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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle.
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HINTERGRUND
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Die Kurbelwelle eines Motors wandelt eine geradlinige Hin- und Herbewegung eines Kolbens in eine Drehbewegung um eine Längsachse um, um ein Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeugs wie z. B. eines Zugs, eines Boots, eines Flugzeugs oder eines Kraftfahrzeugs, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, bereitzustellen. Kurbelwellen sind ein entscheidender Teil eines Motors und sind ein Ausgangspunkt der Motorkonstruktion. Die Kurbelwellenkonstruktion wirkt sich auf die gesamte Aufmachung des Motors und dadurch auf die Gesamtmasse des Motors aus. Folglich verringert das Minimieren der Größe und/oder Masse der Kurbelwelle die Größe und Masse des Motors, was einen Verbundeffekt auf die gesamte Größe, Masse und Kraftstoffsparsamkeit des Fahrzeugs hat.
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Die Kurbelwelle umfasst mindestens einen Kurbelzapfen, der von der Längsachse versetzt ist, an dem ein Hubkolben über eine Verbindungsstange befestigt ist. Kraft, die vom Kolben auf die Kurbelwelle durch die versetzte Verbindung dazwischen aufgebracht wird, erzeugt ein Drehmoment in der Kurbelwelle, das die Kurbelwelle um die Längsachse dreht.
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Die Kurbelwelle umfasst ferner mindestens einen Hauptlagerzapfen, der konzentrisch um die Längsachse angeordnet ist. Die Kurbelwelle ist am Motorblock an den Hauptlagerzapfen befestigt. Ein Lager ist um den Hauptlagerzapfen zwischen der Kurbelwelle und dem Motorblock angeordnet.
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Um das Gewicht der Kurbelwelle zu verringern, kann ein hohler Abschnitt in jedem der Kurbelzapfen und Hauptlagerzapfen ausgebildet werden und sich durch diese erstrecken. Die Kurbelwelle wird typischerweise durch einen Gießprozess, wie z. B. einen Nasssandgießprozess oder einen Maskenformgießprozess, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, ausgebildet oder hergestellt. Irgendwelche hohlen Abschnitte, die in den Kurbelzapfen und/oder den Hauptlagerzapfen ausgebildet werden, werden durch mehrere verschiedene Kerne definiert, die innerhalb der Form während des Gießprozesses angeordnet werden. Jeder von diesen verschiedenen Kernen muss relativ zueinander und zur Form genau positioniert werden, um die hohlen Abschnitte an den geeigneten Stellen korrekt auszubilden.
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Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen sind aus den Druckschriften
US 2007/0 193 405 A1 und
GB 2 172 691 A bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle für einen Motor geschaffen. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer ersten Hälfte und einer zweiten Hälfte einer Form, um einen Hohlraum dazwischen zu definieren. Der Hohlraum bildet eine äußere Gestalt der Kurbelwelle. Die äußere Gestalt der Kurbelwelle umfasst mehrere Bolzenlagerzapfen und mehrere Hauptlagerzapfen. Die Kurbelwelle erstreckt sich entlang einer Längsachse. Ein einzelner Kern wird innerhalb des Hohlraums zwischen der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte der Form angeordnet. Metallschmelze wird in den Hohlraum eingeführt, um die Kurbelwelle auszubilden. Die Metallschmelze fließt in den Hohlraum und um den einzelnen Kern, um gleichzeitig einen ersten hohlen Abschnitt, der sich durch einen der mehreren Bolzenlagerzapfen erstreckt, und einen zweiten hohlen Abschnitt, der sich durch einen der der mehreren Hauptlagerzapfen erstreckt, auszubilden. Nach dem Ausbilden der Kurbelwelle wird der einzelne Kern entfernt, so dass die Kurbelwelle mit den darin ausgebildeten ersten und zweiten hohlen Abschnitten hinterlassen wird. Der erste hohle Abschnitt erstreckt sich von einer ersten axialen Seitenfläche bis zu einer zweiten axialen Seitenfläche des Bolzenlagerzapfens vollständig durch diesen entlang der Längsachse. Ferner erstreckt sich der zweite hohle Abschnitt von einer ersten axialen Seitenfläche bis zu einer zweiten axialen Seitenfläche des Hauptlagerzapfens vollständig durch diesen entlang der Längsachse. Der erste hohle Abschnitt und der zweite hohle Abschnitt bilden innerhalb der Kurbelwelle keinen gemeinsamen Hohlraum.
