DE102014107688A1

DE102014107688A1 - Verfahren zum gleichzeitigen erzeugen einer vielzahl von kurbelwellen

Info

Publication number: DE102014107688A1
Application number: DE102014107688.5A
Authority: DE
Inventors: Dale Edward Murrish; Keith Hart; Maurice G. Meyer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2014-12-18
Also published as: CN104226964A; US20140367064A1

Abstract

Ein Verfahren zum gleichzeitigen Erzeugen einer Vielzahl von Kurbelwellen umfasst, dass ein Einzelkern innerhalb eines Hohlraumes einer Form positioniert wird, die eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte aufweist, welche zusammen eine äußere Form der Vielzahl von dadurch erzeugten Kurbelwellen bilden. Die äußere Form jeder der Vielzahl von Kurbelwellen umfasst ein Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und eine Vielzahl von Hauptlagerzapfen. Das Verfahren umfasst auch, dass über einen Mechanismus in den Hohlraum eine Metallschmelze eingeleitet wird, um die Vielzahl von Kurbelwellen zu bilden. Wenn die Metallschmelze in den Hohlraum hinein und um den Einzelkern herum fließt, wird ein hohles Teilstück gebildet, das sich durch zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch erstreckt. Es ist auch ein System zum gleichzeitigen Erzeugen einer Vielzahl von Kurbelwellen mit reduzierter Masse unter Verwendung des obigen Verfahrens offenbart.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Verfahren zum gleichzeitigen Erzeugen einer Vielzahl von Kurbelwellen der Art, die in Schubkurbelmechanismen verwendet wird.
HINTERGRUND
Als ein Beispiel eines Schubkurbelmechanismus wandelt die Kurbelwelle eines Motors eine lineare Hin- und Herbewegung eines Kolbens in eine Drehbewegung um eine Längsachse um, um ein Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeuges wie z. B., aber nicht beschränkt auf, einen Zug, ein Schiff, ein Flugzeug oder ein Automobil bereitzustellen. Kurbelwellen sind ein wesentlicher Teil eines Motors und stellen einen Ausgangspunkt einer Motorkonstruktion dar. Die Kurbelwellenkonstruktion beeinflusst die gesamt Unterbringung des Motors und damit die Gesamtmasse des Motors. Demzufolge reduziert das Minimieren der Größe und/oder Masse der Kurbelwelle die Größe und Masse des Motors, was eine verbindende Auswirkung auf die gesamte Größe, Masse und Kraftstoffökonomie des Fahrzeuges hat.
Die Kurbelwelle umfasst zumindest einen Kurbelzapfen, der von der Längsachse versetzt ist, und mit dem ein Hubkolben über eine Pleuelstange verbunden ist. Eine von dem Kolben durch die versetzte Verbindung dazwischen auf die Kurbelwelle angewendete Kraft erzeugt ein Drehmoment in der Kurbelwelle, das die Kurbelwelle um die Längsachse dreht. Die Kurbelwelle umfasst ferner zumindest einen Hauptlagerzapfen, der konzentrisch um die Längsachse angeordnet ist. Die Kurbelwelle ist an einem Motorblock an den Hauptlagerzapfen befestigt. Ein Lager ist um den Hauptlagerzapfen herum zwischen der Kurbelwelle und dem Motorblock angeordnet.
Um das Gewicht der Kurbelwelle zu reduzieren, kann ein hohles Teilstück in jeden der Kurbelzapfen und den Hauptlagerzapfen gebildet sein und sich dadurch erstrecken. Die Kurbelwelle wird oft mithilfe eines Gießverfahrens wie z. B. eines Nassgussverfahrens oder eines Formmaskenverfahrens, aber nicht darauf beschränkt, gebildet oder erzeugt. Jegliche in die Kurbelzapfen und/oder die Hauptlagerzapfen hinein gebildete hohle Teilstücke sind durch eine Vielzahl von verschiedenen Kernen definiert, die während des Gießverfahrens innerhalb der Form angeordnet sind. Jeder dieser verschiedenen Kerne muss genau bezüglich zueinander und der Form positioniert werden, um die hohlen Teilstücke an den entsprechenden Stellen einwandfrei zu bilden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum gleichzeitigen Erzeugen einer Vielzahl von Kurbelwellen umfasst, dass ein Einzelkern innerhalb eines Hohlraumes einer Form positioniert wird, die eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte aufweist, welche zusammen eine äußere Form der Vielzahl von Kurbelwellen bilden. Die äußere Form jeder der Vielzahl von dadurch erzeugten Kurbelwellen umfasst ein Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und eine Vielzahl von Hauptlagerzapfen. Das Verfahren umfasst auch, dass über einen Mechanismus in den Hohlraum eine Metallschmelze eingeleitet wird, um die Vielzahl von Kurbelwellen zu bilden. Wenn die Metallschmelze in den Hohlraum hinein und um den Einzelkern herum fließt, wird ein hohles Teilstück gebildet, das sich durch zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch erstreckt.
Das Verfahren kann auch umfassen, dass der Einzelkern als ein unitäres Teil gebildet wird, um eine Form aufzuweisen, welche durch den zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und den zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch reicht.
Der Einzelkern kann ferner eine Vielzahl von Längen eines Materials umfassen, wobei jede eine ebene Form bildet.
