EP1809916A1 - Kurbeltrieb - Google Patents

Kurbeltrieb

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Publication number
EP1809916A1
EP1809916A1 EP05748289A EP05748289A EP1809916A1 EP 1809916 A1 EP1809916 A1 EP 1809916A1 EP 05748289 A EP05748289 A EP 05748289A EP 05748289 A EP05748289 A EP 05748289A EP 1809916 A1 EP1809916 A1 EP 1809916A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crankshaft
bearing
piece
connecting rod
crank mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05748289A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Wittek
Markus Kalenborn
Carl Ritterskamp
Kolja Orlowsky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102004054128A external-priority patent/DE102004054128A1/de
Priority claimed from DE202005005999U external-priority patent/DE202005005999U1/de
Application filed by FEV Motorentechnik GmbH and Co KG filed Critical FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Publication of EP1809916A1 publication Critical patent/EP1809916A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02—Constructions of connecting-rods with constant length
    • F16C7/023—Constructions of connecting-rods with constant length for piston engines, pumps or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
    • F16C3/08—Crankshafts made in one piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38—Ball cages
    • F16C33/3812—Ball cages formed of interconnected segments, e.g. chains
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/50—Cages for rollers or needles formed of interconnected members, e.g. chains
    • F16C33/502—Cages for rollers or needles formed of interconnected members, e.g. chains formed of arcuate segments retaining one or more rollers or needles
    • F16C33/504—Cages for rollers or needles formed of interconnected members, e.g. chains formed of arcuate segments retaining one or more rollers or needles with two segments, e.g. two semicircular cage parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
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    • Y10T29/49231—I.C. [internal combustion] engine making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2142—Pitmans and connecting rods
    • Y10T74/2162—Engine type

Definitions

  • the present invention relates to a crank drive, preferably for a combustion engine of a motor vehicle, and to a system for producing a crank drive, preferably for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • crankshaft offers particular operational reliability, provided that it is manufactured in one piece.
  • CH 294835 a crankshaft of an internal combustion engine, which can be used in motor vehicles but also in locomotives and railcars.
  • the crankshaft is made in one piece and combined with roller bearings.
  • the object of the present invention is to provide an improved crank mechanism.
  • crank mechanism with the features of claim 1
  • a modular system with a crank mechanism with the features of claim 18 and with a method and a system for producing a crank mechanism with the features of claim 21 and 30.
  • a crank drive preferably for an internal combustion engine of a motor vehicle, has a one-part crankshaft and at least one one-piece connecting rod, which are installed non-destructively with one another.
  • An inventive method for producing an internal combustion engine of a motor vehicle provides the following steps: producing a one-piece crankshaft, producing at least one one-piece connecting rod, assembling the one-piece connecting rod and the one-piece crankshaft and inserting the combination of connecting rod and crankshaft in a motor housing.
  • a system according to the invention for producing a crank mechanism preferably for producing an internal combustion engine of a motor vehicle, provides the following stations: Production of a one-piece crankshaft, production of at least one one-piece connecting rod, a first station for assembling the one-piece connecting rod and the one-piece crankshaft and a second station for inserting the combination of connecting rod and crankshaft in a housing, preferably a motor housing.
  • the system with all stations can be arranged in a group on a site, in particular in a common manufacturing area.
  • the individual stations can also be present separately from one another, for example in different production sites.
  • two stations can be integrated with each other.
  • the first and the second station can form a common production facility and thus can not be further separated.
  • the crank mechanism has at least one einteili ⁇ gene bearing block, in which the crankshaft is mounted.
  • the crank mechanism has only one-part bearing blocks.
  • the crank mechanism has a high wear resistance, since due to the one-piece nature of the individual components, a deviation from preset dimensions can be avoided.
  • frictional forces can be reduced due to the one-piece nature of the components. This in turn reduces the wear of the individual components that move against each other.
  • crank mechanism is used in particular in a multi-cylinder internal combustion engine.
  • This has, for example, at least three cylinders.
  • the one-piece crankshaft is non-destructive at least with a one-piece connecting rod, preferably with two and in particular with three each one-piece connecting rod ver ⁇ builds.
  • the crank mechanism has at least one roller bearing for the crankshaft.
  • the rolling bearing comprises at least one ball bearing and / or a roller bearing.
  • the crankshaft is exclusively roller bearings.
  • the crank mechanism has at least one respective rolling bearing and a plain bearing for the crankshaft.
  • Advantageous embodiments of anti-friction bearings for crankshafts can be seen, for example, from DE 101 53 018 A1, from DE 199 26 406 A1 as well as from DE 24 35 332 A1. These are referred to in terms of the nature of the rolling bearing, the arrangement of floating bearing and fixed bearing, with respect to used bearing body as well as used bearing materials and bearing assemblies within the scope of the disclosure of the invention.
  • ball bearings are used as main bearings. These represent a lower requirement for the shape and position accuracy, as present for example in other bearings, especially needle bearings. If, on the other hand, a greater accuracy with regard to the shape and position accuracy can be maintained, and on the other hand an increased force transmission through the bearings is required, roller or Nadella ⁇ ger can be used, in particular as a main bearing. Preferably, only one groove is provided when using a ball bearing. This makes it possible that a start-up mirror as well as a groove and an axial bearing can be omitted.
  • the rolling bearing in particular the ball bearing
  • the rolling bearing is finally mounted on the crankshaft.
  • one or more constituents of the bearing in particular a cage, can be segmented and composable.
  • rolling bearing bodies, in particular ball bearings may first be introduced into the bearing at least to a large extent, before a closure and in particular a positional positioning takes place by means of, for example, a cage.
  • an insertion can be provided. This preferably extends from an edge region of the rolling bearing into an interior of the rolling bearing. It has spielnem the shape of a ramp.
  • the insertion can also be closed again according to a development when the rolling bearing bodies have been introduced.
  • a metal or a plastic insert in particular a strip fen, be used positively and / or non-positively.
  • the insert can be screwed. About the insertion is made possible that the rolling bearing body can be subsequently introduced into the rolling bearing.
  • this makes it possible to assemble the rolling bearing on the crankshaft in such a way that, for example, the inner and outer rings and the cage are already preassembled. Subsequently, the rolling bearing can be filled.
  • This allows, for example when using a Kugella ⁇ gers the use of more balls, so that the possibility of distribution of the load and thereby increasing the life.
  • the rolling bearing should have a dynamic load rating C according to ISO 281 of at least 35 kN.
  • the roller bearing has no Ein 1500 ⁇ groove. Rather, in this case, the rolling bearing bodies are first introduced into the prepared bearing before the cage is used.
  • a first development provides that a roller bearing is used for a crankpin of the crankshaft and a ball bearing is used for a main bearing of the crankshaft.
  • this application is found in small cars, which are equipped, for example, with a three-cylinder internal combustion engine.
  • a second development provides that slide bearings are provided for the conrod bearings and rolling bearings for the main bearing of the crankshaft. This is used in particular in an internal combustion engine, de ⁇ ren cylinders are arranged in a V-shape.
  • a bearing of the camshaft which is also at least partly roller-mounted.
  • the camshaft is completely rolling. Furthermore, it is provided in an internal combustion engine, for example, that a fixed bearing is arranged where the clutch is closest. If, for example, a ball bearing and a thrust bearing are used as the main bearing of the crankshaft, in particular the larger of both is arranged in the region of a coupling flange.
  • rolling bearings As rolling bearings, the following rolling bearing types can be used individually or in combination:
  • Thrust bearing such as • single or double row deep groove ball bearings, for example, with a cover plate or a? Sealing washer or a snap ring;
  • Self-aligning ball bearings with, for example, a cylindrical bore or with a tapered bore
  • cylindrical roller bearings for example, single or double row, especially with cage
  • Needle ball bearings as well as rolling bearing types that can accommodate, for example, axial and radial forces, such as some of the bearings listed above and combinations thereof.
  • the rolling bearings can be arranged in X, O and / or tandem arrangements.
  • a plunger pump can be used to lubricate the roller bearings. This can in particular replace an otherwise possibly necessary oil pump for lubrication of the crank mechanism.
  • Lubrication can be made possible, for example, via an oil atomization and / or an oil spray.
  • oil immersion lubrication, splash oil lubrication, drip oil lubrication, oil circulation lubrication, skim oil lubrication, oil lubrication, and / or oil injection lubrication may be provided.
  • at least one of the rolling bearings used can also use a grease lubrication.
  • a grease regulator can be used. Also exists the
  • a lubrication of the connecting rod and main bearing is preferably done via the housing located in Kurbel ⁇ oil mist.
  • the connecting rods are guided in the piston, in particular as a top guide, in order to utilize that circumferential speeds at axial guide surfaces in the piston are significantly lower and there is only a pivoting movement there.
  • the connecting rod either on a portion of the circumference, especially where there is a light load, slotted or running on the lateral contact surfaces with lubrication, to ensure adequate oil supply.
  • an additional targeted spray oil lubrication on the connecting rod bearing in a certain position can be provided by an existing piston cooling oil nozzle, which directs a second jet onto the crank pin located in the TDC.
  • crankshaft main bearings unless they are enclosed or difficult to access, are preferably also lubricated with oil mist. Since they are not exposed to any centrifugal movement, the required amount of oil is significantly lower than that of the connecting rod.
  • the connecting rod can be guided axially at the top in the piston or at the bottom by the crankshaft.
  • Lubrication of the connecting rod and main bearings can be done either as forced lubrication, in particular injection / pressure oil supply, or by free lubrication, especially as oil mist. Also mixed forms are possible.
  • the cage material may also be made of steel or brass.
  • the cage can also be a sheet metal cage.
  • Another material of the cage may be a bronze, for example a Phosphorbron ⁇ ze or a ferro-silicon bronze.
  • Plastic can also be used for some applications, in particular glass fiber reinforced plastic, for example glass fiber reinforced polyamide 66.
  • the raceways for the rolling elements are hardened, in particular case hardened.
  • the case hardening depth is in particular in a range between 0.4 mm and 1 mm.
  • the radial clearance which is also called clearance, depending on the rolling bearing and crankshaft dimensions in a range between 60 microns and 300 microns are, in particular with their respective minima and maxima.
  • the crank mechanism is in particular constructed such that the crankshaft has a rounding at a transition between a bearing journal and a cheek such that the one-piece connecting rod can be guided past it.
  • one or more connecting rods can be threaded over the crankshaft.
  • the connecting rods By moving the connecting rods in different directions, the opening provided for the connecting rod bearing can in each case be rotated such that the openings can be guided via respective geometries of the crankshaft.
  • the connecting rods can be rotated in all possible directions about their axle bearing axis.
  • counterweights are arranged on the crankshaft.
  • the counterweights are arranged as separate counterweights.
  • the counterweights are screwed to the Kurbel ⁇ shaft. This is preferably done via at least two Spannschrau- ben.
  • the counterweights can for example be arranged on the crankshaft, when the one-piece connecting rods as well as the bearing blocks are connected to the crankshaft respectively.
  • the rolling bearing body can be filled and secured in a connecting rod bearing and / or in a crankshaft bearing.
  • a number of counterweights can be selected from the respective design conditions as well as the conditions of use of the pumping action.
  • the number of bolted counterweights for each engine design.
  • four-row cylinders for example, four or eight weights can be provided according to one embodiment.
  • a balancing of the crankshaft can be done in assembly with weights.
  • a sole balancing the crankshaft can be done. This is made possible in particular when there are tighter mass tolerances for the add-on parts.
  • An assembly of the crank mechanism can take place in such a way that pistons of the internal combustion engine are first connected to the connecting rods and, moreover, to the crankshaft before the pistons are introduced into a respective cylinder.
  • pistons of the internal combustion engine are first introduced into a respective cylinder and brought into a defined position, before the pistons are connected to the connecting rods and above with the crankshaft. It is also possible first to install the connecting rods with the crankshaft and only then to connect the connecting rods with the pistons.
  • main bearing rings and connecting rods are guided via the crankshaft to their respective position. Subsequently, corresponding rolling elements are inserted into the respective bearings. This implies that appropriate cages are used in the camps. A backup of the rolling elements can be done on the cages themselves as well as on corresponding other security mechanisms.
  • An internal combustion engine of a motor vehicle in particular an internal combustion engine with four cylinders operating according to the Otto principle, has, for example, the following features:
  • a one-piece crankshaft made of tempered steel with induction hardened bearing grooves is provided.
  • the crankshaft has bolted counterweights. These are preferably eight counterweights.
  • the one-piece connecting rods used are made of case-hardened steel.
  • the bearing cages are made of Dural aluminum.
  • a crankcase is provided into which the crank drive can be inserted, wherein the crankcase has separate, undivided bearing blocks.
  • the Ku ⁇ gelgeophuse is bolted to the cylinder head. It is preferably not provided Lagerertunnel- processing.
  • An assembly of the crank mechanism including the piston is preferably executed from below into the crankcase. Subsequently, the Kurbelgetude ⁇ se can be screwed to the cylinder head. In addition, a cross-fitting can be provided on an apron. Alternatively, as well as in addition, it is possible to screw used bearing blocks or the complete crank mechanism with the cylinder head.
  • the used bearing blocks are made of a different material than, for example, the crankcase or the cylinder head.
  • the bearing blocks for example, from a non-aluminum or magnesium-containing material, while, for example, the crankcase consists thereof.
  • material for a bearing block comes Casting or a steel material in question.
  • a bearing block can be two- or Distancetei ⁇ lig.
  • a development provides that a lead frame is used, which surrounds at least in part the crank mechanism in the internal combustion engine. Furthermore, bearing blocks can be arranged in the openings provided for ventilation in the crankcase. A cylinder head bolt can also use the bearing blocks by either this extends through the bearing blocks in the crankcase or finds their opponent in corresponding fittings in the bearing blocks.
