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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kurbelwellen von mehrzylindrigen
Verbrennungsmotoren, welche insbesondere dafür bestimmt sind, Kraftfahrzeuge
auszustatten, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (
EP 0 199 907 A ).
Die Erfindung betrifft noch genauer die Verbesserung der mechanischen Widerstandsfähigkeit
von Kurbelwellen durch eine passende Form ihrer Arme.
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Die
Kurbelwelle oder Motorwelle eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors
empfängt
den Stoß der
Kolben über
Pleuel und liefert eine Drehbewegung ausgehend von den hin- und
hergehenden, geradlinigen Bewegungen der Kolben.
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Herkömmlicherweise
weist die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors Achssitze oder Lagerzapfen
auf, welche in einer Linie angeordnet sind, die dazu bestimmt sind,
sich in entsprechenden Lagern, welche durch den Zylinderblock getragen werden,
zu drehen. Die Kurbelzapfen, welche die Achsen der Pleuelköpfe bilden,
sind einstöckig
mit den Lagerzapfen durch Paare von Armen, die sich im Wesentlichen
rechtwinklig zu der longitudinalen Achse der Kurbelwelle erstrecken.
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Die
Kurbelwelle ist ebenso mit Gegengewichten versehen, die dem statischen
und dynamischen Gleichgewicht der bewegten Teile, die durch die
verschiedenen Gesamtheiten Kurbelzapfen-Pleuel-Kolben gebildet werden,
dienen. Jedes Gegengewicht wird durch mindestens den einen der Arme
getragen, welcher den entsprechenden Kurbelzapfen trägt, gegenüber zu diesem
letzteren im Verhältnis
zu dem Lagerzapfen.
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Die
Arme, welche die Lagerzapfen mit den Kurbelzapfen verbinden, müssen beträchtliche
Steifigkeiten aufweisen, um die Verformung der Kurbelwelle im Betrieb
zu begrenzen, wenn diese letztere dem Druck von Gasen und der Zentrifu galkraft
der Pleuel und Kolben ausgesetzt wird. Bei einem Fehlen einer ausreichenden
Steifigkeit tendieren die Arme dazu, sich zu biegen, woher eine
Erhöhung
von Reibungen hinsichtlich der Lager kommt, die ein Absenken der
Leistungen des Motors mit sich bringen, insbesondere hinsichtlich
einer Abnutzung, eines Verbrauchs und Geräuschen.
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Herkömmlicherweise
weisen die Profile der äußeren Flächen der
Arme rechtwinklig axial von den Kurbelzapfen einfache geometrische
Formen auf: zwei ebene Oberflächen
in Rücksprung
oder zwei zylindrische, konvexe oder konkave Formen in Rücksprung,
manchmal mit Rippen in der Verbindungsebene. Diese herkömmlichen
Lösungen
weisen nicht immer die beste Leistung hinsichtlich Steifigkeit/Gewicht
auf, mit dem Nachteil, eine zusätzliche
Masse beim Betrieb mit sich zu bringen und demnach erhöhte Kosten.
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Das
Dokument
EP 199907 A lehrt
eine Kurbelwelle mit einer Schulter auf der äußeren Oberfläche der
Arme, wobei sie die Kurbelzapfen mit den Lagerzapfen verbindet.
Diese Schulter weist ein trapezoides Profil auf und welches zwischen
der Achse des Kurbelzapfens und der Achse des Lagerzapfens angeordnet
ist.
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Die
vorliegende Erfindung hat demnach als Aufgabe eine Kurbelwelle eines
Verbrennungsmotors, wobei sie die Nachteile des zuvor genannten Standes
der Technik vermeidet, indem sie eine große Steifigkeit der Verbindungsarme
bei reduziertem Gewicht sicherstellt.
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Die
Kurbelwelle gemäß der Erfindung
ist noch genauer dafür
bestimmt, einen Verbrennungsmotor auszustatten, sie ist durch eine
Welle gebildet, wobei sie Lagerzapfen und Kurbelzapfen, welche mit den
Lagerzapfen durch Arme verbunden sind, aufweist.