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Folglich werden alle hohlen Abschnitte in den Bolzenlagerzapfen und den Hauptlagerzapfen aus einem einzelnen Kern ausgebildet. Folglich muss nur der einzelne Kern relativ zur Form korrekt positioniert werden, um alle hohlen Abschnitte relativ zueinander und zur Form automatisch zu positionieren, wodurch die Maßgenauigkeit der hohlen Abschnitte verbessert wird und die Fertigungseffizienz der Kurbelwelle verbessert wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Draufsicht einer gegossenen Kurbelwelle mit einem einzelnen Kern, der noch daran befestigt ist.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der in 1 gezeigten Schnittlinie 2-2, die eine Querschnittsgestalt des einzelnen Kerns und des resultierenden hohlen Abschnitts in der gegossenen Kurbelwelle zeigt.
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3 ist eine schematische Draufsicht einer Form zum Gießen der Kurbelwelle mit einem darin angeordneten einzelnen Kern.
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4 ist ein schematisches Diagramm der Kurbelwelle.
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5 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer gegossenen Kurbelwelle mit einem einzelnen nicht planaren Kern, der noch daran befestigt ist.
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6 ist eine schematische perspektivische Ansicht des nicht planaren Kerns.
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7 ist ein schematischer Querschnitt entlang der in 5 gezeigten Schnittlinie 7-7.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass Begriffe wie z. B. ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”nach oben”, ”nach unten”, ”oben”, ”unten” usw. zur Beschreibung der Figuren verwendet werden.
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Mit Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Zeichen in den ganzen verschiedenen Ansichten gleiche Teile angeben, ist eine Kurbelwelle im Allgemeinen bei 20 gezeigt. Mit Bezug auf 1 kann die Kurbelwelle 20 für einen Motor, wie z. B. einen Benzinmotor oder einen Dieselmotor, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, einen Kompressor oder irgendeine andere ähnliche Vorrichtung konfiguriert sein. Die Kurbelwelle 20 umfasst eine Welle 22, die sich entlang einer Längsachse 24 erstreckt, die mehrere Hauptlagerzapfen 26, mehrere Arme 27, mehrere Bolzenlagerzapfen 28 und mindestens ein Gegengewicht 30 definiert.
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Die Hauptlagerzapfen 26 sind konzentrisch um die Längsachse 24 angeordnet. Jeder der Bolzenlagerzapfen 28 ist seitlich von der Längsachse 24 versetzt und ist an den Hauptlagerzapfen 26 durch einen Arm befestigt. Jeder der Arme erstreckt sich von einem der Hauptlagerzapfen 26 zu einem der Bolzenlagerzapfen 28 und kann eines der Gegengewichte 30 umfassen oder nicht. Jedes der Gegengewichte 30 erstreckt sich radial von der Längsachse 24 weg. Jeder der Hauptlagerzapfen 26 stützt ein Lager (nicht dargestellt) um diesen ab, und schafft einen Befestigungsort zum Befestigen der Kurbelwelle 20 an einem Motorblock (nicht dargestellt). Jeder der Bolzenlagerzapfen 28 stützt ein Lager (nicht dargestellt) um diesen ab und schafft einen Befestigungspunkt, an dem eine Verbindungsstange (nicht dargestellt) einen Kolben (nicht dargestellt) an der Kurbelwelle 20 befestigt. Die Gegengewichte 30 kompensieren die Hubmasse der Kolben, Kolbenringe, Kolbenbolzen und Halteklemmen, der kleinen Enden der Verbindungsstangen, die Rotationsmasse der großen Enden der Verbindungsstangen und der Lager und die Rotationsmasse der Kurbelwelle selbst (der Bolzenlagerzapfen 28 und der Arme 27). Die Hauptlagerzapfen liegen auf der Kurbelwellenachse 24 und erfordern keine Gegengewichte. Die Gegengewichte 30 verringern die Kräfte, die auf die Hauptlagerzapfen wirken, und verbessern dadurch die Haltbarkeit der Lager. Die Gegengewichte 30 gleichen die Rotation der Kurbelwelle 20 um die Längsachse 24 aus, um die Vibration darin zu verringern.
