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Geteilte Kurbelwelle, insbesondere mehrfach gekröpfte Rollenlagerkurbelwelle
Es sind bereits geteilte Kurbelwellen bekanntgeworden, bei denen die mit dem Kurbelzapfen
aus einem Stück bestehenden Kurbelwangen ringartig ausgebildet, mit den Lagerstummeln
zusammengeflanscht und -durch Schrauben verbunden sind. Diese Bauart schließt den
Einbau eines einteilig geschlossenen Rollenpleuellagers aus, auch sind die Verbindungsschrauben
ungünstig beansprucht. Ungeteilte Kurbelwellen, bei denen der Kurbelzapfen (Pleuelbolzen)
als innere Lauffläche eines ungeteilten Rollenpleuellagers wirkt, sind zwar auch
bekannt. Konstruktionen dieser Art eignen sich jedoch nur für Einzylindermotoren.
Wird die Kurbelwelle indessen in den Lagerstummeln geteilt, muß auch das Kurbelgehäuse
geteilt werden und eignet sich dann wegen Abdichtungsschwierigkeiten nicht für Zweitaktreihenmotoren;
ferner kann die Kurbelwelle samt Pleuelstange als Ganzes nicht in das Motorengehäuse
eingebaut werden. Die Herstellung dieser Kurbelwellen ist -überdies sehr schwierig
und kostspielig.
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Es ist auch eine zweifach gekröpfte, geteilte Kurbelwelle' bekanntgeworden,
deren mittlere, zwischen den beiden Kröpfungen gelegene Kurbelwange quer zur Welle
längs geteilt ist, zum Zweck, Tiber die mit den jeweils -benachbarten Kurbelwangen
der beiden Kröpfungen aus einem Stück bestehenden Teile der mittleren Wange die
zugehörigen
ungeteilten Pleuelstangenköpfe aufbringen zu können. Jeder der beiden Wangenteile
besitzt je einen :den jeweils anderen Teil übergreifenden, den Pleuelstangenkopf
und dessen Lager haltenden Ansatz; die beiden in der Wellenachse Zentriermittel
aufweisenden Wangenteile sind durch zwei die Kurbelzapfen und äußeren Kurbelwangen
:durchsetzende Schraubenbolzen verbunden. Diese Verbindung hat -den Nachteil, daß
die beiden Schraubenbolzen auf Abscheren beansprucht sind.
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All diese Unzukömmlichkeiten werden bei der für Ein- und Mehrzylinderanordnungen
geeigneten geteilten Kurbelwelle gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß jede
Kröpfung der Kurbelwelle zwei an sich bekannte, quer zur Wellenachse längs geteilte
Kurbelwangen mit starr, doch lösbar verbundenen Teilen aufweist und daß die innenliegenden
Wangenteile mit dem Kurbelzapfen, die außenliegenden je mit einem Hauptlagerstummel
aus einem Stück bestehen. Vorzugsweise sind die mit dem Kurbelzapfen aus einem Stück
bestehenden Wangenteile als :dessen Lauffläche gabelartig überragende Schenkel ausgebildet
und in den die Hauptlagerstummel aufweisenden Teilen der Kurbelwangen versenkt befestigt.
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Beispielsweise issnd die Gabelschenkel des Kurbelzapfens mit Konussitz
in entsprechende Nuten der z. B. als volle Schwungscheiben ausgebildeten außenliegenden
Teile der Kurbelwangen eingelassen und durch drei Schraubenbolzen mit versenkten
Köpfen gesichert.
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Die einer Mehrzy l:inderanordnung angehörenden Hauptlagerstummel sind
drehfest gekuppelt, und zwar sind diese mit Ausnahme der Endglieder als Hohlstummel
mit Innenverzahnung, z. B. Kerbverzahnung, ausgebildet und paarweise mittels, eines
mit entsprechender Außenverzahnung ausgebildeten Kupplungsteiles verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind aufeinanderfolgenden
Kröpfungen der Kurbelwelle jeweils angehörende benachbarte Außenteile der längs
geteilten Kurbelwangen mittels einer in Richtung der Kurbelwellenachse festgelegten,
diametralen Keilverbindung drehfest gekuppelt. Vorzugsweise sind die Kurbelwangenaußenteile
an den einander zugekehrten Seiten nabenartig verstärkt und mittels eines ihre zentralen
Bohrungen :durchsetzenden Schraubenbolzens axial starr, doch lösbar verbunden und
die Stirnflächen :der nabenartigen Vorsprünge je mit einer diametralen Keilnut zur
Aufnahme eines beiden Nuten gemeinsamen, den Verbindungsbalzen durchsetzenden Keiles
versehen.
