DE4018542A1

DE4018542A1 - Zusammengesetzte kurbelwelle fuer einen zweitaktmotor in handgefuehrten, tragbaren arbeitsgeraeten wie motorkettensaegen, trennschleifern o. dgl.

Info

Publication number: DE4018542A1
Application number: DE4018542A
Authority: DE
Inventors: Ralf-Rainer Dipl Ing Kemmler; Hans Peter Stehle; Andreas Dipl Ing Decool
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 1990-06-09
Filing date: 1990-06-09
Publication date: 1991-12-12
Also published as: US5088345A; FR2663088A1; JPH04231716A; FR2663088B1

Description

Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Kurbelwelle, eine sogenannte gebaute Kurbelwelle für einen Zweitaktmotor, insbesondere für einen Zweitaktmotor in handgeführten, trag baren Arbeitsgeräten, wie Motorkettensägen, Trennschleifern und dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei gebauten Kurbelwellen ist der Preßsitz als Verbindung zwischen Kurbelwange und Kurbelzapfen wegen der auftretenden Spannungen besonders hoch beansprucht, was vielfach dazu ge führt hat, daß die zylindrisch ausgeführten Preßsitze be reits nach kurzer Betriebsdauer brachen. Es wurde auch schon vorgeschlagen (DE-PS 11 89 803), die Preßsitzverbindung der art auszubilden, daß die von den Verbindungsstellen ausge henden Spannungsfelder in verschiedenen Ebenen liegen, um Spannungsspitzen zu vermeiden. Hierzu wurde der Kurbelzapfen verjüngt ausgebildet, wodurch sich die Durchmesserüber deckung über die axiale Länge der Preßsitzverbindung stetig verringert. Derartige Preßverbindungen sind jedoch in der Praxis unbefriedigend, weshalb zur Vermeidung von Spannungs brüchen die Preßsitzteile überdimensioniert wurden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusammenge setzte Kurbelwelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß die durch den Preßsitz hervorge rufenen Spannungsfelder weitgehend vergleichmäßigt sind und damit die Belastung der Kurbelwelle herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kurbelwelle erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruches 1 gelöst. Es hat sich gezeigt, daß mit der erfin dungsgemäßen Verringerung der Durchmesserüberdeckung gemäß der angegebenen Exponentialfunktion eine bis zu vierfach hö here Lebensdauer erhalten wird als mit bekannten Preßsitz verbindungen. Diese für die Fachleute überraschende Wirkung ist ausschließlich der Gestaltung der Preßsitzverbindung entsprechend der angegebenen Exponentialfunktion zuzuschrei ben. Die bei bekannten Kurbelwellen aus Sicherheitsgründen erforderliche Überdimensionierung der Preßsitzteile wird damit entbehrlich.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer gebauten Kurbelwelle für einen Einzylinderzweitaktmotor im Teilschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Kurbelwange mit erfin dungsgemäß ausgebildeter Preßsitzbohrung,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Axialschnitt durch die Preßsitzbohrung,

Fig. 4 ein Diagramm des Kurvenverlaufs, aufgetragen über den auf halbe Wangenbreite normierten Axialab stand zur axialen Mitte des Preßsitzes in Abhän gigkeit von der Durchmesserüberdeckung des Preßsitzes,

Fig. 5 ein Diagramm gemäß Fig. 4 mit zu bestimmten Über maßen eingetragenen Kurvenverläufen.

In Fig. 1 ist eine gebaute Kurbelwelle 1 gezeigt, die beispielsweise aus Leichtmetall, wie einer Magnesium legierung, gefertigt ist. Sie besteht aus Kurbelwangen 2 und 3, die Lagerzapfen 4 und 5 aufweisen. Die beiden Kurbelwan gen 2 und 3 sind durch einen Kurbelzapfen 6 miteinander ver bunden. Die Achse 7 des Kurbelzapfens 6 liegt mit einem Ab stand k zur Lagerachse 8 der Lagerzapfen 4 und 5. Im mon tierten Zustand eines Zweitaktmotors sitzt auf einem Kurbel zapfen das Pleuelauge einer den Kolben tragenden Pleuel stange.