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Die in 1 gezeigte Ausführungsform der Kurbelwelle 20 dient für einen Vierzylinder-Reihenmotor und umfasst vier Bolzenlagerzapfen 28, acht Arme 27, fünf Hauptlagerzapfen 26 und vier Gegengewichte 30. Mit Bezug auf 4 ist die in 1 gezeigte beispielhafte Ausführungsform der Kurbelwelle 20 schematisch so gezeigt, dass sie die fünf Hauptlagerzapfen 26, die mit 90, 92, 94, 96 bzw. 98 nummeriert sind; die vier Bolzenlagerzapfen 28, die mit 100, 102, 104 bzw. 106 nummeriert sind; die acht Arme, die mit 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 bzw. 122 nummeriert sind; und die vier Gegengewichte 30, die mit 124, 126, 128 bzw. 130 nummeriert sind, umfasst. Wie gezeigt, ist das Gegengewicht 124 am Arm 108 befestigt und erstreckt sich von diesem, das Gegengewicht 126 ist am Arm 114 befestigt und erstreckt sich von diesem, das Gegengewicht 128 ist am Arm 116 befestigt und erstreckt sich von diesem, und das Gegengewicht 130 ist am Arm 122 befestigt und erstreckt sich von diesem. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die Kurbelwelle 20 anders als in 1 und 4 gezeigt konfiguriert sein kann. An sich kann die Kurbelwelle 20 für irgendeine Gestaltung und/oder Konfiguration des Motors konfiguriert sein, einschließlich eines Motors mit V-Gestaltung mit sechs oder acht Zylindern oder einer Reihengestaltung des Motors mit 3, 5, 6 oder irgendeiner anderen Anzahl von Zylindern, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein. Da die Arme 27 Strukturteile der Kurbelwelle 20 sind und die Gegengewichte 30 lediglich vorhanden sind, um Kräfte und Vibrationen zu verringern, kann die Kurbelwelle 20 ferner eine beliebige Anzahl von Gegengewichten 30 aufweisen, die an den verschiedenen Armen 27 in irgendeiner Konfiguration befestigt sind. Eine Vierzylinder-Reihenkurbelwelle kann beispielsweise sechs oder acht Gegengewichte umfassen. Folglich ist die in 1 und 4 gezeigte und hier beschriebene spezifische Kurbelwelle 20 lediglich beispielhaft.
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Mindestens einer der Bolzenlagerzapfen 28 und mindestens einer der Hauptlagerzapfen 26 umfasst einen hohlen Abschnitt 32, der sich durch diesen erstreckt. Jeder der hohlen Abschnitte 32 in den Bolzenlagerzapfen 28 und den Hauptlagerzapfen 26 erstreckt sich im Allgemeinen entlang der Längsachse 24, wie nachstehend genauer beschrieben, aber nicht notwendigerweise parallel zur Längsachse 24. Die hohlen Abschnitte 32 in der Kurbelwelle 20 verringern das Volumen des Metalls, das zum Ausbilden der Kurbelwelle 20 verwendet wird, wodurch das Gesamtgewicht der Kurbelwelle 20 verringert wird. Durch Verringern des Gewichts der Bolzenlagerzapfen 28, die von der Längsachse 24 seitlich versetzt sind, kann die Masse der Gegengewichte 30 ferner auch um ein entsprechendes Ausmaß verringert werden, wodurch das Gesamtgewicht der Kurbelwelle 20 weiter verringert wird.
