Zusammengesetzte Kurbelwelle. Bei raschlaufenden Motoren für Flug zeuge, Kraftwagen, Boote und dergleichen strebt man Erhöhung der Betriebssicherheit. Verminderung der Reibungswiderstände und Ersparung an Brennstoff und Sehmieröl an. Mit Rücksicht hierauf ist die Verwendung von Kugel- oder Rollenlagern für die Haupt lager des Motors wünschenswert.
Bei den üblichen, vielfach gekröpften Wellen ist es nun sehr schwierig, derartige Lager zu verwenden. Die Lagerringe müs sen entweder geteilt sein oder unverhältnis mässig gross gemacht werden, um an ihren Platz zwischen den Achsschenkeln gebracht werden zu können. Beides hat bekanntlich wesentliche Nachteile.
Eine andere Möglichkeit wäre, die Kurbel welle selbst aus einzelnen Teilen aufzu bauen, die erst zusammengefügt würden, nachdem die Laufringe auf die Lagerstellen geschoben worden sind.
Versuche in dieser Richtung sind bereits gemacht worden. Die zusammengesetzten Wellen haben sich aber im allgemeinen nicht bewährt, da die Verbindungsstellen zu viel fachen Störungen Veranlassung gaben. Ent weder lockerten sie sich während des Betrie bes der Maschinen tune erforderten stets Auf- und Nacharbeit, oder sie waren im Be- zu suhwer lösbar oder der Gefahr der Verletzung beim Auseinandernehmen leicht ausgesetzt, so dass genauer Wieder zusammenbau nicht mehr möglich war. Vorstehende Nachteile sollen durch die zusammengesetzte, mit wenigstens einer Kurbelkröpfung versehene Kurbelwelle, wel che Gegenstand vorliegender Erfindung bil det, behoben werden.
Gemäss der Erfindung ist die zusammen gesetzte Kurbelwelle, bei welcher Kugel- oder Rollenlager verwendet werden sollen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung des Kurbelzapfens mit den benachbarten Kurbelamen die Endteile des ersteren gegen Drehung siehernde Sperrflächen aufweisen und die Kurbelarme zur Aufnahme dieser Sperrflächen entsprechend ausgebildet sind.
Einige Ausführungsbeispiele stellt die Zeichnung dar.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Anwendung on nach aussen verjüngten Vierkanten als Sperrflächen, und zwar ist: Fig 1 ein Mittelschnitt durch eine Kur belkröpfung; Fig. 2 ist eine Stirnansicht, und Fig. 3 eine Seitenansicht eines Zapfen- vierkantes in vergrössertem Massstabe; die Fig. 4 und 5 zeigen die Ausbildung der Endteile der Zapfen als elliptische Kegel stümpfe in Stirn- bezw. Seitenansicht; die Fig. 6 und 7 stellen einen verzahnten Kegelstumpf, ebenfalls in Stirn- und Seiten ansicht, dar; Fig. 8 zeigt an einer teilweise im Mittel schnitt dargstellten, mit zwei Kröpfungen versehenen Kurbelwelle die Verlegung der gezahnten Sitzflächen in die Seitenflächen der Kurbelarme: Fig. 9 ist ein Schnitt durch die Kurbel welle nach A-B der Fig. 8.
Gemäss den Fig. 1 bis 3 sind die runden Wellenlagerzapfen 1 und 3 und der Kurbel zapfen 2 mit den flachen Kurbelarmen 4 und 5 durch sich nach aussen verjüngende Vierkantzapfen, welche die gegen Drehung sichernden Sperrflächen bilden, verbunden, die in entsprechend verjüngte Vierkantlöcher der Kurbelarme genau passen.
Der Kurbelzapfen 2 ist hohl ausgeführt und mit den Kurbelarmen durch eine den hohlen Kurbelzupfen durchsetzende Schraube 7 mit Mutter 8 zusammengehalten. Dabei wird die Schraube 7 in irgend einer geeigne ten Weise, zum Beispiel durch einen Stift J, an ihrem Kopf gegen Drehung gesichert. Auch an der Mutter 8 wird irgend eine ge eignete Sicherung angewendet. Die Wellen lagerzapfen können auf ähnliche Weise mit den Kurbelarmen zusammengehalten werden. Da der Kurbelzapfen und die Wellenlagerzap fen ohnehin ziemlich grossen Durchmesser er halten. damit Kugel- oder Rollenlager von der erforderlichen Beanspruchungsfähigkeit verwendet werden können, so fallen auch die Vierkante reichlich gross aus, um die auf tretenden Kräfte aufzunehmen. Der kurze Kurbelzapfen und die kurzen Wellenlager zapfen lassen sich genau bearbeiten, härten und schleifen.
