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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung betrifft allgemein ein Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle aus einer Stahllegierung mit hoher Schrumpfung.
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HINTERGRUND
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Eine Kurbelwelle eines Motors wandelt eine lineare Hubbewegung eines Kolbens in eine Drehbewegung um eine Kurbelachse um, um ein Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitzustellen, beispielsweise für einen Zug, ein Boot, ein Flugzeug oder ein Automobil, ohne auf diese beschränkt zu sein. Kurbelwellen sind ein wichtiger Bestandteil eines Motors, und sie sind ein Ausgangspunkt der Motorkonstruktion. Die Kurbelwellenkonstruktion beeinflusst den gesamten Bauraum des Motors und dadurch die Gesamtmasse des Motors. Dementsprechend verringert das Minimieren der Größe und/oder der Masse der Kurbelwelle die Größe und die Masse des Motors, was eine positive Auswirkung auf die Gesamtgröße, die Gesamtmasse und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs hat.
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Die Kurbelwelle weist zumindest einen Kurbelwellenzapfen auf, der bezüglich der Kurbelachse verschoben ist, an welcher ein Hubkolben mittels einer Pleuelstange befestigt ist. Eine Kraft, die von dem Kolben auf die Kurbelwelle über die verschobene Verbindung zwischen diesen ausgeübt wird, erzeugt ein Drehmoment an der Kurbelwelle, welches die Kurbelwelle um die Kurbelachse dreht. Die Kurbelwelle weist ferner zumindest einen Hauptlagerzapfen auf, der konzentrisch um die Kurbelachse 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.
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Die Kurbelwelle wird typischerweise mittels eines Gießprozesses gebildet oder hergestellt, beispielsweise mittels eines Nassgussprozesses oder eines Formmasken-Gießprozesses, ohne auf diese beschränkt zu sein, welche Gusseisen verwenden, um die Kurbelwelle zu bilden. Alternativ kann die Kurbelwelle aus einer Stahllegierung geschmiedet werden. Stahl ist fester als Gusseisen, und es ist daher ein wünschenswerteres Material zur Verwendung bei Kurbelwellen. Der Schmiedeprozess ist jedoch teurer als der Gießprozess. Die meisten Stahllegierungen zeigen eine hohe Schrumpfung während des Abkühlens und lassen sich nicht gut gießen, da die Schrumpfung, die während der Abkühlung des gegossenen Produkts auftritt, Hohlräume in dem gegossenen Endprodukt bildet. Dies schwächt das gegossene Endprodukt und macht es für eine Verwendung in einem Motor unbrauchbar.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle vorgesehen. Das Verfahren umfasst, dass ein Gusskern in einem Hohlraum einer Gießform positioniert wird, welche eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte aufweist, die eine äußere Form der Kurbelwelle bilden. Die äußere Form der Kurbelwelle umfasst einen Hublagerzapfen, einen Hauptlagerzapfen, einen ersten Kurbelarm und einen zweiten Kurbelarm, die den Hublagerzapfen tragen, sowie ein Gegengewicht, das sich von dem zweiten Kurbelarm relativ zu einer Kurbelachse radial nach außen erstreckt. Die Kurbelwelle wird gegossen, indem eine geschmolzene Metalllegierung in den Hohlraum eingeleitet wird, um die Kurbelwelle zu bilden. Die geschmolzene Metalllegierung strömt in den Hohlraum und um den Gusskern herum, um einen hohlen Bolzenkern, der sich durch den ersten Kurbelarm, den Hublagerzapfen und den zweiten Kurbelarm erstreckt, einen hohlen Hauptkern, der sich durch den zweiten Kurbelarm und in den Hauptlagerzapfen erstreckt, und ein Isolationsfenster zu bilden, das sich zumindest teilweise durch das Gegengewicht erstreckt. Das Isolationsfenster ist radial zwischen einem äußeren radialen Rand des Gegengewichts und dem zweiten Kurbelarm angeordnet. Der hohle Bolzenkern ist derart geformt, dass er eine Querschnittsdicke der Metalllegierung zwischen einer radialen Innenfläche des hohlen Bolzenkerns und einer Lagerfläche des Hublagerzapfens minimiert. Die geschmolzene Metalllegierung wird in dem Hohlraum um den Gusskern herum abgekühlt, um die Metalllegierung zu verfestigen, welche die Kurbelwelle bildet. Der Gusskern wird von der gegossenen Kurbelwelle entfernt. Die Metalllegierung ist eine Legierung mit hoher Schrumpfung, die einen Schrumpfungsfaktor gleich oder größer als 1% während des Abkühlens der geschmolzenen Metalllegierung aufweist.