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Jeder der hohlen Abschnitte 32 erstreckt sich entlang eines Weges 34 relativ zur Längsachse 24 der Welle 22. Der Weg 34 von jedem der hohlen Abschnitte 32 ist dazu konfiguriert, Spannungen innerhalb der Welle 22, zwischen den verschiedenen Komponenten davon, d. h. zwischen den angrenzenden Hauptlagerzapfen 26, den Bolzenlagerzapfen 28 und den Armen 27, zu minimieren. Der Weg 34 der hohlen Abschnitte 32 kann einen nicht geradlinigen Weg umfassen, wie z. B. bei 36 gezeigt, der dazu ausgelegt ist, die hohlen Abschnitte 32 von einem Bereich der Kurbelwelle 20 mit hoher Spannung, wie z. B. bei 54 gezeigt, weg zu biegen, oder kann einen geradlinigen Weg umfassen, wie bei 38 gezeigt, der relativ zur Längsachse 24 abgewinkelt ist, um den hohlen Abschnitt 32 von den Bereichen 54 der Kurbelwelle 20 mit hoher Spannung weg abzuwinkeln. Der spezifische Weg 34 von jedem der hohlen Abschnitte 32 in den Bolzenlagerzapfen 28 und den Hauptlagerzapfen 26 und die Querschnittsgestalt von jedem der hohlen Abschnitte 32 hängt von der spezifischen Gestalt, Größe und Konfiguration der Kurbelwelle 20 ab.
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In 2 umfasst jeder der hohlen Abschnitte 32 einen Querschnitt, der eine Gestalt definiert. Die Querschnittsgestalt von jedem der hohlen Abschnitte 32 kann eine nicht kreisförmige Gestalt umfassen, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Querschnittsgestalt der hohlen Abschnitte 32 eine elliptische Gestalt. Die elliptische Querschnittsgestalt von jedem der hohlen Abschnitte 32 umfasst eine Hauptachse 40 und eine Nebenachse 42. Die Hauptachse 40 umfasst vorzugsweise einen Abstand in dem Bereich zwischen 25 mm und 40 mm, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Die Nebenachse 42 umfasst vorzugsweise einen Abstand in dem Bereich zwischen 15 mm und 35 mm, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Die elliptische Gestalt der hohlen Abschnitte 32 maximiert die Verringerung des Materials, das zum Ausbilden der Kurbelwelle 20 verwendet wird, wodurch die Verringerung von deren Gewicht maximiert wird.
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Mit Rückbezug auf 1 wird jeder der hohlen Abschnitte 32 in jedem der mehreren Hauptlagerzapfen 26 und jedem der Bolzenlagerzapfen 28 gleichzeitig durch einen einzelnen Kern 44 während eines Gießprozesses ausgebildet. Der einzelne Kern 44 wird so ausgebildet, dass er sich durch jeden der Bolzenlagerzapfen 28 und der Hauptlagerzapfen 26 an der genauen Stelle der hohlen Abschnitte 32 davon erstreckt, ohne die anderen Abschnitte der Welle 22, wie z. B. die Gegengewichte 30, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, zu stören oder anderweitig zu berühren.
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Vorzugsweise wird die Kurbelwelle 20 durch einen Gießprozess ausgebildet, wie z. B. einen Nasssandgießprozess oder einen Maskenformgießprozess, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, wie im Allgemeinen verständlich. An sich umfasst mit Bezug auf 3 die Herstellung oder das Gießen der Kurbelwelle 20 das Ausbilden einer ersten Hälfte 46 und einer zweiten Hälfte 48 einer Form 50, um einen Hohlraum 52 dazwischen zu definieren, der eine äußere Gestalt der Kurbelwelle 20 bildet. Die erste Hälfte 46 kann als Formoberteil oder obere Hälfte bezeichnet werden und die zweite Hälfte 48 kann als Formunterteil oder untere Hälfte bezeichnet werden. Wie im Allgemeinen verständlich ist, können die erste Hälfte 46 und die zweite Hälfte 48 der Form 50 durch Pressen einer Schablone, die die Hälfte der gewünschten fertigen äußeren Gestalt der Kurbelwelle 20 definiert, in eine Form von Nasssand oder irgendeinem anderen geeigneten Medium ausgebildet werden, wodurch ein negativer Abdruck dieser Hälfte der Kurbelwelle 20 darin belassen wird. Beim Kombinieren der ersten Hälfte 46 und der zweiten Hälfte 48 miteinander, um die Form 50 zu bilden, verbinden sich die negativen Abdrücke darin unter Vervollständigung des Hohlraums 52, und definieren die äußere Gestalt der Kurbelwelle 20. Die äußere Gestalt der Kurbelwelle 20 umfasst die Bolzenlagerzapfen 28, die Arme 27, die Hauptlagerzapfen 26 und die Gegengewichte 30. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Kurbelwelle 20 vier Bolzenlagerzapfen 28, acht Arme 27, fünf Hauptlagerzapfen 26 und vier Gegengewichte 30. Folglich werden die erste Hälfte 46 und die zweite Hälfte 48 der Form 50 so ausgebildet, dass ein Hohlraum 52 definiert wird, der die vier Bolzenlagerzapfen 28, die fünf Hauptlagerzapfen 26, vier Stege mit Gegengewichten 30 und vier Stege ohne irgendwelche Gegengewichte 30 bildet. Wie vorstehend beschrieben, kann sich jedoch die spezifische Anzahl von Bolzenlagerzapfen 28 und Hauptlagerzapfen 26 von der hier gezeigten und beschriebenen beispielhaften Ausführungsform unterscheiden.
