-
HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kurbelwelle und ein
Verfahren zum Herstellen einer solchen Kurbelwelle nach den Oberbegriffen der
Ansprüche
1 und 11.
-
Kurbelwellen
von Verbrennungsmotoren werden üblicherweise
mittels Gesenkschmieden hergestellt, wobei sich während des
Schmiedeverfahrens Poren und Lücken
in dem Grundmaterial schließen,
was Kurbelwellen mit einer feinkörnigen
Kristallstruktur ergibt. Die Kurbelwellen sind außerdem von einer
einheitlichen Qualität
mit einer guten Kerbschlagzähigkeit
und hervorragenden Ermüdungseigenschaften,
die es ihnen ermöglichen,
verhältnismäßig leichtgewichtig
zu sein.
-
Kurbelwellen
umfassen Wellenzapfen, Kurbelzapfen und Wangen, die die Kurbelzapfen
mit den Wellenzapfen verbinden. Wenn eine Kurbelwelle in Betrieb
ist, sind der abgewinkelte Übergangsbereich zwischen
den Wangen und den Kurbelzapfen und der abgewinkelte Übergangsbereich
zwischen den Wangen und den Wellenzapfen Biegebelastungen ausgesetzt,
die unter anderem zu einer Spannungskonzentration an einem zentral
befindlichen Teil des Übergangsbereichs
führen.
Ein Ermüdungsschaden an
Kurbelwellen kann oft von Rissen herrühren, die in dem zentral befindlichen
Teil des Übergangsbereichs beginnen.
Die größten Biegebelastungen
auf eine Kurbelwelle treten in den zuäußerst befindlichen Wangen auf.
Es ist demzufolge üblich,
dass diese Wangen größer dimensioniert
sind als andere Wangen, um die Ermüdungseigenschaften der Kurbelwelle
zu verbessern. Eine derartige Lösung
führt zu
einer Kurbelwelle, die schwerer und regelmäßig auch länger ist.
-
Ein
weniger bekanntes zweites Verfahren zum Verbessern der Ermüdungseigenschaften
einer Kurbelwelle besteht darin, die Wangen mit zentral liegenden
Ausnehmungen zu versehen. Diese Ausnehmungen schwächen die
zentrale Struktur der Wangen mit dem Ergebnis, dass die Biegebelastung,
die zwischen den Wangen und den Kurbelzapfen und zwischen den Wangen
und den Wellenzapfen übertragen
wird, in höherem
Maße über die
Flanken der Wangen übertragen
wird. Dies führt
zu einer gleichmäßigeren
Spannungsverteilung in dem Übergangsbereich
zwischen Wangen und Kurbelzapfen und in dem Übergangsbereich zwischen Wangen
und Wellenzapfen. Es besteht somit ein geringeres Risiko, dass die
Kurbelwelle einen Ermüdungsschaden
erleidet, während
gleichzeitig die Ausnehmungen das Gewicht der Kurbelwelle verringern.
-
CH 383 083 bezieht sich auf
eine Kurbelwelle, deren Wangen mit Ausnehmungen versehen sind. Nachdem
die Wellenzapfen, Kurbelzapfen und Wangen der Kurbelwelle mittels
eines Schmiedeverfahrens ausgebildet worden sind, werden die Ausnehmungen
durch Fräsen
und Bohren hergestellt. Das Ausbilden der Teile der Kurbelwelle
ist somit mit einer Anzahl von Fertigungsschritten und unterschiedlichen
Verfahren verbunden. Die Kosten der Herstellung der Kurbelwelle
werden demzufolge hoch sein.
-
DE 43 25 722 bezieht sich
auf eine Kurbelwelle, die mit wannenförmigen Ausnehmungen in den Übergangsbereichen
zwischen Wangen und Kurbelzapfen und in den Übergangsbereichen zwischen
Wangen und Wellenzapfen versehen ist. Sie gibt eine Anzahl verschiedener
Wege an, um die Kurbelwellen und Ausnehmungen auszubilden. Sie führt unter
anderem aus, dass eine anfänglich
mit Wellenzapfen, Kurbelzapfen und Wangen ausgebildete Kurbelwelle
mittels eines Schmiedeverfahrens mit Ausnehmungen versehen werden
kann. Demzufolge umfasst das Ausbilden der Kurbelwelle hier wiederum eine
Anzahl von Fertigungsschritten. Die Kosten der Herstellung der Kurbelwelle
werden demzufolge auch hier hoch sein.
