KR20160101172A - 크랭크샤프트 및 크랭크샤프트 제조 방법 - Google Patents

크랭크샤프트 및 크랭크샤프트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 중심축선(A)을 구비하는 크랭크샤프트(4)로, 상기 크랭크샤프트(4)는 상기 중심축선(A)을 관통하여 연장하는 둘 이상의 메인 베어링 저널(2)들과, 상기 메인 베어링 저널(12)들 사이에 배치되어 있는 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)을 포함하고, 상기 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)은 크랭크 핀(16)에 의해 서로가 연결되어 있는 두 개의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)를 포함하는, 크랭크샤프트에 관한 것이다. 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)가 돌출부(26)를 구비하되, 상기 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 홀(30)이 연장한다. 본 발명은 그러한 크랭크샤프트(4)를 제조하는 방법에도 관한 것이다.

Description

크랭크샤프트 및 크랭크샤프트 제조 방법 {CRANKSHAFT AND METHOD FOR MANUFACTURING A CRANKSHAFT}
본 발명은 크랭크샤프트, 그러한 크랭크샤프트 제조 방법, 그러한 크랭크샤프트를 포함하여 구성되는 연소 엔진, 및 그러한 연소 엔진을 포함하여 구성되는 차량에 관한 것이다.
연소 엔진 같은 피스톤 엔진은 하나 이상의 피스톤들 이에 따른 엔진의 크랭크 로드의 전후 이동을 크랭크샤프트의 회전 동작으로 변환하거나 혹은 그 역으로 동작하는 크랭크샤프트를 포함한다. 크랭크샤프트는 하나 혹은 다수의 크랭크샤프트 웹을 포함한다. 크랭크샤프트 웹 각각이 엔진 내 실린더의 하나 이상의 크랭크 로드에 연결되어 있다. 예를 들면, 6기통 피스톤 엔진은 6개의 크랭크샤프트 웹을 구비하는 크랭크샤프트를 구비한다. 각 크랭크샤프트 웹은 2개의 크랭크 디스크를 포함하며, 크랭크 디스크들은 크랭크핀에 의해 서로가 연결되어 있다. 피스톤이 크랭크핀에 의해 크랭크핀에 연결되어 있다. 각 크랭크핀은 플레인 베어링 같은 커넥팅로드 베어링을 구비하며, 플레인 베어링에서 크랭크 로드가 회전한다. 크랭크샤프트는, 각 크랭크샤프트 웹 사이에 메인 베어링 저널을 구비한다. 메인 베어링 저널은 크랭크샤프트의 중심축선에 동축으로 배치되어 있으며, 크랭크샤프트가 중심축선 주위를 회전한다. 메인 베어링 저널은, 크랭크샤프트가 안쪽에 배치되어 있는 크랭크 하우스와 연관되어 배치되어 있는 메인 베어링을 구비한다. 크랭크샤프트가 메인 베어링에서 회전하며, 이에 따라 메인 베어링이 크랭크샤프트와 크랭크 하우스 사이에서 발생되는 힘들을 흡수하게 된다. 일반적으로, 크랭크샤프트의 양 단부에 메인 베어링을 포함하는 메인 베어링 저널이 있으며, 각 크랭크샤프트 웹 사이에 하나의 메인 베어링 저널이 있다.
현재, 예컨대 연료 소모를 줄이기 위해, 차량을 경량화 하려고 노력하고 있다. 이에 따라, 최대한 경량의 엔진을 제조하는 것이 요망된다. 종래 기술에, 크랭크샤프트를 경량화 함으로써 엔진을 경량화 하려는 다양한 방식들이 제시되어 있다.
특허 문헌 US20120024105 A1호는, 크랭크샤프트의 크랭크 핀들 내에 리세스와 홀을 형성함으로써 경량화 한 크랭크샤프트 제조 방법을 기재하고 있다. 그러나 이 방법은 포징(forging)과 스탬핑(stamping)으로 리세스와 홀들을 형성하기 때문에, 시간이 많이 소요된다. 이와 유사하게, 특허 문헌 DE4325722 A1호는, 경량화를 목적으로, 크랭크 핀들 내에 어떠한 방식으로 리세스를 형성시킬 것인지에 대해 기재하고 있다.
본 발명이 속하는 분야에서의 위와 같은 종래의 해법에도 불구하고, 경량 크랭크샤프트와, 단순하면서도 비용 면에서 효율적인 경량 크랭크샤프트 제조 방법에 대한 추가적인 개발이 필요하다는 요구가 남아 있다.
본 발명의 하나의 목적은 중량이 감소된 크랭크샤프트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 굽힘 강도와 비틀림 강도가 우수한 크랭크샤프트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 크랭크샤프트를 관통하는 홀의 천공이 용이한 크랭크샤프트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단순하면서도 시간과 비용 측면에서 효율적인 크랭크샤프트 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정밀도와 정확도가 우수하고, 마무리 작업과 밸런싱 작업을 최소로 하는, 크랭크샤프트 제조 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적들은 청구항 제1항에 따른 크랭크샤프트 및 청구항 제7항에 따른 크랭크샤프트 제조 방법에 의해 달성된다. 이들 목적들은 그러한 크랭크샤프트를 포함하는 청구항 제5항에 따른 연소 엔진 및 그러한 연소 엔진을 포함하는 청구항 제6항에 따른 차량에 의해서도 달성된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중심축선을 구비하는 크랭크샤프트로, 그 크랭크샤프트는 중심축선이 관통하여 연장하는 둘 이상의 메인 베어링 저널들과, 메인 베어링 저널들 사이에 배치되어 있는 하나 이상의 크랭크샤프트 웹을 포함하고, 하나 이상의 크랭크샤프트 웹은 크랭크 핀에 의해 서로가 연결되어 있는 두 개의 크랭크 디스크를 포함하는, 크랭크샤프트에 있어서, 하나 이상의 크랭크 디스크가 돌출부를 구비하고, 돌출부, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하되, 중심축선과 실질적으로 동축으로 홀이 연장하는 크랭크샤프트가 제공된다.
돌출부의 연장 방향은 중심축선 방향인 것이 바람직하다. 하나 이상의 크랭크 디스크 내의 돌출부는, 중심축선이 돌출부와 교차(cut)하는 방식으로 형성되는 것이 적절하다.
