DE1270893B

DE1270893B - Verpressungsverbindung an Kurbelwellen zwischen Kurbelwangen einerseits und Kurbel- bzw. Hauptlagerzapfen andererseits

Info

Publication number: DE1270893B
Application number: DE19611270893
Authority: DE
Inventors: Eugen Rieg
Original assignee: Sueddeutsche Praecisions G M B
Current assignee: Sueddeutsche Praecisions G M B
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1961-04-28
Publication date: 1968-06-20

Description

Verpressungsverbindung an Kurbelwellen zwischen Kurbelwangen einerseits und Kurbel-bzw. Hauptlagerzapfen andererseits Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung zwischen Kurbelwangen von Kurbelwellen einerseits und Kurbel- bzw. Hauptlagerzapfen andererseits, bei der der Zapfen in eine Wangenbohrung engeren Durchmessers eingepreßt und mit längsgerichteten Nuten versehen ist.
Man unterscheidet bei diesen Verbindungen unter anderem zwei Arten. Bei der einen, nicht Gegenstand der Erfindung bildenden Art werden die Kurbelwangen mit ihren eine zylindrische Innenwand aufweisenden und den Zapfen aufnehmenden Bohrungen auf die Zapfen aufgeschrumpft, wobei diese Zapfen auch eine vom Zylinder abweichende, z. B. mit Längsrillen versehene Umfangsfläche haben können. Ein Eindringen des aufgeschrumpften Materials in die Rillen ist dabei jedoch nicht vorgesehen.
Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf eine Verpressungsverbindung, bei der der Zapfen in einer Wangenbohrung engeren Durchmessers (also mit übermaß) eingepreßt und bei der einer der beiden miteinander durch Verpressung zu verbindenden Teile mit längsgerichteten Nuten versehen ist. Bei den vorbekannten Verpressungen dieser Art sind die Nuten nur im Rahmen einer Rändelung nach Art einer Kerbverzahnung und auch nur im Bereich des Endes des einzupressenden Teiles der Zapfen vorgesehen. Hierbei verblieben zwischen den einzelnen Nuten nur Rippen, die schneidenförmig zugespitzt sind, weil diese Rändelung sich nach Art einer Kerbverzahnung in die Innenwandung der Bohrung einschneiden sollte. Derartige Rändelungsverpressungen sind aber bei hochbelasteten Kurbelwellen nicht verwendbar. Soweit sie überhaupt versuchsweise im Bereich des Endes des einzupressenden Zapfens vorgesehen waren, ergab sich dabei der Nachteil, daß das am Ende einer solchen Rändelungsnut anstehende Zapfenmaterial vom Rand der Bohrung vor sich hergeschoben und aufgeworfen wurde. Das macht aber eine nachträgliche Fertigbearbeitung nach dem eigentlichen Verpressungsvorgang notwendig. Außerdem ist die durch eine solche Verpressung gegenüber einer rein zylindrischen Verpressung gewonnene Erhöhung des übertragbaren Drehmoments relativ gering. Eine solche Rändelungsverpressung ist ferner nicht lös- und wiederverwendbar.
Demgegenüber ist mit dem Ziel einer wesentlichen Erhöhung des durch die mittels der Verpressung hergestellten Kurbelwellen übertragbaren Drehmoments gemäß der Erfindung vorgesehen, daß auf dem gegenüber der Lagerfläche des Zapfens durch eine Ringnut abgesetzte Zapfenende Längsnuten und Rippen p derjenigen Art vorgesehen sind, die nach Art bekann-, ter Kerbstifte aus Nuten von trapezähnlichem Querschnitt und aus Rippen bestehen, deren Rücken auf dem zylindrischen Umfang des Zapfenendes liegt und ein Mehrfaches der Nutenbreite aufweist, wobei jedoch Nuten und Rippen sich über die ganze Länge des abgesetzten Zapfens erstrecken.
Durch die Wahl einer so großen Rückenbreite ist die notwendige spezifische Tragfähigkeit der an der Verpressung teilnehmenden Flächen erhalten, ohne daß dadurch die nach Art der Kerbstiftverbindungen geschaffene formschlüssige Verbindung zwischen den beiden miteinander verpreßten Teilen verlorenginge. Bei Längsnuten, die mit über ihre ganze Länge geradlinigem Verlauf und gleichbleibender Nutentiefe in der Zapfenoberfläche vorgesehen sind, hat sich bei der Anwendung des Kerbstift-Verbindungsprinzips auf die Kurbelwellenherstellung sogar die überraschende Wirkung ergeben, daß man die abgezogene Kurbelwange wieder in der Weise aufpressen und in eine neue Preßverbindung bringen kann, daß die von der ersten Verpressung zurückgebliebenen Rippen des einen Teils wieder in die Nuten des anderen Teils nach Art einer Keilwellenverbindung zahnartig ineinandersteckbar sind.
Bei den bekannten Kerbstiften oder Kerbnägeln handelt es sich nicht um Verbindungselemente, die wie eine Kurbelzapfen-Kurbelwangen-Verbindung ein Drehmoment übertragen müssen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich das bei solchen Kerbnägeln bekannte Verbindungsprinzip bei der oben gekennzeichneten Gestaltung der Verbindung bei der Herstellung von Kurbelwellen in einer wesentlichen Erhöhung des bei Schrumpf- oder normalen Preßverbindungen übertragbaren Drehmoments auswirkt. Eine Welle mit durch eine Ringnut davon abgesetztem Zapfen ist für eine Steckverbindung zwischen Zapfen und einem Kugellager-Innenring schon bekannt, ohne aber hier nach Art einer Kerbstiftverbindung zu wirken.
Auch das Merkmal, wonach zwischen den Längsnuten einer Zapfenoberfläche Rippen verbleiben, deren Rücken auf der zylindrischen Umfangsfläche des Zapfenendes liegen und ein Mehrfaches der Nutenbreite aufweisen sowie sich samt den Nuten über die ganze Länge des Zapfens erstrecken, ist bekannt, jedoch ebenfalls nicht zur Herstellung einer Verbindung eines Zapfens mit einer Kurbelwange nach Art einer Kerbstiftverbindung.