-
US 4 356 741 bezieht sich
auf eine Kurbelwelle, die durch ein Gießverfahren hergestellt wird. Die
Kurbelwelle ist mit Ausnehmungen nahe den Teilen der Übergangsbereiche
zwischen Wangen und Kurbelzapfen und zwischen Wangen und Wellenzapfen
versehen, die einer Spannung ausgesetzt sind. In diesem Fall werden
die Wellenzapfen, Kurbelzapfen, Wangen und Ausnehmungen der Kurbelwelle
in einem einzigen Fertigungsschritt durch ein Gießverfahren
hergestellt. Die Kosten der Herstellung der Kurbelwelle sind demzufolge
verhältnismäßig gering,
jedoch sind die Festigkeitskennwerte einer gegossenen Kurbelwelle
nicht so gut wie die einer geschmiedeten Kurbelwelle. Die Kurbelwelle
hat demzufolge wahrscheinlich größere Abmessungen
und wird demnach zwangsläufig
schwerer als eine entsprechende geschmiedete Kurbelwelle sein.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kurbelwelle
bereitzustellen, die verhältnismäßig kostengünstig herzustellen
ist, während sie
zugleich ein geringes Gewicht hat und gute Festigkeitskennwerte
besitzt.
-
Die
vorstehend angegebene Aufgabe wird mit der eingangs erwähnten Kurbelwelle
erreicht, die durch das gekennzeichnet ist, was in dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegeben ist. In diesem Fall ist wenigstens
eine Wange mit einer Ausneh mung versehen, die eine Ausdehnung bis
nahe zu einem Mittelteil eines Übergangsbereichs
zwischen der Wange und einem Kurbelzapfen oder eines Übergangsbereichs
zwischen der Wange und einem Wellenzapfen besitzt. Die Konzentration
von Spannungen an dem Mittelteil des Übergangsbereichs kann durch
solch eine Ausnehmung nennenswert reduziert werden. Eine derartig
wesentliche Ausnehmung macht die Kurbelwelle auch leichter. In solchen
Fällen
kann die Ausnehmung eine Form haben, die in einem Gesenkschmiedeverfahren
erzeugt werden kann. Es ist somit möglich, Wellenzapfen, Kurbelzapfen,
Wangen und die Ausnehmung der Kurbelwelle durch ein gewöhnliches
Gesenkschmiedeverfahren in einem Schritt auszubilden. Das Ergebnis
ist eine Kurbelwelle, die verhältnismäßig kostengünstig herzustellen
ist, während
sie zugleich ein geringes Gewicht hat und gute Festigkeitskennwerte besitzt.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt die Ausnehmung eine Ausdehnung
in einer radialen Richtung von einer Umfangsöffnung in der Wange zu einer
Innenfläche,
die sich nahe an dem Mittelteil des Übergangsbereichs befindet.
Das Gesenkschmieden wird mittels zweier Stempel durchgeführt, die
von entgegengesetzten Seiten eines Grundmaterials gegeneinander
gepresst werden. Durch ein Gesenkschmiedeverfahren ist es möglich, Ausnehmungen
zu bilden, die eine Ausdehnung parallel zu der Bewegungsrichtung
der Stempel haben. Zu diesem Zweck sind die Stempel mit passend
geformten Bereichen versehen, die schrittweise in das Grundmaterial
eindringen, so dass während
des Gesenkschmiedeverfahrens Wangen mit Ausnehmungen ausgebildet
werden. Vorteilhaft ist die Ausnehmung mit einer Grundfläche versehen,
die eine Ausdehnung zwischen der Umfangsöffnung und der Innenfläche besitzt.
Die Ausnehmung kann sich somit in der Wange in einem Bereich befinden,
der im Wesentlichen unmittelbar radial außerhalb an dem Mittelteil des
abgewinkelten Übergangsbereichs
ist. Solch eine Ausnehmung macht die Wangenstruktur in dem Bereich
nahe dem Mittelteil definitiv schwächer. Die Spannungskonzentration
an dem Mittelteil wird somit effektiv verringert. Die Innenfläche besitzt
vorzugsweise eine abgerundete Form, wodurch verhindert wird, dass
Spannungen sich an einem bestimmten Teil der Innenfläche konzentrieren.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt die Ausnehmung eine im Wesentlichen
gleichbleibende (konstante) oder sich wenigstens teilweise entlang
ihrer radialen Ausdehnung zwischen der Umfangsöffnung und der Innenfläche verringernde
Querschnittsfläche.