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Es ist ebenso eine Kurbelwelle für einen Motor vorgesehen. Die Kurbelwelle umfasst einen Hublagerzapfen, einen Hauptlagerzapfen, einen ersten Kurbelarm, der den Hublagerzapfen trägt, einen zweiten Kurbelarm, der den Hublagerzapfen trägt und den Hublagerzapfen und den Hauptlagerzapfen verbindet, und ein Gegengewicht, das sich von dem zweiten Kurbelarm relativ zu einer Kurbelachse radial nach außen erstreckt. Der erste Kurbelarm, der Hublagerzapfen und der zweite Kurbelarm wirken zusammen, um einen hohlen Bolzenkern zu definieren, der sich entlang der Kurbelachse jeweils zwischen einer ersten axialen Seitenfläche des ersten Kurbelarms und einer zweiten axialen Seitenfläche des zweiten Kurbelarms erstreckt. Der hohle Bolzenkern weist einen ersten Bolzenkernabschnitt, der sich im Wesentlichen durch den ersten Kurbelarm erstreckt, einen zweiten Bolzenkernabschnitt, der sich im Wesentlichen durch den zweiten Kurbelarm erstreckt, und einen vergrößerten zentralen Abschnitt auf, der zwischen dem ersten Bolzenkernabschnitt und dem zweiten Bolzenkernabschnitt angeordnet ist. Die Kurbelwelle ist aus einer Stahllegierung mit einer hohen Schrumpfung gegossen, die einen Schrumpfungsfaktor gleich oder größer als 1% aufweist.
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Dementsprechend verringert der vergrößerte zentrale Abschnitt des hohlen Bolzenkerns die Querschnittsdicke des Hublagerzapfens rechtwinklig zu der Kurbelachse zwischen der radialen Innenfläche des hohlen Bolzenkerns und der Lagerfläche des Hublagerzapfens. Das Verringern der Querschnittsdicke in diesem Bereich des Hublagerzapfens verringert die Menge der Stahllegierung in diesem Bereich, wodurch die Gießbarkeit der Stahllegierung mit hoher Schrumpfung verbessert wird, indem die Hohlräume minimiert werden, die in der Stahllegierung gebildet werden, wenn die Stahllegierung während des Abkühlens schrumpft. Zusätzlich verringert das Minimieren der Querschnittsdicke des Hublagerzapfens in diesem Bereich die Rotationsträgheit und die rotierende Masse der Kurbelwelle. Auf ähnliche Weise verringert das Bilden des Isolationsfensters in dem Gegengewicht die Menge der Stahllegierung im Gegengewicht, wodurch die Gießbarkeit verbessert wird, indem die Hohlräume minimiert werden, die in der Stahllegierung gebildet werden, wenn die Stahllegierung während des Abkühlens schrumpft.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Lehren leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische, teilweise perspektivische Ansicht einer Kurbelwelle.
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2 ist eine schematische Ansicht, teilweise im Querschnitt, der Kurbelwelle im Schnitt an einer Kurbelachse der Kurbelwelle.
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3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Bolzenkernabschnitts eines hohlen Bolzenkerns der Kurbelwelle, und zwar im Schnitt rechtwinklig zur Kurbelachse.
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines vergrößerten zentralen Abschnitts des hohlen Bolzenkerns der Kurbelwelle, und zwar im Schnitt rechtwinklig zur Kurbelachse.