Der Kurbelzapfen 6 weist an beiden axialen Enden einen Fü geabschnitt 9 auf, der in eine entsprechende Preßsitzbohrung 11 der Kurbelwange 2 bzw. 3 mittels Preßsitz eingefügt ist. Der Fügeabschnitt 9 weist dabei - in Fig. 1 übertrieben dar gestellt - ein Übermaß ü zum Innendurchmesser d der Preß sitzbohrung 11 auf.

In Fig. 1 ist auf der linken Bildseite der Preßsitz 10 vor seinem Zusammenfügen gezeigt; auf der rechten Bildseite ist der Preßsitz 10 im zusammengefügten Zustand dargestellt.

Um eine gleichmäßige Spannungsbelastung im Bereich des Preß sitzes zu erhalten und Spannungsspitzen auch im Belastungs fall zu vermeiden, ist vorgesehen, die Preßsitzbohrung 11 insbesondere an seinem dem Kurbelzapfen 6 zugewandten Ende 11b im Durchmesser erweitert auszubilden. Die Preßsitzboh rung 11 kann an beiden axialen Enden 11a und 11b erweitert ausgeführt werden.

Es kann auch zweckmäßig sein, statt der Preßsitzbohrung 11 den Außendurchmesser des Fügeabschnitts 9 des Kurbelzapfens 6 mit einem sich verringernden Durchmesser zu seinem axialen Ende 9a hin auszubilden.

In Fig. 3 ist im Axialschnitt durch die Preßsitzbohrung 11 der sich zu den axialen Enden 11a und 11b erweiternde Innen durchmesser d der Preßsitzbohrung vergrößert dargestellt. Ausgehend von der axialen Mitte 12 des Preßsitzes bzw. der Preßsitzbohrung 11 wird der Radialabstand R der Preßsitzflä che 14 zur Mittellängsachse 13 des Preßsitzes 10 mit wach sendem Abstand x von der axialen Mitte 12 der Preßsitzboh rung 11 zum axialen Ende 11a bzw. 11b hin größer. Dabei än dert sich der Radialabstand R nach einer Kurvenfunktion f(x), wobei x der Axialabstand zur Mitte 12 der Preßsitz bohrung 11 ist. Erfindungsgemäß ist die Kurvenfunktion eine Exponentialfunktion mit der Gleichung

f(x)=a×e^b×x,

wobei a und b zahlenmäßige Konstanten sind, die in Abhängig keit der Größe des Bohrungsdurchmessers d und des Übermaßes ü zu wählen sind. Für eine gebaute Kurbelwelle eines Zwei taktmotors bewegt sich die Konstante a in einem Bereich von etwa 0,007 bis etwa 0,05, während sich die Konstante b in einem Bereich von etwa 5,0 bis etwa 5,5 bewegt. Die Wahl der Konstanten in Abhängigkeit vom Übermaß ü zwischen dem Außen durchmesser des Fügeabschnitts 9 des Kurbelzapfens 6 und dem Aufnahmedurchmesser d der Preßsitzbohrung 11 in der Kurbel wange 2 bzw. 3 sind derart gewählt, daß bei kleinem Übermaß ü die Konstanten a und b klein und bei großem Übermaß ü die Konstanten a und b groß sind.

Anders ausgedrückt ändert sich der Axialabstand R zur Mit tellängsachse 13 der Preßsitzbohrung 11 nach einer Kurve, die einer Kurvenschar zugehörig ist. Die Kurvenschar wird durch die Gleichung f1(x) = 0.007 e^5x als untere Grenze (Fig. 4) und durch die Gleichung f2(x) = 0.05 e^{5, 5x} (Fig. 4) als obere Grenze bestimmt. Die Funktion f1(x) wird dabei bei kleinstem Bohrungsdurchmesser d und dem minimal sten Übermaß ü zu wählen sein, während bei größtem Bohrungs durchmesser d und maximalem Übermaß ü die Funktion f2(x) zutreffend ist.

