KR20030091691A

KR20030091691A - 크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관용 크랭크샤프트

Info

Publication number: KR20030091691A
Application number: KR10-2003-0031833A
Authority: KR
Inventors: 비고한센안데르스; 라트만옌스; 헬무트옌슨쇠렌; 게르네르크리스트안센앨런
Original assignee: 맨 비 앤드 더블유 디젤 에이/에스
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2003-12-03
Also published as: CN1460800A; CN1271346C; KR20070046040A; JP2007170675A; CN1651777A; CN100354537C; JP2004003659A

Abstract

본 발명은 다수의 스로우 (2) 를 구비한 크로스헤드형 2 행정 내연기관용 크랭크샤프트에 관한 것이다. 각각의 스로우는 크랭크 핀 (4) 에 의해 연결된 2 개의 크랭크 아암 (3) 을 포함한다. 스로우 (2) 는 다수의 메인 저널 (5) 에 의해 서로 일체로 연결된다. 크랭크샤프트 (1) 는 2 이상의 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 으로 종방향으로 분리된다. 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 은, 분리된 스로우 (2') 의 일부와 분리된 스로우 (2') 의 타부를 연결함으로써, 또는 메인 저널 (5') 의 자유 단부를 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부에 연결함으로써 서로 연결된다.

Description

크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관용 크랭크샤프트 {CRANKSHAFT FOR A LARGE TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF THE CROSSHEAD TYPE}

본 발명은, 크랭크 핀에 의해 연결된 2 개의 크랭크 아암을 포함하는 다수의 스로우 (throws) 를 구비한 크로스헤드형 2 행정 내연기관용 크랭크샤프트에 관한 것으로, 이 스로우는 다수의 메인 저널 (main journals) 에 의해 서로 일체로 연결되고, 크랭크샤프트는 2 이상의 크랭크샤프트 부분으로 종방향으로 분리된다.

상기 크랭크샤프트는 크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관의 분야에서는 잘 알려져 있다. 크랭크샤프트의 무거운 중량과 비교적 저속의 회전속도로 인해,정적 하중, 즉 엔진 구성품의 무게가 주요 설계 요소이고, 반면, 소형 고속의 운행 엔진에 있어서, 가동 질량에 의한 동적인 힘이 주요 설계 요소이다. 크로스헤드형 대형 2 행정 내연기관은, 예컨대 제 DK 1053/96 호에 개시되어 있다. 이 엔진은 다수의 실린더를 구비하여, 완전한 크랭크샤프트의 무게가 무게 제한값을 초과하기 때문에 크랭크샤프트를 2 이상의 부분으로 분리할 필요가 있다. 크랭크샤프트 생산 설비 및 엔진 조립 설비에서 크레인의 상승 용량은 예컨대 약 220 톤으로 한정된다. 8 ~ 14 개의 실린더를 갖춘 엔진에서 상기 유형의 초대형 모델의 완전한 크랭크샤프트의 무게는 약 500 톤이 되고, 크레인은 이 무게를 들어올릴 수 없고, 따라서 상기 크랭크샤프트를 2 이상의 부분으로 종방향으로 분리할 필요가 있다. 대판(臺板) 상의 크랭크샤프트 부분 각각을 상승시켜 메인 베어링상에 위치하도록 하강시킴으로써 크랭크샤프트 부분이 조립된다. 그 후, 크랭크샤프트 부분의 자유 단부상에 제공되는 플랜지를 서로 볼트 체결시킴으로써 크랭크샤프트가 조립된다. 크랭크샤프트 부분이 메인 베어링상에 위치되면 크랭크샤프트 부분은 매우 한정된 범위로 축방향으로만 이동할 수 있다. 따라서, 메인 저널과 스로우를 연결하는데 사용되는 수축 끼워맞춤 연결 (shrink-fit connections) 을 사용할 수 없다. 그 이유는, 상기 유형의 연결은 크랭크샤프트 부분이 메인 베어링내에 놓여짐에 따라 크랭크샤프트 부분의 실질적인 축방향 변위 (불가능함) 를 필요로 하기 때문이다. 따라서, 한정된 축방향 이동으로 조립이 수행될 수 있기 때문에 지금까지 플랜지 연결이 유리한 것으로 생각되었다. 플랜지 연결에 있어서, 크랭크샤프트 부분은 순수 수직 베딩 (pure verticalbedding) 에 의해서 메인 베어링상에서 차례로 하강되어, 플랜지 사이에 여유 공간을 남기게 된다. 플랜지/크랭크샤프트 부분은 일렬로 정렬되고, 양 플랜지내의 보어를 통하여 볼트가 삽입된다. 그 후, 볼트가 꽉 죄여지고 조립이 완성된다. 게다가, 플랜지 연결이 약 12.000 KNm 까지의 레벨에서 순간적으로 최고일 수 있는 엄청난 토크를 전달할 수 있기 때문에, 플랜지 연결이 유리하다고 고려된다.