지금까지의 종래 기술은 크랭크샤프트의 중량을 줄이기 위해 예컨대 크랭크핀 내에 홀을 천공함으로써 크랭크샤프트에 홀과 리세스를 형성하는 구성을 제공하고 있다. 상세한 부분(detail)의 중량을 줄일 목적으로 상세한 부분에 형성되는 홀을 경량 홀(light hole)이라고 부른다. 하나 이상의 크랭크 디스크와 하나 이상의 메인 베어링 저널에, 중심축선과 실질적으로 동축으로 연장하는 홀을 형성함으로써, 크랭크샤프트의 중량이 감소된다. 하나 이상의 크랭크 디스크와 하나 이상의 메인 베어링 저널 내에서, 홀이 중심축과 동축으로 형성되어 있기 때문에, 홀이 크랭크샤프트의 밸런싱(balancing)에 영향을 주지 않게 된다. 이렇게 함으로써, 다소 많거나 다소 적은 메인 베어링 저널 및/또는 크랭크 디스크 내에 홀과 이와 유사한 홀들이 형성됨에 따라 발생될 수 있는 언밸런싱(unbalance, imbalance)이 일어나지 않게 된다.
크랭크샤프트의 다수의 메인 베어링 저널 또는 모든 메인 베어링 저널이 중심축선과 실질적으로 동축인 홀을 구비하는 것이 바람직하다. 크랭크샤프트의 다수의 크랭크 디스크 또는 모든 크랭크 디스크가 중심축선과 실질적으로 동축인 홀을 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 경량의 크랭크샤프트가 얻어지며, 이에 따라 상기 크랭크샤프트가 배치되어 있는 연소 엔진이 장착되어 있는 차량의 중량이 감소된다. 이에 따라 차량의 연료 소모가 줄어들게 된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 돌출부가, 하나 이상의 크랭크 디스크로부터 하나 이상의 크랭크 디스크의 크랭크샤프트 웹의 제2의 크랭크 디스크까지, 중심축선 방향으로 연장하는 브리지(bridge)와 같이 형성된다. 중심축선과 실질적으로 동축인 홀이 브리지 전체를 통해 연장하는 것이 적절하다.
크랭크샤프트 내의 모든 크랭크샤프트 웹이 브리지 형태의 돌출부와, 상기 중심축선과 실질적으로 동축으로 브리지를 관통하며 연장하는 홀을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하나 이상의 크랭크 디스크의 돌출부가, 중심축선의 방향과 관련하여 실질적으로 직각을 이루는 평면을 구비한다. 크랭크샤프트의 중심축선이 돌출부의 평면과 교차하는 방식으로 돌출부가 형성되는 것이 바람직하다. 중심축선과 실질적으로 동축인 홀이 돌출부의 평면을 관통하여 연장하는 것이 적절하다.
돌출부가 평면을 구비하게 형성되는 경우, 돌출부를 관통하여 연장하는 홀은, 그 홀의 단면적이 평면 면적의 일부분을 점유하는 방식으로 형성되는 것이 적절하다. 이러한 방식으로, 평면의 나머지 부분이 홀의 개구부를 완전하게 혹은 부분적으로 둘러싸게 된다. 홀의 단면적이 돌출부 내의 평면의 실질적으로 전 면적을 점유하는 것이 바람직하다. 돌출부의 평면, 돌출부, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하며 연장하게 홀을 형성함으로써, 돌출부를 형성하는 소재 부분이 제거되게 된다. 이는, 크랭크샤프트가 완전히 가공되었을 때, 돌출부가 크랭크샤프트의 중량에 실질적으로 영향을 주지 않는 것을 보장하게 된다.
크랭크샤프트의 모든 크랭크 디스크가, 평면이 있는 돌출부와, 중심축선과 실질적으로 동축으로 그 돌출부의 평면을 관통하여 연장하는 홀을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 크랭크샤프트의 중량이 추가적으로 줄어들게 된다.
크랭크샤프트가 6개의 크랭크샤프트 웹을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 크랭크샤프트는 7개의 메인 베어링 저널을 포함하되, 크랭크샤프트의 양 단부에 하나씩의 메인 베어링 저널을 포함하고, 각 크랭크샤프트 웹 사이에 하나의 메인 베어링 저널이 배치된다. 크랭크샤프트는 6기통 엔진에 사용되기에 적합한 것이 바람직하다. 12개의 모든 크랭크 디스크와 7개의 메인 베어링 저널이 중심축선과 동축으로 연장하는 홀을 구비하는 것이 적절하다.
크랭크샤프트는 3개, 4개, 5개 또는 6개의 실린더 이에 따라 3개, 4개, 5개 또는 6개의 크랭크샤프트 웹을 포함하는 직렬형 엔진에 사용되기에 적합할 수 있다. 또는, 크랭크샤프트는 6개, 8개 또는 12개의 실린더 이에 따라 6개, 8개 또는 12개의 크랭크샤프트 웹을 포함하는 소위 V 엔진에 사용되기에 적합할 수 있다.
크랭크샤프트 내의 하나 이상의 메인 베어링 저널이 오일을 공급하기 위한 오일 도관 홀을 포함하는 것이 바람직하다. 오일 도관 홀은 하나 이상의 메인 베어링 저널에 이웃하여 배치되어 있는 크랭크샤프트 웹의 크랭크 핀과 연결되는 것이 적절하다. 중심축선과 동축인 하나 이상의 메인 베어링 저널 내에 형성된 홀이, 오일 도관 홀과 별개로 되는 방식으로 형성되는 것이 바람직하다.
크랭크샤프트 내의 하나 이상의 크랭크 디스크가 평형추(counterweight)를 구비하는 것이 바람직하다. 크랭크샤프트의 밸런싱을 위해, 평형추 내에 홀이 천공될 수 있다. 다수의 크랭크 디스크가 평형추를 구비하는 것이 적절하다.
하나 이상의 크랭크샤프트 웹의 크랭크 핀이 커넥팅로드 베어링을 구비하는 것이 바람직하다. 크랭크샤프트의 모든 크랭크 핀이 커넥팅로드 베어링을 구비하는 것이 적절하다. 또한, 둘 이상의 메인 베어링 저널이 크랭크샤프트가 중심축선 주위를 회전하는 메인 베어링을 구비하는 것이 바람직하다. 크랭크샤프트의 모든 메인 베어링 저널이 메인 베어링을 구비하는 것이 적절하다.