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Mindestens
einer der Arme weist einen Versteifungsvorsprung auf, wobei sich
dieser Vorsprung rechtwinklig von dem entsprechenden Kurbelzapfen vorstehend auf
der äußeren Fläche des
Arms erstreckt und der Vorsprung durch eine runde Kuppe gebildet
ist.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Kurbelwelle, die Gegenstand der Erfindung ist,
entspricht der Grunddurchmesser der runden Kuppe im Wesentlichen
zwei Dritteln des Durchmessers des entsprechenden Kurbelzapfens.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Kurbelwelle, die Gegenstand der Erfindung ist,
ist die runde Kuppe an dem Ende des Armes in einer Art und Weise
eingesetzt, dass ihr Grundkreis in Tangente mit der Erzeugenden
des Kurbelzapfens gelangt.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Kurbelwelle, die Gegenstand der Erfindung ist,
ist der Vorsprung entlang dem Arm in Richtung des Lagerzapfens durch
eine Rippe verlängert.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Kurbelwelle, die Gegenstand der Erfindung ist,
weist die Rippe eine Breite zwischen 0,3 und 0,5 mal dem Durchmesser
der Basis des Vorsprungs auf.
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Man
wird besser die Aufgaben, die Aspekte und die Vorteile der vorliegenden
Erfindung verstehen nach der anschließend gegebenen Beschreibung
von unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung, welche beispielhaft und nicht beschränkend gegeben
wird, unter einem Sich-Beziehen auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
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1 eine teilweise Vorderansicht
einer Kurbelwelle gemäß der Erfindung
ist;
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2 eine Schnittansicht gemäß der Linie II-II
aus 1 ist;
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3 eine ähnliche Ansicht zu 2 ist, wobei sie eine Ausführungsvariante
der Kurbelwelle gemäß der Erfindung
darstellt.
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Lediglich
die Elemente, welche für
das Verständnis
der Erfindung erforderlich sind, wurden dargestellt. Zum Erleichtern
der Lektüre
der Zeichnungen weisen die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen
von einer der Figuren zu der anderen auf.
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Unter
einem Sich-Beziehen auf die 1 und 2 hat man eine Kurbelwelle
dargestellt, bezeichnet mit 1, z.B. mit fünf Lagerzapfen
und vier Kurbelzapfen, die zum Ausstatten eines Verbrennungsmotors
vom Typ mit vier Zylindern in einer Reihe bestimmt ist. Diese Kurbelwelle 1 ist
durch eine Welle gebildet, die durch eine Gießtechnik oder durch Schmieden
erhalten wird, welche Achssitze oder Lagerzapfen 2 aufweist,
die in Reihe bzw. Linie angeordnet sind und welche dafür bestimmt
sind, in entsprechenden Lagern des nicht dargestellten Zylindergehäuses des
Motors sich zu drehen.
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Jeder
der Kurbelzapfen 3, welche die Achsen der Pleuelköpfe bilden,
ist einstöckig
mit den angrenzenden Lagerzapfen durch Arme 4, die sich
im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse der Kurbelwelle erstrecken.
Außerdem
sind der gesamte oder ein Teil der Arme 4 mit Gegengewichten 5 versehen,
die der Herstellung des statischen und dynamischen Gleichgewichts
der beweglichen Teile, welche durch die verschiedenen Gesamtheiten
Kurbelzapfen-Pleuel-Kolben gebildet werden, dienen.
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Man
hat somit ausgehend von einem Ende der Welle einen endseitigen bzw.
extremen Lagerzapfen 2, dann einen Zwischenlagerzapfen, dann
einen zentralen Lagerzapfen, dann einen Zwischenlagerzapfen und
schließlich
einen endseitigen Lagerzapfen. Zwischen diesen fünf Lagerzapfen sind vier Kurbelzapfen
angeordnet, ein endseitiger Kurbelzapfen 3, dann zwei Zwischenkurbelzapfen
bei 180 Grad im Verhältnis
zum Kurbelzapfen 3 und schließlich den endseitigen Kurbel zapfen
in der gleichen Position wie der Kurbelzapfen 3. Jeder
Kurbelzapfen ist mit dem jeweils angrenzenden Lagerzapfen durch
ein Paar von Armen verbunden, die sich im Wesentlichen rechtwinklig
zu der longitudinalen Achse der Kurbelwelle 1 erstrecken.
