CH383083A - Kurbelwelle - Google Patents

Description

  Kurbelwelle    Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurbelwelle  mit ausgebauchten Kurbelwangen, und es wird     mit     ihr angestrebt, eine Verbesserung der Wechselfestig  keit, eine Gewichtsverminderung und eine Erhöhung,  der Eigenfrequenz von Kurbelwellen zu erreichen.  



  Es ist bekannt, bei gegossenen Wellen doppel  konische Zapfenbohrungen, durchbrochene und  elliptische Wangen sowie andere Massnahmen form  technischer Art durchzuführen, die beim     Gussverfah-          ren    ohne Schwierigkeiten möglich sind. Es werden  dadurch günstige Verhältnisse in     bezug    auf Festig  keit und Gewicht geschaffen. Bei Stahlwellen ist es  dagegen bedeutend schwieriger, ähnliche Vorkehrun  gen zu treffen, da aus wirtschaftlichen Gründen gleiche  Formen wie beim     Guss    fertigungstechnisch nicht reali  sierbar sind.

   Deshalb werden geschmiedete Kurbelwel  len meistens verhältnismässig schwer und weisen un  nötige Materialanhäufungen auf, während an expo  nierten, hochbeanspruchten Stellen der erforderliche       Werkstoff    fehlt.  



  Bei einer bekannten Anordnung wird der     Kraft.-          fluss    durch völlige Wegnahme des Werkstoffes an den       Umlenkstellen    der Kraftlinien über die Aussenpartien  der verbreiterten Wangen weitergeleitet, womit die  Entstehung grösserer Spannungen im Gebiet, in dem  die beiden Hohlkehlen sich am nächsten kommen,  vollkommen verhindert wird.

   Die Wegnahme des  Werkstoffes erfolgt in     Kurbelwellenlängsrichtung     durch eine die Wange durchbrechende     Ausnehmung     (siehe     Fig.    6a und<B>6b).</B> Diese Massnahme bringt eine  wesentliche Verbesserung des     Kraftlinienflusses,    ist  jedoch in     bezug    auf die Stahlwelle fertigungstechnisch  sehr teuer und hat den Nachteil,     dass    sie nicht an  gewandt werden kann, wenn Wellenzapfen und Kur  belzapfen sich überdecken.

   Dieser Nachteil ist um so  bedeutsamer, als durch die Forderung nach immer  höheren Leistungen und Drehzahlen wegen der    Herabsetzung von Biege-,     Verdrehungs-,    Lager- und  Schwingungsbeanspruchung die Zapfen stärker aus  geführt werden und deshalb eine Zapfenüberdeckung  auftritt.  



  Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird die     Aus-          nehmung    in der Wange nicht in     Wangenquerrichtung,     sondern in ihrer Längsrichtung vorgenommen, indem  gemäss der Erfindung die Kurbelwangen in ihrem  zentralen, zwischen Wellen- und Kurbelzapfen gelege  nen Teil einen Hohlraum aufweisen, der in radialer  Richtung beiderseitig offen ist.  



  Um das genannte     Hohlbohren    der Wange für  geschmiedete Wellen zu vereinfachen und Material  anhäufungen nicht beanspruchter Partien zu unter  binden, wird     zweckmässigerweise    an der dem Kurbel  zapfen abgekehrten Seite der Wange eine Einbuch  tung in Form einer     Anfräsung    vorgesehen, derart,       dass    in den beiden Aussenseiten der Wange praktisch  keine Schwächung eintritt.

   Beide Massnahmen haben  denselben günstigen     Einfluss    auf den Verlauf der       Kraftlinien,    indem der     Kraftfluss    von der kritischen  mittleren Partie der Kurbel-     bzw.    Wellenzapfen weg  geleitet, ohne Anhäufung in die verbreiterten Seiten  der Wangen gedrängt und von dort, über eine grosse  Fläche verteilt, wieder dem nächsten Zapfen zu  geleitet wird. Ein weiterer Vorteil der     Herausnahme     von Material in der toten Zone der Kurbelwangen  besteht in der erheblichen Gewichtserleichterung der  Kurbelwelle und der dadurch bedingten Hebung der  Eigenfrequenz.  