크랭크샤프트의 양 단부에 실링 요소가 배치되는 것이 적절하다. 메인 베어링 저널이 크랭크샤프트 단부에 경량화를 위한 홀을 구비하고 있는 경우, 메인 베어링 저널 내로 오염물질이 침투할 수 있다. 크랭크샤프트의 단부에 밀봉부를 배치함으로써, 메인 베어링 저널 내로 오염물질이 침투할 위험성이 최소로 된다. 또한, 밀봉부는 메인 베어링 저널 내의 홀을 통해 크랭크 하우스 밖으로 윤활제가 누출되지 않도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중심축선을 구비하는 크랭크샤프트 제조 방법으로, 상기 크랭크샤프트는 상기 중심축선이 관통하여 연장하는 둘 이상의 메인 베어링 저널들과, 상기 메인 베어링 저널들 사이에 배치되어 있는 하나 이상의 크랭크샤프트 웹을 포함하고, 상기 하나 이상의 크랭크샤프트 웹은 크랭크 핀에 의해 서로가 연결되어 있는 두 개의 크랭크 디스크를 포함하는, 크랭크샤프트 제조 방법에 있어서, 하나 이상의 크랭크 디스크가 돌출부를 구비하고, 홀이 돌출부, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하되, 중심축선과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 크랭크샤프트를 성형하는 단계를 포함하는 크랭크샤프트 제조 방법이 제공된다.
이 제조 단계는, 돌출부가, 크랭크샤프트 웹의 하나 이상의 크랭크 디스크로부터 동일한 크랭크샤프트 웹의 다른 크랭크 디스크까지 중심축선 방향으로 연장하는 브리지 형태로 되게 크랭크샤프트 포징 툴로 크랭크샤프트를 포징하는 단계를 포함하는 것이 적절하다. 이 방법은, 브리지를 관통하는 홀을 드릴링 하되, 홀이 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 중심축선과 실질적으로 동축으로 연장하며 관통하도록, 홀을 드릴링 하는 단계를 추가로 포함하는 것이 적절하다.
크랭크샤프트의 모든 메인 베어링 저널 혹은 다수의 메인 베어링 저널에 홀들을 드릴링 하는 것이 요망되는 경우, 각 메인 베어링 저널 사이에 배치되어 있는 크랭크샤프트 웹(들)을 관통하도록 드릴링 하는 것이 필요할 수도 있다. 그러한 경우, 장 드릴(long drill)이 필수적으로 요구되는데, 이는 약하고 안정적이지 못하다. 또한, 다수의 메인 베어링 저널과 하나 이상의 크랭크샤프트 웹을 관통하게 드릴링 한다는 것은, 드릴이 크랭크샤프트 웹의 크랭크 디스크 사이에서는 어떠한 소재도 드릴링 하지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 드릴이 크랭크샤프트 웹의 크랭크 디스크 사이에서 주기적으로 빈 공간을 통과한다는 것을 의미한다. 드릴이 첫 번째 크랭크 디스크를 관통하면, 다음번 크랭크 디스크와 다시 맞닿을 때 다시 시작하도록 크랭크 디스크들 사이의 공간에서 멈추는 것이 적절하다. 이와 같이 정지시키는 경우, 일부 타입의 드릴은 사용할 수 없게 된다. 또한, 드릴의 반복된 시동은 드릴의 수명을 단축시키며, 홀이 점차 경사지게 할 수도 있다. 포징할 때에 양 크랭크 디스크들 사이에 브리지를 완전히 연장하게 형성함으로써, 홀을 드릴링하는 중에 드릴이 균질한 재료를 일정하게 관통하게 드릴링 할 수 있게 한다. 이에 따라, 크랭크 디스크들 사이의 공간 내에서 드릴이 공기를 통과함에 따라 야기될 수 있는 문제점들이 방지되게 된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 포징 시에 브리지를 형성함에 따라, 메인 베어링 저널과 크랭크 디스크를 관통하여 홀을 드릴링 하는 것이 용이해지며, 크랭크샤프트 제조 방법이 단순해지며, 시간과 비용 측면에서 효율적으로 된다. 또한, 브리지를 사용하지 않고 홀을 형성하는 것과 비교하여, 홀들이 더욱 직선 형태에 가까워지고 더 큰 홀을 형성할 수 있게 된다. 크랭크샤프트를 단편(one piece)으로 포징하고 포징 시에 브리지를 형성함으로써, 크랭크샤프트 강도가 우수해진다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이 방법은 브리지의 적어도 일부분을 제거함으로써 크랭크샤프트를 가공하는 단계를 또한 포함한다. 브리지, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하게 홀들을 드릴링한 후에, 이 가공을 수행하는 것이 적절하다.
크랭크샤프트 웹의 하나 이상의 크랭크 디스크와 제2의 크랭크 디스크 사이에, 중심축선과 동축으로 갭이 형성되도록, 브리지 섹션이 제거되는 것이 바람직하다. 실질적으로 브리지 전체가 제거되는 방식으로 크랭크샤프트가 가공되는 것이 적절하다.
브리지를 구성하는 실질적인 모든 재료를 제거하기 위해, 브리지, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하는 홀을 드릴링 한 후에 크랭크샤프트를 가공함으로써, 크랭크샤프트의 중량이 브리지에 의해 영향을 받지 않게 된다. 이러한 방식으로, 크랭크샤프트의 경량화를 달성하게 된다. 포징한 후, 크랭크샤프트가 여러 방식으로 가공되며, 이에 따라 브리지와 관련된 가공은 크랭크샤프트 제조 시에 통상적인 가공 단계의 일부만을 수정하면 된다.
이와는 다르게, 이 방법은 중심축선과 실질적으로 직각인 평면을 구비하는 돌출부가 하나 이상의 크랭크 디스크 내에 형성되도록, 크랭크샤프트 포징 툴(40)로 크랭크샤프트를 포징하는 단계, 및 홀이 돌출부, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하되, 중심축선과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 홀을 드릴링 하는 단계를 포함한다.
이와는 다르게, 이 방법은, 하나 이상의 크랭크 디스크 내에 돌출부가 형성되도록 크랭크샤프트 포징 툴로 크랭크샤프트를 포징하는 단계, 이어서 돌출부가 중심축선에 대해 실질적으로 직각인 평면을 구비하도록 크랭크샤프트를 가공하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은, 홀이 돌출부, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하되, 중심축선과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 홀을 드릴링 하는 단계를 추가로 포함하는 것이 적절하다.
돌출부는, 크랭크샤프트의 중심축선이 돌출부의 평면과 교차하는 방식으로 하나 이상의 크랭크 디스크 내에 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 홀이 돌출부의 평면을 관통하며 연장하게 드릴링 된다.
