DE2160586A1 - CRANKSHAFT - Google Patents

Description

Kurbelwelle Die Erfindung he-trifft eine Kurbelwelle mit einer oder mehre-ren in einer linearen Modellteilungsebene quer zur Beanspruchungsrichtung liegenden Kröpfungen mit in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Ifurbelwangen angebrachten Entlastungsmulden. Crankshaft The invention relates to a crankshaft with an or several in a linear model division plane perpendicular to the direction of stress lying cranks with in the transition areas endangered by fatigue fractures Relief troughs attached between the tenons in the Ifurbelwangen.

Im Maschinen- und Motorenbau bedingt der Verwendungszweck für Kurbelwellen eine Gestalt, bei der scharfe Umlenkungen der Ha;uptsparniungslinien nicht zu vermeiden sind0 Im Bereich des Ubergangs von den Zapfen in die Kurbelwangen werden die Sparniungslinien stark zusammengedrängt, was auf große Spannungskonzentrationen in diesem Bereich schließen läßt.In machine and engine construction, the intended use for crankshafts dictates a shape in which sharp deflections of the main saving lines cannot be avoided are0 In the area of the transition from the journal to the crank webs, the cutting lines are strongly compressed, which indicates large concentrations of stress in this area lets close.

Derartige Spannungskonzentrationen verursachen Dauerbrüche, die praktisch immer an den Übergängen- zwischen Zapfen und Kurbelwangen beginnen und im Falle der Biegebeanspruchung in die Kurbelwangen hineinlaufen. Bei Verdrehung nehmen die Dauerbrüche ihren Formlauf in den Zapfen0 Solche Spannungskonzentrationen können teilweise durch Ausrundungen mit einem mehr oder weniger großen Radius an den Übergängen von den Zapfen zu den Kurbelwangen abgebaut werden.Such stress concentrations cause fatigue fractures, which is practical always start at the transitions between the pin and the crank web and in the case the bending stress run into the crank webs. When twisted, they take Fatigue fractures cause their shape to run in the journal 0 Such stress concentrations can occur partly by fillets with a more or less large radius at the transitions be removed from the journals to the crank webs.

Bekannt ist auch, den Verlauf der Sparnaungslinien an den Übergangsstellen zwischen Kurbelwangen und Lagerzapfen in einem großen Bogen herumzuleiten, indem nierenförmige Entlastungsmulden auf den Kurbelwangenflächen angebracht werden, die zu einem gleichmäßigen Spannungsverlauf führen und damit die Torsions- und Biegefestigkeit der Kurbelwelle stark verbessern sollen. Derartige Vertiefungen können aber bei gegossenen Kurbelwellen nur durch Kerne oder Losteile, die in die Modellform eingelegt sind, erzeugt werden, was einen nicht unbeachtlichen besonderen Aufwand erfordert (DT-PS 143 574)O Ferner ist eine geschmiedete Kurbelwelle vorgeschlagen worden, bei der an den Übergängen zwischen Lagerzapfen und Kurbelwangen zur Vergleichmäßigung des Spannung sverlaufs quer zur Kröpfungsebene voll durchsetzende Einbauchungen angebracht sind. Bei dieser Kurbelwelle müssen bes-tirmute Kurbelwangendicken vorliegen, da die Kurbelwangen auf der Seite ihrer Ausbauchungen spanend bearbeitet werden müssen Eine spanende Bearbeitung -bewirkt aber eine Störung des Faserverlaufs (DT AS 1 078 819)o Schließlich ist in der CM POS 383 083 eine geschiniedete Kurbelwelle mit -hohlem Zapfen dargestellt, bei der zylindrische Einbauchungen auf der dem Wellenzapfen zugekehrten Wangenflächen angebracht - sind. Bei gegossenen Kurbelwellen sind derartige Einbauchungen nur unter Verwendung von Kernen und Losteile herstellbar, da die Wangenform bzw. die Form der Kurbelwelle eine Modellteilung in der Beanspruchungs richtung bewirkt Bekannt ist auch eine kernlos gegossene Kurbelwelle, auf deren dem Kurbel und Wellenzapfen zugewandten Wangenflächen-Entlastungsmulden angebracht sind, die zur entsprechenden Ebene des-jeweiligen Wangenblattes geneigt längsmittig von den Zapfenübergängen mit ständig zunehmender Breite bis zu den Blattenden verlaufen (DT-AS 1 525 268).It is also known the course of the savings lines at the transition points between crank webs and bearing journals in a large arc by kidney-shaped relief troughs are attached to the crank web surfaces, the lead to an even tension curve and thus the torsional and flexural strength the crankshaft should improve greatly. Such wells can, however, at cast crankshafts only through cores or loose parts that are inserted into the model mold are to be generated, which requires a not inconsiderable special effort (DT-PS 143 574) O Furthermore, a forged crankshaft has been proposed, in the case of the transitions between bearing journals and crank webs for equalization indentations that fully penetrate the course of the tension transversely to the cranking plane are appropriate. With this crankshaft, the crankshaft must be of the right thickness, because the crank webs are machined on the side of their bulges Machining -but causes a disruption of the grain (DT AS 1 078 819) o Finally, there is a split crankshaft in the CM POS 383 083 Shown with a hollow journal, with the cylindrical indentations on the shaft journal facing cheek surfaces - are attached. These are the case with cast crankshafts Indentations can only be produced using cores and loose parts, since the shape of the cheek or the shape of the crankshaft a model division in the direction of stress Also known is a coreless cast crankshaft on which the crank and shaft journal facing cheek surface relief depressions are attached, which to the corresponding plane of the respective cheek sheet inclined longitudinally center of the Pin transitions with constantly increasing width run to the leaf ends (DT-AS 1 525 268).