Der Einzelkern kann ferner eine Vielzahl von Längen eines Materials umfassen, wobei jede eine nicht ebene, dreidimensionale Form bildet.
Der Einzelkern kann ferner eine Vielzahl von Längen eines Materials umfassen, wobei jede einen Querschnitt aufweist, der eine nicht-kreisförmige Form definiert.
Die nicht-kreisförmige Form jedes der Vielzahl von Längen-Querschnitten kann in einer elliptischen Form vorliegen.
Das Bilden des Einzelkerns als ein unitäres Teil, um eine Form aufzuweisen, welche durch den zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und den zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch reicht, kann umfassen, dass der Einzelkern derart gebildet wird, dass er eine Vielzahl von nicht-linearen Bahnen definiert. Jede nicht-lineare Bahn kann bezüglich einer Längsachse einer jeweiligen der Vielzahl von Kurbelwellen für zumindest eines der hohlen Teilstücke angeordnet sein, die sich durch zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen oder zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch erstrecken.
Gemäß dem Verfahren kann jede nicht-lineare Bahn eine nicht-lineare Bahn umfassen, die derart positioniert ist, dass sie das hohle Teilstück von einer hoch beanspruchten Region einer der Vielzahl von Kurbelwellen weg biegt.
Außerdem kann jede nicht-lineare Bahn eine abgewinkelte Bahn umfassen, die bezüglich der Längsachse einer der Vielzahl von Kurbelwellen abgewinkelt ist, um das hohle Teilstück von einer hoch beanspruchten Region der jeweiligen Kurbelwelle linear weg zu leiten.
Das Bilden des Einzelkerns als ein unitäres Teil kann umfassen, dass der Einzelkern derart gebildet wird, dass er eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten um fasst. In einem solchen Fall kann jeder Verbindungsabschnitt eine Fläche aufweisen, die zumindest einen Abschnitt eines der Hauptlagerzapfen, eines der Bolzenlagerzapfen oder eines einer Vielzahl von Gegengewichten einer der Vielzahl von Kurbelwellen definiert.
Es ist auch ein System zum gleichzeitigen Erzeugen einer Vielzahl von Kurbelwellen unter Verwendung des oben erwähnten Verfahrens, um eine Kurbelwellenmasse zu reduzieren und gleichzeitig die Beanspruchung in den gegenständlichen Kurbelwellen zu begrenzen, offenbart.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform/en und der besten Art/en, die beschriebene Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beiliegenden Ansprüchen ohne weiteres verständlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht einer repräsentativen Vielzahl von ebenen Gusskurbelwellen mit einem Einzelkern, der daran angebracht bleibt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der in 1 gezeigten Schnittlinie 2-2, welche eine Querschnittsform des Einzelkerns und des resultierenden hohlen Teilstückes in einer der in 1 gezeigten Vielzahl von ebenen Gusskurbelwellen zeigt.
3 ist eine schematische Draufsicht einer Form zum gleichzeitigen Gießen der Vielzahl von ebenen Kurbelwellen mit dem in 3 gezeigten, darin angeordneten Einzelkern.
4 ist eine schematische Veranschaulichung einer der in den 1–3 gezeigten Vielzahl von Kurbelwellen.
5 ist eine schematische, perspektivische Darstellung einer von einer Vielzahl von nicht ebenen Gusskurbelwellen mit einem Abschnitt eines nicht ebenen Einzelkerns darin in Strichlinien gezeigt.
6 ist eine schematische Draufsicht eines nicht ebenen Einzelkerns zum gleichzeitigen Gießen der in 5 gezeigten Vielzahl von nicht ebenen Kurbelwellen.
7 ist ein schematischer Querschnitt entlang der in 6 gezeigten Schnittlinie 7-7.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum gleichzeitigen Erzeugen einer in den 1–7 gezeigten Vielzahl von Kurbelwellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Fachleute auf dem technischen Gebiet werden erkennen, dass Ausdrücke wie „oberhalb”, „unterhalb”, „nach oben”, „nach unten”, „obere/s/r” „untere/s/r” etc. beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Schutzumfanges der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, darstellen.
Bezug nehmend auf die Figuren, in denen gleiche Ziffern in den verschiedenen Ansichten durchweg gleiche Teile bezeichnen, ist eine Kurbelwelle allgemein bei 20 gezeigt. Bezug nehmend auf 1, kann die Kurbelwelle 20 für einen Motor wie z. B., aber nicht beschränkt auf, einen Benzin-Verbrennungsmotor oder einen Dieselmotor, einen Verdichter oder eine andere ähnliche Vorrichtung ausgestaltet sein. Ein Motor umfasst typischerweise eine einzige Kurbelwelle 20. Allerdings werden die meisten Motortypen in Massen erzeugt, um die Nachfrage nach bestimmten Motoren zu befriedigen, die an vielen Orten und für verschiedene Anwendungen benötigt werden. Deshalb muss eine beträchtliche Menge identischer oder großteils ähnlicher Kurbelwellen 20 hergestellt werden, um diese Anforderungen zu erfüllen. Die Kurbelwellen 20 werden oft mithilfe eines Gießverfahrens erzeugt. Außerdem kann es wirtschaftlich vorteilhaft sein, eine Anzahl von Kurbelwellen 20 simultan oder gleichzeitig zu gießen, anstatt eine solche Kurbelwelle einzeln zu gießen. Wenngleich das offenbarte Verfahren darauf abzielt, eine Vielzahl von Kurbelwellen 20 gleichzeitig zu erzeugen, wird anfänglich nachfolgend zu Illustrationszwecken eine einzige repräsentative Kurbelwelle 20 beschrieben.