본 명세서에서 언급하고 있는 바와 같이, 다수의 메인 베어링 저널을 관통하는 홀을 드릴링 하는 것은, 다수의 크랭크샤프트 웹과 크랭크 디스크를 관통하며 드릴링 하는 것을 수반한다. 드릴이 크랭크샤프트 웹의 양 크랭크 디스크들 사이의 빈 공간을 주기적으로 관통하게 되므로, 이에 따라 드릴이 후속하는 크랭크 디스크의 새로운 면을 간헐적으로 치게 된다. 현재, 크랭크 디스크들은 다양하게 챔퍼링 되어 있고 다양한 높이를 가지도록 설계되어 있으며, 중심축선이 크랭크 디스크들과 교차하는 곳에서 경사면들을 구비하고 있다. 다수의 메인 베어링 저널을 중심축선과 실질적으로 동축으로 관통하게 홀을 드릴링 하는 것과 관련하여, 드릴이 간헐적으로 치는 표면이 경사져 있거나 혹은 고르지 않을 수 있다. 이에 따라, 드릴이 진입 하거나 및/또는 빠져 나오는 곳에 경사면이 형성되어 있을 수 있다. 이는, 드릴 가공되는 홀이 점점 경사지게 형성될 수 있고, 드릴의 마찰, 마모 혹은 심지어는 파손을 증가시킬 수 있다. 계속해서 더 드릴링 할 때, 추속하는 홀들의 경사도가 증가할 위험성도 있다. 메인 베어링 저널들과 크랭크샤프트 웹들 내에 경사진 홀이 형성되는 것은 크랭크샤프트의 언밸런스를 야기할 수 있으며, 이는 궁극적으로 크랭크샤프트를 밸런싱 해야 하는 필요성을 증가시키는 결과를 낳게 된다. 드릴이 경사각을 이루며 표면을 통과하거나 경사면을 가공하면, 발생되는 버의 양도 증가하여, 마무리 후가공의 필요성도 증가하게 된다. 중심축선이 그 중심축선의 방향과 실질적으로 직각을 이루는 하나 이상의 크랭크 디스크 내의 평평한 바닥면을 교차하는 방식으로, 평평한 바닥면을 구비하는 돌출부를 형성함으로써, 이 크랭크 디스크를 관통하는 홀의 드릴링이 용이해진다. 이에 따라 둘 이상의 메인 베어링 저널을 관통하는 홀들이 드릴링될 때, 돌출부의 평면이 드릴이 지나가는 표면을 구성함으로써, 드릴링 시에 드릴의 간헐적인 맞닿음이 방지된다. 돌출부 표면이 평면이고 중심축선 방향에 대해 실질적으로 직각을 이루기 때문에, 메인 베어링 저널들과 크랭크 디스크들을 관통하는 드릴링 공정이 용이해지고, 가공되는 홀이 경사질 위험성이 최소로 된다. 포징 시에, 크랭크샤프트를 단편(one piece)으로 포징하여 하나 이상의 크랭크 디스크에 돌출부를 형성함으로써, 크랭크샤프트 제조 방법이 단순해지고, 시간과 비용 측면에서 효율적으로 된다. 또한, 강도가 우수한 크랭크샤프트가 얻어지게 된다.
형성되는 돌출부의 평면이 크랭크샤프트의 중심축선에 대해 실질적으로 직각을 이루도록 하기 위해, 포징 시에, 돌출부는 하나 이상의 크랭크 디스크에서 통상적으로 경사져 있는 면의 빌드-업(build-up) 또는 힐(heel) 형태로 형성되는 것이 적절하다. 또는, 돌출부에서 크랭크샤프트의 중심축선과 실질적으로 직각을 이루는 평면을 얻기 위해, 포징한 후에 돌출부를 가공한다.
크랭크샤프트 포징 툴은 2개의 툴 절반부를 포함하는 것이 적절하다. 2개의 툴 절반부 중 하나의 절반부는 하나 이상의 크랭크 디스크 내에 돌출부/브리지를 형성하기에 적합한 리세스를 구비한다. 하나의 툴 절반부의 리세스는 돌출부/브리지 형상에 대응되는 형상을 구비하는 것이 적절하다. 툴 절반부들 사이에 원재료를 놓고, 툴 절반부들을 함께 프레스하면, 원재료가 압착되며 리세스가 돌출부/브리지를 형성하게 된다. 원재료는 단조용 강으로 구성되는 것이 바람직하다. 포징은 두 단계로 실시되는 것이 바람직하다. 툴 절반부들은 여유각(clearance angle)을 가지는 것이 바람직하다. 포징 및/또는 드릴링 한 후, 크랭크샤프트가 적절하게 마무리 가공된다.
툴 절반부들이 함께 프레스 될 때, 리세스가 다수의 크랭크 디스크 내에 돌출부/브리지를 형성하도록, 크랭크샤프트 포징 툴에 다수의 리세스가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 적절하기로는, 툴 절반부들 중 하나의 절반부만 리세스를 구비한다. 또는 툴 절반부 모두가 리세스를 구비할 수도 있다.
다수의 메인 베어링 저널과 크랭크 디스크를 관통하게 드릴링이 적절하게 실시될 수 있도록, 돌출부/브리지가 크랭크샤프트의 다수의 크랭크 디스크들 내에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와는 다르게, 이 방법은 중심축선과 실질적으로 직각을 이루는 평면을 구비하는 돌출부가 하나 이상의 크랭크 디스크 내에 형성되도록 크랭크샤프트 몰드로 크랭크샤프트를 주조하는 단계, 및 홀이 돌출부, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하되, 중심축선과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 홀을 드릴링 하는 단계를 포함한다.
크랭크샤프트의 중심축선이 돌출부의 평면과 교차하도록, 돌출부가 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 드릴 가공되는 홀이 돌출부의 평면을 관통하여 연장하게 된다.
크랭크샤프트 몰드는 주물사 몰드로 구성되는 것이 적절하다.
돌출부/브리지, 하나 이상의 크랭크 디스크 및 하나 이상의 메인 베어링 저널을 관통하는 홀의 드릴링 가공은 크랭크샤프트의 한쪽 단부에서 시작하여 다른 쪽 단부를 향하는 방향으로 가공하게 실시되는 것이 적절하다. 또는, 드릴링이 크랭크샤프트의 양쪽 단부에서 시작하여 각각의 반대편 단부를 향하는 방향으로 가공이 실시될 수도 있다.
이 방법은 크랭크샤프트의 마무리 가공과 밸런싱 공정을 포함한다. 하나 혹은 다수의 크랭크 디스크 내에 홀들을 드릴링 함으로써, 크랭크샤프트의 밸런싱이 이루어질 수 있다. 또는, 하나 혹은 다수의 크랭크 디스크에 재료를 부가함으로써, 크랭크샤프트의 밸런싱이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 크랭크샤프트는, 산업용 엔진, 디젤 제너레이터를 포함하는 전력 발전소 같은 다양한 발전소 또는 엔진-구동형 산업 로봇에 사용되는 분리된 엔진에 배치될 수 있다.
