DE10061042A1

DE10061042A1 - Crankshaft built up from several components has incongruent rotation position of journals and receiving aperture for them less than diameter of receiving aperture

Info

Publication number: DE10061042A1
Application number: DE2000161042
Authority: DE
Inventors: Adolf Frank; Alois Schmid
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2020-12-09
Also published as: DE10061042C2

Abstract

The crankshaft has incongruent rotation position of journals and receiving aperture for them less than the diameter of the receiving aperture. An axial stop (4) acts with the journals at the side facing the aperture. It is supported by the edge of the receiving aperture. The components are tightened up by turning the journals relative to the aperture.

Description

Die Erfindung betrifft eine gebaute Kurbelwelle gemäß dem Ober begriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstel lung derselben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 19.The invention relates to a built crankshaft according to the upper Concept of claim 1 and a method of manufacture the same according to the preamble of claim 19.

Strengere Abgasvorschriften verlangen eine Abgasnachbehandlung und/oder verbrennungstechnische Maßnahmen im Motor. Verbesse rungen im Verbrennungsablauf sind durch die Anhebung des Ver dichtungsdruckes möglich. Eine höhere Belastung der Triebwerks komponenten geht damit einher. Geometrische Begrenzungen im Kurbelraum erlauben jedoch nur in begrenztem Umfang Verstärkun gen an der Pleuelstange sowie Vergrößerungen der Kurbelwellen ausgleichsmassen. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Bauteilfe stigkeit bei gleichzeitig erheblicher Reduzierung des Bauteil gewichtes ist die Verwendung neuer Werkstoffe. Ein besonders geeigneter Pleuelstangenwerkstoff erscheint aus heutiger Sicht kohlefaserverstärktes Leichtmetall (Aluminium bzw. Magnesium). Das Gewichteinsparungspotenzial bei einer Pleuelstange kann da bei in einer Reduzierung auf 1/3 des heutigen Bauteilgewichtes liegen. Ein entscheidender Nachteil von faserverstärkten Mate rialien für die Herstellung der Pleuelstange ist, dass der Pleueldeckel sich von der Pleuelstange nicht ohne weiteres durch das bekannte, kostengünstige Bruchtrennen separieren läßt. Daher erfordern faserverstärkte Leichtmetalle eine Trenn flächenbearbeitung zwischen Pleueldeckel und Pleuelstange. Da durch steigen die Bauteilkosten erheblich. Dazu kommt, dass durch die Trennfläche der Kraftfluß im Bauteil empfindlich ge stört wird und erhebliche Festigkeitseinbußen auftreten. Selbst eine spezielle Orientierung der Verstärkungsfasern entlang der Trennfläche kann die Festigkeitseinbußen nur teilweise kompensieren. Ein weiterer Nachteil ist, dass in die Leichtbaupleuel stange Gewindebüchsen eingeformt sein müssen, die zusammen mit den Stahlschrauben zum Fügen des Pleueldeckels an die Pleuel stange die Gewichtsvorteile teilweise zunichte machen. Aus den genannten Gründen kann eine Pleuelstange aus kohlefaserver stärktem Leichtmetall nur dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn sie ungeteilt ausgeführt wird.Stricter exhaust gas regulations require exhaust gas aftertreatment and / or combustion engineering measures in the engine. IMPROVE Increases in the combustion process are due to the increase in Ver sealing pressure possible. A higher load on the engine components goes hand in hand with this. Geometric limitations in the However, crankcases only allow reinforcements to a limited extent on the connecting rod and enlargements of the crankshafts compensatory measure. One way to increase component fe stability while reducing the component considerably weight is the use of new materials. A special one suitable connecting rod material appears from today's perspective carbon fiber reinforced light metal (aluminum or magnesium). The weight saving potential of a connecting rod can be there at a reduction to 1/3 of today's component weight lie. A crucial disadvantage of fiber-reinforced mate rialien for the production of the connecting rod is that the The connecting rod cap does not easily come off the connecting rod separate by the well-known, inexpensive break separation leaves. Therefore, fiber-reinforced light metals require separation Surface treatment between the connecting rod cover and the connecting rod. because due to the increase in component costs. In addition through the interface of the force flow in the component sensitive ge is disturbed and considerable loss of strength occur. Self a special orientation of the reinforcing fibers along the Parting surface can only partially compensate for the loss in strength. Another disadvantage is that in the lightweight connecting rods Rod bushings must be molded in together with the steel screws for connecting the connecting rod cover to the connecting rods bar partially nullify the weight advantages. From the reasons mentioned, a connecting rod made of carbon fiber strengthened light metal can only be used advantageously, if it is carried out undivided.

Eine ungeteilte Pleuelstange erfordert, dass sie im fertig be arbeiteten Zustand auf den fertig bearbeiteten Hubzapfen der Kurbelwelle aufgeschoben wird. Dies wiederum ist nur darin mög lich, wenn die Kurbelwelle mehrteilig ist. Erst nach der Monta ge der Pleuelstange auf den Hubzapfen kann die Verbindung zwei er benachbarter Kurbelwangen hergestellt werden. Die Anforde rung, Reparaturen an Hublagern weiterhin prinzipiell zu ermög lichen, verlangt ein nicht unlösbares Fügeverfahren.An undivided connecting rod requires that it be finished worked condition on the machined crank pin of the Crankshaft is pushed on. This in turn is only possible in it Lich if the crankshaft is in several parts. Only after the Monta The connecting rod on the crank pin can connect two he adjacent crank webs are manufactured. The requirement principle, repairs to pin bearings continue to be possible a non-insoluble joining process.

Die Kurbelwelle ist ein enorm hoch beanspruchtes Bauteil. Kon ventionelle Welle-Nabe-Verbindungen zum Fügen des Hubzapfens an die Kurbelwange(n) sind nicht zielführend. Bereits aus dem 19. Jh. sind Lösungen bekannt, Kurbelwellen für Dampflokomotiven durch Segmente aufzubauen. Eine bekannte Lösung ist, den jewei ligen Hubzapfen mittels Schrauben radial an die jeweilige Kur belwange zu befestigen (die Hubzapfen weisen Durchgangslöcher für die Schrauben auf). Eine andere bekannte Lösung verbindet den Hubzapfen und die Kurbelwange mittels achsparallel verlau fender Schrauben (die Kurbelwangen weisen Durchgangslöcher auf). Die axialen Anlageflächen des Hubzapfens und der jeweils kontaktierten Kurbelwangeninnenseite können bei diesem Verfah ren mit einer Stirnverzahnung (z. B. Hirth-Verzahnung) zur Stei figkeitserhöhung versehen sein. Eine andere bekannte Lösungs möglichkeit ist, die Verbindung mit dem zylindrischen Bogenkeil (bzw. Kreiskeil) auszuführen. Bei zylindrischen Bogenkeilprofi len wird die Werkstofffestigkeit in radialer Richtung viel frü her überschritten, bevor ein betriebssicherer axialer Verschie bewiderstand aufgebaut ist. Die bekannten mechanischen Fügever fahren sind entweder aus fertigungstechnischer Sicht sehr aufwendig oder verleihen der Kurbelwelle nicht die erforderliche Steifigkeit. Thermische Fügeverfahren, z. B. Reibschweißen, sind nicht zielführend, da die nicht unerhebliche Wärmezufuhr zu drastischen Qualitätseinbußen an den fertig bearbeiteten Hubla gern führen kann.The crankshaft is an extremely stressed component. Kon conventional shaft-hub connections for joining the crank pin the crank arm (s) are not useful. Already from the 19th Century solutions are known, crankshafts for steam locomotives build up through segments. A known solution is the vertical crank pin by means of screws radially to the respective cure belwange to fix (the crank pins have through holes for the screws on). Another known solution connects leave the crank pin and the crank arm parallel to the axis fender screws (the crank webs have through holes on). The axial contact surfaces of the crank pin and each Contacted inside of the crank web can be used with this procedure with a serration (e.g. Hirth serration) to the Stei be increased. Another known solution possibility is the connection with the cylindrical arch wedge (or circular wedge). With cylindrical wedge professionals The material strength in the radial direction becomes much earlier exceeded here before a reliable axial displacement resistance is built up. The well-known mechanical joining Driving are either very expensive from a manufacturing point of view or do not give the crankshaft the necessary one Rigidity. Thermal joining processes, e.g. B. friction welding are not expedient, since the not insignificant heat supply drastic loss of quality on the finished Hubla like to lead.

Eine gattungsgemäße Kurbelwelle bzw. ein gattungsgemäßes Ver fahren ist aus der DE 42 09 153 C2 bekannt, wobei bei der dort beschriebenen Welle-Nabe-Verbindung die hohlwellenartigen Pleu ellager- und Hauptlagerzapfen an der Außenfläche eine Mehrzahl keilförmiger Erhebungen aufweisen. Die diesen Zapfen zugewand ten und auf diese zu steckenden als Naben dienenden Zapfen be sitzen ein entsprechendes Innenkeilprofil. In der Stecklage werden die Zapfen gegeneinander verdreht, so daß eine Klemmung hohen Kraftschlusses eintritt und der Zusammenbau der Kurbel welle somit nach der schrittweisen die Fixierung der Wellenseg mente aneinander abgeschlossen ist. Die Keilflächen können da bei zur Achse von Welle und Nabe geneigt sein. Die die Keilflä che und damit die Fügefläche bildende Grundkurve wird aus einer Mehrzahl logarithmischer Spiralenabschnitte gebildet, wobei es sich hier um Abschnitte auf verschiedenen, zu einander drehver setzten, logarithmischen Spiralen handelt. Die erreichte Ver bindung ist infolge der Reibung selbsthemmend. Die mehrzahligen Bogenkeilerhebungen können auch in Längsschnittansicht kegelig ausgeführt sein. Hierbei kann sich die Welle zu dem in der Nabe befindlichen Ende hin zur Aufnahme von hohen Zugkräften verdic ken, wobei bei entsprechend enger Passungswahl nur ein thermi sches Fügen von Welle und Nabe möglich sein soll. Aufgrund der Mehrzahligkeit verteilt sich beim Verspannen der Welle in der Nabe der Fügedruck auf eine relativ kleine Kontaktfläche, da sich die nicht-kontaktierenden Oberflächenzonen der Fügepartner mit der Anzahl der. Keilflächen multiplizieren. Infolge dessen ist der radiale Fügedruck insoweit beschränkt, als daß die Werkstofffestigkeit aufgrund der lokalen hohen Beanspruchung relativ schnell überschritten werden kann, was einen Bruch der Nabe oder des Wellenteils zur Folge hat. Gegebenenfalls kann die Spannung im Gefüge des Werkstoffes beim Verspannen zwar so hoch sein, daß dabei kein Brechen oder ein Riß der Verbindung auftritt, jedoch kann dies nachträglich im Motorbetrieb durch die äußere mechanische Beanspruchung erfolgen. Bei Einhaltung eines unkritischen Fügedruckes tritt jedoch der Effekt auf, daß aufgrund der Kürze eines Profilastes des mehrzahligen Bogen keilprofiles die radiale Profilausdehnung relativ gering ist. Dadurch können elastische Verformungen beim Fügen auftreten, die den in Fügedrehrichtung herrschenden Reibschluß überwinden, so daß ein Durchrutschen des Wellenteils in der Nabe zustande kommen kann.A generic crankshaft or a generic Ver Driving is known from DE 42 09 153 C2, in which there described shaft-hub connection the hollow shaft-like connecting rod A plurality of bearing and main bearing journals on the outer surface have wedge-shaped elevations. The facing these cones and to be put on these pins serving as hubs a corresponding inner wedge profile. In the mating position the pins are rotated against each other, so that a clamping high adhesion occurs and the assembly of the crank wave after the gradual fixation of the wave segment elements to each other is completed. The wedge surfaces can be there be inclined to the axis of the shaft and hub. The the wedge surface and thus the basic curve forming the joining surface is made from a A plurality of logarithmic spiral sections are formed, wherein it here to sections on different, to each other set, logarithmic spirals. The reached ver binding is self-locking due to friction. The multiple Arch wedge elevations can also be tapered in longitudinal section be executed. Here, the shaft can become the one in the hub Verdic located end to absorb high tensile forces ken, with only a thermi shearing of the shaft and hub should be possible. Due to the Majority is distributed when the shaft is braced Hub the joining pressure on a relatively small contact area because the non-contacting surface zones of the joining partners with the number of. Multiply wedge areas. Consequently the radial joining pressure is limited to the extent that the Material strength due to the local high stress can be exceeded relatively quickly, which is a fraction of the Hub or the shaft part. If necessary the tension in the structure of the material when tightening be high so that there is no breakage or a break in the connection occurs, but this can be done later in engine operation the external mechanical stress. If adhered to of an uncritical joining pressure, however, the effect occurs that due to the shortness of a profiled branch of the multiple sheet wedge profile the radial profile extension is relatively small. This can cause elastic deformations when joining, that overcome the frictional engagement prevailing in the direction of joining rotation, so that the shaft part slips in the hub can come.

Aus der DE 42 37 521 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Kurbelwelle für Hubkolbenmaschinen bekannte, wobei die Kurbelwellensegmente thermisch gefügt werden. Der zylindrische Hubzapfen weist beim Fügen eine erheblich geringere Temperatur auf als die Kurbelwange. Der nach dem Fügen durch Egalisierung der Temperaturdifferenz entstandene Preßverband wird zusätzlich mittels Laserstrahl verschweißt, wodurch eine stoffschlüssige, nicht mehr lösbare Verbindung entsteht. Weitere Verfahren über eine zusammengesetzte und mittels eines thermischen Verfahrens, insbesondere Schweißen oder Löten, zu einem Bauteil unlösbar verbundene Kurbelwelle werden beispielsweise in der DE 195 36 349 C1, der DE 30 01 267 C2, der DE 37 28 142 C2 und der DE 34 46 262 A1 aufgezeigt.DE 42 37 521 A1 describes a method for producing a built crankshaft known for reciprocating engines, the Crankshaft segments are thermally joined. The cylindrical Crank pin has a significantly lower temperature when joining on than the crank arm. The one after joining by leveling the pressure difference created is additionally welded by means of a laser beam, whereby a material, no longer detachable connection. More procedures about a composite and by means of a thermal process, in particular welding or soldering, cannot be solved to form a component connected crankshafts are described, for example, in DE 195 36 349 C1, DE 30 01 267 C2, DE 37 28 142 C2 and DE 34 46 262 A1 demonstrated.