제 DK 1053/96 호에 따르면, 예컨대 단위 실린더당 적어도 2000 kW 의 출력을 가진 매우 큰 엔진의 스로우는, 이에 가해지는 하중을 견딜 수 있도록, 주조 또는 단조 및 후속의 기계가공에 의해 일체로 형성되어야 한다.

하지만, 크랭크샤프트 부분의 자유 단부간의 플랜지는 크랭크샤프트의 전체 길이에 더해져서, 엔진의 전체 길이와 무게를 증가시키게 된다. 전술한 바와 같이, 무게는 중요한 설계 특징으로서 어떠한 무게의 감소는 중요하다. 예컨대, 엔진이 화물선에 사용될 때, 전체 길이는 중요하고, 추가적인 화물 공간의 각 인치도 고려되어야 한다.

상기 배경기술을 바탕으로, 본 발명의 목적은 전체 길이가 감소된 전술한 종류의 크랭크샤프트를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은, 청구항 제 1 항에 따라서, 분리된 스로우의 일부와 분리된 스로우의 타부를 연결하여 크랭크샤프트 부분을 서로 연결함으로써, 또는 메인 저널의 자유 단부와 크랭크 아암의 자유 단부를 연결함으로써 달성된다. 초기의 가정과는 반대로, 그에 가해진 하중,예컨대 전달되는 토크, 연결 로드에 의해 가해지는 힘, 및 자중을 견딜 수 있는 분리된 스로우를 구성할 수 있다. 초기의 가정과는 반대로, 상기 유형의 엔진에 의해 생성된 엄청난 토크를 전달할 수 있는 크랭크 아암의 자유 단부와 메인 저널의 자유 단부 사이에 연결부를 구성할 수 있다. 따라서, 길이를 많이 잡아먹는 플랜지 (length-consuming flanges) 를 사용하지 않고 크랭크샤프트 부분을 연결할 수 있다. 상기 크랭크샤프트를 사용함으로써, 엔진의 길이는 더 짧아지고 가능한 무게도 더 가벼워진다. 제 DK 1053/96 호에서 스로우와 메인 저널 사이에 플랜지 연결부가 단순히 부가되어서, 플랜지 연결부의 길이에 의해서, 플랜지 연결부에 가장 인접한 저널과 플랜지 연결부의 타측상의 저널 사이의 거리가 증가하기 때문에, 길이의 감소는 특히 국부 레벨에서 유리하다. 상기 메인 저널간의 증가된 거리는 메인 저널간의 보강 스로우 또는 수용되어야 하는 스로우내의 더 큰 응력 레벨을 필요로 한다.

크랭크 아암의 자유 단부는 메인 저널의 자유 단부에 볼트 체결되는 것이 바람직하다. 연결부의 토크 전달 용량을 증가시키기 위해서, 메인 저널의 자유 단부와 크랭크 아암의 자유 단부 사이에 마찰 증가 재료가 사용되는 것이 유리하다. 마찰 증가 재료는 메인 저널의 자유 단부와 크랭크 아암의 자유 단부 사이에 삽입되는 양측면상에서 피복되는 디스크-형상의 부재로서 사용되는 것이 바람직하다. 마찰 증가 재료용 캐리어로서 디스크-형상의 부재를 사용함으로써, 크랭크샤프트 부분이 여러 번 조립 및 분해되어야 할 때 특히 유리하다. 다른 방법으로, 마찰 증가 재료는 메인 저널의 자유 단부 및/또는 크랭크 아암의 자유 단부상의 피복부로서 사용될 수 있다. 마찰 증가 재료는, 크랭크 아암의 자유 단부와 메인 저널의 자유 단부의 재료보다 실질적으로 더 단단한 입자를 포함하는 것이 바람직하고, 이 입자는 이 크랭크 아암의 자유 단부와 메인 저널의 자유 단부로 부분적으로 가압될 수 있도록 크기결정된다.

메인 저널의 자유 단부와 크랭크 아암의 자유 단부 사이의 볼트 체결된 연결부는 크랭크 아암의 자유 단부를 통하여 메인 저널로 축방향으로 연장하는 다수의 볼트를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 볼트는, 메인 저널의 폐쇄 나사보어안으로 연장하거나, 메인 저널의 폐쇄 보어안으로 연장하는 팽창 볼트일 수 있으며, 스플릿 슬리브 또는 케이싱이 메인 저널내에서 및 끼워맞춤 볼트로서 작용하도록 크랭크 아암내에서 부분적으로 연장하는 것이 바람직하다.

