JPH01289517A - 内燃機関の組立形クランク軸の製造方法および組立形クランク軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、それぞれクランク腕および頚軸の一部を含む
成形部材からピストン機関のクランク軸を製造する方法
に関する。小形ピストン機関（特に、オツトー機関およ
びディーゼル機関）のクランク軸は、多くの場合、冷硬
鋳型で鋳造するか金型内で鍛造して一体に作製″′ｆ′
る。次いｆ、支持頚軸を機械的に加工し、更に、焼入れ
ｊる。上記作業は、その他の点に関しては作製ずみの工
作物について実施しなければならないのｆ、比較的に手
間がρ・かる。一方、大形エンジンのクランク軸は、製
造技術的可能性を考慮して供給される各部材から組立て
る。典型的な解決法が、各部材の分割線をクランク腕に
置＜　Ｄｌ、、−Ｂ−１６２５５７９および頚軸を分割
するＤＥ−Ｂ−２０２３３６４に示されている。一般に
、溶接によって各部材を相互に結合する。これは、ＤＥ
−Ｃ−４９８１７０にもとづきクランクシャフトを突合
せた金属板プンス素材から組立てる場合にも当てはまる
。更に、軽量化のため、クランク軸を中空に構成し、頚
軸および腕について、これら部材に加えられる特有の異
なる負荷にそれぞれ耐える異なる材料を選択することは
、ＤＥ−Ｃ−ａ　４８　ｙ　２８から公知ｆある。電子
ビーム溶接によって相互に結合した各部材の間の結合状
態の改善に役立つ中間層を使用することは、Ｄ　Ｅ−Ａ
−１９２２４８８から公知である。ＤＥ−Ａ−１９５１
０９７には、各部材の組立前に、１つの部材、即ち、ク
ランク頚軸に、作製ずみの駆動要素（例えば、歯車）を
はめ込み、固定マきることが開示されている。この公報
には、更に、組立の容易化のため、溶接前Ｋ、各部材を
相互に差込み得るよう、各部材の分割面を構成すること
が提案されている。

クランク軸をピストンに結合する場合、一般に、分割さ
れた連接棒を使用するが、この種の連接棒は、同じく、
比較的製造費が高く、頚軸の完壁な振れが保証されるよ
う、組立時に特に注意を払わなければならない。これは
、汎用のすべり軸受の代わりにころがり軸受を使用する
場合に特に当てはまる。、＜イブの拡張によってパイプ
を別の部材のゼアに固定することは、熱交換器の製造に
おいて公知１あり、この場合、機械式拡張装置および液
圧式拡張装置を使用する。

本出願人は、同時に提出した西独特許出願（ＤＥ３７５
７６０１．２）に、個別に作製し、次いで、接合した腕
および頚軸から組立形クランク軸を製造する方法を記載
した。この場合、中空円筒体として構成した頚軸な塑性
変形によって拡張し、腕の対応するボアに当接させ、腕
を弾性変形させる。この方法は、クランク頚軸と支持頚
軸とが、軸線方向投影面において一致しないようなりラ
ンク軸に適する。この種のクランク軸の場合、クランク
軸を一体に構成しても、強度に好ましくない作用を加え
る負荷が現れる。従って、初期には、クランク腕を短縮
し、必要に応じて、軸線方向投影面１見て相互に部分的
に重ｆｊるよ５クランク頚軸または支持頚軸の径を増大
した、いわゆる、小ストロークエンジンが優先された。

本発明は、上述の種類のクランク軸の製造に適する。

本発明の目的は、各部材について、予想される各種の特
有な負荷に適合した材料を選択ｆきる組立形クランク軸
の低経費の製造法にある・この場合、各部材は、接合前
に、調心および精密バランシングは除いて修正作業が不
要なよう完全に加工しなければならない。本発明に係る
方法によって作製したクランク軸は、潤滑ダクトを簡単
に設置ｆきなければならず、場合によっては更に、良い
非常運転性を有していなければならない。製造と同時に
駆動要素（例えば、軸受、連接棒）を組込むことによっ
て、駆動要素を簡単化するとともに、その運転性を改善
しなければならない。