Eine besonders gute; allerdings nicht mehr zerstörungsfrei lösbare Verpressungsverbindung ergibt sich, wenn die Nutentiefe in Richtung des Aufschiebens des Gegenstückes zunächst zunimmt und dann wieder abnimmt. Dabei kann die Zu- und Abnahme nach einer stetigen Kurve verlaufen. Wenn die Nuten nach einer in an sich bei Verbindungen zwischen Zapfen und Ringen bekannter Weise nach einer Schraubenlinie verlaufen und dann sogar noch die schraubenförmigen Nuten der an den beiden Enden eines Kurbelzapfens vorgesehenen Verpressungsverbindungen gegenläufig und so gerichtet sind, daß sie im Sinn eines Festspannens -der Kurbelwangen gegen die Zapfenschulter wirken, wird eine besonders hoch belastbare und dauerhafte Kurbelwelle erzielt.
Es hat sich gezeigt, daß es keineswegs erforderlich ist, die vorgesehenen Nuten auf dem ganzen Umfang der Verpressungsverbindung zu verteilen. Es genügt, wenn in an sich in anderem Zusammenhang bekanntter Weise die Nuten in Gruppen auf bestimmte Sektoren des Umfangs beschränkt sind, wobei man so weit gehen kann, daß sie auf zwei diametral gegenüberliegende Sektoren beschränkt sind oder sogar nur auf einen einzigen Sektor, der dann in die Zone der Druckbelastung zu liegen kommen soll. Eine solche gruppenweise Verteilung von Riffelungen an Verpressungsverbindungen ist an sieh bekannt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 eine Ansicht zweier Kurbelwangen mit aufgesteckter Pleuelstange und abgebrochenen Haup_ t lagerzapfen, F i g. 2 eine Stirnansicht davon, F i g. 3 eine teilweise geschnittene Artsicht eines Teils eines Kurbellagerzapfens, F i g. 4 eine Stirnansicht gemäß Pfeil A in F i g. 3, F i g. 5 eine Ansicht eines Teils eines Kurbeliagerzapfens, F i g. 6 eine Stirnansicht gemäß Pfeil B in F i g. 5, F i g. 7 eine Ansicht eines Teils eines Kurbellagerzapfens, F i g. 8 eine Stirnansicht gemäß Pfeil C in F i g. 7, F i g. 9 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils eines Kurbellagerzapfens, F i g. 10 eine Stirnansicht gemäß Pfeil D in F i g. 9, F i g. 11 eine teilweise geschnittene Ansieht eines Teils eines Kurbellagerzapfens, F i g. 12 einen Schnitf gemäß der Linie 12-12 in F i g. 11, F i g. 13 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils eines Kurbellagerzapfens, F i g. 14 einen Querschnitt durch den Kurbellage zapfen gemäß der Linie 14-14 in F i g. 13, F i g. 15 eine Ansicht eines Teils eines Kurbellagerzapfens, F i g. 16 eine Stirnansicht gemäß Pfeil E in F i g. 15.
In F i g. 1 ist eine Pleuelstange 20 dargestellt, die am kolbenseitigen Ende einen einäugigen Pleuelkopf 35 und am kurbelseitigen Ende einen einäugigen Pleuelkopf 34 aufweist. Die Pleuelstange 20 ist an ihrem kurbelseitigen Ende auf einen in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Kurbellagerzapfen 27 gelagert. Auf die beiden Enden des Kurbellagerzapfens 27 sind mit Gegengewichten 25, 26 versehene Kurbelwangen 21 und 22 aufgepreßt. Dabei sind die Zapfenenden in Bohrungen 18, 19 der Wangen 21, 22 eingepreßt. Die Wangenbohrungen weisen gegenüber den Zapfendurchmessern einen geringeren Durchmesser auf. In die Kurbelwangen 21 und 22 sind ferner Hauptlagerzapfen 23 bzw. 24, und zwar in Bohrungen 16,17 dieser Kurbelwangen 21, 22 eingepreßt, die auch gegenüber den Zapfen geringeren Durchmesser haben.
Die mit den glatten Bohrungen 17 bis 19 der Kurbelwangen 21, 22 verpreßten Enden des Hauptlagerzapfens 27 und der Kurbellagerzapfen 23, 24 sind in den in F i g. 3 bis 16 erläuterten Varianten mit längsgerichteten Nuten versehen. Die Gestaltung der Nuten am anderen Ende des Zapfens ist gleich.
Die Nuten 38 des in den F i g. 3 und 4 dargestellten Hauptlagerzapfens 27 weisen ein sich zum Außenumfang des Zapfens 27 hin öffnendes trapezähnliches Profil auf, wobei die Nutentiefe der einzelnen Nuten 38 in der ganzen Länge gleich ist. Die Rückenbreite der einzelnen zwischen den Nuten 38 verbleibenden Rippen ist in allen Fällen größer als die der Nutenbreite.
In dem in F i g. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Gruppen von Nuten 39 auf zwei sieh aneinander diametral gegenüberliegende Sektoren des Zapfens 27 beschränkt. Die einzelnen längsgerichteten Nuten 39 sind bei dieser Ausführung wiederum im Querschnitt trapezähnlich und mit in ihrer Länge gleichbleibender Nutentiefe ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 und 8 ist nur jener Teil des Zapfens 27 mit im Querschnitt trapezähniichen, längsgerichteten Nuten 41 gleichbleibender Tiefe versehen, der in die Zone der Druckbelastung zu liegen kommt.
Gemäß F i g. -9 und 10 ist wieder der gesamte Umfang des zu vierpressenden Teiles des Zapfens 27 mit Nuten 43 versehen. Die Nuten 43 sind hierbei wieder gleichmäßig am gesamten Umfang verteilt und weisen wiederum trapezähnliche Querschnitte auf.
Bei dieser Ausführungsart nimmt jedoch die Nutentiefe in Richtung des Aufschiebens des Gegenstückes, also in Richtung des Aufschiebens der Kurbelwange 21 bzw. 22 zu (s. F i g. 9).
Bei sonst mit F i g. 8 und 9 übereinstimmenden Anordnung und Querschnittsform der Nuten 45 ist in F i g. 9 und 10 die Nutentiefe (s. F i g. 11 und 12) so ausgebildet, daß sie zunächst in Richtung des Aufschiebens der Kurbelwange 21 bzw. 22 geradlinig zu-und dann wieder abnimmt oder daß gemäß F i g.13, 14 die Zu- und Abnahme der Nutentiefe der Nuten 47 nach einer stetigen Kurve verläuft.
In einer weiteren Ausführungsform (F i g. 15, 16) verlaufen die Nuten 49 nach einer Schraubenlinie. Derartige Kurbelwellen - Verpressungen ermöglichen eine wesentliche Erhöhung des durch die Kurbelwelle übertragbaren Drehmoments.

