 are provided with an inner cone or an outer cone as a connecting surface, analogously to the exemplary embodiment according to FIG. 7.
  • the hollow crank pin 305 has an inner lateral surface which is arranged eccentrically with respect to its cylindrical outer lateral surface, which results in an inconsistent cross section in the circumferential direction.
  • crank pin The largest cross section is provided in the exemplary embodiment in the third quadrant, since the highest loads on the crank pin occur here.
  • Such a moment of resistance of the crank pin which varies over the circumference, could also be achieved by other means. . for example molded stiffening ribs.
  • an oil bore 313 penetrating radially through the crank pin 305 is offset so far in the circumferential direction from the point of maximum eccentricity that an adequate lubricating film is also formed in the area of the maximum load on the crank pin 305.
  • the cheeks 403 can also be stamped, in particular finely stamped, plates, which are provided with cylindrical punchings for receiving the main bearing journals 408 and the crank journals 405.
  • the pegs can then be formed by pipe sections, measures of stiffening and optimization of the section modulus being of course possible.
  • the lateral surfaces of the punched-outs, which each form a connecting surface are cylindrical, since the end sections of the pins engaging in the punched-out areas also have a cylindrical outer jacket surface as a connecting surface.
  • other configurations of the connecting surfaces for example a conical shape, would also be possible.
  • crank pin 405 can engage in the interior 409 of the main bearing pin 408 to a degree that is greater than the wall thickness of the crank pin 405 in the area of this engagement.
  • the pins 405 and 408 consist of tubes which are open at their ends, sealing plates 419 which are inserted in the region of the tube ends are soldered to them and can also serve as stiffeners in the manner of gusset plates at the same time.
  • these sheets 419 can also be arranged in such a way that the space available for "taking up the oil is reduced to the desired extent. This is indicated, for example, by the sheet 419 'in FIG. 11.
  • the advantage of the crankshaft according to the invention to provide dividing points wherever this is advantageous opens up the possibility, as shown in FIG. 13, of designing the cheeks and the pins as shaped sheet metal parts.
  • the cheeks 503 are each composed of a first part 503 ', to which a main bearing part 507 is integrally formed, and a second part 503'', to which a crankpin part 506 is formed. Both the first two parts 503 'and the two second parts 503''are each designed identically. Both parts form overlapping edge zones as connecting surfaces. In the exemplary embodiment, these edge zones are each formed by a generator which is parallel to the journal axis, but can also have a conical shape.
  • a bearing bush 519 made of oxide ceramic is arranged on each ring body 517. Such bushings could also be provided in the previously described embodiments. The oil holes would then be omitted there, since such bearing bushes enable lubrication-free storage.
  • the eye 520 of the associated connecting rod which is mounted on the bearing bush 519 is of undivided design since it can be pushed over the connecting body 517 like the bearing bush 519 when assembling the crankshaft.
  • Connecting rods with an undivided eye can of course also be provided in the other exemplary embodiments, since the division of the connecting rod journals here also allows them to be pushed on during assembly. However, the bearing surfaces must then be finished before the soldering.
  • the soldering in a vacuum and the subsequent heat treatment is carried out in the vacuum oven as described above.
  • the temperatures occurring here are not detrimental to the ceramic bearing bushes.
  • FIG. 14 shows an embodiment in which only the central section 603 of the connection surfaces of two parts 601 and 602 of a hollow cylindrical pin, which are soldered to one another, defines a conical surface.
  • This middle section 603 is followed by an end section 604 and 605, respectively, in which the surface lines have an arcuately curved course, where they meet the outer or inner surface area of the pin at a right angle. Instead of the right angle, an acute angle could also be provided.
  • a particularly high strength of the solder connection in particular a very high flexural fatigue strength, can be achieved with such curved connecting surfaces having connecting lines.
  • the surface lines of the connection surfaces of two parts 606 and 607 soldered to one another also have a curved course in the region of their two end sections 609 and 610. But they hit the outer or inner surface of the pin at an acute angle.
  • the central section 608 of the connecting surfaces has a very weakly conical shape. It could also be circular cylindrical. With a conical shape, however, a gap between the two connecting surfaces can also be eliminated in the central section by loading the pin in the axial direction.
  • connection surfaces of two parts 611 and 612 of a pin which are soldered to one another, as shown in FIG. 16, have an oppositely curved course in their two end sections 614 and 615, as is also the case in the exemplary embodiments according to FIGS. 14 and 15.
  • the diameter of the connecting surface of the part 611 does not decrease continuously from the place of its greatest value to the place of its smallest value, as is the case with the exemplary embodiments according to FIGS. 14 and 15. Rather, it increases again in the area of the middle section 613.
  • the resulting wave-shaped course of the lines of the connecting surface leads to the two end sections of the parts 611 and 612 engaging behind one another.
  • the shape of the central section 613 according to the invention means that the tensioning force has a component in the axial direction which eliminates the gap which is still present when the solder flows.
  • the surface lines of the connecting surfaces can have a curved or wavy course give, as shown in Fig. 18 for an inner ring 703. Since, as in the exemplary embodiments according to FIGS. 16 and 17, the course of the surface lines of the connecting surfaces of the inner ring 703 on the one hand and the two parts 701 and 702 on the other hand is selected such that the inner ring 703 both the one and the other part 701 and 702 engages behind, the clamping force also has a component in the axial direction.
  • the connecting surfaces 718 via which the parts 701 'and 702' of the pin are directly connected to one another give forms described above.
  • the surface lines of the connecting surfaces 718 have a slightly undulating course along a straight line which impinges on the outer surface surface at an acute angle.
  • the inner ring 703 ' is basically designed like the inner ring 703.
  • the ring as shown in FIG. 0, can also be designed as an outer ring 717 analogously to the exemplary embodiment according to FIG.
  • a connecting rod "ands ⁇ also consist of a material other than the two parts 706 of the pin, for example of ceramic, which is metallised in the region of the connecting surfaces.
  • a socket 801 can be provided, as shown in FIG. 1, which bridges the connection point and between the one and the two to be connected Share a tight fit, preferably a shrink connection.
  • FIG. 21 further shows that, in the exemplary embodiment by means of a sleeve 815, the pin can have a section that differs from the section lying next to it, for example with regard to its diameter.
  • An eccentric position is more important than another diameter.
  • Such an eccentricity can be realized, for example, if the sleeve 815 has an outer surface arranged eccentrically to its inner surface.
  • each of the two parts 805 of the journal of a crankshaft is provided with an annular, inwardly projecting material portion 805 'at a distance from the two parts of the joint joint, which are also formed by an inserted ring could.
  • a bush 806 lies tightly against these two material parts 805 ', which have the same inner diameter.
  • the socket 806, the material portions 805 'and the inner circumferential surface of the pin thus delimit a cavity 810 which, until the soldered connection is made, is only connected to the environment via the joint between the connecting surfaces 807 of the two parts 805.
  • connection surface 807 has a shape as shown in FIG. 15. However, other shapes, in particular shapes that result in reaching behind, are also possible.
  • the solder plate 808, which is inserted between the connection surfaces 807, is adapted to this shape of the connection surfaces.
  • a continuous slot 809 in the solder plate ensures that de . s solder the cavity 810 is in connection with the environment and is therefore also evacuated. However, as soon as the solder flows, the gap between them closes the connection surfaces 807 completely and closes the cavity 810. Now the vacuum acting in the environment is reduced, i.e. gas is introduced into the vacuum furnace. This creates a differential pressure between the vacuum in the cavity 810 and the surroundings of the crankshaft, from which a force results, which also compresses the parts 805 in the axial direction and therefore helps to eliminate the gap between the connecting surfaces 807.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 24 differs from that according to FIG. 22 only in that the radially inwardly projecting material parts 805 'of the parts 805 of the pin carried by the cheeks 811 engage in annular grooves in the socket 806 and in that the pin has oil holes 812 is provided, which penetrate the pin wall from the cavity -810.
  • the cross-sectional shape of the material parts 805 'and the annular grooves of the socket 806 receiving them is selected so that the clamping force with which the engagement in the annular grooves takes place also results in a force component in the axial direction. This force component has the same effect as in the exemplary embodiments according to FIGS. 16 to 20.
  • the parts 805 of the pin are heated and / or the socket 806 is cooled, namely until the socket 806 can be inserted into the pin.
  • An oil supply pipe 813 opens into the cavity 810, which can be inserted into the interior of the socket 806 through the opening in the cheek 811 and from here penetrates the socket 806 to the mouth into the cavity 810.
  • the size of which can easily be adapted to the desired value means be seen, which hold back the oil required for a start-up and feed the oil holes 812 during a start-up.

Abstract

Dans un vilebrequin composé, les parties individuelles sont mutuellement reliées par le soudage sous vide et à haute température des surfaces de liaison prévues au niveau de leurs points de séparation.In a compound crankshaft, the individual parts are interconnected by vacuum and high temperature welding of the connecting surfaces provided at their separation points.

Description

Zusammengesetzte Kurbelwelle und Verfahren zu ihrer Herstellung Composite crankshaft and process for its manufacture
Di Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Kurbelwelle, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kurbelwelle.The invention relates to a composite crankshaft, which has the features of the preamble of claim 1, and a method for producing such a crankshaft.
Es ist bekannt (W083/01283) , anstelle einer einstückigen Ausbil¬ dung einer Kurbelwelle diese aus einzelnen Teilen zusammenzu¬ setzen. Diese gegossenen oder geschmiedeten Teile bilden je eine Wange, an die ein Gegengewicht sowie ein Teil der beiden sich an¬ schließenden Zapfen angeformt sind. Die Teilung der Zapfen ermög¬ licht es, diese hohl auszubilden, wodurch eine beträchtliche Ge¬ wichtseinsparung erzielt werden kann. Weitere Vorteile bestehen darin, daO die einzelnen Teile eine wirtschaftlichere Produktion ermöglichen, in unterschiedlicher Anzahl zusammengesetzt werden können, vor dem Verbinden miteinander weitgehend fertig bearbei¬ tet werden können und das Einarbeiten von Ölbohrungen erheblich vereinfachen. Es ist sogar möglich, die Ulkannle zumindest teil¬ we e h üblicherweise werden die einzelnen Teile miteinander verschweißt, vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißung. Der Vorschlag, die einzelnen Teile zu verlöten (WO 83/01283), ließ sich bisher nicht realisieren. Der Grund hierfür dürfte in erster Linie darin zu suchen sein, daß die hohen Beanspruchungen der Verbindungsstellen nur mit einer Schweißverbindung beherrscht werden konnten. Die bekannten, hierfür in Frage kommenden Schweißverfahren erhöhen den Fertigungsaufwand erheblich, was die Vorteile der zusammenge¬ setzten Kurbelwelle gegenüber einer einstückigen Kurbelwelle deutlich vermindert.It is known (W083 / 01283) to assemble a crankshaft from individual parts instead of a one-piece design. These cast or forged parts each form a cheek on which a counterweight and a part of the two adjoining pins are molded. The division of the pins makes it possible to make them hollow, which means that considerable weight savings can be achieved. Further advantages consist in the fact that the individual parts enable more economical production, can be assembled in different numbers, can be largely finished before connecting to one another, and considerably simplify the drilling in of oil wells. It is even possible to at least partially remove the ulnate The individual parts are usually welded to one another, preferably by electron beam welding. The proposal to solder the individual parts (WO 83/01283) has so far not been possible to implement. The reason for this should be primarily to be found in the fact that the high stresses on the connection points could only be mastered with a welded joint. The known welding methods that come into question for this considerably increase the production outlay, which significantly reduces the advantages of the assembled crankshaft compared to a one-piece crankshaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusammengesetzte Kurbelwelle zu schaffen, die es ermöglicht, die Vorteile, die sich aus der Teilung ergeben, voll zu nutzen. Diese Aufgabe löst eine Kurbelwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention has for its object to provide a composite crankshaft that allows to take full advantage of the advantages that result from the division. This object is achieved by a crankshaft with the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindung zwischen den ein¬ zelnen Teilen der Kurbelwelle läßt eine Festigkeit im Bereich der Verbindungsstelle erreichen, die gegenüber der Festigkeit des Grundmaterials nicht reduziert ist. Die Verbindungsstellen können deshalb überall dort vorgesehen werden, wo es aus Fertigungsgrün¬ den und/oder aus Gründen der angestrebten Eigenschaften der Kur¬ belwelle vorteilhaft ist. Ebenso ermöglicht es die erfindungsge¬ mäße Lösung, für die einzelnen Teile unterschiedliche Werkstoffe zu verwenden. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der erfindungs¬ gemäßen Lösung besteht darin, daß die Herstellungskosten einer Kurbelwelle nicht wesentlich von der Anzahl der Verbindungsstel¬ len abhängt, weil sämtliche Verbindungen in einem einzigen Arbeitsgang, also gleichzeitig, hergestellt werden können. Den¬ noch ist es selbstverständlich im Bedarfsfalle möglich, in einem ersten Arbeitsgang nur einen Teil der Lötverbindungen herzustel¬ len und in wenigstens einem weiteren Arbeitsgang mit einem Lot niedrigerer Schmelztemperatur die restlichen Lötverbindungen her¬ zustellen.The inventive design of the connection between the individual parts of the crankshaft allows a strength to be achieved in the area of the connection point, which is not reduced compared to the strength of the base material. The connection points can therefore be provided wherever it is advantageous for manufacturing reasons and / or for reasons of the desired properties of the crankshaft. The solution according to the invention also makes it possible to use different materials for the individual parts. Another essential advantage of the solution according to the invention is that the manufacturing cost of a crankshaft does not depend significantly on the number of connection points, because all connections can be made in a single operation, that is to say simultaneously. Nevertheless, if necessary, it is of course possible to produce only a part of the soldered connections in a first operation and to produce the remaining soldered connections in at least one further operation with a solder having a lower melting temperature.