上記要求の達成は、それぞれ隣接する成形部材の頚軸部
材を共通のスリーブにはめ込み、スリーブを塑性的に拡
張させ、頚軸部材を永続的に弾性変形させることによっ
て行う。クランク軸を形成する各部材が、それぞれ、ク
ランク腕（極めて大きいエンジンの場合は、単・一部材
から組立てればよい）と頚軸の一部とを含むことによっ
て、頚軸が、軸線方向投影図１見て、相互に部分的に重
畳する場合も、頚軸をスリーブを介し又統合フきる。

頚軸部材は、拡張プロセスの終了後、弾性変形によって
スリーブに当接し、かくして、伝達すべき高トルクに耐
える結合が作られる。

スリーブの内径に少くとも等しい径を有する開口を腕に
有する成形部材を使用する場合は、スリーブに軸線方向
へ導入した液圧式拡張ゾンデ（例えば、熱交換・ゼイプ
の底面の固定にすでに使用されている拡張ゾンデ）によ
って拡張プロセスを実施マきる。クランク腕および頚軸
延長部について、負荷が異なることを考慮して、中央部
分とは異なる材料を使用する場合は、腕に取付けた頚軸
部材の間に挿入した補足の頚軸部材を使用するのが好ま
しい。簡便化のために、補足頚軸部材を結合に役立つス
リーブと一体に構成することを提案する。

かくして、以下に詳細に述べる如く、頚軸延長部を囲む
ことができ、従って、双方の部材を大面積ｆ結合重きる
。

補足頚軸部材が、スリーブの残余の部分とは異なる材料
性質を有することによって、クランク軸の各範囲の材料
品質を最適比重きる、この場合、例えば、特に、場合に
よっては固形潤滑剤を含浸した焼結材料から支持ブシュ
を構成することによって、クランクシャフトの潤滑が改
善される。この種の支持ゾシュは、スリーブの一部↑あ
る場合、クランク軸に特に良好に組入れることが１きる
。

支持頚軸をすべてに共通の連続のスリーブにはめ込み、
スリーブに成形部材を固定した後、連接棒のために保持
すべき範囲”ｄ″にお（・て上記スリーブを切離すこと
によって、支持頚軸を相互に完全に配列できる。更に、
本出願人が、Ｅ　Ｐ　−Ａ　−０２１３５２つにおいて
、駆動要素（例えば、カム、歯車、支持シェル）を中空
軸に固定するためにすｆに提案した如く、支持頚軸およ
び相互に同列のクランク頚軸のための拡張操作を一工程
で完了フきる。

スリーブの肉厚と頚軸または関連の腕の肉厚との間に交
互作用が存在し、かくして弾性的に拡張される材料の厚
さが増大されること圧よって、塑性的に拡張される部材
の厚さが減少されるのｔ、端部の方向へ狭小化する横断
面を有するスリーブを使用することを提案する。軸線方
向へ異なる圧力を加えることによって、同じく、上記交
互作用を考慮でき、この場合も、接合すべき部材を均一
に固定ｆきる。

頚軸部材およびスリーブの特殊な形状によって、クラン
ク軸のすべての支持個所に潤滑剤を均一に供給フきる。

先行技術にもとづき作製したクランク軸の場合、潤滑剤
ダクトの一部を後から設置しなければならな（・が、こ
の作業は、極めて困難であり、多額の経費を必要とする
。

はめ込んだ支持ブシュの使用によって、支持面について
、摩擦性質に関して特に適切な材料を使用〒きる。この
場合、既述の如く、固形潤滑剤を含浸した焼結材料を使
用でき、かくして、支持面にわたる潤滑剤の均一な供給
および良い非常運転性が保証される。