연결부에서 메인 저널은 2 개의 자유 단부를 가질 수 있다. 이 경우에 있어서, 볼트는 메인 저널내의 보어를 통하여 메인 저널의 측면에 위치한 2 개의 크랭크 아암내의 보어를 통하여 축방향으로 연장하는 스터드인 것이 바람직하다. 메인 저널의 자유 단부와 크랭크 아암의 자유 단부 사이의 연결부는 연결부의 토크 전달 용량을 증가시키기 위해서 끼워맞춤 볼트 또는 끼워맞춤 스터드를 포함할 수 있다.

1 이상의 크랭크샤프트 부분의 메인 저널에는 크랭크샤프트의 말단에서부터 크랭크샤프트 부분간의 연결부까지 및 그 반대로 이동되도록 하는 보어가 제공된다. 게다가, 연결부 이전의 마지막 2 개의 스로우에는 스터드가 해당 반경까지 반경방향 외부로 이동되도록 하는 채널이 제공될 수 있고, 이 반경에서 스터드를 보어안으로 삽입할 수 있고, 또한 그 보어로부터 빠져나올 수 있다. 이 배열체는 조립된 엔진내에서 손상된 스터드가 교체되도록 한다.

분리된 스로우의 2 개의 크랭크 아암은 반경방향 내부와 반경방향 외부로 분리되고, 반경방향 외부는 크랭크 핀에 의해 서로 일체로 연결된다.

반경방향 외부에는 반경방향 내부의 대응 보어를 통하여 연장하는 스터드가 제공될 수 있다. 스터드는 반경방향 내부를 반경방향 외부에 고정시키기 위해서 너트에 의해 인장이 가해지는 것이 바람직하다.

마모에 대하여 연결부를 보장하기 위해서, 분리된 스로우의 반경방향 내부와 반경방향 외부의 접촉면 사이에 마찰 증가 재료가 사용될 수 있다. 연결부는, 접촉 압력이 높도록 반경방향 내부와 반경방향 외부 사이의 접촉면 영역이 크랭크 아암의 단면적보다 실질적으로 더 작은 것을 보장함으로써, 더 개선될 수 있다.

연결부를 보장하기 위한 다른 방법으로는, 반경방향 내부와 반경방향 외부 사이의 연결부내의 끼워맞춤 스터드 및/또는 끼워맞춤 볼트를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 실린더 프레임의 다른 목적, 특징, 장점, 및 특징은 상세한 설명부로부터 명백해질 것이다.

이후의 본 발명의 설명부에서, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시형태를 참조하여 자세히 설명될 것이다.

도 1 은 종래 기술의 크랭크샤프트를 도시한 개략도,

도 2 는 본 발명에 따른 크랭크샤프트의 바람직한 제 1 실시형태를 도시한 개략도,

도 3 은 바람직한 제 1 실시형태의 크랭크샤프트 부분들간의 연결부 단면을 부분적으로 자세히 도시한 도면,

도 4 는 크랭크샤프트 부분들간의 연결을 도시한 확대도,

도 5 는 도 2 ~ 도 4 에 도시된 연결부의 변형 단면을 부분적으로 자세히 도시한 도면,

도 5a 는 도 5 의 실시형태의 변형을 자세히 도시한 도면,

도 6 은 스터드 교환을 도시한 도면,

도 7 은 본 발명에 따른 크랭크샤프트의 바람직한 제 2 실시형태를 도시한 개략도,

도 8 은 바람직한 제 2 실시형태의 크랭크샤프트 부분들을 연결하는 스로우의 단면을 부분적으로 자세히 도시한 측면도, 및

도 9 는 바람직한 제 2 실시형태의 크랭크샤프트 부분들을 연결하는 스로우의 단면을 부분적으로 자세히 도시한 축면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

1 : 크랭크샤프트2, 2' : 스로우

3, 3' : 크랭크아암4, 4': 크랭크 핀

5, 5' : 메인 저널6 : 베어링

7 : 관통보어 (또는 보어)8 : 스터드

8' : 볼트9 : 보어

9' : 폐쇄 보어10 : 너트

11, 14: 리세스12 : 돌출부

13 : 보어15 : 디스크

16 : 중앙보어17 : 채널

도 1 에서는 저속 운행하는 대형 크로스헤드형 엔진의 종래 기술의 크랭크샤프트를 도시하였고, 이 크랭크샤프트는 메인 베어링 (6) 에 의해 지지되는 메인 저널 (5) 에 의해 서로 일체로 연결되는 스로우 (2) 를 포함한다. 크랭크샤프트는, 플랜지 연결부 (c, d) 에 의해서 종방향으로 조립된 2 개의 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 되어 있다. 플랜지 연결부를 서로 볼트 체결시킴으로써 크랭크샤프트 부분이 연결될 때, 크랭크케이스 하우징은 대판상에 위치될 수 있다.

