DE3737601A1 - Verfahren zur herstellung von aufgebauten kurbelwellen durch aufweiten der zapfen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von aufgebauten kurbelwellen durch aufweiten der zapfenInfo
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- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem
Oberbegriff des 1. Anspruchs. Kurbelwellen für kleinere
Kolbenmaschinen, insbesondere Otto- und Diesel-Motoren werden
oft aus Guß oder im Gesenk geschmiedet einstückig hergestellt;
die Zapfen werden anschließend mechanisch bearbeitet und
schließlich gehärtet. Dadurch, daß diese Arbeiten an dem
ansonsten fertigen Werkstück ausgeführt werden müssen, sind sie
verhältnismäßig aufwendig. Kurbelwellen für größere Motoren
werden dagegen aus Einzelteilen aufgebaut, wie sie unter
Berücksichtigung der fertigungstechnischen Möglichkeiten zur
Verfügung stehen; typische Lösungen zeigen die DE-B-16 25 579,
wo die Trennungslinie zwischen den Einzelteilen durch die
Wangen verläuft und die DE-B-20 23 364, wo die Zapfen geteilt
sind. Durchweg werden die Einzelteile durch Schweißen
miteinander verbunden; dies gilt selbst dann, wenn die
Kurbelwelle aus aneinandergesetzten Blechpreßlingen aufgebaut
werden soll (DE-C-4 98 170). Dem Fachmann ist auch bekannt
(DE-C-8 48 728), daß die Kurbelwelle zur Gewichtsersparnis hohl
ausgeführt werden kann und zu Zapfen und Wangen jeweils
unterschiedliche Werkstoffe genommen werden können, deren jeder
den spezifischen, unterschiedlichen Belastungen besser
gewachsen ist, denen diese Bauteile ausgesetzt sind. Aus der
DE-A-19 22 488 ist der Einsatz einer der Verbesserung der
Haftung zwischen den durch Elektronenstrahlschweißen
miteinander verbundenen Einzelteilen dienende Zwischenschicht
bekannt. Die DE-A-19 51 097 zeigt, daß vor dem Zusammenbau der
Einzelteile auf eines derselben (hier den Lagerzapfen) ein
fertiges Antriebselement (hier ein Zahnrad) aufgeschoben und
befestigt werden kann. Der gleichen Schrift kann der Fachmann
auch den Vorschlag entnehmen, die Einzelteile an den Trenn
flächen so auszubilden, daß sie vor dem Verschweißen ineinander
geschoben werden können, um eine Montagehilfe zu bieten.
Zur Verbindung der Kurbelwelle mit den Kolben werden durchweg
geteilte Pleuel verwendet, die gleichfalls verhältnismäßig
aufwendig in der Herstellung sind und besondere Aufmerksamkeit
bei der Montage erfordern, um einen einwandfreien Rundlauf der
Zapfen zu gewährleisten; dies besonders, wenn statt der
vielfach verwendeten Gleitlager an dieser Stelle Wälzlager
eingesetzt werden sollen. Das Befestigen von Rohren in
Bohrungen anderer Teile durch Aufweiten ersterer ist aus dem
Wärmetauscherbau bekannt, wobei sowohl mechanische als auch
hydraulische Aufweitvorrichtungen Verwendung finden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein kostengünstiges
Verfahren zur Herstellung von aufgebauten Kurbelwellen, bei
denen für die einzelnen Teile Werkstoffe gewählt werden können,
die den zu erwartenden unterschiedlichen, spezifischen
Belastungen besonders angepaßt sind. Die Einzelteile sollen
dabei vor dem Fügen fertig bearbeitet sein, so daß bis auf ein
Richten und Feinwuchten keine Nachbearbeitung erforderlich ist.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten
Kurbelwellen sollen mit einfacher anzubringenden Schmierkanälen
versehen sein und ggf. auch gute Notlaufeigenschaften
aufweisen. Durch den mit der Herstellung gleichzeitig
einhergehenden Einbau von Antriebselementen, wie Lagern und
Pleueln sollen diese zugleich vereinfacht und in ihren
Laufeigenschaften verbessert werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden
Teil des 1. Anspruchs angegebenen Schritte. Durch die
elastische Verformung der Wangen federn diese nach beendetem
Aufweitvorgang auf die Zapfen zurück, wodurch eine Verbindung
geschaffen wird, die auch den hohen zu übertragenden Momenten
standhält. Eine stoff- oder formschlüssige Verbindung ist dann
in der Regel nicht mehr erforderlich.
