DE102006061499A1 - Crankshaft for motor vehicle has at least one journal that is coated with bearing material that can be finished without cutting process or by machining with cutting process - Google Patents

Crankshaft for motor vehicle has at least one journal that is coated with bearing material that can be finished without cutting process or by machining with cutting process Download PDF

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Erik Schneider
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Abstract

The crankshaft (1) has at least one journal (3) that is coated with bearing material (4). The crankshaft can be a constructed crankshaft or a non-constructed crankshaft. The bearing material can be finished without a cutting process or by machining with a cutting process. An independent claim is also included for a method of machining a journal for a crankshaft.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle sowie ein Verfahren zur Bearbeitung von Zapfen einer Kurbelwelle gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.The The invention relates to a crankshaft and a method for machining of cones of a crankshaft according to the preamble the claims 1 and 6.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 37 39 940 A1 ist eine oberflächengehärtete Kurbelwelle bekannt, bei der die Laufflächen der Grund- und/oder Pleuellagerzapfen phosphatiert sind.From the DE 37 39 940 A1 is a surface hardened crankshaft known in which the running surfaces of the base and / or connecting rod journal are phosphated.

Aus der DE 10 2004 026 263 A1 ist eine Kurbelwelle bekannt, bei der eine Entlastungskerbe teilweise im Bereich eines abgerundeten Übergangs und teilweise im Kurbelzapfen und/oder teilweise im Bereich des abgerundeten Übergangs und teilweise im Wellenzapfen angeordnet ist. Durch die Anordnung der Entlastungskerbe wird eine effiziente Verringerung der am Übergang zwischen Kurbelzapfen und Kurbelwange bzw. zwischen Wellenzapfen und Kurbelwange auftretenden Spannungskonzentrationen erreicht.From the DE 10 2004 026 263 A1 a crankshaft is known in which a relief notch is arranged partially in the region of a rounded transition and partly in the crank pin and / or partially in the region of the rounded transition and partly in the shaft journal. The arrangement of the relief notch, an efficient reduction of the stress concentrations occurring at the transition between the crank pin and crank arm or between the shaft journal and the crank arm is achieved.

Durch den abgerundeten Bereich, der vorwiegend einen Radius zwischen 1 und 2 mm aufweist, und die Entlastungskerbe, die vorwiegend eine Breite von 2 bis 4 mm aufweist, steht nicht die gesamte Zapfenbreite als Lagerfläche zur Verfügung.By the rounded area, which is predominantly a radius between 1 and 2 mm, and the relief notch, which is predominantly a width from 2 to 4 mm, is not the entire pin width than storage area to disposal.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden.task The invention is the disadvantages known from the prior art to avoid.

Lösung der Aufgabesolution the task

Die Aufgabe wird durch eine Kurbelwelle sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und 6 gelöst.The Task is by a crankshaft and a method according to claim 1 and 6 solved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Vorteilhafterweise werden die Kurbelwellenzapfen und/oder die Kurbelhubzapfen mit Lagerwerkstoff beschichtet. Dies bietet den Vorteil, dass Lagerschalen im Kurbelgehäuse und im Pleuel nicht erforderlich sind.advantageously, be the crankshaft journals and / or the Kurbelhubzapfen with bearing material coated. This offers the advantage that bearing shells in the crankcase and are not required in the connecting rod.

Ein weiterer Vorteil der Beschichtung mit Lagerwerkstoff besteht darin, dass kein/e Freistich/Entlastungskerbe bzw. kein Übergangsradius zwischen der Wange und dem Kurbelwellenzapfen bzw. Kurbelhubzapfen in dem Lagerwerkstoff erforderlich ist, da Kerben oder scharfe Kanten in dem aufgebrachten Lagerwerkstoff die Festigkeit des Kurbelwellenzapfens bzw. Kurbelhubzapfens nicht negativ beeinflussen. Durch den Wegfall von Freistich/Entlastungskerbe in dem Lagerwerkstoff kann die gesamte Breite des Kurbelwellenzapfens bzw. Kurbelhubzapfens als Lagerfläche herangezogen werden, so dass die Wange bis an den Rand der Lagerfläche „aufgedickt" werden kann. In dem Kurbelwellenzapfen oder Kurbelhubzapfen kann weiterhin ein Freistich oder eine Entlastungskerbe sein, wobei der Lagerwerkstoff diese überdeckt.One Another advantage of the coating with bearing material is that that no undercut / relief notch or no transition radius between the cheek and the crankshaft journal or Kurbelhubzapfen in the bearing material is required because notches or sharp edges in the applied bearing material, the strength of the crankshaft journal or crankshaft pin does not adversely affect. By the omission from undercut / relief notch in the bearing material can be the entire width of the crankshaft journal or Kurbelhubzapfens used as a bearing surface so that the cheek can be "thickened" to the edge of the storage area the crankshaft journal or Kurbelhubzapfen may continue an undercut or a relief notch, wherein the bearing material covers these.