Die Kurbelwelle 20 umfasst eine Welle 22, die sich entlang einer Längsachse 24 erstreckt und eine Vielzahl von Hauptlagerzapfen 26, eine Vielzahl von Armen 27, eine Vielzahl von Bolzenlagerzapfen 28 und zumindest ein Gegengewicht 30 definiert. Die Hauptlagerzapfen 26 sind konzentrisch um die Längsachse 24 angeordnet. Jeder der Bolzenlagerzapfen 28 ist seitlich von der Längsachse 24 versetzt und ist durch einen Arm an dem Hauptlagerzapfen 26 befestigt. Jeder der Arme 27 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 trägt ein Lager (nicht gezeigt) um sich herum und stellt eine Befestigungsstelle zum Befestigen der Kurbelwelle 20 an einem Motorblock (nicht gezeigt) bereit. Jeder der Bolzenlagerzapfen 28 trägt ein Lager (nicht gezeigt) um sich herum und stellt den Befestigungspunkt bereit, an dem eine Pleuelstange (nicht gezeigt) einen Kolben (nicht gezeigt) mit der Kurbelwelle 20 verbindet. Die Gegengewichte 30 versetzen die sich hin- und herbewegende Masse der Kolben, der Kolbenringe, der Kolbenzapfen und Haltebügel, der kleinen Enden der Pleuelstangen, die rotierende Masse der großen Enden und Lager der Pleuelstange und die rotierende Masse der Kurbelwelle selbst (der Bolzenlagerzapfen 28 und der Arme 27). Die Hauptlagerzapfen 26 befinden sich auf der Kurbelwellenachse 24 und erfordern keinerlei Gegengewichte 30. Die Gegengewichte 30 reduzieren die unausgewuchteten Kräfte, die auf die Hauptlagerzapfen 26 wirken und verbessern dadurch die Haltbarkeit der Lager. Die Gegengewichte 30 gleichen die Rotation der Kurbelwelle 20 um die Längsachse 24 aus, um Schwingungen darin zu reduzieren.
Die Ausführungsform der Kurbelwelle 20, die in 1 gezeigt ist, ist für einen Reihen-Vierzylindermotor und umfasst vier Bolzenlagerzapfen 28, acht Arme 27, fünf Hauptlagerzapfen 26 und vier Gegengewichte 30. Bezug nehmend auf 4 ist die exemplarische Ausführungsform der Kurbelwelle 20, die in 1 gezeigt ist, schematisch so gezeigt, dass sie die fünf Hauptlagerzapfen 26, die mit 90, 92, 94, 96 bzw. 98 beziffert sind; die vier Bolzenlagerzapfen 28, die mit 100, 102, 104 bzw. 106 beziffert sind; die acht Arme, die mit 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 bzw. 122 beziffert sind; und die vier Gegengewichte 30, die mit 124, 126, 128 bzw. 130 beziffert sind, umfasst. Wie gezeigt, ist das Gegengewicht 124 an dem Ende des Armes 108 befestigt und erstreckt sich von diesem weg, das Gegengewicht 126 ist an dem Arm 114 befestigt und erstreckt sich von diesem weg, das Gegengewicht 128 ist an dem Arm 116 befestigt und erstreckt sich von diesem weg, und das Gegengewicht 130 ist an dem Arm 122 befestigt und erstreckt sich von diesem weg. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass die Kurbelwelle 20 anders ausgestaltet sein kann, als in den 1 und 4 gezeigt. Die Kurbelwelle 20 kann als solche für jede Art und/oder Ausgestaltung von Motor, umfassend einen V-Motor mit sechs oder acht Zylindern oder einen Reihenmotor mit 3, 5, 6 oder einer anderen Anzahl von Zylindern, aber nicht darauf beschränkt, ausgestaltet sein. Da die Arme 27 strukturelle Teile der Kurbelwelle 20 sind, und die Gegengewichte 30 nur vorhanden sind, um unausgewuchtete Kräfte und Schwingungen zu reduzieren, kann die Kurbelwelle 20 ferner beliebig viele Gegengewichte 30 aufweisen, die in einer beliebigen Ausgestaltung an den verschiedenen Armen 27 befestigt sind. Eine Reihen-Vierzylinder-Kurbelwelle kann z. B. sechs oder acht Gegengewichte umfassen. Demzufolge ist die spezifische Kurbelwelle 20, die in den 1 und 4 gezeigt und hierin beschrieben ist, rein exemplarisch und nicht als den Schutzumfang der Ansprüche einschränkend zu betrachten.