Die Darstellung der Kurven f1(x) und f2(x) in Fig. 4 erfolgt über der normierten halben Wangenbreite w (Fig. 3) in Abhän gigkeit des Betrages der Durchmesserüberdeckung.

In besonderer Ausführungsform der Erfindung verläuft in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 die Kurve bei einem Übermaß ü von 0.05 mm gemäß der Kurve I in Fig. 5. Ist das Übermaß ü gleich 0.1 mm, ist der Kurvenverlauf gemäß Kurve II in Fig. 5 ausgebildet. Bei einem Übermaß ü von 0.15 mm ist der Kurvenverlauf noch steiler und wird gemäß Kurve III in Fig. 5 vorgesehen.

Claims

1. Zusammengesetzte Kurbelwelle für einen Zweitaktmotor, insbesondere für einen Zweitaktmotor in handgeführten, tragbaren Arbeitsgeräten, wie Motorkettensäge, Trenn schleifer und dgl., bei der ein Kurbelzapfen (6) und eine Kurbelwange (2, 3) durch Preßsitz (10) miteinander verbunden sind und zum Abbau von Spannungsspitzen zu mindest eine der aneinanderliegenden Preßsitzflächen (14, 15) zum axialen Ende (11a, 11b) des Preßsitzes (10) mit sich änderndem Radialabstand (R) zur Mittellängsach se (13) des Preßsitzes (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Radialabstand (R) der Preßsitzfläche (14, 15) in Abhängigkeit vom Axialab stand (x) zur axialen Mitte (12) des Preßsitzes (10) nach einer Exponentialfunktion mit der Gleichung f(x)=a×e^b×xändert, wobei a und b vorgebbare Konstanten, x der Axialabstand und f(x) der Radialabstand (R) ist.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanten (a und b) in Abhängigkeit vom Übermaß (ü) zwischen dem Durchmesser des Kurbelzapfens (6, 9) und dem Aufnahmedurchmesser (d) der Preßsitzbohrung (11) in der Kurbelwange (2, 3) der art gewählt sind, daß bei kleinem Übermaß (ü) die Kon stanten (a und b) klein und bei großem Übermaß (ü) die Konstanten (a und b) groß sind.

3. Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante a in einem Be reich von etwa 0,007 bis etwa 0,050 liegt.

4. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante b in einem Bereich von etwa 5,0 bis etwa 5,5 liegt.

5. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßsitzfläche (14) der Preßsitzbohrung (11) mit zur Mittellängsachse (13) des Preßsitzes (10) sich änderndem Radialabstand (R) ausge bildet ist.

6. Kurbelwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßsitzfläche (14) der Preßsitzbohrung (11) an ihrem dem Kurbelzapfen (6) zuge wandten Ende mit zur Mittellängsachse (13) des Preßsit zes (10) sich änderndem Radialabstand (R) ausgebildet ist.

7. Kurbelwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßsitzfläche (14) der Preßsitzbohrung (11) an beiden axialen Enden (11a, 11b) mit sich zur Mittellängsachse (13) des Preßsitzes (10) änderndem Radialabstand (R) ausgebildet ist.

8. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Radialabstand der Preßsitzfläche in Abhängigkeit vom Axialabstand zur axialen Mitte des Preßsitzes bei einem Übermaß (ü) von 0.05 mm nach der Kurve I in Fig. 5 ändert.

9. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Radialabstand (R) der Preßsitzfläche (14) in Abhängigkeit vom Axialabstand (x) zur axialen Mitte (12) des Preßsitzes (10) bei einem Übermaß (ü) von 0.1 mm nach der Kurve II in Fig. 5 än dert.

10. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Radialabstand (R) der Preßsitzfläche (14) in Abhängigkeit vom Axialabstand (x) zur axialen Mitte (12) des Preßsitzes (10) bei einem Übermaß (ü) von 0.15 mm nach der Kurve III in Fig. 5 än dert.

11. Kurbelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Leichtmetall, bei spielsweise einer Magnesiumlegierung besteht.