JPH02501156A - 組み立て式クランクシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 組み立て式クランクシャフト及びその製造方法本発明は請求項１のプレアンブル 部分の特徴を有する組み立て式クランクシャフト及びそのようなりランクシャフ トの製造方法に関する。

一体的なりランクシャフトの構造の代わりに、複数の構成部分からクランクシャ フトを組み立てることが公知である（Ｗｏ　８３１０１２８３）。これらの鋳造 又は鍛造された部分は１個のチークを形成し、その各々にカウンターウェイト及 び２個の隣接ベアリングジャーナルの部分が形成される。ベアリングジャーナル の分離はそれらを中空の構造とすることを可能とし、その結果かなりの重量の節 約をできる。さらなる利点は、より経済的な製造を可能とし、その異なった個数 を組み立てることができ、各部分を一緒に組み立てる前に機械加工を実質的に完 了でき、オイルダクトの機械加工をかなり簡単にすることができる。少なくとも オイルダクトの部分を挿入管によって形成することすらできる。

構成部分は通常溶接、好ましくは電子ビーム溶接によって一体化される。これま では、構成部分をハンダ付けによって一体化する（Ｗｏ　８３１０１２８３）と いう提案を実行することができなかった。これの主な理由は、接合部の高い応力 が溶接接合によってのみ耐えられることができるということであると推定される 。この場合に応用可能な公知の溶接作業は製造費用をかなり増大させ、よって組 み立て式クランクシャフトの一体式クランクシャフトに対する利点を明らかに低 下させる。

本発明の目的は分離構造から生じる利点を最大に生かすことのできる組み立て式 クランクシャフトを提供することである。この目的は請求項１に記載の特徴を有 するクランクシャフトによって達成される。

クランクシャフトの構成部分の間の接合部の発明的デザインは、接合部の領域に おける強度がベース材料の強度よりも小さくないという結果を得る。従って、製 造上の理由で、及び／又はクランクシャフトの特徴上そうしなければならないと いう理由で、組み立て式が便利である場合にはいつでもそのようなろう接接合を 備えることができる。本発明の解決手段はさらに構成部分として異なった材料を 使用することを可能とする。本発明のさらに特徴的な利点はクランクシャフトの 製造コストが基本的に接合部の数に依存しないということである。何故なら、全 ての接合部は単一の作業行程で、即ち同時に作られることができるからである。

しかし、必要ならば一部のろう接接合のみを第１の作業行程で実施し、残りのろ う接接合を少なくとも１つのその後の作業行程でより低い溶融温度で実施するこ とも当然可能である。

従って、本発明によるクランクシャフトでは、分離の点を大きな範囲から自由に 選択でき、よって分離の点がベアリングジャーナルの中心に位置せしめられなけ ればならなかった場合よりもチークとベアリングジャーナルとの間の最適なデザ インのためのより大きな可能性を提供するので、疲労強度と重量との間の最適性 を達成することができるばかりではない。さらに、構成部分を一緒に接合するこ とによって得る利点は製造コストに関する限り否定できるものではない。さらに 、本発明によるクランクシャフトでは、クランクベアリングジャーナルがろう接 接合を作る前に関連するコネクティングロッドのアイに挿入されることができる 。これは分離式コネクティングロッドのアイの必要を解消し、さらに重量の低下 を得る。同じ理由で、セラミック材料、例えば酸化セラミック材料で作られたベ アリングブシュをベアリングジャーナルとベアリングプラスとの間に容易に配置 することができる。

するとオイル潤滑が必要でない。さらに、機械の運転騒音が低下する。

さらに本発明の有利な発展及び実施例が従属請求項に記載されている。

ろう接によって接合される材料の強度と少なくともほぼ等しいろう接接合部の強 度を得るために、ろう接接合部は好ましくは請求項２に従って形成される。接合 表面が、最初に存在し且つろうを受けるために必要な間隙が位置に向かって減少 することができるようにデザインされることによって、最大のろう接接合部の強 度が得られる。少なくとも１つの部位で鈍角に出会うために接合表面の円筒、特 に真円円筒又は平面形状も適切であるけれども、特にクランクシャフトのベアリ ングジャーナルの場合のように交互の曲げ荷重が生じるところでは、請求項４及 び５に記載された接合表面のデザインがより有利である。これに関して、湾曲は 表面線のコースにおける曲げとして理解されるべきである。

テストによれば、湾曲した、特には波打ち状又はＳ字状の表面線をもった接合表 面はその他の接合表面形状よりも優れていることが分かった。接合表面の表面線 は接合すべき部分の周面と直角に出会うことができるが、鋭角を好ましく選ぶこ ともできる。当然、接合表面の表面線は湾曲し且つ円錐形及び／又は円筒形を有 することができる。請求項４から６による接合表面形状も、ろう接される部分の 中心合わせのために有利である。

ろう接されるベアリングジャーナルの部分かろう接接合を作る前に所望の位置に 留まるようにするために、それらは密接に当接するブシュ等によってこの位置に 維持される。しかし、接合表面はこの目的のために請求項７に従ってデザインさ れることもできる。スナップクロージャタイプの結合がそれによって得られる。

部分が相互に後方に係合して相互に押圧されるために、それらのうちの１つが冷 却され、及び／又は他方が加熱される。これは確実な収縮継手を得る。

請求項８による接合表面のデザインによって、ろうの溶融の間に、クランプ力の 軸線方向の成分が接合表面の間の継ぎ目を閉じるという追加の利点がある。

さらに請求項７．８によるスナップ結合が２つの部分と少なくとも１つの結合リ ングとの間、又はベアリングジャーナルとその間に挿入されたチューブとの間に 設けられることができる。