본 발명에 따른 크랭크샤프트는 도 2 ~ 도 9 를 참조하여 설명될 것이다. 도 1, 도 2, 및 도 7 에 있어서, 단순화를 위해서 크랭크샤프트는 모든 스로우들이 상방으로 배열된 상태로 도시되었다. 하지만, 실제 크랭크샤프트에 있어서 이 경우가 아닐 수 있음을 이해해야 한다.

도 2 에서는 크랭크 핀 (4) 에 의해 연결된 2 개의 크랭크 아암 (3) 을 포함하는 다수의 스로우 (2) 를 구비한 크랭크샤프트 (1) 의 바람직한 제 1 실시형태를 도시하였다. 크랭크 아암 (3) 은, 중실체이고, 도시된 실시형태에서 크랭크 핀 (4) 과 일체화된다. 크랭크 핀 (4) 은 크랭크샤프트의 균형을 위해서 중공일 수 있다. 중실체는 금속 주조나 단조에 의해서 생성될 수 있다. 각각의 스로우 (2) 에는 각각의 메인 저널 (5) 이 수축 연결부에 의해 고정되는 대형 보어가 제공되고, 이로 인해 메인 저널 (5) 은 각각의 크랭크 아암 (3) 을 통하여 완전히 신장하여 2 개의 부분 사이에 가능한 가장 큰 접촉면을 획득할 수 있다. 다른 방법으로, 크랭크샤프트는 금속 주조나 단조에 의해서 하나의 중실체로 생성될 수 있고, 또는 스로우 (2) 와 메인 저널 (5) 을 용접시킴으로써 생성될 수 있다.

크랭크샤프트는 종방향으로 2 개의 부분 (1a, 1b) 으로 분리되고, 이 2 개의 부분에서 스로우 (2) 는 메인 베어링 (6) 에 의해 지지되는 메인 저널 (5) 에 의해 서로 일체로 연결된다. 또한, 크랭크샤프트를 3 이상의 부분으로 분리할 수 있고, 크랭크샤프트 부분들은 동일한 길이를 가지지 않을 수 있다.

도 3 과 도 4 에 도시된 바와 같이, 바람직한 제 1 실시형태에 있어서, 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 의 자유 단부에는 자유 크랭크 아암 (3') 이 제공되고, 이 자유 크랭크 아암에는 대응하는 다수의 스터드 (8) 를 수용하기 위한 축방향으로 신장한 다수의 관통보어 (7) 가 제공된다. 스터드 (8) 는, 보어 (9) 를 통하여 메인 저널 (5') 을 관통하여 또한 다른 크랭크샤프트 부분 (1b) 의 자유 크랭크 아암 (3') 내의 보어 (7) 를 통하여 연장한다. 스터드 (8) 는 양단부에서 너트 (10) 에 의해 인장을 받게 된다. 너트 (10) 는 크랭크 아암 (3') 내의 리세스 (11) 에 수용되고, 스터드 (8) 에 필요한 예비 인장을 가하도록 유압적으로 조여진다.

스터드 (8), 크랭크 아암 (3') 내의 대응 보어 (7), 및 메인 저널 (5') 내의 보어 (9) 는, 바람직한 실시형태에 따라서, 2 개의 동심적으로 배열된 원에 대응하는 패턴으로 배열되어서, 제한된 이용가능한 공간내에 다수의 스터드가 배열될 수 있다.

메인 저널 (5') 의 양단부면상에는, 이 메인 저널 (5') 과 크랭크 아암 (3') 을 일렬로 정렬하기 위해서, 크랭크 아암 (3') 내의 큰 보어 (13) 와 결합하는 축방향 돌출부 (12) 가 제공된다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 스로우 (2') 의 다른 크랭크 아암 (3) 에는 리세스 (14) 가 제공되고, 이 리세스는 스터드 (8) 를 스로우 (2') 안으로 완전히 미는데 충분한 깊이를 가지며, 따라서 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 은 순수 수직 베딩 (bedding) 에 의해서 최소 수평 간극으로 조립될 수 있다.