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Das
Ins-Gleichgewicht-Bringen der beweglichen Teile, die durch die verschiedenen
Gesamtheiten Kurbelzapfen-Pleuel-Kolben gebildet sind, wird durch
die Gegengewichte 5 durchgeführt, die jeweils auf dem gesamten
oder einem Teil der Arme angeordnet sind, wobei diese Gegengewichte
gegenüberliegend
der entsprechenden Kurbelzapfen im Verhältnis zu den Lagerzapfen angeordnet
sind.
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Gemäß der Erfindung
sind alle Arme 4 der Kurbelwelle geformt, um eine große Steifigkeit
ohne Gewichtszunahme zu bieten.
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Um
dies zu bewerkstelligen, weist jeder der Arme 4, welche
in den dargestellten Beispielen von einer allgemeinen trapezoiden
Form sind, eine Verstärkung
einer passenden Form auf, die genau auf die Bedürfnisse von lokalen Kräften antwortet.
Diese Verstärkung
wird durch einen Vorsprung definiert, wobei er einen Körper mit
dem Arm bildet, einen Vorsprung in einer Form einer runden Kuppe 6.
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Jeder
der Arme 4 ist derart geformt, um eine äußere Fläche aufzuweisen, welche im
Wesentlichen ebene oder auch konkave, zylindrische Flanken bietet,
welche im Verhältnis
zu der rechtwinkligen Ebene zu der Achse der Kurbelwelle um einen
Winkel α zwischen
vorzugsweise 10° und
30° geneigt
ist.
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Die
Verstärkung
einer runden Form 6 ist in der Mitte des Armes 4 vorgesehen,
im Wesentlichen im Verhältnis
zu der Symmetrieebene dieser letzteren zentriert. Diese Verstärkung 6,
die einen Körper mit
dem Arm 4 bildet, und welche vorzugsweise durch Gießen erhalten
wird, weist an der Basis einen Durchmesser Φs im Wesentlichen gleich zu
zwei Dritteln (2/3) des Durchmessers Φm des entsprechenden Kurbelzapfens 3 auf.
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Die
runde Kuppe ist am oberen Ende des Arms (gegenüberliegend zu dem Lagerzapfen)
vorzugsweise eingesetzt, der Grundkreis (Basiskreis) der Kuppe 6 ist
in einer Art und Weise vorgesehen, um in Tangente zu der Erzeugenden
des Kurbelzapfens 3 zu gelangen. Die Dicke "e" der Kuppe 6, die an der Oberfläche des
Arms 4 vorragt, ist vorzugsweise zwischen 1 mm und 7 mm
in einer Weise, dass der Abstand zwischen der Kuppe 6 und
der Flanke des angrenzenden Lagerzapfens 2 größer als
0,2 mm bleibt. Ebenfalls vorzugsweise kommt die Kuppe 6 mit
dem Arm 4 unter Bilden einer Austrittsrille zusammen, deren
Verbindungsradius in etwa 4 mm im Radius ist.
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Gemäß der Ausführungsvariante,
welche in 3 dargestellt
ist, wird die runde Kuppe entlang dem Arm 4 in Richtung
des Lagerzapfens 2 durch eine Rippe 7 verlängert. Diese
Rippe 7 weist eine Breite "L" zwischen
etwa 0,3 bis 0,5 Φs
von dem Durchmesser der Basis der Kuppe 6 auf. Das Profil dieser
Rippe ist entweder konkav, wie dargestellt, oder auch gerade oder
auch konvex.
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Eine
derartige Rippe erlaubt es, die Wirkung der runden Verstärkung 6 zu
verbessern, um die Höhe
der Beanspruchung in dem Arm abzusenken.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung keineswegs auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform
beschränkt,
die nur beispielhaft gegeben wurde.
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So
kann lediglich ein Teil des Armes 4 der Kurbelwelle 1 mit
einem Vorsprung 6 versehen sein.