  Eine vorteilhafte Weiterbildung der Kurbelwelle  liegt ferner darin,     dass    zur Befestigung und Zentrie  rung der Gegengewichte die nun vorhandenen     Wan-          genhohlräume    ohne Nachbearbeitung dienen können.  Ferner ist eine einzige Schraube pro Gegengewicht  notwendig, wodurch die Formgebung der Gegen-           gewichte    in     bezug    auf den Massenausgleich beson  ders wirksam vorgenommen werden kann.  



  In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele  des Erfindungsgegenstandes dargestellt.  



  Es zeigen:       Fig.   <B>1</B> eine     Kurbelwellenkröpfung    des ersten     Bei-          spieles    im Schnitt durch den Wellenzapfen,       Fig.    2 dieselbe in Seitenansicht, wobei die linke  Hälfte der Figur einen Mittelschnitt darstellt,       Fig.   <B>3</B> dieselbe in Draufsicht, linke Hälfte als  Mittelschnitt durch den Kurbelzapfen, nach Schnitt  linie     III-III    von     Fig.   <B>1,</B>       Fi-.    4 das zweite Ausführungsbeispiel im     Längs-          im     schnitt,

         Fig.   <B>5</B> eine     Kurbelwellenkröpfung    konventioneller  Art, in welcher der Verlauf der Kraftlinien eingetragen  ist,       Fig.   <B>6</B> eine verbesserte     Wellenkröpfung    bekannter  Art,       Fig.   <B>7</B> eine     axonometrische    Darstellung der in den       Fig.   <B>1-3</B> veranschaulichten     Kurbelwellenkröpfung.     In den     Fig.   <B>1-3</B> sind mit<B>1</B> die Wellenzapfen, mit<B>21</B>  der Kurbelzapfen, mit<B>3</B> die beiden Wangen und ferner  mit 4 die Gegengewichte bezeichnet.

   Sowohl die  Wellen- als auch die Kurbelzapfen sind in Längsrich  tung durchbohrt, um das Gewicht zu senken und die  Eigenfrequenz der Welle zu erhöhen. Die von den  Kurbelzapfen abgewandten Seiten der Wangen weisen  eine Einbuchtung<B>6</B> auf, deren Tiefe nach den beiden  Querseiten allmählich abnimmt. Sie kommt durch eine       Anfräsung    der Wangen zustande. Auf diese Weise  behalten die Wangen zu ihren beiden Querseiten die  volle Breite und der     Wangenquerschnitt    nimmt     U-för-          mige    Gestalt an.

   Die     Anfräsung   <B>6</B> in Verbindung mit  der in radialer Richtung nach beiden Seiten offenen  Bohrung<B>7</B> ermöglicht auf einfache Weise, die Kurbel  wangen<B>3</B> in ihrem zwischen Wellen- und Kurbel  zapfen gelegenen Teil hohl zu gestalten. Der durch  diese Doppelmassnahme bedeutend verbesserte     Kraft-          linienverlauf    ist in der Zeichnung eingetragen.  



  Zum besseren Verständnis ist in den     Fig.   <I>5a</I> und  <B>5b</B> der     Kraftlinienverlauf    einer     Kurbelkröpfung    kon  ventioneller Art dargestellt. Man erkennt deutlich,       dass    die Kraftlinien in     Wan.genmitte    stark zusammen-    gedrängt werden und an den Hohlkehlen von     Wellen-          und        Kurbelkröpfung    eine ausgesprochen scharfe  Umlenkung erfahren, die bekanntlich zu hohen Span  nungsspitzen führt.

   Bei der erfindungsgemässen, in       Fig.   <B>1-3</B> dargestellten Ausbildung der     Wellenkröpfung     werden dagegen die Kraftlinien nach den beiden Quer  seiten der Kurbelwangen gedrängt. Besonders aus       Fig.   <B>3</B> ist der     Einfluss    der     Wangenbohrung   <B>7</B> deutlich  ersichtlich. Die Kraftlinien sind genötigt, die Bohrung  zu umfahren, womit sie gerade die gefährdetsten     Hohl-          kehlenstellen    der Zapfen vermeiden.