Claims

Patentansprüche: 1. Verpressungsverbindung zwischen Kurbelwangen von Kurbelwellen einerseits und Kurbel-bzw. Hauptlagerzapfen andererseits, bei der der Zapfen in eine Wangenbohrung engeren Durchmessers eingepreßt und mit längsgerichteten Nuten versehen ist,dadurch gekennzeichn e t, daß auf dem gegenüber der Lagerfläche des Zapfens durch eine Ringnut abgesetzten Zapfenende Längsnuten und Rippen derjenigen Art vorgesehen sind, die nach Art bekannter Kerbstifte aus Nuten von trapezähnlichem Querschnitt und aus Rippen bestehen, deren Rücken auf dem zylindrischen Umfang des Zapfenendes liegt und ein Mehrfaches der Nutenbreite aufweist, wobei jedoch Nuten und Rippen sich über die ganze Länge des abgesetzten Zapfens erstrecken.
2. Verpressungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutentiefe in der Weise entgegen der Richtung des Einschiebens des Zapfens in die Wange zunimmt, daß der Nutengrund gegenüber der zylindrischen Umfangsfläche des Zapfenendes geneigt ist.
3. Verpressungsverbindung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutentiefe in der Richtung des Aufschiebens des Gegenstückes zunächst zu- und dann wieder abnimmt.
4. Verpressungsverbindung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abnahme der Nutentiefe nach einer stetigen Kurve verläuft.
5. Verpressungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten nach einer Schraubenlinie verlaufen.
6. Verpressungsverbindung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmig verlaufenden Nuten der an den beiden Enden eines Kurbelzapfens vorgesehenen Verpressungsverbindung gegenläufig und so gerichtet sind, daß sie im Sinn eines Festspannens der Kurbelwange gegen die Zapfenschulter wirken.
7. Verpressungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten in Gruppen auf bestimmte Sektoren des Umfangs beschränkt sind. B.
Verpressungsverbindung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutengruppen auf zwei sich einander diametral gegenüberliegende Sektoren beschränkt sind.
9. Verpressungsverbindung nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutengruppen auf einen einzigen Sektor beschränkt sind, der in die Zone der Druckbelastung zu liegen kommt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 559 779, 556 836; französische Patentschrift Nr. 1010 532; britische Patentschriften Nr. 640 638,183 035; USA.-Patentschrift Nr. 2119 334.