完全に加工した状態の支持ブシュを頚軸上に取付は得る
よう、本来の支持面外にあるブシュ部分のみを拡張する
。このため、ブシュに、例えば、支持面外圧、フランジ
を設けることが↑き、ある（・は、ブシュの設置後にブ
シュ端を狭少化できる。

好ましく・実施例にもとづき、接合前にすでに、分割さ
れてな（・ころがり軸受を頚軸または支持ブシュに設置
できる１、この場合、熱作用なく且つまた最新の溶接法
でも完全には排除されな（・溶接個所の材料の突出の危
険性なく接合が行われるのｆ、軸受の損傷の危険性はな
（・。

提案した上記ころがり軸受とともに、分割されてな〜・
連接棒を頚軸にはめ込むこともｔきる。本発明にもとづ
き作製されたクランク軸は改善されており、クランク軸
の寿命は、もはや、全装置の寿命を制限する因子マはな
いのｔ、連接棒の引抜きによる補修作業は不要ｆある。

相互に関連する頚軸部材は適合しており、従って、複雑
な装置を使用せずに自動的に部材相互の正し−・配位が
達成されるのｆ、組立作業が簡単となる。

接合前に支持ブシュを過冷却すれば、室温に昇温した際
の膨張によって、頚軸に対して支持ブシュの特に強いは
め合い状態が達成される。

拡張されるスリーブを（例えば、横断面がｙ字形ミゾの
形に）旋削加工できる。この場合、スリーブは、軸線方
向へ強制的に収縮される。かくして生ずる負荷は、場合
によっては外部から作用し接合された頚軸部材の引抜を
誘起する力に対して逆方向である。かくして生じた形状
結合は、頚軸部材とスリーブとの間の結合部分圧抵抗力
を附加する。

拡張後にスリーブの開放端をカバー↑閉鎖すれば、構造
全体が補強される。かくして生ずる中空スペースは、潤
滑剤タンクとしても利用できる。

本発明の実施例を図示した。

任意の種類のピストン機関の図示のノ・ウジング１には
、分割されてない連接棒４を軸支したクランク頚軸３を
有するクランク軸が支持頚軸２によって軸支されている
。これは、支持頚軸２およびクランク頚軸６の半部が、
それぞれ、これらの頚軸を結合する腕とともに、例えば
鋳造または鍛造によって作製された成形部材を形成する
ことにもとづき可能となる。全体のクランク軸を組立て
る場合は、所要数の成形部材を１対ずつスリーブ６には
め込み、次〜・で、内圧を加えて上記スリーブを拡張す
ることによって、上記成形部材を相互に結合スる。この
プロセスは、腕２８に設は開口２つに導入した准圧式加
圧装置７によって実施するのが好ましく、スリーブ６が
、塑性変形によって、成形部材５と一体の支持頚軸延長
部と当接し、もちろん、弾性範囲でのみ、変形するまで
、継続する。スリーブの弾性復元力によって、すべての
負荷事例に十分な強固な結合状態が作られる。この場合
、開口２９は、必ずしも、図示の如く頚軸２．３に同軸
に構成する必要はな（・。最適の応力分布のため、偏心
配置も有利↑ある。必要ｆあれば、双方の部材を相互に
緊密に噛合わせる硬（・粒状材料（例えば、コンランダ
ム）から成る層８（図面には誇張して示しである）をス
リーブと頚軸との間に設置することによって、結合部分
のねじり強度を増大できる。同様の目的のため、接合す
べき部材の接触表面に条溝９または同様のものを設ける
ことが〒きる。結合部分に軸線方向負荷を加えるため、
成形部材５の頚軸延長部の範囲に環状凹みまたはエツジ
が輩くな（・ミゾ１０を設けることができる。拡張操作
時に、スリーブ乙の材料が上記凹みに圧入され、かくし
て、軸線方向の収縮を生ずる負荷が生じ、従って、更に
強固な結合が行われる。成形部材５の接合面には、正し
−・相互配位状態以外では各成形部材の組立てが不可能
であるよう機能するコード歯列１１を設けることが↑き
る。成形部材５は、通常の態様で、必要なつり合（・お
もり１２を含むことができる。成形部材５には、更に、
スリーブ６および成形部材５の適切な形状によってこれ
ら双方の部材の間に生じた環状スペース１４に連通する
潤滑ダクト１６が設けである。スリーブには、更に、２
つの順次の環状スペース１４を接続する縦ミゾ１５が設
けである。