아래의 상세한 설명과 본 발명의 실시를 통해, 본 발명의 추가의 목적을, 이점들 그리고 신규한 특징들이 통상의 기술자에게 자명해질 것이다. 아래에 본 발명을 상세하게 설명하고 있지만, 본 발명이 본 명세서에 기재되어 있는 사항만으로 한정되는 것이 아님은 명확하다. 본 명세서에 기재되어 있는 교시에 접근하는 통상의 기술자라면 본 발명의 범위 내에서 추가로 변형하거나 다른 분야에 통합되게 적용할 수 있다는 점을 인지할 수 있을 것이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 기재한다. 다만, 이들 실시형태는 하나의 실시예에 불과하다.
도 1은 차량의 개략적인 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트를 제조하기 위한 크랭크샤프트 포징 툴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트를 제조하기 위한 크랭크샤프트 몰드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트 제조 방법에 대한 흐름도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트 제조 방법에 대한 흐름도이다.
명료함을 위해, 동일한 도면 및/또는 여러 다른 도면들에서 여러 번 상세하게 표기되어 있는 특정 참조부호는 도면에서 삭제한 경우도 있다.
도 1은 차량(1)의 개략적인 측면도이다. 차량(1)은, 본 발명에 따른 크랭크샤프트(4)를 포함하여 구성되는 연소 엔진(2)을 포함한다. 연소 엔진(2)은 크랭크샤프트(4)에 의해 기어박스(6)에 연결되어 있으며, 계속해서 트랜스미션에 의해 차량의 구동 휠들(8)에 연결되어 있다. 차량(1)은 트럭, 버스, 휠 로더, 산림용 기계, 덤프, 광산 기계, 트랙 차량 또는 탱크와 같은 중대형 차량일 수 있다. 차량(1)은 승용차일 수도 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트(4)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 크랭크샤프트(4)는 중심축선(A)을 따라 서로가 이웃하게 배치되어 있는 6개의 크랭크샤프트 웹(10)을 포함한다. 크랭크샤프트가 중심축선(A) 주위를 회전한다. 서로가 이웃하게 배치되어 있는 2개의 크랭크샤프트 웹(10)은 서로에 대해서 중심축선(A) 주위로 오프셋되어 있을 수 있다. 예를 들면, 서로 이웃하게 배치되어 있는 2개의 크랭크샤프트 웹(10)이 서로에 대해 중심축선(A) 주위로 120도 오프셋 되어 있을 수 있다. 아래에서, 크랭크샤프트 웹(10)이 트위스트 되어 있는 크랭크샤프트와 연관지어 본 발명을 설명한다. 크랭크샤프트(4)는 그 크랭크샤프트(4)의 양 단부에 메인 베어링 저널(12)을 구비하고, 각 크랭크샤프트 웹(10) 사이에 하나의 메인 베어링 저널(12)을 구비한다. 중심축선(A)은 메인 베어링 저널(12)의 중심을 관통하여 연장한다. 각 크랭크샤프트 웹(10)은 크랭크 핀(16)에 의해 서로가 연결되어 있는 2개의 크랭크 디스크(14)를 포함한다. 각 크랭크샤프트 웹(10)에 있는 크랭크 핀(16)은 중심축선(A)과 평행하며, 중심축선(A)으로부터 이격되어 있다. 연소 엔진(2)의 크랭크 로드(도시하지 않음)가 장착되어 있는 각 크랭크 핀(16) 주위에, 커넥팅로드 베어링(18)이 플레인 베어링 형태로 배치되어 있다. 엔진 블록(도시하지 않음) 내에서 위쪽에 크랭크샤프트(4)가 장착되어 있는 각 메인 베어링 저널(12) 주위에, 메인 베어링(20)이 배치되어 있다. 크랭크샤프트 웹(10)은 평형추(22)가 있는 크랭크 디스크(14)를 포함한다. 평형추는 크랭크샤프트(4)의 언밸런스를 보상하기 위한 것이다. 또한, 크랭크 핀(16)과 메인 베어링 저널(12)은 오일과 윤활제를 공급하기 위한 오일 도관 홀(24)을 구비한다. 각 크랭크샤프트 웹(10)의 크랭크 디스크(14)는 브리지(bridge) 형태의 돌출부(26)를 구비한다. 브리지(26)는, 크랭크샤프트 웹(10)의 양 크랭크 디스크(14) 사이에서, 중심축선(A)과 동축으로 연장하는 방식으로 형성되어 있다. 돌출부/브리지가 도 2b에 상헤사게 기재되어 있다. 홀(30)은 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로, 메인 베어링 저널(12), 크랭크 디스크(14) 및 브리지(26) 모두를 관통하여 연장한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트(4)의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도면은 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)와, 평형추(22)가 있는 크랭크 디스크(14b) 및 반대편의 제2 크랭크 디스크(14c)를 포함하는 크랭크샤프트 웹(10)을 도시하고 있다. 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)와, 크랭크샤프트 웹(10)의 크랭크 디스크들(14b, 14c)은 서로에 대해 중심축선(A) 주위에서 120도 오프셋 되어 있다. 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)는 크랭크 핀(16)과, 그 크랭크 핀(16)과 일체로 되어 있는 브리지(여기서는 잘려져 있음) 형태의 돌출부(26)를 구비한다. 크랭크 핀(16)은 도면에서 잘려져 있다. 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)는 계속해서 메인 베어링 저널(12)을 통해 크랭크샤프트 웹(10)과 연관되어 배치되어 있다. 브리지(26)는, 크랭크샤프트 웹(10)의 제2 크랭크 디스크(14c)와 평형추(22)가 있는 크랭크 디스크(14b) 사이에서, 중심축선(A) 방향으로도 연장하고 있다. 브리지(26)는 후속해서 다수의 메인 베어링 저널(12)과 크랭크 디스크(14)를 관통하는 홀들(도시하지 않음)을 드릴링이 용이하게 이루어지게 그리고 매우 효율적으로 이루어지게 하는 것을 수반한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트(4)를 개략적으로 도시하는 도면이다. 