조립되면, 메인 저널 (5') 은 이 메인 저널 (5') 을 변형시키는 큰 압축력에 노출된다. 하지만, 메인 저널의 베어링면이 메인 베어링의 베어링면과 정확하게 일치하는 정밀한 형상을 가지는 것이 필수적이다. 이 문제를 해결하기 위해서, 메인 저널 (5') 은, 조립됨에 따라 동일한 압축력에 노출되면서 기계가공된다. 메인 저널 (5') 은 자유 크랭크 아암 (3') 과 더미 (dummy) 크랭크샤프트 (비도시) 사이에 장착되고, 스터드 (8) 는 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 의 조립됨에 따라 동일한 예비 인장으로 조여지게 된다. 그 후, 메인 저널의 베어링면은 종래의 방법으로 기계가공된다. 메인 저널 (5') 이 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 과 조립될 때, 정확한 형상을 가질 것이다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 손상된 스터드는 (8) 는 대판상의 조립된 크랭크샤프트내에서, 심지어 완전히 조립된 엔진내에서도 교체될 수 있다. 메인 저널 (5) 에는 중앙보어 (16) 가 제공되고, 교체 스터드 (8) 는 엔진의 말단부에서 크랭크샤프트 단부로부터 이 중앙보어를 통하여 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 사이의 연결부쪽으로 이동될 수 있다. 자유 크랭크 아암 (3') 을 갖춘 스로우 (2') 와 이 스로우 옆에 있는 스로우 (2) 에는 스터드 (8) 가 해당 반경까지 반경방향 외부로 이동되도록 하는 채널 (17) 이 제공되고, 이 반경에서 스터드를 자유크랭크 아암 (3') 내의 보어 (7) 안으로 삽입할 수 있다. 손상된 스터드 (8) 를 교체할 수 있도록 하기 위해서, 모든 스터드 (8) 는 리세스 (14) 로 완전히 물라나게 하면, 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 이 분리되어 서로에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 그 후, 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 은 손상된 스터드 (8) 를 포함하는 보어 (9) 가 채널 (17) 과 일렬로 정렬될 때까지 서로 회전된다. 그 후, 손상된 스터드는 채널 (17) 안으로 밀려나서 크랭크샤프트 단부를 향하여 보어 (16) 를 통과해서 상기 크랭크샤프트 단부 외부로 밀려나게 된다. 그 후, 교체된 스터드 (8) 는 크랭크샤프트안으로 삽입되고 보어 (16) 를 통하여 채널 (17) 쪽으로 이동되어 보어 (7, 9) 안으로 이동된다. 모든 스터드 (8) 는 처음 위치로 되돌아와서 전술한 바와 같이 조여지게 된다.

크랭크샤프트 연결부의 다른 바람직한 실시형태는 도 5 에 도시되어 있다. 크랭크샤프트와 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 의 연결부는 전술한 실시형태와 실질적으로 동일하지만, 메인 저널 (5') 은 크랭크샤프트 부분 (1a) 의 마지막 스로우 (2') 와 일체화된다. 따라서, 메인 저널 (5') 은 단지 하나의 자유 단부를 가진다. 이 자유 단부는 전술한 바와 유사하게 크랭크샤프트 부분 (1b) 의 스로우 (2') 의 자유 크랭크 아암 (3') 에 연결된다. 스터드 (8) 는 메인 저널 (5') 내의 폐쇄 나사보어 (9') 안으로 연장하는 볼트 (8') 에 의해 교체된다. 상기 바람직한 실시형태에 있어서, 자유 크랭크 아암 (3') 을 갖춘 스로우 (2') 의 다른 크랭크 아암 (3) 내에는 리세스 (14) 가 필요하지 않다. 왜냐하면, 볼트 (8') 는 스터드 (8) 보다 실질적으로 짧기 때문이다.

도 5a 에 도시된 상기 바람직한 실시형태의 변형에 있어서, 스플릿 케이스나 슬리브 (8'') 를 갖춘 팽창 볼트 (8') 가 사용되고, 상기 폐쇄 보어 (9') 에는 나사산이 제공되지 않는다. 스플릿 케이스나 슬리브 (8'') 는 도시된 바와 같이 폐쇄 보어 (9') 와 크랭크 아암 (3') 내의 보어 (7) 안으로 부분적으로 연장할 수 있어서, 이 스플릿 케이스나 슬리브는 끼워맞춰진 볼트로서 작용할 수 있다.

메인 저널 (5') 의 자유 단부와 크랭크 아암 (3') 사이의 연결부가 12.000 KNm 의 레벨에서 정점에 도달하는 엄청난 토크를 전달할 수 있음을 보장하기 위한 여러 가지 다른 방법이 있다. 이러한 다른 방법은 대안적이거나 추가될 수 있다. 바람한 일실시형태에 있어서, 연결부의 스터드 (8) 나 볼트 (8') 는, 메인 저널 (5') 상의 인접한 접촉면과 크랭크 아암 (3') 사이의 마찰력이 전단력을 초과하지 않도록 크기결정되고 예비 인장이 가해질 수 있다.

