DE4138159C2 - Lösbare Verbindung eines Kurbelzapfens mit dem Ende einer Kurbelwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die lösbare Verbindung eines Kurbelzapfens mit dem Ende einer Kurbelwelle, bei der der Kur­ belzapfen radial in einer Aufnahme am Ende der Kurbelwelle, verschraubbar ist.

Der Kurbelzapfen ist exzentrisch zur Achse der Kurbelwelle an­ geordnet, um eine rotierende Bewegung in eine hin- und herge­ hende Bewegung bzw. umgekehrt umzusetzen. Einstückig ausgebil­ dete Kurbelwellen, die entweder von einem Pleuel angetrieben werden oder ein solches antreiben, sind seit langem bekennt. Dabei besteht in den meisten Fällen die Lagerung der Welle und auch die Lagerung des Pleuels aus geteilten Lagern, die mit­ einander verschraubt werden. Die Lager sind also geteilt, weil es nicht möglich ist, beispielsweise ein geschlossenes Kugel­ lager auf eine Kurbel wegen der die Lagerstelle flankierenden Kurbelwangen aufzuziehen.

Doch auch bei Kurbelzapfen, die nur einseitig eine Kurbelwange aufweisen, ist es in vielen Fällen notwendig, den Kurbelzapfen mit dem Pleuellager zu lösen, um eine von der Kurbel hin und her bewegte Einheit, beispielsweise einen Kolben, der in einen Zylinder aus- oder einfährt, lösen zu können, ohne daß die ganze Kurbelwelle demontiert werden muß.

Es ist daher eine Vielzahl von Konstruktionen bekannt gewor­ den, bei der Kurbelwellen teilzerlegbar sind, um ein geschlos­ senes Lager auf der Lagerstelle und ferner eine für die Monta­ ge bzw. Demontage hinderliche Lagerstelle lösbar zu befesti­ gen.

Bei Kurbellagerstellen zwischen zwei die Lagerstelle flankie­ renden Kurbelwangen ist die Befestigung einfacher, weil die auf die Kurbellagerstelle einwirkenden Kräfte beidseitig der Lagerstelle auf die Kurbelwangen übertragen werden.

Eine solche Art der Montage ist beispielsweise aus der DE-PS 802 774 bekannt, bei der die Enden eines Kurbelzapfens an den flankierenden Wangen mittels Bügeln befestigt sind. Eine sol­ che Lösung beschreibt auch die CH-PS 275 545.

In gleicher Art ist auch eine zerlegbare Kurbelwelle gemäß der DE 37 38 717 A1 aufgebaut. Auch bei dieser bekannten Konstruk­ tion werden die Enden der Kurbelzapfen mit den flankierenden Wangen verschraubt.

Die CH-PS 291 588 zeigt eine Kurbelwelle bei der die Kurbel­ zapfen beidseitig in Bohrungen der ringförmigen Spannelemente befestigt sind.

Bei allen vorgenannten bekannten Konstruktionen sind die Kur­ belzapfen jeweils beidseitig gehalten, wobei die auf die La­ gerstelle einwirkenden Kräfte auf die Kurbelwangen übertragen werden, so daß keine Kippkräfte auf die Kurbelzapfen einwir­ ken.

In der GB-PS 1,063,943 ist eine Verbindung beschrieben, bei der ein abgeflachter Zapfen mit zwei Schrauben exzentrisch an einer Welle verschraubt ist. Der abgeflachte Bereich des Zap­ fens greift in eine Gabel ein und bildet mit dieser zusammen eine Lagerstelle für ein Pleuel. Ein Halter ist dabei keilför­ mig mit unterschiedlich langen Keilflanken ausgebildet, der mit einer Scheibe mit entsprechender Ausnehmung verschraubbar ist. Bei dieser Konstruktion entstehen keine Kippkräfte, da sich die Belastung auf zwei Wellen verteilt. Die zur Fixierung keilförmige Ausbildung der Verbindungsstelle ist zur Aufnahme von Kippkräften auch nicht geeignet, da keine Anlagefläche be­ steht, die allseitig auf den Zapfen einwirkende Kräfte abstüt­ zen kann. Kippkräfte müssten bei dieser Konstruktion allein von den Schrauben aufgefangen werden.

Die DE-PS 712 124 beschreibt eine Verbindung, bei der ein Kur­ belzapfen in eine Bohrung einer Wange eingepreßt ist. Die Wan­ ge ist mit einer Welle durch eine Kombination von Quer- und Längskeilen fest aber lösbar verbunden. Um die Wange aber von der Welle zu lösen, muß sie axial von der Welle abgezogen wer­ den. Dafür fehlt aber in vielen Anwendungsfällen der notwendi­ ge Arbeitsraum. Ein auf den Kurbelzapfen aufgezogenes Lager müsste erst demontiert werden, um dann den Kurbelzapfen mit der Wange von der Welle zu lösen.