Weitere nicht-mechanische Verfahren zum Fügen von Kurbelwellen segmenten zu einer Komplettwelle sind aus der DE 37 38 808 A1 und der DE 38 37 294 C2 zu entnehmen, wobei dort das Fügen von Hubzapfen und Kurbelwangen mittels der Innenhochdruckumform technik durch fluidisches Aufweiten des Innenteiles erfolgt. Der gefügte Hubzapfen muß aus Qualitätsgründen zerspanend nach bearbeitet werden. Dadurch ist das Aufschieben einer ungeteil ten Pleuelstange vor dem Fügen nicht möglich. Die Verbindung ist zerstörungsfrei nicht lösbar.Other non-mechanical methods for joining crankshafts Segments for a complete shaft are from DE 37 38 808 A1 and DE 38 37 294 C2, where the joining of Crank pins and crank webs by means of internal high pressure forming technology by fluidic expansion of the inner part. The joined crank pin must be machined for quality reasons to be edited. This means that postponing is undivided connecting rod before joining is not possible. The connection cannot be solved non-destructively.

Des weiteren ist aus der DE 37 38 717 A1 eine gebaute Kurbel welle bekannt, zu deren Herstellung Schrauben als Verbindungselemente eingesetzt werden. Die Verbindung zwischen Kurbelwange und Hubzapfen ist somit mittelbar ausgeführt.Furthermore, from DE 37 38 717 A1 is a built crank known wave, for their manufacture screws as fasteners be used. The connection between crank arm and crank pin is thus carried out indirectly.

Schließlich zeigt die DE 37 29 992 A1 eine in Querrichtung zu sammengesetzte Kurbelwelle.Finally, DE 37 29 992 A1 shows a in the transverse direction assembled crankshaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kurbelwelle dahingehend weiterzubilden, daß sie ohne thermische Behandlung prozeß- und betriebssicher zusammengebaut und trotz dem bei Bedarf schadensfrei in ihre Einzelteile zerlegt werden kann. Des weiteren soll ein Verfahren zu deren Herstellung auf gezeigt werden.The invention has for its object a generic Develop crankshaft in such a way that they without thermal Treatment process and operationally assembled and despite which can be disassembled into its individual parts if necessary can. Furthermore, a method for the production thereof is said to to be shown.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent anspruches 1 hinsichtlich der Kurbelwelle und durch die Merkma le des Patentanspruches 19 hinsichtlich des Herstellungsverfah rens gelöst.The object of the invention is through the features of the patent Claim 1 with regard to the crankshaft and by the Merkma le of claim 19 with regard to the manufacturing process rens solved.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Lösung ist die gleich zeitige, kombinierte Anwendung zweier Wirkprinzipien unter Aus nützung eines dritten Effektes: Das Verfahren nutzt das Prinzip der bekannten Schwalbenschwanzverbindung im direkten und unmit telbaren Zusammenwirken mit dem Wirkprinzip des bekannten Bo genkeils. Diese beiden Verbindungsverfahren führen zusammen mit den Einbauverhältnissen der Kurbelwelle im Motor, die als Ver drehsicherung fungieren, zu einer sicheren, in alle Richtungen formschlüssigen Verspannung der Kurbelwellensegmente. Aufgrund dessen, daß in kongruenter Lage von Zapfen und Aufnahmeöffnung der Zapfen bezüglich der Aufnahmeöffnung Untermaß besitzt, ist es - entgegen dem Stand der Technik - sehr wohl möglich, einen Preßverband mit einem sich dem Wellenende hin verdickenden Ke gel ohne thermisches Fügen, sondern durch eine drehförmige Re lativbewegung der Fügepartner, herzustellen. Die Erfindung geht davon aus, dass die jeweiligen Fügepartner auf gleiches Nennmaß d mit einer Passung im Grundabmaß des Internationalen Toleranz feldes H bzw. h gefertigt sind, so daß bei der erwähnten kon gruenten Lage der Zapfen in die Aufnahmeöffnung durch dessen schmales Ende in einfacher Weise einschiebbar ist. Aufgrund des abstützenden Zusammenwirkens eines mit dem Zapfen wirkverbunde nen axialen Anschlages auf dessen der Öffnung abgewandten Seite mit dem Öffnungsrand der Aufnahmeöffnung wird mittels einer Re lativdrehbewegung von Zapfen und Öffnung zueinander ein axialer Formschluß erreicht, bei dem der Anschlag am Öffnungsrand der Aufnahmeöffnung anliegt. Mit der unverrückbaren Fixierung der Kurbelwelle in radialer Richtung durch die aus dem Achsenver satz von Hubzapfen und Hauptlager sich ergebende Hebelwirkung in Einbaulage im Motor kann die Kurbelwelle ohne die Gefahr un gewollten und unerwünschten Radialwinkelverstellens der einzel nen Kurbelwangen oder gar der Loslösung einzelner Kurbelwangen aus dem Gesamtverbund prozeß- und betriebssicher allein durch mechanisches Fügen aus Einzelsegmenten zur Komplettwelle zusam mengesetzt werden. Dadurch erhält die gebaute Kurbelwelle eine besonders hohe wirtschaftliche Bedeutung, da nun ungeteilte Pleuelstangen aus Leichtbauwerkstoffen unbedenklich eingesetzt werden können. Dies hindert natürlich nicht einen Gebrauch ei ner geteilten Pleuelstange, wenn dies anderweitig zweckmäßig erscheint. Des weiteren zeichnet sich hierzu die erfindungsge mäß gebaute Kurbelwelle durch die einfache Austauschbarkeit einzelner Wellensegmente auch nach längerer Betriebsdauer aus, da das Fügeverfahren schadensfrei reversibel ist. Durch die Entnahme der Kurbelwelle aus dem Motor ist es möglich, ohne großen Aufwand den Formschluß zu lösen und durch Zurückdrehen bspw. des Zapfens die Kurbelwelle in ihre Bestandteile zu ver einzeln. Hierbei kann bezogen auf eine einstückige Welle ein hohes Maß an Metallschrott in ressourcensparender Weise vermie den und in ökonomischer Hinsicht günstig die Zahl an neu herzu stellenden Kurbelwellen reduziert werden. Des weiteren ist der Zusammenbau der in Längsrichtung segmentierten Kurbelwelle ohne Verbindungselemente möglich, so daß zusätzliche Bauteile und damit zusammenhängende Fügeschritte verfahrensökonomischerweise entfallen.Characteristic of the solution according to the invention is the same early, combined application of two active principles under off Use of a third effect: The method uses the principle the well-known dovetail connection in the direct and immediate telbaren interaction with the principle of action of the well-known Bo genkeils. These two connection methods work together the installation conditions of the crankshaft in the engine, which as Ver anti-rotation function, to a safe, in all directions positive locking of the crankshaft segments. by virtue of of that in the congruent position of the pin and the receiving opening the pin is undersized with respect to the receiving opening contrary to the state of the art, it is very possible for one Press fit with a ke thickening towards the shaft end gel without thermal joining, but through a rotating re relative movement of the joining partners. The invention goes assume that the respective joining partners have the same nominal dimensions d with a fit in the basic dimension of international tolerance Field H or h are made, so that in the mentioned kon green position of the pins in the receiving opening through the narrow end can be inserted in a simple manner. Because of the supporting interaction of an operatively connected with the pin NEN axial stop on the side facing away from the opening with the opening edge of the receiving opening is by means of a Re relative rotational movement of the pin and the opening relative to one another is axial Form-fit achieved, in which the stop at the opening edge of the Receiving opening is present. With the immovable fixation of the Crankshaft in the radial direction through the from the axis ver set of crank pins and main bearing resulting leverage In the installed position in the engine, the crankshaft can without the danger wanted and undesired radial angle adjustment of the individual crank cheeks or even the detachment of individual crank cheeks process and operational reliability from the entire network mechanical joining from individual segments to the complete shaft be set. This gives the built crankshaft one particularly high economic importance since it is now undivided Connecting rods made of lightweight materials are used safely can be. Of course, this does not prevent use ner split connecting rod if otherwise appropriate appears. Furthermore, this is the feature of the invention moderately built crankshaft due to the easy interchangeability individual shaft segments even after a long period of operation, since the joining process is reversible without damage. Through the It is possible to remove the crankshaft from the engine without great effort to solve the form fit and by turning back For example, to ver the crankshaft in its components individually. Here, based on a one-piece shaft avoid high levels of metal scrap in a resource-saving manner the and in economic terms the number of new additions crankshafts are reduced. Furthermore is the Assembly of the crankshaft segmented in the longitudinal direction without Connecting elements possible, so that additional components and associated process steps economically omitted.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:Appropriate embodiments of the invention can the Unteran sayings are taken; otherwise the invention is based several embodiments shown in the drawings explained in more detail below; shows:

Fig. 1 in einem Längsschnitt die kegeligen und ebenen Fügeflä chen der Welle-Nabe-Verbindung einer erfindungsgemäßen Kurbel welle nach der Drehpositionierung von Zapfen und Aufnahmeöff nung, Fig. 1 a longitudinal section of the conical and flat Fügeflä the shaft-hub-connection surfaces of a crank shaft according to the invention after the rotary positioning pin and Aufnahmeöff voltage,

Fig. 2 in einer achsnormalen Seitenansicht die Verbindung von Fig. 1, Fig. 2 in an axially normal side view of the connection of Fig. 1,

Fig. 3, in einem Querschnitt die Aufnahmeöffnung der Welle- Nabe-Verbindung aus Fig. 1 in einer fräserpraktikablen Ausbil dung, 3, the receiving opening of the shaft-hub connection in FIG. 1 dung. In a cross section in a router practicable Ausbil,

Fig. 4 in einem Querschnitt der Zapfen der Welle-Nabe- Verbindung aus Fig. 1 in einer fräserpraktikablen Ausbildung, Fig. 4 in a cross section of the pin of the shaft-hub connection of FIG. 1 in a router practical training,

Fig. 5 in einem Querschnitt die konischen Fügeflächen der Wel le-Nabe-Verbindung aus Fig. 1 zu Beginn des Steckvorganges des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, Fig. 5 in a cross-section of the conical joint surfaces of the Wel le-hub connection in FIG. 1 at the beginning of the plugging operation of the manufacturing method according to the invention,

Fig. 6 in einem Längsschnitt die kegeligen und ebenen Fügeflä chen der Welle-Nabe-Verbindung der erfindungsgemäßen Kurbelwel le von Fig. 1 nach dem Steckvorgang, Fig. 6 a longitudinal section of the conical and flat Fügeflä the shaft-hub-connection surfaces of the invention Kurbelwel le of Fig. 1 after the plug-in operation,

Fig. 7 in einem Längsschnitt die kegeligen und ebenen Fügeflä chen der Welle-Nabe-Verbindung der erfindungsgemäßen Kurbelwel le von Fig. 1 nach einer Relativverdrehung von Aufnahmeöffnung und Zapfen aus der Stecklage heraus bei Erreichen der Anlagepo sition der miteinander zusammenwirkenden Fügeflächen, Fig. 7 in a longitudinal section, the conical and planar Fügeflä the shaft-hub connection 1 sition on reaching the Anlagepo chen the Kurbelwel invention le of FIG. After a relative rotation of the receiving opening and pin of the plug-in location out of the cooperating joint faces,

Fig. 8 in einem Querschnitt die konischen Fügeflächen nach der Relativverdrehung aus Fig. 7, Fig. 8 in a cross section of the conical joint surfaces according to the relative rotation of FIG. 7,

Fig. 9 in einem Querschnitt die konischen Fügeflächen der Wel le-Nabe-Verbindung der erfindungsgemäßen Kurbelwelle von Fig. 1 nach weiterer Relativverdrehung gleicher Drehorientierung zur Erreichung der axialen Verspannung des erfindungsgemäßen Her stellungsverfahrens, Fig. 9 in a cross-section of the conical joint surfaces of the Wel le-hub connection of the crankshaft of Fig. 1 after further relative rotation of the same rotational orientation in order to achieve the axial bracing of the Her invention approval procedure according to the invention,

Fig. 10 abschnittsweise die Fügepartner Zapfen und Aufnahmeöff nung in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 10, the joining partner sections, pins and Aufnahmeöff voltage in a perspective view;

Fig. 11 in einem Längsschnitt quasikegelige und ebene Fügeflä chen einer Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer weiteren erfin dungsgemäßen Kurbelwelle in drehpositionierter Lage von Zapfen und Aufnahmeöffnung, Figure 11 quasikegelige. In a longitudinal section and planar Fügeflä surfaces of a shaft-hub connection in accordance with another OF INVENTION crankshaft to the invention in a rotationally positioned location of pin and receiving hole,

Fig. 12 in einem Längsschnitt die quasikegeligen und ebenen Fü geflächen der Welle-Nabe-Verbindung der erfindungsgemäßen Kur belwelle von Fig. 11 nach dem Steckvorgang, Fig. 12 in a longitudinal section the quasikegeligen and flat feet of the shaft-hub connection geflächen of the treatment according to the invention belwelle of FIG. 11 after the plug-in operation,