Der Nachteil dieser Kurbelwelle besteht darin, daß die Modell teilungsebene abgesetzt ist u.nd n.ur bestimmte Kurbelwell enformen kerrl10s gegossen werden können.The disadvantage of this crankshaft is that the model dividing plane is discontinued and only certain crankshaft shapes can be cast in kerrl10s.

Bei allen diCsCii zum Stand der Technik zählenden Kurbelwellen ist jedoch eine optimale GestaltSestigkeit, insbesondere in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen von den Zapfen zu den Kurbelwangen nicht gewährleistet, da bisher nicht in allen Fällen der Einfluß der Querschnittsform der Kurbelwangen in den bruchgefährdeten Bereichen auf die Gestalfestigkeit der Kurbelwellen berücksichtigt worden ist Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei Kurbelwellen die in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Kurbelwangen angebrachten Entlastungsmulden so zu gestalten, daß nicht nur di.e Kurbelwelle kernlos herstellbar ist, sondern auch eine optimale Gestaltfestigkeit der gefährdeten Bereiche gegenüber Riegel und Torsionsbeanspruchungen erzielt wird.In all state-of-the-art diCsCii crankshafts, however, optimal shape stability, especially in those at risk from fatigue fractures Transition areas from the journals to the crank webs not guaranteed, since so far not in all cases the influence of the cross-sectional shape of the crank webs in those at risk of breakage Areas on the structural strength of the crankshafts has been taken into account the invention is therefore, in crankshafts in the endangered by fatigue fractures Relief troughs attached to transition areas between the journals in the crank webs to be designed in such a way that not only the crankshaft can be produced without a core, but also also an optimal structural stability of the endangered areas against bolt and Torsional loads is achieved.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kurbelwangen in den dauerbruchgefährdeten Bereichen einen asymetrisch zur Modellteilungsebene liegenden Querschnitt aufweisen Wach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt einer Kurbelwange gegenüber dem Querschnitt der unmittelbar benachbarten Kurbelwange bezogen auf eine senkrecht zur Modellteilungsebene gelegte Symetrieebene wechselsymetrisch angeordnet.This object is achieved according to the invention in that the crank webs In the areas at risk of fatigue failure, one asymmetrical to the model division level have lying cross-section. Another feature of the invention is that Cross section of a crank web compared to the cross section of the immediately adjacent one Crank web based on a plane of symmetry placed perpendicular to the model division plane arranged alternately symmetrically.

Bei Kurbelwellen mit mehreren Kröpfungen sind die Querschnitte der Kurbelwangen einer Kröpfung spiegelsymetrisch zu einer entsprechenden senkrecht zur Modellteilungsebene gelegten Symetrieebene und gegenüber den Querschnitten der Kurbelwangen der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymetrisch zu einer senkrecht zur Nodellteilungsebene zwischen den Kröpfungen liegenden Symetri e ebene angeordn.etO Durch die besondere Gestaltung der Querschnittsform der Kurbelwangen in den dauerbruchgefährdeten Bereichen und die Anordnung der Querschnitte zueinander, wird die Beanspruchung der Kurbelwelle jeweils diagonal auf die schwa'cheren bzwO stärkeren Bereiche der Wangen übertragen, so daß schließlich die asymetrische Anordung der Querschnitte symetrisch wird, weil beide Übergänge von den Wangen zu den Zapfen gleich belastet werden0 Dadurch wird die Festigkeit gegenüber Dauerbruchen erheblich erhöht und ein sehr gleichmäßiger Kraftlinienverlauf über den Querschnitt erzielt.In the case of crankshafts with several crankings, the cross-sections are Crank webs of an offset mirror-symmetrically to a corresponding perpendicular placed on the model division level Plane of symmetry and opposite the Cross-sections of the crank webs of the immediately adjacent crank, alternately symmetrical to a symmetry lying perpendicular to the plane of division between the cranks e level angeordn.etO Due to the special design of the cross-sectional shape of the crank webs in the areas at risk of fatigue fracture and the arrangement of the cross-sections in relation to one another, the load on the crankshaft is diagonally applied to the weaker or transferred to thicker areas of the cheeks, so that finally the asymmetrical arrangement the cross-section becomes symmetrical because both transitions from the cheeks to the tenons are equally loaded 0 This increases the resistance to fatigue fractures considerably increased and a very even line of force over the cross-section is achieved.