연결부의 토크 전달 용량을 증가시키는 다른 방법으로는, 메인 저널 (5') 의 자유 단부와 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부 사이에 마찰 증가 재료를 사용하는 것이다. 마찰 증가 재료는 니켈 피복부일 수 있지만, 매트릭스층의 두께보다 더 큰 경질 입자를 포함하는 비교적 부드러운 금속 매트릭스 피복부인 것이 바람하고, 따라서 입자는 조립시 메인 저널 (5') 의 자유 단부와 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부의 각각의 접촉면에 부분적으로 가압되어 접촉면을 서로 효과적으로 고정하는 마이크로-톱니를 형성한다. 금속 매트릭스는 니켈, 철 기재의 합금 또는 다른 금속의 합금을 포함할 수 있다. 경질 입자는 SiC 와 WC 와 같은 카바이드, 크롬 카바이드 및/또는 산화크롬, 산화 실리콘과 같은 산화물 또는 다른 경질 산화물을 포함할 수 있다. 입자는 메인 저널 (5') 과 자유 크랭크 아암 (3') 보다 실질적으로 더 단단해야 한다. 마찰 증가 재료는 플라즈마 피복과 같은 가열 피복에 의해 도포될 수 있다. 이 재료를 메인 저널 (5') 과 크랭크 아암 (3') 에 바로 사용할 수 있다. 하지만, 디스크 (15) 의 양측면상에 마찰 증가 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 디스크 (15) 는, 도 4 에 도시된 바와 같이, 메인 저널 (5') 의 자유 단부와 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부 사이에 삽입된다. 디스크 (15) 를 마찰 증가 재료용 캐리어로서 사용함으로써 연결부를 조립하고 여러 번 재조립할 필요가 있을 때 특히 유용하다. 매번 새로운 디스크를 사용함으로써, 마찰 증가 재료의 기능이 보장된다.

충분한 토크를 전달할 수 있는 연결부를 보장하기 위한 다른 방법으로는, 백래쉬없이 보어 (7, 9) 내에 끼워맞춰지는 끼워맞춤 스터드 (8) 또는 끼워맞춤 볼트 (8') 를 사용하는 것이다. 끼워맞춤 스터드/볼트는, 메인 저널 (5') 과 크랭크 아암 (3') 을 양호하게 정렬시켜주고 전단력을 견디게 하는 연결부의 용량에 실질적인 기여를 한다. 또한, 팽창 스터드/볼트 및 끼워맞춤 스터드/볼트를 결합하여 사용할 수 있다.

도 7 에서는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태를 도시하였다. 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 는, 전술한 봐와 같이 동일한 방식으로, 메인 저널 (5) 에 의해서 서로 일체로 연결되는 스로우 (2) 로 구성된다. 하지만, 크랭크샤프트 부분은 도 8 과 도 9 에서 보다 자세히 도시된 분리된 스로우 (2') 에 의해 서로 연결된다. 크랭크 아암 (3) 은 서로 지지하는 반경방향 외부 (3a) 와 반경방향내부 (3b) 로 분리된다.

반경방향 내부 (3b) 는 중실체로서 금속 주조나 단조 및 후속 기계가공에 의해 형성될 수 있다. 반경방향 내부는 수축 연결 또는 다른 방법으로 용접 연결에 의해 각각의 메인 저널 (5) 에 연결된다.

스로우 (2') 의 2 개의 반경방향 외부 (3a) 는 크랭크 핀 (4a) 에 의해 서로 연결된다. 반경방향 외부 (3a) 는 크랭크 핀 (4a) 을 가진 중실체일 수 있고, 또는 이 반경방향 외부는 수축 연결에 의해서 크랭크 핀 (4a) 에 연결될 수 있다. 반경방향 외부 (3a) 각각에는 스터드 (18) 를 수용하는 2 개의 나사보어가 제공된다. 스터드 (18) 는 반경방향 내부 (3b) 내의 대응 보어를 통하여 접선방향으로 연장한다. 다른 방법으로, 크랭크 아암당 2 이상의 스터드가 사용될 수 있다. 스터드 (18) 는 반경방향 내부 (3b) 의 보어로부터 돌출한다. 스터드 (18) 와 나사 결합되는 너트 (19) 는 스터드 (18) 를 인장시키는데 사용되어서 반경방향 내부 (3b) 와 반경방향 외부 (3a) 는 서로 단단히 고정된다.

반경방향 내부 (3a) 에는 접촉면 (20) 이 제공되고, 반경방향 외부 (3b) 에는 접촉면 (21) 이 제공되며, 이 접촉면에서 반경방향 내부와 반경방향 외부가 서로 인접하게 된다. 도시된 바와 같이, 접촉면은 스터드 (18) 를 둘러싸는 것이 바람직하지만, 또한 이 접촉면은 다른 위치, 즉 크랭크 아암 (3) 의 대칭축을 중심으로 하는 위치에 배치될 수 있다.