Fig. 13 in einem Längsschnitt die quasikegeligen und ebenen Fü geflächen der Welle-Nabe-Verbindung der erfindungsgemäßen Kur belwelle von Fig. 11 nach einer Relativverdrehung von Aufnahme öffnung und Zapfen aus der Stecklage heraus bei Erreichen der Anlageposition der miteinander zusammenwirkenden Fügeflächen, Fig. 13 in a longitudinal section the quasikegeligen and flat feet of the shaft-hub connection geflächen of the treatment according to the invention belwelle of Fig. 11 by a relative rotation of receiving and cones from the inserted position out opening upon reaching the contact position of the cooperating joint faces,

Fig. 14 in einem Längsschnitt zwei Segmente der erfindungsgemä ßen Kurbelwelle nach Fig. 1 in der drehpositionierten Stellung von Zapfen und Aufnahmeöffnung vor dem Steckvorgang mit an der die Aufnahmeöffnung tragenden Kurbelwange ausgebildetem Hubzap fen, Fig. 14 fen two segments of the inventive crankshaft SEN of Fig. 1 in a longitudinal section in the rotary position positioned by pins and the receiving opening in front of the plug-in operation with the receiving opening in the bearing crank web trained Hubzap,

Fig. 15 in einem Längsschnitt die beiden Kurbelsegmente aus Fig. 14 in Stecklage, Fig. 15 in a longitudinal section, the two crank segments of FIG. 14 in mounted position,

Fig. 16 in einer Frontalansicht die Kurbelsegmente aus Fig. 14 mit Pleuelstange in Stecklage der Fügepartner, Fig. 16 in a frontal view of the crank segments of Fig. 14 with the connecting rod in the insertion position of the joint partners,

Fig. 17 in einem Längsschnitt zwei Segmente der erfindungsgemä ßen Kurbelwelle nach Fig. 1 in Stecklage von Zapfen und Aufnahmeöffnung mit an der den Zapfen tragenden Kurbelwange ausgebil detem Hubzapfen, Fig. 17 ausgebil DETEM a longitudinal section of two segments of the inventive crankshaft SEN of Fig. 1 in mounted position of pin and receiving hole with the pin bearing on the crank arm crank pin,

Fig. 18 in einem Längsschnitt die Kurbelwellensegmente aus Fig. 14 nach Relativverdrehung in die axial verspannte Lage, Fig. 18 a longitudinal section of the crankshaft segments of Fig. 14, by relative rotation into the position axially strained

Fig. 19 in einer Frontalansicht die Stellung der Kurbelwellen segmente aus Fig. 18, Fig. 19 in a frontal view of the position of the crankshaft segments of FIG. 18,

Fig. 20 in einem Längsschnitt zwei Kurbelwellensegmente einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle nach Fig. 1 mit einem Hubzapfen als separatem Bauteil, welches mit zwei Zapfen der Welle-Nabe- Verbindung die Kurbelwellensegmente verbindet, in Stecklage der mit gegenläufiger Spiralenwindungsorientierung versehenen Zap fen in den Aufnahmeöffnungen der Kurbelwellensegmente, Fig. 20 a longitudinal section of two crankshaft segments of a crankshaft according to the invention according to Fig. 1 with a crank pin as a separate component that the shaft-hub connection connects the crankshaft segments with two cones, in mounted position of the Zap provided with opposite Spiralenwindungsorientierung fen in the receiving openings of the crankshaft segments .

Fig. 21 in einem Längsschnitt die Kurbelwellensegmente mit dem Hubzapfen aus Fig. 20 in einer axial verspannten Lage von Zap fen und Aufnahmeöffnung, Fig. 21 a longitudinal section of the crankshaft segments with the crank pin of FIG. 20 in an axially stressed location of Zap fen and the receiving opening,

Fig. 22 in einem Längsschnitt zwei Kurbelwellensegmente einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle nach Fig. 1 mit einem Hubzapfen als separatem Bauteil, welches mit zwei ein axiales unrundes Durchgangsloch tragenden Zapfen der Welle-Nabe-Verbindung die Kurbelwellensegmente verbindet, in Stecklage der mit gleicher Spiralenwindungsorientierung versehenen Zapfen in den Aufnahme öffnungen der Kurbelwellensegmente, Fig. 22 a longitudinal section of two crankshaft segments of a crankshaft according to the invention according to Fig. 1 with a crank pin as a separate component, which bearing with two axially non-round through-hole pins of the shaft-hub connection connects the crankshaft segments, in inserted position of the pin provided with the same Spiralenwindungsorientierung in the receiving openings of the crankshaft segments,

Fig. 23 in einer Frontalansicht die Kurbelwellensegmente aus Fig. 22, Fig. 23, in a front view the crankshaft segments of FIG. 22

Fig. 24 in einem Längsschnitt die Kurbelwellensegmente aus Fig. 22 in axial verspannter Lage, Fig. 24, in a longitudinal section of the crankshaft segments of FIG. 22 in axially braced position

Fig. 25 in einer Frontalansicht die Kurbelwellensegmente aus Fig. 24. Fig. 25 in a frontal view of the crankshaft segments of Fig. 24.

Eine geteilte (gebaute) Kurbelwelle besteht aus einer Mehrzahl an Kurbelwangen 1, 5 und den sie verbindenden Hauptlagern 22 bzw. Hubzapfen 14. Von denjenigen Kurbelwangen 1 bzw. 5 erheben sich zu beiden Enden der Kurbelwelle Hauptlager 22, wobei die Hauptlager 22 der ganz außen liegenden Kurbelwangen 1 und 5 nach außen hin in Abtriebszapfen übergehen. Die Mittellinie der Hauptlager/Abtriebszapfen, nachfolgend mit Kurbelwellendrehach se 17 bezeichnet, und die Hubzapfen 14 verlaufen parallel; ent sprechend der Zündfolge haben sie einen relativen Drehversatz zueinander. An den Hubzapfen 14 werden drehbar Pleuelstangen 19 befestigt; die Kurbelwelle selbst wird drehbar an den Hauptla gern 22 im Kurbelgehäuse des Motors fixiert. Ein Kurbelwellen segment besteht demnach aus einem Hauptlager 22 (ggf. mit Ab triebszapfen) und einer stoffschlüssig verbundenen Kurbelwange 1 oder 5. Es gilt, die gleiche Anzahl an Kurbelwellensegmenten in axiale Längsrichtung kettenförmig an ein Basissegment zu fü gen entsprechend der Zylinderanzahl des Motors, in den die Kur belwelle eingebaut werden soll.A split (built) crankshaft consists of a plurality of crank webs 1 , 5 and the main bearings 22 or crank pins 14 connecting them . Main bearings 22 rise from those crank webs 1 and 5 to both ends of the crankshaft, the main bearings 22 of the crank webs 1 and 5 lying on the very outside merging outwardly into output journals. The center line of the main bearing / driven pin, hereinafter referred to as crankshaft 17 , and the crank pin 14 run parallel; according to the firing order, they have a relative rotational offset to each other. Connecting rods 19 are rotatably attached to the crank pin 14 ; the crankshaft itself is rotatably fixed to the main bearing 22 in the engine crankcase. A crankshaft segment accordingly consists of a main bearing 22 (possibly with a drive pin) and a cohesively connected crank web 1 or 5 . It is important to chain the same number of crankshaft segments in the axial longitudinal direction to a base segment according to the number of cylinders of the engine in which the crankshaft is to be installed.

Zum Zusammensetzen zweier Kurbelwellensegmente (Kurbelwangen) sind erfindungsgemäß vier Fügeschritte erforderlich. Fig. 1 zeigt eine Axialschnittdarstellung entlang der zentralen Achse 7 der Fügeverbindung. Im allgemeinen fällt diese Achse 7 mit der Mittenachse des Hubzapfens 14 zusammen. Im ersten vorberei tenden Fügeschritt werden die zu fügenden Bauteile - linke Kur belwange 1 und rechte Kurbelwange 5 (bzw. in einer anderen Aus führungsvariante: linke Kurbelwange 1 und Hubzapfen 14) in eine bestimmte Drehlage zueinander gebracht. Die Pleuelstange 19 be findet sich bereits auf dem Hubzapfen 14. Der rechte Fügepart ner 5 (bzw. 14) ist an seinem linken Ende als konischer Zapfen 3 ausgeführt bzw. mit diesem stoffschlüssig verbunden. Der Zap fen 3 kann jedoch auch ein Einzelteil sein, das an dem Füge partner befestigt ist. Dies kann für den Austausch des Zapfens bei Reparaturfälligkeit unter Kostengesichtspunkten erforder lich sein. Das Kurbelwellensegment 1 hat als Gegenstück zum ko nischen Zapfen 3 eine formnegative konische Aufnahmeöffnung 2. Die konische Form des Zapfens 3 erweitert sich zu der jeweilig zugehörigen Öffnung 2 hin. Beide Fügeteilflächen, die Öffnung 2 und der Zapfen 3, sind Strahlflächen 6, die durch Erzeugende gebildet werden. Die Öffnung 2 ist eine konkave Fläche, die Funktionsfläche des Zapfens 3 dagegen konvex. Nach dem ersten Fügeschritt haben die Leitlinie 15 der konischen Öffnung 2 und die Leitlinie 15 des konischen Zapfens 3 die gleiche Drehlage bezüglich eines raumfesten Koordinatensystems. Der Zapfen 3 ist so ausgebildet, dass er sich entgegen der Fügerichtung des nachfolgenden zweiten Fügeschrittes hin öffnet und an seinem anderen, dünneren Ende in eine ebene Anlagefläche 4 übergeht. Die ebene Fläche 4 steht senkrecht zur zentralen Achse 7 der Fügeverbindung und auch senkrecht zur Achse des Hubzapfens 14.According to the invention, four joining steps are required to assemble two crankshaft segments (crank webs). Fig. 1 shows an axial sectional view along the central axis 7 of the joint. In general, this axis 7 coincides with the central axis of the crank pin 14 . In the first preparatory joining step, the components to be joined - left-hand crank arm 1 and right-hand crank arm 5 (or in another embodiment variant: left-hand crank arm 1 and crank pin 14 ) are brought into a specific rotational position with respect to one another. The connecting rod 19 be already on the crank pin 14 . The right joining part ner 5 (or 14 ) is designed at its left end as a conical pin 3 or integrally connected to this. The Zap fen 3 , however, can also be a single part, which is attached to the joining partner. This may be necessary for the replacement of the pin when repairs are necessary from a cost perspective. The crankshaft segment 1 has a counterpart to the ko African pin 3 has a shape-negative conical receiving opening 2nd The conical shape of the pin 3 widens towards the respectively associated opening 2 . Both joining part surfaces, the opening 2 and the pin 3 , are beam surfaces 6 , which are formed by generatrices. The opening 2 is a concave surface, the functional surface of the pin 3, however, is convex. After the first joining step, the guideline 15 of the conical opening 2 and the guideline 15 of the conical pin 3 have the same rotational position with respect to a spatially fixed coordinate system. The pin 3 is designed such that it opens against the joining direction of the subsequent second joining step and merges into a flat contact surface 4 at its other, thinner end. The flat surface 4 is perpendicular to the central axis 7 of the joint connection and also perpendicular to the axis of the crank pin 14 .

Die Leitlinie 15 ist jeweils ein Windungsabschnitt einer log arithmischen Spirale. Die Leitlinie 15 der konischen Fügefläche am Innenumfang der Öffnung 2 liegt in der den Öffnungsrand 10 beinhaltenden inneren Stirnfläche der Kurbelwange 1. Die Leit linie 15 der konischen Fügefläche am Außenumfang des Zapfens 3 liegt in der ebenen Anlagefläche 4. Die Ebene 9, äußere Seiten fläche der linken Kurbelwange 1, muß nicht zwangsläufig paral lel zur anderen Stirnfläche der Kurbelwange 1 sein; die Kurbel wange 1 kann an der Hauptlagerseite 9 schräg verlaufen. In Fig. 1 erscheinen die Leitlinien 15 als projizierende Geraden. In Fig. 2 sind die Leitlinien 15 als Spiralenabschnitte ersicht lich. In jedem zur Seitenansicht Fig. 2 parallelen Achsnormal schnitt ist die Schnittlinie des Kegels 6 eine logarithmische Spirale gleicher Steigung.The guideline 15 is in each case a turn section of a log arithmic spiral. The guideline 15 of the conical joint face on the inner circumference of the opening 2 is located in the opening edge 10-containing inner end face of the crank arm. 1 The guideline 15 of the conical joining surface on the outer circumference of the pin 3 lies in the flat contact surface 4 . The level 9 , outer side surface of the left crank arm 1 , does not necessarily have to be parallel to the other end face of the crank arm 1 ; the crank cheek 1 can run obliquely on the main bearing side 9 . In Fig. 1, the guidelines 15 appear as projecting straight lines. In Fig. 2, the guidelines 15 are visible as spiral sections. In each axis normal section parallel to the side view of FIG. 2, the cutting line of the cone 6 is a logarithmic spiral of the same pitch.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen, dass die zentrale Achse 7 der Füge verbindung durch das jeweilige Zentrum der Leitlinien 15 und durch die Kegelspitzen 8 läuft. Die Achse 7 ist parallel zur Kurbelwellendrehachse 17 und muß nicht zwangsläufig mit der Mittenachse des Hubzapfens 14 zusammenfallen. Aus Gründen der besseren Werkstoffausnützung können hierbei die beiden Achsen zueinander parallel versetzt sein. In diesen Fällen handelt es sich um exzentrische Anordnungsvarianten der Fügeverbindung. Fig. 1 and Fig. 2 show that the central axis 7 of the joint connection runs through the respective center of the guidelines 15 and through the cone tips 8 . The axis 7 is parallel to the crankshaft axis of rotation 17 and need not necessarily coincide with the central axis of the crank pin 14 . For reasons of better material utilization, the two axes can be offset parallel to one another. In these cases, it is an eccentric arrangement of the joint connection.

