BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für eine Hubkolben- Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des

Patentanspruchs 1.

Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Europäische

Patentanmeldung EP 0 399 246 A1 hingewiesen. Aus dieser

Offenlegungsschrift ist ein Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Kurbelwellen für Kolbenmaschinen bekannt, insbesondere

Brennkraftmaschinen, bei der die Übergangsradien von einem Kurbelzapfen zu angrenzenden Kurbelwangen einer besonderen Behandlung unterzogen werden. Diese Behandlung besteht in einer Härtung im Bereich der

Übergangsradien in einer Härtetiefe von 2 - 3 mm, einhergehend mit einer Bearbeitung der Oberfläche ausgehend von einer Verschneidungskante zwischen einer Lagerstelle und einem Übergangsradius bis zum Ende des Anlaufbundes auf eine Rautiefe R _z größer 6,3 pm.

Weiter ist auch aus der Deutschen Patentschrift DE 29 30 968 C2 eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine bekannt. Die Kurbelwelle ist insbesondere für luftverdichtende Einspritzkraftmaschinen mit Aufladung vorgesehen, wobei die Kurbelwelle Hauptlagerzapfen und Pleuellagerzapfen aufweist. Die Hauptlagerzapfen sind geringer belastet als die

Pleuellagerzapfen, wobei die Hauptlagerzapfen vor Inbetriebnahme der Kurbelwelle eine größere Rautiefe besitzen als die Pleuellagerzapfen.

Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 103 27 840 A1 eine Lagervorrichtung für Verbrennungsmotoren bekannt. Die Lagervorrichtung umfasst eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, wobei die Kurbelwelle von Lagern gehalten und die Kurbelwelle aus Stahl hergestellt ist, welcher keinem Oberflächenhärten unterzogen worden ist und welcher eine Struktur besitzt, welche hauptsächlich aus Perlit und einem Anteil an voreutektoidem Ferrit von höchstens 3% zusammengesetzt ist. Weiter ist der Stahl bearbeitet, um eine Rautiefe R _z von höchstens 0,8 pm aufzuweisen, wobei die Lager eine mit einer Grundplatte verbundene Aluminiumlagerlegierung besitzen und als einen Legierungsbestandteil davon Siliziumpartikel zu weniger als 4 Gewichtsprozent aufweisen. Ein früher Abrieb und ein

Zerkratzen der Kurbelwelle werden hierdurch derart unterdrückt, dass es im Vergleich mit einem Abrieb und einem Zerkratzen bei herkömmlichen DCI- Wellen gleichwertig oder vorteilhaft ist.

Weiter ist in Figur 1 beispielhaft eine Kurbelwelle abgebildet, die für den BMW Reihensechszylinder-Dieselmotor mit der internen Bezeichnung B57 im Einsatz ist. Das maximal übertragbare Torsionsmoment (inkl. etwaiger Torsionswechselmomente) stellt für die Kurbelwelle in der

Brennkraftmaschine ein entscheidendes Auslegungskriterium dar. Bisherige Untersuchungen zeigen dabei in dem Bereich zwischen dem zylindrischen Teil der Kurbelwelle und dem Übergang zu den mit der Kurbelwelle mitbearbeiteten Kettenrädern als kritisch. Im aktuellen Stand der Technik wird dieser Bereich mittels einer Drehbearbeitung in Form eines

Übergangsradius ausgeführt. Die Drehbearbeitung in diesem Bereich erzeugt eine Oberflächengüte im Bereich von ca. R _z = 7miti. Ergebnisse am Torsionspulsprüfstand zeigen eine Beschränkung der maximal möglichen Torsionswechselfestigkeit aufgrund möglicher Anrisse im kritischen Bereich der Übergangsradien, unter anderem durch vergleichsweise hohe Oberflächenrauigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das maximal übertragbare Torsionsmoment für eine gattungsgemäße Kurbelwelle zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch die Anwendung unterschiedlicher Fertigungsverfahren ist es möglich, die Oberflächengüte in den kritischen Bereichen auf ein Mittel der Rautiefen R _z von kleiner 3 pm zu erhöhen. Als mögliche Verfahren kann dabei unteranderem Schleifen, Finishen oder auch Polieren (in Form einer reinen Oberflächenglättung) in Betracht gezogen werden. Alle Verfahren verbindet eine deutliche Glättung der Oberfläche im kritischen Bereich.

Untersuchungen an einem Torsionspulsprüfstand haben gezeigt, dass durch die Erhöhung der Oberflächengüte in kritischen Bereichen, insbesondere im Bereich der Übergangsradien zum Kettenrad, von ca. R _z =7pm auf R _z kleiner 3pm, eine nachweisliche Erhöhung der Torsionswechselfestigkeit der gesamten Kurbelwelle im Bereich von 10 bis 30 % erreicht werden kann. Durch Rollieren in Form von Festwalzen (Erhöhen der Druckeigenspannung) ist nochmals eine deutlich höhere Festigkeitssteigerung zu erwarten. Somit besteht zum einen die Möglichkeit höhere Torsionsmomente mit der

Kurbelwelle zu übertragen. Zum anderen kann im Sinne eines

Leichtbauansatzes bei gleichem zu übertragenden Drehmoment die Kurbelwelle leichter und somit mit weniger Einsatzmaterial konstruiert werden.

