JPH09126219A - 組立式クランクシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱負荷された軸受け領域の冷却、軸受け潤
滑、クランクシャフト重量軽減及び軸受け箇所領域での
方向付けられた効果的なオイル流を実現可能にする。 【解決手段】 組立式クランクシャフトがクランクジャ
ーナル及びクランクピンの領域に、オイル通路を介して
互いに接続される中空室を備え、該中空室及びオイル通
路内部で、特に熱負荷される軸受け領域の冷却を可能に
するクランクシャフトのオイル案内が行われると同時
に、オイル案内により軸受け潤滑が行われ、一面ではク
ランクシャフトの重量を僅かに維持するためにかつ他面
では軸受け箇所領域での方向付けられた効果的なオイル
流を保証するために、前記中空室が、容積の大部分を占
める成形体によって充填されるか、又は、前記中空室が
クランクジャーナル及びクランクピンの外側領域に配置
された環状室として構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特許請求の範囲第
１項及び第５項の上位概念に記載の形式の組立式クラン
クシャフトに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばドイツ連邦共和国特許第３７２８
１４２号明細書に記載の上記形式の組立式クランクシャ
フトは、一体成形された円錐形の短軸片を備えた個々の
クランク腕から成り、これら短軸片は、管状のピンエレ
メントを介してろう接プロセスで互いに不動かつ解離不
能に結合されている。クランクジャーナル及びクランク
ピンの領域には、密閉された中空室が備えられていて、
これら中空室は、クランク腕の領域でオイル通路を介し
て互いに接続されている。更に、中空室内へオイル孔が
開口していて、これらオイル孔は、クランクピン若しく
はクランクジャーナルの外周部から延びていてかつ軸受
け領域の潤滑及び冷却に役立つ。重量軽減の理由からで
きるだけ大きく選定されている中空室の内部では、場合
によっては軸受け領域の十分な冷却を全ての区分におい
ては実施できないオイル体積流が生ずる。なぜなら、中
空室及び通路のサイズ及び幾何学的形状に基づき、圧送
速度を減少させる領域が生じるからである。

【０００３】更に、米国特許第４５３４２４１号明細書
に基づき、同様に、クランクピン及びクランクジャーナ
ル内に中空室が備えられている組立式クランクシャフト
が公知である。このクランクピン及びクランクジャーナ
ル内には、軸受け領域の潤滑に役立つ、外周部から延び
るオイル孔が設けられている。更にオイル孔はクランク
シャフトの内部で、挿入された導管によって形成される
通路を介して互いに接続されている。このような導管に
よって、最小のオイル体積を有する方向付けられたオイ
ル流が実現可能となり、このオイル流は、軸受け領域の
十分な潤滑に役立つ。クランクピン及びクランクジャー
ナル領域の中空室自体はオイルを充填されない。軸受け
領域の十分な冷却は、このようなオイル案内では常に可
能であるとは限らない。更に、挿入された導管を介した
オイル案内は、製作が極めて面倒でありかつ製作コスト
を増大させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、方向
付けられたオイル体積流が実現可能でありかつクランク
ジャーナル及びクランクピンの領域におけるできるだけ
最良の熱排出が実現可能であるように、組立式クランク
シャフトにおけるオイル案内を改善し、この際、組立式
クランクシャフトが可能な限り重量を減じられ、簡単か
つローコストで製作可能であるようにし、特に、製作時
の面倒な製作ステップが回避されるようにすることであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によれ
ば、特許請求の範囲第１項及び第５項の特徴部分に記載
の構成の組立式クランクシャフトによって、解決され
る。

【０００６】

【発明の効果】組立式クランクシャフトのクランクピン
及びクランクジャーナル内の中空室に挿入される成形体
を使用することによって、オイル圧送に用いられるオイ
ル体積が著しく減じられる。更に、このような中空室の
内部における成形体の配置及び適当な形状によって、規
定の方向付けられたオイル体積流が実現可能であり、こ
の場合、特に壁部領域における十分なオイル体積流若し
くは流れ速度が保証され、従って、負荷された軸受け領
域からの熱排出が実現可能である。前記成形体は、クラ
ンクシャフトの製作の際に、結合前に開放しているクラ
ンクピン若しくはクランクジャーナル内へ挿入されかつ
単独エレメントの結合（例えば単独エレメントの溶接結
合）後に閉じ込められる。非組立て状態で成形体若しく
は中空室の寸法を適当に決めることによって、単独エレ
メントの結合後に、成形体の規定された不動の組込み位
置が保証される。