ベアリングジャーナルの部分が関連するチークと一体的に形成されている場合に は、請求項９による接合デザインが特に有利である。さらに、比較的に大きなベ アリングジャーナルの長さを生成するため、それらが作られる材料のために直接 的にろう接されることができずにそれらの間にもう１つの材料を介在させてのみ ろう接されるベアリングジャーナルの部分を接合するため、そして、修理の目的 のため、オイルミストや空気潤滑を可能とし、或いは潤滑を完全に省略すること のできるセラミック材料で作られたブシュを支持するために、追加のベアリング ジャーナルの部分、又は幾つかの追加のベアリングジャーナルの部分は高度に有 利である。ベアリングジャーナルの中空デザインは既に疲労強度と重量との比を 実質的に増加させている。しかし、この比のさらなる改善が請求項１１と１３の 特徴で、即ちクランクシャフトの回転の間の変化する応力と適合する非一定な壁 厚さ、及び／又は一体的に形成されたリブ及び／又は挿入された補強エレメント としての追加の補強エレメントで達成可能である。しかし、チークの抵抗のモー メントはリブを設けた領域で対応する方法で最適化でき、又はハニカムデザイン が補強エレメントとして特に有利である。

クランクシャフトの分離により、概してオイルダクトのボアのだめの機械加工に 困難がなくなり、特に最適な潤滑状態を達成するようにこれらを設けるのが好ま しい位置においてそうである。必要ならば、チークは分離タイプ構造とされ、オ イルダクトが接合の前にこれらの部分に機械加工される。

さらに、中空のベアリングジャーナルのデザインは、オイルダクトとしてチュー ブを挿入し、ごみ寄せとしてクランクベアリングジャーナルのキャビティを設計 し、例えばオイルサプライを始動時に要求される残余オイルの量に制限するため にパーティション又はワイヤメツシュを挿入することによってキャビティを減少 し、例えばその形状が潤滑を高めるようにオイルダクトを設計することを可能に する。クランクシャフトが請求項１１に従ってデザインされるならば、隣接する ベアリングジャーナルのキャビティの間に直接的な結合とすることができる。

クランクベアリングジャーナルに２又はそれ以上のコネクティングロッドが取り つけられる場合には、クランクシャフトの分離はクランクベアリングジャーナル が軸線方向にオフセットされた部分をもつように容易にクランクベアリングジャ ーナルを構成せしめる。

多くの場合に、鋳造、焼結、又は鍛造された部分を使用するのが有利である。或 いは、例えば、チークが精密にパンチされたプレートからなる。さらに、少なく ともチークがシートメタルから形成された部分からなり、この場合にも、２つの 接合ベアリングジャーナルはそれと一体に形成される。

本発明のクランクシャフトは少なくとも１つのコネクティングロッドの非分離の アイを可能にするものであり、これはクランクシャフトが組み立てられるときに クランクベアリングジャーナルへ抑圧傾向される。そのようなコネクティングロ ッドは分離型のものよりも実質的に重量が軽く、より小さい空間の要求を含む主 要利点を得る結果に通じる。

本発明のさらなる目的は、発明に係わるクランクシャフトの製造方法を提供する ことである。この目的は請求項２０に記載の方法によって達成される。

そのような接合表面の間の間隙が位置に近づくような接合表面のデザインと関連 するそのようなろう接接合の実施は、接合部の強度がベース材料即ちチーク及び ベアリングジャーナルを構成する材料の強度よりも小さくないという結果を得る 。加熱は好ましくは誘導によって及び／又は赤外線放射によって行われる。

本発明の特別の利点は、ろう接作業が部分、要求されるならぼろう接の部分の熱 処理の直ぐ後に続けて行われることができるということである。この目的のため に、冷却処理がそれに応じて制御されるのみである。従って、例えば、冷却処理 の間に焼き戻しを行うことができる。公知の方法においては、これは別の作業行 程として実施されなければならなかった。

気体の活性化窒素を冷却の間に硬化の目的のためにクランクシャフトに作用でき るようにすることは同様にかなり重要なことである。この窒化はバスにおける習 慣的な窒化よりも実質的に高い温度で実施されるので、所要時間が短くてよく、 従って強い窒化が例えば１５から２０分内で達成されるのでその後の最終仕上げ の後でも十分な厚さの窒化コートが残る。

当然、気体窒素による窒化はいわゆる硬化に続く焼き戻しの目的のための再加熱 の間にも実施されることができる。

クランクシャフトの全てのろう接接合が同時に実施されるのも有利である。しか し、クランクシャフトの部分が２又はそれ以上の継続的なろう接作業として実施 されることもできる。この場合、後のろう接作業においては、前のろう接作業で 使用されたろうの溶融温度よりも低い溶融温度のろうが使用されなければならな い。′ ペースト状のろう及び／又は好ましくは接着された粒状のろうが便利である。し かし、実施例においては、所望の形状を得るために例えばパンチされ及び／又は 深絞りされたろう接フォイルが関連する接合表面の間に挿入される。そのような ろう接フォイルはクランクシャフトの組み立てを簡単にする。

ろう接接合部の領域にキャビティがあり、このキャビティが分離の継ぎ目を介し てのみ周囲と連通ずる場合に、請求項２７に記載のろう接フォイルが使用される 。そのような実施例において、ろうが流れた後、周囲の真空が例えば真空炉に気 体を導入することによってキャビティ内の真空よりも低くなると、圧力差が接合 表面を一緒に押すのを増大する。