かくして、潤滑剤循環用の連続通路がクランク軸形成さ
れる。

すべり軸受またはころがり軸受１７として構成された連
接棒軸受への潤滑剤供給は、公知の態様で、半径方向潤
滑開口１６を介して行うことが〒きる１、シかしながら
、特に、同じく部材の接合前に、気孔にもとづき潤滑剤
の均一な分布を行（・、更に、固形潤滑剤を含浸マきる
焼結材料から作製した支持ブシュ１８を適切な個所に設
けることができ、かくして、軸受に良（・非常運転性が
与えろれる。支持ブシュ１８には、支持ノソートナによ
って占有される本来の支持面ｅ外に、フランジ６０を設
けることができ、あるいは逆に、ブシュ端部に凹み（第
４図右下部参照）を設けることが〒きる。更に、成形部
材５および支持面につ（・て、スリーブ６の構成部材〒
あり且つ頚軸延長部を囲むのに利用マきる補足の頚軸部
材１９を成形部材５の間に挿入して有効押圧面を拡大し
た別の実施例の場合と同様、それぞれ最適な材料を選択
できる。

しかしながら、補足頚軸部材１９は、スリーブ６とは異
なる材料から構成することもでき、この場合、例えば、
スリーブは、比較的軟い強靭鋼から作製し、頚軸部材は
、摩擦観点からより好適な硬（・鋳鋼から鋳造する。拡
張によって得られる結合品質は、関与する材料の固有の
性質以外に、接合すべき各部材の厚さに対する拡張圧力
および接合間隙の正しい調和状態に依存する。従って、
可変の横断面を有するスリーブ６を作表するのが有利１
ある。この場合、スリーブ６は、拡張前は、二重円すい
台の形状を有しく第３図左上部参照）、一般に、細（・
延長部２１を備えて（・る。何故ならば、上記範囲には
、強度的Ｎ要性はなく、潤滑剤のロスを防止するための
環状スペース１４の確実な密封が重要であるからである
。これは、延性を有する材料（例えば、銅）から成る密
封層２０をスリーブ延長部２１と成形部材５の隣接部分
との間に設けることによって、助成〒きる。この代わり
Ｋまたはこれに加えて、拡張圧力を軸線方向へ変化させ
ることもｆきる。例えば、ａで示した部分（第６図右上
部参照）の拡張圧力を低く抑えることが〒きる。何故な
らば、対応するスリーブ延長部２１が、上記条件におい
ても十分に変形されるからである。一方、ｂ↑示した部
分には極めて高〜・圧力を加えることが〒きる。何故な
らば、この場合、強度上の理由から、スリーブ６および
成形部材５の対向部分が比較的太き（・厚さを有するか
らである。一方、頚軸中央のＣ〒示した範囲では、場合
によっては、中程度の拡張圧力〒十分である。何故なら
ば、この場合、成形部材５の拡張される部分がより薄い
からである。このように適切に異なる拡張を行（・得る
よう、簡単化して図示した拡張装＠７は、公知の圧力発
生装置（図示してな（・）以外に、少くとも１つの高圧
流体供給導管２３を含むゾンデ部材２２から成る。軸線
方向へ環状・ぞツキン２６によってそれぞれ区画された
作用部分２５に高圧流体を送る分路２４が、上記導管２
３から出ている。各拡張部分ａ、ｂ、ｃに大きさの異な
る圧力を加える場合は、同様の数の異なる供給導管２６
を介して圧力を加えるか、所要の区間にわたって軸線方
向へ作用部分２５をずらすとともに圧力を変更すること
によって上記拡張部分を処理する。第４図に示した如く
、ゾンデ部材２２は、同時に、相互に同列の頚軸、即ち
、特に、支持頚軸２を配列するために使用できろ。