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Wie in 1 gezeigt, wird der einzelne Kern 44 als einheitliches Stück so ausgebildet, dass er eine Gestalt aufweist, die durch mindestens einen der mehreren Bolzenlagerzapfen 28 und mindestens einen der mehreren Hauptlagerzapfen 26 verläuft. Wie in 1 gezeigt, ist der einzelne Kern so konfiguriert, dass er einen hohlen Abschnitt in allen vier der Bolzenlagerzapfen 28 und drei der Hauptlagerzapfen 26 definiert. Der einzelne Kern 44 kann beispielsweise durch einen Sandformprozess ausgebildet werden, wie es im Allgemeinen zum Ausbilden von Kernen verständlich ist, die Leerräume in Gussstücken ausbilden. Der einzelne Kern 44 kann symmetrisch um ein Längszentrum des einzelnen Kerns 44 ausgebildet werden, wodurch er reversibel gemacht wird. Dies ermöglicht, dass der einzelne Kern 44 leicht innerhalb der Form 50 positioniert wird und die Fehlervermeidung beim Gießprozess unterstützt.
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Wie in 1 gezeigt, kann der einzelne Kern 44 so ausgebildet werden, dass er ein Teilstück von Material mit einem kreisförmigen oder nicht kreisförmigen Querschnitt umfasst, das eine Planare Gestalt bildet. Um den einzelnen Kern 44 in anderen Motorkonfigurationen zu verwenden, kann jedoch der einzelne Kern 44 so ausgebildet werden, dass er ein Teilstück von Material mit einem kreisförmigen oder nicht kreisförmigen Querschnitt umfasst, das eine nicht Planare dreidimensionale Gestalt bildet, wie z. B. in 5 bis 7 gezeigt. Außerdem kann der einzelne Kern 44 als einzelnes einheitliches Element ausgebildet werden, um alle der hohlen Abschnitte 32 in den Hauptlagerzapfen 26 und den Bolzenlagerzapfen 28 zu definieren oder zu bilden, ohne ansonsten die anderen Abschnitte der Kurbelwelle 20, wie z. B. die Gegengewichte 30, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, zu berühren oder zu stören. Alternativ kann der einzelne Kern 44 in einer Weise ausgebildet werden, um einen Abschnitt der Kurbelwelle 20 teilweise zu definieren, wie z. B. die Hauptlagerzapfen 26, die Bolzenlagerzapfen 28 oder die Gegengewichte 30, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein.
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Wie in 2 gezeigt, kann die Querschnittsgestalt des einzelnen Kerns 44 so ausgebildet werden, dass sie eine elliptische Gestalt definiert, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Die Querschnittsgestalt des einzelnen Kerns 44 kann sich entlang eines geradlinigen Weges oder eines nicht geradlinigen Weges erstrecken und kann alternativ um eine Mittelachse der Querschnittsgestalt spiralförmig umlaufen. Die Querschnittsgestalt des einzelnen Kerns 44 definiert und/oder bildet die Querschnittsgestalt der hohlen Abschnitte 32. Wie vorstehend beschrieben, umfasst die elliptische Gestalt die Hauptachse 40 mit einem Abstand in dem Bereich zwischen 25 mm und 40 mm und die Nebenachse 42 mit einem Abstand in dem Bereich zwischen 15 mm und 35 mm. Die spezifische Querschnittsgestalt des einzelnen Kerns 44 hängt von der spezifischen Größe, Gestalt und Konfiguration der Kurbelwelle 20 ab und ist dazu konfiguriert, die Menge an Material zu minimieren, das zum Ausbilden der Kurbelwelle 20 verwendet wird, während immer noch die Kurbelwelle 20 mit aller erforderlichen Festigkeit und/oder Steifigkeit versehen wird. Folglich kann sich die Querschnittsgestalt des Kerns und der dadurch definierten resultierenden hohlen Abschnitte 32 von der Querschnittsgestalt des hier gezeigten und beschriebenen einzelnen Kerns 44 unterscheiden.