Mit der Ausgestaltung gemäß den Patenansprüchen 2 und 3 kann die Torsionswechselfestigkeit nochmals verbessert werden.

Die Fertigungsverfahren gemäß Patentanspruch 4 sind besonders

bevorzugte Fertigungsverfahren.

Die Materialien gemäß Patentansprüchen 5 und 6 sind besonders

bevorzugte Kurbelwellenmaterialien.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7 wird einer Rissbildung nochmals deutlich entgegengewirkt.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Kurbelwelle gemäß dem Stand der

Technik.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein Endstück einer Kurbelwelle mit der erfindungsgemäßen Bearbeitung.

Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Kurbelwelle 1 gemäß dem Stand der Technik. Bei der in Figur 1 dargestellten Kurbelwelle 1 handelt es sich beispielsweise um eine Serienkurbelwelle für den 6-Zylinder BMW

Reihenmotor mit der internen Bezeichnung B57.

Die Kurbelwelle 1 weist sieben Flauptlager 2 sowie 6 Flubzapfen 3 auf, wobei die Hauptlager 2 und die Hubzapfen 3 über Hubwagen 4 verbunden sind. Die Hubwangen 4 können mit oder ohne Gegengewichte ausgeführt sein. An einem Ende der Kurbelwelle 1 befindet sich ein Flansch 9. Zwischen zu dem Flansch 9 und dem benachbart angeordneten Hauptlager 2 befinden sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei, mit der Kurbelwelle 1 gefertigte Zahnkränze 5, 7 für nicht dargestellte Kettentriebe.

Eine Kurbelwellenoberfläche zwischen dem Flansch 9 und dem Hauptlager 2 weist im Serienstand eine mittige Rautiefe R _z von etwa 7 pm auf. Ergebnisse an einem Torsionspulsprüfstand haben gezeigt, dass eine Beschränkung der maximal möglichen Torsionswechselfestigkeit für diese bekannte Kurbelwelle 1 vorliegt, da im Bereich des ersten Zahnkranzes 5 und des zweiten

Zahnkranzes 7 Anrisse erfolgen können, die zu einer Schädigung der Kurbelwelle 1 führen können.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein flanschseitiges Ende einer

erfindungsgemäße Kurbelwelle 1 im Bereich des Flansches 9 und des ersten Zahnkranzes 5 und des zweiten Zahnkranzes 7. Erfindungsgemäß weist die Kurbelwellenoberfläche 6 zwischen dem Hauptlager 2 und dem ersten Zahnkranz 5 eine mittlere Rautiefe R _z von kleiner 3pm auf. Auch die

Kurbelwellenoberfläche 6 zwischen dem ersten Zahnkranz 5 und dem zweiten Zahnkranz 7 weist eine gemittelte Rautiefe R _z von weniger als 3pm auf. Weiter weist auch die Kurbelwellenoberfläche 6, die sich benachbart zu dem zweiten Zahnkranz 7, auf der dem ersten Zahnkranz 5

gegenüberliegenden Seite befindet eine mittlere Rautiefe R _z von kleiner 3 pm auf.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die

Kurbelwellenoberfläche 6 mit der gemittelten Rautiefe R _z von kleiner 3 pm bis an die Zahnkranzflanken 8 heran.

Die gemittelte Rautiefe R _z kleiner 3pm wird bevorzugt durch Schleifen oder Finishen oder Polieren hergestellt. Darüber hinaus ist die Kurbelwelle 1 vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff, wie beispielsweise C38+N oder C38MOD oder 44MNSIVS6 oder 37CRS4MOD oder 42CRM04. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Kurbelwelle geschmiedet oder gegossen sein.

Untersuchungen an einem Torsionspulsprüfstand haben gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Oberflächengüte in den o. g. kritischen Bereichen, insbesondere im Bereich der Übergangsradien zum Kettenrad, von ca. R _z =7pm auf R _z kleiner 3pm, eine nachweisliche Erhöhung der Torsionswechselfestigkeit der gesamten Kurbelwelle 1 im Bereich von 10 bis 30 % erreicht werden kann. Durch Rollieren in Form von Festwalzen

(Erhöhen der Druckeigenspannung) ist nochmals eine deutlich höhere Festigkeitssteigerung zu erwarten. Somit besteht zum einen die Möglichkeit höhere Torsionsmomente mit der Kurbelwelle 1 zu übertragen. Zum anderen kann im Sinne eines Leichtbauansatzes bei gleichem zu übertragenden Drehmoment die Kurbelwelle 1 leichter und somit mit weniger

Einsatzmaterial konstruiert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1. Kurbelwelle

2. Hauptlager

3. Hubzapfen

4. Hubwange

5. erster Zahnkranz

6. Kurbelwellenoberfläche

7. zweiter Zahnkranz

8. Zahnkranzflanke

9. Flansch