DE60009175T2

DE60009175T2 - Geschmiedete Kurbelwelle

Info

Publication number: DE60009175T2
Application number: DE60009175T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Fujisawa-shi Koike; Toshihiro Fujisawa-shi Matsui
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: EP1020242A2; EP1020242B1; US6324942B1; EP1020242A3; JP2000205238A; DE60009175D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine geschmiedete Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor und im Besonderen eine solche Kurbelwelle mit größeren Gegengewichten, die jedoch keine Störung zwischen den Gegengewichten und den benachbarten Teilen des Motors bewirkt.
Die Herstellung von Kurbelwellen für Verbrennungsmotoren durch Schmieden ist im Stand der Technik bekannt. Im Allgemeinen weist eine Kurbelwelle eine Vielzahl von Gegengewichten zur Verbesserung des dynamischen Gleichgewichts der Kurbelwelle auf. Das verbesserte dynamische Gleichgewicht vermindert die Schwingungen des Motors.
Um das Gleichgewicht der Kurbelwelle zu verbessern, können größere Gegengewichte an der Kurbelwelle befestigt sein, so dass sich das Gewicht der Kurbelwelle mit den Gegengewichten erhöht. Andere Teile wie Kolben, Pleuelstangen und Zylinderblock können jedoch in der Nähe der Gegengewichte vorhanden sein, so dass die Verwendung größerer Gegengewichte im Allgemeinen schwierig ist. Um die größeren Gegengewichte in einem begrenzten Raum unterzubringen, können die Gegengewichte zu komplizierten Formen bearbeitet werden, so dass die Gegengewichte sich in Zwischenräumen zwischen den benachbarten Teilen erstrecken und die benachbarten Teile nicht berühren. Dieser Ansatz erhöht jedoch die Fertigungskosten der Kurbelwelle auf Grund des Bearbeitungsverfahrens.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, an der größere Gegengewichte befestigt werden können, ohne die Schritte des Fertigungsverfahrens und die Kosten zu erhö hen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Motorkurbelwelle mit größeren Gegengewichten, die die benachbarten Teile nicht stören, bereitzustellen.
Es ist ein noch weiteres Ziel der Erfindung, eine geschmiedete Kurbelwelle mit größeren Gegengewichten bereitzustellen, die einfach durch Wechseln der Schmiedegesenke, bei Einsatz eines herkömmlichen Fertigungsverfahrens in den übrigen Aspekten, hergestellt werden kann.
Es ist ein noch weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung einer Motorkurbelwelle durch Schmieden bereitzustellen, das sowohl das einfache Entfernen von Schmiedegesenken von einem Produkt (Kurbelwelle) und die Bildung von großen Gegengewichten durchführen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Motorkurbelwelle mit mindestens einem Gegengewicht bereitgestellt, die durch Schmieden hergestellt ist, wobei das Schmieden durchgeführt wird, indem zwei Gesenke zusammengepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht eine Vielzahl von Schrägen aufweist, um das Entfernen der Gesenke von der Kurbelwelle nach Abschluss des Schmiedens zu erleichtern, und dass der Grad der Neigung der Vielzahl von Schrägen mit dem Abstand der Schrägen von der Gesenkpassfläche abnimmt.
Herkömmlicherweise weist jedes Gegengewicht eine einzelne Schräge auf, um das Entfernen der Schmiedegesenke von der Kurbelwelle zu ermöglichen. Bei der Erfindung ist eine Vielzahl von Schrägen vorgesehen, um die Größe jedes Gegengewichts wirkungsvoll zu vergrößern. Die Schrägen sind derart bestimmt, dass die maximale Dicke eines jeden Gegengewichts nicht vergrößert wird, sondern das Gesamtvolumen der Gegengewichte vergrößert wird. Da die maximale Dicke gleich ist wie bei einer herkömmlichen Kurbelwelle, wird eine Störung zwischen der Kurbelwelle und benachbarten Teilen vermieden. Nach dem Schmiedeverfahren ist keine Bearbeitung erforderlich, um Gegengewichte mit gewünschter vergrößerter Form zu erhalten.
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Gegengewichts gemäß der Erfindung entlang der Linie A–A in 3;
2 ist ähnlich wie 1 und veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Gegengewichts nach dem Stand der Technik, als Vergleich mit 1;
3 veranschaulicht eine waagrechte Querschnittsansicht der Kurbelwelle gemäß der Erfindung entlang der Linie B–B in 4; und
4 veranschaulicht eine Vorderansicht der Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nunmehr wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Unter Bezugnahme zunächst auf 4 ist eine Kurbelwelle 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die durch Schmieden gefertigt ist. Diese Kurbelwelle 1 kann bei einem Vierzylindermotor verwendet werden. Die Kurbelwelle 1 weist fünf koaxiale Kurbellager 5 auf. Eine Mittellinie C der Kurbelwelle 1 ist durch diese fünf Kurbellager 5 definiert. Die Kurbellager 5 sind durch Lagerabschnitte eines Zylinderblocks (nicht dargestellt) drehbar gelagert. Zwischen jeweils zwei benachbarten Kurbella gern 5 ist ein Kurbelabschnitt 4 ausgebildet. Diese Kurbelwelle 1 weist daher vier Kurbelabschnitte 4 für vier Zylinder auf. Jeder Kurbelabschnitt 4 weist einen Kurbelzapfen 2 auf, der mit einem großen Ende einer zugehörigen Verbindungsstange (nicht dargestellt) in Eingriff steht, und ein Paar Kurbelarme 3, das den Kurbelzapfen 2 überbrückt, sowie zugehörige Kurbellager 5. Zwei von den vier Kurbelabschnitten 4 an den Enden der Kurbelwelle 1 weisen eine Phasendifferenz von 180° relativ zu weiteren zwei Kurbelabschnitten 4 an der Mitte auf. Eine Hilfsantriebswelle 6 erstreckt sich koaxial von dem Kurbellager 5 am linken Ende und eine Abtriebswelle 7 erstreckt sich koaxial von dem Kurbellager 5 am rechten Ende.