  • a through-fitting is also applicable to horizontally split bearing blocks.
  • the thread is preferably arranged above a dividing plane.
  • Another embodiment provides a completely continuous screwing with which the lead frame can be screwed directly. This is also possible for both bearing blocks.
  • crankshaft so that a tread machining of crankshaft journals is limited to a milling and grinding of bearing grooves.
  • Cogging radii as well as hollow radii can be left in a rough contour predetermined by the manufacturing process of the crankshaft.
  • the bearing grooves produced can be used with standard parts of rolling bearings, in particular of roller bearing balls and roller bearing rings. This allows, for example, that a pre-assembly of a crankshaft with connecting rod and in particular also with bearing blocks, for example, the bearing manufacturer. After the assembly of the crank mechanism this can be sent her ⁇ steeper, for example, to the motors. This has, for example, in the meantime received the cylinder heads sent by the foundry as well as the crankcase together with the corresponding possible additional motor housing parts. The further assembly to the Verbrennungskraft ⁇ machine can then be done on site in the factory.
  • an assembly of components with the cylinder crankcase by different installation procedures.
  • Four different alternatives are listed in the following in abbreviated form, without, however, concluding this enumeration.
  • the alternative approaches are the following arrangements: 1. closed bearing blocks in rectangular cylinder crankcase lane, preferably thermally decoupled;
  • FIG. 1 is a schematic view of a crankshaft with components which are guided over the crankshaft to its installation position
  • FIG. 2 shows a schematic view of a crank mechanism, on which connecting rods as well as bearings are preassembled and counterweights are mounted,
  • FIG. 4 is an exploded view of a bearing block, which is geeig ⁇ example, for a bearing to take an axial support, - - - - -
  • FIG. 7 shows a fully assembled crank mechanism, which is permanently installed in a crankcase
  • 8 shows a detail of a crankshaft with a fully assembled connecting rod, wherein in particular a roller bearing and a U-shaped support can be used
  • FIG. 9 shows the detail shown in FIG. 8 in a quasi exploded view to illustrate the installation
  • FIG. 13 is a detail of FIG. 11,
  • FIG. 14 is a partial enlargement of FIG. 12,
  • Fig. 15 shows a further embodiment for attaching a counterweight to a
  • Fig. 16 shows another embodiment for attaching a counterweight to a
  • FIG. 18 is a first view of the one-piece crankshaft of FIG. 17; FIG.
  • FIG. 19 is a second view of the one-piece crankshaft of FIG. 18; FIG.
  • FIG. 20 shows a connecting rod from FIG. 17 in a first view
  • FIG. 21 shows a connecting rod from FIG. 17 in a second view
  • FIG. 22 shows an example of an insertion of a crank mechanism in a cylinder crankcase with a one-piece crankshaft and one-piece connecting rod
  • FIG. 23 shows a view of a one-piece crankshaft with attached counterweights and roller bearings, which are each shown in dashed lines in a sectional view
  • FIG. 23 shows a view of a one-piece crankshaft with attached counterweights and roller bearings, which are each shown in dashed lines in a sectional view
  • FIG. 24 shows by way of example a possible first embodiment of inserting a piston into a cylinder liner
  • FIG. 25 shows an enlargement of a region circled in dashed lines in FIG. 24, FIG.
  • FIG. 26 shows an exploded view of components shown in FIG. 24 and FIG. 25, FIG.
  • Fig. 28 shows a first strap
  • Fig. 29 shows an enlargement of a section of the first tension band
  • FIG. 30 shows an inserted clamping band which compresses the piston ring in order to be able to insert the piston into a cylinder liner
  • FIG. 31 shows an enlargement of a region circled in FIG. 30, FIG.
  • Fig. 32 shows an example of a way to solve a Spanbandes from the piston after insertion of the piston in a cylinder liner
  • FIG. 33 shows an exploded view of the components resulting from FIG. 30.
  • FIG. 1 shows a crank mechanism 1 with a one-piece crankshaft 2.
  • An integral connecting rod 3 is inserted obliquely onto the crankshaft 2.
  • the dimensioning of the one-piece crankshaft 2 is matched to an opening 4 in the connecting rod such that the connecting rod 3 can be guided over the crankshaft 2 into its position.
  • a second connecting rod 5 is exemplarily already guided to its final position and provided with a corresponding bearing 6.
  • the bearing 6 is preferably a roller bearing, in particular a ball bearing.
  • the Connecting rods 3, 5 have thus been threaded from a front side 6 of the crankshaft.
  • the crankshaft 2 has, for example, in a region of a main journal 9 a rounding at the transition to a cheek 11. Upon further transition from the cheek 11 to a connecting rod bearing raceway 12, a rounding 10 is again provided.
  • the crankshaft is completely provided with rolling bearings and in particular with ball bearings. Therefore, an inner race 14 of a main bearing has a circumferential groove 15.
  • a second inner race 16 of a Hubzapfenlagers 17 is also designed as a circumferential groove 15.
  • the bearing ring 13 and the connecting rod 3 each have peripheral grooves 15.
  • the geometry of the groove 15 can thus be determined, which type is the rolling bearing.
  • this ball bearing, roller bearings, needle roller bearings, angular contact bearings as well as thrust bearings can be.
  • Fig. 2 shows a second crank mechanism 18.
  • the connecting rods 19 as well as the main bearings 20 are fully assembled.
  • the exact assembly of connecting rod 19 as main bearing 20 will be discussed below.
  • counterweights 21 are screwed to the crankshaft 22.
  • the respective cheeks preferably each have two parallel blind hole bores.
  • the counterweights 21 can then be placed on the cheeks 23 in a form-fitting manner, for example.
  • corresponding screws which preferably have a screw head with hexagon socket, the counterweights are fixed with a defined tightening torque.
  • FIG. 3 and FIG. 4 show a schematic view of a possible assembly of a crank mechanism using the example of a four-cylinder in-line engine when using ball bearings. - - _ -. , ._ -.
  • Fig. 3 shows a crankcase 24, to which a cylinder head 25 is screwed.
  • piston 26 are equipped with not shown in detail piston rings ins ⁇ particular wiper rings number and introduced from above into a cylinder tube 27.
  • the inserted pistons 26 are pushed beyond the UT position, so that a bore 28 for a piston pin 29 emerges from the cylinder tube 27.
  • the pre-assembled Crankshaft 30 are held in position, the two inner connecting rods of the four connecting rods are arranged in UT position.
  • the camshaft 30 can be pushed in the direction of arrow 31 by approximately half a piston stroke.
  • crankshaft is rotated by approx. 90 °.
  • the outer pistons analogously to the inner pistons. This means that first the internal pistons are attached to the crank mechanism, before the outside are fastened. In the case of a six-cylinder row arrangement, in turn, the fastening of the different pistons must take place in such a way that sufficient clearance for insertion of the respective piston pins is provided in each case.
  • the crankshaft drive can be moved further in the direction of arrow 31 until the respective bearing blocks 32 come into abutment in the cylinder crankcase 24.
  • the cylinder crankcase 24 has a rectangular lane 33 for this type of assembly.
  • the rectangular alley 33 is formed over aprons 34.
  • the aprons 34 in turn have mating surfaces 35.
  • the mating surfaces 35 are preferably milled.
  • radially arranged mating surfaces 35 are provided through which extend longitudinal holes 36.
  • the bearing blocks 32 in the crankcase 24 can each be fixed laterally in this way.
  • the cylinder head 25 can be placed on top.
  • the cylinder head screws 37 are also tightened with a defined tightening torque.
  • the cylinder head bolts 37 preferably extend in such a way that they can be screwed into the respective bearing blocks 32 via corresponding bores 38 extending through the crankcase 24. In this way, a power flow through the cylinder head bolts can be closed in the crankcase.
  • the so fully assembled engine for example, from Fig. 7 shows.
  • FIG. 4 and 5 show the assembly of a one-piece bearing block 38.
  • the bearing block 38 is designed as a fixed bearing.
  • a first securing ring 39 is inserted into the bearing block 38.
  • a preassembled roller bearing in this case a ball bearing 40, inserted into the bearing block 38 flush against the retaining ring 39.
  • the ball bearing 40 is fixed in the bearing block 38 with a second securing ring 41. This results in the example shown in Fig. 4 of the finished mounted bearing block 38 as a fixed bearing.
  • FIG. 42 On the one hand exploded view of a one-piece connecting rod 42.
  • the assembly of an exemplary rolling bearing for the Connecting rod 42 shown.
  • the rolling bearing is in turn a ball bearing 43.
  • a cage 44 has four 180 ° segments 45.
  • the parting lines 46 of the segments 45 are each offset by 90 °. This results in an assembly the same performance as a completely closed cage.
  • a joining of cage halves takes place in the installed state by means of screwing, riveting or welding. According to a first possibility, a first half of the cage is inserted into the connecting rod 42 and then the balls 47 are inserted and subsequently enclosed by the second half of the cage.
  • cage segments Due to the separation of the cages into segments, it is possible to arrange them on the connecting rod only when the connecting rod 42 has been fitted to its position via the crankshaft.
  • cage segments are clipped together, for example, by a corresponding tongue-and-groove, by a barb form in the form of pins or the like.
  • Various snap closures as well as puzzle profiles with an undercut can be used for this purpose.
  • the cage segments are secured in the axial and / or radial direction, for example by screwing, gluing or the like.
  • a cage material can come next to steel and aluminum and plastic in question. It can be used sheet metal cages as well as pressed profiles.
  • the balls are first introduced, aligned and then only the cage segment introduced, with which the balls are held in position.
  • this methodology a higher number of balls can be introduced. It is also possible to use a closed cage which has no segment.
  • Fig. 7 shows a fully assembled crank mechanism in a crankcase, which has been mounted according to the sequence as described in Fig. 2.
  • the complete crank mechanism can be inserted into the cylinder crankcase by inserting the pistons from below into the cylinder tubes.
  • the pistons can be introduced in particular simultaneously.
  • T is an outlet of the cylinder tube is provided with a circumferential insertion bevel. This avoids snagging the piston rings. Then the cylinder head bolts are tightened so that the engine is mounted.
  • crankshaft in the engine block as it is the case, for example, in a conventional sliding bearing engine with bearing caps bolted from below.
  • the assembly can in principle be carried out as in Fig. 2 or as described above.
  • the bulkhead walls are to be save that the pistons can dive clearly over the UT position or can be introduced from below into the engine block.
  • chamfers for the piston rings are required when mounting from below to the cylinder tubes.
  • Cylinder head as well as bearing cap can be fixed both by a common screw connection as well as separately.
  • Fig. 8 shows an embodiment of a crank mechanism 48, which is particularly small. This makes it possible to use an extremely small space that is available, even with a one-piece crankshaft 49 and one-piece connecting rod 50.
  • the wings 51 are provided with short chamfers 52, but without having rounded portions, as they appear, for example, in the crank mechanism from FIG.
  • a roller bearing in the crank mechanism 48 By using a roller bearing in the crank mechanism 48, a higher load capacity can be achieved.
  • a combination of roller and ball bearing is used. Due to the use of roller bearings, the WälzEffbah- nen on the pin and in the connecting rods each have a cylindrical shape 53.
  • An axial guidance of the connecting rod 50 can both via the crank webs 56 - a so-called bottom guide - as well as by the piston, not shown - a so-called top guide - done.
  • it is selected which of the two guides is used.
  • a bottom guide for example, for a lubricant supply to the crank webs and a crank pin bearing on the connecting rod one or more grooves, slots or holes are attached. Also laterally bronze discs or hardened steel discs can be placed.
  • a top guide for example, can be dispensed with slots or the like on the piston eye for lubrication.
  • FIG. 9 illustrates a mounting of a roller bearing on the crank mechanism 48 of FIG. 8.
  • a first roller cage half 57 is pushed axially in the direction of arrow 58 via the crank 59 into the connecting rod 50.
  • the main bearing 55 there is the equivalent operation with also a first roller cage half 57.
  • the roller cage half 57 After the roller cage half 57 has been inserted in each case, this is rotated in each case by 180 °. Subsequently, will a not shown second roller cage half also axially inserted into the connecting rod 50 and in the main bearing 55. This results in a form-locking Schwal ⁇ benschwanzitati 60.
  • the respective cage halves are secured together by means of screws or rivets.
  • the first roller cage half 57 is inserted after the second roller cage half has already been used at the main bearing 55.
  • the second roller cage half could already have been arranged on the crankshaft during threading of the connecting rod.
  • a diameter of a crank in an outer area 61 is preferably smaller than a diameter of the respective journal 62.
  • a circumference of the outer area 61 depends on this in particular according to a circumferential angle of the cage segment used in each case. In the example shown in FIG. 9, this is 180 °.
  • the cage halves can also be secured against axial movement in addition to pinning, riveting, screwing by gluing, caulking and / or by welding.
  • FIGS. 10 to 14 show in detail the connection of cage segments, as is preferred.
  • 10 shows an illustration of a positive connection of a first cage segment 63 with a second cage segment 64.
  • Rollers 65 are arranged in the cages. However, these can also be balls, needles or the like.
  • both cage segments 63, 64 have a dovetail connection 66 as a positive connection. From Fig. 11, the segmental construction of the cage is more apparent.
  • the first cage segment 63 is separated from the second cage segment 64 ge.
  • the dovetail connection 66 and the geometry respectively present in each cage segment 63, 64 are shown. It should be noted that each cage segment has two grooves on one side and two springs on the other side.
  • FIG. 12 shows the assembled cage 67. In addition to segments which have joints at 180 °, other segment sizes may also be used.
  • Fig. 13 shows the dovetail joint 66 again in magnification. Likewise, this also appears again in magnification in a front view from FIG. 14.