   Sie verlaufen     da-          durchgestreckter    und sind viel besser     auseinandergezo-          gen.    Der     Kraftlinienverlauf    ist vergleichbar mit dem       Durchfluss    einer Flüssigkeit vom     Hohlwellenzapfen     zum versetzt angeordneten     Hohlkurbelzapfen.    Das  durch die Kurbelwange versinnbildlichte Zwischen-         glied    setzt diesem Stromverlauf in offensichtlicher  Weise nur einen geringen Widerstand entgegen, da die  Stromfäden nicht zusammengedrängt und eingeknickt,

    sondern in etwa gleichbleibenden Querschnitten vom  einen Hohlkörper nach dem andern     hinüberströmen     können. Von besonderer Bedeutung ist der Umstand,       dass    die Zapfenbohrung<B>7</B> den günstigen     Einfluss     auf den     Kraftlinienverlauf    durchaus nicht hindert,  sondern ähnlich wie bei einem Strömungsvorgang  als     Leitapparat    dient.  



  Ausser dem günstigeren Verlauf der Kraftlinien  bringt die vorgeschlagene Anordnung noch andere  Vorteile mit sich, nämlich eine wesentliche Gewichts  erleichterung, besonders durch das     Anfräsen    der     Wan-          genaussenseiten,        eine#Erhöhung    der Biege und     Torsions-          festigkeit    in     bezug    auf das Gesamtgewicht der Welle und  somit das     Höherverlegen    der Eigenfrequenz des Mo  tors. So wird es z.

   B. möglich, bei einem     6-Zylinder-          motor    die gefährliche Kritische der<B>6.</B> Ordnung ober  halb der Betriebsdrehzahl zu verlegen, während sie  normalerweise mittels eines teuren Dämpfers oder       Tilgers    auf ein zulässiges Mass gedämpft werden     muss.     Die Vorteile der grösseren Zapfendurchmesser und der  grösseren     Steifigkeit    wirken sich besonders dadurch  aus,     dass    bei erhöhten Motorleistungen und höheren  Zünddrücken die spezifischen Lagerbelastungen in  üblichen Grenzen gehalten werden können und ausser  dem Kantenpressungen in den Wellenlagern weit  gehend vermieden werden.  



  Wie aus den     Fig.   <B>1</B> und 2 ersichtlich, sind die  Gegengewichte 4 mittels einer einzigen Schraube<B>8</B>  befestigt, die durch den Hohlraum<B>7</B> eingeführt wer  den kann. Diese Befestigungsart bringt den Vorteil  mit sich,     dass    die besonders wertvollen Aussenpartien  der Gegengewichte nicht angeschnitten werden  müssen, um die Schraubenköpfe im Umfangsbereich  des Gegengewichtes unterzubringen. Ferner lassen  sich Gewindelöcher in der Kurbelwelle vermeiden,  welche bekanntlich     Anlass    zu Anrissen sind. Die Ge  windebohrung befindet sich nun im Gegengewicht  selbst, wo sie unschädlich ist.  



  Für die Weiterleitung des Schmieröles von den  Wellen- nach den Kurbelzapfen     lässt    sich die erfin  dungsgemässe Ausbildung der Wangen in sehr vor  teilhafter Weise ausnützen. Wie aus     Fig.    2 ersichtlich,  ist hierzu ein Schmierrohr<B>9</B> vorgesehen, das vom  Wellenzapfen<B>1</B> durch den Hohlraum<B>7</B> der Wange  hindurch nach dem Inneren des Kurbelzapfens 2 ge  führt ist. An seinen beiden Enden ist das Rohr in einer  Büchse<B>10</B> gehalten, die an ihrem einen, auf den  Bund des Schmierrohrs<B>9</B> wirkenden Ende konisch  ausgebildet und am Gegenende mit Gewinde ver  sehen ist, über das die Mutter 12 geschraubt wird.

   Auf  diese Weise kann die aus den Teilen<B>10</B> und 12 gebil  dete Stütze mit Schmierrohr<B>9</B> sehr stramm gegen das  Innere des Zapfens verspannt werden, in welcher  Stellung die Mutter gegen das Stück<B>10</B> durch Ein  rasten eines Stiftes gesichert wird. Bei diesem Mon  tagevorgang ist es von Vorteil,     dass    der Zugang zur       Kurbelzapfenbohrung    durch die     Anfräsung   <B>6</B> bedeu-           tend    erleichtert und auch die Kontrolle der Schmier  vorrichtung verbessert wird. Wie im Kurbelzapfen,  befindet sich auch im Wellenzapfen eine Stütze<B>10,</B> 12  der beschriebenen Art.

   Die Zugänglichkeit ist hier  zwar durch die Befestigungsschraube des Gegen  gewichtes etwas behindert, aber nötigenfalls können  bei einer Kontrolle dieses Stützgliedes die Befesti  gungsschraube<B>8</B> und das Gegengewicht 4 demontiert  werden.  