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5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Gegengewichts der Kurbelwelle, und zwar im Schnitt rechtwinklig zur Kurbelachse.
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6 ist eine schematische Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines Gusskerns, der zum Bilden der Kurbelwelle in einem Gießprozess verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute werden erkennen, dass Begriffe wie etwa ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”aufwärts”, ”abwärts”, ”an der Oberseite”, ”an der Unterseite” usw. verwendet werden, um die Figuren zu beschreiben, und keine Einschränkungen für den Umfang der Offenbarung darstellen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus können die Lehren hierin anhand funktionaler und/oder logischer Blockkomponenten und/oder verschiedener Verfahrensschritte beschrieben werden. Es sollte erkannt werden, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hard-, Software- und/oder Firmwarekomponenten umfasst sein können, die ausgebildet sind, um die speziellen Funktionen auszuführen.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile angeben, ist eine Kurbelwelle allgemein bei 20 gezeigt. Die Kurbelwelle 20 ist aus einer Metalllegierung mit hoher Schrumpfung gegossen, wie beispielsweise aus einer Stahllegierung mit hoher Schrumpfung, ohne auf diese beschränkt zu sein. Unter Bezugnahme auf die Figuren kann die Kurbelwelle 20 für einen Motor, beispielsweise einen Benzinmotor oder einen Dieselmotor, ohne auf diese beschränkt zu sein, für einen Kompressor oder eine beliebige andere ähnliche Einrichtung ausgebildet sein. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 erstreckt sich die Kurbelwelle 20 entlang einer Kurbelachse 22, und sie definiert einen Hauptlagerzapfen 24, zumindest einen Kurbelarm, einen Hublagerzapfen 28 und ein Gegengewicht 30. Wie gezeigt ist, umfasst der zumindest eine Kurbelarm eine ersten Kurbelarm 25 und einen zweiten Kurbelarm 26. Zusätzlich ist einzusehen, dass der Begriff ”Kurbelarm” hierin derart ausgelegt werden sollte, dass er entweder einen ”Kurbelarm” oder einen ”Schwungarm” umfasst. Wenn er hierin verwendet wird, dient der Begriff ”Kurbelarm” zum Beschreiben eines Arms der Kurbelwelle 20, der den Hauptlagerzapfen und den Hublagerzapfen verbindet, und der Begriff ”Schwungarm” dient dazu, einen Arm der Kurbelwelle zu beschreiben, der einen Hublagerzapfen mit einen anderen Hublagerzapfen verbindet. Die Figuren zeigen lediglich einen Teil der Kurbelwelle 20. Somit identifizieren die Figuren lediglich einen Hauptlagerzapfen 24, den ersten Kurbelarm 25 und den zweiten Kurbelarm 26, einen Hublagerzapfen 28 sowie ein Gegengewicht 30. Es ist jedoch einzusehen, dass die Lehren der Offenbarung auf eine beliebige Bauweise der Kurbelwelle 20 angewendet werden können, der eine beliebige Anzahl von Hauptlagerzapfen, eine beliebige Anzahl von Kurbelarmen, eine beliebige Anzahl von Hublagerzapfen und eine beliebige Anzahl von Gegengewichten aufweist.