Ein anderer Vorteil der Beschichtung mit Lagerwerkstoff liegt darin, dass bei Kurbelwellenzapfen bzw. Kurbelhubzapfen, die aus mehreren Teilen zusammengeschweißt werden, unterschiedlich harte Bereiche am Außendurchmesser der Zapfen durch die Schweißnähte auftreten, so dass eine aufwendige Nachbearbeitung dieser Schweißnähte nicht erforderlich ist, da der Lagerwerkstoff die Schweißnähte überdeckt.One Another advantage of the coating with bearing material is that that at crankshaft journals or Kurbelhubzapfen, consisting of several Parts welded together be, different hard areas on the outer diameter of the pin through the Welds occur, so that a costly reworking of these welds is not is necessary because the bearing material covers the welds.

Für eine hohe Betriebssicherheit der Gleitlager sind geringe Formtoleranzen, beispielsweise Zylinderform oder Geradheit, der Oberfläche der Kurbelwellenzapfen bzw. Kurbelhubzapfen notwendig.For a high Reliability of the plain bearings are low dimensional tolerances, for example Cylindrical shape or straightness, the surface of the crankshaft journals or crank lift pin necessary.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Lagerwerkstoff spanabtragend nachbearbeitet. Dies kann beispielsweise durch Drehen oder Fräsen erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass die Feinbearbeitung zur Einhaltung von Toleranzen zeitsparend erfolgen kann.In an advantageous embodiment the bearing material is reworked by machining. This can for example, by turning or milling done. This offers the Advantage that the fine machining to maintain tolerances can save time.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird der Lagerwerkstoff spanlos, beispielsweise mittels Glattwalzen, zur Senkung der Rauheit nachbearbeitet.In another advantageous embodiment the bearing material is non-cutting, for example by means of smooth rolling, reworked to reduce roughness.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Lagerwerkstoff in variablen Schichtdicken über den Umfang des Kurbelwellenzapfens und/oder Kurbelhubzapfens aufgebracht werden. Dies bietet den Vorteil, dass die variable Schichtdicke zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, beispielsweise Kurbelradius oder Kreisformtoleranz, herangezogen werden kann. Insbesondere bei Kurbelwellen, die aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind, sog. gebaute Kurbelwellen, ist das Aufbringen von variablen Schichtdicken vorteilhaft. Erfindungsgemäß ist das Aufbringen von Lagerwerkstoff in variablen Schichtdicken auch bei nicht gebauten Kurbelwellen vorteilhaft.In In a further advantageous embodiment, the bearing material in variable layer thicknesses over applied the circumference of the crankshaft journal and / or Kurbelhubzapfens become. This offers the advantage that the variable layer thickness for Compensation of manufacturing tolerances, such as crank radius or circularity tolerance, can be used. Especially at Crankshafts, which are composed of several parts, so-called built Crankshafts, the application of variable layer thicknesses is advantageous. This is according to the invention Application of bearing material in variable layer thicknesses also at not built crankshafts advantageous.

Bei sog. gebauten Kurbelwellen kann die Beschichtung der Kurbelwellenzapfen und/oder Kurbelhubzapfen mit Lagerwerkstoff vor oder nach dem Fügen/Zusammenbau der Kurbelwelle erfolgen.at So-called built crankshafts can be the coating of crankshaft journals and / or crankpins with bearing material before or after joining / assembly take the crankshaft.