Zumindest einer der Bolzenlagerzapfen 28 und zumindest einer der Hauptlagerzapfen 26 umfasst ein hohles Teilstück 32, welches sich dadurch erstreckt. Jedes der hohlen Teilstücke 32 in den Bolzenlagerzapfen 28 und den Hauptlagerzapfen 26 erstreckt sich allgemein entlang der Längsachse 24, wie später in näherem Detail beschrieben, aber nicht unbedingt parallel zu der Längsachse 24. Die hohlen Teilstücke 32 in der Kurbelwelle 20 reduzieren das Volumen von Metall, das verwendet wird, um die Kurbelwelle 20 zu bilden, und reduzieren dadurch das Gesamtgewicht der Kurbelwelle 20. Ferner kann durch Reduzieren des Gewichts der Bolzenlagerzapfen 28, die von der Längsachse 24 seitlich versetzt sind, auch die Masse der Gegengewichte 30 in einem entsprechenden Ausmaß reduziert werden, um dadurch das Gesamtgewicht der Kurbelwelle 20 weiter zu reduzieren.
Jedes der hohlen Teilstücke 32 erstreckt sich entlang einer Bahn 34 bezüglich der Längsachse 24 der Welle 22. Die Bahn 34 jedes der hohlen Teilstücke 32 ist ausgestaltet, um Beanspruchungen innerhalb der Welle 22 zwischen den verschiedenen Komponenten derselben, d. h., zwischen den angrenzenden Hauptlagerzapfen 26, den Bolzenlagerzapfen 28 und den Armen 27, zu minimieren. Die Bahn 34 der hohlen Teilstücke 32 kann eine nicht-lineare Bahn, wie die bei 36 gezeigte umfassen, die ausgelegt ist, um die hohlen Teilstücke 32 von einer hoch beanspruchten Region der Kurbelwelle 20, wie z. B. bei 54 gezeigt, weg zu biegen, oder kann eine lineare Bahn wie z. B. die bei 38 gezeigte umfassen, die bezüglich der Längsachse 24 abgewinkelt ist, um das hohle Teilstück 32 von den hoch beanspruchten Regionen 54 der Kurbelwelle 20 weg abzuwinkeln. Die spezifische Bahn 34 eines jeden der hohlen Teilstücke 32 in den Bolzenlagerzapfen 28 und den Hauptlagerzapfen 26, und die Querschnittsform eines jeden der hohlen Teilstücke 32 ist von der spezifischen Form, Größe und Ausgestaltung der Kurbelwelle 20 abhängig.
Bezug nehmend auf 2 umfasst jedes der hohlen Teilstücke 32 einen Querschnitt, der eine Form definiert. Die Querschnittsform eines jeden der hohlen Teilstücke 32 kann eine nicht-kreisförmige Form umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Querschnittsform der hohlen Teilstücke 32 eine elliptische Form. Die elliptische Querschnittsform eines jeden der hohlen Teilstücke 32 umfasst eine Hauptachse 40 und eine Nebenachse 42. Die Hauptachse 40 umfasst bevorzugt, ist aber nicht beschränkt auf, einen Abstand im Bereich zwischen 25 mm und 40 mm. Die Nebenachse 42 umfasst bevorzugt, ist aber nicht beschränkt auf, einen Abstand im Bereich zwischen 15 mm und 35 mm. Die elliptische Form der hohlen Teilstücke 32 maximiert die Reduktion des Materials, das verwendet wird, um die Kurbelwelle 20 zu bilden, um dadurch die Reduktion des Gewichts derselben zu maximieren.
3 zeigt eine Vielzahl von Kurbelwellen 20, die Seite an Seite zum gleichzeitigen Bilden während eines Gießverfahrens unter Verwendung eines Einzelkerns 44 angeordnet sind. Wenngleich drei identische Kurbelwellen 20 gezeigt sind, spricht nichts dagegen, dass die Anzahl von Kurbelwellen größer als zwei ist, oder die Kurbelwellen gewisse unterschiedliche Merkmale wie z. B. die Bolzenlagerzapfen 28 oder die Hauptlagerzapfen 26 aufweisen. Die Vielzahl von Kurbelwellen 20 wird bevorzugt gleichzeitig mithilfe eines Gießverfahrens wie z. B. eines Nassgussverfahrens oder eines Formmaskenverfahrens, aber nicht darauf beschränkt, gebildet wie Fachleuten allgemein bekannt. Das Erzeugen oder Gießen der Vielzahl von Kurbelwellen 20 als solches umfasst unter Bezugnahme auf 3 das Bilden einer ersten Hälfte 46 und einer zweiten Hälfte 48 einer Form 50, um einen Hohlraum 52 dazwischen zu definieren, wobei gleichzeitig eine äußere Form der Vielzahl von gegenständlichen Kurbelwellen gebildet wird. Die erste Hälfte 46 kann als eine fertigende oder obere Hälfte bezeichnet werden, und die zweite Hälfte 48 kann als eine Zug- oder untere Hälfte bezeichnet werden. Wie allgemein verständlich, können die erste Hälfte 46 und die zweite Hälfte 48 der Form 50 durch Pressen einer Schablone gebildet werden, die die Hälfte der gewünschten fertigen äußeren Form der Vielzahl von Kurbelwellen 20 definiert, in eine Form von Nassgusssand oder eines anderen geeigneten Mediums, um so einen negativen Abdruck dieser Hälfte der Vielzahl von Kurbelwellen darin zurückzulassen.