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Der Hauptlagerzapfen 24 ist konzentrisch um die Kurbelachse 22 herum angeordnet. Der Hublagerzapfen 28 ist bezüglich der Kurbelachse 22 seitlich verschoben und mittels des zweiten Kurbelarms 26 an dem Hauptlagerzapfen 24 befestigt. Der erste Kurbelarm 25 trägt den Hublagerzapfen 28 und befestigt den Hublagerzapfen 28 an einem anderen oder zweiten Hauptlagerzapfen 23. Der zweite Kurbelarm 26 erstreckt sich zwischen dem Hauptlagerzapfen 24 und dem Hublagerzapfen 28 und verbindet diese. Das Gegengewicht 30 erstreckt sich radial von dem zweiten Kurbelarm 26 relativ zu der Kurbelachse 22 nach außen und weg von diesem. Der Hauptlagerzapfen 24 trägt ein Lager (nicht gezeigt) um diesen herum und stellt eine Befestigungsposition bereit, um die Kurbelwelle 20 an einem Motorblock (nicht gezeigt) zu befestigen. Der Hublagerzapfen 28 trägt ein Lager (nicht gezeigt) um diesen herum und stellt den Befestigungspunkt bereit, an dem eine Pleuelstange (nicht gezeigt) einen Kolben (nicht gezeigt) an der Kurbelwelle 20 befestigt. Das Gegengewicht 30 gleicht die Hubmasse des Kolbens, von Kolbenringen, eines Kolbenbolzens und von Halteklammern, eines Kolbenbolzenendes der Pleuelstange, die rotierende Masse eines Pleuelfußes der Pleuelstange und der Lager sowie die rotierende Masse der Kurbelwelle 20 an sich (des Hublagerzapfens 28 sowie des ersten und des zweiten Kurbelarms 25, 26) aus. Der Hauptlagerzapfen 24 befindet sich auf der Achse der Kurbelwelle 20 und muss nicht durch das Gegengewicht 30 ausbalanciert werden. Das Gegengewicht 30 verringert die Kräfte, die auf den Hauptlagerzapfen 24 ausgeübt werden, und verbessert dadurch die Haltbarkeit der Lager. Das Gegengewicht 30 balanciert die Drehung der Kurbelwelle 20 um die Kurbelachse 22 aus, um Schwingungen in dieser zu verringern.
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Unter Bezugnahme auf 2 weist die Kurbelwelle 20 mehrere verschiedene hohle Kernabschnitte auf. Speziell wirken der erste Kurbelarm 25, der zweite Kurbelarm 26 und der Hublagerzapfen 28 zusammen, um einen hohlen Bolzenkern 32 zu definieren, der sich entlang der Kurbelachse 22 zwischen einer ersten axialen Seitenfläche 34 des ersten Kurbelarms 25 und einer zweiten axialen Seitenfläche 36 des zweiten Kurbelarms 26 erstreckt. Ein hohler Hauptkern 38 erstreckt sich durch den zweiten Kurbelarm 26 und in ein Zentrum des Hauptlagerzapfens 24 entlang der Kurbelachse 22 hinein. Der hohle Hauptkern 38 kann sich vollständig durch ein Zentrum des Hauptlagerzapfens 24 erstrecken oder auch nicht. Eine Kurbelnase 40 der Kurbelwelle 20 definiert einen hohlen Nasenkern 42, der sich axial entlang der Kurbelachse 22 erstreckt und konzentrisch zu dieser verläuft. Wie gezeigt ist, ist der hohle Nasenkern 42 zum hohlen Hauptkern 38 hin offen und mit diesem verbunden. Bei anderen Ausführungsformen kann der hohle Nasenkern 42 jedoch nicht mit dem hohlen Hauptkern 38 verbunden sein, und er kann von dem hohlen Hauptkern 38 durch eine Wand (nicht gezeigt) getrennt sein. Das Gegengewicht 30 definiert einen hohlen Gegengewichtskern 44, der sich entlang der Kurbelachse 22 durch das Gegengewicht 30 hindurch erstreckt. Das Gegengewicht 30 definiert ferner ein Isolationsfenster 46, das sich zumindest teilweise durch einen Stegabschnitt 68 des Gegengewichts 30 erstreckt. Der hohle Bolzenkern 32, der hohle Hauptkern 38, der hohle Gegengewichtskern 44 und das Isolationsfenster 46 können sich parallel zur Kurbelachse 22 erstrecken, sie müssen dies jedoch nicht notwendigerweise. Dementsprechend können sich der hohle Bolzenkern 32, der hohle Hauptkern 38, der hohle Gegengewichtskern 44 und das Isolationsfenster 46 parallel zur Kurbelachse erstrecken, oder sie können in Richtung der Kurbelachse oder weg von dieser leicht abgewinkelt sein. Der hohle Bolzenkern 32, der hohle Hauptkern 38, der hohle Gegengewichtskern 44 und das Isolationsfenster 46 der Kurbelwelle 20 verringern das Volumen des Metalls, das zum Bilden der Kurbelwelle 20 verwendet wird, wodurch die Kurbelwelle 20 besser gießbar gemacht wird. Da der hohle Bolzenkern 32 bezüglich der Kurbelachse 22 seitlich verschoben ist, kann die Masse des Gegengewichts 30 ebenso um einen entsprechenden Betrag verringert sein, wodurch das Gesamtgewicht der Kurbelwelle 20 weiter verringert wird.