Mit der erfindungsgemäßen Kurbelwelle läßt sich deshalb nicht nur ein Optimum zwischen Gestaltsfestigkeit und Gewicht erzielen, wo- bei die in weiten Grenzen frei wählbare Lage der Teilungsstellen wesentlich größere Möglichkeiten für die optimale Gestaltung der Wangen und Zapfen bietet, als dies der Fall ist, wenn die Tei¬ lungsstellen in Zapfenmitte liegen müssen. Auch hinsichtlich der Fertigungskosten werden die sich aus der Fertigung der Einzeltei¬ le ergebenden Vorteile durch deren Verbindung nicht wieder zu¬ nichte gemacht. Hinzu kommt noch, daß bei der erfindungsgemäßen Kurbelwelle die Kurbelzapfen schon vor der Herstellung der Löt¬ verbindungen in das Auge des zugeordneten Pleuels eingesetzt wer¬ den können, wodurch keine geteilten Pleuelaugen erforderlich sind, was zu einer weiteren Massenreduzierung führt. Aus dem gleichen Grunde ist es in einfacher Weise möglich, zwischen Zap¬ fen und Lagerschale eine Lagerbuchse aus einem Keramikmaterial, beispielsweise Oxid-Keramik, anzuordnen. Eine ölschmierung ist dann nicht mehr erforderlich. Außerdem vermindern sich die Lauf¬ geräusche der Maschine.With the crankshaft according to the invention, therefore, it is not only possible to achieve an optimum between dimensional stability and weight, given the freely selectable position of the dividing points within wide limits, it offers considerably greater possibilities for the optimal design of the cheeks and pins than is the case when the dividing points must lie in the center of the pin. Also with regard to the manufacturing costs, the advantages resulting from the manufacture of the individual parts are not negated by their connection. In addition, in the crankshaft according to the invention, the crank pins can be inserted into the eye of the associated connecting rod before the solder connections are made, as a result of which no split connecting rod eyes are required, which leads to a further reduction in mass. For the same reason it is possible in a simple manner to arrange a bearing bush made of a ceramic material, for example oxide ceramic, between the pin and the bearing shell. Oil lubrication is then no longer necessary. In addition, the running noise of the machine is reduced.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments and refinements of the invention are the subject of the dependent claims.
Um eine Festigkeit an den Lötstellen zu erreichen, die wenigstens ungefähr gleich der Festigkeit des Materials ist, das durch das Lot verbunden wird, sind die Lötverbindungen vorzugsweise gemäß Anspruch 2 ausgebildet. Höchste Festigkeit der Lötverbindung er¬ hält man dann, wenn die Verbindungsflächen so gestaltet sind, daß sich der zunächst vorhandene, zur Aufnahme der Lotes erforderli¬ che Spalt gegen den Wert Null verringern kann. Zwar kann auch eine zylindrische Form, insbesondere eine kreiszylindrische oder eine ebene, ein stumpfes Aneinanderstoßen zumindest in einem Teilbereich gestattende Form der Verbindungsflächen geeignet sein. Überall dort, wo eine Biegewechselbeanspruchung auftritt, wie dies insbesondere bei den Zapfen einer Kurbelwelle der Fall ist, ist jedoch eine Gestaltung der Verbindungsflächen gemäß den Ansprüchen 4 und 5 vorteilhafter. Unter einer Krümmung ist dabei auch ein Knick im Verlauf der Mantellinie zu verstehen. Versuche haben ergeben, daß Verbindungsflächen, deren Mantelli¬ nien einen gekrümmten, insbesonderen einen wellenartigen oder S- artigen Verlauf haben, den anderen Formen der Verbindungsflächen überlegen sein können. Die Mantellinien der Verbindungsflächen können zwar auch unter einem rechten Winkel auf die Mantelflächen der miteinander verbundenen Teile auftreffen. Vorzugsweise wird jedoch ein spitzer Winkel gewählt. Selbstverständlich können die Maπtellinieπ der Verbindungsflächen sowohl gekümmte als auch konische und/oder zylindrische Abschnitte aufweisen. Vorteilhaft sind die Formen der Verbindungsflächen gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 auch wegen der Zentrierung der miteinander zu verlötenden Teile.In order to achieve a strength at the solder joints that is at least approximately equal to the strength of the material that is connected by the solder, the solder connections are preferably designed according to claim 2. The highest strength of the soldered connection is obtained if the connection surfaces are designed in such a way that the gap which is initially present and which is required to hold the solder can decrease towards zero. A cylindrical shape, in particular a circular cylindrical shape or a flat shape that allows a butting against one another at least in a partial area, may also be suitable. Wherever there is an alternating bending stress, as is the case in particular with the pins of a crankshaft, a design of the connecting surfaces according to claims 4 and 5 is more advantageous. A curvature is also to be understood as a kink in the course of the surface line. Experiments have shown that connecting surfaces, whose surface lines have a curved, in particular a wave-like or S-like, course, can be superior to the other shapes of the connecting surfaces. The surface lines of the connecting surfaces can also strike the surface surfaces of the parts connected to one another at a right angle. However, an acute angle is preferably selected. Of course, the metal line of the connecting surfaces can have both curved and conical and / or cylindrical sections. The shapes of the connecting surfaces according to claims 4 to 6 are also advantageous because of the centering of the parts to be soldered to one another.
Damit die miteinander zu verlötenden Zapfenteile vor der Fertig¬ stellung der Lötverbindung in der gewünschten Lage verbleiben, können sie mittels einer eng anliegenden Buchse oder dergleichen in dieser Lage gehalten werden. Man kann aber auch die Verbin- duπgsflächen zu diesem Zweck gemäß Anspruch 7 ausbilden. Man er¬ hält damit eine Verbindung in der. Art eines. SchnappverschJLusses._ Um die sich hintergreifenden Teile übereinander schieben zu kön¬ nen, kann man den einen abkühlen und/oder den anderen erwärmen. Dadurch erhält man eine sichere Schrumpfverbindung.So that the pin parts to be soldered to one another remain in the desired position before the soldering connection is completed, they can be held in this position by means of a closely fitting bushing or the like. However, the connection surfaces can also be designed for this purpose according to claim 7. A connection is thus obtained in the. Kind of a. SchnappverschJLusses._ In order to be able to slide the parts behind one another, one can be cooled and / or heated. This provides a secure shrink connection.
Durch eine Gestaltung der Verbindungsflächεn gemäß Anspruch 8 läßt sich darüber hinaus erreichen, daß beim Schmelzen des Lotes die axiale Komponente der Spannkraft die Fuge zwischen den Ver¬ bindungsflächen schließt.By designing the connecting surfaces according to claim 8, it can also be achieved that when the solder melts, the axial component of the clamping force closes the joint between the connecting surfaces.
Schnappverbindungen gemäß den Ansprüchen 7 und 8 können auch zwi¬ schen zwei Teilen und wenigstens einem Verbindungsring oder zwischen dem Zapfen und einem in diesen eingesetzten Rohr vorgesehen sein. Sofern ein Teil eines Zapfens einstückig mit der zugehörigen Wan¬ ge ausgebildet ist, ist eine Gestaltung der Verbindung gemäß An¬ spruch 9 besonders vorteilhaft, wobei ein zusätzlicher Zapfen¬ teil oder mehrere zusätzliche Zapfenteile außerdem für die Reali¬ sierung einer relativ großen Zapfenlänge oder auch für eine Verbindung von Zapfenteilen, die wegen des Materials, aus dem sie bestehen, nicht unπrittelbar, sondern nur unter Zwischenfügung eines anderen Materials, miteinander verlötet werden können, sowie für Reparatürzwecke und für Lagerbuchsen aus Keramik, die eine ölnebel- oder Luftschmierung oder einen völligen Verzicht auf eine Schmierung ermöglichen, wesentliche Vorteile bietet. Zwar führt schon die hohle Ausbildung der Zapfen zu einer wesent¬ lichen Erhöhung des Verhältnisses zwischen Gestaltsfestigkeit und Gewicht. Weitere Verbesserungen dieses Verhältnisses lassen sich mit den Merkmalen der Ansprüche 11 und 13 erreichen, also mit ei¬ ner an die unterschiedliche Beanspruchung bei einer Kurbelumdre¬ hung angepaßten inkonstanten Wandstärke und/oder zusätzlichen Versteifungselementen, bei denen es sich um angeformte Rippen und/oder eingesetzte Versteifungselemente handeln kann. Entspre¬ chend kann aber auch das Widerstandmoment der Wange optimiert werden, wobei als Versteifungselemente verrippte oder wabenförmig ausgebildete Bereiche besonders vorteilhaft sind.Snap connections according to claims 7 and 8 can also be provided between two parts and at least one connecting ring or between the pin and a tube inserted therein. If a part of a pin is formed in one piece with the associated cheek, a design of the connection according to claim 9 is particularly advantageous, an additional pin part or more additional pin parts also being used for realizing a relatively large pin length or else for a connection of pin parts that cannot be soldered to one another directly because of the material from which they are made, but only with the interposition of another material, as well as for repair purposes and for ceramic bearing bushes that provide oil mist or air lubrication or complete lubrication Allowing lubrication to be dispensed with offers significant advantages. The hollow design of the pins already leads to a substantial increase in the relationship between the design strength and the weight. Further improvements in this relationship can be achieved with the features of claims 11 and 13, that is to say with an inconsistent wall thickness adapted to the different stresses during a crank rotation and / or additional stiffening elements, which are molded-on ribs and / or inserted Stiffening elements can act. However, the section modulus of the cheek can also be optimized accordingly, with ribbed or honeycomb-shaped regions being particularly advantageous as stiffening elements.
Durch die Teilung der Kurbelwelle wird es in der Regel keine Schwierigkeiten bereiten, die Bohrungen für die Ülkanäle einzuar¬ beiten, und zwar auch dort, wo sie zur Erzielung optimaler Schmierverhältnisse vorzugsweise vorzusehen sind. Sofern erfor¬ derlich, kann man die Wangen geteilt ausbilden und in diese Teile vor dem Zusammenfügen den ülkanal oder die ülkanäle einarbeiten. Weiterhin ermöglicht eine hohle Ausbildung der Zapfen das Ein¬ setzen von Rohren als ölkanal, die Ausbildung des Hohlraums des Kurbelzapfens als Schmutzfänger, die Reduzierung des Hohlraumes, beispielsweise durch eingesetzte Trennwände oder ein eingesetztes Drahtgewirke, um den ülvorrat auf diejenige Restölmenge zu be¬ schränken, die für einen Anlauf erforderlich ist, oder beispiels- weise die Gestaltung des ülkanäls derart, daß seine Form die ül- förderung unterstützt. Ist die Kurbelwelle gemäß Anspruch 11 aus¬ gebildet, dann ergibt sich eine direkte Verbindung zwischen den Hohlräumen benachbarter Zapfen. Es brauchen dann nur noch letz¬ tere mit Dlkanälen versehen zu werden.Due to the division of the crankshaft, it will generally not be difficult to work in the bores for the oil channels, even where they should preferably be provided in order to achieve optimal lubrication conditions. If necessary, the cheeks can be divided and the oil channel or the oil channels can be incorporated into these parts before assembly. Furthermore, a hollow design of the pins enables the use of pipes as an oil channel, the design of the hollow space of the crank pin as a dirt trap, the reduction of the hollow space, for example through the use of partitions or a wire mesh in order to limit the oil supply to the residual oil quantity. which is required for a start-up, or for example design the oil channel in such a way that its shape supports the oil pumping. If the crankshaft is constructed according to claim 11, there is a direct connection between the cavities of adjacent pins. Then only the latter need to be provided with oil channels.