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Der einzelne Kern 44 wird so ausgebildet, dass er den Weg 34 definiert, entlang dessen sich jeder der hohlen Abschnitte 32 erstreckt. Folglich kann der einzelne Kern 44 so ausgebildet werden, dass er einen nicht geradlinigen Weg 36 relativ zur Längsachse 24 definiert. Der nicht geradlinige Weg 36 kann einen gekrümmten oder nicht geradlinigen Weg 36 oder einen geradlinigen abgewinkelten Weg 38 umfassen, der relativ zur Längsachse 24 abgewinkelt ist, wie vorstehend beschrieben. Der Weg 34 von jedem der hohlen Abschnitte 32 ist so konfiguriert, dass die hohlen Abschnitte 32 von Bereichen der Kurbelwelle 20 mit hoher Spannung weg gebogen oder abgewinkelt werden, wodurch so viel Material um die Bereiche der Kurbelwelle 20 mit hoher Spannung wie möglich beibehalten wird, um deren Festigkeit zu verbessern, während das Gewicht der Kurbelwelle 20 minimiert wird. Ein Bereich 54 der Kurbelwelle 20 zwischen einem benachbarten Hauptlagerzapfen 26 und Bolzenlagerzapfen 28 kann beispielsweise als Bereich 54 mit hoher Spannung definiert sein. An sich lenkt der Weg 34, dem die hohlen Abschnitte 32 durch beide des benachbarten Hauptlagerzapfens 26 und Bolzenlagerzapfens 28 folgen, den hohlen Abschnitt 32 vom Schnittpunkt zwischen dem benachbarten Hauptlagerzapfen 26 und Bolzenlagerzapfen 28 weg, wodurch das Material in diesem Bereich 54 maximiert wird, um die Festigkeit der Welle 22 zu erhöhen.
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Sobald der einzelne Kern 44 als einzelner einheitlicher Kern zweckmäßig ausgebildet ist, der alle der hohlen Abschnitte 32 durch die Hauptlagerzapfen 26 und die Bolzenlagerzapfen 28 definiert, wird der einzelne Kern 44 innerhalb des Hohlraums 52 zwischen der ersten Hälfte 46 und der zweiten Hälfte 48 der Form 50 angeordnet. Sobald er relativ zur ersten Hälfte 46 und zweiten Hälfte 48 der Form 50 korrekt positioniert ist, ist der einzelne Kern 44 automatisch korrekt positioniert, um alle hohlen Abschnitte 32 durch jeden der Hauptlagerzapfen 26 und der Bolzenlagerzapfen 28 auszubilden.
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Sobald der einzelne Kern 44 innerhalb des Hohlraums 52 angeordnet ist und die erste Hälfte 46 der Form 50 relativ zur zweiten Hälfte 48 der Form 50 befestigt ist, wird eine Metallschmelze in den Hohlraum 52 eingeführt, um die Kurbelwelle 20 auszubilden. Die Metallschmelze fließt in den Hohlraum 52 und um den einzelnen Kern 44, um gleichzeitig jeden der hohlen Abschnitte 32 auszubilden, die sich durch jeden der Bolzenlagerzapfen 28 und jeden der Hauptlagerzapfen 26 erstrecken. Nachdem die Metallschmelze in den Hohlraum 52 eingeführt, z. B. gegossen, ist, wird die Metallschmelze abkühlen und verfestigen lassen. Sobald sie verfestigt ist, können die erste Hälfte 46 und die zweite Hälfte 48 der Form 50 getrennt werden, wodurch die gegossene Kürbelwelle 20 und der einzelne Kern 44 freigelegt werden. Der einzelne Kern 44 kann dann von der Kurbelwelle 20 durch Brechen, Spanen und/oder Wegspülen des Materials, das den einzelnen Kern 44 bildet, entfernt werden, wodurch die Kurbelwelle 20 mit den darin ausgebildeten hohlen Abschnitten 32 hinterlassen wird.