Es ist daher auch gut mög lich, die Rollen oder Kugeln der Lager un mittelbar auf ihnen laufen zu lassen, somit den besonderen schweren Laufring zu er sparen und dadurch die Abmessung der La gerkörper zu verringern.
Kurbel- und Lagerzapfen sind ferner zur Massenherstellung geeignet und können da her im Bedarfsfalle leicht ausgewechselt wer den. Der Neigungswinkel der Verjüngung an den Endteilen der Zapfen ist so gewählt, dass dieselben noch leicht aus dem Kurbel arm herausgepresst werden können.
Die gesamte Anordnung bietet die prak tisch erforderliche Genauigkeit in bezug auf die Parallelität aller Zapfen und Gleich achsigkeit der Wellenlagerzapfen, wenn die Herstellung mit geeigneten Sondermaschinen bewirkt wird. Hierin liegt ein weiterer Vor teil gegenüber der bisherigen Herstellung- weise mehrfach gekröpfter Kurbelwellen, die bekanntlich niemals sofort genau herge stellt werden können, ohne dass wiederholte Nacharbeit nötig wäre.
Die Endteile des Kurbelzapfens und der Wellenlagerzapfen können auch elliptische Kegelstümpfe nach Fig. 4 und 5 als Sperr flächen aufweisen.
Die Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 mit kegelartig verjüngten Zahnkränzen als Sperrflächen zur Verbindung des Kurbel zapfens und der Wellenlagerzapfen bietet den Vorteil, dass die Kurbelarme unter ver schiedenen Winkeln auf die Wellenlager zapfen gesetzt werden können, und dass die Kräfte, welche auf Verdrehung der Zapfen in den Kurbelarmen hinwirken, durch eine grosse Zahl günstig gestellter Flächen auf genommen werden.
Die Herstellung der kegelförmigen Innen verzahnung in den Kurbelarmen, wie sie die Benützung von Zapfen nach Fig. 6 und 7 be dingt, bietet einige Schwierigkeiten, insofern. als verhältnismässig kleine Fräser und Schleif steine benützt werden müssen. Je stumpfer man jedoch den Kegelwinkel nimmt, desto grösser kann der Durchmesser der Werkzeuge wählt werden. Der günstigste Fall entsteht, wenn die Grösse des Kegelwinkels 180 ge wählt und die Verzahnung ganz aus der Boh rung des Kurbelarmes herausgenommen und in seine Seitenfläche verlegt wird, wie Fig, 8 und 9 zeigt. Es ist nun die Verwendung von grossen Fräsern und Schleifsteinen ermöglicht, womit die Gewähr für eine lange Erhaltung der genauen Zahnform bei den Werkzeugen gegeben ist.
Die Einzelteile der Kurbelwelle können durch kräftige Schraubengewinde und Mut- tern zusammengehalten werden. Die in Fig. 1 gezeigte getrennte Ausführung des Kurbel zapfens und der Verbindungsschraube ist in sofern vorteilhaft, als für beide Teile ver schiedene, besonders geeignete Werkstoffe verwendet werden können. Die hohlen Zap fen können auch mit Innengewinde versehen und mittelst einer in dieses Gewinde ein greifenden Kopfschraube mit dem Kurbel arm verbunden sein. Die Zapfenbefestigung gemäss Fig. 8 weist einen hohlen Schrauben bolzen 7 auf, welcher an einem Ende einen vorspringenden Kopf 10 hat und am andern Ende mit Innengewinde versehen ist, in wel ches eine Schraube 8 eingeschraubt ist.
So wohl die Köpfe 10 der Hoblbolzen 7, als auch die Köpfe der Schrauben 8 sind hier bei zweckmässig in die Kurbelarme versenkt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 und 9 sind die Kurbel- und Wellenlager zapfen als Büchsen 2 bezw. 1 ausgebildet, die als Innenlaufringe für Rollen- oder Ku gellager dienen und an ihren Stirnflächen mit je einer Verzahnung 6 ausgerüstet sind, mit denen sie in eine entsprechende Verzah- mung der Kurbelarme 4 eingreifen. Die Bol zen 7 passen genau in die Büchsen 1 und 2.