上記ゾンデ部材２２に対応する数の作用部分２５を設け
れば、すべての支持頚軸２について、スリーブ６および
成形部材５を一工程で接合できる。

この場合、クランク頚軸３の拡張のため、別のゾンデ部
材２２が必要であるか、別の作業工程において始めて拡
張を行うことが〒きる。第２図に、別の方式を示した。

この場合、支持頚軸２について、同じく各部分の拡張が
一工程↑行われ、同じく支持頚軸の完全な配列を保証す
る唯一つの連続のスリーブ６を使用する。次いで、スリ
ーブの部分ｄを切離して、連接棒４につ〜・てスペース
を形成する。同様に、相互罠同列のクランク頚軸３を一
工程〒固定することもできる。何故ならば、つり合一・
おもり１２に設けた差込開口３１にもとづき、液圧式加
圧装置７上にすべての関連のスリーブ６を並置すること
ができる。第５図に示した如く、成形部材５に、補強に
役立つＵ半部材２７を設けることが１きる。ゾンデ２２
の導入のために形成部材５に設けた開口は比較的小さく
てよ（・の〒、新しく・小ストロークエンジンに使用す
るクランク軸に必要な如く、支持頚軸２とクランク頚軸
３とは、軸線方向投影面１見て、相互に一致する。