  • FIG. 15 shows a cross section through a crankshaft 68. A surface of the crankshaft has a flat surface 69 on which a counterweight can be placed. The flat surface 69 is preferably milled.
  • one or more bores 70 can be introduced into this surface, for example as a fitting bore or for screwing.
  • the flat surface 69 can also be used to achieve a positive connection and / or a frictional connection between the crankshaft 68 and the counterweight.
  • FIG. 16 shows a further cross section through another crankshaft 71.
  • the surface of the crankshaft 71 has two planes 72, 73 which are at an angle to one another and preferably meet to form a gable.
  • the planes 72, 73 can also be arranged in a V-shape, without them meeting each other.
  • other surface, in particular planes, between the two levels 72, 73 are arranged.
  • a surface with a polygon, with a groove and / or elevation can be formed.
  • Each Ebe ⁇ ne may have one or more holes, for example as a fitting hole or for screwing.
  • the surfaces in combination can also be used to achieve a positive connection and / or a frictional connection between the crankshaft and the counterweight.
  • FIG. 17 shows, by way of example, a further crank drive construction, measures and key figures being given below for this crank drive construction.
  • these are not limited to the present crank drive, in particular the illustrated roller bearing crank drive 74. Rather, the dimensions and key figures or areas for other roller bearing crank mechanisms can be used.
  • the roller bearing crank drive 74 does not differ from a mounting in a ball-bearing crank drive.
  • a receptacle 75 for one or more counterweights is preferably provided with a self-centering, for example designed as a V-profile with, for example, an angle of 120 °.
  • This design preferably does not require the use of fitting aids such as pins and / or sleeves. Passing aids such as pins and / or sleeves are preferably used in straight bearing surfaces that have no self-centering.
  • the counterweights are pressed axially against a contact surface 76 during assembly and then screwed.
  • crankshaft Also characteristic of this crankshaft are the specially shaped first inclined surface 77 and second inclined surface 78 and the recess 79, preferably also a slope is. The arrangement of these surfaces at transitions guaranteed in this embodiment, a clearance when threading the connecting rod and in particular the bearing blocks.
  • crank mechanism with a sufficient rigidity for the mountability, in particular for threading over the connecting rods and bearing blocks, the values of which can fluctuate by approximately +/- 20%.
  • the values indicated below are shown in more detail in FIGS. 18, 19, 20 and 21. These two figures show an exemplary crank mechanism and the respective associated components.
  • DH Z / DHL 1 (preferably value 1, if D Hz / D H L ⁇ 1, the larger diameter is decisive)
  • rollers For a sufficient dynamic load rating of 45 kN, for example, for an A-cylinder passenger car engine, preferably 14 to 20 rollers are to be used, wherein the preferred roller size should be between 7 and 9 mm.
  • roller bearing crankshaft measurement ratios are also applicable to the ku ⁇ gelgelagerte crankshaft, being used as the outer ring diameter of Kugellauf ⁇ track diameter minus twice the groove depth.
  • Fig. 22 shows an exemplary view in an exploded view of a possibility of mounting a cylinder crankcase with piston and crank mechanism together with ladder frame.
  • the assembly principle of the crank mechanism in the cylinder crankcase and the Kolbenmon ⁇ days are preferably identical to that in a ball-mounted version according to this embodiment.
  • stud bolts are preferably used in Fig. 17 1, which can be countered for torsions ⁇ free tightening via a hexagon socket in the head.
  • a second fastening of bearing blocks, in particular for avoiding vibrations in the crankshaft direction, is preferably to be carried out via a lead frame 81, as can be seen from FIG. 22 in an exemplary embodiment.
  • the lead frame 81 is connected via the thread 82 with the bearing block 83.
  • the lead frame 81 is connected to a non-illustrated ⁇ lwannenflansch the cylinder crankcase 84 by screw not shown. If, for reasons of space, for example due to an oil pan which becomes flatter towards the rear, an outer bearing block 85 can not be connected via the lead frame 81, connection via a housing cover 86 to the cylinder crankcase is possible, for example, or by a lateral screw connection.
  • the bearing blocks 83 shown in FIG. 22 preferably have a directly incorporated running surface for a direct bearing in the bearing block. This also makes it possible to keep the Lager ⁇ blocks 83 and necessary components small.
  • Fig. 23 shows an exemplary embodiment of the crank mechanism, in which a preferred axial guidance of the crankshaft is shown.
  • the axial guidance of the crankshaft can be taken over by a standard cylindrical roller bearing type NUP, which is pushed onto the free end of the shaft.
  • This bearing has guide rims in both the outer ring and the inner ring, which can receive a clutch release force and prevent the crankshaft from moving axially in the direction of the coupling.
  • the inner ring of the standard bearing is secured against slipping. According to one embodiment, this takes place for example via a radial Schrumpf ⁇ seat or according to another embodiment by means of an axial strain, for example with a steering wheel or chain sprocket.
  • the axial fixing can also take place via slide rings 87, 88, in particular made of bronze, which are fastened, for example, to the housing-fixed bearing block 89, in particular screwed.
  • the clutch release force is transmitted from a coupling flange 90 to the slip ring 88.
  • the counterweight 91 runs against the sliding ring 87.
  • the lubrication of the seal rings and the interposed roller bearing 92 with cage 93 takes place for example via an oil hole with capture or pressure oil, which is not shown in detail.
  • the Axiallagerung or fixation on slip rings can be arranged as shown both on the coupling side, but also be arranged on the free shaft end or on any other main bearing. Instead of the sliding rings and Nadellager ⁇ wreaths can be used.
  • a cage guide of the rolling bearing can be seen from FIG.
  • the radial guidance of the connecting rod bearing cage is due to the skidder force on the outer raceway in the connecting rod.
  • a radial guidance of the main bearing cage can be guided via the crankshaft journal as an inner raceway or by means of suitable shaping of the cage pockets by support on the rolling elements in such a way that no contact of the cage with the inner and outer running surfaces takes place.
  • crank mechanism which values can be used in various rolling bearings.
  • a main bearing clearance should be between 20 and 80 microns.
  • An upper limit of the individual games can be raised up to a value of 25 times, as is partially indicated in parentheses.
  • FIGS. 24 to 33 show various possibilities of how a piston can be inserted into a cylinder in such a crank mechanism.
  • a piston ring clamping band can be used for this purpose.
  • Fig. 24 and Fig. 25 as an enlargement show a use of a clamping band or clamping ring with a collar 95.
  • the strap is stripped off automatically when inserted from the ring package of the piston when the collar 95 for resting on an end face 96 of a cylinder tube 97th comes.
  • the tension band slides down over the piston shaft from the piston 98 as soon as the piston 98 is fully inserted.
  • the tensioning band then located above the connecting rod can be cut off from the outside with a hook or cut open with scissors.
  • a ripcord may also be provided.
  • the tension band with collar can either be made of a folded Blech ⁇ or plastic tape that is welded or folded at the ends, or be deep drawn from a sheet metal ring.
  • a perforation may be provided as a predetermined breaking point, unless the tape is cut.
  • an angled tab is used, which is mounted next to a predetermined breaking point on the strap or miteinitati in the Falzitati.
  • the flap looks exactly like the waistband 95. As soon as the tab comes to a stop, the tight-fitting band on the piston is torn open.
  • the pistons are preferably inserted with the shaft in a mounting sleeve with a long and wide insertion bevel, so that the piston rings are gradually stretched and n their grooves are inserted.
  • the insertion bevel preferably has a larger diameter than the relaxed piston rings as the largest diameter.
  • the bevel itself has a shallow angle so that the rings do not lose their aligned position relative to the piston ring groove and thus the piston rings absorb as little axial force as possible.
  • an insertion bevel is provided for the piston rings. This is preferably only very short. This avoids that a height of the engine due to the insertion bevel must increase.
  • an insertion bevel is a height that is approximately on the order of 1 to 1.5 times a ring package height.
  • the slope has an angle of at most 10 °.
  • a tension band is provided to bias the piston rings to a minimum diameter. The minimum diameter does not have to be the smallest possible diameter. It may be sufficient to push the piston rings so far that they can be inserted into the slope. Thereafter, the tension band can be removed ent. For example, a ripcord can be pulled, which separates the Spann ⁇ band and thus subdivided for removal.
  • the piston can be pushed further into the cylinder.
  • the ripcord or another release agent can, for example, be glued in the form of a plastic or sheet metal strip, welded into the material or wound around the tensioning band. A controlled tearing open of the tensioning strap is possible, for example, by means of a perforation or other type of breakage point.
  • the clamping band consists of a thin sheet or plastic.
  • the thickness of a tension band is less than 0.2 mm.
  • it can be pulled in one piece as a type of heat-shrinkable tube over the ring packet from inserted piston rings.
  • an open band can be used, which is closable after a tangential clamping. The closing can be done, for example, by gluing or welding overlapping band ends.
  • Another possibility consists of a seaming, wherein the Pfalz can additionally be glued or welded.
  • the Pfalz is flattened after forming.
  • crank mechanism with a one-piece crankshaft and one-piece connecting rods and in particular one-piece bearing blocks is not only in internal combustion engines for motor vehicles, but also in for example internal combustion engines for vehicles in general, for example for motorcycles, for generators, for work machines in general, a corresponding Crankshaft auf ⁇ wise, can be used.
  • internal combustion engines such a crank mechanism can be used in in-line engines, in V engines, in internal combustion engines operating according to the Otto principle as well as the diesel principle. Applications may also be present in pumps, compressors with crank mechanisms or the like.
  • the crank mechanism can also be used with a power generator.
  • the crank mechanism can be used in a generator.
  • the crank mechanism is used where, in the case of a roller bearing application, there is a great potential for reducing consumption.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb (1), wobei der Kurbeltrieb (1) eine einteilige Kurbelwelle (2) sowie zumindest ein einteiliges Pleuel (3) aufweist, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind. Des weiteren werden ein Systembaukasten eines derartigen Kurbeltrie­bes, ein Herstellungsverfahren sowie eine Anlage zur Herstellung des Kurbeltriebes vor­geschlagen.

Description

Kurbeltrieb
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb vorzugsweise für eine Verbrennungs¬ kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie eine Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes vorzugsweise für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
Es ist bekannt, dass eine Kurbelwelle besondere Betriebssicherheit bietet, sofern sie ein- stückig hergestellt ist. Beispielweise geht aus der CH 294835 eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine hervor, die bei Kraftfahrzeugen aber auch bei Lokomotiven und Schienentriebwagen einsetzbar ist. Die Kurbelwelle ist aus einem Stück gefertigt und mit Rollenlagern kombiniert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kurbeltrieb zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 , einem Systembaukasten mit einem Kurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 18 sowie mit einem Verfahren bzw. einer Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes mit den Merkmalen des Anspruches 21 bzw. 30. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und An¬ wendungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen wie aus der nachfol¬ genden Beschreibung näher hervor.
Erfindungsgemäß weist ein Kurbeltrieb vorzugsweise für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges eine einteilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel auf, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Verbrennungskraftmaschine ei- nes Kraftfahrzeuges sieht die-folgenden Schritte vor: Herstellen einer einteiligen Kurbel¬ welle, Herstellen von zumindest einem einteiligen Pleuel, Zusammensetzen des einteili¬ gen Pleuels und der einteiligen Kurbelwelle und Einsetzen der Kombination von Pleuel und Kurbelwelle in ein Motorgehäuse.
Eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes vorzugsweise zur Herstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges sieht die folgenden Stationen vor: Herstellung einer einteiligen Kurbelwelle, Herstellung von zumindest einem einteiligen Pleuel, eine erste Station zum Zusammensetzen des einteiligen Pleuels und der einteiligen Kurbelwelle und eine zweite Station zum Einsetzen der Kombination von Pleuel und Kurbelwelle in ein Gehäuse, vorzugsweise ein Motorgehäuse.
Die Anlage mit allen Stationen kann zusammengelegt auf einem Gelände, insbesondere in einem gemeinsamen Fertigungsbereich angeordnet sein. Die einzelnen Stationen kön¬ nen jedoch auch getrennt voneinander vorliegen, beispielsweise in verschiedenen Ferti¬ gungsstätten. Auch können zwei Stationen miteinander integriert sein. Zum Beispiel kön¬ nen die erste und die zweite Station eine gemeinsame Fertigungsstätte bilden und so nicht weiter auftrennbar sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb zumindest einen einteili¬ gen Lagerbock aufweist, in dem die Kurbelwelle gelagert ist. Vorzugsweise ist vorgese¬ hen, dass der Kurbeltrieb nur einteilige Lagerböcke aufweist. Auf diese Weise gelingt es, dass zum Einen nicht nur die einteilige Kurbelwelle, sondern auch die jeweils einteiligen Pleuel aufgrund der Lagerung in den einteiligen Lagerböcken die jeweiligen Genauigkei¬ ten, die bei der Herstellung erzielt worden sind, vorteilhaft umsetzen können. Das bedeu¬ tet, dass ein derartiger Kurbeltrieb einerseits eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist, da aufgrund der Einteiligkeit der einzelnen Bauteile eine Abweichung von voreingestellten Abmaßen vermieden werden kann. Zum Anderen können aufgrund der Einteiligkeit der Bauteile Reibungskräfte vermindert werden. Dieses vermindert wiederum den Verschleiß der einzelnen Bauteile, die sich gegeneinander bewegen.