ベアリングジャーナルがオイルダクトを備える場合には、これらは構成部分を正 しく位置させるために使用される。請求項２９に記載のピンが便利に使用され、 このピンはろうと接着しない材料で形成され、ピンがろう接作業の後で再び除去 されることができる。しかし、その他の手段によって構成部分の正しい角度位置 を定めることも可能である。例えば、接合表面は形、例えば正しい角度位置のみ で接合を許容する多角形を与えられることができる。本発明のクランクシャフト の構成部分は一体的なりランクシャフトと比べて小さいので、組み立ての前に非 常に精密に加工できる。これに加えて、非常にわずかのひずみしかない。この理 由で、本発明のクランクシャフトは請求項２９に従って製造できる。

チークは接合されるべき２つのベアリングジャーナルの端部が当接するスペーサ と、ベアリングジャーナルの端部とスペーサの回りに配置されるバンドとからも 構成される。重量の理由から、バンドは炭素繊維又は同等の繊維で強化された材 料からなり、スペーサはセラミック材料からなる。そのような材料の選択がなさ れたときにスペーサとベアリングジャーナルの端部とのろう接接台を可能にする ために、接合表面はメタライズされなければならない。ろう接接台は一方におい てバンドと、他方においてベアリングジャーナルの端部及びスペーサとの間でも 好ましく設けられることができる。

以下図面に示された実施例を参照して本発明の詳細な説明する。図面において、 第１図は第１実施例を示す図、 第２図は第１実施例の１エンドピースの長手断面図、第３図は第２図のエンドピ ースを示す図、第４図は第１実施例のミドルピースの長手断面図、第５図は第４ 図のミドルピースを示す図、第６図は第１実施例の１部分の不完全に示された長 手断面図、 第７図は第２実施例の不完全な部分断面図、第８図は第３実施例の不完全な部分 断面図、第９図は第４実施例の不完全な部分断面図、第１０図は第９図の線Ｘ− Ｘに沿った断面図、第１１図は第５実施例の不完全な部分断面図、第１２図は第 １１図の線ｘｎ−ｘｎに沿った断面図、第１３図は第６実施例の不完全な長手断 面図、第１４図から第２１図はそれぞれ１個のろう接接合部のみを示したさらに 別の実施例の不完全な長手断面図、第２２図はさらに別の実施例のクランクベア リングジャーナルとそれを担持する２個のチークの各々の部分を通る図解的長手 断面図、 第２３図は第２２図の実施例の接合表面の間に挿入されるろう接フォイルの斜視 図、 第２４図はさらに別の実施例の第２２図と相当する断面図である。

第１図から第６図に示されるクランクシャフトは４気筒の往復ピストンエンジン のために意図されたものであり、２個のエンドピース１．２と６個のミドルピー スとで組み立てられたものである。これらは精密に鍛造された部品であるが、そ の代わりに鋳造や焼結されることもできる。全てのミドルピースはブランクと同 じ形状をもち、従って同じ工具で製造できる。

メーンベアリングジャーナル１’、２’に加えて、両エンドピース１，２にはそ れぞれクランクベアリングジャーナルの部分４が形成され、その各々がチークを 形成する。クランクベアリングジャーナルの部分４の軸線方向の長さは完全なり ランクベアリングジャーナルの軸線方向の長さの半分よりも幾らか大きい。各ミ ドルピースにはクランクベアリングジャーナルの部分６とメーンベアリングジャ ーナルの部分７が形成され、同様に各チークを形成する。それらの分離の点にお いて、ベアリングジャーナルは相互に嵌合されるのを可能とするためにそれぞれ アウタシートとインナシートとを備えている。これらのシートの表面は一緒にろ う接される接合表面を構成する。

第２．４．６図に示されるように、クランクベアリングジャーナルの部分６とメ ーンベアリングジャーナルの部分７は各々それらの長手方向に延びるキャビティ ９を備えている。

キャビティ９はその端面においてベアリングジャーナル部分を担持するチーク３ の丸い材料部分９′によってシールされる。この種類のキャビティはミドルピー ス及び２個のエンドピース１．２の非常に高い疲労強度を達成するのにかなり寄 与する。クランクベアリングジャーナルの重量が比較的に低いために、チーク３ にそれぞれ形成されるカウンターウェイＮＯ，１１の重量も比較的に低い。図に 示す実施例においては、これらのカウンターウェイトはリングセグメントの形状 を有し、チークの平面に位置し且つチークと一体の構造を形成する３個の半径方 向に延びるアームによってチークに連結される。

少なくとも１個のオイルダクト１２が各ミドルピースのメーンベアリングジャー ナルの部分７とクランクベアリングジャーナルの部分４のキャビティ９との間の ブリッジを通って延びる。クランクベアリングジャーナルの部分４はさらにその キャビティ９から半径方向外方向に延びるオイルダクト１３を備えている。もし くは、オイルダクト１３は潤滑油の膜の形成を改善するために図示の位置に関し である角度オフセットすることができる。エンドピース１，２は各々ボア１４゜ １５によって形成された１個のオイルダクトを備えている。第６図に一点鎖線で 示されるように、各オイルダクト１２はチューブ１６によって関連するオイルダ クト１３へ連結される。

部品がベアリングジャーナルの領域において機械加工されるときに、最終のグラ インド仕上げを除くと、そして必要なオイルダクトをもつとすると、それらは正 確な角度位置で組み立てられ且つ正確に嵌合する支承手段によって保持される。

各接合部において、対応する形状のろう接フォイルが２つの接合表面の間に挿入 される。組み立て式のクランクシャフトはそれから真空、又は高真空中で必要な 温度まで加熱され、この温度は６００℃以上であり、好ましくは１０００℃の領 域にある。その後の制御された冷却処理の間に、チーク及びベアリングジャーナ ルを形成する材料は焼きもどされ、熱処理によって高い程度のタフネスがろう接 頭域に付与される。要求されるならば、気体窒素が温度４００℃以上の冷却処理 の間に真空炉中に導入され、クランクシャフトを窒化する。