Ferner sind einfache Flanschverbindungen bekannt, wie sie bei­ spielsweise für eine zusammengesetzte Kurbelwelle in der US-PS 1,651,465 beschrieben sind, wobei ebenfalls keine Kippkräfte abgefangen werden müssen.

Alle diese Konstruktionen eignen sich nicht zur lösbaren Ver­ bindung eines Kurbelzapfen 5 mit einer Kurbelwelle, bei der der Kurbelzapfen fliegend nur über eine Wange mit einer Kur­ belwelle verbunden ist und dessen Demontage ohne axiale Bewe­ gung möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbindung eines Kur­ belzapfens mit einer Kurbelwelle zu schaffen, bei der sich aus allen Richtungen wirkende Kippkräfte an der Kurbelwelle ab­ stützen, und der Kurbelzapfen lösbar bzw. befestigbar ist, oh­ ne daß er gegenüber der Kurbelwelle axial verschoben werden muß und ohne daß ein Pleuellager vom Kurbelzapfen abgezogen werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Ende der Kurbelwelle eine Stirnplatte angebracht ist, die mit zwei Schenkeln einstückig ausgebildet ist, daß der Kurbelzapfen ebenfalls mit einer Stirnplatte versehen ist, die einen Steg aufweist, der zwischen den Schenkeln aufnehmbar ist, und vom Steg abstehende, mit diesem eine T- oder Kreuzform bildende Flügel aufweist, die sich gegen die Stirnflächen der Schenkel anlegen, und daß die Flügel mit den Schenkeln, die Achse von Kurbelzapfen und Kurbelwelle mit Abstand rechtwinklig kreu­ zend, verschraubbar sind.

Die Schenkel der Stirnplatte an der Kurbelwelle und die Flügel der T-förmigen Stirnplatte am Kurbelzapen sind dabei als Mut­ ter-Vaterteil so keilförmig ausgebildet, daß sich die Stirn­ platte des Kurbelzapfens nicht nur radial gegen die Schenkel der Stirnplatte der Kurbelwelle, sondern auch axial gegen die­ se verpresst, wenn die Schrauben angezogen werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Stirnplatte am Kurbelzapfen statt T-förmig, kreuzförmig ausgebildet ist. Dabei entsteht eine noch bessere Abstützung nach allen Richtungen, ohne daß die Schraubenköpfe der Verbindungs­ schrauben die Abmaße der Verbindung erhöhen.

Eine erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht der beiden zu verbindenden Bauein­ heiten der Verbindung vor dem Verbinden,

Fig. 2 eine Unteransicht zu Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht beider Bauteile in fest montier­ tem Zustand,

Fig. 4 eine Unteransicht zu Fig. 3,

Fig. 5 einen Kurbelzapfen mit kreuzförmiger Stirnplatte vor dem Verbinden mit der Kurbelwelle und

Fig. 6 eine Seitenansicht zu Fig. 5 im montierten Zustand.

Die Baueinheiten 1 und 2 bilden im verbundenen Zustand eine Kurbel. Die Baueinheit 1 besteht aus der Kurbelwelle 3 und der Stirnplatte 4 mit den beiden Schenkeln 5, die einstückig mit der Stirnplatte 4 ausgebildet sind und in denen die Bohrungen 6 die Achse der Kurbelwelle 3 mit Abstand kreuzend angeordnet sind. Die Bohrungen 6 können sowohl mit, als auch ohne Gewinde vorgesehen sein. Die Schenkel 5 sind jeweils mit einer Stirn­ fläche 7 versehen, die gegenüber der Grundfläche 8 einen spitzen Winkel bilden. Der Winkel kann variieren, je nachdem wel­ cher axiale Anpreßdruck beim Verschrauben der beiden Bauein­ heiten 1, 2 gefordert wird.

Die Baueinheit 2 besteht aus der T-förmigen Stirnplatte 10 mit dem Kurbelzapfen 11. Die beiden Flügel 12 der Stirnplatte 10 weisen Verbindungsflächen 13 auf, die im gleichen Winkel zur Grundfläche 14 abgeschrägt sind wie die Stirnflächen 7 an der Baueinheit 1. An der Baueinheit 1 entsteht dabei eine negativ keilförmige Aufnahme und an der Baueinheit 2 eine positiv ge­ formte Keilform der beiden Flügel 12. Die beiden Flügel 12 sind jeweils mit einer die Achse der Kurbelwelle rechtwinklig mit Abstand kreuzenden Bohrung 15 versehen. Der Steg 16 der Stirnplatte 10 der Baueinheit 2 wird bei dem Verbinden der beiden Baueinheiten 1, 2 zwischen die beiden Schenkel 5 der Baueinheit 1 geschoben. Werden jetzt die beiden Baueinheiten 1, 2 durch die Schrauben 17 miteinander verschraubt, entsteht durch die Keilwirkung der schräg verlaufenden Stirnflächen 7 und Verbindungsflächen 13 eine Kraft, die die beiden Grundflä­ chen 8 und 14 der Stirnplatten 4 und 10 gegeneinander preßt. Diese Kraft wird um so größer, je spitzer der Winkel ist, un­ ter dem die Stirnflächen 7 und die Verbindungsflächen 13 zur jeweiligen Grundfläche 8 bzw. 14 verlaufen. Durch die T- förmige Stirnplatte 10 werden alle radial, z. B. durch ein Pleuel, auf den Kurbelzapfen 11 wirkenden Kräfte auf die Bau­ einheit 1 übertragen, ohne daß auf die Schrauben 17 eine Scherkraft wirkt. Die Schrauben 17 werden daher nur auf Zug beansprucht.