Zeichnungendrawings

Es zeigen:It demonstrate:

1: einen Abschnitt eines Längsschnitts einer Kurbelwelle; 1 a portion of a longitudinal section of a crankshaft;

2: einen Querschnitt eines Zapfens. 2 : a cross section of a pin.

In 1 ist ein Abschnitt einer Kurbelwelle 1 mit einer Wange 2 und einem Zapfen 3 dargestellt. Der Zapfen 3 ist beispielsweise ein Kurbelwellenzapfen oder ein Kurbelhubzapfen. Auf der Außenfläche des Zapfens 3 ist eine Beschichtung in Form von Lagerwerkstoff 4 aufgebracht. Der Lagerwerkstoff 4 ragt bis an die Wange 2, so dass die gesamte Breite B des Zapfens 3 als Lagerfläche herangezogen werden kann. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, dass zwischen dem Lagerwerkstoff 4 und der Wange 2 ein kleiner Spalt von beispielsweise 0,1 bis 0,2 mm oder ein Radius von beispielsweise 0,5 mm ist. Dieser Spalt oder Radius hat jedoch keinen Einfluss auf die zur Verfügung stehende Lagerbreite des Zapfens 3, da zwischen Wange 2 und Lager immer ein kleiner Abstand (Axialspiel) für die reibungsarme Rotation der Kurbelwelle 1 vorhanden sein muss.In 1 is a section of a crankshaft 1 with a cheek 2 and a pin 3 shown. The pin 3 is for example a crankshaft journal or a crankpin. On the outer surface of the pin 3 is a coating in the form of bearing material 4 applied. The bearing material 4 sticks up to the cheek 2 so that the entire width B of the pin 3 can be used as a storage area. Furthermore, there is also the possibility that between the bearing material 4 and the cheek 2 a small gap of, for example, 0.1 to 0.2 mm, or a radius of, for example, 0.5 mm. However, this gap or radius has no effect on the available bearing width of the pin 3 because between cheek 2 and bearing always a small distance (axial play) for the low-friction rotation of the crankshaft 1 must be present.

Durch die Beschichtung mit dem Lagerwerkstoff 4 können nicht dargestellte Lagerschalen für ein Kurbelgehäuse oder ein Pleuel entfallen.Due to the coating with the bearing material 4 not shown bearings for a crankcase or a connecting rod can be omitted.

Der Lagerwerkstoff 4 wird beispielsweise über Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen aufgebracht. Mit diesem Verfahren können Schichtdicken 5 von mehreren 0,1 mm realisiert werden.The bearing material 4 is applied, for example, via high-speed flame spraying. With this method, layer thicknesses 5 be realized by several 0.1 mm.

In 2 ist ein Zapfen 3 mit einer Beschichtung aus Lagerwerkstoff 4 dargestellt. Wird die Kurbelwelle 1 beispielsweise aus mehreren Zapfen 3 und Wangen 2 zusammengebaut, beispielsweise miteinander verschweißt, so kann das Verschweißen bewirken, dass die Toleranzen, beispielsweise für den Kurbelradius, der Kurbelwelle 1 nicht eingehalten werden. Zum Erreichen der Toleranzen und zum Ausgleichen der Exzentrizität des Kurbelradius kann der Lagerwerkstoff 4 in unterschiedlichen Schichtdicken 5 um den Zapfen 3 aufgetragen werden, beispielsweise mittels Aufspritzen. Die in 2 gezeigte Darstellung ist nicht maßstabsgetreu, sie dient lediglich zur Veranschaulichung einerseits der Verformung des Zapfens 3 nach dem Fertigungsprozess desselben oder nach dem Zusammenbau der Kurbelwelle 1 und andererseits der Varianz der Schichtdicken 5.In 2 is a cone 3 with a coating of bearing material 4 shown. Will the crankshaft 1 for example, from several pins 3 and cheeks 2 assembled, for example, welded together, so welding can cause the tolerances, for example, for the crank radius, the crankshaft 1 not be complied with. To achieve the tolerances and to compensate for the eccentricity of the crank radius of the bearing material 4 in different layer thicknesses 5 around the cone 3 be applied, for example by spraying. In the 2 The illustration shown is not true to scale, it serves only to illustrate the one hand, the deformation of the pin 3 after the manufacturing process of the same or after assembly of the crankshaft 1 and on the other hand the variance of the layer thicknesses 5 ,

Der Lagerwerkstoff 4 besteht beispielsweise aus Weißmetall, Kupfer-Legierung oder Aluminium-Legierung. Der Härtegrad des Lagerwerkstoffs 4 ist geringer, d. h. weicher, im Vergleich zur Gegenlauffläche des Lagers.The bearing material 4 consists for example of white metal, copper alloy or aluminum alloy. The hardness of the bearing material 4 is lower, ie softer, compared to the mating surface of the bearing.