Sofern zwei oder mehr Pleuel auf einem Kurbelzapfen gelagert sind, kann dieser dank der Teilung der Kurbelwelle ohne Schwie¬ rigkeiten so ausgeführt werden, daß er achsversetzte Abschnitte hat.If two or more connecting rods are mounted on a crank pin, this can be carried out without difficulty, owing to the division of the crank shaft, in such a way that it has axially offset sections.
In vielen Fällen wird es vorteilhaft sein, gegossene, gesinterte oder geschmiedete Teile zu verwenden. Die Wangen können aber auch beispielsweise feingestanzte Platten sein. Ferner können zumin¬ dest die Wangen aus Blech geformte Teile sein, wobei auch in die¬ sem Falle Teile der beiden sich anschließenden Zapfen angeformt sein können.In many cases it will be advantageous to use cast, sintered or forged parts. The cheeks can also be, for example, finely stamped plates. Furthermore, at least the cheeks can be parts made of sheet metal, and in this case too, parts of the two adjacent pins can be molded on.
Die erfindungsgemäße Kurbelwelle ermöglicht es, beim Zusammensetzen der Korbeiwelle auf den Kurbfrlz-apfen- ein ungeteilt ausgeführtes Auge wenigstens eines Pleuels aufzuschieben. Ein • derartiges Pleuel hat eine wesentlich geringere Masse als ein solches mit geteile Auge, was zu weiteren, wesentlichen Vortei¬ len führt, einschließlich eines geringeren Platzbedarfes.The crankshaft according to the invention enables an undivided eye of at least one connecting rod to be pushed onto the crank pin when assembling the basket shaft. Such a connecting rod has a much smaller mass than one with a split eye, which leads to further, essential advantages, including a smaller space requirement.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kurbelwelle anzugeben. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 20.The invention is also based on the object of specifying a method for producing the crankshaft according to the invention. This object is achieved by a method having the features of claim 20.
Eine derartige Ausführung der Lötverbindung führt in Verbindung mit einer Gestaltung der Verbindungsflächen derart, daß der Spalt zwischen ihnen gegen Null gehen kann, zu einer Festigkeit der Verbindung, die nicht geringer ist als die Festigkeit des Grund¬ materials, also des Materials, aus dem die Wangen und Zapfen be¬ stehen. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung auf induktivem Wege und/oder durch Infrarotstrahlung. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich unmittelbar an den Lötvorgang eine Wärmebehand¬ lung der Teile und, soweit erforderlich, des Lotes anschließen kann. Hierzu braucht nur der Abkühlungsvorgang entsprechend ge¬ steuert zu werden. Man kann daher beispielsweise die Vergütung während des Abkühlungsvorganges vornehmen, die bei den bekannten Verfahren in einem separaten Arbeitsgang vorgenommen werden muß.Such a design of the soldered connection in connection with a design of the connection surfaces in such a way that the gap between them can go to zero leads to a strength of the connection which is not less than the strength of the base material, ie the material from which the Cheeks and cones exist. The heating is preferably carried out by induction and / or by infrared radiation. A particular advantage of the method according to the invention is that heat treatment of the parts and, if necessary, of the solder can follow immediately after the soldering process. For this purpose, only the cooling process needs to be controlled accordingly. It is therefore possible, for example, to compensate during the cooling process, which must be carried out in a separate operation in the known processes.
Ebenfalls von erheblicher Bedeutung ist ferner die Möglichkeit, während des Abkühlvorgangs auf die Kurbelwelle gasförmigen, aktiven Stickstoff zum Zwecke der eine Härtung ergebenden Nitrierung einwirken zu lassen. Da diese Nitrierung bei wesentlich höherer Temperatur erfolgen kann als die übliche Nitrierung in einem Bad, erfolgt sie in einem wesentlich kürzeren Zeitraum, und man kann deshalb beispielsweise in einem Zeitraum von 15 bis 20 Minuten eine so starke Ni.trierung erreichen, daß bei einer anschließenden Fertigbearbeitung noch eine ausreichende dicke, nitrierte Schicht übrigbleibt. Selbstverständlich kann eine Nitrieruπg mittels gasförmigen Stickstoffes auch während einer sich an die Vergütung anschließenden Wiedererwärmung zum Zwecke des sogenannten Anlassens vorgenommen werden.Also of considerable importance is the possibility of allowing gaseous, active nitrogen to act on the crankshaft during the cooling process for the purpose of the nitriding that results in hardening. Since this nitriding can take place at a much higher temperature than the usual nitriding in a bath, it takes place in a considerably shorter period of time, and it is therefore possible, for example, to achieve such strong nitriding in a period of 15 to 20 minutes that a subsequent one Finishing processing still a sufficient thick, nitrided layer remains. Of course, nitriding by means of gaseous nitrogen can also be carried out during reheating following the remuneration for the purpose of so-called tempering.
Vorteilhaft ist auch, daß alle Lötverbindungen der Kurbelwelle gleichzeitig hergestellt werden können. Man kann aber auch die Teile der Kurbelwelle in zwei oder mehr aufeinander folgenden Lötvorgängen miteinander verbinden. Es muß dann im folgenden Löt¬ vorgang ein Lot mit niedrigerer Schmelztemperatur als derjenigen des im vorausgegangenen Lötvorgang verwendeten Lotes benützt wer¬ den.It is also advantageous that all soldered connections of the crankshaft can be made at the same time. However, the parts of the crankshaft can also be connected to one another in two or more successive soldering processes. In the subsequent soldering process, a solder with a melting temperature lower than that of the solder used in the previous soldering process must then be used.
Vorteilhaft ist Lot in Form einer Paste oder in Form von vorzugsweise gebundenem Granulat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch zwischen die einander zugeordneten Verbindungsflächen eine Lotfolie eingelegt, die beispielsweise gestanzt oder tiefgezogen ist, um die gewünschte Form zu haben. Derartige Lotfolien vereinfachen den Zusammenbau der Kurbelwelle. Ist im Bereich der Lötstelle ein Hohlraum vorhanden, der nur über die Trennstelle mit der Umgebung in Verbindung steht, kann man eine Lotfolie gemäß Anspruch 27 verwenden. Vermindert man bei einer solchen Ausführungsform nach dem Fließen des Lotes das Va¬ kuum in der Umgebung gegenüber dem Vakuum im Hohlraum, indem man beispielsweise in den Vakuum-Ofen Gas einleitet, dann bewirkt die Druckdifferenz ein verstärktes Gegeneinanderpressen der Verbin¬ dungsflächen.Solder in the form of a paste or in the form of preferably bound granules is advantageous. In a preferred embodiment, however, a solder foil is inserted between the mutually assigned connecting surfaces, which is stamped or deep-drawn, for example, in order to have the desired shape. Such solder foils simplify the assembly of the crankshaft. If there is a cavity in the area of the solder joint that is only connected to the environment via the separation point, a solder foil can be used. If, in such an embodiment, the vacuum in the environment is reduced compared to the vacuum in the cavity after the solder has flowed, for example by introducing gas into the vacuum furnace, then the pressure difference causes the connecting surfaces to be pressed against one another more strongly.
Sofern die Zapfen mit Ölbohrungen versehen sind, können diese für die richtige Positionierung der einzelnen Teile verwendet werden. Hierbei wird zweckmäßigerweise ein Stift gemäß Anspruch 29 be¬ nutzt, wobei der Stift aus einem Material besteht, mit dem sich das Lot nicht verbindet, damit der Stift nach dem Lötvorgang wie¬ der entfernt werden kann. Eine winkelrichtige Positionierung der Einzelteile ist aber auch mit anderen Mitteln möglich. Beispiels¬ weise kann man den Verbindungsflächen eine Form geben, z. B. eine polygone Form, die ein Zusammenfügen nur in der richtigen Winkel¬ lage zuläßt. Da die Einzelteile der erfindungsgemäßen Kurbelwelle im Vergleich zu einer einstückigen -Kurbelwelle klein s_ind, können sie vor dem Zusammensetzen sehr genau bearbeitet werden. Hinzu kommt der äußerst geringe Verzug. Deshalb kann die erfindungsge¬ mäße Kurbelwelle gemäß Anspruch 29 hergestellt werden.If the pins are provided with oil holes, they can be used for the correct positioning of the individual parts. A pin according to claim 29 is expediently used here, the pin consisting of a material with which the solder does not bond, so that the pin can be removed again after the soldering process. An angular positioning of the individual parts is also possible with other means. For example, you can give the connecting surfaces a shape, for. B. a polygonal shape that allows joining only in the correct Winkel¬ position. Since the individual parts of the crankshaft according to the invention are small compared to a one-piece crankshaft, they can be processed very precisely before assembly. Added to this is the extremely low delay. Therefore, the crankshaft according to the invention can be manufactured according to claim 29.
Die Wangen können auch aus einem Distanzkörper, an dem die Enden der beiden mit dieser Wange zu verbindenden Zapfen anliegen, und einem um die Zapfenenden und den Distanzkörper gelegten Band be¬ stehen. Aus Gewichtsgründen kann das Band aus einem mit Kohlefa¬ sern oder ähnlichen Fasern verstärkten Material und der Distanz¬ körper aus Keramik bestehen. Um den Distanzkörper mit den Zapfen¬ enden bei einer solchen Materialwahl verlöten zu können, müssen die Verbindungsflächen metallisiert sein. Vorzugsweise wird auch eine Lötverbinduπg zwischen dem Band einerseits und dem Distanz¬ körper sowie den Zapfenenden andererseits vorgesehen. Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung darge¬ stellten' Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigenThe cheeks can also consist of a spacer body against which the ends of the two pins to be connected to this cheek rest and a band placed around the pin ends and the spacer body. For weight reasons, the band can consist of a material reinforced with carbon fibers or similar fibers and the spacer body can be made of ceramic. In order to be able to solder the spacer body to the pin ends with such a choice of material, the connecting surfaces must be metallized. A solder connection is preferably also provided between the band on the one hand and the spacer body and the pin ends on the other. The invention is explained in detail below on the basis of exemplary embodiments illustrated in the drawing. Show it
Fig. 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,1 is a view of a first embodiment,
Fig. 2 einen Längsschnitt des einen Endstückes dieses Auführungsbeispiels,2 shows a longitudinal section of one end piece of this exemplary embodiment,
Fig. 3 eine Ansicht des Endstückes gemäß Fig. 2,3 is a view of the end piece of FIG. 2,
Fig. 4 einen Längsschnitt eines Mittelstücks des ersten Ausführungsbeispiels,4 shows a longitudinal section of a center piece of the first exemplary embodiment,
Fig. 5 eine Ansicht des Mittelstücks gemäß Fig. 4,5 is a view of the center piece of FIG. 4,
Fig. 6 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt eines Teils des ersten Ausführungsbeispiels,6 shows an incompletely illustrated longitudinal section of part of the first exemplary embodiment,
Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän¬ dige Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,7 is a partially sectioned, incomplete view of a second embodiment,
Fig. 8 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän¬ dige Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels, Fig. 9 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän¬ dige Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels,8 is a partially sectioned, incomplete view of a third embodiment, 9 is a partially sectioned, incomplete view of a fourth embodiment,
Fig.10 einen Schnitt nach der Linie X - X der Fig. 9,10 shows a section along the line X - X of FIG. 9,
Fig.11 eine teilweise im Schnitt dargestellte, unvollstän¬ dige Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels,11 shows a partially in section, incomplete view of a fifth embodiment,
Fig.12 einen Schnitt nach der Linie XII = XII der Fig. 11,12 shows a section along the line XII = XII of FIG. 11,
Fig.13 einen Längsschnitt eines unvollständig dargestell¬ ten sechsten Ausführungsbeispiels.13 shows a longitudinal section of an incompletely illustrated sixth exemplary embodiment.
