JPH06200919A - 内燃機関の組立式クランク軸の製造方法およびそのクランク軸 - Google Patents

内燃機関の組立式クランク軸の製造方法およびそのクランク軸

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JPH06200919A
JPH06200919A JP5271074A JP27107493A JPH06200919A JP H06200919 A JPH06200919 A JP H06200919A JP 5271074 A JP5271074 A JP 5271074A JP 27107493 A JP27107493 A JP 27107493A JP H06200919 A JPH06200919 A JP H06200919A
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crankshaft
crank
crank arm
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internal combustion
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JP5271074A
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Fritz Naumann
ナウマン フリッツ
Hans-Guenther Haldenwanger
ハルデンヴァンガー ハンス−ギュンター
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Audi AG
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    • 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
    • F16C3/14—Features relating to lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
    • F16C3/10—Crankshafts assembled of several parts, e.g. by welding by crimping

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 組立式クランク軸のクランクピンへ、一体構
造の連接棒を安価に取り付けて、しかもこれが確実に動
作するようにする。 【構成】 クランクジャーナル（２０〜２８）とクラン
クピン（１２〜１８）とを備え、少なくともクランクピ
ン（１２〜１８）が対応するクランクアーム（３０〜４
４）の穿孔に圧入あるいは焼きばめされ、さらに前面側
で溶接される。場合によって、確実に作動する構造を得
るため、クランクピン（１２〜１８）が一定のマイナス
温度に冷却され、クランクアーム（３０〜４４）は円周
領域で急速に加熱される。そのとき、滑り軸受（６４）
を備えて端部が周方向につながった連接棒（６０）が、
クランクピン（１２〜１８）に滑り載せられる。最後に
クランクアーム（３０〜４４）とクランクピン（１２〜
１８）とが突き合わされ、その前面側と円周側でビーム
溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、請求項１の前提部に
もとづく、内燃機関の組立式クランク軸の製造方法およ
びそのクランク軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の方法は、ドイツ特許第４２２
８２８号明細書に記載されている。これによれば、まず
焼ばめ工程によってクランクアームがクランクピンおよ
びクランクジャーナルと固定され、次に溶接により結合
される。この溶接は、クランクピンおよびクランクジャ
ーナルにおける開口状態の前面側で、たとえば電気的に
行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、クランクピン
への連接棒の取付けに関しては、上記ドイツ特許には何
も言及されていない。
【０００４】この発明は、最新のピストン往復機関のた
めの同種の方法を再検討し、一体構造の連接棒を同時に
取り付ける場合において、製造費用と作動確実性とに関
して、より優れた構造を創り出すことを目的とする。さ
らに本発明は、この方法に適した、コスト面で有利で重
量を減少したクランク軸を提案することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、この発明の