Vorteilhaft wird der Kurbeltrieb insbesondere bei einer Mehrzylinder- Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Diese weist beispielsweise zumindest drei Zylin¬ der auf. Die einteilige Kurbelwelle ist zerstörungsfrei zumindest mit einem einteiligen Pleuel, vorzugsweise mit zwei und insbesondere mit drei jeweils einteiligen Pleuel ver¬ baut.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb zumindest eine Wälzlagerung für die Kurbelwelle hat. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wälzlagerung zu¬ mindest ein Kugellager und/oder ein Rollenlager umfasst. Gemäß einer anderen Ausges¬ taltung ist vorgesehen, dass die Kurbelwelle ausschließlich wälzgelagert ist. Wiederum kann vorgesehen sein, dass der Kurbeltrieb zumindest jeweils eine Wälzlagerung und eine Gleitlagerung für die Kurbelwelle aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen von Wälzlagerungen für Kurbelwellen gehen beispielsweise aus der DE 101 53 018 A1 , aus der DE 199 26 406 A1 wie auch aus der DE 24 35 332 A1 hervor. Auf diese wird bezüglich der Art der Wälzlager, der Anordnung von Loslager und Festlager, bezüglich verwendeter Lagerkörper wie auch verwendeter Lagermaterialien und Lageraufbauten im Rahmen der Offenbarung der Erfindung verwiesen.
Vorzugsweise werden Kugellager als Hauptlager genutzt. Diese stellen eine geringere Anforderung an die Form- und Lagegenauigkeit dar, wie sie beispielsweise bei anderen Wälzlagern, insbesondere Nadellagern vorliegen. Kann dagegen eine größere Genauig- keit bezüglich der Form- und Lagegenauigkeit eingehalten werden, andererseits eine er¬ höhte Kraftübertragung durch die Lager gefordert werden, können Rollen- oder Nadella¬ ger eingesetzt werden, insbesondere auch als Hauptlager. Vorzugsweise wird bei einem Einsatz von einem Kugellager nur eine Rille vorgesehen. Dadurch gelingt es, dass ein Anlaufspiegel wie auch eine Hohlkehle nebst einer Axiallagerung entfallen kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Wälzlager, insbesondere das Kugellager, erst auf der Kurbelwelle endmontiert wird. Hierzu können ein oder mehrere Bestandteile des La¬ gers, insbesondere ein Käfig, segmentiert und zusammensetzbar sein. Beispielsweise können Wälzlagerkörper, insbesondere Kugellager, zuerst zumindest zu einem Großteil in das Lager eingeführt werden, bevor ein Verschluss und insbesondere eine Lagenpositio¬ nierung mittels beispielsweise eines Käfigs erfolgt.
Um ein Einführen der Wälzlagerkörper bei schon zumindest teilweise auf der Kurbelwelle oder auf einem Lagersitz aufgebrachtem Bauteil des Wälzlagers zu ermöglichen, insbe- sondere bei schon aufgesetztem Innen- und/oder Außenring des Wälzlagers, kann bei¬ spielsweise eine Einführnut vorgesehen sein. Diese erstreckt sich vorzugsweise von ei¬ nem Randbereich des Wälzlagers in ein Inneres des Wälzlagers hinein. Dabei hat es bei¬ spielsweise die Form einer Rampe. Die Einführnut kann gemäß einer Weiterbildung auch wieder verschlossen werden, wenn die Wälzlagerkörper eingeführt worden sind. Dazu kann beispielsweise ein Metall- oder auch ein Kunststoffeinsatz, insbesondere ein-Strei- fen, form- und/oder kraftschlüssig eingesetzt werden. Auch kann der Einsatz verschraubt werden. Über die Einführnut wird ermöglicht, dass die Wälzlagerkörper noch nachträglich in das Wälzlager eingeführt werden können. Insbesondere ermöglicht dieses einen Zu¬ sammenbau des Wälzlagers auf der Kurbelwelle in der Weise, dass beispielsweise der Innen- und der Außenring sowie der Käfig schon vormontiert sind. Anschließend kann das Wälzlager befüllt werden. Dieses erlaubt beispielsweise bei Verwendung eines Kugella¬ gers die Nutzung von mehr Kugeln, damit die Möglichkeit der Verteilung der Traglast und dadurch eine Erhöhung der Lebensdauer. Vorzugsweise werden bei einem einreihigen Kugellager gemäß einer Ausgestaltung zwischen 8 und 14 Kugeln verwendet. Das Wälz¬ lager soll gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine dynamische Tragzahl C nach ISO 281 von mindestens 35 kN aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Wälzlager keine Einführ¬ nut aufweist. Vielmehr werden in diesem Falle die Wälzlagerkörper zuerst in das vorbereitete Lager eingeführt, bevor der Käfig eingesetzt wird.
Eine erste Weiterbildung sieht vor, dass für einen Hubzapfen der Kurbelwelle ein Walzen¬ lager verwendet wird und für ein Hauptlager der Kurbelwelle ein Kugellager. Vorzugswei¬ se findet dieses Anwendung bei Kleinwagen, die beispielsweise mit einer Drei-Zylinder- Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet sind. Eine zweite Weiterbildung sieht vor, dass Gleitlager für die Pleuellager vorgesehen sind und Wälzlager für die Hauptlager der Kur- belwelle. Dieses wird insbesondere bei einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, de¬ ren Zylinder in V-Form angeordnet sind. Dort wie auch bei anderen Verbrennungskraft¬ maschinen mit der einteiligen Kurbelwelle und dem zumindest einem einteiligen Pleuel kann zusätzlich eine Lagerung der Nockenwelle eingesetzt werden, die ebenfalls zumin¬ dest teilweise wälzgelagert ist. Vorzugsweise ist die Nockenwelle vollständig wälzgela- gert. Des weiteren ist bei einer Verbrennungskraftmaschine beispielsweise vorgesehen, dass ein Festlager dort angeordnet wird, wo die Kupplung am nächsten liegt. Werden beispielsweise ein Kugellager und ein Axiallager als Hauptlager der Kurbelwelle verwen¬ det, so wird insbesondere das größere von beidem im Bereich eines Kupplungsflansches angeordnet.
Als Wälzlager sind insbesondere die folgenden Wälzlagerarten einzeln oder in Kombinati¬ on miteinander einsetzbar:
Axiallager wie beispielsweise • ein- oder zweireihige Rillenkugellager, beispielsweise mit einer Deckscheibe oder eine? Dichtscheibe oder einem Sprengring;
• Schrägkugellager, die ein- oder zweireihig sind;
• Pendelkugellager, mit zum Beispiel zylindrischer Bohrung oder mit kegeliger Boh¬ rung; • Zylinderrollenlager, zum Beispiel ein- oder zweireihig, insbesondere mit Käfig;
• Laufrollenlager;
• Nadellager, • Schulterkugellager;
Radiallager wie beispielsweise
• Nadellager; • Kegelrollenlager;
• Tonnenlager;
• Pendelrollenlager;
• Nadelkugellager, sowie Wälzlagerarten, die beispielsweise Axial- und Radialkräfte aufnehmen können, wie beispielsweise einige der oben aufgeführten Lager und Kombinationen davon.
Die Wälzlager können in X- , in O- und/oder auch in Tandemanordnung angeordnet wer¬ den.
Zur Schmierung der Wälzlager kann beispielsweise eine Plungerpumpe Verwendung fin¬ den. Diese kann insbesondere eine ansonsten eventuell notwendige Ölpumpe zur Schmierung des Kurbeltriebes ersetzen. Eine Schmierung kann beispielsweise über eine Ölzerstäubung und/oder ein Ölspritzen ermöglicht werden. Zum Beispiel kann eine 01- tauchschmierung, eine Spritzölschmierung, eine Tropfölschmierung, eine Ölumlauf- Schmierung, eine Schleuderölschmierung, eine Ölnebenschmierung und/oder eine Ölein- spritzschmierung vorgesehen werden. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann zumin¬ dest für eines der verwendeten Wälzlager auch eine Fettschmierung genutzt werden. Hierbei kann beispielsweise ein Fettmengenregler eingesetzt werden. Auch besteht die
Möglichkeit, abgedichtete Lager zumindest teilweise zu verwenden.
Eine Schmierung der Pleuel und Hauptlager geschieht vorzugsweise über den im Kurbel¬ gehäuse befindlichen Ölnebel. Somit können gemäß einer Ausgestaltung aufwendige Bohrungen in den Kurbelwangen, Zuleitungen zu den Hauptlagern sowie Fangvorrichtun¬ gen in Form von Schleuderringen oder Wangeneinstiche entfallen. Vorzugsweise sind die Pleuel im Kolben geführt, insbesondere als Obenführung, um auszunutzen, dass Um¬ fangsgeschwindigkeiten an axialen Führungsflächen im Kolben deutlich geringer sind und es dort lediglich nur eine Schwenkbewegung gibt. Durch ein dafür notwendiges Axialspiel des Pleuels auf dem Kurbelzapfen, welches insbesondere zumindest 2 bis 3 mm beträgt, und der guten Zugänglichkeit im oberen Bereich des Hubzapfens wegen kann eine aus- reichende Ölversorgung des Pleuellagers durch Ölnebel sichergestellt werden. Im Falle eines unten geführten Pleuels kann gemäß einer anderen Ausgestaltung das Pleuel entweder auf einem Teil des Umfangs, insbesondere dort, wo eine geringe Last herrscht, geschlitzt oder an den seitlichen Anlaufflächen mit Schmiernuten ausgeführt werden, um eine ausreichende Ölzufuhr zu gewährleisten. Bevorzugt ist gemäß einer Weiterbildung eine zusätzliche gezielte Spritzölschmierung auf das Pleuellager in einer bestimmten Stellung. Hierzu kann ein Abzweig von einer vorhandenen Kolbenkühlöldüse, die einen zweiten Strahl auf den im OT befindlichen Hubzapfen richtet, vorgesehen sein.
Die Kurbelwellenhauptlager, sofern sie nicht eingeschlossen oder schwer zugänglich sind, werden vorzugsweise ebenfalls mit Ölnebel geschmiert. Da sie keiner Schleuderbewe¬ gung ausgesetzt sind, ist die erforderliche Ölmenge deutlich geringer als die des Pleuella¬ gers.
Somit sind unterschiedliche Schmierkonzepte in Abhängigkeit von der Konstruktion mög- lieh: Das Pleuel kann oben im Kolben oder unten durch die Kurbelwelle axial geführt wer¬ den. Eine Schmierung der Pleuel- und Hauptlager kann entweder als Zwangsschmierung, insbesondere Spritz-/Druckölzuführung, oder durch freie Schmierung, insbesondere als Ölnebel, erfolgen. Auch Mischformen sind möglich.
Als Werkstoffe für die Lager kommen beispielsweise warmfeste, nichtrostende Stähle, Kobaltlegierungen wie auch Keramik-Werkstoffe in Frage. Das Käfigmaterial kann eben¬ falls daraus sei oder aus Stahl oder Messing. Der Käfig kann auch ein Blechkäfig sein. Weiterer Werkstoff des Käfigs kann eine Bronze sein, beispielsweise eine Phosphorbron¬ ze oder auch eine Ferro-Silicium-Bronze. Für einige Anwendungen kann auch Kunststoff verwendet werden, insbesondere glasfaserverstärkter Kunststoff, zum Beispiel glasfaser¬ verstärktes Polyamid 66.
Als Werkstoff für die einteilige Kurbelwelle wie aber auch für die ungeteilten Pleuel kom¬ men Einsatz- oder VergütungsstahHn Frage. Es kann jedoch auch Gusseisen beispiels- weise mit eingegossenen Lagerinnenringeinsätzen genutzt werden. Lagerringe können beispielsweise in das Pleuel eingepresst werden, so dass dieses als Alternative zur direk¬ ten Lagerung zur Verfügung steht. Dadurch können auch nicht wälzlagerfähige Werkstoffe wie GG, GGG, ADI oder Aluminium genutzt werden. Gemäß einer Weiterbildung ist vor¬ gesehen, dass Lagerringe aus Wälzlagerstahl in das Pleuel aus Gusseisen mit eingegos- sen werden. Eine Ausgestaltung sieht beispielsweise als Material für eine Pleuelstange 15CrNi6 oder 16MnCr5 vor, insbesondere für eine Direktlagerung. Für einen Kurbelzapfen kann beispielsweise 15Cr3 verwendet werden.
Vorzugsweise sind die Laufbahnen für die Wälzkörper gehärtet, insbesondere einsatzge- härtet. Die Einsatzhärtungstiefe liegt insbesondere in einem Bereich zwischen 0,4 mm und 1mm.
Des weiteren kann die Radialluft, die auch Lagerluft genannt wird, je nach Wälzlager und Kurbelwellenabmessung in einem Bereich zwischen 60 μm und 300 μm liegen, insbeson- dere mit ihren jeweiligen Minima und Maxima.