Nach dem miteinander Kombinieren der ersten Hälfte 46 und der zweiten Hälfte 48, um die Form 50 zu bilden, grenzen die negativen Abdrücke darin an, um den Hohlraum 52 zu vervollständigen und gleichzeitig die äußere Form der Vielzahl von Kurbelwellen 20 zu definieren. Die äußere Form der Vielzahl von Kurbelwellen 20 umfasst die Bolzenlagerzapfen 28, die Arme 27, die Hauptlagerzapfen 26 und die Gegengewichte 30 jeder Kurbelwelle. Wie in 1 gezeigt, umfasst jede der Kurbelwellen 20 vier Bolzenlagerzapfen 28, acht Arme 27, fünf Hauptlagerzapfen 26 und vier Gegengewichte 30. Demzufolge werden die erste Hälfte 46 und die zweite Hälfte 48 der Form 50 gebildet, um kollektiv einen Hohlraum 52 zu definieren, welcher die vier Bolzenlagerzapfen 28, die fünf Hauptlagerzapfen 26 und vier Stege mit Gegengewichten 30 und vier Stege ohne jegliche Gegengewichte 30 für jede der Kurbelwellen 20 bildet. Allerdings kann sich, wie oben beschrieben, die spezifische Anzahl von Bolzenlagerzapfen 28 und Hauptlagerzapfen 26 für jede der Vielzahl von Kurbelwellen 20 von der hierin gezeigten und beschriebenen exemplarischen Ausführungsform unterscheiden.
Jedes der hohlen Teilstücke 32 in jedem der Vielzahl von Hauptlagerzapfen 26 und jedem der Bolzenlagerzapfen 28 wird gleichzeitig mithilfe des Einzelkerns 44 ohne die Verwendung von Gleitstücken während des Gießens der Vielzahl von Kurbelwellen 20 gebildet. Gleitstücke sind im Allgemeinen bewegliche Elemente, die in die Form eingesetzt werden, um Teile zu bilden, und dann entfernt werden, sodass das Teil aus der Form entnommen werden kann. Gleitstücke bewegen sich typischerweise in einen Hohlraum, der im Inneren der Form rechtwinklig zu der Zugrichtung positioniert ist, um überhängende Teilemerkmale zu bilden. Die Verwendung von Gleitstücken während des Gießverfahrens gestattet üblicherweise eine genauere Reproduktion von Details als traditionelle zweiteilige Formen. In dem vorliegenden Fall werden keine Gleitstücke verwendet, da der Einzelkern 44 ausgestaltet, d. h. gebaut und positioniert ist, um alle erforderlichen Merkmale der hohlen Teilstücke 32 in den Hauptlagerzapfen 26 und den Bolzenlagerzapfen 28 in jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 zu definieren. Der Einzelkern 44 ist derart gebildet, dass er sich durch jeden der Bolzenlagerzapfen 28 und der Hauptlagerzapfen 26 an einer genauen Stelle der hohlen Teilstücke 32 derselben hindurch erstreckt, ohne die anderen Teilstücke einer jeden Welle 22 wie z. B. die Gegengewichte 30, aber nicht darauf beschränkt, zu behindern oder sonst wie damit in Kontakt zu gelangen.
Wie in 1 gezeigt, wird der Einzelkern 44 als ein unitäres Teil gebildet, welches mit einer Form ausgestaltet ist, die durch zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen 28 und zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen 26 in jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 hindurch reicht. Wie ebenfalls gezeigt, ist der Einzelkern 44 ausgestaltet, um ein hohles Teilstück in allen vier der Bolzenlagerzapfen 28 und drei der Hauptlagerzapfen 26 einer jeden Kurbelwelle 20 zu definieren. Der Einzelkern 44 kann z. B. mithilfe eines Sandformverfahrens gebildet werden, wie allgemein zum Bilden von Kernen verständlich, die Leerräume in Gussteilen bilden.
Wie in 2 gezeigt, kann der Einzelkern 44 derart gebildet werden, dass er eine Länge eines Materials mit einem kreisförmigen oder nicht-kreisförmigen Querschnitt umfasst und eine ebene Form bildet. Um allerdings den Einzelkern 44 zu verwenden, um gleichzeitig eine Vielzahl von Kurbelwellen für andere Motorausgestaltungen zu gießen, kann der Einzelkern 44 derart gebildet werden, dass er eine Länge eines Materials mit einem kreisförmigen oder nicht-kreisförmigen Querschnitt umfasst und eine nicht ebene, dreidimensionale Form in jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 bildet, wie in den 5 bis 7 gezeigt. Außerdem kann der Einzelkern 44 als ein einziges, unitäres Element gebildet werden, um alle der hohlen Teilstücke 32 in den Hauptlagerzapfen 26 und den Bolzenlagerzapfen 28 in jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 zu definieren oder zu bilden, ohne ansonsten die anderen Teilstücke jeder der Kurbelwellen 20 wie z. B. die Gegengewichte 30, aber nicht darauf beschränkt, zu berühren oder zu behindern. Alternativ kann der Einzelkern 44 in einer Weise gebildet werden, um teilweise einen Abschnitt einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen 20 wie z. B., aber nicht beschränkt auf, die Hauptlagerzapfen 26, die Bolzenlagerzapfen 28 oder die Gegengewichte 30 zu definieren.
