DE1048098B

DE1048098B - Kurbel, deren Kurbelzapfen und Welle in glatten, kreiszylindrischen Bohrungen einer einstueckig mit einem Ausgleichsgewicht hergestellten, radial ungeschlitzten Kurbelwange mit Press- oder Schrumpfsitz gehalten sind

Info

Publication number: DE1048098B
Application number: DEM33460A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Mueller
Original assignee: Maschinenfabrik Esslingen AG
Current assignee: Maschinenfabrik Esslingen AG
Priority date: 1957-03-06
Filing date: 1957-03-06
Publication date: 1958-12-31

Description

Kurbel, deren Kurbelzapfen und Welle in glatten, kreiszylindrischen Bohrungen einer einstückig mit einem Ausgleichsgewicht hergestellten, radial ungeschlitzten Kurbelwange mit Preß- oder Schrumpfsitz gehalten sind Zur Kraftübertragung, beispielsweise vom Nachschaltgetriebe einer Motorlokomotive auf die Treibräder, bedient man sich häufig des Parallelkurbeltriebes. Hierbei wird die Abtriebswelle des Nachschaltgetriebes beiderseits mit je einer Kurbel versehen, die um 90° gegeneinander versetzt sind.
Um die Montage und Demontage der Kurbelwangen der Kurbel zu erleichtern, hat man vielfach eine radial geschlitzte Kurbelwange gewählt, welche mittels Spannschrauben u. dgl. auf den Wellenstumpf geklemmt wird. Mit dieser Klemmverbindung läßt sich jedoch in den meisten Fällen das volle Reibungsmoment einer Lokomotive, welches sich aus dem maximalen Reibwert zwischen Rad und Schiene ergibt, nicht übertragen. Es müssen daher noch zusätzliche Keile vorgesehen werden. Diese Keile begünstigen jedoch das Atmen der Klemmverbindung, wodurch naturgemäß ein ungewolltes Lösen derselben eintreten kann. Je größer nun die Reibungskraft einer Lokomotive mit Stangenantrieb wird, um so weniger eignet sich diese Klemmverbindung für die Befestigung der Kurbelwangen.
Bei größeren Drehmomenten ist es daher zweckmäßig, zur radial ungeschlitzten Kurbel bzw. zum Preß- und Schrumpfverband der Einzelteile derselben überzugehen. Bei entsprechender Bemessung des Preßverbandes läßt sich in allen Fällen die volle Reibungszugkraft der Lokomotive durch den Reibungsschluß über die Kurbelnabe und den Wellenstumpf des Nachschaltgetriebes übertragen. Die erforderliche radiale Pressung des Verbandes wird dabei durch die Dehnung der Kurbelnabe bei gleichzeitiger Stauchung des Wellenstumpfes erzwungen.
Eine gleichmäßige Pressung, wie sie für die Übertragung großer Drehmomente unbedingt gefordert werden muß, läßt sich dabei jedoch nur mit einer ringförmigen Nabe erzielen, deren Beanspruchung im Zustand der Schrumpfverbindung mit dem form- und kraftschlüssigen Zapfen oder der Welle derjenigen eines dickwandigen Rohres auf inneren Überdruck entspricht. Bei der Kurbelwange, welche wegen des Zapfenauges und des Gegengewichtes nicht als Rotationskörper ausgebildet werden kann, entsteht durch die Schrumpf- oder Preßverbindung mit der Welle oder dem Zapfen eine ungleichförmige Beanspruchung der Nabe. Dabei werden die elastischen Seitenquerschnitte stärker beansprucht als die größeren Querschnitte des Gegengewichtes.
Zur Vermeidung dieser Nachteile, d. h. zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung nahezu über den gesamten Umfang, wird bei einer Kurbel, deren Kurbelzapfen und Welle in glatten, kreiszylindrischen Bohrungen einer einstückig mit einem Ausgleichsgewicht hergestellten, radial ungeschlitzten Kurbelwange mit Preß- oder Schrumpfsitz gehalten sind, vorgeschlagen, die Kurbelwange in oder am Übergang zu ihrem als Gegengewicht ausgebildeten Teil mit mindestens einem zur Welle konzentrischen, kreisbogenförmigen Schlitz zu versehen, der in Verlängerung der Mantelfläche des teilweise zylindrisch ausgebildeten Nebenteiles der Kurbelwange liegt.
Es ist zwar bekannt, bei zusammengesetzten Kurbelwellen auf den Außenflächen der Kurbelwangen horizontale Entlastungskerben einzufräsen. Diese Ausfräsungen haben jedoch lediglich den Zweck, den die Kurbelzapfen sowie die Kurbelwangen durchsetzenden Kraftlinienfluß an der Durchdringungsstelle dieser Teile gleichmäßiger-zu gestalten, d. h. mit anderen Worten, die Kerbwirkungen an diesen Stellen weitgehendst zu vermeiden. Ferner ist es bekannt, in der Wange um die Welle einen konzentrischen, kreisbogenförmigen Schlitz vorzusehen, und zwar in Verbindung mit einem radialen Schlitz. Hierbei soll aber der konzentrische Schlitz in Verbindung mit dem radialen und in Verbindung mit einer Druckschraube lediglich eine Klemmverbindung zwischen Welle und Wange ermöglichen. Diese zuletzt erwähnte Ausführung unterscheidet sich, was den Sinn und Zweck des vorhandenen kreisbogenförmigen Schlitzes anbelangt, grundsätzlich von der Aufgabe des gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Schlitzes. Zweck der Erfindung ist es, die ideale Form einer zylindrischen Nabe anzustreben, obgleich aus Gründen des Massenausgleichs die Kurbelwangenform an sich anders gestaltet werden muß. Durch die erfindungsgemäßen Schlitze in den Kurbelwangen wird die Dehnung des nunmehr nahezu zylindrischen Nabenkörpers im Bereich des Gegengewichtes nicht mehr behindert und damit annähernd die gleiche Verteilung der Tangentialspannung wie in den Seitenquerschnitten erzwungen. Dadurch kann man mit der Beanspruchung der Nabe bis nahezu an die Streckgrenze des Werkstoffes herangehen und ohne Schwierigkeiten die für die Übertragung des Drehmomentes erforderliche hohe Pressung verwirklichen.