Aus den Fig. 3 und 4 sind die radial auf den Kurbelzapfen 11 wirkenden Kräfte und deren Übertragung auf die Baueinheit näher ersichtlich.

Wirkt die Kraft aus Richtung A, stützt sich die Berührlinie der Kante 20 der Baueinheit 2 an der Stirnplatte 4 ab und gleichzeitig die der Kante 21 in Richtung E an der schräg zur Achsrichtung gelegenen Verbindungsstelle 22.

Wirkt die Kraft aus Richtung B, wird das Kippmoment durch Ab­ stützung der Kante 23 des Stegs 16 an der Stirnplatte 4 der Baueinheit 1 und bei 21 in Richtung E durch die schräge Ver­ bindungsstelle 22 abgefangen.

Wirkt die Kraft aus Richtung C, stützt sich der gegenüberlie­ gende Flügel der Baueinheit 2 bei 24 an der Stirnplatte 4 ab und der andere Flügel bei 21 an der schrägen Verbindungsstelle 22. Wirkt die Kraft aus Richtung D, entsteht die umgekehrte Kraftverteilung.

Bei dieser Ausbildung gemäß der Erfindung liegt die Mittelli­ nie 25 des Kurbelzapfens 11 zweckmäßigerweise auf der Mitte bzw. in etwa der Mitte der Verbindungslinie 22 um alle Kräfte optimal zu übertragen.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 ist die Stirnplatte 30 der Baueinheit 2 kreuz­ förmig ausgebildet. Dabei kann die Mittellinie 25 mit der Mit­ tellinie 26 der Flügel 12 auf einer Höhe liegen. Diese kreuz­ förmige Ausbildung der Stirnplatte der Baueinheit 2 hat den Vorteil, daß die Schraubenköpfe 32 in den Kreuzwinkeln 31 ge­ schützt liegen und nicht über den Rotationskreis der Kurbel vorstehen.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen steht die Welle 3 der Baueinheit 1 die zentrisch sich drehende Kurbelwelle und der Kurbelzapfen 11 der Baueinheit 2 den sich exzentrisch drehenden Zapfen dar. Auf die Darstellung eines auf dem Zapfen gelagerten Lagers mit daran befestigter Pleuelstange wurde verzichtet.

Es versteht sich von selbst, daß die beschriebene Art einer Kurbelverbindung auch in einer gegenüber der beschriebenen um­ gekehrten Ausführung vorgesehen werden kann. Es kann demnach auch der Kurbelzapfen 11 die sich zentrisch drehende Kurbel­ wellenlagerung halten und ein Wellenstumpf 3 das sich exzen­ trisch drehende Pleuellager.

Claims (2)

1. Verbindung eines Kurbelzapfens (11) mit dem Ende einer Kur­ belwelle (3), bei der der Kurbelzapfen (11) radial in einer Aufnahme am Ende der Kurbelwelle (3) verschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Kurbelwelle (3) eine Stirnplatte (4) ange­ bracht ist, die mit zwei Schenkeln (5) einstückig ausgebil­ det ist, daß der Kurbelzapfen (11) ebenfalls mit einer Stirnplatte (10) versehen ist, die einen Steg (16) auf­ weist, der zwischen den Schenkeln (5) aufnehmbar ist, und vom Steg (16) abstehende, mit diesem eine T- oder Kreuzform bildende Flügel (12) aufweist, die sich gegen die Stirnflä­ chen (7) der Schenkel (5) anlegen, und daß die Flügel (12) mit den Schenkeln (5), die Achse von Kurbelzapfen (11) und Kurbelwelle (3) mit Abstand rechtwinklig kreuzend, ver­ schraubbar sind.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zur Anlage an den Stirnflächen (7) bestimm­ ten Verbindungsflächen (13) der Flügel (12) und die Stirn­ flächen (7) der beiden Schenkel (5) in einem solchen Winkel zu parallel zu den Schrauben (17) zur Verbindung verlaufen­ den Grundflächen (8, 14) der beiden Stirnplatten (4, 10) schräg verlaufen, daß die beiden Grundflächen (8, 14) durch die Schrauben (17) gegeneinander verspannbar sind.