Jeder Kurbelarm 3 weist ein Gegengewicht 8 in einer solchen Art auf, dass das Gegengewicht 8 gegenüber dem zugehörigen Kurbelzapfen 2 in Bezug auf die Mittellinie C der Kurbelwelle angeordnet ist.
Wie am besten aus 3 ersichtlich, weist jedes Gegengewicht 8 bei Ansicht in der Axialrichtung der Kurbelwelle eine größere Breite als der Kurbelarm 3 auf. Das Gegengewicht 8 weist einen gebogenen Umfang um die Mitte C herum auf. Die Phantomlinie 9 in der Zeichnung zeigt ein benachbartes Teil an. Zwischen dem Gegengewicht 8 und dem benachbarten Teil 9 verbleibt nur ein kleiner Zwischenraum.
Beim Schmieden der Kurbelwelle 1 wird ein Paar Stahlformen (nicht dargestellt) verwendet, das in einer Richtung senkrecht zu der Fläche von 4 geteilt werden kann. Jede Stahlform bildet eine Hälfte der Kurbelwelle 1. Die Linie P in 3, die sich senkrecht durch die Mitte C der Kurbelwelle und die Mitte des Kurbelzapfens 2 erstreckt, zeigt die Passfläche der beiden Stahlformen an. Zwei gegenüberliegende, nicht schattierte Pfeile in 3 zeigen die Richtungen an, in denen die Stahlformen getrennt wer den.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 wird eine herkömmliche Art der Herstellung einer Kurbelwelle kurz erläutert. Diese herkömmliche Kurbelwelle ist in der Japanischen Patentanmeldung, veröffentlicht unter der Nr. 8-05431, offenbart. Jedes Gegengewicht 8' weist eine Schräge θ auf, um das Entfernen eines zugehörigen Gesenks (nicht dargestellt) von dem Gegengewicht 8' zu erleichtern. In anderen Worten, jedes von den Gegengewichten 8' verringert sich mit seinem Abstand von der Gesenkpassfläche P in seiner Dicke, so dass jedes Gegengewicht 8' eine vorbestimmte konstante Verjüngung an beiden Seiten aufweist. In dem veranschaulichten Beispiel beträgt der Winkel θ2 Grad. Dieser Winkel ist von der Linie Pt senkrecht zu der Gesenkpassfläche P gemessen. Ein bestimmter Winkel ist zum Entfernen der Schmiedegesenke notwendig. Andernfalls (wenn θ = 0) könnten die Schmiedegesenke nicht von den Gegengewichten weg genommen werden. T gibt eine maximale Dicke des Gegengewichts an, die im Hinblick auf die benachbarten Teile (nicht dargestellt) zulässig ist, wenn die Kurbelwelle in einem Motor angeordnet ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist eine ähnliche Querschnittansicht der Kurbelwelle 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Verjüngung des Gegengewichts 8 ist in einem Bereich nahe an der Gesenkpassfläche P relativ groß und in einem Bereich weiter weg relativ klein. Insbesondere weist das Gegengewicht 8 eine erste Schräge θ1 in dem mittleren Bereich 10 (angezeigt durch den Doppelpfeil D) und eine zweite kleinere Schräge θ2 (θ2 < θ1) in einem entfernten Bereich 11 auf. In der Zeichnung beträgt θ1 2 Grad und θ2 beträgt 1 Grad. Somit weist das Gegengewicht 8 zwei unterschiedliche Verjüngungen auf. Weitere Aspekte der Kurbelwelle 1 der Erfindung sind gleich wie bei der herkömmlichen in
2 dargestellten Kurbelwelle. In den 1 und 2 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente zu kennzeichnen. Selbstverständlich ist die maximale Dicke T in den 1 und 2 gleich.
Die Dicke des in 1 dargestellten Gegengewichts 8 in dem entfernten Bereich 11 ist größer als die des in 2 dargestellten herkömmlichen Gegengewichts 8'. Daher ist es möglich, im Vergleich zu der herkömmlichen Kurbelwelle größere (und schwerere) Gegengewichte zu verwenden. Es sollte angemerkt werden, dass diese Gewichtserhöhung ohne Vergrößerung der maximalen Dicke T des Gegengewichts verwirklicht wird. Daher kommt es zu keiner Störung mit benachbarten Teilen.
Wie aus den vorstehenden Darstellungen einzusehen ist, vergrößert die einfache Änderung der Verjüngung des Gegengewichts oder die Verwendung neuer Stahlformen die Größe der Gegengewichte 8. Nach dem Schmieden ist keine Bearbeitung erforderlich, um eine Störung zwischen den vergrößerten Gegengewichten und benachbarten Teilen des Motors zu vermeiden. Daher erhöhen sich die Fertigungskosten nicht. Das selbe Fertigungsverfahren wie im Stand der Technik verwendet, kann auf die neue Kurbelwelle gemäß der Erfindung angewendet werden, so lange neue Schmiedegesenke angefertigt werden.
Es sollte an dieser Stelle angemerkt werden, dass ein Rohmaterial gegen die Gesenkpassfläche gepresst wird, wenn die Schmiedegesenke miteinander in Eingriff treten. Daher ist der Druck in dem Material in den Gesenken in einem Bereich neben der Gesenkpassfläche größer als in einem Bereich weiter weg. Im Hinblick darauf ist die erste Schräge θ1 in dem mittleren Bereich 10 größer als die zweite Schräge θ2 gefertigt. In anderen Worten, für die zweite Schräge kann ein kleinerer Wert verwendet werden.
Unter Ausnutzung dieser Tatsache kann die vorliegende Erfindung große Gegengewichte 8 bereitstellen, ohne Nachteile zu verursachen. Mit diesem Konzept kommt es zu keinen Nachteilen bei der Fertigung, wohingegen die Leistung des mit der Kurbelwelle 1 der Erfindung ausgestatteten Motors auf einfache Weise verbessert wird.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die veranschaulichte und beschriebenen Kurbelwelle 1. Beispielsweise können die erste und zweite Schräge andere Werte als 2° oder 1° aufweisen. Das Gegengewicht 8 kann drei oder mehr unterschiedliche Schrägen aufweisen. In diesem Fall nehmen die Schrägen mit dem Abstand von der Gesenkpassfläche P wiederum ab. Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Motor mit mehr oder weniger als vier Zylindern anwendbar.