In der definierten relativen Drehlage wird im zweiten Füge schritt der kegelige Zapfen 3 entlang der Achse 7 in das zu verbindende separate Bauteil 1 eingeführt bzw. Bauteil 1 auf den Zapfen 3 geschoben (Fig. 6). Das relative Hineinschieben des konischen Zapfens 3 in die Aufnahmeöffnung 2 ist ohne ther mische Behandlung nur dann möglich, wenn die größten Abmessun gen des Zapfens 3 (in Ebene 11) gleich oder kleiner sind, als die kleinsten Abmessungen der konischen Aufnahmeöffnung 2 an Bauteil 1 (in Ebene 28). Es ist zweckmäßig, entsprechende "Durchmesser" d (vgl. Fig. 1 und Fig. 2) innerhalb eines Pass masses zu fertigen. Das Maß d in Ebene 28 der Öffnung 2 soll im Toleranzfeld H gefertigt sein; das in der Ebene 11 des öff nungszugewandten Endes des Zapfens 3 liegende Maß d soll vor zugsweise im Toleranzfeld h liegen. Die beschriebene translato rische (zweite) Fügebewegung erfolgt bis zum Anschlag, bis das Bauteil 1 mit seinem ebenen Öffnungsrand 10 an der Planfläche 4 des axialen Anschlages des anderen Fügepartners 5 (bzw. 14) ab stützend anliegt. Der Anschlag ist im Anschluß an das verjüngte Ende 29 des Zapfens 3 absatzartig mit zum Öffnungsrand 10 der Aufnahmeöffnung 2 parallel verlaufender Anschlagfläche, also der Planfläche 4, ausgebildet ist. Der Anschlag und seine An schlagfläche ist, wie gezeigt, umlaufend durch die Stirnseite der Kurbelwange 5 gebildet. Der Anschlag kann alternativ auch durch einen separaten Ringbund oder auch nur lokal durch ver schiedene in Umfangsrichtung versetzte Ringsegmente ausgebildet sein. Des weiteren ist es denkbar, daß der axiale Anschlag als umfänglich geschlossene Linie verläuft, welche den Ansatz einer sich an das verjüngte Ende 29 des Zapfens 3 stoffschlüssig an schließenden konischen Erweiterung bildet. Obwohl diese Mög lichkeit fertigungstechnische Vorteile durch die Verwendung des einfach auszuführenden Feindrehens bringen mag, ist die flächi ge Ausführung des axialen Anschlages in der Hinsicht zu bevor zugen, daß bei der Relativdrehbewegung die axiale Verspannung erheblich effektiver erfolgt, wenn der Öffnungsrand 10 eine ausreichend große Reibfläche als Widerpart besitzt. In the defined relative rotational position, the tapered pin 3 is inserted along the axis 7 into the separate component 1 to be connected or component 1 is pushed onto the pin 3 in the second joining step ( FIG. 6). The relative insertion of the conical pin 3 into the receiving opening 2 is only possible without thermal treatment if the largest dimensions of the pin 3 (in plane 11 ) are the same or smaller than the smallest dimensions of the conical receiving opening 2 on component 1 ( in level 28 ). It is useful to manufacture corresponding "diameter" d (see FIG. 1 and FIG. 2) within a passport. The dimension d in plane 28 of the opening 2 should be made in the tolerance zone H; the dimension d lying in the plane 11 of the opening-facing end of the pin 3 should preferably be in the tolerance zone h. The generic translato described (second) joining movement takes place up to the stop, until the component 1 with its flat opening edge 10 on the end face 4 of the axial stop of the other joint partner 5 (or 14) abuts from supportive. Following the tapered end 29 of the pin 3, the stop is designed in a paragraph-like manner with a stop surface, ie the flat surface 4 , which runs parallel to the opening edge 10 of the receiving opening 2 . The stop and its impact surface is, as shown, formed all around by the end face of the crank arm 5 . The stop can alternatively also be formed by a separate ring collar or only locally by different ring segments offset in the circumferential direction. Furthermore, it is conceivable that the axial stop runs as a circumferentially closed line, which forms the approach of a cohesive to the tapered end 29 of the pin 3 at the closing conical extension. Although this possibility may bring manufacturing advantages through the use of the easy-to-perform precision turning, the surface execution of the axial stop is to be given in the respect that in the case of the relative rotary movement the axial bracing takes place considerably more effectively when the opening edge 10 has a sufficiently large friction surface as a counterpart.

Zwischen den Fügeflächen der Aufnahmeöffnung 2 und des Zapfens 3 der Kurbelwangen 1 und 5 hat sich nun ein radialer Spalt 16 eingestellt (Fig. 6). Idealerweise würde der Übergang am Ende des profilbildenden Bogenabschnittes (Querschnittsprofil von 2 bzw. 3) durch einen Geradenabschnitt 20 einer Profilbegren zungsgeraden gebildet (Fig. 2). In dieser Ansicht (Öffnung 2 in Fig. 2, Fig. 8 bzw. Fig. 9) sollte diese Gerade möglichst radi al zum - mit M bezeichneten - Spiralenzentrum hin verlaufen. Die Gerade kann jedoch auch schräg verlaufen (wie für den Zap fen 3 in Fig. 2, Fig. 8 bzw. Fig. 9 beispielhaft dargestellt). Aus fertigungstechnischen Gründen ist eine exakt radial ausge richtete Ausbildung der Profilkehle sowohl beim Zapfen 3 als auch bei der Öffnung 2 nur mit hohem Aufwand realisierbar. Des halb wird in der Regel in den Profilquerschnitten eine andere Übergangszone zu akzeptieren sein, die sich beispielsweise mit dem Freilauf eines rotierenden Schneidwerkzeuges bei der Pro filformgebung einstellt. Jede Abweichung von der idealen, radi al zu M verlaufenden Spiralenübergangszone bedingt einen Pro filbasisverlustwinkel ϕ_B, der zur Übertragung von Kontaktkräf ten zwischen den beiden Fügepartnern 1 und 3 nicht genutzt wer den kann. Deshalb sollte der Profilbasisverlustwinkel ϕ_B mög lichst klein gehalten werden. Fig. 3 zeigt das Profil 15 der Öffnung 2 in der Ebene 28 des Bauteils 1, das durch das bekann te mehrachsige Fräsen herstellbar ist. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 4 das Profil des Zapfens 3 in der Ebene 11, das ebenfalls durch das bekannte Fräsen herstellbar ist. Bei gleichem Fräs werkzeug ist der Winkel ϕ_B aus geometrischen Gründen an der Öffnung 2 stets größer, als am Zapfen 3. Fig. 5 zeigt die Pro filquerschnitte im zweiten Fügeschritt zum Zeitpunkt der Über deckung der Ebenen 28 und 11, wenn das Zapfenprofil aus Fig. 4 relativ in die Öffnung 2 (Fig. 3) eingeführt wird.A radial gap 16 has now occurred between the joining surfaces of the receiving opening 2 and the pin 3 of the crank webs 1 and 5 ( FIG. 6). Ideally, the transition at the end of the profile-forming arch section (cross-sectional profile of 2 or 3 ) would be formed by a straight section 20 of a profile limiter ( FIG. 2). In this view (opening 2 in FIG. 2, FIG. 8 or FIG. 9), this straight line should run as radially as possible towards the spiral center, which is designated by M. However, the straight line can also run obliquely (as exemplified for the Zap fen 3 in Fig. 2, Fig. 8 and Fig. 9). For manufacturing reasons, an exactly radially directed formation of the profile groove can only be achieved with great effort both in the journal 3 and in the opening 2 . For this reason, another transition zone will generally have to be accepted in the profile cross-sections, which, for example, occurs with the freewheeling of a rotating cutting tool in the profile shaping. Any deviation from the ideal spiral transition zone running radially to M requires a profile base loss angle ϕ _B , which cannot be used to transmit contact forces between the two joining partners 1 and 3 . The profile base loss angle ϕ _B should therefore be kept as small as possible. Fig. 3 shows the profile 15 of the opening 2 in the plane 28 of the component 1 , which can be produced by the known multi-axis milling. In contrast, Fig. 4 shows the profile of the pin 3 in the plane 11 , which can also be produced by the known milling. With the same milling tool, the angle ϕ _{B is} always larger at the opening 2 than at the pin 3 for geometric reasons. Fig. 5 shows the Pro filquerschnitte in the second joining step at the time of the overlap of the levels 28 and 11 when the pin profile of Fig. 4 is relatively introduced into the opening 2 ( Fig. 3).

Der axiale Formschluss zwischen den Fügepartnern wird dadurch erreicht, dass der Zapfen 3 im nachfolgenden dritten Füge schritt relativ zum Bauteil 1 verdreht wird (Fig. 7 und Fig. 8). Diese relative Drehbewegung, mit Fügespielausgleichsbewe gung bezeichnet, erfolgt entgegen der Spiralenwindungorientierungsrichtung. Durch die relative Drehbewegung des Zapfens 3 verringert sich der radiale Spalt 16, der sich nach dem zweiten Fügeschritt eingestellt hat, auf null. Der Spielausgleich er folgt absolut zentrisch. Unabhängig von einem eventuellen ra dialen Versatz der Fügepartner nach Beendigung des zweiten Fü geschrittes gelangen die Spiralenbereiche der Querschnittspro file von 2 und 3 zur Überdeckung. Nach dem dritten Fügeschritt sind die Spiralenabschnitte von 2 und 3 kongruent (Fig. 8). Dies trifft auf alle Querschnittsprofile entlang der überdeck ten, mit L_Z bezeichneten Fügetiefe zu. Der Zapfen 3 gelangt über den Großteil seiner Oberfläche mit dem Bauteil 1 in unmit telbaren Oberflächenkontakt. Wegen der Fügespielausgleichsbewe gung stellt sich jedoch am Profilumfang eine zusätzliche, über den fertigungsbedingten Profilbasisverlustwinkel ϕ_B hinausge hende, nicht-kontaktierende Zone ein. Sie ist mit dem Füge spielausgleichswinkel ϕ_F bemaßt. Zum besseren Verständnis wur den für die zeichnerischen Darstellungen Verhältnisse gewählt, die einen sehr großen Fügespielausgleichswinkel ϕ_F ergeben. Reale Werkstücke werden so auszulegen sein, dass sich ein Füge spielausgleichswinkel im Bereich von beispielsweise 30° bis 90° einstellt.The axial form-fit between the joining partners is achieved in that the pin 3 in the subsequent third joining step relative to the component 1 is rotated (Fig. 7 and Fig. 8). This relative rotary movement, referred to as movement compensation movement, takes place in the opposite direction of the spiral winding orientation. The relative rotational movement of the pin 3 reduces the radial gap 16 , which has arisen after the second joining step, to zero. The game compensation follows absolutely centrally. Regardless of a possible radial misalignment of the joining partners after completion of the second joining step, the spiral areas of the cross-sectional profiles of 2 and 3 overlap. After the third joining step, the spiral sections of 2 and 3 are congruent ( Fig. 8). This applies to all cross-sectional profiles along the covered joining depth, designated L _Z. The pin 3 passes over the majority of its surface with the component 1 in immediate surface contact. However, due to the movement compensation movement, there is an additional non-contacting zone on the profile circumference that goes beyond the production-related profile base loss angle ϕ _B. It is dimensioned with the joint compensation angle ϕ _F. For a better understanding, ratios were chosen for the graphical representations which result in a very large joint play compensation angle ϕ _F. Real workpieces will have to be designed in such a way that a joint compensation angle is set in the range of, for example, 30 ° to 90 °.

Nachdem der Fügespalt 16 eliminiert ist, wird der Zapfen 3 wei ter relativ gegen das Bauteil 1 verdreht (Fig. 9), wobei sich infolge elastischer Verformungen ein Fugendruck aufbaut. Der Zapfen 3 wird zusammengedrückt, während die Öffnung 2 eine Auf weitung erfährt. Die nicht-kontaktierende Werkstückoberfläche verkleinert sich zusätzlich um den sog. Lastwinkel ϕ_L, der im allgemeinen im Bereich von wenigen Winkelgraden, deutlich unter 10°, liegt. Aufgrund der gewählten Parameter bleibt jedoch ein deutlich größerer Oberflächenbereich des Zapfens 3, als seinem halben Umfang entspricht, in fest klemmendem, sich radial ab stützendem Kontakt mit dem Bauteil 1. (Summe der "Verlustwin kel" ϕ_B + ϕ_F + ϕ_L < 180°). Aufgrund der konischen Ausführung der Öff nung 2 und des Zapfens 3 ist mit dieser Drehbewegung in diesem dritten Fügeschritt erfindungsgemäß eine axiale Verspannung verbunden. Mit der Drehbewegung um den Lastwinkel ϕ_L baut sich nicht nur ein radialer Fugendruck, sondern auch ein Fugendruck zwischen den Ebenen 4 und 28 auf. Diese axiale Vorspannung ist formschlüssig und garantiert in entscheidender Weise die Bau teilstabilität.After the joint gap 16 has been eliminated, the pin 3 is turned relatively white against the component 1 ( FIG. 9), a joint pressure building up as a result of elastic deformations. The pin 3 is compressed, while the opening 2 undergoes an expansion. The non-contacting workpiece surface is also reduced by the so-called load angle ϕ _L , which is generally in the range of a few angular degrees, clearly below 10 °. Due to the selected parameters, however, a significantly larger surface area of the pin 3 than its half circumference remains in tightly clamping, radially supported contact with the component 1 . (Sum of the "loss angles" ϕ _B + ϕ _F + ϕ _L <180 °). Because of the conical design of the opening 2 and the pin 3 , an axial bracing is connected with this rotary movement in this third joining step according to the invention. With the rotary movement around the load angle ϕ _L , not only does a radial joint pressure build up, but also a joint pressure between levels 4 and 28 . This axial preload is form-fitting and crucially guarantees partial stability.