これらの処理の全てはクランクシャフトのゆがみを防止するものである。その結 果、冷却処理の後で得られたクランクシャフトはゆがみのないものであり、従っ て、ベアリングジャーナルの最小の仕上げグラインディングが必要になるだけで あり、その間に窒化コートのわずかな部分のみが除去される。

第７図に示されるクランクシャフトの実施例はベアリングジャーナルの領域の分 離の点が異なったデザインであるということにおいてのみ第１図から第６図の実 施例と異なっている。もちろん、異なった数のメーンベアリングジャーナルとク ランクベアリングジャーナルを選択することも可能である。

異なったクランクベアリングジャーナル、例えば１個のクランクシャフトで１個 又は複数の往復ピストン機械を設置するために異なった行程のクランクベアリン グジャーナルを備えることもできる。これはその他の全ての実施例にも適用可能 である。

メーンベアリングジャーナル１０８は関連するチーク１０３に形成された２つの 部分１０７．１０７’からなり、設けられるクランクベアリングジャーナル１０ ５は関連するチーク１０３に形成された２つの部分１０６．１０６’からなる。

部分１０６．１０７は各々接合表面として１つの外方円錐面を有する。この外方 円錐面はベアリングジャーナルの長手軸線と同心円の外周面から内周面へ延びる 。しかし、外方円錐面は図に示されるようにそれぞれ部分１０６．１０７の全外 周面に形成される必要はない。

部分１０６’　、１０７’は各々関連する外方円錐面と嵌合するのに適した内方 円錐面を形成する。このように、両日錐面は相互に係合せしめられることができ る。

クランクシャフトがろう接作業のために組み立てられるときに、１個のろう接フ ォイルが各々関連する円錐面の間に挿入される。ろう接フォイルは切頭円錐形で 、銅又はニッケルをベースとしたろう接材料からなる。

クランクシャフトを真空ろう接炉内で垂直に配置することは、最初に存在した間 隙が零値に向かって減少する程度にろうが溶融するときに関連する接合表面が相 互に向かって動くので、適切である。これは、高温度及び真空又は高真空炉内で のろう接作業の実行とともに、ベース材料の強度と同じ強度の合金の形成をとも なった拡散接着を得る結果となる。ろう接の後の冷却処理の間に、ベース材料及 びろう接されたものは焼き戻され、そして必要ならば窒化される。

オイルダクト１１２がメーンベアリングジャーナルとクランクベアリングジャー ナルのキャビティを連結する。第７図に示されるように、クランクベアリングジ ャーナルを貫通するオイルダクト１１３は最大の偏心点に関して周方向にオフセ ットされ、最大応力の領域の潤滑油フィルムの形成を改善する。

第８図の実施例においては、チーク２０３に形成されるベアリングジャーナル部 分２０６．２０７はそれぞれ等しいので等しいデザインの構成部品が使用される ことができる。接合表面を構成する外周面は１個の外方円錐面を形成し、これは 各々円筒内周面あたりまで延びる。各環状メンバ２１７．２１８がそれぞれメー ンベアリングジャーナル２０６とクランクベアリングジャーナル２０７の外方円 錐面と適合する２個の内方円錐面と、円筒面とを有する。もちろん、ベアリング ジャーナル部分の接合表面を内方円錐面とし、環状メンバの接合表面を外方円錐 面として形成することもできる。又は、環状メンバが外方円錐面と内方円錐面と を備え、この場合には一方のベアリングジャーナル部分の接合表面が内方円錐面 となり、他方のベアリングジャーナル部分の接合表面が外方円錐面として形成さ れる。

第８図に示されるように、２個のオイルダクト２１３がクランクベアリングジャ ーナル２０６を半径方向に延びる。これらの２個のオイルダクトの代わりに、１ 個のオイルダクトとすることもできる。さらに、オイルダクトは最大の偏心点に 関して周方向にオフセットされる。

第８図に示されるように、２個のオイルダクト２１３がそれぞれ一方及び他方の クランクベアリングジャーナル２０６を通るように設けられるならば、これらの オイルダクトは接合すべきクランクシャフトの部分を位置決めするように使用さ れることができる。この目的のために、オイルダクトの各々にビンを挿入するの が便利である。このビンはオイルダクトの直径とピンの直径との差の厚さのろう 接材料からなるスリーブを担持し、その表面がろうと接着しないように処理され ている。従って、ろうが溶融するときに、ピンは円錐接合表面が前に存在した間 隙が実際土曜になる程度まで相互に近接するのを妨げない。

応力、特にクランクベアリングジャーナルがクランクシャフトの１回転の間に耐 えなければならない応力は、各角度位置において異なり、疲労強度と重量との間 のより好ましい比はクランクベアリングジャーナル抵抗のモーメントをこの変化 する応力に適合させることによって達成される。１つの可能性が第９図及び第１ ０図に示される。チーク３０３に形成されるクランクベアリングジャーナル３０ ５の部分３０６．３０６’が、接合表面として外方円錐面と内方円錐面とをもっ た第７図の実施例と同じように設けられる。しかし、第１０図に示されるように 、中空のクランクベアリングジャーナル３０５はその円筒外周面に関して偏心し て配置された内周面を有する。これは周方向に断面が非一定になる結果を得る。

図示の実施例においては、最大の断面は第３四分の一領域にあり、クランクベア リングジャーナルの最大の応力はこの点で起こる。そのようなりランクベアリン グジャーナルの周方向に異なる抵抗のモーメントは、その他の手段、例えば一体 的に形成された補強リブによって達成されることができる。