Der Kurbeltrieb ist insbesondere derart aufgebaut, dass die Kurbelwelle an einem Über¬ gang zwischen einem Lagerzapfen und einer Wange eine derartige Abrundung aufweist, dass das einteilige Pleuel daran vorbeiführbar ist. Auf diese Weise können ein bzw. meh- rere Pleuel über die Kurbelwelle gefädelt werden. Durch Bewegung der Pleuel in unter¬ schiedliche Richtungen kann die für das Pleuellager vorgesehene Öffnung jeweils so ge¬ dreht werden, dass die Öffnungen über jeweilige Geometrien der Kurbelwelle führbar sind. Dazu können die Pleuel in alle möglichen Richtungen um ihre Achslagerachse ver¬ dreht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an der Kurbelwelle Gegenge¬ wichte angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Gegengewichte als separate Gegenge¬ wichte angeordnet. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Gegengewichte an die Kurbel¬ welle angeschraubt sind. Vorzugsweise erfolgt dieses über zumindest zwei Spannschrau- ben. Die Gegengewichte können beispielsweise dann an der Kurbelwelle angeordnet werden, wenn die einteiligen Pleuel wie auch die Lagerböcke mit der Kurbelwelle jeweils verbunden sind. Beispielsweise können dazu die Wälzlagerkörper in ein Pleuellager und/oder in ein Kurbelwellenlager gefüllt und gesichert werden. Eine Anzahl an Gegen¬ gewichten kann von den jeweiligen konstruktiven Bedingungen wie auch Einsatzbedin- glingen des Kürbeitriebes gewählt werden. Insbesondere kann frei gewählt werden ber der Anzahl von angeschraubten Gegengewichte für jede Motorbauform. Bei Reihenvierzy¬ linder können gemäß einer Ausgestaltung zum Beispiel vier oder acht Gewichte vorzuse¬ hen sein. Ein Wuchten der Kurbelwelle kann im Zusammenbau mit Gewichten erfolgen. Ebenso kann auch ein alleiniges Wuchten der Kurbelwelle erfolgen. Dieses wird insbe- sondere dann ermöglicht, wenn engere Massetoleranzen bei den Anbauteilen vorliegen. Ein Zusammenbau des Kurbeltriebes kann derart vonstatten gehen, dass Kolben der Verbrennungskraftmaschine zuerst mit den Pleuel und darüber mit der Kurbelwelle ver¬ bunden werden, bevor die Kolben in einen jeweiligen Zylinder eingeführt werden. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass Kolben der Verbrennungskraftmaschine zuerst in einen jeweiligen Zylinder eingeführt und in eine definierte Position gebracht werden, bevor die Kolben mit den Pleueln und darüber mit der Kurbelwelle verbunden werden. Auch besteht die Möglichkeit, zuerst die Pleuel mit der Kurbelwelle zu verbauen und erst da¬ nach die Pleuel mit den Kolben zu verbinden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Hauptlagerringe und Pleuel über die Kurbelwelle an ihre jeweilige Position geführt werden. Anschließend werden entsprechende Wälzkörper in die jeweiligen Lager eingesetzt. Dieses beinhaltet, dass auch entsprechende Käfige in die Lager eingesetzt werden. Eine Sicherung der Wälzkörper kann dabei über die Käfige selbst wie auch über entsprechende andere Sicherungsmechanismen erfolgen.
Eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine nach dem Ottoprinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine mit vier Zylindern weist zum Beispiel folgende Merkmale auf: Es ist eine einteilige Kurbelwelle aus Vergütungsstahl mit indukti¬ onsgehärteten Lagerlaufrillen vorgesehen. Weiterhin weist die Kurbelwelle angeschraubte Gegengewichte auf. Dieses sind vorzugsweise acht Gegengewichte. Die verwendeten einteiligen Pleuel sind aus Einsatzstahl. Die verwendeten Lagerkäfige sind aus Dural- Aluminium gebaut. Ein Kurbelgehäuse wird vorgesehen, in welches der Kurbeltrieb ein¬ setzbar ist, wobei das Kurbelgehäuse separate, ungeteilte Lagerböcke aufweist. Das Ku¬ gelgehäuse ist mit dem Zylinderkopf verschraubt. Es ist vorzugsweise keine Lagertunnel- bearbeitung vorgesehen. Eine Montage des Kurbeltriebes inklusive Kolben wird vorzugs¬ weise von unten in das Kurbelgehäuse ausgeführt. Anschließend kann das Kurbelgehäu¬ se mit dem Zylinderkopf verschraubt werden. Zusätzlich kann eine Querverschraubung an einer Schürze vorgesehen sein. Alternativ wie auch zusätzlich besteht die Möglichkeit, verwendete Lagerböcke beziehungsweise den kompletten Kurbeltrieb mit dem Zylinder- köpf zu verschrauben.
Für eine thermische Entkopplung kann es beispielsweise vorteilhaft sein, dass die ver¬ wendeten Lagerböcke aus einem anderen Material sind als beispielsweise das Kurbelge¬ häuse bzw. der Zylinderkopf. So sind gemäß einer Ausgestaltung die Lagerböcke bei- spielsweise aus einem nichtaluminium- oder magnesiumhaltigen Werkstoff, während zum Beispiel das Kurbelgehäuse daraus besteht. Als Material für einen Lagerbock kommt ein Guss- oder auch ein Stahlmaterial in Frage. Auch kann ein Lagerbock zwei- oder mehrtei¬ lig sein.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Leiterrahmen verwendet wird, der zumindest zum Teil den Kurbeltrieb in der Verbrennungskraftmaschine umgibt. Weiterhin können Lager¬ böcke in den für eine Lüftung vorgesehenen Aussparungen im Kurbelgehäuse angeordnet werden. Eine Zylinderkopfverschraubung kann die Lagerböcke ebenfalls nutzen, indem sich diese entweder durch die Lagerböcke hindurch in das Kurbelgehäuse erstreckt oder ihren Widerpart in entsprechenden Verschraubungen in den Lagerböcken findet.
Eine Durchgangsverschraubung ist auch bei horizontal geteilten Lagerböcken anwendbar. Das Gewinde wird in diesem Falle vorzugsweise oberhalb einer Teilungsebene angeord¬ net. Eine andere Ausgestaltung sieht eine komplett durchgängige Verschraubung vor, mit der der Leiterrahmen direkt mit verschraubt werden kann. Diese ist ebenfalls für beide Lagerböcke möglich.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, die ungeteilte Kurbelwel¬ le so zu bearbeiten, dass eine Laufflächenbearbeitung von Kurbelwellenzapfen sich auf ein Fräsen und Schleifen von Lagerrillen beschränkt. Kröpfungsradien wie auch Hohlkeh- lenradien können in einer durch den Herstellungsprozess der Kurbelwelle vorgegebenen Rohkontur belassen werden. Die hergestellten Lagerrillen können mit Standardteilen von Wälzlagern, insbesondere von Wälzlagerkugeln und Wälzlagerringen, genutzt werden. Dieses ermöglicht beispielsweise, dass eine Vormontage einer Kurbelwelle mit Pleuel und insbesondere auch mit Lagerböcken beispielsweise beim Wälzlagerhersteller erfolgt. Nach erfolgter Montage des Kurbeltriebes kann dieser beispielsweise an den Motoren her¬ steiler gesandt werden. Dieser hat beispielsweise zwischenzeitlich die von der Gießerei zugesandten Zylinderköpfe wie auch Kurbelgehäuse nebst entsprechender eventueller zusätzlicher Motorgehäuseteile erhalten. Die weitere Montage zu der Verbrennungskraft¬ maschine kann dann vor Ort im Werk erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt eine Montage von Bauteilen mit dem Zylinderkurbelgehäuse durch unterschiedliche Einbauvorgehensweisen. Vier verschiedene Alternativen werden im fol¬ genden verkürzt aufgezählt, ohne das diese Aufzählung jedoch abschließend zu betrach¬ ten sei. Bei den alternativen Vorgehensweisen handelt es ich um die folgenden Anord- nungen: 1. geschlossene Lagerböcke in rechteckiger Zylinderkurbelgehäuse-Gasse, vorzugsweise thermisch entkoppelt;
2. geteilte Lagerböcke in rechteckiger Zylinderkurbelgehäuse-Gasse, vor¬ zugsweise thermisch entkoppelt; 3. mit Hauptlagerringen in konventionelle Zylinderkurbelgehäuse-Gasse, bei¬ spielsweise nicht thermisch entkoppelt bei Verwendung von Aluminiumle¬ gierungen; und
4. Eingußteile aus Stahl in einer konventionell gestalteten Zylinderkurbelge¬ häuse-Gasse mit konventionellen Lagerdeckeln. Das Eingußteil und der Lagerdeckel haben eine integrierte Laufbahn vorzugsweise als Direktlage¬ rung für die Wälzkörper.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind der folgenden Zeichnung zu entnehmen. Die dort dargestellten Merkmale sind jedoch nicht auf die jeweilige Aus- gestaltung beschränkt. Vielmehr können diese mit Merkmalen anderer Ausgestaltungen aus der Zeichnung wie auch der obigen Beschreibung zu Weiterbildungen kombiniert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kurbelwelle mit Bauteilen, die über die Kur- belwelle an ihre Einbauposition geführt werden,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Kurbeltriebes, an dem Pleuel wie auch Lager vormontiert und Gegengewichte anmontiert werden,
Fig. 3 eine Möglichkeit einer Montage des Kurbeltriebes in ein Kurbelgehäuse,
Fig. 4 eine Explosionsdarstellung eines Lagerbockes, welches beispielsweise geeig¬ net ist, für ein Lager eine axial Abstützung zu übernehmen,- - - -
Fig. 5 einen fertigmontierten Lagerbock,
Fig. 6 ein Pleuel mit einer Pleuellagerung in Explosionsdarstellung,
Fig. 7 ein fertigmontierter Kurbeltrieb, der in einem Kurbelgehäuse fest installiert ist, Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Kurbelwelle mit fertig montiertem Pleuel, wobei insbesondere ein Rollenlager und eine U-Formauflage verwendet werden kann,
Fig. 9 der aus Fig. 8 dargestellte Ausschnitt in einer quasi Explosionsdarstellung zur Verdeutlichung des Einbaus,
Fig. 10 einen geteilten Wälzlagerkäfig,
Fig. 1 1 den aus Fig. 10 dargestellten Wälzlagerkäfig in Explosionsdarstellung,
Fig. 12 eine Vorderansicht des Wälzlagerkäfigs,
Fig. 13 einen Detailausschnitt aus Fig. 11 ,
Fig. 14 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 12,
Fig. 15 eine weitere Ausgestaltung zur Befestigung eines Gegengewichtes an einer
Kurbelwelle,
Fig. 16 eine andere Ausgestaltung zur Befestigung eines Gegengewichtes an einer
Kurbelwelle,
Fig. 17 einen exemplarisch zusammengesetzten Kurbeltrieb mit Rollenlagern,
Fig. 18 zeigt eine erste Ansicht der einteiligen Kurbelwelle aus Fig. 17,
Fig. 19 zeigt eine zweite Ansicht der einteiligen Kurbelwelle aus Fig. 18,
Fig. 20 zeigt ein Pleuel aus Fig. 17 in einer ersten Ansicht,
Fig. 21 zeigt ein Pleuel aus Fig. 17 in einer zweiten Ansicht,
Fig. 22 zeigt ein Beispiel eines Einsetzens eines Kurbeltriebes in ein Zylinderkurbel- gehäuse mit einer einteiligen Kurbelwelle und einteiligen Pleuel, Fig. 23 zeigt eine Ansicht einer einteiligen Kurbelwelle mit aufgesetztem Gegenge¬ wicht und Rollenlager, die jeweils in einer Schnittansicht gestrichelt dargestellt sind,
Fig. 24 zeigt beispielhaft eine mögliche erste Gestaltung eines Einsetzens eines Kol¬ bens in eine Zylinderbuchse,
Fig. 25 zeigt eine Vergrößerung eines in Fig. 24 gestrichelt eingekreisten Bereiches,
Fig. 26 zeigt eine Explosionsdarstellung von in Fig. 24 und Fig. 25 dargestellten Bau¬ teilen,
Fig. 27 zeigt eine zweite Möglichkeit des Einsetzens eines Kolbens in eine Zylinder¬ buchse,
Fig. 28 zeigt ein erstes Spannband,
Fig. 29 zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnittes aus dem ersten Spannband aus
Fig. 28,
Fig. 30 zeigt eine eingesetztes Spannband, welches Kolbenring zusammendrückt, um den Kolben in eine Zylinderbuchse einsetzen zu können,
Fig. 31 zeigt eine Vergrößerung eines gestrichelt in Fig. 30 eingekreisten Bereichs,
Fig. 32 zeigt beispielhaft eine Möglichkeit zur Lösung eines Spanbandes vom Kolben nach Einsetzen des Kolbens in eine Zylinderbuchse, und
Fig. 33 zeigt eine Explosionsdarstellung der aus Fig. 30 hervorgehenden Bauteile.
Fig. 1 zeigt einen Kurbeltrieb 1 mit einer einteiligen Kurbelwelle 2. Schräg auf die Kurbel¬ welle 2 ist ein einteiliges Pleuel 3 eingesetzt. Die Bemaßung der einteiligen Kurbelwelle 2 ist dabei derart auf eine Öffnung 4 im Pleuel abgestimmt, dass das Pleuel 3 über die Kur- belwelle 2 bis in seine Position geführt werden kann. Ein zweites Pleuel 5 ist beispielhaft schon an seine Endposition geführt und mit entsprechendem Lager 6 versehen. Das La¬ ger 6 ist dabei vorzugsweise eine Wälzlagerung, insbesondere eine Kugellagerung. Die Pleuel 3, 5 sind somit von einer Vorderseite 6 der Kurbelwelle aus eingefädelt worden. An einer Hinterseite 7 der Kurbelwelle 2 wiederum ist schon ein hinteres Hauptlager 8 mon¬ tiert. Die Kurbelwelle 2 weist beispielsweise in einem Bereich eines Hauptlagerzapfens 9 eine Abrundung beim Übergang auf eine Wange 11 auf. Beim weiteren Übergang von der Wange 11 hin zu einer Pleuellagerlaufbahn 12 ist wiederum eine Abrundung 10 vorgese¬ hen. Durch geschicktes Einfädeln der Pleuel 3, 5 wie auch von Lagerringen 13 gelingt es somit, die einteilige Kurbelwelle 2 mit einteiligen Pleuel 3, 5 versehen zu können. Bei Verwendung von einteiligen Lagerböcken sind diese zum Beispiel vor der Kurbelwellen¬ montage über die Lagerringe zu fädeln. So wie dargestellt, ist die Kurbelwelle vollständig mit Wälzlagern und insbesondere mit Kugellagern versehen. Daher weist eine Innenlauf¬ bahn 14 eines Hauptlagers eine umlaufende Rille 15 auf. Eine zweite Innenlaufbahn 16 eines Hubzapfenlagers 17 ist ebenfalls als umlaufende Rille 15 gestaltet. Als Gegenpart zu den jeweiligen Innenlaufbahnen 14, 16 weisen der Lagerring 13 bzw. das Pleuel 3 je¬ weils umlaufende Rillen 15 auf. Durch die Geometrie der Rille 15 kann somit bestimmt werden, welcher Art die Wälzlagerung ist. Beispielsweise können dieses Kugellager, Rol¬ lenlager, Nadellager, Schräglager wie auch Axiallager sein.