Der Aufweitvorgang verlangt die Wahl verhältnismäßig duktiler
Werkstoffe für die Zapfen. Diese können in herkömmlicher Weise
einer anschließenden Oberflächenhärtung unterzogen werden, doch
erscheint ein Vorgehen nach dem 2. Anspruch vorteilhafter. Für
die Lagerbuchsen kann dann ein im Hinblick auf seine Lager
eigenschaften, z. B. seine Härte optimierter Werkstoff gewählt
werden. Der Aufweitvorgang der Zapfen wird so durchgeführt, daß
die Lagerbuchsen zwar in ihrer Lage fixiert, doch keinen oder
nur geringen elastischen Verformungen unterzogen werden.
Entsprechend der im 3. Anspruch vorgeschlagenen Ausgestaltung
der Erfindung können bereits vor dem Fügen ungeteilte Wälzlager
auf die Zapfen aufgebracht werden. Da das Fügen ohne
Wärmeeinwirkung und ohne die auch bei fortschrittlichen
Schweißverfahren nicht ganz zu beseitigende Gefahr des
Auswurfes von Material aus der Schweißstelle abläuft, werden
die Lager hierbei nicht gefährdet.
Entsprechend dem im 4. Anspruch gemachten Vorschlag können,
ggf. gleichzeitig mit den oben vorgeschlagenen Wälzlagern auch
ungeteilte Pleuel auf die Zapfen aufgeschoben werden. Da die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kurbelwellen
soweit verbessert sind, daß ihre Lebensdauer nicht mehr der
begrenzende Faktor für die Dauerhaftigkeit der ganzen Maschine
darstellt, kann auf die dann fehlende Reparierbarkeit durch
Auseinandernehmen der Pleuel verzichtet werden.
Die im 5. Anspruch vorgeschlagene Materialwahl für die
Lagerbuchsen gewährleistet bei Verwendung von Gleitlagern eine
gleichmäßige, gut dosierbare Schmierung der Lagerflächen. Das
Sintermaterial bietet darüber hinaus gemäß dem 6. Anspruch die
Möglichkeit, gewisse Mengen an einem Festschmierstoff zu
speichern, der bei Ausfall der eigentlichen Ölversorgung den
Lagern gewisse Notlaufeigenschaften vermittelt. Nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem 8. Anspruch kann
zwischen den zu fügenden Flächen der Zapfen und Wangen eine
Dichtstoffschicht vorgesehen sein, um die zweckmäßigerweise als
durchgehende Nuten ausgeführten Schmierölkanäle nach den Enden
abzudichten. In weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens gemäß
dem 9. Anspruch wird eine Dichtschicht aus Weichmetall, z. B.
Kupfer verwendet.
In einer im 10. Anspruch definierten Variante des Verfahrens
werden die Zapfen über ihre gesamte Länge aufgeweitet und die
Lagerbuchsen ebenfalls elastisch verformt. Es wird ein
besonders inniger Verbund zwischen Lagerbuchsen und Zapfen
erreicht. In einer Abwandlung dieses Verfahrens gemäß dem 11.
Anspruch wird durch das Einpressen der Lagerbuchsen in die
dafür vorgesehenen Bohrungen der Wangen eine vorläufige, als
Montagehilfe dienende Verbindung geschaffen, die durch das
anschließende Aufweiten des Zapfens abgelöst wird.
Diese Verfahrensart eignet sich weniger für Lagerbuchsen aus
verhältnismäßig hartem und sprödem Werkstoff, da dessen
Oberfläche bei elastischer Aufweitung zur Rißbildung neigt.
Hierfür bietet sich die Variante gemäß dem 12. Anspruch an,
nach der nur diejenigen Teile der Lagerbuchsen mit aufgeweitet
werden, die in die Bohrungen der Wangen hineinragen und deren
Oberfläche somit nicht als Lagerfläche benötigt wird. Diese
Fläche könnte z. B. bei der vorhergehenden Härtung der
Lagerbuchsen ausgespart werden. Die Verwendung von mit Bunden
versehenen Lagerbuchsen gemäß dem 13. Anspruch schafft sowohl
einen Anschlag beim Einführen in die Bohrungen der Wangen und
versteift sie darüber hinaus so, daß die Auswirkungen der
elastischen Verformung an den Enden sich nicht dem mittleren,
als Lager genutzten Teil mitteilen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar
Fig. 1 ausschnittsweise im Längsaxialschnitt,
Fig. 2 in einem Ausschnitt aus der Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab und
Fig. 3 einen anderen Ausschnitt im Längsaxialschnitt.