第７図の実施例のように、クランクベアリングジャーナル３０５を半径方向に延 びるオイルダクト３１３は最大の偏心点に関して周方向にオフセットされ、クラ ンクベアリングジャーナル３０５の最大応力の領域においてさえ適切な潤滑油フ ィルムを形成する。

第１１図及び第」２図に示される実施例に示されるように、クランクベアリング ジャーナルもメーンベアリングジャーナルも、チーク４０３と一体的に形成され た部分をもつ必要はない。その代わりに、例えば、チーク４０３はバンチされた 、さらに特定するならば精密にパンチされたプレートであり、メーンベアリング ジャーナル４０８とクランクベアリングジャーナル４０５とを受けるためにパン チアウトされた円筒部を有する。そしてベアリングジャーナルは管状部分によっ て形成される。当然、抵抗のモーメントを最適にする補強手段を設けることも可 能である。

第１１図及び第１２図に示される実施例において、１接合表面を形成するパンチ アウトされた円筒部の周面は円筒形であり、パンチアウトされた円筒部と係合す るベアリングジャーナルの端部部分も接合表面として円筒外周面を有する。当然 、接合表面としてその他の形、例えば円錐面を使用することもできる。

第１１図及び第１２図からさらに明らかなように、クランクベアリングジャーナ ル４０５はメーンベアリングジャーナル４０８の内部４０９に係合でき、この係 合の領域においてクランクベアリングジャーナル４０５の壁の厚さを越える程度 まで係合できる。その結果出来上がったベアリングジャーナルのキャビティの間 の直接的な結合はオイルダクトとして作用し、従って第１２図に４１２で示され ている。クランクベアリングジャーナル４０５とメーンベアリングジャーナル４ ０８は端部が開放された管からなり、これらの管の端部に挿入された閉鎖プレー ト４１９がこれらとともにろう接される。ガセットプレートの場合と同様にして 、金属の閉鎖プレート４１９は同時に補強材として作用する。当然、これらの閉 鎖プレート４１９はオイルを受けるために利用できる空間が所望の寸法に低下さ れるように配置されることもできる。例として、これは第１１図に金属プレート ４１９によって示される。

本発明のクランクシャフトの分離の点を設ける利点は、都合に応じて、第１３図 に示されるように、チークとベアリングジャーナルとを形状を付与したシートメ タル部品として設計する可能性を与えることである。チーク５０３は各々メーン ベアリングジャーナルの部分５０７が形成される第１の部分５０３′　と、クラ ンクベアリングジャーナルの部分５０６が形成される第２の部分５０３”とから なる。２つの第１の部分５０３′は等しい形状であり、また２つの第２の部分５ ０３”も等しい形状である。画部分は接合表面として相互にオーバーラツプする エツジゾーンを形成する。図示の実施例においては、これらのエツジゾーンは各 々ベアリングジャーナルの長手軸線と平行な母線によって形成される。又は、そ れらは円錐形としてもよい。

同じことがメーンベアリングジャーナルの部分５０７とクランクベアリングジャ ーナルの部分５０６の環状メンバ５１７の円筒内周面が当接し、ベアリングジャ ーナルの部分かろう接される接合表面について言える。この場合にも、当然、接 合表面が円錐面をもつこともできる。メーンベアリングジャーナルの部分５０７ を受ける環状メンバは環状メンバ５１７と基本的に同じデザインであるので第１ ３図には示されていない。

酸化セラミック材料からなるベアリングブシュ５１９は各環状メンバ５１７に配 置される。そのようなベアリングブシュは前に説明した実施例にも特徴とするこ とができる。これはオイルダクトを省略させてもよいとするものであり、即ちそ のようなベアリングブシュは潤滑を必要としないベアリングを提供するのである 。

ベアリングブシュ５１９に取りつけられる関連するコネクティングロッドのアイ ５２０は非分離形であり、それはクランクシャフトが組み立てられるときにベア リングブシュ５１９のようなコネクティングメンバ５１７上に押さることができ る。当然、非分離形のアイをもつコネクティングロッドは他の実施例にも使用さ れることができ、即ち他の実施例をコネクティングロッドのベアリングジャーナ ルの分離が組み立ての間にアイを押し込むことを可能にするからである。しかし 、その場合には、ベアリング表面の加工はろう接の前に完了していなければなら ない。

真空中のろう接及びその後の熱処理は上述したように真空炉内で実施される。利 用温度はセラミックのベアリングブシュに不都合を与えるものではない。

上記実施例においては、接合表面は完全に円筒又は円錐表面内にあった。第１４ 図は中空円筒ベアリングジャーナルの２つの部分６０１．６０２のろう接接台表 面の中央部分６０３のみが一個の円錐面を形成した実施例を示すものである。こ の中央部分６０３はそれぞれ端部部分６０４．６０５に接続し、それらの表面線 は円弧形状でありベアリングジャーナルの内周面及び外周面に直角に出会う。し かし、直角の代わりに鋭角とすることもできる。ろう接の特に高い強度、特に交 互の曲げ応力の下での非常に高い疲労強度がそのような曲面線を有する接合表面 によって達成可能である。

第１４図の実施例の第１５図に示す変形例においては、２つの部分６０６．６０ ７のろう接接台表面の表面線が２つの端部部分６０９．６１０の領域において同 様に湾曲形状とすることができる。しかし、それらはベアリングジャーナルの内 周面及び外周面に鋭角で出会う。さらに、接合表面の中央部分６０８がわずかに 非常に小さな傾斜の円錐形を有する。これは円筒形でもよい。しかし、円錐形と することによって、中央部分の２つの接合表面の間の間隙の解消がベアリングジ ャーナルに軸線方向に荷重を与えることによって達成できる。