Es ist durchaus möglich,
Ausnehmungen mit solchen Querschnittsflächen in einem Gesenkschmiedeverfahren herzustellen.
Vorteilhaft teilt die Ebene, die in dem kennzeichnenden Teil von
Anspruch 1 definiert ist, die Ausnehmung in zwei im Wesentlichen
gleiche Teile. Die Ausnehmung kann somit ziemlich zentral an der
Wange positioniert werden. Belastungen in der Wange können demnach
im Wesentlichen gleichförmig
auf die Flanken der Wange verteilt werden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Kurbelwelle wenigstens zwei
Wangen, die mit Ausnehmungen versehen sind, wobei die Wangen parallel
oder in einem Winkel von 180° relativ
zueinander ausgerichtet sind. Eine Ausnehmung, die durch einen ersten
der Stempel ausgebildet wurde, hat eine Ausdehnung, die parallel
zu der selben Richtung und in die selbe Richtung verläuft, wie
die Bewegungsrichtung des ersten Stempels während des Gesenkschmiedeverfahrens. Eine
Ausnehmung, die durch einen zweiten der Stempel ausgebildet wurde,
hat eine Ausdehnung, die parallel zu der selben Richtung und in
die selbe Richtung verläuft,
wie die Bewegungsrichtung des zweiten Stempels während des Gesenkschmiedeverfahrens.
Eine Ausnehmung, die durch den zweiten Stempel ausgebildet wurde,
besitzt somit eine entgegengesetzte Ausdehnung bzw. Erstreckung
als die einer Ausnehmung, die durch den ersten Stempel ausgebildet
wurde. In diesem Fall müssen
die Wangen, die mit Ausnehmungen versehen werden, ebenfalls parallel
oder in einem Winkel von 180° relativ
zueinander ausgerichtet sein, wenn sie während eines Gesenkschmiedeverfahrens
mit Ausnehmungen ausgebildet werden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt eine Wange eine Umfangsfläche, die
Verbindungsmittel zum Anbringen eines Gegengewichts aufweist. Es
ist normalerweise nicht möglich,
in einem Gesenkschmiedeverfahren eine Wange sowohl mit einer Ausnehmung
als auch einem Gegengewicht zu versehen. Es ist jedoch möglich, die
Wange mit einer Umfangsfläche
zu versehen, die Verbindungsmittel umfasst, z.B. in der Form eines
Lochs, um es zu ermöglichen,
ein Gegengewicht nachträglich
mittels Schrauben oder ähnlichem
anzubringen. Vorteilhaft umfasst die Kurbelwelle eine Anzahl von
Wangen, wobei wenigstens die Wangen, die sich zuäußerst an der Kurbelwelle befinden,
mit Ausnehmungen versehen sind. Wenn eine Kurbelwelle in Betrieb
ist, treten die größten Biegebelastungen
im Wesentlichen immer in den äußersten Wangen
auf. In vielen Fällen
kann es demzufolge vorteilhaft sein, dass nur die äußersten
Wangen der Kurbelwelle mit Ausnehmungen versehen sind. Dies ist
besonders vorteilhaft in dem Fall von Kurbelwellen, die Wangen besitzen,
die in vielen verschiedenen Winkeln zueinander stehen. In solchen
Fällen können die äußersten
Wangen parallel oder in einem Winkel von 180° relativ zueinander ausgerichtet
sein, so dass wenigstens diese Wangen während des Gesenkschmiedeverfahrens
mit Ausnehmungen versehen werden können.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die Kurbelwelle Wellenzapfen mit
einem ersten Radius und Kurbelzapfen mit einem zweiten Radius auf,
wobei der Gesamtwert des ersten Radius und des zweiten Radius abzüglich 10
mm größer als
oder gleich dem senkrechten Abstand zwischen der ersten Mittelachse
und der zweiten Mittelachse ist. Versuche, in denen die spannungsvermindernde
Funktion der Ausnehmung für unterschiedliche
Arten von Kurbelwellen mit variierenden radialen Überlappungen
zwischen den Wellenzapfen und Kurbelzapfen gemessen wurden, führten zu
der Erkenntnis, dass der spannungsvermindernde Effekt, der durch
eine Ausnehmung auf eine Wange weitergegeben wird, verhältnismäßig eng
mit dem Ausmaß der
radialen Überlappung
zusammenhängt.