【０００７】中空室の内部における成形体の精確かつ不
動な組込み位置、並びに、特にクランクピン及びクラン
クジャーナルの壁部領域における、軸受け領域の冷却に
役立つオイルの高い体積流は、特に有利には、成形体が
スペーサエレメントを介して中空室の壁部に対して間隔
を置いて位置決めされていることによって、達成され
る。これによって、成形体を中心としてクランクピン若
しくはクランクジャーナルの壁部に沿って擦過する方向
付けられたオイル体積流が得られる。

【０００８】このようなスペーサエレメントは、有利な
形式では、成形体と結合される。この場合、スペーサエ
レメントが成形体に一体成形されていると、特に有利で
ある。従って、ただ１つの構成エレメントをそれぞれ中
空室に挿入すればよいので、クランクシャフトの製作時
の操作が著しく簡略化される。

【０００９】クランクシャフトの単独エレメントの結合
が摩擦溶接によりクランクジャーナル若しくはクランク
ピンの領域において行われ、かつ中空室内に突入する溶
接接合縁部がスペーサエレメントとして用いられると、
中空室の内部における成形体の特に簡単かつ有利な位置
決めが達成される。中空室内へ突入するこのような溶接
接合縁部は、通常は環状隆起部として形成されている。
従って、成形体の周方向の案内が実現可能となる。この
場合オイル案内は、挿入された成形体の適当な形状に基
づき、周方向に延びる環状隆起部に沿って行われる。

【００１０】クランクジャーナル及びクランクピンの領
域で中空室が少なくとも部分的に環状室として形成され
る場合には、クランクシャフト内部で案内されるオイル
体積を減少させることができる。同時に、このような環
状室の適当な寸法設定及び位置決めによって、クランク
ピン若しくはクランクジャーナルの外周部の領域におい
て方向付けられた比較的高いオイル体積流が実現可能で
あり、従って、この場合にも、熱負荷された軸受け領域
からの最良の熱排出が可能である。クランクシャフトの
領域におけるこのような形式のオイル案内では、有利に
は、構成エレメントの数が減じられかつ単独エレメント
の組立が容易になる。

【００１１】特に効果的なオイル案内を可能にすると同
時にクランクシャフトを極めて軽量に構成するために、
オイル案内のために必要とされる環状室がクランクジャ
ーナル及びクランクピンの外側領域に配置されていてか
つクランクシャフト及び／又はクランクピン内の中央の
中空室を取り囲んでいる。

【００１２】環状の溶接接合部としての結合箇所がそれ
ぞれ２つの同心的な管状の区分に形成されていて、これ
ら管状の区分の間に、環状溝として環状室のそれぞれの
部分が形成されると、クランクシャフトの単独エレメン
トの結合を特に容易に行なうことができる。この場合、
特にクランクジャーナル及びクランクピンの直径が大き
い場合、結合すべきクランクジャーナル及びクランクピ
ン領域の端面側の端部若しくは溶接接合部は、一平面内
に位置する。なぜならこれによって、結合すべきクラン
クジャーナル及びクランクピン部分の前加工が極めて容
易になるからである。クランクジャーナル及びクランク
ピン毎に環状の溶接接合部を異なる平面内に配置するこ
ともできる。なぜならこれにより、特に小さな直径の場
合に、オイル案内をする環状室の領域に十分な横断面が
残されるからである。

【００１３】クランクシャフトの単独エレメントの結合
は、摩擦溶接によって特に容易かつ製作技術的に精確に
行なうことができる。これによって、有利には大量生産
が可能である。更に、摩擦溶接による結合により、高い
プロセス安全性をもって製作できる耐久性のある不変な
結合が得られる。この摩擦溶接によって、特に他の溶接
方法に比べ、中空室の内部における汚染の発生が著しく
減じられる。従って、運転中に供給されたオイルの汚染
が回避され、また、面倒な後加工ステップが省かれる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に図面につき本発明の実施の形
態を説明する。

【００１５】図１に図示のクランクシャフト１は、互い
に不動かつ解離不能に結合される複数の単独エレメント
２から構成されている。これら単独エレメント２はそれ
ぞれ、管状の区分４，５を取り付けられたクランク腕３
から形成されていて、管状の区分４，５は、クランク腕
３の両側の端面に配置されていて、かつ、一方ではクラ
ンクジャーナル６の一部をかつ他方ではクランクピン７
の一部を成している。このような単独エレメント２は、
特に鍛造部材として形成され、この場合、管状の区分
４，５の適当な形状若しくは寸法設定によって、同一構
成部材の使用が可能であり、従って、クランクシャフト
１全体は、端部区分を除いて同一構成部材で組立てられ
る。