Bei dieser letzten Ausführungsform wer den die Laufbüchsen, die als Innenlaufringe für die Rollen- oder Kugellager verwendet sind, sehr kurz, so dass eine entsprechende Ersparnis an dem dafür erforderlichen hoch- wertigen Stahl eintritt. Auch die Breite der Kurbelarme wird besonders gering. Infolge der jetzt möglichen Versenkung des Kopfes 10 und der Sehraube 8 wird ferner der ganze Aufbau glatter und gefälliger. Statt dem in Fig. 8 bezeigten Hohlbolzen 7 mit Kopf 10 sind noch verschiedene andere Verbindungs. möglichkeiten denkbar, deren Anwendung für Einzelfälle in Betracht kommen kann. So zum Beispiel könnte statt dieses mit einem Kopf versehenen Hohlbolzens ein glatter, rohrartiger Bolzen verwendet werden, der an beiden Enden entweder ein Innen- oder ein Aussengewinde besitzt.
Diese Anordnung hätte den Vorteil, dass heim Zusammensetzen und Zerlegen der Kurbelwelle der Laufring 1 bezw. 2 fest auf den Bolzen 7 aufgepresst verbleiben könnte.
Bei allen dargestellten und beschriebenen Verbindungen ist unerlässliche Bedingung das äusserst genaue Zusammenpassen der Sperr flächen.
Der verhältnismässig grosse Aussendurch messer der Verzahnung gemäss Fig. 8 und 9 bietet den Vorteil, dass die zwischen den Ver zahnungen gelegenen Teile der Kurbelwelle sehr kurz sind. Da gerade diese Teile der Kurbelwelle unter den einwirkenden Kräf ten den grössten elastischen Formänderungen ausgesetzt sind, so wird das Mass dieser Durchbiegungen infolge der stützenden Wir kung der verzahnten Flächen bedeutend ver ringert und dadurch die Lebensdauer einer derart zusammenesetzten Kurbelwelle we sentlich erhöht.
Form und Teilung der Verzahnung kann beliebig gewählt werden. Die Teilung wird man auch hier derart auswählen, dass sie den Winkeln entspricht, unter denen die ein zelnen Kurbeln der Kurbelwelle gegenein ander versetzt sein können.
Compound crankshaft. In high-speed engines for aircraft, cars, boats and the like, you strive to increase operational safety. Reduction of the frictional resistance and saving of fuel and Sehmier oil. With this in mind, the use of ball or roller bearings for the main bearings of the engine is desirable.
With the usual, multiple cranked shafts, it is now very difficult to use such bearings. The bearing rings must either be divided or made disproportionately large in order to be able to be brought into place between the steering knuckles. As is well known, both have significant disadvantages.
Another possibility would be to build the crankshaft itself from individual parts that would only be put together after the races have been pushed onto the bearings.
Attempts in this direction have already been made. The composite shafts have generally not proven themselves, however, since the connection points gave rise to multiple disturbances. Either they loosened during the operation of the machine tune always required reworking and reworking, or they were detachable on the fly or easily exposed to the risk of injury when disassembling, so that precise reassembly was no longer possible. The above disadvantages are to be remedied by the assembled crankshaft provided with at least one crank offset, wel che subject of the present invention bil det.
According to the invention, the assembled crankshaft, in which ball or roller bearings are to be used, is characterized in that the end parts of the former have blocking surfaces that prevent rotation and the crank arms are designed to accommodate these blocking surfaces to connect the crank pin with the adjacent crank names .
The drawing shows some exemplary embodiments.
1 to 3 show the application of outwardly tapered square edges as blocking surfaces, namely: FIG. 1 is a central section through a cure crank; FIG. 2 is a front view and FIG. 3 is a side view of a square pin on an enlarged scale; 4 and 5 show the design of the end parts of the pin as truncated elliptical cones in front or respectively. Side view; 6 and 7 show a toothed truncated cone, also in front and side view; Fig. 8 shows the relocation of the toothed seat surfaces in the side surfaces of the crank arms on a crankshaft provided with two cranks, which is shown partially in section: Fig. 9 is a section through the crankshaft according to A-B of FIG.
According to FIGS. 1 to 3, the round shaft bearing journals 1 and 3 and the crank journals 2 are connected to the flat crank arms 4 and 5 by outwardly tapering square journals, which form the locking surfaces that prevent rotation and are connected to correspondingly tapered square holes in the crank arms fit exactly.