11
Kurbelwellecrankshaft
22
Wangecheek
33
Zapfenspigot
44
LagerwerkstoffBearing material
55
Schichtdickelayer thickness
BB
Breitewidth

Claims (13)

Kurbelwelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zapfen (3) der Kurbelwelle (1) mit Lagerwerkstoff (4) beschichtet ist.Crankshaft ( 1 ), characterized in that at least one pin ( 3 ) of the crankshaft ( 1 ) with bearing material ( 4 ) is coated. Kurbelwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (1) eine gebaute Kurbelwelle (1) ist.Crankshaft ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the crankshaft ( 1 ) a built crankshaft ( 1 ). Kurbelwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (1) eine nicht gebaute Kurbelwelle (1) ist.Crankshaft ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the crankshaft ( 1 ) a not built crankshaft ( 1 ). Kurbelwelle (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerwerkstoff (4) spanlos nachbearbeitet ist.Crankshaft ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the bearing material ( 4 ) is machined without cutting. Kurbelwelle (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerwerkstoff (4) spanabtragend nachbearbeitet ist.Crankshaft ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the bearing material ( 4 ) is machined by machining. Kurbelwelle (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerwerkstoff (4) bezogen auf den Umfang des Zapfens (3) unterschiedliche Schichtdicken (5) aufweist.Crankshaft ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the bearing material ( 4 ) based on the circumference of the pin ( 3 ) different layer thicknesses ( 5 ) having. Verfahren zur Bearbeitung von Zapfen (3) einer Kurbelwelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (3) mit Lagerwerkstoff (4) beschichtet werden.Method of working cones ( 3 ) a crankshaft ( 1 ), characterized in that the pins ( 3 ) with bearing material ( 4 ) are coated. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerwerkstoff (4) spanabtragend nachbearbeitet wird.Method according to claim 7, characterized in that the bearing material ( 4 ) is machined by chip removal. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerwerkstoff (4) spanlos nachbearbeitet wird.Method according to claim 7 or 8, characterized in that the bearing material ( 4 ) is machined without cutting. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang des Zapfens (3) unterschiedliche Schichtdicken (5) Lagerwerkstoff (4) aufgetragen werden.Method according to at least one of claims 7 to 9, characterized in that over the circumference of the pin ( 3 ) different layer thicknesses ( 5 ) Bearing material ( 4 ) are applied. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Montage der Kurbelwelle (1) aus mehreren Teilen die Zapfen (3) mit Lagerwerkstoff (4) beschichtet werden.Method according to at least one of claims 7 to 10, characterized in that after assembly of the crankshaft ( 1 ) of several Divide the pins ( 3 ) with bearing material ( 4 ) are coated. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Exzentrizitäten, die nach einem Zusammenbau der Kurbelwelle (1) beim Kurbelradius auftreten, durch Auftragen von Lagerwerkstoff (4) auf mindestens einen Zapfen (3) der Kurbelwelle (1) ausgeglichen werden.Method according to at least one of claims 7 to 11, characterized in that eccentricities which after an assembly of the crankshaft ( 1 ) occur at the crank radius, by applying bearing material ( 4 ) on at least one pin ( 3 ) of the crankshaft ( 1 ). Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Exzentritäten, die vor einem Zusammenbau der Kurbelwelle (1) beim Kurbelradius auftreten, durch Auftragen von Lagerwerkstoff (4) auf mindestens einen Zapfen (3) der Kurbelwelle (1) ausgeglichen werden.Method according to at least one of claims 7 to 11, characterized in that eccentrics that are prior to assembly of the crankshaft ( 1 ) occur at the crank radius, by applying bearing material ( 4 ) on at least one pin ( 3 ) of the crankshaft ( 1 ).
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