Je kleiner die Überlappung
der Wellenzapfen und Kurbelzapfen an einer Kurbelwelle ist, desto
größer ist
der spannungsvermindernde Effekt, der durch eine Ausnehmung weitergegeben
wird. Es gibt einen deutlichen spannungsvermindernden Effekt in
dem Fall von Kurbelwellen, die eine Überlappung von 10 mm oder weniger
besitzen.
-
Die
vorstehend angegebene Aufgabe wird ebenfalls mit dem eingangs genannten
Verfahren erreicht, das durch das gekennzeichnet ist, was in dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 11 angegeben ist. Zu diesem Zweck ist es notwendig,
dass die Ausnehmung eine Form aufweist, die in einem Gesenkschmiedeverfahren
erzeugt werden kann. Mit einer passend geformten Ausnehmung können die
Wellenzapfen, Kurbelzapfen, Wangen und die Ausnehmung der Kurbelwelle
in einem gewöhnlichen
Gesenkschmiedeverfahren in einem Schritt ausgebildet werden. Das
Ergebnis ist eine Kurbelwelle die verhältnismäßig kostengünstig herzustellen ist, während sie gleichzeitig
ein geringes Gewicht hat und gute Festigkeitskennwerte besitzt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist nachfolgend mittels eines Beispiels mit Bezug
auf die angefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 einen
Teil einer Kurbelwelle gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
-
2 eine
Querschnittsansicht der Kurbelwelle in 1 zeigt,
-
3 einen
Teil einer Kurbelwelle gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
-
4 eine
Kurbelwelle für
einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor zeigt, und
-
5 ein
Kurbelwellenrohteil für
einen V-8 Motor zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
-
1 und 2 zeigen
einen Teil einer Kurbelwelle 1 eines Verbrennungsmotors.
Die Kurbelwelle 1 weist in konventioneller Weise eine Anzahl von
Wellenzapfen 2 auf, die in einem eingebauten Zustand der
Kurbelwelle an nicht dargestellten Hauptlagern angeordnet sein sollen.
Die Wellenzapfen 2 sind zylinderförmig mit einer Mantelfläche, die sich
um eine Mittelachse 3 herum erstreckt, die die Rotationsachse
der Kurbelwelle darstellt. Die Kurbelwelle 1 umfasst ebenfalls
eine Anzahl von Kurbelzapfen 4, von denen einer in 1 dargestellt
ist. Die Kurbelzapfen 4 sind zylinderförmig mit einer Mantelfläche, die
sich um eine zweite Mittelachse 5 herum erstreckt. Wangen 6 verbinden
die Stirnflächen
der Kurbelzapfen 4 mit den gegenüberliegenden Wellenzapfen 2.
-
Während des
Betriebs sind Kurbelwellen 1 großen Belastungen ausgesetzt.
Die Belastungen neigen unter anderem dazu, die Kurbelwelle zu biegen,
was in Spannungen in dem abgewinkelten Übergangsbereich 7 zwischen
Kurbelzapfen 4 und Wangen 6 resultiert. Diese
Spannungen konzentrieren sich in dem Fall von konventionellen Kurbelwellen
in einem zentral befindlichen Teil 7a. Der zentral befindliche
Teil 7a ist in einem Bereich, in dem er von einer zentralen
Ebene 8 geschnitten wird, die sich durch die Mittelachse 3 der
Wellenzapfen 2 und die Mittelachse 5 des jeweiligen
Kurbelzapfens 4 erstreckt. Um die Spannung in dem zentral
gelegenen Teil 7a zu verringern, besitzt die erfindungsgemäße Wange 6 eine
zentrale Ausnehmung 9, die sich nahe dem zentral befindlichen
Teil 7a befindet. Das Vorhandensein einer solchen zentralen
Ausnehmung 9 in der Wange 6 führt zu einer Schwächung des
Mittelteils der Wange. Die Lasten, die zwischen den Kurbelzapfen 4 und
den Wellenzapfen 2 während
des Betriebs der Kurbelwelle 1 übertragen werden, werden demnach
weitgehend über
die Flanken der Wange 6 übertragen. Die Spannungskonzentration
an dem zentral befindlichen Teil 7a des Übertragungsbereichs 7 zwischen
Wange und Wellenzapfen 4 wird vermindert.