方法によって、請求項１の特徴部にて達成することがで
きる。この方法の有利な構成は、他の従属請求項にて得
ることができる。
【０００６】すなわち、この発明によれば、端部が周方
向につながった連接棒がクランクピンに滑り載せられ、
次にクランクピンが圧縮力（したがって圧入または焼き
ばめ）によって、クランクアームにはめこまれ、最後に
レーザ溶接またはビーム溶接によって互いに結合され
る。その際に、好ましくはクランクピンまたはクランク
アームの前面側と円周側で溶接が行われる。
【０００７】さらに、接続領域でクランクアームを同時
に急速に加熱し、かつこれに一定の冷却を施すことによ
って、クランクピンにプロセス上確実な焼きばめを達成
することができる。この時、冷却と加熱は互いに整合さ
れるため、クランクピンに滑り載せられた連接棒の滑り
軸受での組立ての際の突合せにおいては、滑り軸受に不
利となるような高温は生じない。次にクランクピンは、
前面側と円周側とで、特にレーザを用いて、クランクア
ームにビーム溶接される。この処置によってもクランク
ピンが高温になることが避けられるが、これは、局部的
に現れる溶接の温度が、隣接する材料領域へ迅速に流れ
ることができるためである。したがって、滑り軸受を有
した閉状態で組み立てられた連接棒が創り出され、これ
は、重量、組み立ての費用、および作動の堅牢性の観点
から、特に有利である。
【０００８】好ましくは、継ぎ目領域でのクランクアー
ムの加熱を、誘導コイルを用いた電磁誘導の作用により
行うことができる。この場合にこれらの誘導コイルは、
クランク軸の個々の構成部品を位置決めするための装置
の中にあらかじめ配置することができる。同じ装置を通
じて、場合によっては、クランクピン、クランクアー
ム、また場合によってはクランクジャーナルの取付けま
たは突き合わせの後に、クランク軸を冷却することがで
きる。
【０００９】さらに有利に、軸方向の部材ストッパを設
けることができる。このストッパは、圧入の際にも焼き
ばめの際にも、迅速で正確な寸法の突き合わせを可能と
する。クランク軸の制御側と動力伝達側との端部のクラ
ンクジャーナルでは、これらを分離した構成要素とし
て、対応するクランクアームの穿孔に圧入し、続いて同
じくレーザで溶接することが有利な場合がある。この処
置は、クランクピン・クランクジャーナル収容部を備え
たクランクアームにおいて、ただ一つの継ぎ目領域さえ
加熱すればよいという利点を有している。これによって
焼きばめ結合の場合は、突き合わせ後の温度平衡の点で
有利となる。この利点は、その間にあるクランクジャー
ナルと一体の二重クランクアームにも該当する。
【００１０】クランクピンとクランクアームにそれ自体
は公知の方法で設けられた油孔を、必要に応じて部品相
互の位置決めに用いることができる。その際には、組立
て時の突合せの後に、これら油孔の中へ、小管または取
外し可能なピンを挿入する。さらにレーザ溶接の間に、
この油孔を通じて、連接棒の軸受メタルを有利に冷却す
ることができる。
【００１１】この発明の方法によって製造されたクラン
ク軸のために、さらに、中央のクランクジャーナルを、
隣接するクランクアームと一体に構成することが提案さ
れる。こうすると、多気筒内燃機関の場合は、複数のこ
のような部品を同じ部品として製造することができる。
その結果として、この発明による有利な構造が、部品の
手数やコストに関しても得られる。さらに軸方向の部材
ストッパを構成するために、これらを盲孔として形成
し、均等な壁厚さの領域を通して、孔底すなわちクラン
クアームをクランクピンと溶接することが提案される。
これは、円周側の切欠き部により円周溶接にも該当す
る。
【００１２】クランクピンに硬度の高い材料を使用する
ことにより、クランク軸の重量とコストを有利に低減す
ることができる。さらにまたクランクピンに作用する高
い圧縮応力（収縮過程における）によって、追加の加工
（研摩）を必要とすることがない。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の実施例を、その他の詳細と
ともにさらに詳しく説明する。１０は４気筒往復型内燃
機関のためのクランク軸を示し、このクランク軸は、４
本の動的に釣り合わされたクランクピン１２、１４、１
６、１８と、５本の動的に釣り合わされたクランクジャ
ーナル２０、２２、２４、２６、２８と、それらの間に
設けられたクランクアーム３０、３２、３４、３６、３
８、４０、４２とからなっている。
【００１４】クランクアーム３０〜４４は合金鋼からな
る精密鍛造部品であり、クランクアーム３０、４４、ま