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Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 umfasst der hohle Bolzenkern 32 einen ersten Bolzenkernabschnitt 48, einen zweiten Bolzenkernabschnitt 50 und einen vergrößerten zentralen Abschnitt 52. Der erste Bolzenkernabschnitt 48 erstreckt sich im Wesentlichen durch den ersten Kurbelarm 25. Der zweite Bolzenkernabschnitt 50 erstreckt sich im Wesentlichen durch den zweiten Kurbelarm 26. Der vergrößerte Zentralabschnitt 52 erstreckt sich im Wesentlichen durch den Hublagerzapfen 28. Der vergrößerte zentrale Abschnitt 52 ist zwischen dem ersten Bolzenkernabschnitt 48 und dem zweiten Bolzenkernabschnitt 50 ungefähr in einem Mittelabschnitt des Hublagerzapfens 28 angeordnet. Wie in 3 gezeigt ist, definiert der erste Bolzenkernabschnitt 48 im Wesentlichen rechtwinklig zur Kurbelachse 22 einen ersten Querschnitt. Der zweite Bolzenkernabschnitt 50 definiert im Wesentlichen rechtwinklig zur Kurbelachse 22 einen zweiten Querschnitt. Vorzugsweise definieren der erste Querschnitt und der zweite Querschnitt des ersten Bolzenkernabschnitts 48 sowie des zweiten Bolzenkernabschnitts 50 jeweils eine im Wesentlichen elliptische Form mit einer ersten Querschnittsfläche bzw. einer zweiten Querschnittsfläche. 3 zeigt einen ersten Querschnitt des ersten Bolzenkernabschnitts 48 mit der ersten Querschnittsfläche 54. Vorzugsweise ist der zweite Querschnitt des zweiten Bolzenkernabschnitts 50 mit dem ersten Querschnitt des ersten Bolzenkernabschnitts 48 im Wesentlichen identisch, der in 3 gezeigt ist. Der zweite Querschnitt und die zweite Querschnittsfläche des zweiten Bolzenkernabschnitts 50 können sich jedoch von dem ersten Bolzenkernabschnitt 48 unterscheiden, der in 3 gezeigt ist. Der vergrößerte zentrale Abschnitt 52 definiert rechtwinklig zur Kurbelachse 22 einen dritten Querschnitt, der eine dritte Querschnittsfläche 56 definiert. Die dritte Querschnittsfläche 56 ist größer als die erste Querschnittsfläche 54 und die zweite Querschnittsfläche (die nicht speziell gezeigt ist, aber der ersten Querschnittsfläche 54 vorzugsweise gleich ist). Die dritte Querschnittsform des vergrößerten zentralen Abschnitts 52 kann grob gesprochen als eine Eiform beschrieben werden, d. h. als eine teilweise elliptische Form mit einem Vorsprung oder einem länglichen Abschnitt, der sich relativ zu dem ersten Bolzenkernabschnitt 48 und dem zweiten Bolzenkernabschnitt 50 radial in Richtung der Kurbelachse 22 erstreckt. Der vergrößerte zentrale Abschnitt 52 des hohlen Bolzenkerns 32 minimiert oder verringert eine Querschnittsdicke 58 des Hublagerzapfens 28 zwischen einer radialen Innenfläche 60 des gesamten hohlen Bolzenkerns 32 und einer Lagerfläche 62 des Hublagerzapfens 28. Die Verringerung der Querschnittsdicke 58 des Hublagerzapfens 28 in diesem Bereich verringert die Menge der Metalllegierung in diesem Bereich, die zum Bilden der Kurbelwelle 20 verwendet wird, wodurch die Gießbarkeit der Kurbelwelle 20 verbessert wird, wie nachstehend detaillierter beschrieben wird.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 5 kann das Gegengewicht 30 einen Einsatz 64 aufweisen, der in dem hohlen Gegengewichtskern 44 angeordnet ist. Es ist einzusehen, dass der Einsatz 64 und daher der hohle Gegengewichtskern 44 optional sind und möglicherweise nicht für alle Anwendungen erforderlich sind. Der Einsatz 64 ist benachbart zu einer radialen Außenfläche 66 des Gegengewichts 30 relativ zur Kurbelachse 22 angeordnet. Bevorzugt ist der Einsatz 64 aus einem Material hergestellt, beispielsweise einem schweren Metall, das eine größere Dichte als die Metalllegierung aufweist, die zum Bilden der Kurbelwelle 20 verwendet wird.
