DE2156031A1

DE2156031A1 - Kurbelwelle mit Antriebsrad sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2156031A1
Application number: DE19712156031
Authority: DE
Inventors: William Findlay; Whittingham John Bryan; Peterborough; Perkins Geoffrey Raymond Bourne; Lincolnshire Stewart (Großbritannien)
Original assignee: Perkins Engines Ltd
Current assignee: Perkins Ltd
Priority date: 1971-01-19
Filing date: 1971-11-11
Publication date: 1972-08-03
Also published as: IT941867B; US3795032A; FR2122852A5; GB1351011A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖN WALD 2156031 DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER , DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLDPSCH DIPL.-ING. SELTING

5 KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

10. NOV. 1971

Sch-DB/ls

Perkins Engines Limited

35 Davies Street, London, W.l. (England)

Kurbelwelle mit Antriebsrad sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft mehrfach gekröpfte Kurbelwellen mit einem Antriebsrad zum Antrieb eines Steuerungsmechanismus (timing apparatus).

Kurbelwellen mit einem in der Mitte der Kurbelwellenlänge angeordneten Zahnrad sind bekannt. Sie werden einstückig hergestellt, indem der Kurbelwellenrohling und das Steuerzahnrad ausgeformt und anschließend der Rohling auf die gewünschten Abmessungen nachgearbeitet wird. Einmal wird bei diesem Vorgehen durch den Zahnradrohling die Bearbeitung der Kurbelwellen-Lagerflächen komplizierter und zum anderen ergeben sich durch das Vorhandensein der mit dem Zahnradrohling einstückig ausgebildeten Kurbelwelle Schwierigkeiten bei der Bearbeitung der Zähne des Zahnrades.

Aufgabe der Erfindung 1st es, die genannten Nachteile

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zu überwinden.

Zu diesem Zweck wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle mit einem zum Antrieb eines Steuerungsmechanismus geeigneten Antriebsrad vorgeschlagen, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte: Ausformung einer Kurbelwelle mit einer auf gegenüberliegenden Seiten eines Hauptlagerbereiehes angeordneten Kurbelkröpfung,

Bearbeitung und Behandlung der Kurbelwellen-Lagerflächen, Vorbereitung eines bearbeiteten zylindrischen Bezugsbereiches auf der Fläche der Hauptlagerzone, Durchtrennen des Bezugsbereiches zur Aufteilung der Kurbelwelle in zwei Teile,

Einbringen eines bearbeiteten und behandelten, zum Antrieb eines Steuerungsmechanismus geeigneten Artriebsrades zwiachen die voneinander getrennten Enden der Kurbelwellenteile,

genaue Ausrichtung des Antriebsrades koaxial zu den Teilen des Bezugsbereiches auf jedem Kurbelwellenteil und

Zusammenschweißen der Gesamtheit der Bauteile mittels eines lokalen Schweißverfahrens.

Das Antriebsrad kann als Zahnrad gestaltet oder für ein Ketten- oder Riemenantriebssystem geeignet sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand in der Zeichnung dargestellter Beispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer gemäß der Erfindung hergestellten Kurbelwelle, wobei zur Verdeutlichung Teile weggeschnitten sind,

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Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 im Querschnitt längs der Mittellinie,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle,

Fig. 4 eine Seitenansicht des maschinell hergestellten Kurbelwellenrohlings, der zur Anfertigung der zusammengesetzten Kurbelwelle der zweiten Ausführungsform benutzt wird. ■

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Standardkurbelwelle ohne sich über deren Länge erstreckendes Antriebsrad hergestellt, die sodann in zwei Hälften aufgeteilt wird, zwischen die ein maschinell gefertigtes Antriebsrad eingesetzt wird, woraufhin man die gesamte Anordnung zusammenschweißt.

Fig. 1 zeigt die beiden durch ein Antriebsrad 10 getrennten Teile 1, 2 einer Standardkurbelwelle, wobei die Teile durch Muttern 17 und Gewindebolzen 16 miteinander verbunden sind. Die Winkelausrichtung der Kur- belwangen 4, 5 wird durch eine kleine Steckstiftverbin- ™ dung 9* 13* 15 erzielt.