第１５図の実施例においては、第１４図の実施例のように、接合表面に適合した ろう接フォイルが２つの接合表面の間に挿入される。ろうが一旦流動すると接合 表面がベアリングジャーナルの軸線方向に作用する力によって相互にプレスされ 、間隙を実際上完全に解消する。

これまで述べた実施例においては、ベアリングジャーナルの長手方向に作用する 外部から加えられる力だけが、ろうが流れ始めるときに間隙を閉じるために必要 なのではない。全てのろう接接台が同時になされなければならない限りにおいて 、接合されるべき部分の長手軸線が相互に整列する、即ちベアリングジャーナル が結合部において曲がらないように、全てのチークが相互に平行になり、ベアリ ングジャーナルの長手軸線がチークによって規定される表面上で正しい角度で立 つように注意を払わなければならない。両端は構成部品を正しい位置に保持し、 且つクランプするクランプ装置で達成される。

そのようなりランプ装置は複雑で真空炉中でスペースをとるので、接合表面が第 １６図のようにデザインされていれば必要ない。第１６図に示されるように、ベ アリングジャーナルの２つの部分６１１．６１２のろう接接台表面はそれらの２ つの端部部分６１４．６１５において反対に湾曲した形状を有し、これは第１４ 図及び第１５図の実施例の場合にもそうである。しかし、部分６１１の接合表面 の直径は第１４図及び第１５図の実施例の場合のようにその最大値の点から最小 値の点へ定常的に減少するのではない。その代わりに、中央部分６１３の領域に おいて再び増大する。接合表面の表面線の出来上がった波打ち状の形状は部分６ １１．６１２の２つの端部部分を相互に後方に係合せしめる。２つの部分６１１ ．６１２を接合するために、従って、２つの部分を相互に押圧嵌合できる程度に 一方の部分を加熱、又は一方の部分を冷却することが必要である。それから両部 分が再び同じ温度になったときに、両者が収縮継手のように固く接合され、もは や相互に回転しなくなるばかりでなく、さらに、長手軸線の整列が保証される。

両部分が十分に高い弾性をもつならば、両者を軸線方向に作用する対応する高い 押圧力によって押圧嵌合できる。中央部分６１３の発明の形状はろうが一旦流れ たときに最初に存在していた間隙を解消する軸線方向の成分をもつクランプ力を 得る結果になる。

第１７図に示されるように、例えば、２つの部分６１６．６１７について、２つ の関連する接合表面の一方の部分６１８のみが、２つの部分６１６．６１７が相 互に後方に係合するようにデザインされ、且つ接合表面の残りの部分６１９が円 錐形を与えられるようにすることができる。

さらに、２つの部分、例えば、第８図に示される実施例の場合のように、クラン クシャフトのベアリングジャーナルの２つの部分７０１が環状メンバによって接 合されるときには、接合表面の表面線は円錐形の接合表面の代わりに、第１８図 にインナリング７０３として示されるように、湾曲した、或いは波打ち状の形状 を与えられる。第１６図及び第１７図の実施例のように、一方においてインナリ ング７０３の、他方において２つの部分’ｉ’０１．７０２の接合表面の表面線 は、インナリング７０３が一方及び他方の部分７０１．７０２と後方に係合する ので、ここでもクランプ力は軸線方向の成分を有する。

２つのベアリングジャーナルの部分を鈍角で出会わせる代わりに、当然、第１９ 図に示されるように、ベアリングジャーナル７０１’　、７０２’が直接に接合 される接合表面７１８に上述の形状の１つとして付与することができる。図示の 実施例においては、接合表面７１８の表面線は外周面に鋭角で出会う直線に沿っ てわずかに波打ち形状となっている。原理的には、インナリング７０３′　はイ ンナリング７０３と同じデザインのものである。接合表面の表面線の湾曲又は波 打ち形状をもったリングが使用されるならば、第２０図に示されるように、リン グ第８図の実施例と同様に、アウタリング７１７としてデザインされることがで きる。それは少なくとも１つのコネクティングロッドのベアリングブシュとして 作用することができ、そして、当然、ベアリングジャーナルの２つの部分７０６ とは異なった材料、例えば接合表面の領域においてメタライズされたセラミック 材料で構成されることができる。２つの部分７０６が直接に出会う接合表面７０ ４は例えば円錐面とすることができる。

接合表面がスナップクロージャにおけるように相互に後方に係合するようにデザ インされる代わりに、又はそのような接合表面に加えて、第２１図に示されるよ うに、ブシュ８０１が設けられ、ブシュと接合すべき２つの部分との間の結合部 をタイトな結合、好ましくは収縮接合で橋渡し結合する。中空のベアリングジャ ーナルの場合には、部分８０２がチーク８０３に設けられ、又はチーク８０３に 接合され、ブシュ８０１は２つの部分の内周面に当接せしめられる。ブシュ８０ １が十分に長く、チーク８０３の領域内まで延びるような場合には、両部分８０ ２の長手軸線はろう接の前に確保される。

部分８０２の接合表面８０４は第１５図の実施例のものと同じ形状を有するが、 当然、その他の発明の形状を使用することができる。第２１図はさらに、実施例 において、スリーブ８１５によるベアリングジャーナルが例えば直径に関して隣 接部分と異なる部分を備えていることを示している。異なる直径よりも重要なこ とは、偏心した位置である。そのような偏心は例えばスリーブ８１５がその内周 面に対して偏心して配置された外周面をもつことによって達成される。