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Wie vorstehend angemerkt wurde und am besten in 2 und 5 gezeigt ist, kann das Gegengewicht 30 derart gebildet sein, dass es ein Isolationsfenster 46 aufweist, das sich axial entlang der Kurbelachse 22 und zumindest teilweise durch einen Stegabschnitt 68 des Gegengewichts 30 erstreckt. Vorzugsweise ist das Isolationsfenster 46 relativ zur Kurbelachse 22 radial zwischen dem hohlen Gegengewichtskern 44 (wenn die Kurbelwelle 20 mit dem Einsatz 64 ausgestattet ist) und dem hohlen Hauptkern 38 angeordnet. Das Isolationsfenster 46 kann sich vollständig durch den Stegabschnitt 68 des Gegengewichts 30 erstrecken, wie beispielhaft in den Figuren gezeigt ist. Alternativ kann sich das Isolationsfenster 46 lediglich teilweise in den Stegabschnitt 68 des Gegengewichts 30 hinein erstrecken und dadurch einen Blindkern oder eine Aussparung bilden.
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Unter Bezugnahme auf 2 und wie vorstehend angemerkt wurde, definiert die Kurbelnase 40 den hohlen Nasenkern 42. Der hohle Nasenkern 42 verläuft konzentrisch mit der Kurbelachse 22 und erstreckt sich entlang dieser. Eine Dämpferschraube 70 ist in dem hohlen Nasenkern 42 angeordnet, und sie steht mit der Kurbelwelle 20 in Gewindeeingriff 72, um die Dämpferschraube 70 an der Kurbelwelle 20 zu befestigen, wie in der Technik bekannt ist. Wenn die Kurbelwelle 20 zur Verwendung in einem Motor mit Trockensumpf konstruiert ist, wie gezeigt ist, dann kann das Gewinde der Dämpferschraube 70 mit einem Gewindefüllstück abgedichtet sein, und der hohle Nasenkern 42 sowie der hohle Hauptkern 38 können verbunden sein, um die Anzahl der Gusskerne 74 zu verringern, die zum Bilden der Kurbelwelle 20 erforderlich ist. Wenn die Kurbelwelle 20 jedoch zur Verwendung in einem Motor mit Nasssumpf konstruiert ist, dann sollten der hohle Nasenkern 42 und der hohle Hauptkern 38 durch eine feste Wand getrennt sein.