크랭크샤프트(4)는 중심축선(A)을 따라 서로가 이웃하게 배치되어 있는 6개의 크랭크샤프트 웹(10)을 포함한다. 크랭크샤프트(4)가 중심축선(A) 주위를 회전한다. 서로 이웃하게 배치되어 있는 2개의 크랭크샤프트 웹(10)은 서로에 대해서 중심축선(A) 주위로 120도 오프셋 되어 있을 수 있다. 크랭크샤프트(4)는 그 크랭크샤프트(4)의 양 단부에 메인 베어링 저널(12)을 구비하고, 각 크랭크샤프트 웹(10) 사이에 하나의 메인 베어링 저널(12)을 구비한다. 중심축선(A)은 메인 베어링 저널(12)의 중심을 관통하여 연장한다. 각 크랭크샤프트 웹(10)은 크랭크 핀(16)에 의해 서로가 연결되어 있는 2개의 크랭크 디스크(14)를 포함한다. 각 크랭크샤프트 웹(10)에 있는 크랭크 핀(16)은 중심축선(A)과 평행하며, 중심축선(A)으로부터 이격되어 있다. 연소 엔진(2)의 크랭크 로드(도시하지 않음)가 장착되어 있는 각 크랭크 핀(16) 주위에, 커넥팅로드 베어링(18)이 플레인 베어링 형태로 배치되어 있다. 엔진 블록(도시하지 않음) 내에서 위쪽에 크랭크샤프트(4)가 장착되어 있는 각 메인 베어링 저널(12) 주위에, 메인 베어링(20)이 배치되어 있다. 크랭크샤프트 웹(10)은 평형추(22)가 있는 크랭크 디스크(14)를 포함한다. 평형추는 크랭크샤프트(4)의 언밸런스를 보상하기 위한 것이다. 또한, 크랭크 핀(16)과 메인 베어링 저널(12)은 오일 이에 따른 윤활제를 공급하기 위한 오일 도관 홀(24)을 구비한다. 각 크랭크샤프트 웹(10)의 크랭크 디스크(14)는 평면(28)이 있는 돌출부(26)를 구비한다. 크랭크샤프트 웹(10) 내의 크랭크 디스크(14)의 돌출부(26)들은 서로 마주보는 형태로 형성되어 있다. 즉, 돌출부가 동일한 크랭크샤프트 웹(10) 내의 크랭크 디스크(14)와 마주하는 다른 크랭크 디스크(14)의 측면에 형성되어 있다. 홀(30)은 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로, 메인 베어링 저널(12), 크랭크 디스크(14) 및 브리지(26) 모두를 관통하여 연장한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트(4)의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도면은 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)와, 평형추(22)가 있는 크랭크 디스크(14b) 및 반대편의 제2 크랭크 디스크(14c)를 포함하는 크랭크샤프트 웹(10)을 도시하고 있다. 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)와, 크랭크샤프트 웹(10)의 크랭크 디스크들(14b, 14c)은 서로에 대해 중심축선(A)을 주위에서 120도 오프셋 되어 있다. 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)는 오일 도관 홀(24)이 있는 크랭크 핀(16)을 구비한다. 여기서 크랭크 핀(26)은 잘려져 있다. 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)는 계속해서 메인 베어링 저널(12)을 통해 크랭크샤프트 웹(10)과 연관되어 배치되어 있다. 크랭크 디스크(14a, 14b) 각각은, 중심축선(A) 방향에 대해 실질적으로 직각을 이루는 평면(28)이 있는 돌출부(26)를 구비한다. 돌출부(26)는, 중심축선(A)이 돌출부(26)의 평면(28)과 교차하는 방식으로 크랭크 디스크들(14b, 14c) 내에 형성되어 있다. 크랭크 디스크들(14b, 14c)은, 중심축선(A)과 거의 동축으로 연장하며, 각 돌출부(26)와 각 크랭크 디스크들(14b, 14c)을 관통하는 홀(30)을 구비한다. 평형추(22)가 없는 크랭크 디스크(14a)의 홀(30)은 돌출부의 평면(28)을 관통하고, 크랭크 디스크(14a) 전부를 관통하며 계속해서 메인 베어링 저널(12)을 관통하며 연장한다. 홀(30)은, 그 홀의 단면적이 각 돌출부(26)의 평명(28)의 일부를 차지하는 방식으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트(4)를 제조하기 위한 크랭크샤프트 포징 툴(40)을 개략적으로 도시하고 있다. 크랭크샤프트 포징 툴(40)은 2개의 툴 절반부(42, 44)를 포함하며, 이들 절반부들(42, 44) 중 한 절반부는 하나 이상의 리세스(도시하지 않음)를 구비한다. 포징으로 크랭크샤프트(4)를 제조할 때에, 단조용 강과 같은 원재료(48)를 툴 절반부(42, 44) 사이에 위치시킨다. 이어서, 툴 절반부(42, 44)를 서로 프레스하여 원재료(48)가 툴 절반부(42, 44)의 디자인에 따라 성형되게 된다. 툴 절반부들(42, 44) 중 하나의 절반부 중의 하나 이상의 리세스는, 크랭크샤프트(4)의 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 내에 돌출부(26)가 형성되는 것을 수반하는 방식으로 형성되어 있다. 리세스는, 형성된 돌출부(26)가 크랭크샤프트(4)의 중심축선(A) 방향에 대해 거의 직각을 형성하고, 중심축선(A)이 형성되는 돌출부(26)의 평면(28)과 교차하는 방식으로 형성될 수 있다. 이에 따라 중심축선(A)이 돌출부(26)의 평면(28)과 직교하게 된다. 또는, 리세스는, 평면(28)을 구비하는 돌출부(26)가 형성되고, 이어서 크랭크샤프트(4)의 중심축선(A) 방향에 대해 거의 직각을 이루도록 기계 가공하여 중심축선(A)이 평면(28)과 교차하도록, 형성될 수도 있다. 또는, 리세스는, 돌출부(26)가 동일한 크랭크샤프트 웹(10)의 하나 이상의 크랭크 디스크(14)와 제2 크랭크 디스크(14) 사이에서 중심축선(A) 방향으로 연장하는 브리지처럼 형성되는 방식으로 형성될 수 있다. 리세스는, 중심축선(A)이 브리지(26) 방향을 따라 브리지(26)를 통해 연장하는 방식으로 브리지(26)가 형성되는 방식으로 형성되는 것이 적절하다.