【００１６】それぞれの単独エレメント２は、公知の摩
擦溶接プロセスにより互いに結合されていて、この摩擦
溶接プロセスによって管状の区分４，５の端面側の端部
が互いに結合される。この場合、一方の単独エレメント
２が不動に締付け固定されるのに対して、他方の単独エ
レメント２は、回転と同時に加圧することにより公知の
形式で前記一方の単独エレメント２と溶接される。この
場合、互いに結合される管状の区分４，５は、クランク
ジャーナル６若しくはクランクピン７の領域で中空室
８，９を形成する。これら中空室８，９は、クランク腕
３の領域でオイル通路１０を介して互いに接続されてい
る。このオイル通路１０は、溶接前に既に、予め製作さ
れた単独エレメント２内に設けることができる。補足的
に作孔される通路及び／又は閉鎖ピンは不要である。中
空室８，９及びオイル通路１０は、公知の形式で、内燃
機関若しくはクランクシャフトのオイル供給に、特に軸
受け潤滑に役立つ。このため、クランクジャーナル及び
クランクピン７の外周部をそれぞれ起点とするオイル孔
１１が、中空室８，９に開口している。

【００１７】中空室８，９内、ひいてはクランクシャフ
ト１全体内に受容されるオイルを少なくするために、か
つ同時に、特に壁部領域に作用する方向付けられたオイ
ル流を保証するために、中空室８，９内に成形体１２が
挿入されている。これら成形体１２は特に円筒状若しく
は樽状の中空体として形成されており、耐油性及び耐熱
性の材料から製作されている。成形体１２には、クラン
クシャフト１の軸方向で見て対向して位置する２つの端
面に、一体成形されたスペーサエレメント１３が備えら
れている。このスペーサエレメント１３は、クランクシ
ャフト１の組立て状態で、中空室８，９の壁部にそれぞ
れ接触している。クランクシャフト１の単独エレメント
２は、既に述べたように、摩擦溶接によって互いに結合
されている。この場合、中空室内部に突入する周方向に
延びる溶接接合部１４が形成される。このような周方向
に延びる溶接接合部１４によって同様に、成形体１２の
センタリング若しくはポジショニングが行われ、従っ
て、この成形体１２と、クランクジャーナル６及びクラ
ンクピン７の壁部との間に環状室１５が形成され、この
環状室１５は、クランクシャフト１の内部でのオイル案
内に役立つ。

【００１８】図２の実施例では、（両端の単独エレメン
トは除いて）単独エレメントは、クランク腕３の両端面
にそれぞれ２つの同心的な管状の区分１６，１７，１
８，１９が一体成形されるように、構成されている。こ
れらの管状の区分１６，１７，１８，１９は、隣接する
単独エレメント２の対応する管状の区分１６，１７，１
８，１９と共に、それぞれ１つのクランクジャーナル６
及びクランクピン７を形成する。単独エレメント２は、
先の実施例で示したように、摩擦溶接により互いに結合
される。この場合、クランクピン７及びクランクジャー
ナル６の領域で両管状の区分１６，１７，１８，１９の
端面においてそれぞれダブル溶接が行われる。互いに結
合された管状の区分１６，１７，１８，１９は、組立て
状態でそれぞれ１つの周方向に延びる環状室２０，２１
を形成し、これら環状室２０，２１は、クランク腕３の
領域でオイル通路１０を介して互いに接続されている。
このような環状室２０，２１は、互いに結合される管状
の区分１６，１７，１８，１９によって形成されるクラ
ンクジャーナル６及びクランクピン７内の中央の中空室
２２，２３を取り囲んでいる。これら中空室２２，２３
は密閉されていてかつオイル循環回路とは接続されてい
ない。環状室２０，２１はオイル孔１１と接続されてい
て、このオイル孔１１は、先の実施例で示したように、
クランクジャーナル６及びクランクピン７のそれぞれの
外周部から延びかつ軸受け領域の潤滑に用いられる。

【００１９】この場合、個々の管状の区分１６，１７，
１８，１９の摩擦溶接部は（図面左半分で示されている
ように）、クランクジャーナル６及びクランクピン７の
管状の区分１６，１７，１８，１９の端面が異なる平面
内に位置するように、構成できる。これによって、軸方
向で互い違いにずらされた周方向に延びる溶接接合部１
４が得られ、従って、クランクジャーナル６及びクラン
クピン７の直径が小さい場合でも、環状室２０，２１の
内部で十分な自由横断面が確保される。しかしながら
（右半分の図面に示されているように）、両溶接接合部
１４若しくは接合される管状の区分１６，１７，１８，
１９の端面を一平面内に配置することも可能である。と
いうのは、これによって、互いに溶接すべき端面の前加
工が簡略化されるからである。