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Diese sowohl in der Achsenrichtung der Kurbelwelle als auch hinsichtlich
der Übertragung der Drehmomente bedeutend wirkungsvollere Verbindung ergibt auch
eine wesentliche Verkürzung der Baulänge der Kurbelwelle.
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Die erfindungsgemäß geteilten Kurbelwellen sind für Zwei- und Viertakt-Einzylinder-,
Reihen-, Boxer- und Sternmotoren sowie .für Dieselmotoren, Dampfmaschinen, Kompressoren,
Pumpen und Kurbelpressen mit gleichem Vorteil verwendbar und' ohne besondere Betriebsmittel
auf einfachen Maschinen genau herstellbar.
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Die neue Kurbelwelle ermöglicht, den Zylinder mit dem Kurbelgehäuse
als ein Stück zu gießen und eine Erhöhung :der Leistung bei Zweitaktmotoren durch
Verringerung :des schädlichen Raumes im Kurbelgehäuse.
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Durch Gewichts- und Bearbeitungsersparnis wird eine Verbilligung bei
der Herstellung, im Betrieb und in der Erhaltung bei erhöhter Betriebssicherheit
erreicht.
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Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Kurbelwelle dar, und zwar zeigt Fig. i das erste Ausführungsbeispiel derselben,
teils im Axialschnitt, teils in Seitenansicht, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie
II-II der Fig. i ; Fig. 3 zeigt :in größerem Maßstab einen Axialschnitt durch einen
etwa eine Kröpfung umfassenden Teil einer für einen Mehrzylinderzweitaktmotor bestimmten
geteilten Kurbelwelle einschließlich der benachbarten, die Hauptrollenlager aufnehmenden
Teile der zu einem quer zur Kurbelwellenachse geteilten Maschinengehäuse aneinandergereihten,
ungeteilten Zylinder-Kurbelgehäuse, Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV der
Fig. 3.
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Wie Fig. i erkennen läßt, setzt :sich die für Mehrzylinderanordnungen
bestimmte neuartige Kurbelwelle pro Zylinder aus den beiden als volle Schwungscheiben
ausgebildeten, die Hauptlagerzapfen 2a bzw. 3a aufweisenden Teilen der senkrecht
zur Wellenachse geteilten Kurbelwangen 2 bzw. 3 und den mit :dem Kurbelzapfen i
aus einem Stück bestehenden, dessen Lauffläche beiderseits gabelartig überragende
Schenkel bildenden Wangenteilen ia zusammen. Diese Gabelschenkel ja sind in entsprechend
geformte Nuten der Kurbelwangen :2 und 3 mit Konussitz eingelassen und durch Zylinderkopfschrauben
4, 5, 6 verbunden. Die als Schwungscheiben ausgebildeten Kurbelwangen ?-und 3 sind
an ihrer dem Kurbelzapfen i gegenüberliegenden Hälfte zum Zweck des Massenausgleiches
verstärkt. Die Schraube 4 verbindet den Kurbelzapfen i mit den schwächeren Teilen
der beiden Kurbelwangen 2 und 3, die Schrauben 5 und 6 seine Gabelschenkel ja mit
dem verstärkten Teil der jeweils zugehörigen Kurbelwange 2 bzw. 3. Sämtliche Schrauben
4 bis 6 besitzen eine napfartig, auch den Mantel des Schraubenkopfes umfassende
ösenförmige Unterlagscheibe 15, deren oberer Rand als Schraubensicherung in entsprechende
Kerben am Schraubenkopf bzw. am Rand der den Schraubenkopf aufnehmenden Ausbohrung
des zu befestigenden Teiles (3 bzw. ja) eingedrückt ist.
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Die beschriebene Verbindung zwischen den Kurbelwangen 2 und 3 und
dem mit den gabelförmigen Schenkeln ja versehenen Kurbelzapfen i hat -den Vorteil,
d:aß Idas zu übertragende Drehmoment sich über die ganze Länge der Gabelschenkel
ja verteilt und daß die Schraubenbolzen bloß auf Zug beansprucht sind.
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Der :die gabelförmigen Schenkel ja aufweisende i Kurbelzapfen i und
die Hauptlagerzapfen 2a
bzw. 3° sind im Einsatz gehärtet und als
sell)-ständige Stücke geschliffen und gelappt, wodurch deren absolut zylindrische
Oberfläche gewährleistet ist, auf der die Nadeln der Rollenlager unmittelbar laufen.