第２図右下部に示したクランク頚軸３の場合、拡張され
たスリーブ６の端部は、例えば、圧入したカッ々−６２
によって閉鎖されて℃・る。このカッζ−は、全構造体
の補強を行うのみならず、スリーブ６の内部のかくして
閉鎖された中空スペースを、例えば、支持ブシュ１８の
ための、潤滑剤タンクとして利用する可能性を与えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、クランク軸の３つの実施例および関連の部材
の部分を示す縦軸線断面図、第２図は、別の実施例の縦
軸線断面図、第３図は、別の実施例の第５．６図の線Ｉ
ｎ　−ｍ　Ｋ沿５縦軸線断面図、第４図は、別の実施例
の同様の図面、第５．６図は、それぞれ、第６図の線ｖ
−■および線Ｖｌ　−Ｖｌに沿う横断面図である。 １・・・ピストン機関、　　　２・・・支持頚軸、３・
・・クランク頚軸、　　　訃・・成形部材、６・・・ス
リーブ、　　　　２８・・・クランク腕。 第　　５　　図 第　　６　　図 １＋−１１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）それぞれクランク腕（２８）および頚軸（２，６）
   の一部を含む成形部材（５）からピストン機関（１）の
   クランク軸を製造する方法において、ａ）それぞれ隣接
   する成形部材（５）の頚軸部材（２，３）を共通のスリ
   ーブ（６）にはめ込み、ｂ）スリーブ（６）を塑性物に
   拡張させ、頚軸部材（２，３）を弾性変形させることを
   特徴とする方法。 ２）支持頚軸部材（２）をすべてに共通の連続のスリー
   ブ（６）にはめ込み、上記スリーブに成形部材（５）を
   固定した後、連接棒（４）を取付けるための範囲ｄにお
   いて上記スリーブを切離すことを特徴とする請求項第１
   項記載の方法。 ３）唯一つの連続の拡張装置（７）によつて一工程で支
   持頚軸（２）およびクランク頚軸（３）をスリーブ（６
   ）に固定することを特徴とする請求項第１項または第２
   項記載の方法。 ４）頚軸（２，３，１９）の材料厚最大の範囲に対向す
   る範囲ｂに最大圧が加えられるよう、軸線方向へ切離さ
   れた範囲ａ，ｂに異なる圧力を加えることを特徴とする
   請求項第１項記載の方法。 ５）接合前に頚軸（２，３，１９）に中空円筒形支持ブ
   シユ（１８）を被せることを特徴とする請求項第１項記
   載の方法。 ６）支持面外にある支持ブシユ（１８）の部分のみを頚
   軸（２，３，１９）とともに変形することを特徴とする
   請求項第１項または第５項記載の方法。 ７）接合前に頚軸（２，３，１９）または支持ブシユ（
   １８）にすべり軸受またはころがり軸受（１７）を設置
   することを特徴とする請求項第１項または番５項。 ８）接合前に頚軸（２，３，１９）または支持ブシユ（
   １８）またはすべり軸受あるいはころがり軸受（１７）
   に未分割の連接棒（４）を設置することを特徴とする請
   求項第１項または第７項記載の方法。 ９）頚軸部材（２，３，１９）およびスリーブ（６）を
   接合する間、支持ブシユ（１６）を過冷することを特徴
   とする請求項第５項記載の方法。 １０）それぞれ、クランク腕と、基本または変位頚軸の
   部分としての少くとも１つの関連の中空頚軸を含む成形
   材料から成る組立形クランク軸において、基本または変
   位頚軸の関連部分が、共通のスリーブにはめ込んであり
   、スリーブが、所定位置において塑性変形によつて拡張
   され、頚軸部材の弾性負荷によつて上記頚軸部材に力結
   合状態で固定されていることを特徴とするクランク軸。 １１）スリーブ（６）の内径に少くとも等しい径を有す
   る開口（２９）をクランク腕（２８）に有する成形部材
   （５）を使用することを特徴とする請求項第１０項記載
   のクランク軸。 １２）成形部材（５）の構成部材である頚軸部材（２，
   ３）の間に、補足の頚軸部材（１９）がはめ込んである
   ことを特徴とする請求項第１０項または第１１項記載の
   クランク軸。 １３）補足の頚軸部材（１９）が、スリーブ（６）の構
   成部材であることを特徴とする請求項第１２項記載のク
   ランク軸。 １４）補足の頚軸部材（１９）が、スリーブ（６）の残
   余の部分とは異なる材料性質を有することを特徴とする
   請求項第１２項または第１３項記載のクランク軸。 １５）横断面が端部へ向つて縮少されたスリーブ（６）
   を使用することを特徴とする請求項第１０〜１４項の１
   つに記載のクランク軸。 １６）スリーブの拡張後に、クランク腕（２８）を貫通
   するダクト（１６）と接続する中空環状スペース（１４
   ）がスリーブ端に残存するよう、頚軸部材（２，３）お
   よび外面に縦ミゾ（１５）を備えたスリーブ（６）を構
   成することを特徴とする請求項第１２項または第１３項
   記載のクランク軸。 １７）軸線方向へ支持面ｅ外にフランジ（３０）を備え
   た支持ブシユ（１８）を使用することを特徴とする請求
   項第１０〜１６項の１つに記載のクランク軸。 １８）軸線方向へ支持面ｅ外に薄い肉厚部分を有する支
   持ブシユ（１８）を使用することを特徴とする請求項第
   １０〜１７項の１つに記載のクランク軸。 １９）頚軸部材（２，３，１９）が、部材相互の特定の
   配位を定める相互に合致するコード歯列（１１）を備え
   ていることを特徴とする請求項第１０〜１８項の１つに
   記載のクランク軸。 ２０）頚軸部材（２，３，１９）の内面には、半径方向
   拡張部分が設けてあることを特徴とする請求項第１０〜
   １９項の１つに記載のクランク軸。 ２１）拡張されたスリーブ（６）の端部が、補強カバー
   （３２）で閉鎖されていることを特徴とする請求項第１
   ０〜２０項の１つに記載のクランク軸。 ２２）スリーブ（６）が、頚軸部材を被う外側支持範囲
   を有することを特徴とする請求項第１０〜２１項の１つ
   に記載のクランク軸。