엔진 작동시 노출되는 전단력의 영향하에서, 반경방향 외부가 반경방향 내부에 대하여 이동하지 않는 것을 보장하기 위한 여러 가지 다른 방법이 있다.이러한 다른 방법은 대안적이거나 추가될 수 있다. 바람직한 일실시형태에 있어서, 스터드 (18) 는 내부 (3a) 와 외부 (3b) 상의 인접한 접촉면 (20, 21) 사이의 마찰력이 전단력을 초과하지 않도록 크기결정되고 예비 인장이 가해질 수 있다. 지금까지, 접촉 압력이 비교적 높도록 접촉면 (20, 21) 의 표면적이 작게 유지되는 것이 바람직하다. 상기 실시형태의 변형에 따라서, 접촉면 (20, 21) 사이에는 전술한 바와 같이 동일한 마찰 증가 재료가 사용된다. 이 마찰 증가 재료는 접촉면 (20, 21) 상에서 또는 마찰 감소 재료를 가진 양측면상의 피복된 얇은 삽입부 (비도시) 상에서 피복부로서 사용될 수 있다. 이 삽입부는 접촉면 (20, 21) 사이에 배치된다. 전단력을 지탱할 수 있는 연결부를 보장하기 위한 다른 방법으로는, 백래쉬없이 보어내에서 끼워맞춰지는 끼워맞춤 스터드 (18) 를 사용하거나, 팽창 스터드 (18) 와 끼워맞춤 볼트를 결합하여 사용하거나, 다른 유형의 끼워맞춤 로드를 결합하여 사용하는 것이다.

반경방향 외부 (3a) 에는 반경방향 내부로 연장하는 원호 형상의 돌출부 (22) 가 제공되어서, 크랭크 핀 (4a) 과 반경방향 외부 (3a) 사이의 천이부에서 노치 효과를 피하는데 사용되는 중공 챔버 (24) 를 위한 공간을 형성하게 된다. 반경방향 내부 (3b) 에는 돌출부 (22) 를 수용하기 위한 대응 리세스 (23) 가 제공된다.

반경방향 내부 (3b) 에는 원호 형상의 돌출부가 제공되어서 반경방향 내부 (3a) 와 메인 저널 (5) 사이의 매끄러운 천이부를 위한 공간을 형성하게 된다. 돌출부 (25) 는 반경방향 외부내의 대응하는 형상의 리세스 (26) 내에 수용된다.

본 발명은 설명을 위해 자세히 기재되었지만, 설명의 목적을 위해서만 기재되었고, 본 발명의 관점을 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 변형될 수 있음을 이해해야 한다.

따라서, 장치와 방법의 바람직한 실시형태는 개선된 환경을 고려하여 기재된 반면, 이 실시형태는 본 발명의 원리만 설명하였다. 본 발명의 정신과 첨부된 청구항의 관점을 벗어나지 않는 한 다른 실시형태와 형상이 고안될 수 있다.

본 발명에 따른 전체 길이가 감소한 크랭크샤프트를 사용함으로써, 엔진의 길이는 더 짧아지고 가능한 무게도 더 가벼워진다.

연결부의 토크 전달 용량을 증가시키기 위해서, 메인 저널의 자유 단부와 크랭크 아암의 자유 단부 사이에 마찰 증가 재료를 사용하고, 마찰 증가 재료용 캐리어로서 디스크-형상의 부재를 사용함으로써, 크랭크샤프트 부분이 여러 번 조립 및 분해되어야 할 때 특히 유리하다.

Claims

크랭크 핀 (4) 에 의해 연결된 2 개의 크랭크 아암 (3) 을 포함하는 다수의 스로우 (2) 를 구비한 크로스헤드형 2 행정 내연기관용 크랭크샤프트로서, 상기 스로우 (2) 는 다수의 메인 저널 (5) 에 의해 서로 일체로 연결되고, 상기 크랭크샤프트 (1) 는 2 이상의 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 으로 종방향으로 분리되는 크로스헤드형 2 행정 내연기관용 크랭크샤프트에 있어서,