Fig. 2 zeigt einen zweiten Kurbeltrieb 18. Am zweiten Kurbeltrieb 18 sind die Pleuel 19 wie auch die Hauptlager 20 fertig montiert. Auf die genaue Montage von Pleuel 19 wie Hauptlager 20 wird nachfolgend eingegangen. Wie aus Fig. 2 zusätzlich entnehmbar ist, werden Gegengewichte 21 mit der Kurbelwelle 22 verschraubt. Hierzu weisen die jeweili¬ gen Wangen vorzugsweise jeweils zwei parallel verlaufende Sacklochbohrungen auf. Die Gegengewichte 21 können sodann beispielsweise formschlüssig auf die Wangen 23 auf¬ gesetzt werden. Über entsprechende Schrauben, die vorzugsweise einen Schraubenkopf mit Innensechskant aufweisen, werden die Gegengewichte mit einem definierten An¬ zugsmoment fixiert.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen in schematischer Ansicht eine mögliche Montage eines Kurbel¬ triebes am Beispiel eines Vierzylinder-Reihenmotors bei der Verwendung von Kugella- gern. - - _ - . . ._ - .
Fig. 3 zeigt ein Kurbelgehäuse 24, an welches ein Zylinderkopf 25 angeschraubt wird. In das Kurbelgehäuse 24 werden Kolben 26 mit nicht näher dargestellten Kolbenringen ins¬ besondere Abstreifringen vorgesehener Anzahl bestückt und von oben in ein Zylinderrohr 27 eingeführt. So wie dargestellt, werden die eingeführten Kolben 26 über die UT-Lage hinausgeschoben, so dass eine Bohrung 28 für einen Kolbenbolzen 29 aus dem Zylinder¬ rohr 27 auftaucht. Über ein nicht näher dargestelltes Hebezeug kann die vormontierte Kurbelwelle 30 in ihrer Position gehalten werden, wobei die beiden innenliegenden Pleuel der vier Pleuel auf UT-Stellung angeordnet sind. Nachdem die Kolbenbolzen 29 einge¬ führt sind und über Sicherungsringe am Kolbenbolzen 29 gesichert wurden, kann die Kur¬ belwelle 30 um ca. einen halben Kolbenhub in Pfeilrichtung 31 geschoben werden. Gleichzeitig wird dabei die Kurbelwelle um ca. 90° verdreht. Dadurch können nun die au¬ ßenliegenden Kolben analog zu den innenliegenden Kolben montiert werden. Das heißt, dass zuerst die innenliegenden Kolben an den Kurbeltrieb befestigt werden, bevor die außenliegenden befestigt werden. Bei einer Sechs-Zylinderreihenanordnung wiederum muss die Befestigung der unterschiedlichen Kolben so erfolgen, dass jeweils ausreichen- der Spielraum zur Einfügung der jeweiligen Kolbenbolzen vorgesehen ist. Nachdem die Kolben 26 vollständig an der vormontierten Kurbelwelle 30 befestigt sind, kann der Kur¬ beltrieb weiter in Pfeilrichtung 31 bewegt werden, bis die jeweiligen Lagerböcke 32 zur Anlage im Zylinderkurbelgehäuse 24 gelangen. Das Zylinderkurbelgehäuse 24 weist für diese Art der Montage eine rechteckförmige Gasse 33 auf. Die rechteckförmige Gasse 33 wird über Schürzen 34 gebildet. Die Schürzen 34 wiederum weisen Passflächen 35 auf. Die Passflächen 35 sind vorzugsweise gefräst. Insbesondere sind radial angeordnete Passflächen 35 vorgesehen, durch die hindurch Längslöcher 36 verlaufen. Über eine ent¬ sprechende Verschraubung können auf diese Weise die Lagerböcke 32 im Kurbelgehäu¬ se 24 jeweils seitlich fixiert werden. Nachdem diese Verschraubung mit definiertem An- zugsmoment vollzogen ist, kann der Zylinderkopf 25 aufgelegt werden. Die Zylinderkopf¬ schrauben 37 werden ebenfalls mit einem definierten Anzugsmoment angezogen. Die Zylinderkopfschrauben 37 verlaufen vorzugsweise derart, dass sie über entsprechende, durch das Kurbelgehäuse 24 verlaufende Bohrungen 38 in die jeweiligen Lagerböcke 32 verschraubt werden können. Auf diese Weise kann ein Kraftfluss über die Zylinderkopf- schrauben in das Kurbelgehäuse geschlossen werden. Der so fertig montierte Motor geht beispielsweise aus Fig. 7 hervor.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen den Zusammenbau eines einteiligen Lagerbockes 38. Der Lager¬ bock 38 ist dabei als Festlager ausgebildet. Dafür wird zuerst ein erster Sicherungsring 39 in den Lagerbock 38 eingesetzt. Anschließend wird beispielsweise ein vormontiertes Wälzlager, in diesem Falle ein Kugellager 40, in den Lagerbock 38 bündig gegen den Sicherungsring 39 eingesetzt. Zur weiteren Verspannung wird das Kugellager 40 mit einem zweiten Sicherungsring 41 im Lagerbock 38 fixiert. Dadurch ergibt sich das in Fig. 4 dargestellte Beispiel des fertigmontierten Lagerbockes 38 als Festlager.
Fig. 6 zeigt einerseits in Explosionsdarstellung ein einteiliges Pleuel 42. Zum Anderen wird aus der Explosionsdarstellung die Montage eines beispielhaften Wälzlagers für das Pleuel 42 dargestellt. Das Wälzlager ist wiederum ein Kugellager 43. Ein Käfig 44 weist vier 180°-Segmente 45 auf. Die Trennfugen 46 der Segmente 45 sind jeweils um 90° ver¬ setzt angeordnet. Dieses ergibt bei einem Zusammenbau ein gleiches Betriebsverhalten wie ein rundum geschlossener Käfig. Ein Fügen von Käfighälften erfolgt im eingebauten Zustand mittels Verschrauben, Vernieten oder Verschweißen. Gemäß einer ersten Mög¬ lichkeit wird eine erste Käfighälfte in das Pleuel 42 eingesetzt und dann werden die Ku¬ geln 47 eingeführt und anschließend durch die zweite Käfighälfte eingeschlossen. Auf¬ grund der Trennung der Käfige in Segmente besteht die Möglichkeit, diese erst dann am Pleuel anzuordnen, wenn das Pleuel 42 über die Kurbelwelle an seine Position eingefä- delt ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass Käfigsegmente miteinander verklippst werden, beispielsweise durch eine entsprechende Nut-Federpassung, durch eine Widerhakenform in Form von Pins oder Ähnlichem. Dazu können unterschiedlichste Schnappverschlüsse wie auch Puzzle-Profile mit einem Hinterschnitt verwendet werden. Vorzugsweise werden die Käfigsegmente in Axial- und/oder Radialrichtung gesichert, bei- spielsweise durch Verschraubung, Verklebung oder ähnliches. Als Käfigwerkstoff kann neben Stahl und Aluminium auch Kunststoff in Frage kommen. Es können Blech-Käfige genutzt werden wie auch gepresste Profile. Gemäß einer zweiten Möglichkeit werden zuerst die Kugeln eingeführt, diese ausgerichtet und anschließend erst das Käfigsegment eingeführt, mit dem die Kugeln in ihrer Position gehalten werden. Insbesondere mit dieser Methodik kann eine höhere Anzahl an Kugeln eingeführt werden. Auch besteht die Mög¬ lichkeit, einen geschlossenen Käfig zu verwenden, der keine Segment aufweist.
Fig. 7 zeigt einen fertig montierten Kurbeltrieb in einem Kurbelwellengehäuse, der gemäß des Ablaufes wie in Fig. 2 beschrieben montiert worden ist. Neben der in Fig. 2 beschrie- benen Möglichkeit des Einbaus einer Kurbelwelle in den Motor besteht die Möglichkeit, dass zuerst die Kolben mit den jeweiligen Kolbenringen bestückt und an den Pleueln montiert werden. Anschließend kann der komplette Kurbeltrieb in das Zylinderkurbelge¬ häuse eingefügt werden, indem die Kolben von unten in die Zylinderrohre eingeführt wer¬ den. Dabei können die Kolben insbesondere auch gleichzeitig eingeführt werden. Hierzu ist vorgesehenT dass ein Auslauf eines Zylinderrohres mit einer umlaufenden Einführfase versehen ist. Dieses vermeidet ein Hängenbleiben der Kolbenringe. Anschließend werden die Zylinderkopfschrauben angezogen, so dass der Motor montiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, die Kurbelwelle im Motorblock so aufzunehmen wie es beispielsweise bei einem konventionell gleitgelagerten Motor mit von unten angeschraubten Lagerdeckeln der Fall ist. Hierbei kann die Montage prinzipiell wie in Fig. 2 oder wie oben beschrieben erfolgen. Allerdings sind die Schottwände so auszu- sparen, dass die Kolben deutlich über die UT-Stellung austauchen können bzw. von unten in den Motorblock eingeführt werden können. Hierfür sind Einführfasen für die Kolbenrin¬ ge bei der Montage von unten an den Zylinderrohren erforderlich. Zylinderkopf wie auch Lagerdeckel können sowohl über eine gemeinsame Verschraubung wie auch separat fixiert werden.
Fig. 8 zeigt eine Ausgestaltung eines Kurbeltriebes 48, der besonders klein baut. Dadurch gelingt es, einen äußerst geringen Bauraum, der zur Verfügung steht, auch mit einer ein¬ teiligen Kurbelwelle 49 und einteiligem Pleuel 50 nutzen zu können. Hierzu sind die Wan- gen 51 mit kurzen Anfasungen 52 versehen, ohne jedoch Abrundungen aufzuweisen, wie sie beispielsweise bei dem Kurbeltrieb aus Fig. 1 hervorgehen. Durch Verwendung einer Rollenlagerung beim Kurbeltrieb 48 ist eine höhere Tragfähigkeit erzielbar. Weiterhin be¬ steht die Möglichkeit, dass eine Kombination von Rollen- und Kugellagerung zur Anwen¬ dung kommt. Aufgrund der Verwendung von Rollenlagern haben die Wälzkörperlaufbah- nen auf den Zapfen und in den Pleueln jeweils eine zylindrische Form 53. Eine axiale Führung eines Rollenkäfigs 54 von Pleuel 50 und Hauptlager 55 erfolgt über die jeweils benachbarten Kurbelwangen 56. Eine axiale Führung des Pleuels 50 kann dabei sowohl über die Kurbelwangen 56 - eine sogenannte Untenführung - wie aber auch durch den nicht näher dargestellten Kolben - eine sogenannte Obenführung - erfolgen. Insbesonde- re wird je nach Verwendungszweck ausgewählt, welche der beiden Führungen eingesetzt wird. Bei einer Untenführung werden beispielsweise für eine Schmierstoffzufuhr zu den Kurbelwangen und einem Kurbelzapfenlager am Pleuelauge ein oder mehrere Nuten, Schlitze oder Bohrungen angebracht. Auch können seitlich zusätzlich Bronzescheiben oder gehärtete Stahlscheiben aufgesetzt sein. Bei einer Obenführung kann beispielsweise auf Schlitze oder ähnliches am Kolbenauge zur Schmierung verzichtet werden. Zur Füh¬ rung des Pleuels zwischen den Kolbenaugen werden vorzugsweise gehärtete Stahlringe mit winkelförmigen Querschnitt genutzt, die mit einem kleinen Radialspiel auf dem Kol¬ benbolzen sitzen. Über beispielsweise seitliche Schmiernuten kann eine Schmierung der Führungsflächen gewährleistet werden. Unabhängig von der Art der Führung weist ge- maß einer Weiterbildung weder die Kurbelwelle noch ein Pleuel eine Ölbohrung zur Schmierung auf.
Fig. 9 verdeutlicht eine Montage eines Rollenlagers an dem Kurbeltrieb 48 aus Fig. 8. Hierzu wird eine erste Rollenkäfighälfte 57 axial in Pfeilrichtung 58 über die Kröpfung 59 in das Pleuel 50 geschoben. Bezüglich des Hauptlagers 55 erfolgt dort der äquivalente Vorgang mit ebenfalls einer ersten Rollenkäfighälfte 57. Nachdem die Rollenkäfighälfte 57 jeweils eingeschoben worden ist, wird diese jeweils um 180° gedreht. Anschließend wird eine nicht näher dargestellte zweite Rollenkäfighälfte ebenfalls axial in das Pleuel 50 bzw. in das Hauptlager 55 eingeschoben. Dabei kommt es zu einer formschlüssigen Schwal¬ benschwanzverbindung 60. Um ein anschließendes axiales Verschieben zu verhindern, werden die jeweiligen Käfighälften mittels Schrauben oder Nieten miteinander gesichert. Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird die erste Rollenkäfighälfte 57 eingeschoben, nachdem die zweite Rollenkäfighälfte schon vorher beim Hauptlager 55 eingesetzt wor¬ den ist. Beispielsweise kann die zweite Rollenkäfighälfte schon beim Einfädeln des Pleu¬ els über die Kurbelwelle in diesem angeordnet gewesen sein. Um eine Montierbarkeit der Rollenkäfighälften, die auch anders unterteilte Rollenkäfigsegmente sein können, zu ge- währleisten, ist vorzugsweise ein Durchmesser einer Kröpfung in einem außenliegenden Bereich 61 kleiner als ein Durchmesser des jeweiligen Zapfens 62. Ein Umfang des au¬ ßenliegenden Bereiches 61 richtet sich dabei insbesondere nach einem Umfangswinkel des jeweils verwendeten Käfigsegmentes. In dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel beträgt dieser 180°.