The crank pin 2 is hollow and is held together with the crank arms by a screw 7 with nut 8 penetrating the hollow crank pin. The screw 7 is secured against rotation on its head in any appro priate manner, for example by a pin J. Any suitable fuse is applied to the mother 8. The shaft journals can be held together with the crank arms in a similar manner. Since the crank pin and the shaft bearing pin are already quite large in diameter he hold. so that ball or roller bearings of the required load capacity can be used, the square edges are also large enough to absorb the forces that occur. The short crank pin and the short shaft bearing pin can be precisely machined, hardened and ground.
It is therefore also well possible, please include to let the rollers or balls of the bearing un indirectly run on them, thus saving the special heavy race and thereby reducing the size of the bearing body.
Crank and bearing pins are also suitable for mass production and can therefore easily be replaced if necessary. The angle of inclination of the taper at the end parts of the pin is chosen so that the same can be easily pressed out of the crank arm.
The entire arrangement offers the practically required accuracy in terms of the parallelism of all pins and the equiaxed shaft bearing pin when the production is effected with suitable special machines. This is another advantage over the previous method of manufacturing crankshafts with multiple crankings, which, as is well known, can never be precisely manufactured immediately without repeated reworking being necessary.
The end parts of the crank pin and the shaft bearing pin can also have elliptical truncated cones according to FIGS. 4 and 5 as locking surfaces.
The embodiment according to Fig. 6 and 7 with conically tapered ring gears as locking surfaces for connecting the crank pin and the shaft bearing pin offers the advantage that the crank arms can be set at different angles on the shaft bearing pin, and that the forces that act on the rotation Pin in the crank arms work to be taken up by a large number of conveniently placed surfaces.
The production of the conical internal toothing in the crank arms, as they be the use of pins according to FIGS. 6 and 7, offers some difficulties in this respect. have to be used as relatively small milling cutters and grinding stones. However, the more obtuse the taper angle, the larger the diameter of the tools can be selected. The best case arises when the size of the cone angle 180 ge selects and the toothing is completely removed from the Boh tion of the crank arm and moved into its side surface, as shown in FIGS. It is now possible to use large milling cutters and whetstones, which guarantees that the tools will retain their exact tooth shape for a long time.
The individual parts of the crankshaft can be held together by strong screw threads and nuts. The separate design of the crank pin shown in Fig. 1 and the connecting screw is advantageous in so far as different, particularly suitable materials can be used for both parts. The hollow Zap fen can also be provided with an internal thread and be connected to the crank arm by means of a cap screw engaging in this thread. The pin attachment according to FIG. 8 has a hollow screw bolt 7, which has a projecting head 10 at one end and is provided at the other end with an internal thread, in wel Ches a screw 8 is screwed.
So probably the heads 10 of the hinge bolts 7, as well as the heads of the screws 8 are sunk into the crank arms here at.
In the embodiment according to FIGS. 8 and 9, the crank and shaft bearings are pin as bushings 2 respectively. 1, which serve as inner races for roller or ball bearings and are each equipped with a toothing 6 on their end faces, with which they engage in a corresponding toothing of the crank arms 4. The bolts 7 fit exactly into the sleeves 1 and 2.
In this last embodiment, the liners that are used as inner races for the roller or ball bearings are very short, so that there is a corresponding saving of the high-quality steel required for this. The width of the crank arms is also particularly small. As a result of the now possible sinking of the head 10 and the vision hood 8, the whole structure is also smoother and more pleasing. Instead of the hollow bolt 7 with head 10 shown in FIG. 8, there are various other connections. Possibilities are conceivable, the application of which can be considered in individual cases. For example, instead of this headed hollow bolt, a smooth, tubular bolt could be used which has either an internal or an external thread at both ends.
This arrangement would have the advantage that when assembling and disassembling the crankshaft the race 1 respectively. 2 could remain pressed firmly onto the bolt 7.
In all of the connections shown and described, it is essential that the blocking areas fit together extremely precisely.
The relatively large outer diameter of the toothing according to FIGS. 8 and 9 offers the advantage that the parts of the crankshaft located between the toothing are very short. Since it is precisely these parts of the crankshaft that are exposed to the greatest elastic changes in shape under the forces acting, the amount of these deflections is significantly reduced as a result of the supporting effect of the toothed surfaces and the service life of a crankshaft assembled in this way is significantly increased.
Any shape and pitch of the toothing can be selected. The division will also be selected here so that it corresponds to the angles at which the individual cranks of the crankshaft can be offset against each other.