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Da der einzelne Kern 44 als einziges Stück ausgebildet wird, das die Kurbelwelle 20 an anderen als den Stellen, in denen die hohlen Abschnitte 32 ausgebildet werden sollen, nicht berührt, wird der Rest der Kurbelwelle 20 ohne irgendwelche Blindlöcher, Einkerbungen usw. ausgebildet, die bei einigen Gießprozessen des Standes der Technik vorkommen können, die mehrere Kerne zum Ausbilden der hohlen Abschnitte 32 in den Hauptlagerzapfen 26 und den Bolzenlagerzapfen 28 verwenden. Folglich kann die Masse der Kurbelwelle 20 zweckmäßig positioniert werden, um die Leistung bestens zu maximieren und die Größe der Kurbelwelle 20 zu minimieren.
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Mit Bezug auf 5 bis 7 ist eine alternative Ausführungsform einer Kurbelwelle im Allgemeinen bei 220 gezeigt. Die Kurbelwelle 220 ist zur Verwendung in einem V-8-Motor ausgelegt. Die Kurbelwelle 220 umfasst mehrere Hauptlagerzapfen 226, mehrere Bolzenlagerzapfen 228 und mehrere Gegengewichte 230. Die Bolzenlagerzapfen 228 der Kurbelwelle 220 sind nicht entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet. An sich wird ein einzelner nicht planarer Kern 244 verwendet, um mehrere hohle Abschnitte in jedem der Hauptlagerzapfen 226 und der Bolzenlagerzapfen 228 zu definieren.
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Der einzelne nicht planare Kern 244 umfasst mindestens einen Verbindungsabschnitt 260. Der Verbindungsabschnitt 260 umfasst eine Oberfläche, die zumindest einen Abschnitt von einem der Hauptlagerzapfen 226, einem der Bolzenlagerzapfen 228 oder einem der Gegengewichte 230 bildet. Dies ermöglicht, dass eine Größe des nicht planaren Kerns 244 in diesem Bereich erhöht wird, wodurch die Festigkeit des nicht planaren Kerns 244 verbessert wird. Wie in 7 am besten gezeigt, umfasst der Verbindungsabschnitt 260 eine radial innere Oberfläche 262, die eine äußere Oberfläche 264 von einem der Hauptlagerzapfen 226 bildet. Es sollte jedoch erkannt werden, dass der einzelne nicht planare Kern 244 so ausgebildet werden kann, dass er einen oder mehrere andere Verbindungsabschnitte 260 umfasst, die zumindest einen Abschnitt von einem der Bolzenlagerzapfen 228, einem der Hauptlagerzapfen 226 oder einem der Gegengewichte 230 bilden.
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Mit Bezug auf 7 ist ein hohler Abschnitt 232 des Hauptlagerzapfens 226, der in 7 gezeigt ist, so ausgebildet, dass er spiralförmig um ein Zentrum 266 des hohlen Abschnitts 232 umläuft. An sich umfasst der nicht planare Kern 244 auch eine ähnliche Spiralgestalt, um den Spiralweg des hohlen Abschnitts 232 zu definieren, der sich durch den Hauptlagerzapfen 226 erstreckt. Eine solche Spiralkonfiguration der hohlen Abschnitte 232 ermöglicht, dass die Nebenachsenhöhe und der Abstand vom Weg 234 optimiert werden, um die Gewichtsverringerung zu maximieren. Es sollte erkannt werden, dass irgendeiner der hohlen Abschnitte in irgendeinem der Hauptlagerzapfen 226 und der Bolzenlagerzapfen 228 sich entlang ihrer jeweiligen Zentren erstrecken und spiralförmig um diese umlaufen kann.