Fig.14 unvollständig dargestellte, nur je eine Lötstelle bis 21 zeigende Längsschnitte weiterer Ausführungsbei¬ spiele14 shows incompletely shown longitudinal sections of further exemplary embodiments, each showing only one solder joint to 21
Fig.22 einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch den Kurbelzapfen und je einen Teil der beiden ihn tragende Wangen eines anderen Ausführungsbeispie¬ les.22 shows a schematically illustrated longitudinal section through the crank pin and in each case a part of the two cheeks of another embodiment example carrying it.
Fig.23 eine perspektivische Ansicht der bei demFig.23 is a perspective view of the
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 22 zwischen die Ver¬ bindungsflächen eingelegten Lotfolie.Embodiment according to FIG. 22 between the solder foil inserted between the connection surfaces.
Fig.24 einen Schnitt entsprechend Fig. 22 einee abgewandelten Ausführungsbeispiels. Die Kurbelwelle gemäß den Fig. 1 bis 6 ist für einen Vierzylin¬ derhubkolbenmotor vorgesehen und aus zwei Endstücken 1 und 2 so¬ wie sechs Mittelstücken zusammengesetzt, bei denen es sich um genau geschmiedete Teile handelt, die aber auch gegossen oder ge¬ sintert sein können. Alle Mittelstücke haben als Rohling die gleiche Form und können deshalb im gleichen Werkzeug hergestellt werden.24 shows a section corresponding to FIG. 22 of a modified exemplary embodiment. The crankshaft according to FIGS. 1 to 6 is provided for a four-cylinder reciprocating piston engine and is composed of two end pieces 1 and 2 and six middle pieces, which are precisely forged parts, but which can also be cast or sintered . All middle pieces have the same shape as a blank and can therefore be manufactured in the same tool.
An die beiden je eine Wange bildenden Endstücke 1 und 2 ist außer dem Hauptlagerzapfen 1' bzw. 2' ein Kurbelzapfenteil 4 an¬ geformt, dessen axiale Länge etwas größer ist als die halbe axiale Länge des gesamten Kurbelzapfens. An jedes ebenfalls je eine Wange 3 bildendes Mittlstück ist ein Kurbelzapfenteil 6 so¬ wie ein Hauptlagerzapfenteil 7 angeformt. Die Zapfen sind an der Teilungsstelle mit einem Außensitz bzw. einem Innensitz versehen, damit sie ineinandergesteckt werden können. Die Flächen dieser Sitze bilden die Verbindungsflächen, die miteinander verlötet sind.On the two end pieces 1 and 2 each forming a cheek, in addition to the main bearing pin 1 'or 2', a crank pin part 4 is formed, the axial length of which is somewhat greater than half the axial length of the entire crank pin. A crank pin part 6 and a main bearing pin part 7 are formed on each middle piece, which also forms a cheek 3. The pins are provided with an outer seat or an inner seat at the division point so that they can be inserted into one another. The surfaces of these seats form the connecting surfaces that are soldered together.
Wie die Fig. 2, 4 und 6 zeigen, weisen sowohl die Kurbelzapfen¬ teile 4 und 6 als auch die Hauptlagerzapfenteile 7 je einen sich in deren Längsrichtung erstreckenden Hohlraum 9 auf, der durch eine ausgerundete Materialpartie 9' der die Zapfenteile tragenden Wangen 3 stirnseitig verschlossen ist. Ein derartiger Hohlraum trägt wesentlich zur Erzielung einer sehr hohen Gestaltsfestig¬ keit der Mittelstücke und der beiden Endstücke 1 und 2 bei. In¬ folge der relaiv geringen Masse der Kurbelzapfen ist auch die Masse der an die Wangen 3 angeformten Ausgleichsgewichte 10 bzw. 11 relativ gering. Diese Ausgleichsgewichte haben im Ausführungs¬ beispiel die Form eines in der Ebene der Wange liegenden Ringab¬ schnittes, der über drei mit ihr einstückig ausgebildete, radial verlaufende Arme mit der Wange verbunden ist.As shown in FIGS. 2, 4 and 6, both the crank pin parts 4 and 6 and the main bearing pin parts 7 each have a cavity 9 which extends in the longitudinal direction thereof and which has a rounded material section 9 'of the cheeks 3 carrying the pin parts is closed. Such a cavity contributes significantly to the achievement of a very high level of design stability of the center pieces and the two end pieces 1 and 2. As a result of the relatively small mass of the crank pins, the mass of the counterweights 10 and 11 formed on the cheeks 3 is also relatively small. In the exemplary embodiment, these counterweights have the form of a ring section lying in the plane of the cheek, which is connected to the cheek by means of three arms which are formed in one piece and which extend radially.
Wenigstens eine Ölbohrung 12 durchdringt den Steg jedes Mittel¬ stückes 3 zwischen den Hohlräumen 9 des Hauptlagerzapfenteils 7 und des Kurbelzapfenteils 4. Ferner ist der Kurbelzapfenteil 4 mit einer von seinem Hohlraum 9 radial nach außen verlaufenden Ölbohrung 13 versehen, die aber auch winkelversetzt gegenüber der dargestellten Lage sein kann, um die Schmierfilmbildung zu ver¬ bessern. Die Endstücke 1 und 2 sind mit je einem durch die Boh¬ rungen 14 und 15 gebildeten ülkanal versehen. Wie in Fig. 6 mit strichpunktierter Linie angedeutet, kann man jde Ölbohrung 12 mit der dazugehörigen Ölbohrung 13 mittels einee Rohres 16 verbinden.At least one oil hole 12 penetrates the web of each middle piece 3 between the cavities 9 of the main bearing part 7 and the crank pin part 4. Furthermore, the crank pin part 4 is provided with an oil hole 13 running radially outwards from its cavity 9, but which is also offset at an angle with respect to the can be shown to improve the formation of lubricating film. The end pieces 1 and 2 are each provided with an oil channel formed by the holes 14 and 15. As indicated in FIG. 6 with a dash-dotted line, each oil bore 12 can be connected to the associated oil bore 13 by means of a pipe 16.
Die im Bereich ihrer Zapfen bis auf das Fertigschleifen bearbei- teπen und mit den erforderlichen Ölbohrungen versehenen Teile werden in der richtigen Winkellage zusammengesetzt, wobei eine paßgenaue Aufnahmevorrichtung die Teile in dieser Position hält. An jeder Verbindungsstelle wird zwischen die beiden Verbindungsflächen eine entsprechend geformte Lotfolie eingelegt. Anschließend wird die zusammengesetzte Kurbelwelle im Vakuum oder Hochvakuum auf die erforderliche Temperatür erwärmt, die über 600 0 C beträgt und vorzugsweise im Bereiph von 1000 ° C liegt. Bei dem anschließenden kontrollierten Abkühlvorgang wird das die Wangen und Zapfen bildende Material vergütet und den Lötzonen durch eine Wärmebehandlung _eine h.ohe_ Zähigkeit gegeben. Sofern erforderlich, wird während des Abkühlvorgangs bei einer über 400 ° C liegende Temperatur ein gasförmiger Stickstoff in den Vakuumofen eingeleitet und die Kurbelwelle nitriert.The parts in the area of their spigots, except for finish grinding, which are provided with the necessary oil holes, are assembled in the correct angular position, with a precisely fitting holding device holding the parts in this position. An appropriately shaped solder foil is inserted at each connection point between the two connection surfaces. Subsequently, the assembled crankshaft in a vacuum or high vacuum is heated to the required temperature door, which is about 600 0 C and preferably in the Bereiph of 1000 ° C. In the subsequent controlled cooling process, the material forming the cheeks and tenons is tempered and the soldering zones are given _a high_ toughness by heat treatment. If necessary, a gaseous nitrogen is introduced into the vacuum furnace during the cooling process at a temperature above 400 ° C and the crankshaft is nitrided.
Alle diese Verfahren verhindern einen Verzug der Kurbelwelle, so daß diese praktisch verzuglos nach dem Abkühlvorgang vorliegt. Daher genügt ein geringes Fertigschleifen der Zapfen, bei dem nur ein Teil" der nitrierten Schicht abgetragen wird.All of these methods prevent warping of the crankshaft, so that it is practically without delay after the cooling process. Therefore, a slight final grinding of the pins is sufficient, in which only a part of the " nitrided layer is removed.
Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kurbelwelle unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 6 nur durch eine andere Ausbildung der Teilungsstellen im Be¬ reich der Zapfen. Selbstverständlich könnte aber die Zahl der Hauptlagerzapfen und Kurbelzapfen auch anders gewählt sein. Es ist sogar möglich, was auch für alle anderen Ausführungsbeispiele gilt, unterschiedliche Kurbelzapfen vorzusehen, beispielsweise solche mit unterschiedlichem Hub, um zwei oder mehr Hubkolbenma¬ schinen mit einer einzigen Kurbelwelle auszurüsten. Sowohl die Hauptlagerzapfen 108 als auch jeder vorhandene Kurbel¬ zapfen 105 besteht aus zwei an die zugehörigen Wangen 103 ange¬ formten Teilen 107 und 107' bzw. 106 und 106'. Die Teile 106 und 107 haben als Verbindungsfläche je einen Außenkonus, der sich von der Außenmantelfläche bis zu der zur Zapfeπlängsachse konzentri¬ schen Innenmantelfläche erstreckt. Der Außenkonus braucht jedoch nicht, wie dargestellt, die gesamte Außenmantelfläche der Teile 106 bzw. 107 zu bilden. Diese könnte auch einen Abschnitt mit einer zylindrischen Außenmantelfläche aufweisen.The exemplary embodiment of a crankshaft shown in FIG. 7 differs from the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 6 only by a different design of the dividing points in the region of the pins. Of course, the number of main bearing journals and crank journals could also be chosen differently. It is even possible, which also applies to all other exemplary embodiments, to provide different crank pins, for example those with different strokes, in order to equip two or more reciprocating piston machines with a single crank shaft. Both the main bearing journal 108 and each existing crank journal 105 consist of two parts 107 and 107 'or 106 and 106' formed on the associated cheeks 103. The parts 106 and 107 each have an outer cone as a connecting surface, which extends from the outer surface to the inner surface concentric to the longitudinal axis of the journal. However, as shown, the outer cone does not need to form the entire outer lateral surface of the parts 106 or 107. This could also have a section with a cylindrical outer surface.
Die Teile 106' und 107 ' bilden je einen Innenkόnus, der an den zugeordneten Außenkonus angepaßt ist, wodurch beiden Konusflächen in Anlage aneinander kommen können.The parts 106 'and 107' each form an inner cone which is adapted to the associated outer cone, as a result of which both cone surfaces can come into contact with one another.
Beim Zusammensetzen der Kurblwelle für den Lötvorgang wird je ei¬ ne kegelstumpfförmige Lotfolie aus einem Lotmaterial auf Kupfer¬ basis oder Nickelbasis zwischen die einander zugeordneten Konus¬ flächen eingelegt.When assembling the short wave for the soldering process, a truncated cone-shaped solder foil made of a copper-based or nickel-based solder material is inserted between the conical surfaces assigned to one another.
Eine lotrechte Anordnung der Kurbelwelle im Vakuum-Lötofen ge¬ nügt, daß sich beim Schmelzen des Lotes die zusammengehörenden Verbindungsflächen soweit gegeneinander bewegen, daß der zunächst vorhandene Spalt sich gegen den Wert Null hin reduziert, was zu¬ sammen mit der hohen Temperatur und der Ausführung des Lötvor¬ gangs im Vakuum oder Hochvakuum zu einer Diffusionsverbindung mit Legierungsbildung führt, welche eine Festigkeit gibt, die derje¬ nigen des Grundmaterials gleicht. Während des an die Herstellung der Lötverbindung sich anschließenden Abkühlungsvorgangs erfolgt ein Vergüten des Grundmaterials und der Lötstellen, sowie, falls erforderlich, ein Nitrieren.A vertical arrangement of the crankshaft in the vacuum soldering furnace suffices that when the solder melts, the connecting surfaces belonging together move so far against one another that the gap which is initially present is reduced towards zero, which is due to the high temperature and the design of the soldering process in a vacuum or high vacuum leads to a diffusion bond with alloy formation, which gives a strength which is the same as that of the base material. During the cooling process following the production of the soldered connection, the base material and the soldering points are tempered and, if necessary, nitriding.