たは、３２、３４および４０、４２は、それぞれ成形し
たクランクジャーナル２２、２６と一体の部材である。
クランクジャーナル２８を備えるクランクアーム３６、
３８は、一つの部品を構成する。
【００１５】上述のクランクジャーナルは、その使用目
的に応じて、精密旋削、研削および焼入れされている。
個別のクランクピン１２〜１８についても同様である。
各クランクアーム３０〜４４は精密加工した盲孔４６を
備え、その盲孔の中に、圧入または焼きばめのいずれか
により、円筒状のクランクピン１２〜１８を、正確に定
められた深さで収容することができる。それぞれの孔底
４８は、軸方向のストッパの役割を果たしている。
【００１６】孔底４８にはそれぞれ穿孔５０が施されて
おり、これを通ってクランクピンの挿入の際に空気を逃
がすことができる。端部側のクランクアーム３０、４４
すなわちそのクランクジャーナル２０、２８は、各一つ
の中心穿孔５２を備えており、その中へ動的に釣り合わ
された駆動ジャーナル５４、５６が押し入れられ、レー
ザエネルギーにより、クランクアームすなわちクランク
ジャーナルに溶接されている。
【００１７】クランク軸１０のクランクジャーナル２０
〜２６のクランクピン１２〜１８の潤滑のため、クラン
クジャーナル（たとえば２２）から隣接するクランクピ
ン（たとえば１４）へそれぞれ斜めに油孔５８が形成さ
れている（破線の部分）。これらは、クランク軸１０の
個別部品の突合せの後、小管または取外し可能なピンの
挿入によって、位置決め補助の役割をなすことができ
る。
【００１８】クランクピン１２〜１８には、連接棒６０
（クランクピン１２に対応したもののみが、部分的にし
か描かれていない）が、周方向につながった軸受環６２
の中の滑り軸受６４とともに支承されている。この連接
棒における図示されていない方の小端側軸受は、公知の
方法でピストンピンによって内燃機関のピストンに連結
することができる。
【００１９】クランク軸１０の組立ては、次のようにし
て行う：まず、成形したクランクジャーナル２０〜２８
を備える図示のクランクアーム３０〜４４と、クランク
ピン１２〜１８と、駆動ジャーナル５４、５６とを超精
密に製造する。このとき、圧入のための穿孔５２を備え
た駆動ジャーナル５４、５６と、クランクピン１２〜１
８を備えた盲孔４８とを、はめあいのための一定な寸法
で極めて正確に形成する。油孔５８も、適切な装置で所
定位置に穿孔する。
【００２０】続いてクランクピン１２〜１８が一定のマ
イナス温度に冷却され、連接棒６０を組み立てた滑り軸
受６４とともに準備される。次にクランクアーム３０〜
４４を、この順序で、図示されていない装置において移
動可能とされた固定あごを用いて、軸方向と周方向に正
確に位置合わせさせる。そして、所定の装置に取付けら
れた誘導コイル６６（図２の破線参照）を通じて、穿孔
４６との継ぎ目領域において、電磁誘導の作用によって
迅速に一定のプラス温度まで加熱する。
【００２１】その直後、連接棒６０を滑り軸受６４とと
もにクランクピン１２〜１８の上へ滑り載せ、対応する
穿孔４６に対する軸方向の位置合わせを行い、クランク
アーム３０〜４４を突き合わせることによって、軸方向
のストッパをなす穿孔底４８に達するまで穿孔の中へ入
れる。次に、このように組立てたクランク軸１０を冷却
する（好ましくは圧縮空気を用いる）。
【００２２】これに代わって、穿孔４６とクランクピン
１２〜１８を圧入（たとえば、Ｈ７、ｊ／ｋ６）で形成
し、これを適切な装置で正確な位置に押し合わせること
ができる。
【００２３】穿孔５２の中へ駆動ジャーナル５４、５６
を押し込んだ後、続いてクランクピン１２〜１８をＣＯ
2 レーザを用いてクランクアーム３０〜４４に溶接す
る。そのためにクランクアームの正面側に（図２参
照）、薄いニッケル箔（図示せず）の形態の溶接補助材
を被せ、特に穿孔底壁厚さが均等な領域では、レーザ光
線４５で溶接経路６８を形成し、これを対応するクラン
クピンの正面側へ溶接する。レーザ溶接の間、連接棒６
０の軸受メタル６４は、潤滑油路を通る圧縮空気にて冷
却される。
【００２４】次にクランクアームとクランクピンとのそ
れぞれが結合される。すなわち単数または複数の円周溶
接が行われ、一定の材料強度をもつ材料領域の円周側切
欠き７６を通じて、レーザ光線４５により対応するクラ
ンクピンの円周領域が溶接される。
【００２５】さらに駆動ジャーナル５４、５６がレーザ
溶接される。詳細には、周回する溶接シーム７０を備え
た駆動ジャーナル５４が、クランクジャーナル２０にお
ける開口リング状の正面側において溶接されるととも
に、別の開口部７４の内部に溶接シーム７２をもつ駆動