【００２０】特に、図２に示されたクランクシャフト１
の構成によって、壁厚さを外側領域において比較的肉薄
にすることができる。なぜなら、同心的な管状の区分に
基づく二重壁によって、強度の十分な横断面が確保され
ているからである。シングル溶接（図１に相当）に比べ
外側で壁厚さが比較的肉薄であることによって、負荷さ
れる軸受け領域からの熱排出が改善される。

【００２１】特にクランクジャーナル６及びクランクピ
ン７の直径が異なる場合、図１及び図２の両結合形式
を、クランクシャフト１の内部で互いに組合わせること
が容易に可能となる。この場合、比較的大きな直径の領
域（通常はクランクジャーナル６の場合）において、環
状室２０，２１を形成する同心的な２つの管状の区分１
６，１７，１８，１９が互いに結合される。更に、比較
的小さな直径の領域（通常はクランクピン７の場合）に
おいて、シングル溶接が行われかつ適当な成形体１２が
中空室８，９に挿入される。環状室２０，２１と、成形
体１２を備えた中空室８，９とは、先の実施例と同様
に、オイル通路１０を介して互いに接続される。

【図面の簡単な説明】

【図１】組立式クランクシャフトの第１実施例による、
部分的にのみ示された概略的な縦断面図である。

【図２】組立式クランクシャフトの第２実施例による、
部分的にのみ示された概略的な縦断面図である。

【符号の説明】

１ クランクシャフト、 ２ 単独エレメント、 ３
クランク腕、 ４，５区分、 ６ クランクジャーナ
ル、 ７ クランクピン、 ８，９ 中空室、１０ オ
イル通路、 １１ オイル孔、 １２ 成形体、 １３
スペーサエレメント、 １４ 溶接接合部、 １５
環状室、 １６，１７ 区分、 １８，１９ 区分、
２０，２１ 環状室、 ２２，２３ 中空室

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 組立式クランクシャフトであって、該ク
   ランクシャフトの単独エレメント（２）が、クランクジ
   ャーナル（６）及びクランクピン（７）の領域において
   互いに結合されていて、該クランクジャーナル（６）及
   びクランクピン（７）内に、オイル通路（１０）を介し
   て互いに接続された中空室（８，９，２０，２１）が備
   えられている形式のものにおいて、 中空室（８，９）の少なくとも一部内に成形体（１２）
   が挿入されていることを特徴とする、組立式クランクシ
   ャフト。
2. 【請求項２】 成形体（１２）が、スペーサエレメント
   （１３）を介して、中空室（８，９）の壁部に対して間
   隔を置いて位置決めされている、請求項１記載のクラン
   クシャフト。
3. 【請求項３】 スペーサエレメント（１３）が、少なく
   とも部分的に成形体（１２）と結合されている、請求項
   ２記載のクランクシャフト。
4. 【請求項４】 単独エレメント（２）が摩擦溶接により
   互いに結合されており、中空室（８，９）内に突入する
   溶接接合縁部（１４）が、成形体（１２）用のスペーサ
   エレメント（１３）として用いられる、請求項２又は３
   記載のクランクシャフト。
5. 【請求項５】 組立式クランクシャフトであって、該ク
   ランクシャフトの単独エレメント（２）が、クランクジ
   ャーナル（６）及びクランクピン（７）の領域において
   互いに結合されていて、該クランクジャーナル（６）及
   びクランクピン（７）内に、オイル通路（１０）を介し
   て互いに接続された中空室（８，９，２０，２１）が備
   えられている形式のものにおいて、 中空室（８，９，２０，２１）が、少なくとも部分的に
   環状室（２０，２１）として形成されていることを特徴
   とする、組立式クランクシャフト。
6. 【請求項６】 環状室（２０，２１）として形成された
   中空室（８，９，２０，２１）が、クランクジャーナル
   （６）及び／又はクランクピン（７）内の中央の中空室
   （２２，２３）を取り囲んでいる、請求項５記載のクラ
   ンクシャフト。
7. 【請求項７】 単独エレメント（２）の結合箇所が、環
   状の溶接接合部（１４）として形成されており、前記結
   合箇所が、クランクジャーナル（６）若しくはクランク
   ピン（７）毎に一平面内に位置している、請求項５又は
   ６記載のクランクシャフト。
8. 【請求項８】 単独エレメント（２）の結合箇所が、環
   状の溶接接合部（１４）として形成されており、前記結
   合箇所が、クランクジャーナル（６）若しくはクランク
   ピン（７）毎に異なる平面内に位置している、請求項５
   又は６記載のクランクシャフト。
9. 【請求項９】 単独エレメント（２）が、摩擦溶接によ
   って互いに結合されている、請求項５から８までのいず
   れか１項記載のクランクシャフト。