In dem Bereich zwischen den Kurbelwangen der Standardkurbelwelle wird eine ringartig herausgearbeitete Fläche geschaffen, die die Hauptlagerfläche 8 trägt und als Bezugsbereich für die nachfolgenden Bearbeitungen der Kurbelwelle dient. Gemäß Fig. 1 ist der Bezugsbereich Teil der Hauptlagerfläche 8 und es wird nachdem die Kurbelwelle durch die Lagermitte in zwei Teile zerschnitten worden ist - in dem Ende 7 jedes Teiles eine flache Buchse 6 mit verhältnismäßig großem

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Durchmesser ausgebildet, wobei die Buchsen zu dem Bezugsbereich, d.h. zu der Hauptlagerfläche 8, koaxial sind. Eine Bohrung 3 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser verläuft ebenfalls koaxial zum Bezugsbereich und erstreckt sich durch die Kurbelwangen A, 5 hindurch. In jedem Kurbelwellenteil befindet sich außerdem eine zur Achse des Lagers 8 versetzte Sackbohrung 9·

Das Verstellrad 10 ist mit an sich bekannten Zähnen und nach entgegengesetzten Seiten gerichteten Zentrieransätzen 12 ausgestattet, die in die Buchsen 6 eingreifen. Außerdem sind zwei koaxiale Bohrungen I^ mit den Bohrungen 9 entsprechendem Durchmesser so angeordnet, daß Paßstifte 15 in die Bohrungen 9, Ij5 hineinragen, wenn die Anordnung richtig ausgerichtet ist, damit die Kurbelwangen die richtige Winkelstellung einnehmen.

Eine Bohrung 14 gestattet den Durchtritt des Bolzens

Zur Sicherstellung der Qualität der fertigen Kurbelwelle werden die Buchsen 6 in engen Toleranzen sowohl bezüglich des Durchmessers als der Axialanordnung sorgfältig gearbeitet und außerdem werden auch die Bohrungen

9 im Hinblick auf ihren Radialabstand von der Achse der Hauptlagerfläche 8 und ihre Winkelausrichtung in engen Toleranzen angebracht, was durch den Teil des Bezugsbereiches jedes Kurbelwellenteiles erleichtert wird. Vorzugsweise liegen die Bohrungen 9 in der die Achse der Hauptlagerfläche 8 enthaltenden Ebene und derjenigen einer Kurbelwellen-Lagerfläche. Durchmesser und Zentrizität der Zentrieransätze 12 des Verstellrades

10 sind ebenfalls in engen Toleranzen gearbeitet und die Dicke des Rades 10 zwischen den Flächen 19 wird sorgfältig kontrolliert, da sie die Abmessungen der zusammengesetzten Kurbelwelle bestimmt.

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Beim Zusammenbau werden die Paßstifte 15 in die Bohrungen 9 und/oder 13 eingesetzt, das Rad 10 wird zwischen die beiden Kurbelwellenteile 1, 2 eingefügt und der an seinen Enden mit Gewinde ausgestattete Bolzen 16 wird durch die Bohrungen 3> I^ hindurchgeführt und mit Muttern 17 verschraubt. Die festgezogenen Muttern 17 liegen gegen die Kurbelwangen 4, 5 an und drücken die Anordnung zusammen. Sodann werden die Zentrieransätze 12 in die Buchse 6 eingeführt, in die sie passend eingreifen. Zur Winkelausrichtung aller Teile der Anordnung dienen die Paßstifte 15.

Wenn die Zentrieransätze voll in die Buchsen eingreifen, wird der Komplex durch einen lokalen Schweißvorgang, z.B. Laser-Schweißung oder Elektronenstrahl-Schweißung zusammengeschweißt, so daß die Anordnung zu einer Einheit wird, aus der der Bolzen 16 nach Abschrauben der Muttern 17 herausgenommen werden kann. In der Kurbelwelle ist wenigstens eine Entlüftungsöffnung 27 vorgesehen, durch die die während des Schweißvorganges anfallenden Gase entweichen können.

Die Kurbelwelle gemäß Fig. 2 entspricht etwa derjenigen gemäß Fig. 1. Der Hauptunterschied liegt darin, daß das Zahnrad 10 zusätzlich zu den entgegengesetzt gerichteten Zentrieransätzen eine große Zentralbohrung 20 aufweist, in der lose ein Verbindungsglied 21 untergebracht ist, dessen entgegengesetzte Ansätze 22 in große Aussparungen 23 in den Büchsen der Enden der Kurbelwellenteile eingreifen. Die Kurbelwangen 4, 5 sind von Bohrungen 24 durchsetzt und die Ansätze 22 weisen Gewindebohrungen 25 auf, in die Bolzen 26 einschraubbar sind. Die Bolzen 26 werden zur Durchführung des Schweißvorganges festgezogen und anschließend herausgenommen.