ジャーナル５６がクランクアーム４４において溶接され
る。ここでも、適切なニッケルリング溶接補助材が用い
られる。
【００２６】クランク軸１０のレーザ溶接が完了する
と、取付け作業が完了して、以後の再加工を必要としな
い。これは、個別の部品が精密に製造されていること
と、組立て装置が正確に位置決めされていることと、歪
みの少ないビーム溶接によりクランク軸の必要精度が守
られていることとによる。特に焼きばめ前のクランクピ
ンをマイナス温度へ冷却することにより、また場合によ
っては中間冷却および最終のビーム溶接により、滑り軸
受６４の損傷を生じる温度がクランクピン１２〜１８に
現れることが確実に防止される。
【００２７】場合によっては、レーザエネルギを用い
て、クランクピンの領域において溶接結合部の再調質
（焼き戻し）を行うことができる。これは、これらの領
域をレーザ溶接および冷却した後、僅かな出力のレーザ
光線４５で今一度加熱し、続いて冷却を行うのである。
【００２８】
【発明の効果】以上のようにこの発明によると、端部が
周方向につながった連接棒をクランクピンに滑り載せた
うえでクランクアームとクランクピンとを突き合わせ、
かつこれらを溶接するため、クランク軸の製造の際に一
体構造の連接棒を同時に取り付けることができ、そのた
めの製造コストを低減できるとともにその作動を確実な
ものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法により製造された４気筒内燃機
関のためのクランク軸を、そのクランクピンを一部分切
り欠いた状態で示す図である。
【図２】図１におけるＸ方向の矢視図である。
【符号の説明】
１２ クランクピン １４ クランクピン １６ クランクピン １８ クランクピン ３０ クランクアーム ３２ クランクアーム ３４ クランクアーム ３６ クランクアーム ３８ クランクアーム ４０ クランクアーム ４２ クランクアーム ４４ クランクアーム ６０ 連接棒 ６４ 滑り軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ギュンター ハルデンヴァンガー ドイツ連邦共和国 デー−85055 インゴ ルシュタット ベハイムシュトラーセ 16 アー

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クランクジャーナルとクランクピンとを
    備え、少なくともクランクピンが、クランクアームにお
    いて対応する穿孔の中に圧縮力によって挿入されて、そ
    の前面側で溶接されるようにした、内燃機関の組立式ク
    ランク軸の製造方法であって、 端部が周方向につながった連接棒（６０）が、滑り軸受
    （６４）とともにクランクピン（１０〜１８）に滑り載
    せられ、 クランクアーム（３０〜４４）とクランクピン（１２〜
    １８）とが突き合わされ、 次にクランクアーム（３０〜４４）とクランクピン（１
    ２〜１８）とが、クランクピンの前面側および、または
    円周領域でビーム溶接されることを特徴とする内燃機関
    の組立式クランク軸の製造方法。
  2. 【請求項２】 溶接結合がレーザ溶接によって行われる
    ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の組立式クラ
    ンク軸の製造方法。
  3. 【請求項３】 焼きばめ結合のために、 クランクピン（１０〜１８）が一定のマイナス温度に冷
    却され、かつクランクアーム（３０〜４４）が穿孔（４
    ６）の周縁領域で誘導加熱されることを特徴とする請求
    項１または２記載の内燃機関の組立式クランク軸の製造
    方法。
  4. 【請求項４】 誘導コイル（６６）をクランクアーム
    （３０〜４４）の外に置いて、および、または誘導コイ
    ルをクランクアーム穿孔（４６）の円周領域の穿孔（７
    ６）の中へ入れて、加熱を行うことを特徴とする請求項
    １から３までのいずれか１項記載の内燃機関の組立式ク
    ランク軸の製造方法。
  5. 【請求項５】 クランクアーム（３０〜４４）とクラン
    クピン（１２〜１８）とが軸方向のストッパ（４８）で
    突き合わされることを特徴とする請求項１から４までの
    いずれか１項記載の内燃機関の組立式クランク軸の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 クランクアーム（３０〜４４）が、穿孔
    （４６）の周囲の領域において、壁厚を減少させるため
    の切欠き部（７６）を備え、円周側の溶接（７８）がこ