Ölbohrungen 112 verbinden die Hohlräume der Hauptlagerzapfen und Kurbelzapfen. Wie Fig. 7 zeigt, können die die Kurbelzapfen durchdringenden Ölbohrungen 113 in Umfangsrichtung gegenüber der Stelle maximaler Exzentrizität versetzt sein, was die Ölfilmbil¬ dung im Bereich der höchsten Belastung verbessert. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von dem¬ jenigen gemäß Fig. 7 nur durch eine andere Ausbildung der Verbin¬ dungsflächen der Kurbelzapfen 205 und der Hauptlagerzapfen 208 so ie der Anordnung der Ölbohrungen der Kurbelzapfen. Wegen der übrigen Einzelheiten wird deshalb auf die vorausgehenden Ausfüh¬ rungen Bezug genommen.Oil bores 112 connect the cavities of the main journal and crank journal. As shown in FIG. 7, the oil bores 113 penetrating the crank pins can be offset circumferentially from the point of maximum eccentricity, which improves the oil film formation in the area of the highest load. The exemplary embodiment according to FIG. 8 differs from that according to FIG. 7 only by a different design of the connecting surfaces of the crank pin 205 and the main bearing pin 208, ie the arrangement of the oil bores of the crank pin. For the remaining details, reference is therefore made to the preceding explanations.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 können gleich ausgebil¬ dete Einzelteile verwendet werden, weil die an die Wangen 203 an¬ geformten Zapfenteile 206 bzw. 207 gleich sind. Ihre eine Verbin¬ dungsfläche bildende Außenmantelfläche bildet je einen Außen¬ konus, der sich bis zu der zylindrischen Innenmantelfläche er¬ streckt. Je ein Ringkörper 217 bzw. 218 hat zwei an die Außen- konusse der Kurbelzapfenteile 206 bzw. der Hauptlagerzapfenteile 207 angepaßte Innenkonusflächen und zylindrische Mantelflächen. Selbstverständlich wäre es aber auch möglich, die Verbindungs¬ flächen der Zapfenteile als Innenkonus und diejenigen des Ring¬ körpers als Außenkonus auszubilden. Ebenso wäre es möglich, den Ringkörper mit einem Außenkoπus und einem Innenkonus zu versehen und dementsprechend die Verbindungsflächen des einen Zapfenteils als Außenkonus, diejenige des anderen Zapfenteils als Innenkonus auszubilden.In the exemplary embodiment according to FIG. 8, identically designed individual parts can be used because the pin parts 206 and 207 formed on the cheeks 203 are the same. Its outer surface forming a connecting surface forms an outer cone which extends up to the cylindrical inner surface. Each ring body 217 or 218 has two inner cone surfaces and cylindrical outer surfaces which are matched to the outer cones of the crank pin parts 206 and the main bearing pin parts 207. Of course, it would also be possible to design the connecting surfaces of the pin parts as an inner cone and those of the ring body as an outer cone. It would also be possible to provide the ring body with an outer cone and an inner cone and, accordingly, to design the connecting surfaces of one pin part as an outer cone and that of the other pin part as an inner cone.
Wie Fig. 8 zeigt, wird der Kurbelzapfen 206 von zwei Ölbohrungen 213 in -"radialer Richtung durchdrungen. Statt dieser beiden Öl¬ bohrungen können aber auch nur eine einzige vorgesehen sein, und außerdem können die Ölbohrungen in Umfangsrichtung versetzt ge¬ genüber der Stelle maximaler Exzentrizität liegen.As shown in FIG. 8, the crank pin 206 is penetrated by two oil bores 213 in the radial direction. Instead of these two oil bores, however, only one can also be provided, and in addition the oil bores can be offset in the circumferential direction with respect to the point at maximum Eccentricity.
Sind, wie in Fig. 8 dargestellt, zwei Ölbohrungen 213 vorgesehen^ welche den einen bzw. anderen Kurbelzapfenteil 206 durchdringen, dann können diese Ölbohrungen zur Positionierung der miteinander zu verbindenden Teile der Kurbelwelle verwendet werden. Vorteil¬ hafterweise verwendet man hierzu je einen Stift, der in jede der Ölbohrungen eingesteckt wird, eine Hülse aus Lotmaterial trägt, dessen Dicke gleich der Differenz zwischen dem Durchmesser der Ölbohrung und dem Durchmesser des Stiftes ist, und dessen Ober¬ fläche so behandelt ist, daß sie sich nicht mit dem Lot verbin¬ det. Der Stift verhindert deshalb nicht, daß sich beim Schmelzen des Lotes die konischen Verbindungsflächen so weit nähern, daß der zuvor vorhandene Spalt praktisch auf den Wert Null reduziert wird.If, as shown in FIG. 8, two oil bores 213 are provided which penetrate one or the other crank pin part 206, these oil bores can be used to position the parts of the crankshaft to be connected to one another. For this purpose, one pin is advantageously used, which is inserted into each of the oil holes, carries a sleeve made of solder material, the thickness of which is equal to the difference between the diameter of the oil hole and the diameter of the pin, and the surface of which is treated in such a way that that it does not connect to the solder. The pin therefore does not prevent it from melting of the solder so close to the conical connection surfaces that the previously existing gap is practically reduced to zero.
Da die Belastung insbesondere der Kurbelzapfen während einer Um¬ drehung der Kurbelwelle in den einzelnen Winkelstellungen große Unterschiede aufweist, kann man zu einem noch günstigeren Ver¬ hältnis zwischen Gestaltsfestigkeit und Gewicht kommen, wenn man das Widerstandsmoment der Kurbelzapfen an diese unterschiedliche Belastung anpaßt. Diese Anpassung kann in verschiedener Weise er¬ folgen. Eine Möglichkeit zeigen die Fig. 9 und 10. Die an die Wangen 303 angeformten Teile 306 und 306' des Kurbelzapfens 305 sind analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 mit einem Innenkonus bzw. einem Außenkonus als Verbindungsfläche versehen. ' Der hohle Kurbelzapfn 305 hat jedoch, wie Fig. 10 zeigt, eine zu seiner zylindrischen Außenmantelfläche exzentrisch angeordnete Innenmantelfläche, wodurch sich ein inkonstanter Querschnitt in Umfangsrichtuπg ergibt. Der größte Querschnitt ist im Ausfüh¬ rungsbeispiel im dritten Quadranten vorgesehen, da hier die höch¬ sten Belastungen des Kurbelzapfens auftreten. Ein derartiges, über den Umfang unterschiedliches Widerstandsmoment des Kurbel¬ zapfens könnte aber auch mit anderen Mitteln erreicht werden, . . beispielsweise angeformten Versteifungsrippen.Since the load, particularly of the crank pin, shows great differences in the individual angular positions during one revolution of the crank shaft, an even more favorable ratio between design strength and weight can be achieved if the moment of resistance of the crank pin is adapted to this different load. This adaptation can take place in various ways. FIGS. 9 and 10 show one possibility. The parts 306 and 306 ′ of the crank pin 305 formed onto the cheeks 303 are provided with an inner cone or an outer cone as a connecting surface, analogously to the exemplary embodiment according to FIG. 7. However, as shown in FIG. 10, the hollow crank pin 305 has an inner lateral surface which is arranged eccentrically with respect to its cylindrical outer lateral surface, which results in an inconsistent cross section in the circumferential direction. The largest cross section is provided in the exemplary embodiment in the third quadrant, since the highest loads on the crank pin occur here. Such a moment of resistance of the crank pin, which varies over the circumference, could also be achieved by other means. . for example molded stiffening ribs.
Eine den Kurbelzapfen 305 radial durchdringende Ölbohrung 313 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 in Umfangsrichtung gegenüber der Stelle maximaler Exzentrizität so weit versetzt, daß sich auch im Bereich maximaler Belastung des Kurbelzapfens 305 ein ausreichender Schmierfilm bildet.As in the exemplary embodiment according to FIG. 7, an oil bore 313 penetrating radially through the crank pin 305 is offset so far in the circumferential direction from the point of maximum eccentricity that an adequate lubricating film is also formed in the area of the maximum load on the crank pin 305.
Wie das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 11 und 12 zeigt, brau¬ chen weder die Kurbelzapfen noch die Hauptlagerzapfen an die Wangen 403 angeformte Teile aufzuweisen. Vielmehr kann es sich bei den Wangen 403 beispielsweise auch um gestanzte, insbesondere feingestanzte Platten handeln, die mit zylindrischen Ausstan¬ zungen für die Aufnahme der Hauptlagerzapfen 408 und der Kurbel¬ zapfen 405 versehen sind. Die Zapfen können dann durch Rohrstücke gebildet sein, wobei selbstverständlich Maßnahmen zur Versteifung und Optimierung des Widerstandsmomentes möglich sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 11 und 12 sind die Mantelflächen der Ausstanzungen, welche je eine Verbindungsfläche bilden, zylindrisch ausgeführt, da auch die in die Ausstanzungen eingreifenden Endabschnitte der Zapfen eine zylindrische Außen- mantelfäche als Verbindungsfläche haben. Selbstverständlich wären aber auch andere Ausgestaltungen der Verbindungsflächen, bei¬ spielsweise eine konische Form, möglich.As the exemplary embodiment according to FIGS. 11 and 12 shows, neither the crank pins nor the main bearing pins need to have parts molded onto the cheeks 403. Rather, the cheeks 403 can also be stamped, in particular finely stamped, plates, which are provided with cylindrical punchings for receiving the main bearing journals 408 and the crank journals 405. The pegs can then be formed by pipe sections, measures of stiffening and optimization of the section modulus being of course possible. In the exemplary embodiment according to FIGS. 11 and 12, the lateral surfaces of the punched-outs, which each form a connecting surface, are cylindrical, since the end sections of the pins engaging in the punched-out areas also have a cylindrical outer jacket surface as a connecting surface. Of course, other configurations of the connecting surfaces, for example a conical shape, would also be possible.
Wie die Fig. 11 und 12 ferner zeigen, kann der Kurbelzapfen 405 in einem Maße in den Innenraum 409 der Hauptlagerzapfen 408 ein¬ greifen, das größer ist als die Wandstärke des Kurbelzapfens 405 im Bereich dieses Eingriffs. Hierdurch entsteht eine direkte Ver¬ bindung zwischen den Hohlräumen der Zapfen, die als Ölkanal die¬ nen kann und daher in Fig. 12 mit 412 bezeichnet ist. Da die Zapfen 405 und 408 aus an ihren Enden offenen Rohren bestehen, sind im Bereich der Rohrenden mit diesen eingesetzte Verschlu߬ bleche 419 verlötet, die gleichzeitig auch in. der Art von Knoten¬ blechen als Versteifung dienen können. Selbstverständlich kann man diese Bleche 419 auch so anordnen, daß der für" die Aufnahme des Öls zur Verfügung stehende Raum auf das gewünschte Maß redu¬ ziert ist. Dies ist beispielhaft durch das Blech 419' in Fig. 11 angedeutet.11 and 12 also show that the crank pin 405 can engage in the interior 409 of the main bearing pin 408 to a degree that is greater than the wall thickness of the crank pin 405 in the area of this engagement. This creates a direct connection between the cavities of the pins, which can serve as an oil channel and is therefore designated by 412 in FIG. 12. Since the pins 405 and 408 consist of tubes which are open at their ends, sealing plates 419 which are inserted in the region of the tube ends are soldered to them and can also serve as stiffeners in the manner of gusset plates at the same time. Of course, these sheets 419 can also be arranged in such a way that the space available for "taking up the oil is reduced to the desired extent. This is indicated, for example, by the sheet 419 'in FIG. 11.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kurbelwelle, Teilungsstellen überall dort vorzusehen, wo dies vorteilhaft ist, eröffnet, wie Fig. 13 zeigt, die Möglichkeit, die Wangen und die Zapfen als ge¬ formte Blechteile auszubilden. Die Wangen 503 sind je aus einem ersten Teil 503', an den ein Hauptlagerzapfenteil 507 aπgeformt ist, sowie je einem zweiten Teil 503' ' zusammengesetzt, an den ein Kurbelzapfenteil 506 angeformt ist, zusammengesetzt. Sowohl die beiden ersten Teile 503' als auch die beiden zweiten Teile 503' ' sind je identisch gestaltet. Beide Teile bilden sich über¬ greifende Randzonen als Verbindungsflächen. Diese Randzonen sind im Ausführungsbeispiel durch je eine zur Zapfenläπgsachse paralle Erzeugende gebildet, können aber auch eine konische Form haben. Entsprechendes gilt für die Verbindungsflächen der Hauptlager¬ zapfenteile 507 und der Kurbelzapfenteile 506, an denen die zylindrische Innenmantelfläche eines Ringkörpers 517 anliegt, mit dem die Zapfenteile verlötet sind. Auch hier wäre selbstverständ¬ lich eine konische Form der Verbindungsflächen möglich. Die die Hauptlagerzapfenteile 507 aufnehmenden Ringkörper sind in Fig. 13 nicht dargestellt, da sie im Prinzip wie der Ringkörper 517 aus¬ gebildet sind.The advantage of the crankshaft according to the invention to provide dividing points wherever this is advantageous opens up the possibility, as shown in FIG. 13, of designing the cheeks and the pins as shaped sheet metal parts. The cheeks 503 are each composed of a first part 503 ', to which a main bearing part 507 is integrally formed, and a second part 503'', to which a crankpin part 506 is formed. Both the first two parts 503 'and the two second parts 503''are each designed identically. Both parts form overlapping edge zones as connecting surfaces. In the exemplary embodiment, these edge zones are each formed by a generator which is parallel to the journal axis, but can also have a conical shape. The same applies to the connecting surfaces of the main journal parts 507 and the crankpin parts 506, against which the cylindrical inner circumferential surface of an annular body 517 bears, with which the journal parts are soldered. Of course, a conical shape of the connecting surfaces would also be possible here. The ring bodies receiving the main bearing journal parts 507 are not shown in FIG. 13, since they are designed in principle like the ring body 517.