Ein Fügen der Rollenlagerkäfige ist auf verschiedene Weisen möglich. Die Käfighälften können gegen axiales Wandern neben Verstiften, Vernieten, Verschrauben ebenfalls durch Kleben, Verstemmen und/oder durch Verschweißen gesichert werden.
Aus den Fig. 10 bis Fig. 14 geht im Detail die Verbindung von Käfigsegmenten hervor, wie sie bevorzugt ist. Fig. 10 zeigt dabei eine Darstellung einer formschlüssigen Verbindung eines ersten Käfigsegmentes 63 mit einem zweiten Käfigsegment 64. In den Käfigen sind Rollen 65 angeordnet. Dieses können jedoch auch Kugeln, Nadeln oder Ähnliches sein. Darüber hinaus weisen beide Käfigsegmente 63, 64 eine Schwalbenschwanzverbindung 66 als formschlüssige Verbindung auf. Aus Fig. 11 geht die Segmentbauweise des Käfigs näher hervor. Das erste Käfigsegment 63 ist dabei vom zweiten Käfigsegment 64 ge¬ trennt. Dadurch ist die Schwalbenschwanzverbindung 66 und die dazu in jedem Käfig¬ segment 63, 64 jeweils vorhandene Geometrie dargestellt. Hierbei ist zu beachten, dass jedes Käfigsegment auf der einen Seite zwei Nuten und auf der anderen Seite zwei Fe- dem aufweist. Dadurch ergibt sich eine vergleichmäßigte Belastung über die Schwalben¬ schwanzverbindungen 66. Beide Käfigsegmente 63, 64 werden vorzugsweise über Ver- schraubungen miteinander fixiert. Es können jedoch auch Nietungen vorgenommen wer¬ den. Fig. 12 zeigt den zusammengefügten Käfig 67. Neben Segmenten, die bei 180° je¬ weils Fugen aufweisen, können auch andere Segmentgrößen Verwendung finden. Fig. 13 zeigt die Schwalbenschwanzverbindung 66 nochmals in Vergrößerung. Ebenso geht die¬ ses auch nochmals in Vergrößerung in einer Vorderansicht aus Fig. 14 hervor. Figur 15 zeigt einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle 68. Eine Oberfläche der Kurbel¬ welle weist eine ebene Fläche 69 auf, auf der ein Gegengewicht aufgesetzt werden kann. Die ebene Fläche 69 ist vorzugsweise gefräst. Insbesondere können in diese Fläche ein oder mehrere Bohrungen 70 eingebracht sein, beispielsweise als Passbohrung oder zur Verschraubung. Die ebene Fläche 69 kann auch genutzt werden, um einen Formschluss und/oder einen Kraftschluss zwischen der Kurbelwelle 68 und dem Gegengewicht zu erzielen.
Figur 16 zeigt einen weiteren Querschnitt durch eine andere Kurbelwelle 71. Die Oberflä¬ che der Kurbelwelle 71 weist zwei in einem Winkel zueinander stehende Ebenen 72, 73 auf, die sich vorzugsweise unter Bildung eines Giebels treffen. Die Ebenen 72, 73 können jedoch auch V-förmig angeordnet sein, ohne dass sie aufeinandertreffe. Darüber hinaus besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass andere Fläche, insbesondere Ebenen, zwischen den beiden Ebenen 72, 73 angeordnet werden. Dadurch kann beispielsweise eine Ober¬ fläche mit einem Mehrkant, mit einer Nut und/oder Erhebung gebildet werden. Jede Ebe¬ ne kann ein oder mehrere Bohrungen aufweisen, beispielsweise als Passbohrung oder zur Verschraubung. Die Flächen in Kombination können auch genutzt werden, um einen Formschluss und/oder einen Kraftschluss zwischen der Kurbelwelle und dem Gegenge- wicht zu erzielen.
Fig. 17 zeigt beispielhaft eine weitere Kurbeltriebkonstruktion, wobei im weiteren zu dieser Kurbeltriebkonstruktion Maße und Kennzahlen angegeben werden. Diese sind jedoch nicht auf den vorliegenden Kurbeltrieb, insbesondere den dargestellten Rollenlagerkurbel- trieb 74 beschränkt. Vielmehr können die Maße und auch Kennzahlen bzw. Bereiche für andere wälzgelagerte Kurbeltriebe eingesetzt werden.
Der Rollenlagerkurbeltrieb 74 unterscheidet sich gemäß dieser Ausgestaltung nicht ge¬ genüber einer Montage bei einem kugelgelagerten Kurbeltrieb. Eine Aufnahme 75 für ein oder mehrere Gegengewichte ist vorzugsweise mit einer Selbstzentrierung versehen, zum Beispiel als V-Profil mit beispielsweise einem Winkel von 120° gestaltet. Diese Gestaltung benötigt vorzugsweise keine Verwendung von Paßhilfsmittel wie beispielsweise Stifte und/oder Hülsen. Passhilfsmittel wie Stifte und/oder Hülsen werden vorzugsweise bei geraden Auflageflächen verwendet, die keine Selbstzentrierung aufweisen. Die Gegen- gewichte werden bei der Montage axial an eine Anlagefläche 76 gedrückt und dann ver¬ schraubt. Ebenfalls charakteristisch bei dieser Kurbelwelle sind die speziell geformte erste Schrägfläche 77 und zweite Schrägfläche 78 sowie die Aussparung 79, die vorzugsweise ebenfalls eine Schräge ist. Die Anordnung dieser Flächen an Übergängen gewährleistet bei dieser Ausgestaltung einen Freigang beim Fädeln der Pleuel und insbesondere der Lagerböcke.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind für einen Kurbeltrieb mit einer ausreichen¬ den Steifigkeit für die Montierbarkeit, insbesondere für das Überfädeln der Pleuel und Lagerböcke folgende Maßverhältnisse vorgesehen, deren Werte um ca. +/-20% schwan¬ ken können. Die im folgenden angegebenen Werte sind in den Fig.18, 19, 20 und 21 nä¬ her dargestellt. Aus diesen beiden Figuren geht ein beispielhafter Kurbeltrieb und die jeweiligen zugehörigen Bauteile hervor.
Kurbelwelle:
DHZ / DHL = 1 (vorzugsweise Wert 1 , falls DHz / DHL ≠ 1 ist der größere Durchmesser aus¬ schlaggebend)
Bκröpf / DHZ = 1,1
BW/ DHZ = 0,48 SW/DHZ = 0,48 BHz/DH2 = 0,4 Kolbenhub / DH2 = 1 ,55
Pleuel:
DP|/dpι = 1,29...1,36(max.1,4) dp, /DHz =1,28...1,32 BP|/DHz=0,38
Laqerbock (ohne Darstellung, Maße jedoch wie beim Pleuel):
B|_agerbock / DHZ = 0,36 dLagerbock / DHz = max.1 ,4 (bezogen auf die dünnste Stelle)
Wälzkörper: DRciie/DHz = 0,14...0,18 DRoiie/LängeRoiie= 1,25...1,9 Die Maßschwankungen von +/- 20%, bevorzugt von besser +1-5%, äußern sich in dem Montagespiel von Pleuel und Lagerböcke, welches an zumindest einer Position, vorzugs¬ weise an zumindest den überwiegenden Positionen, und insbesondere an allen Position beim Überfädeln vorzugsweise mindestens 0,4 mm absolut betragen sollte, damit eine zügige Montage gewährleistet ist.
Für eine ausreichende dynamische Tragzahl von 45 kN beispielsweise für einen A- Zylinder-PKW-Motor sind vorzugsweise 14 bis 20 Rollen zu verwenden, wobei die bevor¬ zugte Rollengröße zwischen 7 und 9 mm liegen sollte.
Die für die rollengelagerte Kurbelwelle gültigen Maßverhältnisse sind ebenso für die ku¬ gelgelagerte Kurbelwelle anwendbar, wobei als Außenringdurchmesser der Kugellauf¬ bahndurchmesser abzüglich zweimal der Rillentiefe zu verwenden ist.
Fig. 22 zeigt in beispielhafter Ansicht in einer Explosionsdarstellung eine Möglichkeit einer Montage eines Zylinderkurbelgehäuses mit Kolben und Kurbeltrieb nebst Leiterrahmen. Das Montageprinzip des Kurbeltriebs in das Zylinderkurbelgehäuse und die Kolbenmon¬ tage sind mit der bei einer kugelgelagerten Version gemäß dieses Ausführungsbeispiels vorzugsweise identisch. Zur Entlastung von Zuganker hinsichtlich einer Torsion beim An- ziehen sind vorzugsweise Stehbolzen in Fig. 17 1 zu verwenden, welche zum torsions¬ freien Anziehen über einen Innensechskant im Kopf gekontert werden können. Eine zwei¬ te Befestigung von Lagerböcken, insbesondere zur Vermeidung von Schwingungen in Kurbelwellenrichtung, ist vorzugsweise über einen Leiterrahmen 81 vorzunehmen, wie er aus Fig. 22 in beispielhafter Ausgestaltung hervorgeht. Der Leiterrahmen 81 ist über das Gewinde 82 mit dem Lagerbock 83 verbunden. Der Einfachheit halber sind die notwendi¬ gen Schrauben nicht näher dargestellt. Der Leiterrahmen 81 wird mit einem nicht darge¬ stellten Ölwannenflansch des Zylinderkurbelgehäuses 84 durch nicht näher dargestellte Schraubverbindungen verbunden. Wenn aus Platzgründen, zum Beispiel durch eine nach hinten flacher werdende Ölwanne, ein äußerer Lagerbock 85 nicht über den Leiterrahmen 81 mitverbunden werden kann, so ist beispielsweise eine Anbindung über einen Gehäu¬ sedeckel 86 an das Zylinderkurbelgehäuse möglich oder durch eine seitlich Verschrau- bung. Die in Fig. 22 dargestellten Lagerböcke 83 haben vorzugsweise eine direkt eingearbeitete Lauffläche für eine Direktlagerung im Lagerbock. Dadurch ist es auch möglich, die Lager¬ blöcke 83 und notwendige Bauteile klein halten zu können.
Fig. 23 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Kurbeltriebs, bei der eine bevorzugte axiale Führung der Kurbelwelle dargestellt ist.
Die axiale Führung der Kurbelwelle kann durch ein Standardzylinderrollenlager des Typs NUP, welches auf das freie Wellenende aufgeschoben ist, übernommen werden. Dieses Lager besitzt sowohl im Außen- als auch im Innenring Führungsborde, welche eine Kupp¬ lungsausrückkraft aufnehmen und die Kurbelwelle an ein axiales Wandern in Kupplungs¬ richtung hindern kann. Der Innenring des Standardlagers ist gegen Verrutschen gesichert. Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt dieses beispielsweise über einen radialen Schrumpf¬ sitz oder gemäß einer anderen Ausgestaltung mittels einer axialen Verspannung, zum Beispiel mit einem Steuerrad bzw. Kettenritzel.
Anstelle des dargestellten Zylinderrollenlagers kann ebenfalls ein Kugellager verwendet werden.
Die axiale Fixierung kann auch über Gleitringe 87, 88 insbesondere aus Bronze erfolgen, die beispielsweise am gehäusefesten Lagerbock 89 befestigt, insbesondere angeschraubt sind. Die Kupplungsausrückkraft wird von einem Kupplungsflansch 90 auf den Gleitring 88 übertragen. Zur Fixierung der Kurbelwelle in Schwungradrichtung läuft das Gegengewicht 91 gegen den Gleitring 87 an. Die Schmierung der Gleitringe sowie des dazwischen ein- geschlossene Rollenlagers 92 mit Käfig 93 erfolgt beispielsweise über eine Ölbohrung mit Fang- oder Drucköl, die nicht näher dargestellt ist.
Die Axiallagerung bzw. Fixierung über Gleitringe kann wie dargestellt sowohl auf der Kupplungsseite angeordnet werden, aber auch am freien Wellenende oder auch an jedem anderen Hauptlager angeordnet werden. Statt der Gleitringe können auch Nadellager¬ kränze verwendet werden.
Ebenfalls ist eine kombinierte Axiallagerung mit einem Gleitring einsetzbar, der die Kupp¬ lungsausrückkraft aufnimmt und einem Zylinderrollenlager des Typs NJ mit einem Bord, welches die Kurbelwelle zur Kupplungsseite hin fixiert. Weiterhin ist aus Fig. 23 eine Käfigführung der Wälzlager zu entnehmen. Die axiale Käfig¬ führung in den Haupt- und Pleuellagern erfolgt über Laufflächen 94 an den Innenseiten der Kurbelwangen. Die radiale Führung des Pleuellagerkäfigs erfolgt wegen der Schleu- derkraft über die Außenlaufbahn im Pleuel. Eine radiale Führung des Hauptlagerkäfigs kann über den Kurbelwellenzapfen als Innenlaufbahn oder mittels geeigneter Formge¬ bung der Käfigtaschen durch Abstützung auf die Wälzkörper derart geführt werden, dass keine Berührung des Käfigs mit den Innen- und Außenlaufflächen stattfindet.
Im folgenden werden für den Kurbeltrieb bevorzugte Werte angegeben, die bei verschie¬ denen Wälzlagerungen zum Einsatz gelangen können.