-
Die
Kurbelwelle 1 umfasst Wellenzapfen 2 mit einem
ersten Radius r1 und Kurbelzapfen 4 mit
einem zweiten Radius r2. Die Mittelachse 3 der
Wellenzapfen und die Mittelachse 5 des dargestellten Kurbelzapfens
sind in einem senkrechten Abstand d voneinander angeordnet. Wenn
die Summe des Radius r1 der Wellenzapfen
und des Radius r2 der Kurbelzapfen 4 größer ist
als der senkrechte Abstand d zwischen den Mittelachsen 3, 5, überlappen
die Wellenzapfen 2 und die Kurbelzapfen 4 einander
mehr oder weniger. Der Betrag einer solchen Überlappung kann festgelegt
werden. Wenn die Wellenzapfen 2 und die Kurbelzapfen 4 sich
nicht gegenseitig überlappen,
ist das Ergebnis keine oder eine negative Überlappung. Der spannungsvermindernde
Effekt, der auf das Vorsehen einer Wange 6 mit einer zentralen
Ausnehmung 9 zurückzuführen ist,
steht mit dem Betrag einer Überlappung
im Zusammenhang. Versuche haben eine klare Spannungsverminderung
in dem zentral befindlichen Teil 7a der Kurbelwellen 1 gezeigt, die
eine Überlappung
von 10 mm oder weniger besitzen. In dem Falle der Kurbelwelle 1,
die in 2 dargestellt ist, besitzen die Wellenzapfen 2 und
die Kurbelzapfen 4 eine negative Überlappung. In diesem Falle
kann die Spannungskonzentration an dem zentral befindlichen Teil 7a demnach
beträchtlich
durch die Ausnehmungen 9 verringert werden, die in den Wangen 6 ausgebildet
sind.
-
Die
Kurbelwelle 1 wird mittels Gesenkschmieden hergestellt.
Gesenkschmieden führt
zu einer Kurbelwelle 1 mit sehr guten Festigkeitskennwerten.
Gesenkschmieden wird dadurch erreicht, dass ein heißes Grundmaterial
zwischen zwei Stempeln (Gesenken) verformt wird, welche mit Höhlungen (Vertiefungen)
versehen sind, die dem geschmiedeten Produkt seine Form geben. Produkte
mit verhältnismäßig komplexen
Formen können
durch Gesenkschmieden hergestellt werden. Da die Stempel von entgegengesetzten
Seiten des Grundmaterials gegeneinander gepresst werden, unterliegt
die Form des geschmiedeten Produkts unweigerlich gewissen Einschränkungen,
insbesondere dort, wo Gesenkschmieden in einem Schritt ohne irgendeine
dazwischenliegende Neuausrichtung des Grundmaterials erreicht werden
soll. Ein Herstellen einer Kurbelwelle durch Gesenkschmieden in
einem Schritt ohne eine dazwischenliegende Neuausrichtung des Materials ist
selbstverständlich
kosteneffizienter.
-
Wellenzapfen 2,
Kurbelzapfen 4 und Wangen 6 mit Ausnehmungen 9 werden
somit an der Kurbelwelle 1 während eines Gesenkschmiedeverfahrens
ohne eine dazwischenliegende Neuausrichtung des Grundmaterials ausgebildet.
Die Kurbelwelle 1 wird aus heißem Grundmaterial hergestellt,
das durch zwei Stempel verformt wird, die gegeneinander gepresst
werden. Jeder der Stempel umfasst Vertiefungen, die während des
Gesenkschmiedeverfahrens im Wesentlichen eine Hälfte der Kurbelwelle 1 ausbilden.