Auf jedem Ringkörper 517 ist eine Lagerbuchse 519 aus Oxid-Kera¬ mik angeordnet. Derartige Lagerbuchsen könnten aber auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Dort würden dann die Ölbohrungen entfallen, da solche Lagerbuchsen eine schmierungsfreie Lagerung ermöglichen.A bearing bush 519 made of oxide ceramic is arranged on each ring body 517. Such bushings could also be provided in the previously described embodiments. The oil holes would then be omitted there, since such bearing bushes enable lubrication-free storage.
Das auf der Lagerbuchse 519 gelagerte Auge 520 des zugehörigen Pleuels ist ungeteilt ausgebildet, da es beim Zusammensetzen der Kurbelwelle wie die Lagerbuchse 519 über den Verbindungskörper 517 geschoben werden kann. Pleuel mit ungeteiltem Auge können selbstverständlich auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen vorgesehen werden, da auch- dort die Teilung der Pleuelzapfen das Aufschieben während des Zusammensetzens ermöglichen. Allerdings müssen dann die Lagerflächen schon vor dem Löten fertig bearbei¬ tet sein.The eye 520 of the associated connecting rod which is mounted on the bearing bush 519 is of undivided design since it can be pushed over the connecting body 517 like the bearing bush 519 when assembling the crankshaft. Connecting rods with an undivided eye can of course also be provided in the other exemplary embodiments, since the division of the connecting rod journals here also allows them to be pushed on during assembly. However, the bearing surfaces must then be finished before the soldering.
Das Löten im Vakuum und die anschließende Wärmebehandlung erfolgt in der bereits beschriebenen Weise im Vakuumofen. Die dabei auf¬ tretenden Temperaturen sind den Keramik-Lagerbuchsen nicht ab¬ träglich. The soldering in a vacuum and the subsequent heat treatment is carried out in the vacuum oven as described above. The temperatures occurring here are not detrimental to the ceramic bearing bushes.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen liegen die Verbindungsflächen vollständig in kreiszylindrischen oder konischen Flächen. Fig.14 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem nur der Mittelabschnitt 603 der miteinander verlöteten Verbinduπgsflächen von zwei Teilen 601 und 602 eines hohlzyliπ- drischen Zapfens je eine konische Fläche definiert. An diesen Mittelabschnitt 603 schließt sich je ein Endabschnitt 604 bzw. 605 an, in dem die Mantellinieπ einen bogenförmig gekrümmten Verlauf haben, wobei sie im rechten Winkel auf die äußere bzw. innere Mantelfläche des Zapfens treffen. Statt des rechten Winkels könnte aber auch ein spitzer Winkel vorgesehen sein. Mit derartige, gekrümmte Mantellinien aufweisenden Verbindungs¬ flächen läßt sich eine besonders hohe Festigkeit der Lötver¬ bindung, insbesondere eine sehr hohe Biegewechselfestigkeit, erzielen.In the exemplary embodiments described above, the connecting surfaces lie entirely in circular cylindrical or conical surfaces. FIG. 14 shows an embodiment in which only the central section 603 of the connection surfaces of two parts 601 and 602 of a hollow cylindrical pin, which are soldered to one another, defines a conical surface. This middle section 603 is followed by an end section 604 and 605, respectively, in which the surface lines have an arcuately curved course, where they meet the outer or inner surface area of the pin at a right angle. Instead of the right angle, an acute angle could also be provided. A particularly high strength of the solder connection, in particular a very high flexural fatigue strength, can be achieved with such curved connecting surfaces having connecting lines.
Bei der in Fig.15 dargestellten Modifikation des Ausführuπgs- beispiels gemäß Fig.14 haben die-Mantellinien der miteinander verlöteten Verbindungsfl chen von zwei Teilen 606 und 607 im Bereich ihrer beiden Endabschnitte 609 und 610 ebenfalls einen gekrümmten Verlauf. Sie treffen aber unter einem spitzen Winkel auf die äußere bzw. innere Mantelfläche des Zapfens auf. Ferner hat der Mittelabschnitt 608 der Verbindungsflächen eine nur sehr schwach konische Form. Er könnte auch kreiszylindrisch ausgebildet sein. Bei einer konischen Form läßt sich jedoch auch im Mittelabschnitt eine Beseitigung eines Spaltes zwischen den beiden Verbindungsflächen durch eine Belastung des Zapfens in axialer Richtung erreichen.In the modification of the embodiment shown in FIG. 14 shown in FIG. 15, the surface lines of the connection surfaces of two parts 606 and 607 soldered to one another also have a curved course in the region of their two end sections 609 and 610. But they hit the outer or inner surface of the pin at an acute angle. Furthermore, the central section 608 of the connecting surfaces has a very weakly conical shape. It could also be circular cylindrical. With a conical shape, however, a gap between the two connecting surfaces can also be eliminated in the central section by loading the pin in the axial direction.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.15 wird wie bei demjenigen gemäß Fig.14 zwischen die beiden Verbindungsflächen eine in ihrer Form an die Verbindungsflächen angepaßte Lotfolie einge¬ legt. Durch eine in axialer Richtung des Zapfens wirkende Kraft werden, sobald das Lot fließt, die Verbindungsflächen aneinander- gedrückt, um den Spalt praktisch vollständig zu beseitigen.In the exemplary embodiment according to FIG. 15, as in the case of that according to FIG. 14, a solder foil adapted in shape to the connecting surfaces is inserted between the two connecting surfaces. As a result of a force acting in the axial direction of the pin, as soon as the solder flows, the connecting surfaces pressed to virtually completely clear the gap.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist nicht nur eine in Zapfenlängsrichtung wirkende, von außen her aufzu¬ bringende Kraft erforderlich, um den Spalt zu schließen, sobald das Lot zu fließen beginnt. Sofern alle Lötverbindungen gleich¬ zeitig hergestellt werden sollen, muß auch darauf geachtet werden, daß die Längsachsen der miteinander zu verbindenden Teile miteinander fluchten, also die Zapfen an den Verbindungs¬ stellen keinen Knick aufweisen, die Wangen alle parallel zueinan¬ der liegen und die Längsachsen der Zapfen im richtigen Winkel auf den von den Wangen definierten Flächen stehen. Man kann beide Ziele mit Hilfe einer Spannvorrichtung erreichen, welche die Einzelteile in der richtigen Lage hält und zusammenspannt.In the exemplary embodiments described so far, not only a force acting in the longitudinal direction of the pin, which is to be applied from the outside, is required in order to close the gap as soon as the solder begins to flow. If all soldered connections are to be made at the same time, care must also be taken to ensure that the longitudinal axes of the parts to be connected are flush with one another, that is to say that the pins at the connection points have no kinks, the cheeks are all parallel to one another and the longitudinal axes the pin is at the correct angle on the surfaces defined by the cheeks. You can achieve both goals with the help of a clamping device, which holds the individual parts in the correct position and clamps them together.
Eine derartige, aufwendige und Raum im Vakuumofen- beanspruchende Spannvorrichtung ist nicht erforderlich, wenn man die Verbin¬ dungsflächen gemäß Fig.16 ausbildet. Die miteinander verlöteten Verbindungsflächen von zwei Teilen 611 und 612 eines Zapfens haben, wie Fig.16 zeigt, in ihren beiden Endabschπitteπ-614 und 615 einen gegensätzlich gekrümmten Verlauf, wie dies auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig.14 und 15 der Fall ist. Der Durchmesser der Verbinduπgsflache des Teiles 611 nimmt jedoch nicht ständig von der Stelle seines Größtwertes gegen die Stelle seines Kleinstwertes hin ab, wie dies bei den Aus¬ führungsbeispielen gemäß den Fig.14 und 15 der Fall ist. Viel¬ mehr nimmt er im Bereich des Mittelabschnittes 613 wieder zu. Der hierdurch bedingte, wellenförmige Verlauf der Maπtellinien der Verbindungsfläche führt dazu, daß die beiden Endabschnitte der Teile 611 und 612 sich gegenseitig hintergreifen. Für das Zusammenfügen der beiden Teile 611 und 612 ist es deshalb not¬ wendig, den einen Teil so weit zu erwärmen und/oder den anderen Teil so weit abzukühlen, bis die beiden Endabschnitte sich übereinander schieben lassen. Wenn beide Teile dann wieder die gleiche Temperatur haben, sind sie nicht nur wie bei einer Schrumpfverbindung fest miteinander verbunden, so daß sie sich nicht mehr relativ zueinander verdrehen können. Auch eine Fluch¬ tung der Längsachsen ist sichergestellt. Bei einer ausreichend hohen Elastizität der beiden Teile kann das Übereinanderschie- ben auch mit Hilfe einer entsprechend hohen, in axialer Richtung wirkenden Preßkraft erfolgen. Die erfindungsgemäße Form des Mittelabschnittes 613 führt dazu, daß die Spannkraft eine Kom¬ ponente in axialer Richtung hat, die beim Fließen des Lotes den zunächst noch vorhandenen Spalt beseitigt.Such a costly clamping device, which takes up space in the vacuum furnace, is not required if the connecting surfaces according to FIG. 16 are formed. The connection surfaces of two parts 611 and 612 of a pin which are soldered to one another, as shown in FIG. 16, have an oppositely curved course in their two end sections 614 and 615, as is also the case in the exemplary embodiments according to FIGS. 14 and 15. However, the diameter of the connecting surface of the part 611 does not decrease continuously from the place of its greatest value to the place of its smallest value, as is the case with the exemplary embodiments according to FIGS. 14 and 15. Rather, it increases again in the area of the middle section 613. The resulting wave-shaped course of the lines of the connecting surface leads to the two end sections of the parts 611 and 612 engaging behind one another. For joining the two parts 611 and 612, it is therefore necessary to heat one part and / or to cool the other part until the two end sections can be pushed over one another. If both parts then again have the same temperature, they are not only firmly connected to each other as in a shrink connection, so that they can no longer rotate relative to each other. Alignment of the longitudinal axes is also ensured. If the two parts have a sufficiently high elasticity, the sliding over one another can also take place with the aid of a correspondingly high pressing force acting in the axial direction. The shape of the central section 613 according to the invention means that the tensioning force has a component in the axial direction which eliminates the gap which is still present when the solder flows.
Wie Fig.17 zeigt, kann man beispielsweise bei zwei Teilen 616 und 617 auch nur einen Abschnitt 618 der beiden zusammenge¬ hörigen Verbindungflächen so ausbilden, daß die Teile 616 und 617 sich gegenseitig hintergreifen, und dem restlichen Teil 619 der Verbinduπgsflächen eine konische Form geben.As shown in FIG. 17, in the case of two parts 616 and 617, for example, only a section 618 of the two associated connecting surfaces can be formed such that the parts 616 and 617 engage behind one another and give the remaining part 619 of the connecting surfaces a conical shape .