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Vorzugsweise wird die Kurbelwelle 20 mittels eines Gießprozesses gebildet, beispielsweise mittels eines Nassgussprozesses oder eines Gießprozesses mit Formmaske, wie allgemein verständlich ist, ohne auf diese beschränkt zu sein. Wie vorstehend angemerkt wurde, wird die Kurbelwelle 20 aus einer Metalllegierung mit hoher Schrumpfung gegossen. Die Metalllegierung mit hoher Schrumpfung ist als eine Metalllegierung mit einem Schrumpfungsfaktor gleich oder größer als 1% während der Abkühlungsstufe des Gießprozesses definiert. Beispielsweise kann die Metalllegierung mit hoher Schrumpfung eine Stahllegierung mit hoher Schrumpfung umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, wie beispielsweise einen legierten Stahl mit der AISI-Serienbezeichnung 1300, 4100, 8100 oder 8600, ohne auf diese beschränkt zu sein. Da die Metalllegierung mit hoher Schrumpfung während der Abkühlungsstufe des Gießprozesses schrumpft, kann die Metalllegierung Hohlräume in der Kurbelwelle 20 bilden. Es wurde entdeckt, dass die Verringerung der Masse oder des Volumens der Metalllegierung mit hoher Schrumpfung in kritischen Bereichen oder Gebieten der Kurbelwelle 20 die Gießbarkeit der Metalllegierung mit hoher Schrumpfung verbessert und die Verwendung der Metalllegierung mit hoher Schrumpfung zum Gießen der Kurbelwelle 20 ermöglicht. Aus diesem Grund ist der hohle Bolzenkern 32 mit dem vergrößerten zentralen Abschnitt 52 gebildet, und das Gegengewicht 30 ist mit dem Isolationsfenster 46 gebildet. Der vergrößerte zentrale Abschnitt 52 und das Isolationsfenster 46 verringern das Volumen der Metalllegierung in diesen speziellen Bereichen, wodurch die Verwendung der Metalllegierung ermöglicht wird, indem die Gießbarkeit der Metalllegierung mit hoher Schrumpfung in diesen Bereichen verbessert wird, wodurch eine festere und haltbarere Kurbelwelle 20 geschaffen wird, wenn diese aus der Metalllegierung gegossen wird.
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Das Herstellen oder Gießen der Kurbelwelle 20 umfasst, dass eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte einer Gießform gebildet werden, um einen Hohlraum zwischen diesen zu definieren. Der Hohlraum bildet eine Außenform der Kurbelwelle 20. Die erste Hälfte kann als ein Oberkasten oder eine obere Hälfte bezeichnet werden, und die zweite Hälfte kann als ein Unterkasten oder eine untere Hälfte bezeichnet werden. Wie allgemein bekannt ist, können die erste Hälfte und die zweite Hälfte der Gießform gebildet werden, indem eine Vorlage, welche die Hälfte der gewünschten endbearbeiteten Außenform der Kurbelwelle 20 definiert, in eine Form mit Nassgusssand oder einem beliebigen anderen geeigneten Medium gepresst wird, wodurch darin ein Negativabdruck dieser Hälfte der Kurbelwelle 20 zurückgelassen wird. Beim Kombinieren der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte miteinander, um die Gießform zu bilden, stoßen die Negativabdrücke darin aneinander an, um den Hohlraum abzuschließen und die Außenform der Kurbelwelle 20 zu definieren. Die Außenform der Kurbelwelle 20 umfasst den Hublagerzapfen 28, den ersten Kurbelarm 25, den zweiten Kurbelarm 26, den Hauptlagerzapfen 24, das Gegengewicht 30 und die Kurbelnase 40, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Unter Bezugnahme auf 6 ist ein Gusskern 74 derart gebildet, dass er die Abschnitte der Kurbelwelle 20 definiert, einschließlich des hohlen Bolzenkerns 32, des hohlen Hauptkerns 38, des hohlen Gegengewichtkerns 44, des Isolationsfensters 46 und des hohlen Nasenkerns 42. Der Gusskern 74 kann ein einzelner Kern sein, oder er kann mehr als einen Kern umfassen. Der Gusskern 74 kann derart gebildet sein, dass er einen Bolzenkern-Bildungsabschnitt 76, einen Hauptkern-Bildungsabschnitt 78, einen