Das Ausbilden einer Kurbelwelle mittels eines Gesenkschmiedeverfahrens
in einem Schritt, wobei die Kurbelwelle Wangen 6 mit Ausnehmungen 9 umfasst,
schließt
eine große
Anzahl von Erkenntnissen ein. Eine derartige Erkenntnis besteht
darin, dass nur Ausnehmungen 9, die zueinander parallele Ausdehnungen
besitzen, mittels der zwei Stempel, die gegeneinander gepresst werden,
geschmiedet werden können.
Dies bedeutet, dass die Ausnehmungen eine Ausdehnung in der selben
Richtung oder in ge nau zueinander gegenüberliegenden Richtung besitzen
können.
Somit können
nur Wangen, die parallel oder in einem Winkel von 180° relativ
zueinander ausgerichtet sind, mit Ausnehmungen versehen werden.
Es ist demnach möglich,
durch geeignet geformte Vertiefungen, die Wangen 6 mit
Ausnehmungen 9 zu versehen, die eine Ausdehnung von einer Öffnung 9a in
einer Umfangsfläche
der Wange 6 zu einer Innenfläche 9b haben, die
sich nahe dem Mittelteil 7a des abgewinkelten Übergangsbereichs zwischen
der Wange 6 und dem Kurbelzapfen 4 befindet. Die
Ausnehmung 9 ist mit einer ebenen Grundfläche 9c versehen,
die eine Ausdehnung zwischen der Umfangsöffnung 9a und der
Innenfläche 9b besitzt.
Die Ausnehmung 9 in 1 und 2 besitzt
eine im Wesentlichen in Richtung von der Öffnung 9a zu der Innenfläche 9b gleichbleibende
Querschnittsfläche.
Die Innenfläche 9b besitzt
eine abgerundete Form, um zu vermeiden, dass sich Spannungen an
irgendeinem Teil der Innenfläche 9b konzentrieren.
-
3 zeigt
einen Teil einer Kurbelwelle, die eine alternative Anordnung besitzt.
In diesem Fall umfasst die Kurbelwelle 1 gleichfalls in
einer konventionellen Weise eine Anzahl von Wellenzapfen 2,
die zylinderförmig
sind mit einer Mantelfläche,
die sich um eine erste Mittelachse 3 herum erstreckt, die
die Rotationsachse der Kurbelwelle darstellt. Die Kurbelwelle 1 umfasst
einen oder mehr Kurbelzapfen 4 von denen einer in 3 gezeigt
ist. Die Kurbelzapfen 4 sind zylinderförmig mit einer Mantelfläche, die
sich um eine zweite Mittelachse 5 herum erstreckt. Die Kurbelwelle 1 weist
Wangen 6 auf, die die Stirnflächen des Kurbelzapfens 4 mit
den gegenüberliegenden
Stirnflächen
der Wellenzapfen 2 verbindet. Die zwei gezeigten Wangen 6 sind
mit entsprechend geformten Ausnehmungen 9 versehen. Die
Wangen 6 umfassen eine im Wesentlichen ebenen Umfangsfläche 10,
die eine Öffnung 9a für die Ausnehmung
besitzt. In diesem Fall besitzen die Ausnehmungen 9 eine
Querschnittsfläche,
die sich in einer Richtung von der Umfangsöffnung 9a zu der Innenfläche 9b verringert,
die sich nahe dem Mittelteil 7a des Übergangsbereichs 7 der
Wange 6 zu dem Kurbelzapfen 4 befindet. Die Umfangsflächen 10 der
Wangen 6 sind ebenfalls mit Löchern 11 versehen,
die ausgeführt
sind, um es zu ermöglichen,
ein Gegengewicht nachträglich
an jeder der jeweiligen Wangen 6 mittels Schrauben anzubringen.
Es ist schwierig, Wangen 6 mit funktionellen Ausnehmungen 9 zu
versehen und Gegengewichte in einem üblichen Gesenkschmiedeverfahren
zu befestigen. Demnach ist es vorteilhaft, wenn die Form der Wange 6 derart
sein kann, dass sie erlaubt, dass die Gegengewichte nachträglich angebracht
werden können.
-
4 zeigt
eine Kurbelwelle 1 für
einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor. Die größte Biegebelastung im Betrieb
von Kurbelwellen 1 tritt in den äußeren Wangen 6' auf, die die äußersten
Kurbelzapfen 4' abstützen. Die
größte Spannungskonzentration
in konventionellen Kurbelwellen tritt in den Mittelteilen 7a des Übertragungsbereichs 7 zwischen den äußersten
Wangen 6' und
Kurbelzapfen 4' auf.