상기 2 이상의 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 는, 분리된 스로우 (2') 의 일부와 분리된 스로우 (2') 의 타부를 연결함으로써 또는 메인 저널 (5') 의 자유 단부와 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부를 연결함으로써 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 1 항에 있어서, 상기 메인 저널 (5') 의 자유 단부는 상기 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부에 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 2 항에 있어서, 상기 메인 저널 (5') 의 자유 단부 및/또는 상기 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부는 실질적으로 평평한 표면인 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 3 항에 있어서, 마찰 증가 재료는 상기 메인 저널 (5') 의 자유 단부와상기 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부 사이에 사용되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 4 항에 있어서, 상기 마찰 증가 재료는 메인 저널 (5') 의 자유 단부와 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부 사이에 삽입되는 양측면상에서 피복되는 디스크-형태의 부재 (15) 로서 사용되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 5 항에 있어서, 상기 마찰 증가 재료는 메인 저널 (5') 의 자유 단부 및/또는 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부상의 피복부로서 사용되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 6 항에 있어서, 상기 마찰 증가 재료는 상기 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부 및 상기 메인 저널 (5') 의 자유 단부의 재료보다 실질적으로 더 경질 입자를 포함하고, 상기 입자는 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부와 메인 저널 (5') 의 자유 단부로 부분적으로 가압될 수 있도록 크기결정되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 2 항 ~ 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인 저널 (5') 의 자유 단부와 상기 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부 사이의 연결부는 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부를 통하여 메인 저널 (5') 로 축방향으로 연장하는 다수의 볼트 (8') 를포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 8 항에 있어서, 상기 볼트 (8') 는 메인 저널 (5') 내의 폐쇄 나사보어 (9') 안으로 연장하거나 메인 저널 (5') 의 폐쇄 보어 (9'') 안으로 연장하는 팽창 볼트 (8') 이고, 스플릿 슬리브 또는 케이싱 (8'') 은 끼워맞춤 볼트로서 작용하도록 메인 저널 (5') 및 크랭크 아암 (3) 내에서 부분적으로 연장하는 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 9 항에 있어서, 상기 메인 저널 (5') 은 2 개의 자유 단부를 구비하고, 상기 볼트는 메인 저널 (5') 내의 보어 (9) 와 메인 저널 (5') 측면에 위치한 2 개의 크랭크 아암 (3') 내의 보어 (7) 를 통하여 축방향으로 연장하는 스터드 (8) 인 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 10 항에 있어서, 상기 메인 저널 (5') 의 자유 단부와 상기 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부 사이의 연결부는 끼워맞춤 볼트 (8') 또는 끼워맞춤 스터드 (8) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 11 항에 있어서, 상기 1 이상의 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 중 메인 저널 (5) 에는 크랭크샤프트의 말단부로부터 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 사이의 연결부까지 및 그 반대로 스터드 (8) 를 이동시키도록 하는 보어 (16) 가 제공되고,상기 연결부 전의 마지막 2 개의 스로우 (2, 2') 에는 스터드 (8) 가 해당 반경까지 반경방향 외부로 이동되도록 하는 채널 (17) 이 제공되며, 이 반경에서 상기 스터드 (8) 를 보어 (7, 9) 안으로 삽입할 수 있고, 또한 그 보어로부터 빠져나올 수 있는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 1 항에 있어서, 상기 분리된 스로우 (2') 는 한 쌍의 크랭크 아암 (3) 을 포함하고, 한 쌍의 크랭크 아암은 반경방향 외부 (3a) 와 반경방향 내부 (3b) 로 분리되며, 2 개의 반경방향 외부는 크랭크 핀 (4a) 에 의해 서로 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 13 항에 있어서, 상기 반경방향 외부 (3a) 에는 반경방향 내부 (3b) 내의 대응 보어를 통하여 연장하는 스터드 (18) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 14 항에 있어서, 상기 스터드 (18) 는 반경방향 내부 (3b) 와 반경방향 외부 (3a) 를 고정하기 위해서 너트 (19) 에 의해 인장이 가해지는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 15 항에 있어서, 마찰 증가 재료는 상기 반경방향 내부 (3b) 와 반경방향 외부 (3a) 의 접촉면 (20, 21) 사이에 사용되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 16 항에 있어서, 반경방향 내부 (3b) 와 반경방향 외부 (3a) 사이의 접촉면 (20, 21) 의 영역은 접촉 압력을 증가시키도록 크랭크 아암 (3) 의 단면적보다 실질적으로 작은 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
제 17 항에 있어서, 반경방향 내부 (3b) 와 반경방향 외부 (3a) 사이의 연결부는 끼워맞춤 스터드 (18) 및/또는 끼워맞춤 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
크랭크 핀 (4) 에 의해 연결된 2 개의 크랭크 아암 (3) 을 포함하는 다수의 스로우 (2) 를 구비한 크로스헤드형 2 행정 내연기관용 크랭크샤프트로서, 상기 스로우 (2) 는 다수의 메인 저널 (5) 에 의해 서로 일체로 연결되고, 상기 크랭크샤프트 (1) 는 2 이상의 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 으로 종방향으로 분리되는 크랭크샤프트에 있어서,

상기 2 이상의 크랭크샤프트 부분 (1a, 1b) 는 메인 저널 (5') 에 일체로 연결되는 플랜지와 크랭크 아암 (3') 의 자유 단부를 연결함으로써 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.