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Bei einzylilidrigen Anordnungen besitzen beide Kurbelwangen 2 und
3, bei Mehrzylindermaschinen bloß die äußersten Glieder 2 bzw. 3 je einen massiven
Hauptlagerzapfen 2°, der z. B. zu einem Wellenstummel 2b abgesetzt sein kann. Die
Hauptlagerzapfen 2°, 2b aller übrigen Kurbelwangen 2, 3 der geteilten Kurbelwelle
für Mehrzylinderanordnungen sind als Hohlstummel mit innerer Kerbverzahnung ausgebildet,
wobei jeweils zwei einander zugekehrte benachbarte Hauptlagerzapfen 2°, 3° aufeinanderfolgender
Kurbelwellenkröpfungen durch Kupplungsstücke 7 mit Gegenkerbverzahnung gekuppelt
sind. Auf dem Kurbelzapfen i laufen die Rollen 8 des einteiligen Lagerkopfes 9 der
Pleuelstange io. Die Rollen i i der Hauptlager laufen unmittelbar auf der Oberfläche
der Hauptlagerzapfen 2°, 3°.
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Diese sowie die festen äußeren Laufringe 12 der Hauptrollenlager werden
bei 1lehrzylinder-Zweitaktmotoren durch einen an der Verbindungsstelle benachbarter
Teile des nicht dargestellten Kurbelgehäuses innen anliegenden Dichtungsring 13
getrennt, der eine Umfangsnut i3° und eine diese mit einer an dessen Oberfläche
angeordneten axialen Ölnut 7b des Kupplungsstückes 7 verbindende radiale Ölbohrung
i3 b aufweist. Zu beiden Seiten des Dichtungsringes 13 ist in die diesem
zugewendeten Enden der Hauptlagerzapfen 2°, 3° je ein Segerring 1.4 eingelassen,
der die axiale Lage der äußeren Laufringe 12 der Hauptrollenlager sichert. Auf die
beschriebene Weise lassen sich Kurbelwellen für eine beliebige Zylinderzahl und
mit beliebiger gegenseitiger Winkelstellung der einzelnen Kurbelwellenkröpfungen
zusammensetzen.
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Der Zusammenbau einer mehrzylindrigen Kurbelwelle vollzieht sich wie
folgt: In die Nut der Kurbelwange 2 des in das Kurbelgehäuse eingebrachten Hauptlagerzapfetls
2° der Kurbelwelle wird einer der Gabelschenkel i° des Kurbelzapfens i, über die
der ungeteilte Lagerkopf 9 der Pleuelstange io aufgeschoben worden ist, eingesetzt
und die Rollen 8 in das Pleuellager eingeführt. Nun wird die zweite Kurbelwange
3 mit ihrer Nut auf den freien Gabelschenkel i° und hierauf beide Kurbelwangen 2
und 3 finit dein Kurbelzapfen i und seinen beiden Gabelschenkeln i° nacheinander
durch die den ersteren zentral durchsetzende Schraube :4 bzw. die Schrauben 5 und
6 verbunden. In den hohlen Lagerstummel3° wird sodann das Kupplungsstück 7 eingeschoben
und durch die an beiden Teilen ausgebildete Kerbverzahnung mit ihm drehfest vereinigt.
Nach etwaiger Zwischenschaltung des bei Zweitaktreihenmotoren erforderlichen Dichtungsringes
13 wird der Hauptlagerzapfen 2° der Kurbelwange 2 der folgenden Kurbelwellenkröpfutig
in der entsprechenden Winkelstellung auf das Kupplungsstück 7 aufgebracht usw. Die
mit abgesetztem Muttergewinde versehene Axialbohrung 7° des Kupplungsstückes
7 dient zur Einführung eines als Abziehvorrichtung dienenden Schraubenbolzens.