Die Fliehkraft des Gegengewichtes wird durch die äußeren, möglichst klein zu haltenden Verbindungsstege aufgenommen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kurbel läßt sich die Beanspruchung der Nabe mit genügender Genauigkeit auf den einfachen Fall eines dickwandigen Rohres, welches durch einen inneren Überdruck belastet wird, zurückzuführen.
Zur Erhöhung der Elastizität des Kurbelkörpers auf der Wellenseite empfiehlt es sich, den Kurbelzapfen von der Rückseite aufzubohren, wodurch auch an dieser Stelle eine größere radiale Dehnung der Kurbelnabe ermöglicht wird. Bei hohlgebohrtem Kurbelzapfen muß selbstverständlich das Preßsitzübermaß für den Zapfen vergrößert werden, um die gleiche Haftung wie bei einem Vollzapfen zu erhalten. Die Ausbildung der Kurbel gemäß der Erfindung ergibt darüber hinaus die Möglichkeit, das an sich bekannte Ölpreßverfahren für die Montage und Demontage anzuwenden, da die Voraussetzungen für eine gleichmäßige Aufweitung der Nabe über den gesamten Umfang gegeben sind. Durch die Möglichkeit der Anwendungen des Ölpreßverbandes wird die erfindungsgemäße Kurbel der radial geschlitzten Kurbel hinsichtlich der Montage gleichwertig. Bei großen Drehmomenten ist sie dabei der radial geschlitzten Kurbel, deren Pressung bei gleichen äußeren Abmessungen wesentlich geringer ist, weit überlegen. Dies folgt daraus, daß durch den radialen Schlitz der Klemmkurbel der Verlauf -der Tangentialspannungen unterbrochen wird, wodurch die Spannungsverteilung naturgemäß sehr ungünstig beeinflußt wird.
In der Zeichnung ist das Wesen der Erfindung beispielsweise und schematisch veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. 1 eine Stirnansicht der Kurbel gemäß der Erfindung, Abb. 2 einen Schnitt durch die Kurbel gemäß der Erfindung längs der Linie A-B.
Mit 1 ist die Kurbelwange einer Kurbel bezeichnet; welche in an sich bekannter Weise aus einem Nabenteil 2, einem Zapfenauge 3 sowie einem Gegengewicht 4 besteht. In die Kurbelwange 1 ist eine Welle 5 bzw. der Kurbelzapfen 6 eingelassen und diese Teile mit ersterer mittels Preß- oder Schrumpfsitz verbunden. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung nahezu über den gesamten Umfang des Nabenteiles 2 wird der als Gegengewicht ausgebildete Teil 4 der Kurbelwange 1 mit einem oder mehreren kreisbogenförmigen Schlitzen 7 versehen, welche in peripherer Verlängerung des teilweise zylindrischen äußeren Nabenteiles 2 liegen. Dadurch wird eine nahezu ringförmige Nabe der Kurbelwange 1 verwirklicht.
Der eingepreßte Kurbelzapfen 6 wird in zweckmäßiger Weise mit einer Bohrung 8 versehen, deren Zweck es ist, die Elastizität des Zapfenauges 3 zu vergrößern.
Die in Abb. 1 eingetragenen Kurven zeigen die ungefähre Verteilung der Tangentialspannung über den ringförmigen Nabenteil 2, welche über den gesamten Umfang nahezu gleich ist. Für den eingepreßten Kurbelzapfen 6 ergibt sich dabei in dem Steg zwischen den beiden Bohrungen eine Spannungsüberlagerung, deren Spitzenwert unter Berücksichtigung der Radialspannung unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes liegen muß.
Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, den kreisbogenförmigen Schlitz 7 auch bei Kurbeln mit angeschmiedetem Kurbelzapfen 6 anzuordnen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Kurbel, deren Kurbelzapfen und Welle in glatten, kreiszylindrischen Bohrungen einer einstückig mit einem Ausgleichsgewicht hergestellten, radial ungeschlitzten Kurbelwange mit Preß- oder Schrumpfsitz gehalten sind, dadurch ge ennzeichnet, daß die Kurbelwange in oder am Übergang zu ihrem als Gegengewicht ausgebildeten Teil (4) mindestens einen zur Welle (5) konzentrischen, kreisbogenförmigen Schlitz (7) aufweist, der in Verlängerung der Mantelfläche des teilweise zylindrisch ausgebildeten Nabenteiles (2) der Kurbelwange liegt.
2. Kurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelzapfen (6) auf der Wellenseite mit einer Bohrung (8) versehen ist.
3. Kurbel nach Anspruch-1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßverbindung zwischen der Kurbelwange (1) sowie der Welle (5) bzw. dem Kurbelzapfen (6) nach dem an sich bekannten Ölpreßverfahren erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 398 380.