Die Steigung der logarithmischen Profilspirale im Zusammenwir ken mit dem mit β₀ bezeichneten Basisöffnungswinkel des Kegels 6 (Zapfen 3 bzw. Öffnung 2) wird so gewählt, dass sich eine Selbsthemmung einstellt; d. h. dass sich nach Wegnahme des für den dritten Fügeschritt erforderlichen Montagedrehmomentes sich der Zapfen 3 gegebenenfalls nicht von selbst wieder aus der Öffnung 2 herausdreht. In diesem Montagezwischenzustand sind die beiden Fügepartner in die eine Drehrichtung formschlüssig, in die andere Drehrichtung reibschlüssig verbunden. Der Reib schluss dient lediglich dazu, die Fügepartner 2 und 3 in ihrer Verspannungslage und ihrer Radialrelativlage zur Handhabung für den abschließenden vierten und gleichzeitig letzten Fügeschritt vorzufixieren. In nachfolgend beschriebenen Ausführungsvarian ten dient der Reibschluss primär nicht dazu, Betriebskräfte zu übertragen. Die Erfindung setzt einen Reibschluss nicht notwen digerweise voraus.The gradient of the logarithmic profile spiral in conjunction with the base opening angle of the cone 6 (pin 3 or opening 2 ) denoted by β ₀ is chosen such that self-locking occurs; ie that after removal of the assembly torque required for the third assembly step, the pin 3 may not turn out of the opening 2 by itself. In this intermediate assembly state, the two joining partners are positively connected in one direction of rotation and frictionally connected in the other direction of rotation. The frictional connection only serves to pre-fix the joining partners 2 and 3 in their bracing position and their radial relative position for handling for the final fourth and at the same time last joining step. In the embodiment variants described below, the frictional connection is primarily not used to transmit operating forces. The invention does not necessarily require a frictional connection.

Als Alternative ist zur Vorfixierung denkbar, vor dem Fügen die Hauptlager 22 sowie die Abtriebszapfen mit zentrischen Bohrun gen zu versehen. Zur Vorfixierung kann nach dem dritten Füge schritt ein in die Bohrungen hineingeschobener oder hineinge preßter Dorn die verspannten Kurbelwellensegmente in den Boh rungen entlang der Achse 17 aufnehmen. Der Dorn läßt sich ein stückig nach dem Zusammenbau aller Kurbelsegmente durch deren fluchtende Bohrungen hindurcherstrecken. Ebenfalls ist es denk bar, den Dorn in vorteilhafter Weise als Spreizdorn auszufüh ren, der jeweils zwei benachbarte Kurbelwellensegmente mitein ander radial festsetzt, wobei der Dorn eine Klemmkraft auf die Welle-Nabe-Verbindung ausübt, die für eine besonders sichere Haltbarkeit der Vorfixierung geeignet ist. Der Dorn muß jedoch nach dem abschließenden Fügeschritt wieder entfernt werden. As an alternative to the pre-fixation, it is conceivable to provide the main bearings 22 and the output pins with central bores before joining. To pre-fix a step inserted into the holes or pressed into the bore after the third joining step, take the strained crankshaft segments in the holes along the axis 17 . The mandrel can be stretched in one piece after the assembly of all crank segments through their aligned bores. It is also conceivable, the mandrel in an advantageous manner as an expanding mandrel, each of which adjoins two adjacent crankshaft segments radially, the mandrel exerting a clamping force on the shaft-hub connection, which is suitable for a particularly secure durability of the pre-fixation , However, the mandrel must be removed again after the final joining step.

Lediglich in einer dritten Ausführungsvariante muß der Reib schluss so sicher sein, daß Betriebskräfte entgegen dem dritten Fügeschritt aufgenommen werden können. Typische Steigungen der Leitlinien 15 liegen im Bereich von 1 : 50 bis 1 : 5. Typische Ke gelbasisöffnungswinkel β₀ (Fig. 10) liegen im Bereich von 1° bis 10°. Sinngemäß werden die Fügeschritte eins bis drei ent sprechend der Anzahl an Fügestellen (Zylinderanzahl des Motors) wiederholt.Only in a third variant of the friction must be so sure that operating forces can be absorbed against the third joining step. Typical slopes of guidelines 15 are in the range from 1:50 to 1: 5. Typical keel base opening angles β ₀ ( FIG. 10) are in the range from 1 ° to 10 °. Analogously, the joining steps one to three are repeated according to the number of joints (number of cylinders in the engine).

Der Montagevorgang wird erst nach dem folgenden vierten und letzten Montageschritt abgeschlossen, der für alle Fügestellen einer Kurbelwelle durch den Einbau der Kurbelwelle in den Motor erfolgt. Nach der sukzessiven Aneinanderfügung der für die ge samte Kurbelwelle benötigten Kurbelwangen 1,5 werden die Kur belwelle an den mit den Kurbelwangen 1,5 verbundenen Hauptla gern 22 im Motor gelagert und die vorfixierten Kurbelwangen 1,5 dabei endfixiert. Die Fixierung der Kurbelwelle an den Hauptla gern 22 im Zylinderkurbelgehäuse erfolgt in bekannter Weise mittels geteilter Kurbelwellenlagerdeckel, die gegen das Zylin derkurbelgehäuse verschraubt werden. Sie ersetzt den entgegen der Drehrichtung des dritten Fügeschrittes gegebenenfalls vor handenen, radialen Reibschluss durch einen Formschluss. Die Einbaulage der Kurbelwelle wirkt wie eine Verdrehsicherung ge gen ungewolltes Lösen der Kurbelwellensegmente. Ein Lösen der jeweiligen Fügestelle ist nur durch eine, der Fügedrehung ent gegengerichtete, relative Verdrehung der Fügepartner 1 und 5 (bzw. 1 und 14) um die zentrale Achse der Fügeverbindung 7 (Hubzapfenachse) möglich. Im fertig eingebauten Zustand hat die gefügte Kurbelwelle jedoch nur den einen Freiheitsgrad, sich um die Mittenachse 17 der Abtriebszapfen samt Hauptlager 22 zu drehen. Aufgrund des Achsenversatzes zwischen Hubzapfenachse 7 und Kurbelwellendrehachse 17 ist die dem dritten Fügeschritt entgegengerichtete Lösebewegung nicht mehr möglich. Die Füge partner 1 und 5 (bzw. 1 und 14) sind in allen Richtungen form schlüssig fixiert. Durch die Lagerung in den Hauptlagern 22 er fährt die Kurbelwelle im fertigen Einbauzustand im Motor ihre Endfestigkeit. Ein Lösen der Verbindung, wie es bspw. im Falle einer Reparatur bzw. Austauschs des Pleuellagers 18 erforder lich sein kann, ist nur durch Umkehrung der Montagefüge schrittefolge möglich.The assembly process is only completed after the following fourth and final assembly step, which is carried out for all joints of a crankshaft by installing the crankshaft in the engine. After the successive joining of the crank arms 1 , 5 required for the entire crankshaft, the cure belwelle at the main crank connected to the crank arms 1 , 5 like 22 stored in the engine and the prefixed crank arms 1 , 5 final fixation. The fixing of the crankshaft to the Hauptla like 22 in the cylinder crankcase takes place in a known manner by means of split crankshaft bearing caps, which are screwed against the cylinder crankcase. It replaces the radial frictional engagement that may exist against the direction of rotation of the third joining step with a positive fit. The installation position of the crankshaft acts as an anti-twist protection against unintentional loosening of the crankshaft segments. A loosening of the respective joint is only possible by a relative rotation of the joint partners 1 and 5 (or 1 and 14) about the central axis of the joint connection 7 (crank pin axis). In the fully installed state, however, the joined crankshaft has only one degree of freedom to rotate about the central axis 17 of the output journal together with the main bearing 22 . Due to the axis offset between the crank pin axis 7 and the crankshaft axis of rotation 17 , the release movement opposite to the third joining step is no longer possible. The joining partners 1 and 5 (or 1 and 14 ) are positively fixed in all directions. Through the storage in the main bearings 22 he drives the crankshaft in the finished installed state in the engine its ultimate strength. A loosening of the connection, as may be necessary, for example, in the event of a repair or replacement of the connecting rod bearing 18 , is only possible by reversing the assembly step sequence.

Alle bekannten Fügeverfahren zum Aufbau einer Kurbelwelle aus Einzelsegmenten geben der Kurbelwelle die erforderliche Endfe stigkeit vor dem Einbau in den Motor. Die Fixierung der Kurbel welle im Motor stellt bezüglich der Freiheitsgrade der Füge stellen eine statische Überbestimmung dar. Dagegen tragen in vorliegender Erfindung die Hauptlagerfixierungen der Kurbelwel le im Kurbelgehäuse wesentlich zur Bauteilfestigkeit bei, da ein radialer Reibschluß keine Voraussetzung für den Zusammenbau der Kurbelwelle darstellt.All known joining methods for building a crankshaft Individual segments give the crankshaft the required endfe stability before installation in the engine. Fixing the crank shaft in the motor represents the degree of freedom of the joint represent a static overdetermination The present invention, the main bearing fixings of the crankshaft le in the crankcase contributes significantly to component strength, because radial friction is not a prerequisite for assembly represents the crankshaft.

Die bevorzugte Ausführung der Fügeflächenform der Aufnahmeöff nung 2 und des Zapfens 3 beschränkt sich auf jeweils ein einzi ges logarithmisches Spiralensegment. Prinzipiell können zur Lö sung des Fügeproblems auch Leitlinien 15 gewählt werden, die jeweils aus mehreren Abschnitten verschiedener logarithmischer Spiralen bestehen wie beispielsweise das aus dem Stand der Technik bekannte mehrendige Bogenkeilprofil. Aufgrund der Mehr zahl an Keilen multiplizieren sich jedoch die nicht-kontaktie renden Oberflächenzonen (ϕ_B + ϕ_F + ϕ_L) mit dem Faktor, der der Keilanzahl entspricht. Der Fugendruck verteilt sich auf eine wesentlich kleinere Kontaktfläche. Um die zulässige Beanspru chung nicht zu überschreiten, kann die Fügeverbindung nicht so stark wie bei der bevorzugten einzähligen Lösung beansprucht werden. Ein anderer Effekt ist, daß ein Profilast des mehr endigen Bogenkeilprofils erheblich kürzer ist als bei einzähli gen Lösung. Dadurch ist die radiale Profilausdehnung relativ gering. Es besteht daher die Gefahr, dass während der Ausfüh rung des dritten Fügeschrittes der Zapfen 3 in der Öffnung 2 "durchrutscht". Es können elastische Verformungen hierzu auf treten, die den in Fügedrehrichtung herrschenden Formschluss überwinden und das Durchrutschen verursachen. Zudem liegt der vorliegenden Erfindungsmeldung nicht eine Mehrzahl an keilförmigen Erhebungen, sondern die Einzahl einer einzigen keilförmi gen Erhebung am Zapfenumfang zugrunde.The preferred embodiment of the joining surface shape of the receiving opening 2 and the pin 3 is limited to a single logarithmic spiral segment. In principle, guidelines 15 can also be selected to solve the joining problem, each consisting of several sections of different logarithmic spirals, such as the multi-ended wedge profile known from the prior art. However, due to the greater number of wedges, the non-contacting surface zones (ϕ _B + ϕ _F + ϕ _L ) are multiplied by the factor that corresponds to the number of wedges. The joint pressure is distributed over a much smaller contact area. In order not to exceed the permissible stress, the joint connection cannot be stressed as much as in the preferred one-part solution. Another effect is that a profile load of the more finite wedge profile is considerably shorter than with a single solution. As a result, the radial profile expansion is relatively small. There is therefore a risk that during the execution of the third joining step, the pin 3 "slips" in the opening 2 . Elastic deformations can occur, which overcome the positive locking in the direction of joint rotation and cause slipping. In addition, the present application for the invention is not based on a plurality of wedge-shaped elevations, but rather on the number of a single wedge-shaped elevation on the circumference of the pin.

