Gewichtsreduzierung der Wangen

Nach Erstauslegung und Dimensionierung der Kurbelwelle kann mit der Optimierung der Wangengeometrie begonnen werden. Die Gewichtsreduzierung basiert auf unterschiedlichen Maßnahmen:
• Reduzierung der zu bearbeitenden Oberflächen an Wangen und Gegengewichten: Hierbei ist darauf zu achten, die Gegengewichte so zu gestalten, dass der Endwuchtvorgang prozesssicher durchgeführt werden kann.
• Alternative Auslegung der Gegengewichte: durch Designoptimierung können beispielsweise bereits vier statt acht Gegengewichte zum Massenausgleich und zur Verringerung der Biegeverformung ausreichend sein.
• Optimierung der Wangengeometrie an Wangenschultern unter Berücksichtigung der Prozessanforderungen: durch die Gestaltungsoptimierung wird der Materialfluss beim Schmieden positiv beeinflusst und das Füllen der Gravur verbessert. Damit erreicht man neben der Verringerung des Einsatzmaterials zusätzlich eine Reduktion des Werkzeugverschleißes.
• Aussparung von Material unterhalb der Pleuellager: beim Schmiedeprozess wird dabei sichergestellt, dass diese Gewichtserleichterungen den Materialfluss nicht behindern.

Am Beispiel einer Vierzylinder Diesel Pkw-Kurbelwelle ist es ThyssenKrupp Gerlach gelungen, 22 Prozent des Rohteilgewichtes durch Optimierung der Wangengeometrie einzusparen.

Reduzierung der Reibung

Um niedrige Verbrauchswerte und eine optimale Fahrzeugleistung zu erreichen, müssen die mechanischen Reibungsverluste der betreffenden Motorkomponenten auf ein Minimum reduziert werden. Gemeinsam mit den Entwicklungsingenieuren der Kunden arbeitet ThyssenKrupp Gerlach daran, die Potentiale der geschmiedeten Kurbelwelle hinsichtlich Reduzierung der Lagerdimensionen auszuschöpfen.

Da sich die Kurbelwellenlager in direktem Kontakt mit den Gleitlagern der Pleuelstangen und der Lagerstühle befinden, verringert sich bei kleineren Lagerdimensionen die Kontaktfläche und somit auch die Reibung. Die reduzierten Abmessungen führen jedoch zu einer Verringerung der Festigkeit und der Steifigkeit der Kurbelwelle. Um diese Schwächen auszugleichen, können alternative Werkstoffe und Herstellungsprozesse gewählt werden. Darüber hinaus ist es möglich, belastungsgerechte Änderungen der Wangengeometrie vorzunehmen, um die Kurbelwelle im Ganzen zu verstärken.

Je nach gewähltem Ansatz zur Optimierung der Kurbelwelle müssen ihre Funktion im gesamten Kurbeltrieb und die Kriterien für den Motor in Bezug auf Leistung, Verbrauch und Akustik erfüllt werden.

Der aktuelle Entwicklungstrend zeigt, dass die geschmiedete Kurbelwelle aufgrund der hervorragenden mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes beste Voraussetzungen für die Realisierung kleinerer Lagerdimensionen bietet.