도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 크랭크샤프트(4)를 제조하기 위한 크랭크샤프트 몰드(50)를 도시하고 있다. 크랭크샤프트 몰드(50)는 주입구(52)와 중공부(54)를 포함하여 구성되며, 주입구(52)를 통해 크랭크샤프트 몰드(50)로 원재료가 공급되어 중공부(54)로 원재료가 공급되게 된다. 크랭크샤프트 몰드(50)는, 주조에 의해 크랭크샤프트(4)의 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 내에 돌출부(26)를 형성하는 하나 이상의 리세스(도시하지 않음)를 포함한다. 리세스는, 형성되는 돌출부(26)가 크랭크샤프트(4)의 중심축선(A) 방향에 대해 거의 직각인 평면(28)을 구비하는 방식으로, 그리고 중심축선(A)이 형성된 돌출부(26)의 평면(28)과 교차하는 방식으로 형성된다. 이에 따라 중심축선(A)이 리세스(26)의 평면(28)과 직교하게 된다. 또는, 돌출부(26)가 동일한 크랭크샤프트 웹(10)의 하나 이상의 크랭크 디스크(14)와 제2 크랭크 디스크(14) 사이에서, 중심축선(A) 방향으로 연장하는 브리지 같이 형성되도록, 리세스가 형성될 수 있다. 리세스는, 중심축선(A)이 브리지(26) 방향을 따라 브리지(26)를 통해 연장하는 방식으로 브리지(26)가 형성되는 방식으로 형성되는 것이 적절하다.
도 5a는 크랭크샤프트(4) 제조 방법에 관한 흐름도이다. 흐름도는 중심축선(A)을 구비하는 크랭크샤프트(4) 제조 방법으로, 상기 크랭크샤프트(4)는 중심축선(A)이 관통하며 연장하는 둘 이상의 메인 베어링 저널(12)과, 그 메인 베어링 저널(12)들 사이에 배치되어 있는 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)을 포함하며, 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)은 크랭크 핀(16)에 의해 서로가 연결되어 있는 2개의 크랭크 디스크(14)를 포함하는, 크랭크샤프트(4) 제조 방법을 보여주고 있다. 이 방법은, 하나 이상의 크랭크 디스크(14)가 돌출부(26)를 구비하고, 홀(30)이 상기 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하며 상기 중심축선(A)과 거의 동축으로 연장도록, 크랭크샤프트(4)를 제조하는 단계 a)를 포함한다. 모든 크랭크 디스크(14)가 돌출부(26)를 구비하고, 홀(30)이 크랭크샤프트(4)의 모든 크랭크 디스크(14)와 메인 베어링 저널(12)을 관통하며 연장하도록 크랭크샤프트(4)가 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 크랭크샤프트(4)는 도 5b에 기재되어 있는 일부 예시와 같이 다양한 제조 방법으로 성형될 수 있다.
도 5b는 도 5a에 따른 크랭크샤프트(4) 제조 방법의 흐름도이다.
이 방법은, 하나 이상의 크랭크 디스크(14)에서부터 동일한 크랭크샤프트 웹(10)의 제2 크랭크 디스크(14)까지 중심축선(A) 방향으로 연장하게, 브리지 형태의 돌출부(26)가 형성되도록, 크랭크샤프트 포징 툴(40)(도 4a 참조)로 크랭크샤프트(4)를 포징하는 단계 b)를 포함할 수 있다. 바람직하기로는, 크랭크샤프트(4)의 크랭크 디스크(14)들 사이에 브리지(26)가 형성되도록 크랭크샤프트(4)가 포징된다. 브리지(26)는 크랭크샤프트 웹(10)의 크랭크 디스크(14)들 사이에서 크랭크 핀(16)에 의해 일체로 될 수 있다. 제조 단계 b) 후에, 브리지(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 연장하는 홀을 드릴링하는 단계 c)가 수행된다. 브리지(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하게 홀(30)을 드릴링 함으로써, 크랭크샤프트(4)의 경량화를 이룰 수 있게 된다. 바람직하기로는, 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하게 홀(30)을 드릴링 하되, 드릴링은 크랭크샤프트(4)의 양 단부에서부터 실시되는 것이 적절하다. 제조 단계 c) 후에, 브리지(26)의 적어도 일부분을 제거함으로써 크랭크샤프트(4)를 가공하는 단계 d)가 수행되는 것이 적절하다. 크랭크샤프트(4)가 기계 가공 방식으로 가공되는 것이 적절하며, 여기서 크랭크샤프트 웹(10)의 크랭크 디스크(14)들 사이에 중심축선(A)과 동축으로 갭이 존재하도록 브리지(26)의 섹션이 제거된다. 즉, 크랭크 디스크(14)들 사이에 공간이 형성되게 된다. 바람직하기로는, 하나 이상의 크랭크 디스크(14)와 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)에 홀(30)만이 남게 되도록, 브리지(26)를 구성하는 모든 소재가 제거된다. 이에 따라, 브리지(26)가 최종적으로 얻어지는 크랭크샤프트(4)의 중량에 영향을 주지 않게 된다. 이러한 제조 단계 d)를 거친 후에 이 방법이 종료된다.
이와는 다르게, 이 방법은, 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 내에 중심축선(A)에 대해 거의 직각을 이루는 평면(28)이 형성되도록, 크랭크샤프트 포징 툴(40)로 크랭크샤프트(4)를 포징하는 단계 e)를 포함한다. 중심축선(A)이 평면(28)과 교차하도록, 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 내에 돌출부(26)가 형성되는 것이 적절하다. 크랭크샤프트(4)의 모든 크랭크 디스크(14)들이 돌출부(26)를 구비하도록 크랭크샤프트(4)가 포징되는 것이 바람직하다. 제조 단계 e)에 이어서, 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 거의 동축으로 연장하는 홀(30)을 드릴링 하는 단계 f)가 수행된다. 이에 따라 홀(30)이 돌출부(26)의 평면(28)을 관통하며 연장한다. 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하게 홀(30)을 드릴링 함으로써 크랭크샤프트(4)의 경량화가 이루어진다. 리세스(26)가 중심축선(A)에 대해 실질적으로 직각인 평면(28)을 구비하기 때문에, 드릴 비트가 마모됨에 따라 일어날 수 있는 홀(30)의 경사질 위험성이 최소로 되게 된다. 또한, 버 발생이 최소로 되기 때문에, 마무리 가공의 필요성도 줄어들게 된다. 홀(30) 또는 보어(bore)는, 그 단면적이 돌출부(26)의 평면(28) 면적의 일부를 점유하는 방식으로 형성되는 것이 적절하다. 이러한 방식으로, 평면(28)의 일부가 홀(30)의 개구부 주위를 완전히 혹은 부분적으로 둘러싸게 된다. 제조 단계 f) 후에 이 방법이 종료된다.