Bis hierher bezieht sich die vorliegende Beschreibung auf eine Öffnung 2 in Bauteil 1 und auf einen Zapfen 3, welche die Form eines Kegelstumpfes eines geraden Kegels besitzen. Die entspre chende Kegelfläche 6 wird von Erzeugenden aufgespannt, die ei nerseits durch die mit S bezeichnete Kegelspitze 8 und anderer seits durch die Leitlinie 15 hindurchgehen (Fig. 1, 6, 7 und 10). S_N bedeutet die Spitze des Nabenkonus, also des Kegels der Aufnahmeöffnung 2, während S_Z die Spitze des Zapfenkonus be zeichnet. Die Konen der Aufnahmeöffnung 2 und des Zapfens 3 sollten so gefertigt sein, daß beide die gleiche Länge k auf weisen. Eine vorteilhafte Variante hierzu bietet die quasikege lige Ausbildung der Zapfens 3 und/oder der Aufnahmeöffnung 2. Die quasikegelige Fügefläche 6 wird von Erzeugenden aufge spannt, die die zentrale Achse 7 unter einem konstanten Winkel β schneiden und durch die Leitlinie 15 hindurchgehen (Fig. 11, 12 und 13). Demnach besitzt eine quasikegelige Fläche keine Ke gelspitze 8. Die allgemeine erfinderische Idee umfaßt sowohl kegelige als auch quasikegelige Fügeflächen. Diese Unterschei dung ist für die fertigungstechnische Formgebung der Fügepart ner von besonderer Bedeutung. In ihrer Funktionalität sind bei de Gestaltungsarten zwar nahezu gleichwertig. Der große Vorteil der kegeligen Ausführung eines Kegelstumpfes eines geraden Ke gels liegt darin, daß trotz eventueller fertigungsbedingter Ab solutmaßabweichungen sich in jedem Fall eine flächenhafte Kon taktzone zwischen dem Bauteil 1 und dem Zapfen 3 (Fig. 1) beim dritten Fügeschritt einstellt. Dagegen kann u. U. bei großen Ke gelöffnungswinkeln, β und größeren fertigungsbedingten Absolut maßabweichungen eine quasikegelige Fügefläche beim dritten Fü geschritt in der anfänglich erreichten radialkraftfreien Anlage nur punktuell kontaktieren. Der dritte Fügeschritt führt jedoch in seiner weitergehenden Ausführung aufgrund der dann erzeugten Radialkraft zu elastischen Verformungen der Öffnung 2 und des Zapfens 3, sodaß auch absolutmaßabweichuhgsbehaftete quasikege lige Fügezonen flächig in Kontakt zueinander gelangen. Die oben beschriebenen vier Fügeschritte gelten uneingeschränkt auch für quasikegelige Öffnungen 2 in Verbindung mit quasikegeligen Zap fen 3. Sinngemäß sind hier jedoch Fig. 1 durch Fig. 11, Fig. 6 durch Fig. 12 sowie Fig. 7 durch Fig. 13 zu ersetzen.So far, the present description relates to an opening 2 in component 1 and to a pin 3 , which have the shape of a truncated cone of a straight cone. The corre sponding conical surface 6 is spanned by generators who pass on the one hand through the conical tip 8 denoted by S and on the other hand through the guideline 15 (FIGS . 1, 6, 7 and 10). S _N means the tip of the hub cone, that is, the cone of the receiving opening 2 , while S _Z denotes the tip of the pin cone. The cones of the receiving opening 2 and the pin 3 should be made so that both have the same length k. An advantageous variant of this is the quasikege-like design of the pin 3 and / or the receiving opening 2nd The quasi-conical joining surface 6 is spanned by generators who cut the central axis 7 at a constant angle β and pass through the guideline 15 ( FIGS. 11, 12 and 13). Accordingly, a quasi-conical surface has no conical tip 8 . The general inventive idea includes both tapered and quasi-tapered joining surfaces. This distinction is of particular importance for the production engineering shape of the joining partners. In terms of functionality, the design types are almost equivalent. The great advantage of the conical design of a truncated cone of a straight Ke gel lies in the fact that despite any manufacturing-related deviations from absolute dimensions, a planar contact zone between component 1 and pin 3 ( FIG. 1) is set in the third joining step. In contrast, u. U. with large cone opening angles, β and larger manufacturing-related absolute dimensional deviations, only contact a quasi-conical joining surface at the third joining step in the initially achieved radial force-free system. The third joining step, however, leads in its further execution due to the radial force then generated to elastic deformations of the opening 2 and the pin 3 , so that even quasi-congenital joining zones with absolute dimensional deviations come into contact with one another. The four joining steps described above also apply without restriction to quasi-tapered openings 2 in conjunction with quasi-tapered pins 3 . Analogously, however, Fig. 1 should be replaced by Fig. 11, Fig. 6 by Fig. 12 and Fig. 7 by Fig. 13.

Die kegelige Öffnung 2 sowie der kegelige Zapfen 3 sind durch verschiedene bekannte Fertigungsverfahren herstellbar. Ein prä destiniertes Fertigungsverfahren ist das Fräsen mit dem zylin drischen Schaftfräser. Je nach Anordnung der Maschinenachsen sind drei bzw. vier simultane NC-Achsen erforderlich. Hinzu kommen mindestens zwei Hilfsachsen. Der maschinentechnische Aufwand läßt sich um mindestens eine interpolierende NC-Achse reduzieren, wenn die Öffnung 2 sowie der Zapfen 3 nicht exakt kegelig, sondern quasikegelig ausgeführt werden. Die Steuerung des Fräswerkzeuges kann auf eine ebene zweidimensionale Bewe gung reduziert werden. In den Betrachtungsebenen der Fig. 3 und Fig. 4 wird dann der Freilauf 12 bzw. 13 des Fräswerkzeuges zur exakten Ellipse. Der Freilauf 12 bzw. 13 erscheint in der Be trachtungsebene als exakter Kreis, wenn ein kegeliges Fräswerk zeug für die Bearbeitung gewählt wird. Der Öffnungswinkel α dieses Kegels muß dabei mit dem des Zapfens 3 übereinstimmen. Eine quasikegelige Ausführung der Fügeflächen ist aus ferti gungstechnischer Sicht gegenüber der kegeligen Ausführung von Vorteil.The tapered opening 2 and the tapered pin 3 can be produced by various known manufacturing processes. A pre-determined manufacturing process is milling with the cylindrical end mill. Depending on the arrangement of the machine axes, three or four simultaneous NC axes are required. There are also at least two auxiliary axes. The mechanical expenditure can be reduced by at least one interpolating NC axis if the opening 2 and the pin 3 are not conical, but quasi-conical. The control of the milling tool can be reduced to a flat two-dimensional movement. In the viewing planes of Fig. 3 and Fig. 4 the freewheel is then 12 and 13 of the milling tool for precise ellipse. The freewheel 12 or 13 appears in the viewing plane as an exact circle when a tapered milling tool is selected for machining. The opening angle α of this cone must match that of the pin 3 . A quasi-conical design of the joining surfaces is advantageous from a manufacturing perspective compared to the conical design.

Die unsymmetrische Form der Fügezone (Fig. 9) hat zur Folge, dass die Vorspannkräfte, die sich durch den dritten Fügeschritt einstellen, unsymmetrische Deformationen an den Fügepartnern 1 und 5 (bzw. 1 und 14) verursachen können. Die Deformationen können zu einem unerwünschten Versatz und zu einer Paralleli tätsabweichung der Hublagermittenachse (bzw. der zentralen Ach se 7 der Verbindung) gegenüber der Kurbelwellenachse 17 führen. Hier bieten sich verschiedene Maßnahmen zur Abhilfe an. Eine Möglichkeit ist, durch FEM-Rechnung oder durch experimentelle Ermittlung an Prototyp-Fügestellen die Abweichungen quantitativ zu ermitteln. Durch maßgeometrischen Gegenhalt der zu erwarten den Deformationen können in der Serienfertigung die Auswirkungen kompensiert werden. Eine andere Möglichkeit ist, an der Öffnung 2 oder am Umfang des Zapfens 3 nicht-kontaktierende Entlastungszonen vorzusehen. Näherungsweise gegenüber der nicht kontaktierenden Spiralenübergangszone (bzw. der Fügespielaus gleichszone) kann bspw. am Zapfen 3 eine Abflachung 23 (Fig. 19) bzw. in Öffnung 2 eine Rille 24 (Fig. 25) eingearbeitet sein. Die Feststellung der genauen Lage sowie der optimalen Ausdehnung der Entlastungszone kann wiederum rechnerisch oder experimentell erfolgen.The unsymmetrical shape of the joining zone ( FIG. 9) has the consequence that the prestressing forces which result from the third joining step can cause asymmetrical deformations at joining partners 1 and 5 (or 1 and 14 ). The deformations can lead to an undesirable misalignment and to a parallelism deviation of the pin bearing center axis (or the central axis 7 of the connection) with respect to the crankshaft axis 17 . Various remedial measures are available here. One possibility is to determine the deviations quantitatively by means of FEM calculations or by experimental determination at prototype joints. The effects can be compensated for in series production by means of the geometric support of the expected deformations. Another possibility is to provide non-contacting relief zones on the opening 2 or on the circumference of the pin 3 . Approximately opposite the non-contact coil transition zone (or the same Fügespielaus zone) may, for example, on the pin 3 a flattened portion 23 (Fig. 19) or in the opening 2 a groove 24 (Fig. 25) be incorporated. The exact location and the optimal extent of the relief zone can in turn be determined mathematically or experimentally.

Damit alle Segmente der aus Einzelteilen aufgebauten Kurbelwel le exakt fluchten, d. h. dass die Zentren aller Hauptlager 22 der Kurbelwelle exakt auf Achse 17 zu liegen kommen, müssen fertigungsbedingte Abweichungen an Öffnung 2 und am Zapfen 3 ausgeglichen werden. Als besonders kritisch sind hier Abwei chungen im Absolutmaß, in der Streuung des Spaltmaßes 16 nach dem zweiten Fügeschritt, zu sehen. Als günstige Abhilfe bietet sich an, die Kurbelwelle vor dem Einbau in den Motor zu rich ten. Das Richten muß dabei auch ein radiales Ausrichten der Kurbelwellensegmente umfassen. Die dabei auftretenden plasti schen Verformungen in den Fügestellen können in Kauf genommen werden, sofern sich nicht in unzulässiger Weise die Vorspannun gen abbauen. Eine sorgfältige Abstimmung der Werkstoffeigen schaften, insbesondere der Zähigkeit, mit den geometriebestim menden Parametern der jeweiligen Fügestelle ist erforderlich.So that all segments of the crankshaft assembled from individual parts are exactly aligned, ie that the centers of all main bearings 22 of the crankshaft come to lie exactly on axis 17 , manufacturing-related deviations at opening 2 and at pin 3 must be compensated for. Deviations in the absolute dimension, in the scatter of the gap dimension 16 after the second joining step, can be seen as particularly critical here. A good remedy is to straighten the crankshaft before installing it in the engine. Straightening must also include radial alignment of the crankshaft segments. The resulting plastic deformations in the joints can be accepted, provided that the preloads are not reduced in an unacceptable manner. Careful coordination of the material properties, especially the toughness, with the geometry-determining parameters of the respective joint is required.

Die erfindungsgemäße Fügefläche besteht aus vier Teilflächen, wobei jeweils zwei Teilflächen kontaktieren. Die erste Teilflä che ist die innere Oberfläche 2 eines im wesentlichen konkaven Kegelstumpfes. Sie besteht aus der Menge von Punkten P, die folgender Bedingung genügen:
The joining surface according to the invention consists of four partial surfaces, two partial surfaces contacting each other. The first partial surface is the inner surface 2 of a substantially concave truncated cone. It consists of the set of points P which satisfy the following condition:

r_p,N = (R₀ + z_p.tanβ₀).e^tanα.;r _{p, N} = (R ₀ + z _p .tanβ ₀ ) .e ^tanα. ;

Die zweite Teilfläche, die im dritten Fügeschritt in Kontakt zur ersten Teilfläche gelangt, ist die äußere Oberfläche eines im Wesentlichen konvexen Kegelstumpfes 3 (Fig. 1 und Fig. 10):
The second part surface which comes in the third joining step in contact with the first surface portion, the outer surface of a substantially convex truncated cone 3 (Fig 1 and Fig. 10.):

r_p,Z = (R₀ + (z_p - L_Z).tanβ₀).e^tanα. r _{p, Z} = (R ₀ + (z _p - L _Z ) .tanβ ₀ ) .e ^tanα.

Darin ist r_p der kürzeste radiale Abstand des Punktes P von der Mittenachse 7 (gemessen im Abstand von der Ebene 28 (r_P,N) bzw. Ebene 4 (r_p,Z), die die jeweilige Leitlinie 15 enthält). ϕ_P bzw. ist der zugehörige Polarwinkel des Punktes P im Achsnormalschnitt (in o. a. Beziehungen ist ϕ_P, im Bogenmaß einzusetzen). Der Polarwinkel kann im Bereich ϕ_B ≦ ϕ_p ≦ 360° lie gen. R₀ ist der kleinste Profilradius der Leitlinie 15 (Grund kreisradius bei ϕ = 0°) der Öffnung 2 in Ebene 28. Nach der Er findung ist jedes Querschnittsprofil der Öffnung 2 sowie des Zapfens 3 der Abschnitt einer logarithmischen Spirale mit der Steigung tanα. Demnach ist der Radius R₀ gleichzeitig auch der kleinste Profilradius im Querschnitt 11 des Zapfens 3. β₀ ist der Basisneigungswinkel des Kegels 6; β₀ ist der kleinste Win kel, den die Kegelerzeugende bei ϕ_p = 0° mit der Achse 7 des Ke gels 6 einschließt. Punkte der Öffnung 2 können im Abstand 0 ≦ z_p ≦ L_N (L_N = Nabenbreite) von der Ebene 28 entfernt liegen. Für Punkte des Zapfens 3 gilt der Abstandsbereich 0 ≦ z_p ≦ L_Z (L_Z = Zapfenbreite) zur Ebene 4. Der Steigungswinkel α bzw. die Steigung tanα der logarithmischen Spirale ist in jedem Punkt der Öffnung 2 und des Zapfens 3 im angegebenen Winkelintervall ϕ_p und Abstandsintervall z_p gleich groß (α = const.). Die dritte und vierte Fügeteilfläche sind die ebene Fläche 4 und die ebene Fläche des Öffnungsrandes 10. Die Mittenachse 7 steht auf beide Ebenen (4 und 28) senkrecht. Die dritte und vierte Fügeteilflä che kommen durch den Fügevorgang im zweiten Fügeschritt in di rekten Kontakt zueinander.Therein r _{p is} the shortest radial distance of the point P from the central axis 7 (measured at a distance from the plane 28 (r _{P, N} ) or plane 4 (r _{p, Z} ), which contains the respective guideline 15 ). ϕ _P or is the associated polar angle of point P in the axis normal section (in the above relationships ϕ _{P is} to be used in radians). The polar angle can lie in the range ϕ _B ≦ ϕ _p ≦ 360 °. R ₀ is the smallest profile radius of guideline 15 (base circle radius at ϕ = 0 °) of opening 2 in level 28 . According to the invention, each cross-sectional profile of the opening 2 and the pin 3 is the section of a logarithmic spiral with the slope tanα. Accordingly, the radius R ₀ is also the smallest profile radius in the cross section 11 of the pin 3 . β ₀ is the basic angle of inclination of the cone 6 ; β ₀ is the smallest angle that the cone generator includes at ϕ _p = 0 ° with the axis 7 of the cone 6 . Points of the opening 2 can be at a distance of 0 ≦ z _p ≦ L _N (L _N = hub width) from the plane 28 . The distance range 0 ≦ z _p ≦ L _Z (L _Z = spigot width) to level 4 applies to points of the spigot 3 . The pitch angle α or the pitch tanα of the logarithmic spiral is the same in each point of the opening 2 and the pin 3 in the specified angular interval ϕ _p and spacing interval z _p (α = const.). The third and fourth joining partial surface are the flat surface 4 and the flat surface of the opening edge 10 . The central axis 7 is perpendicular to both planes ( 4 and 28 ). The third and fourth joining part surfaces come into direct contact with one another through the joining process in the second joining step.