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Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 besitzen, abweichend
von der oben beschriebeneu, die äußeren Teile 2 und 3 der Kurbelwangen benachbarter
Kurbelwellenkröpfungen je eine zentrale, am inneren Ende stufenförmig erweiterte
Bohrung zur Aufnahme eines gemeinsamen Verbindungsbolzens 16, der an einem Ende
einen Bund i6°, am anderen ein Bolzengewinde für eine Zylindermutter 17 mit an ihrem
Mantel vorgesehenen Betätigungsnuten i7° trägt. Die in der im Kurbelwangenteil 2
vorgesehenen stufenförmigen Erweiterung der Zentralbohrung versenkt angeordnete
Zylindermutter 17 besitzt eine den Unterlagscheiben 15 für die Köpfender Schrauben
4 bis 6 gleiche, napfartig auch deren Mantel umfassende ösenförmige Unterlagscheibe
18, deren oberer Rand als Schraubensicherung einerseits in eine der Betätigungsnuten
i7° der Mutter 17, andererseits in eine an der die Mutter 17 aufnehmenden
Bohrungserweiterung des Wangenteiles 2 angeordnete Kerbe 2" eindrückbar ist. Die
Kurbelwangenteile 2 und 3 weisen auf ihren den Gabelschenkeln i° abgewandten Seiten
je einen konzentrischen zylindrischen Vorsprung 2° bzw. 3° auf, die an den einander
zugekehrten Stirnseiten je eine diametrale Keilnut halbkreisförmigen Querschnitts
zur Aufnahme eines die Wangenvorsprünge 2°, 3° auf Drehung kuppelnden Zylinderkeiles
i9 besitzen. Im Verbindungsbolzen 16 ist im Bereich der Stoßstelle der beiden Vorsprünge
2° und 3° eine Querbohrung r 6b vorgesehen, die gegenüber dem sie durchsetzenden
Zylinderkeil i9 ein geringes axiales Spiel des Verbindungsbolzens 16 zuläßt. Der
Vorsprung 2° der Kurbelwange 2 hat einen dessen Stirnfläche überragenden Ringrand
2b, der die Mantelfläche des Vorsprunges 3° umfaßt und mit der halbzylindrischen
Keilnut fluchtende, deren Durchmesser entsprechende Ausschnitte 2c aufweist. Auf
der äußeren Mantelfläche des Ringrandes 2b sitzt der innere Laufring 20 für die
Rollen 21 des zugehörigen Hauptrollenlagers der geteilten Kurbelwelle. Der äußere
Laufring 22 sitzt mit seiner Mantelfläche, die zwei Umfangsnuten für kolbenringartige
Dichtungsringe 23 enthält, in der Lagerbohrung des einen Verbindungsflansches 24
für zwei benachharte, über eine Dichtung 25 verbundene ungeteilte Kurbel-Zylindergehäuse
des axial geteilten Maschinengehäuses.
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Dichtungsringscheiben 26 aus Stahl im Bereich der Rollen 21 und Laufringe
20 und 22 der Rollenhauptlager vervollständigen die ausschließlich bei Mehrzylinderzweitaktmotoren
erforderliche gegenseitige Abdichtung zweier benachbarter Kurbel-Zylindergehäuse
aufeinanderfolgender Kurbelkröpfungen.
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Der Zusammenbau der einzelnen Kröpfungen der mehrzylindrigen Kurbelwelle
nach den Fig. 3 und 4 vollzieht sich wie.folgt: Nachdem das nicht dargestellte erste
Glied der geteilten Kurbelwelle, nämlich der mit massivem, zum Endstummel der
Kurbelwelle
abgesetzten Vorsprung 2a ausgebildete Außenteil e der quer geteilten Kurbelwange
nach Aufschieben des End-Hauptrollenlagers 20, 21, 22 in die äußere Lagerbohrung
des Maschinengehäuses eingesetzt worden ist, wird einer der Gabelschenkel ja des
Kurbelzapfens i mit bereits aufgeschobenem, ungeteiltem Lagerkopf 9 der Pleuelstange
io in die Innennut des Kurbelwangenteiles 2 eingesetzt und die Rollen 8 in das Pleuellager
eingebracht. Nun wird die zweite Kurbelwange 3, zusammen mit dem schon vorher in
deren Zentralbohrung eingesetzten Verbindungsbolzen 16 und dem in dessen Bohrung
16b von der Seite eingeführten Zylinderkeil i9, auf den freien Gabelschenkel i°
aufgebracht und hierauf beide Kurbelwangen 2 und 3 mit dem Kurbelzapfen i und seinen
beiden Gabelschenkelil ja nacheinander durch Anziehen und Sichern der Schrauben
4, 5 und 6 starr verbunden.
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Nunmehr kann der linke Kurbelwangenteil 2 der folgenden Kurbelwellenkröpfung
mit ihrer Zentralbohrung auf den Verbindungsbolzen 16 so aufgeschoben werden, daß
die mit der Keilnut des Kurbelwangenvorsprungs 2° fluchtenden Ausschnitte 2C des
ersteren überragenden Ringrandes 2b den Zylinderkeil i9 übergreifen. Zugleich wird
das auf dem Ringrand 2b schon vorher aufgesetzte Hauptrollenlager 2o, 21, 22 samt
Dichtungsringen 23 und -scheiben 26 in die Lagerbohrung des Gehäuseverbindungsflansches
24 eingeführt.
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Schließlich wird durch Festziehender Mutter 17 auf dem Gewindeteil
des Verbindungsbolzens 16 und Sicherung der Mutter 17 durch Eindrücken des oberen
Randes der napfartigen Unterlagscheibe 18 in die Kerben 17a bzw. 2" der Mutter 17
bzw. der diese aufnehmenden Bohrungserweiterung des Wangenteiles 2 die starre Verbindung
dieser Teile hergestellt. Die weitere Montage vollzieht sich wie bereits beschrieben.