Zurück zur gebauten Kurbelwelle?

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Gleichermaßen ist eine Erhöhung der Zahnbreite ebenfalls der Dauerbruchsicherheit zuträglich. Dabei ist zu beachten, dass die erforderliche Vorspannkraft mit wachsender Zahnbreite progressiv zunimmt, für wachsende Zähnezahlen aber konstant bleibt.

Da der Pleuellagerdurchmesser der ausgewählten Kurbelwelle 48 mm betragen soll und auf dem Hubzapfen noch eine radial aufbauende Hülse angebracht werden muss, stehen als Verzahnungsaußendurchmesser 45 mm zur Verfügung.

Innerhalb des Hubzapfens muss neben der Hirthverzahnung selbst auch eine Verschraubung untergebracht werden, die die erforderlichen Vorspannkräfte aufbringen kann. Gleichzeitig sollte möglichst wenig Material entfernt werden, um die Steifigkeit der gebauten gegenüber einer monolithischen Welle nicht allzu sehr herab zu setzen.

32 Zähne mit einer Breite von 10 mm gewährleisten ausreichende Sicherheit

Schließlich wurde die in Bild 1 dargestellte Kombination aus 32 Zähnen und 10 mm Breite ausgewählt. Diese Kombination bietet innerhalb der zugrunde gelegten Randbedingungen und der angesetzten Maximalbelastung eine als ausreichend erachtete Sicherheit gegen Dauerbruch von 1,5.

Die erforderliche Vorspannkraft für die ausgelegte Verzahnung liegt bei mehr als 115 kN und kann durch eine M14x1-Dehnschaftschraube der Festigkeitsklasse 12.9 bei Einschränkung der Festigkeitsstreuung und streckgrenzüberschreitendem Anzugsverfahren aufgebracht werden.

Die Kurbelwelle ist an jedem der vier Hubzapfen zerlegbar

Wie Bild 2 zeigt, ist die Kurbelwelle an jedem der vier Hubzapfen durch ein Hirth-Verzahnungspaar, das durch eine Zentralschraube verspannt wird, zerlegbar ausgeführt. Um bei Biegebeanspruchung der Kurbelwelle den Bereich der Hohlkehlen am Übergang zu den Kurbelwangen nicht zusätzlich zu belasten wurde die Trennebene in die Mitte der Hubzapfen gelegt.

Die Montage der Kurbelwelle erfolgt grundsätzlich ausgehend vom mittleren Hauptlager: das Kurbelwellensegment 3 wird mit dem Segment 4 winkelrichtig zusammengesteckt und verschraubt. Im Anschluss daran wird Segment 5 angefügt. Der für den Anzug der Zentralschraube erforderliche Werkzeugzugang wird durch die in den Gegengewichten angebrachten Bohrungen realisiert. Abschließend werden nacheinander die Segmente 2 und 1 montiert.

Die Ölversorgung der Pleuellager erfolgt generell ähnlich einer konventionellen Kurbelwelle: das Öl gelangt am Hauptlager in eine Bohrung, die vom Grund- zum Hubzapfen führt. Dort tritt es allerdings nicht direkt aus, sondern gelangt zunächst in den Raum zwischen Zentralschraube und Hirthverzahnung, der als Hubzapfenhohlraum bezeichnet wird.

Zum Verbinden dieses Hohlraums mit dem Pleuellager wird ein Zahn der Hirthverzahnung komplett ausgespart und in seinem Gegenstück die Lücke partiell verbreitert, so dass durch den entstehenden, freien Querschnitt ausreichend viel Schmieröl austreten kann.

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