Im Falle der quasikegeligen Ausführung (Fig. 11 bis Fig. 13) wird die Öffnung 2 durch folgende Punktmenge gebildet:
In the case of the embodiment quasikegeligen (. Fig. 11 to 13), the opening 2 is formed by the following set of points:

r_p,N = R₀.e^tanα. + z_p.tanβr _{p, N} = R ₀ .e ^tanα. + z _p .tanβ

Für den quasikegeligen Zapfen 3 gilt:
The following applies to the quasi-conical peg 3 :

r_p,Z = (R₀ - L_Z.tanβ).e^tanα. + Z_p.tanβr _{p, Z} = (R ₀ - L _Z .tanβ) .e ^tanα. + Z _p .tanβ

Hierin ist β der kleinste Winkel, den jede Erzeugende 27 mit der Achse 7 einschließt (β = β₀ = const.; Fig. 13). Bei der quasi kegeligen Ausführung sind lediglich die Leitlinien 15 exakte logarithmische Spiralenabschnitte. Alle Querschnittsprofile, die nicht in die Ebenen 28 bzw. 4 fallen, sind hierzu Parallel linien.Herein, β is the smallest angle that each generating line 27 encloses with the axis 7 (β = β ₀ = const .; Fig. 13). In the quasi-conical version, only the guidelines 15 are exact logarithmic spiral sections. All cross-sectional profiles that do not fall into levels 28 or 4 are parallel lines for this.

Zwecks Übersichtlichkeit wird in den Fig. 14 bis 25 auf die Darstellung einiger charakteristischer Merkmale von Kurbelwel len verzichtet. Es fehlen Details, die zur Erklärung der erfin dungsgemäßen Lösung irrelevant sind. So fehlen beispielsweise das jeweilige Gegengewicht an der Kurbelwange zum Massenaus gleich und die Schmierölbohrungen.For the sake of clarity, some characteristic features of crankshafts are not shown in FIGS. 14 to 25. There are no details that are irrelevant for explaining the solution according to the invention. For example, the respective counterweight on the crank arm for mass balancing and the lubricating oil holes are missing.

Fig. 14 bis Fig. 19 zeigen eine Hauptausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Hubzapfen 14 ist stoffschlüs sig mit der linken Kurbelwange 1 und dem daran anschließenden Hauptlager 22 verbunden und kann dabei aus dem Vollmaterial herausgebildet oder angeformt sein. Die axiale Öffnung 2 ver läuft innerhalb des Hubzapfens 14 und der Kurbelwange 1, wobei der Hubzapfen 14 einen Teilabschnitt der in der Kurbelwange 1 ausgebildeten parallel zur Längserstreckung der Kurbelwelle verlaufenden Aufnahmeöffnung 2 aufweist. Die Öffnung 2 kann darstellungsgemäß durchgehend oder - nicht dargestellt - als Sackloch ausgeführt sein. Die Pleuelstange 19 mit dem fest ver bundenen Pleuellager 18 ist bereits drehbar auf dem Hubzapfen 14 montiert. Die rechte aufnahmeöffnungfreie Kurbelwange 5 ist drehlagengerecht positioniert. Mit ihr ist der zapfenförmige Vorsprung 3 an der einen Stirnseite 30 und ein anderes Hauptla ger 22 an der anderen Stirnseite 31 stoffschlüssig verbunden. Fig. 14 through Fig. 19 show a principal embodiment of the method according to the invention. The crank pin 14 is materially connected to the left crank arm 1 and the adjoining main bearing 22 and can be formed or molded from the solid material. The axial opening 2 ver runs within the crank pin 14 and the crank arm 1 , the crank pin 14 having a partial section of the receiving opening 2 formed in the crank arm 1 and extending parallel to the longitudinal extension of the crankshaft. As shown, the opening 2 can be continuous or - not shown - a blind hole. The connecting rod 19 with the fixed connecting rod bearing 18 is already rotatably mounted on the crank pin 14 . The right crankshaft 5, which is free of the receiving opening, is positioned in the correct rotational position. With it, the pin-shaped projection 3 on one end 30 and another Hauptla ger 22 on the other end 31 is integrally connected.

Nach dem zweiten Fügeschritt (Fig. 15) stellt sich zwischen der linken Kurbelwange 1 (mit stoffschlüssig angeformten Hubzapfen 14) und dem Zapfen 3 der radiale Spalt 16 ein. Die ebenen Fügeflächen 10 des Hubzapfens 14 und der rechten Kurbelwange 5, Ebene 4, liegen aneinander an. Der nachfolgende dritte Füge schritt bringt die rechte Kurbelwange 5 mit der linken Kurbel wange 1 exakt zur Deckung. Die Spiralenübergangszone in Öffnung 2 ist hier beispielhaft so ausgebildet, wie sie sich durch das bekannte Fräsen kostengünstig herstellen läßt. Dagegen hat der Zapfen 3 ein Profil in der Spiralenübergangszone, das sich mit einem CNC-Unrunddrehen kostengünstig einstellt. Zudem hat der Zapfen 3 eine Abflachung 23, die zur Zentrierung unter Einwir kung des sich im dritten Fügeschritt einstellenden radialen Fu gendruckes dient (Fig. 18, Fig. 19). In Fig. 17 ist eine Unter variante der beschriebenen ersten Hauptausführungsvariante nach dem zweiten Fügeschritt dargestellt. Sie unterscheidet von Fig. 15 dadurch, dass der Hubzapfen 14 stoffschlüssig mit dem Zapfen 3 und der rechten Kurbelwange 5 verbunden ist. Die beiden Fig. 18 und 19 verdeutlichen, dass der Zapfen 3 über weite Ober flächenbereiche mit der linken Kurbelwange 1 (und dem stoff schlüssig angeformten Hubzapfen 14) flächig kontaktiert. Nach dem letzten Fügeschritt, dem Einbau der Kurbelwelle in den Mo tor, verhindert der Abstand zwischen den Drehachsen 7 und 17 durch Hebelwirkung, dass sich die Fügeverbindung selbsttätig löst (Fig. 19). Die Fixierung um die Lager 22 ist somit gleich zeitig eine Verdrehsicherung gegen eine Löse-Drehbewegung um Achse 7.After the second joining step ( FIG. 15), the radial gap 16 is established between the left crank arm 1 (with integral crank pin 14 ) and the pin 3 . The flat joining surfaces 10 of the crank pin 14 and the right crank arm 5 , level 4 , lie against one another. The following third joining step brings the right crank cheek 5 with the left crank cheek 1 exactly overlap. The spiral transition zone in opening 2 is designed here, for example, as it can be produced inexpensively by the known milling. In contrast, the pin 3 has a profile in the spiral transition zone, which is inexpensive to set with a CNC non-circular turning. In addition, the pin 3 has a flattening 23 , which serves for centering under the effect of the radial foot pressure which arises in the third joining step ( FIG. 18, FIG. 19). Is shown in FIG. 17 is a bottom of the first main embodiment described variant represented by the second joining step. It differs from FIG. 15 in that the crank pin 14 is integrally connected to the pin 3 and the right crank arm 5 . The two FIGS. 18 and 19 illustrate that the pin 3 makes extensive contact with the left crank arm 1 (and the materially integrally formed crank pin 14 ) over wide upper surface areas. After the last joining step, the installation of the crankshaft in the engine, the distance between the axes of rotation 7 and 17 prevents the joining connection from loosening by itself ( Fig. 19). The fixation around the bearing 22 is thus at the same time an anti-rotation device against a loosening-rotation movement about axis 7 .

In den Fig. 20 und 21 ist eine weitere Hauptausführungsvariante dargestellt. Der Unterschied zur vorhergehenden Ausführungsva riante besteht darin, dass der Hubzapfen 14 als eigenständiges, separates Bauteil ausgebildet ist und an seinen beiden Stirn seiten 21 jeweils einen Zapfen 3 zum Fügen an die Kurbelwangen 1 bzw. 5 aufweist. Die Leitlinien 15 der Öffnung 2 in Bauteil 1 und die Leitlinie 15 der Öffnung 2 in Bauteil 5 haben unter schiedliche Windungsorientierungsrichtungen (Linksgängigkeit bzw. Rechtsgängigkeit). Die beiden Öffnungen 2 liegen einander spiegelbildlich gegenüber, wobei die Symmetrieachse die gedach te zugehörige Kolbenlaufrichtungsachse/Zylinderachse des Mo tors ist. Demnach haben auch die beiden Zapfen 3 des Hubzapfens 14 in Querschnittsprofilen gleicher Blickrichtung gegenläufige Spiralenwindungsorientierungsrichtungen zu einander.Another main embodiment is shown in FIGS. 20 and 21. The difference to the previous version is that the crank pin 14 is designed as an independent, separate component and has on both ends 21 a pin 3 for joining to the crank webs 1 and 5 . The guidelines 15 of the opening 2 in component 1 and the guideline 15 of the opening 2 in component 5 have different winding orientation directions (left-handed or right-handed). The two openings 2 are opposite each other in a mirror image, the axis of symmetry being the associated piston axis of movement / cylinder axis of the motor. Accordingly, the two pins 3 of the crank pin 14 also have opposite spiral winding orientation directions in cross-sectional profiles of the same viewing direction.

Der Ablauf des Zusammensetzens zweier Kurbelwellensegmente ist folgender: Die einteilige Pleuelstange 19 mit Lager 18 wird auf den Hubzapfen 14 geschoben. Zu beiden Seiten des Hubzapfens 14 wird die jeweilige Kurbelwange 1 bzw. 5 auf den jeweils zuge ordneten Zapfen 3 aufgeschoben. Dabei haben die Kurbelwangen 1 und 5 einen relativen Drehversatz in zweifacher Höhe des Füge spielausgleichswinkels ϕ_F zuzüglich des Lastwinkels ϕ_L zu ein ander (Fig. 20). Nun werden die Kurbelwangen zueinander ver dreht, bis die beiden Hauptlager 22 zu Überdeckung kommen und die Hauptlagermittelpunkte auf 17 liegen (Fig. 21). Während dieser Drehbewegung braucht der Hubzapfen 14 nicht sonderlich fixiert oder abgestützt werden. Durch die Hauptlagerfixierung in der Einbaulage der Kurbelwelle im Motor wird ein Lösen der Fügeverbindungen als Folge einwirkender Betriebskräfte verhin dert.The sequence of assembling two crankshaft segments is as follows: the one-piece connecting rod 19 with bearing 18 is pushed onto the crank pin 14 . On both sides of the crank pin 14 , the respective crank web 1 or 5 is pushed onto the respectively assigned pin 3 . The crank arms 1 and 5 have a relative rotational offset at twice the height of the joint compensation angle ϕ _F plus the load angle ϕ _L to one another ( FIG. 20). Now the crank arms are rotated relative to each other until the two main bearings 22 overlap and the main bearing center points are at 17 ( FIG. 21). During this rotary movement, the crank pin 14 does not need to be particularly fixed or supported. The main bearing fixation in the installed position of the crankshaft in the engine prevents loosening of the joint connections as a result of operating forces.

In einer nicht dargestellten, funktional gleichwertigen Unter variante der letzt genannten Hauptausführungsvariante sind die Zapfen 3 nicht mit dem Hubzapfen 14 stoffschlüssig verbunden, sondern mit der Kurbelwange 1 bzw. 5 stoffschlüssig verbunden. Dafür sind die kegeligen Öffnungen 2 nicht an den Kurbelwangen 1 und 5, sondern an beiden Seiten innerhalb des Hubzapfens 14 einander spiegelbildlich gegenüberliegend mit unterschiedlichen Windungsorientierungsrichtungen angeordnet.In a functionally equivalent sub variant (not shown) of the last-mentioned main embodiment variant, the pins 3 are not integrally connected to the crank pin 14 , but rather are integrally connected to the crank web 1 or 5 . For this purpose, the tapered openings 2 are not arranged on the crank webs 1 and 5 , but on both sides within the crank pin 14 opposite one another in opposite directions with different winding orientation directions.

Auf eine dritte, der zweiten ähnliche Hauptausführungsvariante beziehen sich die Fig. 22 bis 25. Fig. 22 und 23 zeigen den Hubzapfen 14 mit den Kurbelwangen 1 und 5 in Stecklage. Der Hubzapfen 14 ist ein separates Bauteil; zu seinen beiden Enden hin öffnen sich wiederum die kegeligen Zapfen 3. Abweichend von der letzten Variante haben die Leitlinien 15 der kegeligen Öff nung 2 in Kurbelwange 1 und die Leitlinie 15 der kegeligen Öff nung 2 in Bauteil 5 die gleiche Spiralenwindungsorientierung. Demnach haben auch die an beiden Enden des Hubzapfens 14 angeordneten Zapfen 3 die gleiche Spiralenwindungsorientierung. Es ergibt sich daher gegenüber voriger Ausführungsvariante ein Un terschied im Fügeablauf.In a third, related to the second main embodiment, the Fig. 22 related to 25. Fig. 22 and 23 show the crankpin 14 with the crank webs 1 and 5 in mounted position. The crank pin 14 is a separate component; the conical pins 3 open towards its two ends. Deviating from the last variant, the guidelines 15 of the conical opening 2 in crank web 1 and the guideline 15 of the conical opening 2 in component 5 have the same spiral winding orientation. Accordingly, the pins 3 arranged at both ends of the crank pin 14 have the same spiral winding orientation. There is therefore a difference in the joining process compared to the previous embodiment.