Die Kurbelwelle besteht aus einer Anzahl von Wangen 1, die in
bezug auf ihre konstruktive Ausgestaltung und den Werkstoff so
optimiert werden, daß das günstigste Verhältnis von Gewicht zu
Biegesteifigkeit erreicht wird. Die Wangen 1 sind mit Bohrungen
versehen, in die Lagerzapfen 2 aus einem besonders duktilen
Material mit geringem Spiel hineingesteckt werden. Anschließend
werden sie mit Hilfe einer teils aufgebrochen gezeichneten
Sonde 3 aufgeweitet, die über einen Kanal 31 mit Druckfluid
versorgt wird, das in durch Dichtungen 32 abgegrenzte
Aufweitbereiche austritt und die Lagerzapfen 2 plastisch
verformt, die angrenzenden Teile der Wangen 1 jedoch nur
elastisch. Vor dem Fügen sind auf die Lagerzapfen 2
Lagerbuchsen 4 aus einem hierfür besonders geeigneten, z. B.
gehärteten Werkstoff aufgebracht worden. Die Lagerbuchsen 4
können (siehe Fig. 3) aus einem porösen Sintermaterial
hergestellt sein, das mit Festschmierstoff getränkt sein kann.
In jedem Falle erfolgt eine ausreichende Schmierstoffversorgung
über Bohrungen 11 in den Wangen 1 (die vor dem Zusammenbau ohne
Schwierigkeiten vorzunehmen sind) und Schmierkanälen 21 in den
Lagerzapfen 2, die hier der Einfachheit halber die Form von
eingefrästen Nuten haben können. Ebenfalls vor dem
Zusammenfügen sind auf die Lagerzapfen 2 ungeteilte
Pleuelstangen 5 aufgeschoben worden. Die die Vermittlung der
Bewegung zwischen den beiden Teilen übernehmenden Lager können
als Gleitlager 6 oder Wälzlager 7 ausgeführt sein, die beide
ebenfalls vor dem Zusammenfügen der Wangen 1 und Lagerzapfen 2
auf letztere aufgebracht wurden. Als Montagehilfe vor dem
Aufweiten können die (eventuell) dünner gehaltenen Enden der
Lagerbuchsen 4 mit in die Bohrungen der Wangen 1, hier aber mit
Preßsitz eingeführt worden sein. Damit die durch das Aufweiten
der Zapfen hervorgerufene elastische Verformung der
Lagerbuchsen 4 nur auf das verjüngte Teil 42 beschränkt bleibt,
können auch noch Verstärkungen in Form von Bunden 41 vorgesehen
sein. Zwischen die Wangen 1 und die Zapfen 2 kann eine Dicht
schicht 8, z. B. aus Kupfer, Gummi oder Kunststoff gelegt
werden, die diese Verbindung gegenüber den Schmierkanälen 11,
21 abdichtet.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen für Kolben
maschinen aus einzeln hergestellten und anschließend gefügten
Wangen (1) und Zapfen (2), dadurch
gekennzeichnet, daß die als Hohlzylinder
ausgeführten Zapfen (2) durch Aufweiten plastisch verformt und
in den entsprechenden Bohrungen der Wangen (1) zur Anlage
gebracht, sowie letztere elastisch verformt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß auf die Zapfen (2) vor dem
Fügen hohlzylindrische Lagerbuchsen (4) aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß nur Teile der Lagerbuchsen
(4) mit den Zapfen (2) verformt werden, die außerhalb der
Lagerfläche liegen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß Lagerbuchsen (4) verwendet
werden, die außerhalb der Lagerflächen mit Bunden (41) versehen
sind.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß Lagerbuchsen (4) verwendet
werden, die an ihren Enden eine verringerte Wandstärke (42)
aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß auf die Lagerbuchsen (4) vor
dem Fügen Gleit- (6) bzw. Wälzlager (7) aufgebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß auf die Zapfen (2) bzw. die
Gleit- (6) oder Wälzlager (7) vor dem Fügen ungeteilte Pleuel
stangen (5) aufgebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß Wangen (1) und Zapfen (2)
oder Lagerschalen (4) mit aufeinander abgestimmten Schlüssel
einbuchtungen bzw. -vorsprüngen versehen werden, die nur eine
Orientierung der Teile zueinander zulassen.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lagerbuchsen (4) mit
Preßsitz in die Bohrungen der Wangen (1) eingeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lagerbuchsen (4) für die
Dauer des Fügens von Wangen (1) und Zapfen (2) unterkühlt
werden.
Priority Applications (12)
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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