Als besonders zweckmäßig hat sich eine Querschnittsform der Kurbelwangen erwiesen, deren neutrale Faser quer zur Modellteilungsebene gesehen, 5-förmig oder t-förmig gestaltet ist.A cross-sectional shape of the crank webs has proven to be particularly useful proven to have a neutral fiber across the model division plane, 5-shaped or is designed t-shaped.

Bei Kurbelwellen, bei denen sich die Zapfen überdecken, ist es angebracht, die Kurbelwangen nur im Überdeckungsbereich zwischen den Zapfen mit der erfindungsgemäßen Querschnittsform zu versehen, weil dadurch optimale Gegengewichte geschaffen werden.In the case of crankshafts in which the journals overlap, it is advisable to the crank webs only in the overlap area between the pins with the inventive To provide cross-sectional shape, because this creates optimal counterweights.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung verlaufen die in .den Kurbelwangen auf der Seite der Kurbelzapfen quer zur Belastungsrichtung liegenden Entlastungsmulden durchgehend bis zu den Kurbelwangenenden.According to a special feature of the invention, the run in .den Crank webs lying on the side of the crank pin at right angles to the load direction Relief troughs all the way to the ends of the crank webs.

Durch die Erfindung werden in vorteilhafter Weise Kurbel-und Wellenzapfen um den Betrag der Muldenhöhe verlängert und gleichzeitig die dauerbruchgefährdeten Bereiche mit einem größeren Radius als im übrigen Bereich ausgebildet, so daß sich eine gleichmäßige Spannungsverteilung in den Kurbelwangen in den dauerbruchgefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen ergibt.The invention advantageously provides crank and shaft journals extended by the amount of the trough height and at the same time those at risk of fatigue failure Areas with a larger radius than in the rest of the area, so that there is an even distribution of stress in the crank webs in those at risk of fatigue failure Transition areas between the pins results.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft darge stellt und wird im folgenden näher erläutert.The invention is illustrated by way of example in the drawings and Darge is explained in more detail below.

Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer Kröpfung einer gegossenen Kurbelwelle mit in den dauerbruchgefährde ten Übergangsbereichen zwischen dem Kurbelzapfen 1 und dem Wellenzapfen 2 in den mit Gegengewichten 3 versehenen Kurbelwangen 4 aufgrund der - erfindungsgemäßen Querschnittsform der Kurbelwangen 4 angebrachte wechselsymterisch liegenden Entlastungs mulden 5.The figures show: FIG. 1 a side view of a crank of a cast Crankshaft with transition areas between the crank pin that are endangered by fatigue failure 1 and the shaft journal 2 in the crank webs 4 provided with counterweights 3 due to the cross-sectional shape according to the invention of the crank webs 4 attached alternately symmetrically lying relief troughs 5.

Fig, 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-B der Fig. 1.FIG. 2 shows a cross section along section line A-B of FIG. 1.

Fig. 7 einen Horizontalschnitt entlang der abgesetzten senkrecht zur Modellteilungsebene G verlaufenden Schnittlinie C - D der Fig. 2 durch den dauerbruchgefährdeten Bereich der Kurbelwange 4.Fig. 7 is a horizontal section along the offset perpendicular to Section line C - D of FIG. 2 running through the model division plane G through the endangered fatigue fracture Area of the crank web 4.

Fig 4 eine Seitenansicht einer Kurbelwelle mit zwei Kröpfungen, wobei die in den dauerbruchgefährdeten Bereichen zwischen den Zapfen 7, 8 in den Kurbelwangen 9 aufgrund der erfindungsgemäßen Querschnittsform der Kurbelwangen angeordneten Entlastungs mulden 10 bei den Kurbelwangen 9 einer Kröpfung spiegelsymetrisch und gegenüber den Kurbelwangen 9 der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymetrisch angeordnet sind0 Fig. 5 eine Steitenansicht einer Kurbelwelle mit einer Kröpfung, wobei nur in den dem Kurbelzapfen 11 zugewandten Seiten der Kurbelwange 12 aufgrund des asymetrischen Kurbelwangenquerschnitts wechselsymmetrisch liegende En-tlastmngsmulden 13 zu zu angeordnet sind.4 shows a side view of a crankshaft with two offsets, wherein those in the areas at risk of fatigue failure between the pins 7, 8 in the crank webs 9 arranged due to the cross-sectional shape of the crank webs according to the invention Relief troughs 10 in the crank webs 9 a crank and mirror symmetry alternately symmetrical with respect to the crank webs 9 of the immediately adjacent crank are arranged0 Fig. 5 is a side view of a crankshaft with a crank, only in the sides of the crank web facing the crank pin 11 12 due to the asymmetrical crank web cross-section, alternately symmetrical Relief mng troughs 13 are arranged too.