Claims

Motorkurbelwelle (1), die mindestens ein Gegengewicht (8) aufweist und durch Schmieden hergestellt ist, wobei das Schmieden durchgeführt wird, indem zwei Gesenke zusammengepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (8) eine Vielzahl von Schrägen (θ1, θ2) aufweist, um das Entfernen der Gesenke von der Kurbelwelle nach Abschluss des Schmiedens zu erleichtern, und dass der Grad der Neigung der Vielzahl von Schrägen mit dem Abstand der Schrägen von der Gesenkpassfläche (P) abnimmt.
Motorkurbelwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle eine Vielzahl koaxialer Kurbellager (5) und mindestens einen Kurbelabschnitt (4) umfasst, der einen Kurbelzapfen (2), ein Paar Kurbelarme (3) und ein Paar Gegengewichte (8) aufweist, die sich von dem Paar Kurbelarme in einer entgegengesetzten Richtung beabstandet von dem Kurbelzapfen erstrecken.
Motorkurbelwelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkurbelwelle vier Kurbelabschnitte (4) aufweist.
Motorkurbelwelle (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gegengewicht (8) bei Betrachtung in einer axialen Richtung der Kurbelwelle eine größere Breite als der Kurbelarm (3) aufweist.
Motorkurbelwelle (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Schrägen erste und zweite Schrägen (θ1, θ2) sind.
Motorkurbelwelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schräge (θ1) 2 Grad beträgt und die zweite Schräge (82) 1 Grad beträgt