Nasenkern-Bildungsabschnitt 80, einen Gegengewichtskern-Bildungsabschnitt 84 und einen Fenster-Bildungsabschnitt 82 umfasst. Es ist einzusehen, dass der Gusskern 74 die Form der hohlen Abschnitte der Kurbelwelle 20 bildet. Dementsprechend ist die Form der unterschiedlichen Abschnitte des Gusskerns 74 identisch mit den jeweiligen hohlen Abschnitten der Kurbelwelle 20. Beispielsweise ist die äußere Form des Bolzenkern-Bildungsabschnitts 76 identisch mit der inneren Form des hohlen Bolzenkerns 32. Daher ist einzusehen, dass die verschiedenen Bildungsabschnitte des Gusskerns 74 geformt sind, um die gewünschten hohlen Abschnitte der Kurbelwelle 20 zu definieren. Der Bolzenkern-Bildungsabschnitt 76 ist geformt, um den hohlen Bolzenkern 32 derart zu bilden, dass der hohle Bolzenkern 32 den ersten Bolzenkernabschnitt 48, der sich durch den ersten Kurbelarm 25 erstreckt, den zweiten Bolzenkernabschnitt 50, der sich durch den zweiten Kurbelarm 26 erstreckt, und den vergrößerten zentralen Abschnitt 52 umfasst, der zwischen dem ersten Bolzenkernabschnitt 48 und dem zweiten Bolzenkernabschnitt 50 angeordnet ist und sich durch den Hublagerzapfen 28 hindurch erstreckt. Der Hauptkern-Bildungsabschnitt 78 ist geformt, um den hohlen Hauptkern 38 zu bilden, der sich durch den zweiten Kurbelarm 26 und in den Hauptlagerzapfen 24 hinein erstreckt. Der Fenster-Bildungsabschnitt 82 ist geformt, um das Isolationsfenster 46 teilweise in das Gegengewicht 30 hinein oder durch dieses hindurch zu bilden. Der Bildungsabschnitt für das Gegengewicht 30 ist geformt, um den hohlen Gegengewichtskern 44 zu bilden, der sich entlang der Kurbelachse 22 durch das Gegengewicht 30 hindurch erstreckt. Der Nasenkern-Bildungsabschnitt 80 ist geformt, um den hohlen Nasenkern 42 in der Kurbelnase 40 der Kurbelwelle 20 zu bilden. Sobald der Gusskern 74 korrekt gebildet ist, wird der Gusskern 74 in dem Hohlraum zwischen der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte der Gießform positioniert.
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Sobald der Gusskern 74 in dem Hohlraum positioniert ist und die erste Hälfte der Gießform relativ zu der zweiten Hälfte der Gießform befestigt ist, wird die geschmolzene Metalllegierung in den Hohlraum eingeleitet, um die Kurbelwelle 20 zu bilden. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Metalllegierung eine Metalllegierung mit hoher Schrumpfung, und sie ist bevorzugt eine Stahllegierung mit hoher Schrumpfung. Die geschmolzene Metalllegierung strömt in den Hohlraum und um den Gusskern 74 herum, um gleichzeitig jeden der hohlen Abschnitte der Kurbelwelle 20 zu bilden. Nachdem die geschmolzene Metalllegierung eingeleitet ist, z. B. in den Hohlraum hinein eingegossen ist, wird ermöglicht, dass die geschmolzene Metalllegierung abkühlt und verfestigt. Sobald sie verfestigt ist, können die erste Hälfte und die zweite Hälfte der Gießform getrennt werden, wodurch die Kurbelwelle 20 und der Gusskern 74 freigelegt werden. Der Gusskern 74 kann anschließend von der Kurbelwelle 20 entfernt werden, indem das Material, das den Gusskern 74 bildet, gebrochen, abgeschlagen und/oder weggespült wird, wodurch die Kurbelwelle 20 mit den hohlen Abschnitten, die darin gebildet sind, zurückgelassen wird.
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Wenn die Kurbelwelle 20 mit einem Einsatz 64 ausgestattet sein soll, dann kann der Einsatz 64 in dem hohlen Gegengewichtskern 44 positioniert werden, nachdem der Gusskern 74 entfernt ist.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sollen die Offenbarung stützen und beschreiben, der Umfang der Offenbarung ist jedoch ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Weisen und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Offenbarung auszuüben, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