しかし、クランクシャフトの中空ベアリングジャーナルの内部に配置されるブシ ュは、その全面がベアリングジャーナルの内周面と当接する必要はない。第２２ 図に示されるように、この実施例においては、クランクシャフトのベアリングジ ャーナルの２つの部分８０５の各々は両部分の結合部から共通の距離のところに リング状の内方突起材料部分８０５′を備えている。しかし、この材料部分は挿 入されたリングによっても形成することができる。ブシュ８０６がこれらの２つ の材料部分８０５′に固く載置され、これらの２つの材料部分８０５′は等しく 大きな直径部分を有する。よってブシュ８０６、材料部分８０５’　、及びベア リングジャーナルの内周面はキャビティ８１０を形成し、これはろう接がなされ るまでのみ２つの部分８０５０間の継ぎ目８０７を介して周囲と連通ずる。接合 表面は第１５図に示されるものと同じ形状を有する。しかし、その他の形状、特 に相互の後方に係合する部分に生じる形状を使用できる。第２３図に示されるよ うに、接合表面８０７の間に挿入されるろうシート８０８は接合表面のこの形状 に適合したものである。ろうシートの連続的なスリット８０９が、ろうが流れる までキャビティ８１０が周囲と連通し、従って排気されるのを保証する。しかし 、一旦ろうが流れると、接合表面８０７の間の間隙は完全に閉じ、キャビティ８ １０をシールする。

周囲に作用する真空は低下され、即ち真空炉に気体が導入される。これはキャビ ティ８１０内の真空とクランクシャフトの周囲との間に圧力差を生じさせ、これ は部分８０５を軸線方向にも押圧し、よって接合表面８０７の間の間隙を解消す るのに寄与する。

第２４図の実施例は、チーク８１１によって担持されるベアリングジャーナルの 部分８０５の半径方向内方突起材料部分８０５′がブシュ８０６の環状溝に係合 し、ベアリングジャーナルがキャビティ８１０からベアリングジャーナル壁を通 るオイルダクト８１２を備えていることのみが第２２図の実施例とはことなって いるものである。材料部分８０５′及びそれらを受けるブシュ８０６の環状溝の 断面形状は、環状溝との係合を生じさせるクランプ力が軸線方向の力の成分をも 生成するように選択されている。この力の成分は第１６図から第２０図の実施例 のものと同じ効果を有する。

ブシュ８０６を第２４図に示される組み立て位置にもたらすために、より詳細に はブシ５８０６がベアリングジャーナルに押入れられる程度にベアリングジャー ナルの部分８０５は加熱され、及び／又はブシュ８０６が冷却される。

オイルサプライパイプ８１３がキャビティ８１０に開放している。このオイルサ プライパイプはベアリングジャーナルを受けるチーク８１１の開口部を通ってブ シュ８０６の内部に導入される。そこから、オイルサプライパイプはブシュ８０ ６を通ってキャビティ８１０の開口部に延びる。キャビティ８１０において、そ の大きさは所望の値に容易に適合でき、始動時に要求されるオイルの量を保持し 、それを始動時にオイルダクト８１２に供給する手段が設けられる。

以上説明した全ての特徴及び図面からのみ明らかな特徴は、それらが特に強調さ れていず、また請求の範囲に記載されていないけれども、本発明の範囲内におい てさらに発展されることができるものと解釈されるべきである。

