DE102008047551A1

DE102008047551A1 - Gewichtserleichterung an einer gegossenen Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102008047551A1
Application number: DE200810047551
Authority: DE
Inventors: Valentin Sergiu Lipcan
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Gegossene Kurbelwelle mit zumindest zwei Hauptlagerzapfen und zumindest einem Hubzapfen sowie zumindest zwei Kurbelwangen, wobei an zumindest einer Kurbelwange 13, 14 hubzapfenseitig eine Ausnehmung 32, 33 im Bereich des Hauptlagerzapfens 12 ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine gegossene Kurbelwelle mit zumindest zwei Hauptlagerzapfen und zumindest einen Hubzapfen sowie zumindest zwei Kurbelwangen.
Der Motorenbau wird derzeit stark vom Thema des ”Downsizing” bestimmt, womit die Entwicklung zu kleineren leichteren Verbrennungsmotoren mit höherer spezifischer Leistung umschrieben wird. Dies schließt die Forderung nach Größenreduzierung und Gewichtseinsparung an sämtlichen Bauteilen, insbesondere an den mechanisch hochbelasteten Bauteilen ein. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegossene Kurbelwelle bereitzustellen, die bei einfacher Herstellbarkeit Gewichtseinsparungen ohne nennenswerte Festigkeitseinbußen zuläßt.
Die Lösung hierfür besteht in einer gegossenen Kurbelwelle mit zumindest zwei Hauptlagerzapfen und zumindest einem Hubzapfen, sowie zumindest zwei Kurbelwangen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an zumindest einer Kurbelwange hubzapfenseitig eine Ausnehmung im Bereich des Hauptlagerzapfens ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Ausnehmung, die sich zumindest teilweise mit der Querschnittslage eines Hauptlagerzapfens überdeckt, liegt in einem Bereich der Kurbelwange, der spezifisch geringer belastet ist, so daß eine Materialreduzierung nicht zu nennenswerten Festigkeitsverlusten an der Kurbelwange führt. Die Herstellbarkeit der Ausnehmung, die an der genannten zumindest einen Kurbelwange auf der zum Hubzapfen gelegenen Seite liegt, ist im Gießverfahren leicht darstellbar. Es sind nur einfach geformte zusätzliche flache Kerne zu verwenden, die leicht hergestellt und leicht entformt werden können. In besonderer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß an zumindest einen Kurbelwange mit Ausnehmung ein Gegengewicht ausgebildet ist, das in Bezug auf eine Kurbelwellenmittelachse dem an die Kurbelwange anschließenden Hubzapfen gegenüberliegt, wobei an zumindest einer Kurbelwange ein Gegengeweicht ausgebildet ist, das in Bezug auf eine Kurbelwellenmittelachse dem an die Kurbelwange anschließenden Hubzapfen gegenüberliegt. In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Ausnehmung von zwei im wesentlichen parallelen Rippen oder Stegen begrenzt wird, die in Richtung des Hubzapfenversatzes insbesondere im Außenbereich der Kurbelwangenbreite verlaufen. Hierbei wird bei größtmöglicher Ausschöpfung der Kurbelwangenbreite für die Ausbildung der Ausnehmung durch die verbleibenden Rippen oder Stege in den Außenbereichen eine ausreichende bzw. erhöhte Festigkeit dargestellt. Die Rippen oder Stege können jeweils Dreikantquerschnitt oder Trapezquerschnitt haben, wobei die Oberkanten der Rippen oder Stege in einer Ebene mit der hubzapfenseitigen Außenfläche eines Gegengewichtes liegen können.
Die Form der Ausnehmung kann insbesondere die eines flachen Keils oder die einer flachen Pyramide sein, so daß Querschnittssprünge an der Kurbelwange in Richtung des Hubzapfenversatzes betrachtet vermieden werden.
In Weiterführung der Erfindung kann die vorbezeichnete Kurbelwelle durch ein Verfahren zum Gießen hergestellt werden, bei dem zur Bildung einer Formhohlraums für die Kurbelwelle eine zweiteilige Form verwendet wird, deren Trennebene durch die Längsachsen A der Hautlagerzapfen und der Hubzapfen enthält, in die zur Ausbildung der zumindest einen Ausnehmung zumindest einen Kern eingelegt wird, dessen Formfläche in die Richtung der Längsachse der Hauptlagerzapfen von der Kurbelwange ausgehend hinterschnittfrei ist, angepaßt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
1 zeigt einen Längsabschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle in Seitenansicht.
2 zeigt einen Querschnitt durch einen Hautplagerzapfen und zwei Kurbelwangen gemäß der Schnittlinie aus 1.
3 zeigt eine Form zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle in einem Teilschnitt im Bereich eines Hauptlagerzapfens.
Die 1 und 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben.
Es ist ein Längsabschnitt einer erfindungsgemäßen gegossenen Kurbelwelle 11 gezeigt, der einen Hautlagerzapfen 12, zwei daran anschließende Kurbelwangen 13, 14 mit Gegengewichten 15, 16, zwei Hubzapfen 17, 18 und daran anschließende Teile von Kurbelwangen 19, 20 umfaßt. In der Lauffläche des Hubzapfens 17 ist eine Schmierölversorgungsöffnung 21 erkennbar, die über eine Schrägbohrung 22 vom Hauptlagerzapfen 12 mit Drucköl versorgt wird, wobei am Hauptlagerzapfen eine Eintrittsöffnung 23 erkennbar ist. Im Hubzapfen 18 ist eine Schmierölversorgungsöffnung 24 erkennbar, die über eine Schrägbohrung 25 mit Drucköl versorgt wird, wobei diese von einem weiteren hier nicht dargestellten Hauptlagerzapfen ausgeht. Im Bereich des Hauptlagerzapfens 12 sind an den Kurbelwangen 13, 14 zapfenseitig jeweils Rippen 26, 27, 28, 29 erkennbar, die auf der größten Breite der Kurbelwangen 13, 14 quer zum Hubzapfenversatz betrachtet und parallel zueinander in Richtung des Hubzapfenversatzes der Hubzapfen 17, 18 gegenüber dem Hauptlagerzapfen 12 verlaufen. Die Rippen sind im Querschnitt hierbei etwa trapezförmig. Die Oberkanten der Rippen liegen in einer Ebene mit den hubzapfenseitigen Außenflächen 30, 31 der Gegengewichte 15, 16. Zwischen den Rippen ist hubzapfenseitig jeweils eine Ausnehmung 32, 33 ausgebildet, die die Form eines flachen Keils mit einem stumpfen Keilwinkel bzw. einer flachen Pyramide mit stumpfen Öffnungswinkeln hat. Die hiermit beschriebenen Ausgestaltung der hubzapfenseitigen Oberflächen der Kurbelwangen 13, 14 stellen eine größtmögliche Erhöhung der Steifigkeit der Kurbelwangen bei erheblicher Gewichtseinsparung da. Darüberhinaus ist eine einfache Herstellbarkeit beim Gießen gegeben, die durch einfache zusätzliche Formkerne in flacher Keilform bzw. flacher Pyramidenform erzeugt werden kann.
In 3 ist eine Form zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle im Längsschnitt durch die Achse A eines Hauptlagerzapfens 12 gezeigt. Die Form 41 bildet einen Formhohlraum 44 der, der fertigen Form des Hauptlagerzapfens 12 mit anschließenden Kurbelwangen 19, 20 nach 2 entspricht. Die Form 41 ist entlang einer Trennebene 45 geteilt. In die Form 41 sind hierbei jeweils zur Bildung der äußeren Oberflächen der Kurbelwangen 19, 20 mit Ausnehmungen 32, 33 zwei von dem Formhohlraum 44 aus in Richtung der Längsachse A betrachtet hinterschnittfreie Kerne 42, 43 eingelegt. Während die Form 41 eine Dauerform (Kokille) sein kann, sind die Kerne 42, 43 vorzugsweise als leicht entformbare Sandkerne auszubilden.