Nachdem die Pleuelstange 19 samt Pleuellager 18 auf den Hubzap fen gesetzt wurde, erfolgt im ersten Fügeschritt die Drehposi tionierung der Bauteile. Die vorliegende Ausführungsvariante erfordert, dass die Kurbelwangen 1 und 5 die gleiche Drehlage bzgl. der Hubzapfenachse 7 haben. Somit befinden sich in Fig. 23, der Seitenansicht nach dem zweiten Fügeschritt, beide Hauptlager 22 in Überdeckung und haben die gemeinsame Mit tenachse 17. Der nachfolgende Fügeschritt drei erfolgt für bei de Kurbelwangen 1 und 5 gleichzeitig, indem der Hubzapfen 14 entgegen der Windungsorientierungsrichtung der Leitlinien 15 in Pfeilrichtung 26 gedreht wird. Dazu hat zumindest ein Zapfen 3 an seiner Stirnseite 32 eine unrunde Öffnung 25 zur Aufnahme eines schlüsselartigen Montagewerkzeuges (z. B. Innensechskant). Bei fester Halterung der beiden Kurbelwangen 1 und 5 wird mit tels des Werkzeuges der Hubzapfen 14 verdreht, wodurch die drei Bauteile miteinander verspannt werden. Fig. 24 und 25 zeigen die Position der Fügepartner nach Erreichen ihrer kraftschlüs sigen Verbindung. Die Parameter der Fügeflächen müssen hier so gewählt sein, daß durch Selbsthemmung infolge der Reibungsver hältnisse die unter Betriebslast auftretenden verbindungslösen den Umfangskräfte und Schwingungen am Hubzapfen 14 sicher auf gefangen werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Welle-Nabe- Verbindungen ist die primäre Beanspruchungsart des Hubzapfens 14 nicht die Torsion, da die Achse des Hubzapfens 14 außerhalb der Drehachse der Kurbelwelle liegt, so daß die Lösungstendenz der erwirkten Verbindung nicht übermäßig stark ist. Zudem kann die Windungsorientierungsrichtung der Leitlinien 15 in Abhän gigkeit der vorgegebenen Kurbelwellendrehrichtung so gewählt werden, daß die im Betriebszustand auftretenden Umfangskräfte entgegen der verbindungslösenden Drehrichtung überwiegend form schlüssig übertragen werden. Es kann aber auch alternativ eine Verdrehsicherung (z. B. Spannstift, Wurmschraube, Ausfüllen der nicht-kontaktierten Umfangszone(n) mit niedrigschmelzendem Werkstoff, Klebstoff oder dgl.) zwischen dem Hubzapfen 14 und den Kurbelwangen 1 und 5 vorgesehen werden. Die Spiralenüber gangszonen in den Öffnungen 2 sind in Fig. 23 und Fig. 25 der gestalt ausgebildet, wie sie sich durch das bekannte Präzisi onsschmieden ohne weitere mechanische Nachbearbeitung kosten günstig herstellen lassen. Dagegen hat die jeweilige Spiralen übergangszone am Zapfen 3 in Fig. 23 und Fig. 25 die Profil form, die sich durch das bekannte Fräsen ergibt.After the connecting rod 19 together with the connecting rod bearing 18 has been placed on the lifting pin, the components are rotated in the first joining step. The present embodiment variant requires that the crank arms 1 and 5 have the same rotational position with respect to the crank pin axis 7 . Thus are in Fig. 23, the side view of the second joining step, the two main bearings 22 in overlap and have common with tenachse 17th The subsequent joining step three is carried out simultaneously for de crank webs 1 and 5 by rotating the crank pin 14 in the direction of the arrow 26 in the direction opposite to the winding orientation of the guidelines 15 . For this purpose, at least one pin 3 has on its end face 32 an out-of-round opening 25 for receiving a key-like assembly tool (e.g. hexagon socket). When the two crank arms 1 and 5 are held firmly, the crank pin 14 is rotated with the aid of the tool, as a result of which the three components are clamped together. FIGS. 24 and 25 show the position of the joining partners, after reaching their kraftschlüs sigen compound. The parameters of the joining surfaces must be selected here so that the self-locking due to the Reibungsver ratios occurring under operating load connection loosening the circumferential forces and vibrations on the crank pin 14 are safely caught. In contrast to conventional shaft-hub connections, the primary type of stress of the crank pin 14 is not torsion, since the axis of the crank pin 14 lies outside the axis of rotation of the crankshaft, so that the tendency to loosen the connection obtained is not excessively strong. In addition, the winding orientation direction of the guidelines 15 can be selected in dependency on the predetermined direction of crankshaft rotation so that the circumferential forces occurring in the operating state are predominantly transmitted in a form-fitting manner against the direction of rotation that disengages the connection. Alternatively, however, an anti-rotation device (e.g. dowel pin, worm screw, filling the non-contacted peripheral zone (s) with low-melting material, adhesive or the like) can be provided between the crank pin 14 and the crank arms 1 and 5 . The spiral transition zones in the openings 2 are formed in FIG. 23 and FIG. 25 in the manner in which they can be produced inexpensively by the known precision machining without further mechanical finishing. In contrast, the respective spirals 25 has transition zone at the pivot 3 in Fig. 23 and Fig., The profile shape, which results by the known milling.

Für sehr kleine Kegelöffnungswinkel α (< 3°) von Zapfen 3 und Aufnahmeöffnung 2 ist es auch denkbar, deren Leitlinien 15 an statt als logarithmische Spiralenabschnitte in Form von archi medischen Spiralenabschnitten auszubilden. Dies erbringt bei der Drehbearbeitung des Zapfens 3 und der Aufnahmeöffnung 2 da hingehend vereinfachende Vorteile, daß nur wenige Stützpunkte für die Profilbeschreibung, d. h. wenige Steuerbefehle für das Drehwerkzeug erforderlich sind.For very small cone opening angles α (<3 °) of pin 3 and receiving opening 2 , it is also conceivable to design their guidelines 15 instead of as logarithmic spiral sections in the form of archimedical spiral sections. When turning the pin 3 and the receiving opening 2, this results in simplifying advantages in that only a few support points are required for the profile description, ie a few control commands for the turning tool.

Claims

1.Built crankshaft, which consists of a plurality of cranks, main bearings and crank pins arranged on them, as well as connecting rods rotatably fastened to a connecting rod bearing on the crank pin, the crank arms being serially formed by means of shaft-hub connections in the form of cone-like receiving openings and shape-negative openings, to the associated openings, widening pegs are non-positively connected to one another, which are constructed such that the cut lines of the joining surfaces of the inner circumference of the openings and the outer circumference of the pegs are formed as logarithmic spiral sections, which are in the plug-in position of the peg and opening interlocking, characterized ,
that incongruent rotational position of the pin ( 3 ) and receiving opening ( 2 ) of the pin ( 3 ) with its diameter with respect to the diameter of the receiving opening ( 2 ) has undersize,
that te on the opening ( 2 ) facing away from the pin ( 3 ) closes an axial stop ( 4 ) which is operatively connected to this and which is supported on the opening edge ( 10 ) of the receiving opening ( 2 ),
that the frictional connection is formed by means of a relative positive movement of pin ( 3 ) and opening ( 2 ) axia len positive engagement, in which the stop ( 4 ) on the opening edge ( 10 ) of the receiving opening ( 2 ) rests,
and that the crankshaft is fixed immovably in the radial position by the leverage resulting from the offset of the axis ( 7 ) of the crank pin ( 14 ) from the axis ( 17 ) of the main bearing ( 22 ).

2. Crankshaft according to claim 1, characterized in that the frictional connection is additionally formed by a frictional engagement between the receiving opening ( 2 ) and the pin ( 3 ) by means of the relative rotary movement.

3. Crankshaft according to one of claims 1 or 2, characterized in that the shape of the pin ( 3 ) and the associated intake opening ( 2 ) corresponds to the stump of a straight cone.

4. Crankshaft according to one of claims 1 or 2, characterized in that the shape of the pin ( 3 ) and the associated intake opening ( 2 ) is quasi-frustoconical, the joining surface being spanned by He generating the central axis ( 7 ) of the Cut the joint at a constant angle β.

5. Crankshaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the receiving opening ( 2 ) on its inner circumference or the Zap fen ( 3 ) has at least one relief zone on its outer circumference, which compensates for asymmetrical deformations of the joining partners when joining.

6. Crankshaft according to claim 5, characterized in that the relief zone is formed by a flattened portion ( 23 ) of the pin ( 3 ).

7. Crankshaft according to one of claims 5 or 6, characterized in that the relief zone is formed by a groove ( 24 ) incorporated into the inner circumference of the receiving opening ( 2 ).

8. Crankshaft according to one of claims 5 to 7, characterized in that the joining partners ( 2 , 3 ) have a geometrical counterpart to the deformations.

9. Crankshaft according to one of claims 1 to 8, characterized in that the axial stop ( 4 ) is flat and is integrally connected to the pin ( 3 ), the stop ( 4 ) in connection to the tapered end ( 29 ) of the pin ( 3 ) is formed like a shoulder with the opening edge ( 10 ) of the receiving opening ( 2 ) parallel to the stop surface running ver.

10. Crankshaft according to one of claims 1 to 8, characterized in that the axial stop runs as a circumferentially closed line ver, which forms the approach of a to the tapered end ( 29 ) of the pin ( 3 ) integrally connected conical expansion.

11. Crankshaft according to one of claims 1 to 10, characterized in that the crank pin ( 14 ) is integrally formed on the crank arm ( 1 ) and a portion of the crank arm ( 1 ) formed parallel to the longitudinal extension of the crankshaft receiving opening ( 2 ) having.

12. Crankshaft according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pin ( 3 ) serving for the shaft-hub connection is formed on the end face ( 30 ) of a crankshaft ( 5 ) free of receiving openings.

13. Crankshaft according to one of claims 1 to 10, characterized in that the crank pin ( 14 ) is a separate component of the crankshaft, which carries a pin ( 3 ) of the shaft-hub connection on both end faces ( 21 ).

14. Crankshaft according to claim 13, characterized in that the two pins ( 3 ) on the outer circumference have spiral sections with mutually opposite spiral winding orientation directions.

15. Crankshaft according to claim 13, characterized in that the two pins ( 3 ) on the outer circumference have spiral sections with spiral turns of the same orientation.

16. Crankshaft according to claim 15, characterized in that at least one of the two pins ( 3 ) on its end face ( 32 ) has a non-circular mounting opening ( 25 ) in which a Mon day tool can be positively received.

17. Crankshaft according to one of claims 1 to 16, characterized, that the joint surfaces of the shaft-hub connection each one have a single logarithmic spiral section.

18. Crankshaft according to one of claims 1 to 17, characterized in that the guidelines ( 15 ) of the joining surfaces of the shaft-hub connection are designed instead of as logarithmic spiral sections in the form of Archimedean spiral sections.

19. A process for the production of built crankshafts, wherein a connecting rod is pushed onto a crank pin of a crank arm of the crankshaft and is rotatably fastened thereon, after which an adjacent crank arm is non-positively joined to the crank arm already provided with the connecting rod by a shaft-hub connection technology , wherein the hub is formed by cone-like receiving openings, the joining surfaces of which have cut lines in the form of at least approximately logarithmic spirals, and the shaft is formed by cones widening in shape negative towards the associated openings, characterized in that
that the pin ( 3 ) is manufactured such that the diameter of its broad end is undersized with respect to the diameter of the narrow end of the receiving opening ( 2 ),
that the crank arms ( 1 , 5 ) are rotatably positioned such that the respective pin ( 3 ) can be inserted into the associated receiving opening ( 2 ) with little play,
that after positioning the respective crank web ( 1 , 5 ) with its receiving opening ( 2 ) with the pin ( 3 ) is plugged together until an axial stop ( 4 ) connected to the pin ( 3 ) at the opening edge ( 10 ) of the receiving opening tion ( 2 ) comes into play,
that thereafter the receiving opening ( 2 ) and the pin ( 3 ) against the spiral winding orientation direction relative to each other are rotated until the pin ( 3 ) with the receiving opening ( 2 ) carrying the crank arm ( 1 ) axially clamped ver and the main bearing axles ( 17th ) the individual crank cheeks ( 1 , 5 ) are aligned,
that the radial relative position of opening ( 2 ) and pin ( 3 ) is pre-fixed in the tension position,
and that after the successive joining of the crank webs ( 1 , 5 ) required for the entire crankshaft, the cure belwelle is mounted on the main bearings ( 22 ) connected to the crank webs ( 1 , 5 ) in an engine and the prefixed crank webs ( 1 , 5 ) are finally fixed by the resulting leverage due to the position between the crank pin axis ( 7 ) and the axis of rotation of the crankshaft.

20. The method according to claim 19, characterized in that the pre-fixing of the radial relative position by Reibschlüssi ges application of the joining surfaces of the receiving opening ( 2 ) and pin ( 3 ) to each other takes place during their rotation.

21. The method according to claim 19, characterized in that the pre-fixing of the radial relative position is carried out by expanding mandrels, which are in axial bores of the main bearing ( 22 ) of the cure ( 1 , 5 ) are inserted.

22. The method according to claim 21, characterized, that the expanding mandrels from the holes after the final fixation be released again.

23. The method according to any one of claims 19 to 22, characterized, that the crankshaft is straightened before installation in the engine.