Wie in 2 gezeigt, kann die Querschnittsform des Einzelkerns 44 gebildet werden, um eine elliptische Form, aber nicht darauf beschränkt, zu definieren. Die Querschnittsform des Einzelkerns 44 kann sich entlang einer linearen Bahn oder einer nicht-linearen Bahn erstrecken und kann sich alternativ um eine Mittelachse der Querschnittsform winden. Die Querschnittsform des Einzelkerns 44 definiert und/oder bildet die Querschnittsform der hohlen Teilstücke 32. Wie oben beschrieben, umfasst die elliptische Form die Hauptachse 40 mit einem Abstand im Bereich zwischen 25 mm und 40 mm und die Nebenachse 42 mit einem Abstand im Bereich zwischen 15 mm und 35 mm. Die spezifische Querschnittsform des Einzelkerns 44 ist von der spezifischen Größe, Form und Ausgestaltung jeder Kurbelwelle 20 abhängig und ist ausgestaltet, um die Menge an Material zu minimieren, die verwendet wird, um die Vielzahl von Kurbelwellen 20 zu bilden, während dennoch eine jede Kurbelwelle 20 mit der ganzen erforderlichen Festigkeit und/oder Steifigkeit versehen wird. Demzufolge können sich die Querschnittsform des Kerns und die dadurch definierten resultierenden hohlen Teilstücke 32 von der Querschnittsform des hierin gezeigten und beschriebenen Einzelkerns 44 unterscheiden.
Der Einzelkern 44 wird gebildet, um die Bahn 34 zu definieren, entlang der sich jedes der hohlen Teilstücke 32 erstreckt. Demzufolge kann der Einzelkern 44 gebildet sein, um eine nicht-lineare Bahn 36 bezüglich der Längsachse 24 zu definieren. Die nicht-lineare Bahn 36 kann eine gekrümmte oder nicht-lineare Bahn 36 oder eine lineare, abgewinkelte Bahn 38 umfassen, die bezüglich der Längsachse 24 abgewinkelt ist, wie oben beschrieben. Die Bahnen 34 eines jeden der hohlen Teilstücke 32 sind ausgestaltet, um die hohlen Teilstücke 32 von hoch beanspruchten Regionen jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 weg zu biegen oder abzuwinkeln, um dabei so viel Material wie möglich um die hoch beanspruchten Regionen der Kurbelwellen zurückzuhalten, um die Festigkeit derselben zu verbessern, während das Gewicht der gegenständlichen Kurbelwellen minimiert wird. Beispielsweise kann eine Region 54 jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 zwischen einem benachbarten Hauptlagerzapfen 26 und Bolzenlagerzapfen 28 als eine hoch beanspruchte Region 54 definiert sein. Die Bahn 34, welcher die hohlen Teilstücke 32 durch einen von dem benachbarten Hauptlagerzapfen 26 und dem Bolzenlagerzapfen 28 jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 hindurch folgen, leitet als solche die hohlen Teilstücke 32 von dem Schnittpunkt zwischen dem benachbarten Hauptlagerzapfen 26 und Bolzenlagerzapfen 28 weg, um dadurch das Material in dieser Region 54 zu maximieren, um die Festigkeit jeder Welle 22 zu erhöhen.
Nachdem er als ein unitärer Einzelkern 44 korrekt gebildet wurde, der alle der hohlen Teilstücke 32 durch die Hauptlagerzapfen 26 und die Bolzenlagerzapfen 28 der Vielzahl von Kurbelwellen 20 hindurch definiert, wird der Einzelkern 44 innerhalb des Hohlraumes 52 zwischen der ersten Hälfte 46 und der zweiten Hälfte 48 der Form 50 positioniert, wie in 3 gezeigt. Sobald der Einzelkern 44 bezüglich der ersten Hälfte 46 und der zweiten Hälfte 48 der Form 50 korrekt positioniert ist, wird der Einzelkern 44 automatisch positioniert, um alle hohlen Teilstücke 32 durch jeden der Hauptlagerzapfen 26 und die Bolzenlagerzapfen 28 der Vielzahl von Kurbelwellen 20 hindurch zu bilden. Sobald der Einzelkern 44 innerhalb des Hohlraumes 52 positioniert ist, und die erste Hälfte 46 der Form 50 bezüglich der zweiten Hälfte 48 der Form 50 fixiert ist, wird eine Metallschmelze über einen Mechanismus 56 in den Hohlraum 52 eingeleitet, um die Vielzahl von Kurbelwellen 20 zu bilden. Wie in 3 gezeigt, kann der Mechanismus 56 ein System von Angusskanälen sein, die über eine Strömungsventil 58 geregelt werden und funktionell mit der Form 50 verbunden sind, um die Metallschmelze zuzuführen. Die Metallschmelze fließt in den Hohlraum 52 und um den Einzelkern 44 herum, um gleichzeitig jedes der hohlen Teilstücke 32 zu bilden, die sich durch jeden der Bolzenlagerzapfen 28 und jeden der Hauptlagerzapfen 26 jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 20 hindurch erstrecken. Nachdem die Metallschmelze eingeleitet, z. B. in den Hohlraum 52, gegossen wurde, wird der Metallschmelze gestattet, abzukühlen und zu erstarren. Nach dem Erstarren können die erste Hälfte 46 und die zweite Hälfte 48 der Form 50 getrennt werden, um dadurch die Vielzahl von Kurbelwellen 20 und den Einzelkern 44 frei zu legen. Der Einzelkern 44 kann dann durch Abbrechen, Abschlagen und/oder Wegspülen des Materials, welches den Einzelkern 44 bildet, von den Kurbelwellen 20 entfernt werden, um die Vielzahl von Gusskurbelwellen 20 mit den in jedem gebildeten hohlen Teilstücken 32 zu hinterlassen.
