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.