In diesem Fall sind die äußersten
Paare Wangen 6' demnach
mit zentralen Ausnehmungen 9 versehen, die äußersten
Wangen 6' sind
jedoch nicht mit Gegengewichten 12 versehen worden. Die
dazwischenliegenden Wangen 6 haben eine konventionelle
Anordnung mit eingebauten Gegengewichten 12, die während des üblichen
Gesenkschmiedeverfahrens ausgebildet wurden. Die äußersten
Wangen 6' haben eine
parallele Ausrichtung, die es ermöglicht, all die Ausnehmungen 9 in
einem üblichen
Gesenkschmiedeverfahren auszubilden.
-
5 zeigt
ein Kurbelwellenrohteil 1' das
für einen
V-8 Motor gedacht ist und während
eines Gesenkschmiedeverfahrens in einem Schritt ausgebildet wurde.
In diesem Fall versieht das Schmiedeverfahren all die Wangen 6 mit
zentralen Ausnehmungen 9, was durch die Wangen 6,
die entweder parallel oder in einem Winkel von 180° relativ
zueinander ausgerichtet sind, ermöglicht wird. In diesem Fall
besitzen die äußersten
Wangenpaare 6 eine Umfangsfläche 10 mit Löchern 11 zum
Anbringen von Gegengewichten. Jede gewünschte Anzahl von Wangen kann
selbstverständlich
mit Löchern 11 zum
Anbringen von Gegengewichten versehen sein. Um zu ermöglichen,
dass ein Kurbelwellenrohling 1' eine endgültige Form besitzt und eine
Kurbelwelle in einem V-8 Motor darstellt, kann ein Zwischenteil 1'a des Kurbelwellenrohlings
um 90° relativ
zu den außenliegenden
Endteilen 1'b des
Kurbelwellenrohlings 1 gedreht werden. Eine derartige Neuausrichtung
des Kurbelwellenrohlings 1 ist durchaus direkt nach dem Gesenkschmiedeverfahren
möglich,
wenn der Kurbelwellenrohling noch ausreichend heiß ist, um
formbar zu sein.
-
Die
Erfindung ist keineswegs auf die beschriebene Ausführungsform
begrenzt, sondern kann frei innerhalb der Rahmen der Ansprüchen variiert
werden. In der beschriebenen Ausführungsform werden Wangen mit
Ausnehmungen nahe einem Mittelteil des Übertragungsbereichs zwischen
der Wange und dem Kurbelzapfen versehen. Alternativ oder in Kombination
dazu können
entsprechend geformte Ausnehmungen in den Wangen nahe einem Mittelteil eines Übergangsbereichs
zwischen der Wange und dem Wellenzapfen hergestellt werden.
-
Zusammenfassung
-
Kurbelwelle
und Verfahren zum Herstellen einer solchen Kurbelwelle Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Kurbelwelle und ein Verfahren zum
Herstellen einer derartigen Kurbelwelle. Die Kurbelwelle (1)
umfasst einen Wellenzapfen (2) mit einer Mantelfläche, die
sich um eine erste Mittelachse (3) erstreckt, einen Kurbelzapfen
(4) mit einer Mantelfläche,
die sich um eine zweite Mittelachse (5) erstreckt, eine
Wange (6) die eine Stirnfläche des Wellenzapfens (2)
mit einer Stirnfläche
des Kurbelzapfens (4) verbindet, und eine Ausnehmung (9)
in der Wange (6). Die Ausnehmung (9) besitzt eine
Ausdehnung bis nahe zu einem Mittelteil (7a) eines Übergangsbereichs
(7) zwischen der Wange (6) und dem Kurbelzapfen
(4) oder zwischen der Wange (6) und dem Wellenzapfen
(2). Der Mittelteil (7a) wird von einer Ebene
(8) geschnitten, die sich über die zwei Achsen (3, 5)
erstreckt. Die Ausnehmung (9) wird in einem Gesenkschmiedeverfahren
ausgebildet, in dem Kurbelzapfen (4), Wellenzapfen (2)
und Wangen (6) der Kurbelwelle ebenfalls ausgebildet werden.