Bezug nehmend auf die 5 bis 7 ist eine alternative Ausführungsform einer repräsentativen Kurbelwelle allgemein bei 220 gezeigt. Die Kurbelwelle 220 ist repräsentativ für den Typ, der allgemein zur Verwendung in 3-Zylinder-, wie auch bestimmten V-6- und V-8-Motoren konstruiert ist. Die Kurbelwelle 220 umfasst eine Vielzahl von Hauptlagerzapfen 226, eine Vielzahl von Bolzenlagerzapfen 228 und eine Vielzahl von Gegengewichten 230. Die Bolzenlagerzapfen 228 jeder Kurbelwelle 220 sind nicht entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Der nicht ebene Einzelkern 244 als solcher wird verwendet, um eine Vielzahl von hohlen Teilstücken in jedem der Hauptlagerzapfen 226 und der Bolzenlagerzapfen 228 zu definieren. 6 zeigt den nicht ebenen Einzelkern 244, der verwendet wird, um gleichzeitig eine Vielzahl von nicht ebenen Kurbelwellen 220 zu gießen. Ähnlich wie der Kern 44, der als zum Gießen der Vielzahl von Kurbelwellen 20 verwendet beschrieben ist, wird der nicht ebene Einzelkern 244 ohne den Einsatz von Gleitstücken verwendet, wenn die Vielzahl von Kurbelwellen 220 gegossen wird. Demzufolge werden keine Gleitstücke verwendet, da der Einzelkern 244 ausgestaltet ist, um all die erforderlichen Merkmale der hohlen Teilstücke in den Hauptlagerzapfen 226 und den Bolzenlagerzapfen 228 in jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 220 zu definieren.
Der nicht ebene Einzelkern 244 umfasst eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten 260. Jeder Verbindungsabschnitt 260 umfasst eine Fläche, die zumindest einen Abschnitt eines der Hauptlagerzapfen 226, eines der Bolzenlagerzapfen 228 oder eines der Gegengewichte 230 jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 220 bildet. Dies gestattet es, eine Größe des nicht ebenen Kerns 244 in dieser Region zu vergrößern, um dadurch die Festigkeit des nicht ebenen Kerns 244 zu verbessern. Wie am besten in 7 gezeigt, kann jeder Verbindungsabschnitt 260 eine radial innere Fläche 262 umfassen, die eine äußere Fläche 264 eines der Hauptlagerzapfen 226 bildet. Dieser Verbindungsabschnitt 260 kann einen Teil der äußeren Kurbelwellenfläche bilden, der nicht durch entweder die fertigende 46- oder die Zug-Hälfte 46 der durch die Schablonen gebildeten Hohlräume 52 gebildet werden kann. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass der nicht ebene Einzelkern 244 so gebildet werden kann, dass er so viele Verbindungsabschnitte 260 umfasst, welche zumindest einen Abschnitt eines der Bolzenlagerzapfen 228, eines der Hauptlagerzapfen 226 oder eines der Gegengewichte 230 jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 200 bilden, welcher/s durch die tatsächliche Anzahl der Gusskurbelwellen erforderlich ist.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 7 wird ein hohles Teilstück 232 des Hauptlagerzapfens 226 gewunden um ein Zentrum 226 des hohlen Teilstückes 232 für jede der Vielzahl von Kurbelwellen 220 gebildet. Der nicht ebene Kern 244 als solcher umfasst auch eine ähnliche gewundene Form, um die gewundene Bahn des hohlen Teilstückes 232 zu definieren, die sich durch den Hauptlagerzapfen 226 jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 220 hindurch erstreckt. Solch eine gewundene Ausgestaltung der hohlen Teilstücke 232 gestattet es, die Nebenachsenhöhe und den Abstand von der Bahn 234 zu optimieren, um die Gewichtsreduktion der gegenständlichen Kurbelwellen 220 zu maximieren. Es sollte einzusehen sein, dass sich jedes der hohlen Teilstücke in jedem der Hauptlagerzapfen 226 und der Bolzenlagerzapfen 228 in jeder der Vielzahl von Kurbelwellen 220 entlang ihrer jeweiligen Zentren erstrecken und darum herum winden kann.
8 zeigt ein Verfahren 300 zum gleichzeitigen Erzeugen einer Vielzahl von Kurbelwellen 20, die in den 1–4 gezeigt sind, oder Kurbelwellen 220, die in den 5–7 gezeigt sind. Demzufolge beginnt das Verfahren in einem Kasten 302, wobei ein ebener Einzelkern 44 oder ein nicht ebener Einzelkern 244 für das Gießverfahren vorgesehen wird. In dem Kasten 302 umfasst das Verfahren, dass der Einzelkern 44 oder 244 als ein unitäres Teil gebildet wird, um eine Form aufzuweisen, welche durch den zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen 28 oder 228 und den zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen 26 oder 226 einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch 20 oder 220 reicht.