Lagerspiele
Das Laufspiel des Käfigs:
Axialspiel auf der Kurbelwelle 0008... 0,012 (bis zu 0,3) * Breite
Radialspiel im Pleuel 0,003...0,005 * Laufbahndurchmesser
(oberer Wert vorzugsweise für Leichtmetallkäfige)
Laufspiele der Rollen:
Spiel der Rolle in der Käfigtasche: 0,008...0,02 (bis zu 0,5) * Rollendurchmesser
Axialspiel der Rolle im Käfig 0,01...0,02 (bis zu 0,5)* Rollenlänge
Hauptlaqerspiel (kalt): diametral 0,0004...0,0008 (bis zu 0.025)* Zapfendurchmesser (Kugellagerspiel ca. 50% geringer)
Pleuellaqerspiel (kalt):
"diametral 0,0001...0.O003 (bis zu 0,0075)* Zapfendurchmesser (Kugellagerspiel ca. 50% geringer)
Diese Spielgrenzen haben sich betriebstechnisch als vorteilhaft erwiesen. Vorzugsweise sollte ein Hauptlagerspiel zwischen 20 und 80 μm betragen. Eine Obergrenze der einzel¬ nen Spiele kann bis auf einen 25-fachen Wert angehoben werden, wie es in Klammern teilweise angegeben ist. Fig. 24 bis Fig. 33 zeigen verschiedene Möglichkeiten, wie ein Kolben in einen Zylinder bei einem derartigen Kurbeltrieb eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann hierfür ein Kolbenringspannband genutzt werden.
Fig. 24 und Fig. 25 als Vergrößerung zeigen eine Verwendung eines Spannbandes bzw. Spannringes mit einem Bund 95. Damit wird das Spannband beim Einschieben automa¬ tisch vom Ringpaket des Kolbens abgestreift, sobald der Bund 95 zur Auflage auf einer Stirnfläche 96 eines Zylinderrohres 97 kommt. Das Spannband gleitet über den Kolben- schaft vom Kolben 98 herunter, sobald der Kolben 98 ganz eingeschoben ist. Das dann über der Pleuelstange befindliche Spannband kann mit einem Haken von außen abgeris¬ sen oder mit einer Schere aufgeschnitten werden. Eine Reißleine kann ebenfalls vorge¬ sehen sein. Das Spannband mit Bund kann entweder aus einem abgekanteten Blech¬ oder Kunststoffband, das an den Enden verschweißt oder gefalzt ist, gefertigt sein oder aus einem Blechring tiefgezogen werden. Auch kann eine Perforation als Sollbruchstelle vorgesehen sein, sofern das Band nicht aufgeschnitten wird.
Ebenfalls ist eine abgewinkelte Lasche einsetzbar, die neben einer Sollbruchstelle auf dem Spannband angebracht ist oder in die Falzverbindung miteingearbeitet ist. Im Quer- schnitt sieht die Lasche genau wie der Bund 95 aus. Sobald die Lasche auf Anschlag kommt, wird das auf dem Kolben stramm sitzende Band aufgerissen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer Kolbenmontage von unten, so wie beispiel¬ weise auch in den Fig. 27 bis Fig. 33 dargestellt, eine Einführschräge an der Zylinder- buchse oder ähnlichem vorzusehen. Bei einer Montage eines Kolbens von oben werden die Kolben vorzugsweise mit dem Schaft in eine Montagebüchse mit einer langen und weiten Einführschräge eingeschoben, so dass die Kolbenringe allmählich gespannt und n ihre Nuten eingeschoben werden. Die Einführschräge hat vorzugsweise als größten Durchmesser einen größeren Durchmesser als die entspannten Kolbenringe. Die Schräge selbst weist einen flachen Winkel auf, damit die Ringe ihre fluchtende Position zu der Kol¬ benringnut nicht verlieren und damit die Kolbenringe möglichst wenig Axialkraft aufneh¬ men.
Bei der Montage der Kolben von unten durch das Zylinderkurbelgehäuse ist ebenfalls eine Einführschräge für die Kolbenringe vorgesehen. Diese ist vorzugsweise nur sehr kurz. Dadurch wird vermieden, dass eine Bauhöhe des Motors aufgrund der Einführschräge zunehmen muss. Beispielsweise beträgt eine Einführschräge eine Höhe, die etwa in der Größenordnung des 1 bis 1 ,5fachen einer Ringpakethöhe beträgt. Vorzugsweise weist die Schräge einen Winkel von maximal 10° auf. Ein Spannband ist vorgesehen, um die Kol¬ benringe auf einen Mindestdurchmesser vorzuspannen. Der Mindestdurchmesser muss nicht der kleinstmögliche Durchmesser sein. Es kann genügen, die Kolbenringe soweit zuzudrücken, dass sie in die Schräge einführbar sind. Danach kann das Spannband ent¬ fernt werden. Zum Beispiel kann dazu eine Reißleine gezogen werden, die das Spann¬ band auftrennt und damit zum Entnehmen unterteilt. Anschließend kann der Kolben weiter in den Zylinder hineingeschoben werden. Die Reißleine oder ein sonstiges Trennmittel kann beispielweise in Form eines Kunststoff- oder Blechstreifens aufgeklebt, in den Werk¬ stoff eingeschweißt oder um das Spannband geschlungen sein. Ein kontrolliertes Aufrei¬ ßen des Spannbandes ist beispielsweise mittels einer Perforierung oder sonstigen Art von Bruchstelle möglich.
Vorzugsweise besteht das Spannband aus einem dünnen Blech oder Kunststoff. Vor¬ zugsweise ist die Dicke eines Spannbandes geringer als 0,2 mm. Insbesondere kann es einteilig als eine Art Schrumpfschlauch über das Ringpaket aus eingesetzten Kolbenrin¬ gen gezogen werden. Auch kann ein offenes Band verwendet werden, das nach einem tangentialen Spannen verschließbar ist. Das Verschließen kann beispielsweise durch Ver- kleben oder Verschweißen einander überlappender Bandenden erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht durch ein Pfalzen, wobei die Pfalz zusätzlich verklebt bzw. ver¬ schweißt sein kann. Vorzugsweise wird die Pfalz nach Umformung abgeflacht.
Der vorliegende Gedanke eines Kurbeltriebes mit einer einteiligen Kurbelwelle sowie ein- teiligen Pleueln sowie insbesondere auch einteiligen Lagerböcken ist nicht nur bei Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, sondern auch bei beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen für Fahrzeuge allgemein, beispielsweise für Motorräder, für Generatoren, bei Arbeitsmaschinen allgemein, die einen entsprechenden Kurbeltrieb auf¬ weisen, einsetzbar. Bei Brennkraftmaschinen kann ein derartiger Kurbeltrieb bei Reihen- motoren, bei V-Motoren, bei nach dem Otto-Prinzip wie auch dem Dieselprinzip arbeiten¬ den Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden. Anwendungen können darüber hin¬ aus auch bei Pumpen, Kompressoren mit Kurbeltrieben oder Ähnlichem vorliegen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, den Kurbetrieb auch bei stationären Anwendungen ein¬ setzen zu können. Auch kann der Kurbeltrieb bei einem Stromerzeuger eingesetzt wer- den. Beispielsweise kann der Kurbeltrieb in einem Generator angewendet werden. Vor¬ zugsweise wird der Kurbeltrieb dort eingesetzt, wo sich im Falle einer Wälzlageranwen¬ dung ein großes Potential zur Verbrauchssenkung bietet.

Claims

Patentansprüche:
1. Kurbeltrieb, wobei der Kurbeltrieb eine einteilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel aufweist, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind.
2. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb zu¬ mindest einen einteiligen Lagerbock aufweist, in dem die Kurbelwelle gelagert ist.
3. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbel- trieb nur einteilige Lagerböcke aufweist.
4. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einteili¬ ge Kurbelwelle mit zumindest drei einteiligen Pleueln zusammen zerstörungsfrei verbaut ist.
5. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb zumindest eine Wälzlagerung für die Kurbelwelle hat.
6. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerung zumindest ein Kugellager und/oder ein Rollenlager um- fasst.
7. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle ausschließlich wälzgelagert ist.
8. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb zumindest jeweils eine Wälzlagerung und eine Gleitlagerung für die Kurbelwelle aufweist.
9. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wälzlager einen Käfig aus zusammengesetzten Käfigsegmen¬ ten aufweist, insbesondere alle Wälzlager, die so dimensioniert sind, dass ein Zu¬ sammenbau des Wälzlagers auf der Kurbelwelle ermöglicht ist..
10. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle an einem Übergang zwischen einem Lagerzapfen und einer Wange eine derartige Abrundung aufweist, dass das einteilige Pleuel daran vor¬ beiführbar ist.
11. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kurbelwelle Gegengewichte angeordnet sind, die insbesondere als separate Gegengewichte angeordnet sind.
12. Kurbeltrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegengewichte an der Kurbelwelle lösbar angeordnet sind, insbesondere angeschraubt sind.
13. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in ein Kurbelgehäuse eingesetzt ist, welches eine rechteckförmige Gasse zur Aufnahme von Lagerböcken aufweist.
14. Kurbeltrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerböcke seit¬ lich fixiert sind.
15. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lagerbock der Kurbelwelle durch eine Zylinderkopfschraube fixiert ist.
16. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, am Rand eine Einführnut zum Einbringen von Wälzlagerkörper aufweist.
17. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftfahrzeug den Kurbeltrieb in seiner Verbrennungskraftmaschine auf¬ weist.
- 18. Systembaukasten eines Kurbeltriebes, wobei der Kurbeltrieb zumindest eine ein¬ teilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel aufweist, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind, wobei der Systembaukasten zumindest die einteilige Kurbelwelle für verschiedene Anwendungen vorsieht.
19. Systembaukasten nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel¬ welle separat angefügte Gegengewichte aufweist, die für die nach einem Otto- Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine verschieden sind zu denen für eine nach dem Diesel-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine.
20. Systembaukasten nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die- ser zumindest einen Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 19 umfasst.
21. Verfahren zur Herstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeu¬ ges mit
Herstellen einer einteiligen Kurbelwelle, - Herstellen zumindest eines einteiligen Pleuels,
- zerstörungsfreies Zusammensetzen des einteiligen Pleuels und der eintei¬ ligen Kurbelwelle und
- Einsetzen der Kombination von Pleuel und Kurbelwelle in ein Motorgehäu¬ se.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei einteiligen Pleueln ein einteiliger Lagerbock auf der Kurbelwelle angeordnet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zu¬ sammensetzen von Pleuel und Kurbelwelle Wälzlagerkörper zumindest in ein Pleuellager und/oder in ein Kurbelwellenlager gefüllt und gesichert werden.
24. Verfahren nach Anspruch 21 , 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben der Verbrennungskraftmaschine zuerst mit den Pleueln und darüber mit der Kur¬ belwelle verbunden werden, bevor die Kolben in einen jeweiligen Zylinder einge¬ führt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 21 , 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben der Verbrennungskraftmaschine zuerst in einen jeweiligen Zylinder eingeführt und in eine definierte Position gebracht werden, bevor diese mit den Pleueln und dar¬ über mit der Kurbelwelle verbunden werden.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 25, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Pleuel von einem einem Kupplungsflansch gegenüberlie¬ genden Wellenende beginnend über die Kurbelwelle geführt werden.
27. Verfahren nach Anspruch 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass einteilige La¬ gerböcke für die Kurbelwelle hergestellt und verwendet werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an herzustellenden einteiligen Lagerböcken gestapelt und miteinander verspannt werden, bevor diese gebohrt und gefräst werden.
29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 28, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Einfädeln eines Lagerbockes mit im Lagerbock angeordne¬ ten Wälzlager erfolgt.
30. Anlage zur Herstellung eines Kurbeltriebes nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche umfassend - eine Herstellung einer einteiligen Kurbelwelle, eine Herstellung zumindest eines einteiligen Pleuels, eine erste Station zum zerstörungsfreien Zusammensetzen des einteiligen
Pleuels und der einteiligen Kurbelwelle und eine zweite Station zum Einsetzen der Kombination von Pleuel und Kur- belwelle in ein Gehäuse.
31. Anlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Station vor¬ sieht, dass zwischen zumindest zwei einteiligen Pleueln ein einteiliger Lagerbock auf der Kurbelwelle angeordnet wird.
32. Anlage nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stati¬ on beim Zusammensetzen von Pleuel und Kurbelwelle vorsieht, dass Wälzlager¬ körper zumindest in ein Pleuellager und/oder in ein Kurbelwellenlager einfüllbar und gesichert sind. -
33. Anlage nach Anspruch 30, 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station vorsieht, dass Kolben des Kurbeltriebes zuerst mit den Pleueln und dar¬ über mit der Kurbelwelle verbunden werden, bevor die Kolben in einen jeweiligen Zylinder einführbar sind.
34. Anlage nach Anspruch 30, 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station vorsieht, dass Kolben des Kurbeltriebes zuerst in einen jeweiligen Zylinder eingeführt und in eine definierte Position gebracht werden, bevor diese mit den Pleueln und darüber mit der Kurbelwelle verbindbar sind.
35. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekenn- zeichnet, dass die erste Station vorsieht, dass die Pleuel von einem einem Kupp¬ lungsflansch gegenüberliegenden Wellenende beginnend über die Kurbelwelle ge¬ führt werden.
36. Anlage nach Anspruch 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station dahingehend ausgerichtet ist, dass einteilige Lagerböcke für die Kurbelwelle her¬ gestellt und verwendet werden.
37. Anlage nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, um eine Mehrzahl an herzustellenden, gestapelten einteiligen La- gerböcken miteinander zu verspannen, bevor diese gebohrt und gefräst werden.
38. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass diese ein Einfädeln eines Lagerbockes mit im Lagerbock angeord¬ neten Wälzlager vorsieht.
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