Auch dann, wenn zwei Teile, beispielsweise zwei Teile 701 eines Zapfens einer Kurbelwelle, durch einen Ringkörper miteinander verbunden sind, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.8 der Fall ist, kann man statt konischer Verbindungsflächen den Mantellinien der Verbindungsflächen einen gekrümmten oder welleπförmigen Verlauf geben, wie dies Fig.18 für einen Innenring 703 zeigt. Da wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig.16 und 17 der Verlauf der Mantellinien der Verbindungsflächen des Innenringes 703 einerseits und der beiden Teile 701 und 702 andererseits so gewählt ist, daß der Innenring 703 sowohl den einen als auch den anderen Teil 701 bzw. 702 hintergreift, hat die Spannkraft auch hier eine Komponente in axialer Richtung.Even if two parts, for example two parts 701 of a journal of a crankshaft, are connected to one another by an annular body, as is the case in the exemplary embodiment according to FIG. 8, instead of conical connecting surfaces, the surface lines of the connecting surfaces can have a curved or wavy course give, as shown in Fig. 18 for an inner ring 703. Since, as in the exemplary embodiments according to FIGS. 16 and 17, the course of the surface lines of the connecting surfaces of the inner ring 703 on the one hand and the two parts 701 and 702 on the other hand is selected such that the inner ring 703 both the one and the other part 701 and 702 engages behind, the clamping force also has a component in the axial direction.
Statt die beiden Zapfenteile stumpf aneinander anstoßen zu lassen, kann man selbstverständlich, wie Fig.19 zeigt, den Verbindungsflächen 718, über welche die Teile 701' und 702' des Zapfens unmittelbar miteinander verbunden sind, eine der vorstehend beschriebenen Formen geben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Mantellinien der Verbindungsflächen 718 einen schwach wellenförmigen Verlauf längs einer im spitzen Winkel auf die Außenmantelfläche auftreffenden Geraden. Der Innenring 703' ist prinzipiell wie der Innenring 703 ausgebildet. Bei Verwendung eines Ringes mit einem gekrümmten oder wellenför¬ migen Verlauf der Mantellinien seiner Verbindungsflächen kann der Ring, wie Fig. 0 zeigt, analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.8 auch als Außenring 717 ausgebildet sein. Er kann dann als Lagerbuchse für wenigstens ein Pleuel" dienen und selbst¬ verständlich auch aus einem anderen Material als die beiden Teile 706 des Zapfens bestehen, beispielsweise aus Keramik, das im Bereich der Verbindungsflächen metallisiert ist. Die Verbindungsflächen 704, mit denen die beiden Teile 706 unmittel¬ bar aneinanderstoßen, haben beispielsweise eine konische Form.Instead of letting the two pin parts butt against one another, one can of course, as shown in FIG. 19, the connecting surfaces 718 via which the parts 701 'and 702' of the pin are directly connected to one another give forms described above. In the exemplary embodiment shown, the surface lines of the connecting surfaces 718 have a slightly undulating course along a straight line which impinges on the outer surface surface at an acute angle. The inner ring 703 'is basically designed like the inner ring 703. When using a ring with a curved or wave-shaped course of the surface lines of its connecting surfaces, the ring, as shown in FIG. 0, can also be designed as an outer ring 717 analogously to the exemplary embodiment according to FIG. It can then serve as a bearing bush for at least a connecting rod "and selbst¬ also consist of a material other than the two parts 706 of the pin, for example of ceramic, which is metallised in the region of the connecting surfaces. The joint surfaces 704, with which the two parts 706 abut one another directly, for example have a conical shape.
Statt einer Ausbildung der Verbindungsflächen derart, daß sie sich wie bei einem Schnappverschluß hintergreifen, oder zusätz¬ lich zu solchen Verbindungsflächen kann man, wie Fig. 1 zeigt, eine Buchse.801 vorsehen, welche die Verbindungsstelle überbrückt und zwischen der und den beiden zu verbindenden Teilen ein enger Sitz, vorzugsweise eine- SchrumpfVerbindung, vorhanden ist. Bei einem hohlen Zapfen, dessen Teile 802 an je einer Wange 803 vorgesehen oder mit dieser verbunden sind, kann man die Buchse 801 an der Innenmantelfläche der beiden Teile 802 anliegen lassen. Bei einer ausreichenden Länge der Buchse 801, was der Fall ist, wenn sie sich bis in den Bereich der Wangen 803 erstreckt, ist eine Fluchtung der Längsachsen beider Teile 802 auch vor der Verlötung gesichert.Instead of designing the connecting surfaces in such a way that they engage behind like a snap lock, or in addition to such connecting surfaces, a socket 801 can be provided, as shown in FIG. 1, which bridges the connection point and between the one and the two to be connected Share a tight fit, preferably a shrink connection. In the case of a hollow pin, the parts 802 of which are provided on or connected to a cheek 803, the bushing 801 can be placed against the inner surface of the two parts 802. With a sufficient length of the socket 801, which is the case if it extends into the region of the cheeks 803, an alignment of the longitudinal axes of both parts 802 is also secured against soldering.
Die Verbindungsflächen 804 der Teile 802 haben eine Form wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.15. Selbstverständlich kämen aber auch die anderen erfindungsgemäßen Formen in Frage Fig.21 zeigt ferner, daß, im Ausführungsbeispiel mittels einer Hülse 815, der Zapfen einen Abschnitt aufweisen kann, der sich von dem neben ihm liegenden Abschnitt unterscheidet, beispiels¬ weise hinsichtlich seines Durchmessers. Bedeutsamer als ein anderer Durchmesser ist eine exzentrische Lage. Eine solche Exzentrizität läßt sich beispielsweise realisieren, wenn die Hülse 815 eine exzentrisch zu ihrer Innenmantelfläche angeord¬ nete Außenmantelfläche hat.The connecting surfaces 804 of the parts 802 have a shape as in the exemplary embodiment according to FIG. 15. Of course, the other forms according to the invention could also be used FIG. 21 further shows that, in the exemplary embodiment by means of a sleeve 815, the pin can have a section that differs from the section lying next to it, for example with regard to its diameter. An eccentric position is more important than another diameter. Such an eccentricity can be realized, for example, if the sleeve 815 has an outer surface arranged eccentrically to its inner surface.
Eine innen in einem hohlen Zapfen einer Kurbelwelle angeordnete Buchse braucht jedoch nicht vollflächig an der Innenmantel¬ fläche des Zapfens anzuliegen. Wie Fig.22 zeigt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel jeder der beiden Teile 805 des Zapfens einer Kurbelwelle im Abstand von der beiden Teilen gemeinamen Verbindungsstelle mit einer ringförmigen, nach innen vorsprin¬ genden Materialpartie 805' versehen, die aber auch durch einen eingesetzten Ring gebildet sein könnte. An diesen beiden Material¬ partien 805', die einen gleich großen Innendurchmesser haben, liegt eine Buchse 806 dicht an. Die Buchse 806, die Material¬ partien 805' und die Innenmantelfläche des Zapfens begrenzen somit einen Hohlraum 810, der bis zur Herstellung der Lötver¬ bindung nur über die Fuge zwischen den Verbindungsflächen 807 der beiden Teile 805 mit der Umgebung in Verbindung steht. Die Verbindungsfläche 807 hat eine Form, wie sie in Fig.15 dargestellt ist. Aber auch andere Formen, insbesondere Formen, die ein Hintergreifen ergeben, kommen in Frage. An diese Form der Verbindungsflächen ist, wie Fig.23 zeigt, das Lotblech 808 angepaßt, das zwischen die Verbindungsflächen 807 eingelegt wird. Ein durchgehender Schlitz 809 im Lotblech gewährleistet, daß bis zum Fließen de.s Lotes der Hohlraum 810 in Verbindung mit der Umgebung steht und deshalb ebenfalls evakuiert wird. Sobald j'edoch das Lot fließt, schließt sich der Spalt zwischen den Verbindungsflächen 807 vollständig und schließt den Hohlraum 810 ab. Nun wird das in der Umgebung wirkende Vakuum vermindert, also Gas in den Vakuumofen eingeleitet. Dadurch entsteht ein Differenzdruck zwischen dem Vakuum im Hohlraum 810 und der Umgebung der Kurbelwelle, aus dem eine Kraft resuliert, welche die Teile 805 auch in axialer Richtung zusammenpreßt und deshalb dazu beiträgt, den Spalt zwischen den Verbindungsflächen 807 zu beseitigen.However, a bushing arranged inside a hollow journal of a crankshaft does not need to be in full contact with the inner jacket surface of the journal. As shown in FIG. 22, in this exemplary embodiment each of the two parts 805 of the journal of a crankshaft is provided with an annular, inwardly projecting material portion 805 'at a distance from the two parts of the joint joint, which are also formed by an inserted ring could. A bush 806 lies tightly against these two material parts 805 ', which have the same inner diameter. The socket 806, the material portions 805 'and the inner circumferential surface of the pin thus delimit a cavity 810 which, until the soldered connection is made, is only connected to the environment via the joint between the connecting surfaces 807 of the two parts 805. The connection surface 807 has a shape as shown in FIG. 15. However, other shapes, in particular shapes that result in reaching behind, are also possible. As shown in FIG. 23, the solder plate 808, which is inserted between the connection surfaces 807, is adapted to this shape of the connection surfaces. A continuous slot 809 in the solder plate ensures that de . s solder the cavity 810 is in connection with the environment and is therefore also evacuated. However, as soon as the solder flows, the gap between them closes the connection surfaces 807 completely and closes the cavity 810. Now the vacuum acting in the environment is reduced, i.e. gas is introduced into the vacuum furnace. This creates a differential pressure between the vacuum in the cavity 810 and the surroundings of the crankshaft, from which a force results, which also compresses the parts 805 in the axial direction and therefore helps to eliminate the gap between the connecting surfaces 807.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.24 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig.22 nur dadurch, daß die radial nach innen vorspringenden Materialpartien 805' der Teile 805 des von den Wangen 811 getragenen Zapfens in Ringnuten der Buchse 806 ein¬ greifen und daß der Zapfen mit Ölbohrungen 812 versehen ist, die von dem Hohlraum -810 aus die Zapfenwand durchdringen. Die Querschnittsform der Materialpartien 805' und die sie aufneh¬ menden Ringnuten der Buchse 806 ist so gewählt, daß die Klemm¬ kraft, mit welcher der Eingriff in die Ringnuten erfolgt, auch eine Kraftkomponente in axialer Richtung ergibt. Diese Kraft¬ komponente hat- die gleiche Wirkung wie bei den Ausführungsbei¬ spielen gemäß den Fig.16 bis 20.The exemplary embodiment according to FIG. 24 differs from that according to FIG. 22 only in that the radially inwardly projecting material parts 805 'of the parts 805 of the pin carried by the cheeks 811 engage in annular grooves in the socket 806 and in that the pin has oil holes 812 is provided, which penetrate the pin wall from the cavity -810. The cross-sectional shape of the material parts 805 'and the annular grooves of the socket 806 receiving them is selected so that the clamping force with which the engagement in the annular grooves takes place also results in a force component in the axial direction. This force component has the same effect as in the exemplary embodiments according to FIGS. 16 to 20.
Um die Buchse 806 in die .in Fig.24 dargestellte Einbaulage zu bringen, werden die Teile 805 des Zapfens erwärmt und/oder die Buchse 806 abgekühlt, und zwar so weit, bis die Buchse 806 in den Zapfen eingeschoben werden kann.In order to bring the socket 806 into the installation position shown in FIG. 24, the parts 805 of the pin are heated and / or the socket 806 is cooled, namely until the socket 806 can be inserted into the pin.
In den Hohlraum 810 mündet ein Ölzufuhrrohr 813, das durch die den Zapfen aufnehmende Öffnung in der Wange 811 hindurch in das Innere der Buchse 806 eingeführt sein kann und von hier aus die Buchse 806 bis zur Mündung in den Hohlraum 810 durch¬ dringt. In dem Hohlraum 810, dessen Größe problemlos an den gewünschten Wert angepaßt werden kann, köpnten Mittel vorge- sehen sein, welche die für einen Anlauf erforderliche Öl enge zurückhalten und bei einem Anlauf den Ölbohrungen 812 zuführen.An oil supply pipe 813 opens into the cavity 810, which can be inserted into the interior of the socket 806 through the opening in the cheek 811 and from here penetrates the socket 806 to the mouth into the cavity 810. In the cavity 810, the size of which can easily be adapted to the desired value, means be seen, which hold back the oil required for a start-up and feed the oil holes 812 during a start-up.
Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entπehmbaren Merkmale sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. All of the features mentioned in the above description and also the features that can only be inferred from the drawing are further refinements of the invention, even if they are not particularly emphasized and are not mentioned in the claims.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s r u c h e
1. Zusammengesetzte Kurbelwelle, deren Einzel¬ teile im Bereich ihrer an den Teilungsstellen vorgesehenen Verbindungsflächen miteinander verlötet sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lötverbindungen als Hochtemperaturlötungen im Vakuum ausgeführt sind.1. Assembled crankshaft, the individual parts of which are soldered to one another in the area of their connecting surfaces provided at the dividing points, characterized in that the soldered connections are designed as high-temperature solderings in a vacuum.
2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Lötverbindungen Diffusions¬ verbindungen sind.2. Crankshaft according to claim 1, characterized in that the soldered connections are diffusion connections.
3. - Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die einander zugeordneten Verbindungsflächen (603-605; 608-610; 613-615; 618, 619; 704; 718; 804; 807) eine ein spaltloses Anliegen aneinander gestattende Form haben.3. - Crankshaft according to claim 1 or 2, characterized in that the mutually associated connecting surfaces (603-605; 608-610; 613-615; 618, 619; 704; 718; 804; 807) have a gap-free form allowing one another to have.
4. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindungs¬ flächen zumindest in einem Teilbereich (603; 608; 619; 704) eine konische Form haben.4. Crankshaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the connecting surfaces have a conical shape at least in a partial area (603; 608; 619; 704).
5. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die die Ver¬ bindungsflächen definierenden Mantellinien zumindest in einem Teilbereich (604, 605; 609, 610; 614, 615) einen gekrümmten Verlauf haben. 6. Kurbelwelle nach Anspruch 5, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Mantellinien in dem eine Krümmung aufweisenden Abschnitt (613-615; 618) einen wellenlinienförmigen Verlauf haben.5. Crankshaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the generatrices defining the connecting surfaces have at least in a partial area (604, 605; 609, 610; 614, 615) a curved course. 6. Crankshaft according to claim 5, characterized ge ¬ indicates that the surface lines in the section having a curvature (613-615; 618) have a wavy course.
7. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß von zwei mit¬ einander verlöteten Verbindungsflächen (613-615; 618;7. Crankshaft according to one of claims 1 to 6, characterized g e k e n n z e i c h n e t that of two mutually soldered connecting surfaces (613-615; 618;
619) wenigstens die eine einen von der anderen hiπtergreif- baren Abschnitt aufweist.619) at least one section that can be accessed by the other.
8. Kurbelwelle nach Anspruch 7, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der hintergreifbare Abschnitt der einen Verbindungsfläche (613-615; 618, 619) und der diesen Abschnitt hintergreifende Abschnitt der anderen Verbindungfläche je eine Gestaltung haben, welche vor dem Herstellen der Lötverbindung in den beiden zusammen¬ gefügten Teilen (611, 612; 616, 617; 701, 702; 701', 702'; 706) eine Spannkraft ergibt, die eine im Sinne einer An¬ näherung der beiden Verbindungsflächen (613-615; 618, 619; 718) aneinander wirkende Komponente hat.8. Crankshaft according to claim 7, characterized ge ¬ indicates that the engaging portion of the one connecting surface (613-615; 618, 619) and this portion engaging portion of the other connecting surface each have a design which before the solder connection in the the two joined parts (611, 612; 616, 617; 701, 702; 701 ', 702'; 706) results in a clamping force which, in the sense of an approximation of the two connecting surfaces (613-615; 618, 619; 718) has interacting components.
9. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens einer ihrer Zapfen einen ringförmigen Zapfenteil (217; 203; 203'; 717) aufweist, der zwei andere Teile (206; 701, 702; 701', 702'; 706) des Zapfens über je eine Lötver- binduπg miteinander verbindet.9. Crankshaft according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one of its pins has an annular pin part (217; 203; 203 '; 717) which has two other parts (206; 701, 702; 701', 702 ' ; 706) of the pin connects to each other via a solder connection.
10. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens einer ihrer Zapfen außen und/oder in seinem Inneren eine Buchse (801; 806) trägt, die aus einem Metall oder einem Keramikmaterial, insbesondere Oxid-Keramik, besteht. 11. Kurbelwelle nach Anspruch 10, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß bei einer Anordnung im Inneren des hohlen Zapfens die Buchse (806) an radial nach innen vorspringenden Elementen (8051), vorzugsweise in Umfangs- richtung geschlossenen Elementen, anliegt.10. Crankshaft according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one of its pins outside and / or in its interior carries a socket (801; 806), which consists of a metal or a ceramic material, in particular oxide-ceramic. 11. Crankshaft according to claim 10, characterized ¬ indicates that in an arrangement inside the hollow pin, the bushing (806) on radially inwardly projecting elements (805 1 ), preferably in the circumferential direction closed elements, is present.
12. Kurbelwelle nach Anspruch 11, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die vorspringenden Elemente (805') in Längsrichtung des Zapfens gesehen vor und hinter einer Lötverbindungsstelle des Zapfens vorgesehen sind und in Vertiefungen der Buchse (806) eingreifen, deren Gestaltung ebenso wie diejenige der Elemente so gewählt ist, daß eine Klemmkraft zwischen den Elementen (805') und der Buchse (806) eine im Sinn einer Annäherung der Verbindungsflächen der Lötverbinduπgsstelle wirkende Kraft¬ komponente hat.12. Crankshaft according to claim 11, characterized ge ¬ indicates that the projecting elements (805 ') seen in the longitudinal direction of the pin are provided in front of and behind a solder joint of the pin and engage in recesses in the bushing (806), the design of which, like that of Elements is chosen so that a clamping force between the elements (805 ') and the socket (806) has a force component acting in the sense of an approximation of the connecting surfaces of the soldered connection point.
13. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens einer ihrer hohlen Zapfen (305) zumindest in dem ein Lager bildenden Bereich ein in unterschiedlichen radialen Rich¬ tungen inkonstantes Widerstandsmoment hat.13. Crankshaft according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least one of its hollow pins (305) has a moment of resistance which is inconsistent in different radial directions, at least in the region forming a bearing.
14. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der hohl ausge¬ bildete Kurbelzapfen (405) auf einem Teil seines Umfangs in einem Maße in den Innenraum (409) wenigstens des einen benachbarten, ebenfalls hohlen Hauptlagerzapfens (408) ragt, das größer ist als die Wandstärke des Kurbelzapfens (405) .14. Crankshaft according to one of claims 1 to 13, characterized in that the hollow crank pin (405) protrudes on a part of its circumference to an extent into the interior (409) of at least one adjacent, also hollow main bearing pin (408) , which is greater than the wall thickness of the crank pin (405).
15. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kurbelzapfen wenigstens zwei in axialer Richtung nebeneinander ange¬ ordnete, achsversetzte Abschnitte aufweist. 16. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wangen (403) durch feingestanzte Platten gebildet sind.15. Crankshaft according to one of claims 1 to 14, characterized in that the crank pin has at least two axially offset sections arranged side by side in the axial direction. 16. Crankshaft according to one of claims 1 to 15, characterized in that the cheeks (403) are formed by finely stamped plates.
17. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wangen (503) aus Blech geformte Teile sind.17. Crankshaft according to one of claims 1 to 15, characterized in that the cheeks (503) are parts formed from sheet metal.
18. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Kurbel¬ zapfen (506, 517) wenigstens ein ungeteilt ausgeführtes Auge (25) eines Pleuels gelagert ist.18. Crankshaft according to one of claims 1 to 17, characterized in that at least one undivided eye (25) of a connecting rod is mounted on the crank pin (506, 517).
19. - Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wangen ein bezüglich der während einer Umdrehung unterschiedlich großen Beanspruchung optimiertes Widerstandsmoment haben.19. - Crankshaft according to one of claims 1 to 18, characterized in that the cheeks have an optimized section modulus with respect to the stress of different magnitudes during one revolution.
20. Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle gemäß Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest während desjenigen Zeitabschnittes der im Vakuum, vorzugsweise im Hochvakuum, erfolgenden Herstellung der Hochtemperaturlötung, in dem an das Lot fließt, auf die miteinander zu verlötenden Einzelteile der Kurbelwelle eine die einander zugeordneten Verbindungsflächen in Anlage aneinander zu bringen suchende Kraft einwirkt.20. A method for producing a crankshaft according to claim 1, characterized in that at least during that period of time in a vacuum, preferably in a high vacuum, the production of high-temperature soldering, in which flows to the solder, on the individual parts of the crankshaft to be soldered to one another associated connecting surfaces in plant to bring together seeks force.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die zu verlötenden Teile induktiv und/oder mittels Infrarotstrahlung erwärmt werden.21. The method according to claim 20, characterized in that the parts to be soldered are heated inductively and / or by means of infrared radiation.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man während der auf den Lötvorgang folgenden Abkühlung oder während einer daran anschließenden Wiedererwärmung gasförmigen aktiven Stick¬ stoff zum Zwecke der Härtung auf die Kurbelwelle einwirken läßt.22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that during the on Soldering process following cooling or during a subsequent reheating gaseous active nitrogen for the purpose of hardening can act on the crankshaft.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nitrierung bei einer Temperatur über 400°C durchgeführt wird.23. The method according to claim 22, characterized in that the nitriding is carried out at a temperature above 400 ° C.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Lötver¬ bindungen der Kurbelwelle gleichzeitig hergestellt werden.24. The method according to any one of claims 20 to 22, characterized in that all the soldered connections of the crankshaft are produced simultaneously.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den miteinander zu verlötenden Verbindungsflächen eine Lotpaste und/oder ein Lotgran.ulat, vorzugsweise eine Lotfolie, gebracht wird.24. The method according to any one of claims 20 to 24, characterized in that a solder paste and / or a solder granule between the connecting surfaces to be soldered together . ulat, preferably a solder foil, is brought.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Lotfolie vor dem Einbringen zwischen die Verbindungsflächen gestanzt und/oder tiefgezogen wird.26. The method according to claim 25, characterized in that the solder foil is punched and / or deep-drawn between the connecting surfaces before being introduced.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Vorhanden¬ sein eines nur über eine Trennfuge mit der Umgebung in Verbindung stehenden Hohlraum der Kurbelwelle eine in der Trennfuge liegende Lotfolie mit einer Unterbrechung versehen ist, durch die hindurch der Hohlraum evakuuiert wird und die so gestaltet ist, daß das fließende Lot die Verbindung zwischen dem Hohlraum und der Umgebung der Kurbelwelle schließt, und daß nach dem Fließen des Lotes, aber noch vor seiner Wiedererstarrung, ein Druckanstieg in der Umgebung der Kurbelwelle herbeigeführt wird. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur richtigen Positionierung der Einzelteile die miteinander zu ver¬ bindenden Teile des mit wenigstens einer Ölbohrung ver¬ sehenen Zapfens ein Stift in die Ölbohrung eingesetzt wird, der einen kleineren Durchmesser als die Bohrung27. The method according to any one of claims 20 to 26, characterized in that when there is a cavity of the crankshaft which is only connected to the environment via a joint, a solder foil lying in the joint is provided with an interruption through which the cavity passes is evacuated and is designed so that the flowing solder closes the connection between the cavity and the surroundings of the crankshaft, and that after the flow of the solder, but before it has solidified again, a pressure increase in the surroundings of the crankshaft is brought about. 28. The method according to any one of claims 20 to 27, characterized in that for correct positioning of the individual parts, the parts to be connected to one another of the pin provided with at least one oil hole, a pin is inserted into the oil hole which has a smaller diameter than that drilling
-hat und mit einer Lotfolie ummantelt ist, deren Dicke gleich der Spaltweite zwischen Bohrung und Stift ist.-has and is covered with a solder foil, the thickness of which is equal to the gap between the hole and the pin.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Einzelteile vor dem Verlöten fertig bearbeitet" oder, soweit es sich um die Zapfen handelt, zumindest bis auf eine geringe Endbearbeitung fertiggestellt und nach dem Verlöten sowie sich' gegebenenfalls daran anschließenden Behandlungsver¬ fahren nur noch fe_ctiggeschliffen werden.29. The method according to any one of claims 20 to 28, characterized in that all the individual parts are finished before soldering "or, as far as the pins are concerned, at least to a small degree of finishing and after soldering and ' if necessary, subsequent Treatment methods only have to be ground finely.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch g e k-e n n z e i c h n e t , daß einander hinter¬ greifende Teile der Kurbelwelle vor dem Verlöten aufeinander aufgeschrumpft werden. 30. The method according to any one of claims 20 to 29, characterized in that mutually engaging parts of the crankshaft are shrunk onto one another before soldering.
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