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Das Herstellungsverfahren und der Zusammenbau der Kurbelwelle nach Fig. 2 entsprechen etwa dem im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Vorgehen, wobei im Hinblick auf die dargestellten baulichen Unterschiede geeignete Abwandlungen bezüglich des Zusammenklemmens der verschiedenen Teile vorhanden sind.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer im Sinne der Erfindung hergestellten Kurbelwelle. In diesem Falle ist der Bezugsbereich eine zylindrische Nut 33* deren Durchmesser kleiner als derjenige der Lagerfläche 8 ist. In Fig. 4 ist die noch nicht geteilte Standardkurbelwelle mit der Nut 33 erkennbar. Die inneren Ecken der Nut 33 können zur Verhinderung des Festklemmens während des Zusammenbaus etwas unterschnitten sein. Nach der Ausführung des Teilungsschnittes längs der Linie A-A bildet der durchmesserverringerte Teil 35 in der Nut 33 einen zu der Hauptlagerfläche 8 koaxialen Fortsatz, wobei beide Teile gleichseitig bearbeitet worden sind.

Das Antriebsrad 10 ist gemäß Fig. 3 mit einer Durchgangsbohrung 12 versehen, die eine Büchse für jeden Bund der Teile 5 bildet.

Die bei der Ausführungsform der Fig. 3 erforderliche Toleranzennorm ist derjenigen der Fig. 1 und 2 ähnlich und der Zusammenbau dieser Konstruktion entspricht dem vorher beschriebenen außer, daß der Bolzen 16 und die Mutter 17 weggelassen sind und auf die Kurbelwellenenden durch nicht gezeichnete Mittel axialgerichtete Kräfte ausgeübt werden.

Mit Hilfe des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kurbelwellen 1st es möglich, eine Kurbel-

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welle zu schaffen, die nach dem Schweißvorgang direkt in einen Motor eingebaut werden kann, ohne daß Nachbearbeitungen erforderlich sind. Möglicherweise müssen die Schweißgrate noch etwas abgeschliffen werden, jedoch überwindet die Erfindung sämtliche grundsätzlichen Schwierigkeiten, die bisher mit der Herstellung von Kurbelwellen der beschriebenen Art verbunden waren.

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Claims

Ansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle mit einem, zum Antrieb eines Steuerungsmechanismus (timing apparatus) geeigneten Antriebsrad, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Schritte:

Ausformung einer Kurbelwelle mit einer auf gegenüberliegenden Seiten eines Hauptlagerbereiehes angeordneten Kurbelkröpfung,

Bearbeitung und Behandlung der Kurbelwellen-Lagerflächen,

Vorbereitung eines bearbeiteten zylindrischen Bezugsbereiches auf der Fläche der Hauptlagerzone, Durchtrennen des Bezugsbereiches zur Aufteilung der Kurbelwelle in zwei Teile,

Einbringen eines bearbeiteten und behandelten, zum Antrieb eines Steuerungsmechanismus geeigneten Antriebsrades zwischen die voneinander getrennten Enden der Kurbelwellenteile,

genaue Ausrichtung des Antriebsrades koaxial zu den Teilen des Bezugsbereiches auf jedem Kurbelwellenteil und

Zusammenschweißen der Gesamtheit der Bauteile mittels eines lokalen Schweißverfahrens.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bezugsbereich Teil der Lagerfläche der Hauptlagerzone ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß vor dem Schweißvorgang das Antriebsrad durch lösbare Kiemmittel in genau ausgerichteter Stellung gehalten wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bezugsbereich zu der Lagerfläche der Hauptlagerzone unterschnitten wird.
5. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen,.gekennzeichnet durch den zusätzlichen, die genaue Ausrichtung ermöglichenden Schritt der Anordnung von zusammengreifenden Ansatz- und Buchsenteilen auf dem Antriebsrad und jedem Kurbelwellenteil.
6, Verfahren nach Anspruch 5 in Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch geke nnzeichn e t , daß das Antriebsrad entgegengesetzt gerichtete Zentrieransätze aufweist, die mit Buchsen zusammengreifen, welche koaxial zum Bezugsbereich in die Endflächen Jedes Kurbelwellenteiles eingeschnitten sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5 in Abhängigkeit von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad entgegengesetzt gerichtete Buchsen aufweist, in die die Portsätze eingreifen, die nach dem Durchtrennvorgang von den Teilen des Bezugsbereiches gebildet werden.
8. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen, d a duroh gekennzeichnet, daß zur genauen Ausrichtung auf jedem Kurbelwellenteil und auf dem Antrieberad zusammengreifende Mittel vorgesehen werden, die die gegenseitige Winkelausrichtung der Kröpfungen nach dem Schweißvorgang gewährleisten.
9. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Schweißung mittels Elektronenstrahl-Schweißung erfolgt .
10. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung mittels Laser-Schweißung erfolgt-,
11. Kurbelwelle mit einem zum Antrieb eines Steuerungsmechanismus geeigneten Antriebsrad, dadurch gekennzeichnet , daß es nach einem Verfahren gemäß den vorangegangenen Ansprüchen her-

™ gestellt ist.

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