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Kurbelwellenkröpfung, bei der in dauerbruchgrefährdeten Bereich zwischen dem Wellenzapfen 14 und dem Kurbelzapfen 15 auf der dem Kurbelzapfen 15 zugewandten Seite der Kurbelwange 16 eine Entlastungsmulde 17 angeordnet ist0 Die Kurbelwange 18 zwischen dem Kurbelzapfen 15 und dem Kurbelzapfen 19 ist über ihre ganze Länge mit Entlastungsmulden 20 versehen.Fig. 6 is a side view of a crankshaft offset, in which in the endurance failure-endangered Area between the shaft journal 14 and the crank journal 15 on the crank journal 15 facing side of the crank web 16 a relief trough 17 is arranged0 The crank web 18 between the crank pin 15 and the crank pin 19 is over Provided with relief troughs 20 their entire length.

PatentansprücheClaims

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE 1) Kurbelwelle mit einer oder mehreren in einer vorzugsweise linearen No dellte ilungs ebene quer zur Beanspruchungsrichtung liegenden Kröpfungen mit in den durch Dauerbrüche gefährdeten Übergangsbereichen zwischen den Zapfen in den Kurb eiwangen angebrachten Entlastungsmulden dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwangen in den geiährdeten Übergangsbereichen einen asymetrisch zur Modells teilungsebene liegenden Querschnitt aufweise, 2) Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt einer Kurbelwange gegenüber dem Querschzl.itt der unmittelbar benachbarten Kurtelwange, bezogen auf eine senkrecht zur Modellteilungsebene entsprechend liegende Symetrieebene, wechselsymetrisch angeordnet ist.PATENT CLAIMS 1) Crankshaft with one or more in one preferably crankings lying transversely to the direction of stress with in the transition areas between the pins endangered by fatigue fractures Relief troughs attached to the crank cheeks, characterized in that the crank webs in the endangered transition areas are asymmetrical to the model having a cross-section lying on the dividing plane, 2) crankshaft according to claim 1, characterized in that characterized in that the cross-section of a crank arm opposite the cross-section of the immediately adjacent Kurtelwange, based on a plane perpendicular to the model division plane corresponding lying plane of symmetry, is arranged alternately symmetrically. 3) Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dß bei Kurbelwellen mit mehreren Kröpfungen die Querschnitte der Kurbelwangen einer Kröpfung spiegelsymetrisch zu einer seSirecht zur Modellteilungsebene entsprechend gelegten Symetrieebene und gegenüber den Querschnitten der Kurbelwangen der unmittelbar benachbarten Kröpfung wechselsymetrisch zu einer senkrecht zur Modellteilungsebene zwischen den Kröpfungen entsprechend liegenden Symetrieebene angeordnet sind.3) crankshaft according to claim 1, characterized in that in the case of crankshafts with several cranks, the cross-sections of the crank webs of a crank are mirror-symmetrical to a symmetry plane corresponding to the model division plane and compared to the cross-sections of the crank webs of the immediately adjacent offset alternately symmetrical to one perpendicular to the model division plane between the cranks are arranged accordingly lying plane of symmetry. 4) Kurbelwelle nach einem .oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Faser der asymetrisch zur Modellteilungsebene liegenden Querschnitte der Kurbelwangen - oder L-förmig gestaltet ist.4) crankshaft according to one .or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the neutral fiber lies asymmetrically to the model division plane Cross-sections of the crank webs - or L-shaped. 5) Kurbelwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kurbelwelle mit sich überdeckenden Zapfen die Kurbelwangen nur im Uberdeckungsbereich einen zur Modellteilungsebene asymetrischen Querschnitt aufweisen.5) crankshaft according to one or more of claims 1 to 4, characterized characterized in that in the case of a crankshaft with overlapping pins, the crank webs only in the coverage area one asymmetrical to the model division level Have cross-section. 6) Kurbelwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der asymetrisch zur Modellteilungsebene liegende Querschnitt sich durchgehend bis zu den Enden der KurbelwangenerstrecktO6) crankshaft according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized in that the cross-section lying asymmetrically to the plane of division of the model extends continuously to the ends of the crank webs O