Nach dem Kasten 302 schreitet das Verfahren zu Kasten 304 weiter, wo das Verfahren umfasst, dass ein ebener Einzelkern 44 oder ein nicht ebener Einzelkern 244 innerhalb des in 3 gezeigten Hohlraumes 52 der Form 50 positioniert wird. Nach dem Kasten 304 schreitet das Verfahren zu Kasten 306 weiter, wo das Verfahren umfasst, dass eine Metallschmelze über den Mechanismus 56 in den Hohlraum 50 eingeleitet wird, um die Vielzahl von Kurbelwellen 20 oder 220 zu bilden. In dem Kasten 306 fließt die Metallschmelze in den Hohlraum 50 und um den Einzelkern 44 oder 244 herum, um gleichzeitig ein hohles Teilstück zu bilden, das sich durch zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen 28 oder 228 und zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen 26 oder 226 einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen 20 oder 220 hindurch erstreckt.
Außerdem kann das Verfahren nach Kasten 306 zu Kasten 308 fortschreiten, wo nach dem Erstarren die erste Hälfte 46 und die zweite Hälfte 48 der Form 50 getrennt werden können, um dadurch die Vielzahl von Kurbelwellen 20 oder 220 und den Einzelkern 44 oder 244 frei zu legen. Nach dem Kasten 308 wird der Einzelkern 44 oder 244 in Kasten 310 dann durch Abbrechen, Abschlagen und/oder Wegspülen des Materials, welches den Einzelkern 44 oder 244 bildet, von den Kurbelwellen entfernt, um die Vielzahl von Kurbelwellen 20 oder 220 mit den in jedem gebildeten hohlen Teilstücken 32 zu hinterlassen.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren stützen und beschreiben die Erfindung, aber der Schutzumfang der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Arten und andere Ausführungsformen, um die beanspruchte Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Bauformen und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung praktisch anzuwenden. Des Weiteren sind die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen oder die Eigenschaften der in der vorliegenden Beschreibung erwähnten verschiedenen Ausführungsformen nicht als unbedingt voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Es ist vielmehr möglich, dass jede der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Eigenschaften mit einer oder einer Vielzahl von anderen erwünschten Eigenschaften von anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Verweis auf die Zeichnungen beschrieben sind. Demzufolge fallen solche anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfanges der beigefügten Ansprüche.

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Erzeugen einer Vielzahl von Kurbelwellen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Einzelkern innerhalb eines Hohlraumes einer Form positioniert wird, die eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte aufweist, welche zusammen eine äußere Form der Vielzahl von Kurbelwellen bilden, wobei die äußere Form jeder der Vielzahl von Kurbelwellen ein Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und eine Vielzahl von Hauptlagerzapfen umfasst; und in den Hohlraum über einen Mechanismus eine Metallschmelze eingeleitet wird, um die Vielzahl von Kurbelwellen zu bilden, wobei die Metallschmelze in den Hohlraum hinein und um den Einzelkern herum fließt, um gleichzeitig ein hohles Teilstück zu bilden, das sich durch zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass der Einzelkern als ein unitäres Teil gebildet wird, um eine Form aufzuweisen, welche durch den zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und den zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch reicht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Einzelkern ferner eine Vielzahl von Längen eines Materials umfasst, sodass jede der Längen eine ebene Form bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Einzelkern ferner eine Vielzahl von Längen eines Materials umfasst, sodass jede der Längen eine nicht ebene, dreidimensionale Form bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Einzelkern eine Vielzahl von Längen eines Materials umfasst, sodass jede der Längen einen Querschnitt umfasst, der eine nicht-kreisförmige Form definiert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die nicht-kreisförmige Form jedes der Vielzahl von Längen-Querschnitten in einer elliptischen Form vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bilden des Einzelkerns als ein unitäres Teil, um eine Form aufzuweisen, welche durch den zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen und den zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch reicht, umfasst, dass der Einzelkern derart gebildet wird, dass er eine Vielzahl von nicht-linearen Bahnen definiert, und wobei jede nicht-lineare Bahn bezüglich einer Längsachse einer jeweiligen der Vielzahl von Kurbelwellen für zumindest eines der hohlen Teilstücke angeordnet ist, die sich durch zumindest einen der Vielzahl von Bolzenlagerzapfen oder zumindest einen der Vielzahl von Hauptlagerzapfen einer jeden der Vielzahl von Kurbelwellen hindurch erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jede nicht-lineare Bahn eine nicht-lineare Bahn umfasst, die derart positioniert ist, dass sie das hohle Teilstück von einer hoch beanspruchten Region einer der Vielzahl von Kurbelwellen weg biegt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jede nicht-lineare Bahn eine abgewinkelte Bahn umfasst, die bezüglich der Längsachse einer der Vielzahl von Kurbelwellen abgewinkelt ist, um das hohle Teilstück von einer hoch beanspruchten Region der jeweiligen Kurbelwelle linear weg zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bilden des Einzelkerns als ein unitäres Teil umfasst, dass der Einzelkern derart gebildet wird, dass er eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten umfasst, von denen jeder eine Fläche aufweist, die zumindest einen Abschnitt eines der Hauptlagerzapfen, eines der Bolzenlagerzapfen oder eines einer Vielzahl von Gegengewichten einer der Vielzahl von Kurbelwellen definiert.