    の切欠き部を通して行われることを特徴とする請求項１
    記載の内燃機関の組立式クランク軸の製造方法。
  7. 【請求項７】 クランクピン（１２〜１８）とクランク
    アーム（３０〜４２）との中で、組立て状態で互いに一
    直線上に並ぶ油孔（５８）が、小管またはピンの挿入に
    より、位置決めの補助として用いられることを特徴とす
    る請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の
    組立式クランク軸の製造方法。
  8. 【請求項８】 クランクピンがレーザ溶接される間に、
    連接棒（６０）の軸受メタル（６４）が油孔（５８）を
    介して冷却されることを特徴とする請求項１から７まで
    のいずれか１項記載の内燃機関の組立式クランク軸の製
    造方法。
  9. 【請求項９】 中央側および、または端部側のクランク
    ジャーナル（２０〜２８）が、隣接するクランクアーム
    （３０〜４４）と一体に形成されていることを特徴とす
    る、請求項１から８までのいずれか１項にもとづくクラ
    ンク軸。
  10. 【請求項１０】 クランクピン（１２〜１８）を収容す
    るためのクランクアーム（３０〜４４）が盲孔（４６）
    を有し、各孔の底（４８）がクランクピンと溶接されて
    いることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか
    １項にもとづくクランク軸。
  11. 【請求項１１】 種々の位置のクランクアーム（３０、
    ４４）、または（３２、３４）および（４０、４２）
    が、同じ部品であることを特徴とする、請求項１から１
    ０までのいずれか１項にもとづくクランク軸。
  12. 【請求項１２】 クランクアーム（３０、４４）の端部
    側クランクジャーナル（２０、２８）がその中央に穿孔
    （５２）を備え、この穿孔の中に駆動ジャーナル（５
    ４、５６）が入れられていることを特徴とする、請求項
    ９記載のクランク軸。
  13. 【請求項１３】 駆動ジャーナル（５４、５６）が、穿
    孔（５２）の中に圧入されて、クランクアーム（４４）
    および、またはクランクジャーナル（２０）と溶接され
    ていることを特徴とする請求項１２記載のクランク軸。
  14. 【請求項１４】孔底（４８）における均等な壁厚さの領
    域で、クランクピンがクランクアームと溶接されている
    ことを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１
    項にもとづくクランク軸。
  15. 【請求項１５】 構成部材が溶接補助材を用いて互いに
    溶接されていることを特徴とする、請求項１から１４ま
    でのいずれか１項にもとづくクランク軸。
  16. 【請求項１６】 鋼として２５Ｃｒ Ｍｏ４が使用され
    るとともに、溶接補助材としてニッケル箔またはニッケ
    ルリングが使用されていることを特徴とする請求項１５
    記載のクランク軸。
  17. 【請求項１７】 少なくともクランクピン側の溶接箇所
    が、出力を弱めたレーザ光線によって再調質されている
    ことを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１
    項にもとづくクランク軸。
  18. 【請求項１８】 クランクピン（１０〜１８）が、クラ
    ンクアーム（３０〜４４）よりも硬度の高い材料で形成
    されていることを特徴とする、請求項１から１７までの
    いずれか１項にもとづくクランク軸。
  19. 【請求項１９】 クランクピン（１０〜１８）が研摩さ
    れていないか、または追加的に圧縮応力を高く構成され
    ていることを特徴とする、請求項１から１８までのいず
    れか１項にもとづくクランク軸。
  20. 【請求項２０】 クランクアーム（３０〜４４）および
    クランクピン（１２〜１８）が圧入によって予備組立て
    され、それに続いてビーム溶接されていることを特徴と
    する、請求項１から１９までのいずれか１項にもとづく
    クランク軸。
JP5271074A 1992-11-06 1993-10-29 内燃機関の組立式クランク軸の製造方法およびそのクランク軸 Withdrawn JPH06200919A (ja)

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