国際調査報告 □□”　ＰＣＴ／ＤＥ　８８１００４９Ｂ　２

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．構成部分が分離の点に設けられる接合表面の領域において一緒にろう接され る組み立て式クランクシャフトであって、ろう接接合部が真空において高温ろう 接によって形成されることを特徴とする組み立て式クランクシャフト。
2. ２．ろう接接合が拡散接着であることを特徴とする請求項１に記載の組み立て式 クランクシャフト。
3. ３．関連する接合表面（６０３−６０５，６０８−６１０，６１３−６１５，６ １８，６１９，７０４，７１８，８０４，８０７）がそれらの間に間隙なく相互 に当接せしめる形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の組み立て 式クランクシャフト。
4. ４．接合表面が少なくとも一部分（６０３，６０８，６１９，７０４）に円錐形 状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の組み立て式クラ ンクシャフト。
5. ５．接合表面を規定する表面線が少なくとも一部分（６０４，６０５，６０９， ６１０，６１４，６１５）に湾曲形状を有することを特徴とする請求項１から４ のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフト。
6. ６．湾曲を示す部分（６１３−６１５，６１８）の表面線が波打ち形状であるこ とを特徴とする請求項５に記載の組み立て式クランクシャフト。
7. ７．ろう接される２つの接合表面（６１３−６１５，６１８，６１９）の少なく とも一方が他方と後方に係合する部分を備えることを特徴とする請求項１から６ のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフト。
8. ８．一方の接合表面（６１３−６１５，６１８，６１９）の後方に係合できる部 分とこの後方に係合できる部分と係合する他方の接合表面が各々、ろう接接合処 理を行う前に２つの部分（６１１，６１２，６１６，６１７，７０１，７０２， ７０１′，７０２′，７０６）の２つの接合表面（６１３−６１５，６１８，６ １９，７１８）を相互に近接するように作用する成分を有するクランプ力を生成 する形状を有することを特徴とする請求項７に記載の組み立て式クランクシャフ ト。
9. ９．ベアリングジャーナルの少なくとも１つがリング形状のベアリングジャーナ ルの部分（２１７，２０３，２０３′，７１７）を備え、該ベアリングジャーナ ルの部分が１つのろう接接合を介してベアリングジャーナルの他の２つの部分（ ２０６，７０１，７０２，７０１′，７０２′，７０６）と接続することを特徴 とする請求項１から８のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフト。
10. １０．ベアリングジャーナルの少なくとも１つがその外部及び／又は内部に金属 、又はセラミック材料、特に酸化セラミック材料のプシュ（８０１，８０６）を 担持することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の組み立て式クラン クシャフト。
11. １１．プシュ（８０６）は、中空のベアリングジャーナル内に配置されるときに 、半径方向内方に突出するエレメント（８０５′）、好ましくは周方向に閉じら れたエレメントに当接することを特徴とする請求項１０に記載の組み立て式クラ ンクシャフト。
12. １２．半径方向内方に突出するエレメント（８０５′）はベアリングジャーナル の長手方向で見て前方及び後方にベアリングジャーナルのろう接接合を備え、且 つブシュ（８０６）の凹部と係合し、そのデザインは半径方向内方に突出するエ レメントのデザインと同様に半径方向内方に突出するエレメント（８０５′）と プシュ（８０６）との間のクランプ力がろう接接合の接合表面を相互に近接する ように作用する力の成分を有するように選択されることを特徴とする請求項１１ に記載の組み立て式クランクシャフト。
13. １３．中空のベアリングジャーナルの少なくとも１つ（３０５）が少なくともベ アリングを形成する領域に異なった半径方向で非一定な抵抗のモーメントを有す ることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の組み立て式クランクシ ャフト。
14. １４．中空のベアリングジャーナル（４０５）がその周囲の部分の上に少なくと も１つの隣の同様に中空のベアリングジャーナル（４０８）の内部（４０９）に クランクベアリングジャーナル（４０５）の壁の厚さを越える程度に突出するこ とを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフ ト。
15. １５．クランクベアリングジャーナルが軸線方向に相互に並んで配置される少な くとも２つの軸線方向にオフセットした部分を備えることを特徴とする請求項１ から１４のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフト。
16. １６．チーク（４０３）が精密にパンチされたプレートから形成されることを特 徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフト。
17. １７．チーク（５０３）シートメタルから形成された部分であることを特徴とす る請求項１から１５のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフト。
18. １８．コネクティングロツドの少なくとも１つの非分離アイ（２５）がクランク ベアリングジャーナル（５０６，５１７）に取りつけられることを特徴とする請 求項１から１７のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフト。
19. １９．チークは１回転の間に生じる応力の異なった量に対して最適にされた抵抗 のモーメントを有することを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の組 み立て式クランクシャフト。
20. ２０．請求項１に記載の組み立て式クランクシャフトの製造方法であって、高温 ろう接が真空、好ましくは高真空においてなされる間に、関連する接合表面を相 互に当接せしめようとする力が、少なくともろうが流れる時間の間に、一緒にろ う接されるべきクランクシャフトの構成部分に作用することを特徴とする組み立 て式クランクシャフトの製造方法。
21. ２１．一緒にろう接されるべき構成部分が誘導によって加熱及び／又は赤外線放 射によって加熱されることを特徴とする請求項２０に記載の組み立て式クランク シャフトの製造方法。
22. ２２．ろう接作業の後の冷却の間、又は冷却の後の再加熱の間に、気体の活性化 窒素が硬化の目的のためにクランクシャフトに作用せしめられることを特徴とす る請求項２０又は２１に記載の組み立て式クランクシャフトの製造方法。
23. ２３．窒化が４００℃の温度で実施されることを特徴とする請求項２２に記載の 組み立て式クランクシャフトの製造方法。
24. ２４．クランクシャフトの全てのろう接接合が同時に実施されることを特徴とす る請求項２０から２２のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフトの製造方 法。
25. ２５．ろう援用ペースト及び／又は粒状ろう材料、好ましくはろう接フォイルが 一緒にろう接されるべき接合表面の間に配置されることを特徴とする請求項２０ から２４のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフトの製造方法。
26. ２６．接合表面の間への挿入に先立って、ろう接フォイルがパンチされ及び／又 は深絞りされることを特徴とする請求項２５に記載の組み立て式クランクシャフ トの製造方法。
27. ２７．クランクシャフトが分離の継ぎ目を介してのみ周囲と連通するキャビティ を有する場合に、分離の継ぎ目に配置されるろう接フォイルか断点を有し、キャ ビティが該断点を介して排気され、且つ該断点が流れるろうがキャビティとクラ ンクシャフトの周囲との間の結合を閉じるように構成され、ろうの流れの後で且 つその再固化の前に圧力の上昇がクランクシャフトの周囲に生ぜしめられること を特徴とする請求項２０から２６のいずれかに記載の組み立て式クランクシャフ トの製造方法。
28. ２８．一緒にろう接されるべき構成部分を少なくとも１つのオイルダクトを有す るベアリングジャーナルに正しく位置させるために、オイルダクトにピンが挿入 され、該ピンが該オイルダクトの直径よりも小さい直径を有し、且つオイルダク トとピンとの間の間隙の幅と等しい厚さを有するろう接フォイルによって包囲さ れることを特徴とする請求項２０から２７のいずれかに記載の組み立て式クラン クシャフトの製造方法。
29. ２９．全ての構成部品の機械加工がろう接の前に完了され、又はベアリングジャ ーナルの場合には、全ての構成部品せいぜい最小の仕上げ加工を除いて仕上げら れ、ろう接及びその後の処理の後では、仕上げのグラインディングのみが実施さ れるべく残っていることを特徴とする請求項２０から２８のいずれかに記載の組 み立て式クランクシャフトの製造方法。
30. ３０．相互に後方に係合するクランクシャフトの部分がろう接の前に収縮される ことを特徴とする請求項２０から２９のいずれかに記載の組み立て式クランクレ ャフトの製造方法。