11: Kurbelwellenabschnitt
12: Hauptlagerzapfen
13: Kurbelwange
14: Kurbelwange
15: Gegengewicht
16: Gegengewicht
17: Hubzapfen
18: Hubzapfen
19: Kurbelwange
20: Kurbelwange
21: Ölversorgungsöffnung
22: Ölversorgungsbohrung
23: Öleintrittsöffnung
24: Ölversorgungsöffnung
25: Ölversorgungsbohrung
26: Oberkante
27: Oberkante
28: Oberkante
29: Oberkante
30: Seitenfläche
31: Seitenfläche
32: Ausnehmung
33: Ausnehmung
41: Form
42: Kern
43: Kern
44: Formhohlraum
45: Trennebene

Claims

Gegossene Kurbelwelle mit zumindest zwei Hauplagerzapfen und zumindest einem Hubzapfen sowie zumindest zwei Kurbelwangen, dadurch gekennzeichnet, daß an zumindest einer Kurbelwange (13, 14) hubzapfenseitig eine Ausnehmung (32, 33) im Bereich des Hauptlagerzapfens (12) ausgebildet ist.
Gegossene Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der zumindest einen Kurbelwange (13, 14) mit der Ausnehmung (32, 33) ein Gegengewicht (15, 16) ausgebildet ist, das in Bezug auf eine Kurbelwellenmittelachse dem an die Kurbelwange (13, 14) anschließenden Hubzapfen (17, 18) gegenüberliegt.
Gegossene Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (32, 33) von zwei im wesentlichen parallelen Rippen (26, 27, 28, 29) begrenzt wird, die in Richtung des Hubzapfenversatzes, insbeson dere im Außenbereich der Kurbelwangenbreite verlaufen.
Gegossene Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (26, 27, 28, 29) jeweils Dreikant- oder Trapezquerschnitt haben.
Gegossene Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkanten der Rippen (26, 27, 28, 29) in einer Ebene mit der Außenfläche (30, 31) des Gegengewicht (15, 16) liegen.
Gegossene Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (32, 33) zwischen den Rippen (26, 27, 28, 29) eine flache keilförmige oder flache pyramidenförmige Form hat.
Gegossene Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegossener oder gebohrter Schrägkanal (23) von einem Hauptlagerzapfen (12) bis zum zumindest einen Hubzapfen (17, 18) durch die Kurbelwange (13, 14) mit Ausnehmung (32, 33) führt.
Verfahren zum Gießen einer Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Formhohlraums (44) für die Kurbelwelle eine zweiteilige Form (41) verwendet wird, deren Trennebene (45) die Längsachse A der Hautlagerzapfen (12) und die Längsachsen der Hubzapfen (13, 14) enthält, in die zur Ausbildung der zumindest einen Ausnehmung (32, 34) zumindest ein Kern (42, 43) eingelegt wird, dessen zum Formhohlraum liegende Oberfläche zumindest die Ausnehmung (32, 33) bildet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche in des zumindest einen Kerns (42, 43) in Richtung der Längsachse A der Hauptlagerzapfen (12) von der Oberfläche der Kurbelwange (13, 14) ausgehend hinterschnittfrei ist.