  üblicherweise wird die     überleitung    des Schmier  öles an der betrachteten Stelle etwa folgendermassen  ausgeführt: In die Bohrung von Wellen- und Kurbel  zapfen ist eine     Umlenkbüchse        eingepresst,    in welcher  entsprechende Kanäle für die richtige Weiterleitung  des Öles angebracht sind. Gegenüber dieser bekann  ten Vorrichtung weist die beschriebene Anordnung  folgende Vorteile auf: Die erwähnten üblichen     Um-          lenkbüchsen    entfallen vollständig und damit auch die  teuren     Feinpassungs-Bearbeitungskosten    der Zapfen  bohrungen.

   Ferner fallen damit die in den     Umlenk-          büchsen    vorhandenen Öltaschen weg, in denen sich  Ölkohle und     Schwebestoffteilchen    absetzen, die später  unter Umständen wieder mitgerissen werden. Auch  das namentlich durch die Öltaschen bedingte lange  Vorpumpen von Hand beim     Motoranlassen    entfällt.  Sehr erwünscht ist sodann der Wegfall von     Schmier-          ölbohrungen,    die die     Kurbelwangen    meist schräg  durchsetzen und bekanntlich gerne zu Anrissen     An-          lass    geben.

   Vorteilhaft nimmt sich auch die nun  leichte Ein- und Ausbaumöglichkeit aller Teile der       Schmiermittelübertragung    aus.  



  In dem in     Fig.    4 gezeigten Ausführungsbeispiel  ist schliesslich gezeigt,     dass    das     Hohlbohren    der Kur  belwangen unter Umständen auch ausgeführt werden  kann, ohne ein     Anfräsen    der     Wangenaussenseiten    vor  zunehmen. Auch die Befestigung der Gegengewichte 4  kann bei dieser Ausführungsweise wie beim ersten  Ausführungsbeispiel durchgeführt werden.  



  Es ist selbstverständlich,     dass    die gezeigten Mass  nahmen des     Anfräsens    und     Hohlbohrens    der Kurbel  wangen auch bei Kurbelwellen durchgeführt werden    .können, deren Zapfen nicht hohlgebohrt sind. Ausser  dem ist zu erwähnen,     dass    sich auch gegossene Wellen       hiezu    eignen, wenn z. B. auf eine saubere Oberfläche  der betreffenden Partien besonderer Wert gelegt wer  den sollte.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Kurbelwelle mit seitlich ausgebauchten Kurbel wangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwan gen<B>(3)</B> in ihrem zentralen, zwischen Wellen- und Kur belzapfen<B>(1</B> bzw. 2) gelegenen Teil einen Hohlraum <B>(7)</B> aufweisen, der in radialer Richtung nach beiden Seiten offen ist. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Kurbelwelle nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kurbelwangen<B>(3)</B> an ihrer vom Kurbelzapfen (2) abgewandten Seite eine an den Hohlraum<B>(7)</B> anschliessende Einbuchtung<B>(6)</B> auf weisen, deren Tiefe nach den beiden Wangenseiten hin allmählich abnimmt. 2.

   Kurbelwelle nach Patentanspruch und Unter anspruch<B>1</B> mit geschmiedetem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung<B>(6)</B> durch eine Anfräsung der Wange und der Hohlraum<B>(7)</B> durch eine senkrecht zur Kurbelwellenachse verlaufende Bohrung gebildet ist. <B>3.</B> Kurbelwelle nach Patentanspruch, bei welcher Gegengewichte zum Massenausgleich der Kurbelwelle vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegengewichte (4) gegenüber dem jeweiligen Hohl raum<B>(7)</B> angeordnet und mit ihrer Innenseite durch eine einzige, durch den Hohlraum eingeführte Schraube<B>(8)</B> an der Kurbelwange<B>(3)</B> befestigt sind. 4.

   Kurbelwelle nach Patentanspruch, mit hohl gebohrten Wellen- und Kurbelzapfen, dadurch ge kennzeichnet, dass für die überleitung des Schmier öles vom Wellen- zum Kurbelzapfen ein durch den Wagenhohlraum<B>(7)</B> hindurchgeführtes Rohr<B>(9)</B> vorhanden ist, dessen Enden gegen die innern Öffnun gen von Wellen- und Kurbelzapfenschmierloch <B>(11)</B> verspannt sind.