이와는 다르게, 이 방법은, 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 내에 돌출부(26)가 형성되도록, 크랭크샤프트 포징 툴(40)(도 4a 참조)로 크랭크샤프트(4)를 포징하는 제조 단계 g)를 포함한다. 중심축선(A)이 돌출부(26)와 교차하도록, 돌출부(26)가 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 내에 형성되는 것이 적절하다. 크랭크샤프트(4)의 모든 크랭크 디스크(14)들이 돌출부(26)를 구비하도록 크랭크샤프트(4)가 포징되는 것이 바람직하다. 제조 단계 g)에 이어서, 돌출부(26)가 중심축선(A)에 대해 거의 직각을 이루는 평면(28)을 구비하도록, 돌출부(26)를 가공하는 단계 h)가 실시된다. 적절하기로는, 돌출부(26)는 드릴링, 터닝, 플레이닝, 치즐링(chiseling), 파일링(filing) 및/또는 밀링 같은 기계 가공 방식으로 가공된다. 제조 단계 h)에 이어서, 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 거의 동축으로 연장하는 홀(30)을 드릴링하는 단계 i)가 실시된다. 이에 따라, 홀(30)이 돌출부(26)의 평면(28)을 관통하며 연장하게 된다. 제조 단계 i) 후에 이 방법이 종료된다.
이와는 다르게, 이 방법은, 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 내에 중심축선(A)과 실질적으로 직각을 이루는 평면(28)을 구비하는 리세스(26)가 형성되도록, 크랭크샤프트 몰드(50)로 크랭크샤프트(4)를 주조하는 단계 j)를 포함할 수 있다. 크랭크샤프트(4)의 모든 크랭크 디스크(14)들이 돌출부(26)를 구비하도록, 크랭크샤프트(4)가 주조되는 것이 바람직하다. 제조 단계 j)에 이어서, 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 거의 동축으로 연장하는 홀(30)을 드릴링 하는 단계 k)가 실시된다. 이에 따라 홀(30)이 돌출부(26)의 평면(28)을 관통하며 연장하게 된다. 제조 단계 k) 후에 이 방법이 종료된다.
본 발명의 바람직한 실시형태의 전술한 사항들은 설명의 목적으로 기재한 것이다. 이는 본 발명을 위에 기재한 형태로 한정하기 위한 것이 아니다. 많은 변형이나 변조가 이루어질 수 있다는 점은 통상의 기술자에게는 자명한 것이다. 본 발명의 원리를 가장 잘 표현하기 위해, 그래서 통상의 기술자가 다양한 실시형태들을 참고하여 본 발명을 이해하고, 다양하게 변형할 수 있도록 하기 위해, 위의 실시형태들이 선택되었고, 이들 실시형태에 대해 설명하였다. 여러 실시형태들에 기재되어 있는 전술한 구성요소들 및 특징들은, 본 발명의 틀 내에서 서로 조합될 수 있다.

Claims (12)

  1. 중심축선(A)을 구비하는 크랭크샤프트(4)로, 상기 크랭크샤프트(4)는 상기 중심축선(A)이 관통하여 연장하는 둘 이상의 메인 베어링 저널(2)들과, 상기 메인 베어링 저널(12)들 사이에 배치되어 있는 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)을 포함하고, 상기 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)은 크랭크 핀(16)에 의해 서로가 연결되어 있는 두 개의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)를 포함하는, 크랭크샤프트에 있어서,
    하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)가 돌출부(26)를 구비하고, 상기 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 홀(30)이 연장하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
  2. 제1항에 있어서,
    돌출부(26)가, 크랭크샤프트 웹(10)의 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)로부터 동일한 크랭크샤프트 웹(10)의 다른 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)까지 중심축선(A) 방향으로 연장하는 브리지로 형성되는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
  3. 제1항에 있어서,
    돌출부(26)가, 중심축선(A) 방향으로 실질적으로 직각을 이루는 평면(28)을 구비하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
  4. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    크랭크샤프트(4)가 6개의 크랭크샤프트 웹(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
  5. 연소 엔진(2)으로, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 크랭크샤프트(4)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  6. 차량(1)으로, 제5항에 따른 연소 엔진(2)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  7. 중심축선(A)을 구비하는 크랭크샤프트(4) 제조 방법으로, 상기 크랭크샤프트(4)는 상기 중심축선(A)이 관통하여 연장하는 둘 이상의 메인 베어링 저널(2)들과, 상기 메인 베어링 저널(12)들 사이에 배치되어 있는 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)을 포함하고, 상기 하나 이상의 크랭크샤프트 웹(10)은 크랭크 핀(16)에 의해 서로가 연결되어 있는 두 개의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)를 포함하는, 크랭크샤프트 제조 방법에 있어서,
    하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)가 돌출부(26)를 구비하고, 홀(30)이 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 크랭크샤프트(4)를 성형하는 단계 a)를 특징으로 하는 크랭크샤프트 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    b) 돌출부(26)가, 크랭크샤프트 웹(10)의 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)로부터 동일한 크랭크샤프트 웹(10)의 다른 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c)까지 중심축선(A) 방향으로 연장하는 브리지 형태로 되게 크랭크샤프트 포징 툴(40)로 크랭크샤프트(4)를 포징하는 단계; 및
    c) 홀(30)이 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 홀(30)을 드릴링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    d) 브리지(26)의 적어도 일부분을 제거함으로써 크랭크샤프트(4)를 가공하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    e) 중심축선(A)과 실질적으로 직각인 평면(28)을 구비히는 돌출부(26)가 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 내에 형성되도록, 크랭크샤프트 포징 툴(40)로 크랭크샤프트(4)를 포징하는 단계; 및
    f) 홀(30)이 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 홀(30)을 드릴링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    g) 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 내에 돌출부(26)가 형성되도록 크랭크샤프트 포징 툴(40)로 크랭크샤프트(4)를 포징하는 단계;
    h) 돌출부(26)가 중심축선(A)에 대해 거의 직각인 평면(28)을 구비하도록 크랭크샤프트(4)를 가공하는 단계; 및
    i) 홀(30)이 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 홀(30)을 드릴링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    j) 중심축선(A)과 실질적으로 직각을 이루는 평면(28)을 구비하는 돌출부(26)가 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 내에 형성되도록 크랭크샤프트 몰드(50)로 크랭크샤프트(4)를 주조하는 단계; 및
    k) 홀(30)이 돌출부(26), 하나 이상의 크랭크 디스크(14, 14a, 14b, 14c) 및 하나 이상의 메인 베어링 저널(12)을 관통하되, 중심축선(A)과 실질적으로 동축으로 연장하도록, 홀(30)을 드릴링 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 제조 방법.
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