专利名称：曲轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有根据权利要求1前序部分特征的内燃机曲轴，特别是涉及用于手动工具的内燃机曲轴，及一种用于制造这样的曲轴的方法及具有相应的曲轴的内燃机。
背景技术：
手动工具如马达链锯、自由切割机(Freischneider)、吸气机/吹气机或类似物为了可携带性和可操作性必须重量轻及便于使用。作为驱动马达的内燃机相对于预给定的排量应具有高的驱动功率和小的结构体积同时重量要轻。
相应的内燃机的结构尺寸在其活塞的往复运动方向上通过活塞的结构高度、其往复运动的尺寸及曲轴的无阻碍的旋转运动所需的自由空间规定。合适的曲轴具有至少一个、通常两个曲柄臂，其中在曲柄臂之间保持有一个偏心的曲柄轴颈用以支承连杆。与曲柄轴颈对置，曲柄臂具有回转质量块，回转质量块一方面产生曲柄轴颈及连杆的动质量平衡，另一方面用作稳定的发动机运行的回转质量。
在上下运动的活塞的下死点上曲柄轴颈位于在背离活塞的曲轴侧上，而回转质量块位于向着活塞的曲轴侧上。对于曲轴的自由旋转运动性需要活塞下边缘与回转质量块间的一个至少最小距离，由此不能低于一定的内燃机结构高度。
用于手动的工具的内燃机作为所谓的扫气背压马达(Spülvorlagenmotoren)是公知的。由此除了二冲程工作中通用的用于气体交换的溢流通道，还设有一个或多个空气通道，借助空气通道大量无燃料的空气可导入到相应的溢流通道中。为控制空气输入，活塞在其活塞裙上具有活塞气口，活塞气口依赖于曲轴角开通或关闭空气通道。所述构造方式的内燃机具有改进的废气值。但活塞裙的活塞气口的结构加大了活塞的结构高度，由此整体提高了内燃机的结构高度。由于加大的结构高度而很难实现用扫气式方式的内燃机替换老的结构形式的现有内燃机而不改变其它工具结构。
通过曲柄臂的结构手段减小内燃机结构高度由于流处产生的惯性力同样困难。特别地，曲柄臂必须转动惯量大而重量轻。为满足此要求需要转动半径尽可能大的回转质量的尽可能同心的结构。回转质量的旋转半径由在活塞方向上必需的自由空间限定。
由DE 101 19 161 A1公知了具有如上述构成的曲轴的手动工具的内燃机。曲轴由分开制造零件组装而成，其中一体制造的曲柄臂由具有压制成的下沉的表面段的冲压件构成。在压制过程中冲出的半成品的材料这样流动，使得质量分数在回转质量块区域处在更大的旋转半径上分布。为得到小的结构高度回转质量块的圆周轮廓在处于下死点时达到活塞下缘附近。为避免回转质量块与活塞裙在活塞处于下死点时碰撞，回转质量块在其外侧上具有倒角。而倒角降低曲轴的转动惯量。压制过程限制了用于曲柄臂的半成品的材料选择。为进行压制需要很大的加工力。这需要昂贵及费事的机床和模具，其中模具的耐用时间不令人满意。
发明内容
本发明的任务在于提供具有小结构空间而回转质量特性良好的内燃机曲轴。
该任务由具有权利要求1的特征的曲轴解决。
本发明的任务还在于，提供以小成本和高生产率制造相应曲轴的方法。
该任务由具有权利要求5的特征的方法解决。
本发明的另一任务在于，改进手动工具的内燃机，从而降低往复运动方向上的结构高度。
该任务由具有权利要求8的特征的内燃机解决。
提供了一种曲轴或具有活塞、连杆、相应曲轴的内燃机，其中曲轴由分开制造的零件组装而成。曲轴包括一个曲柄臂，该曲柄臂具有一个用于容纳一个曲轴轴颈的中心凹部和用于容纳一个曲柄轴颈的一个偏心凹部，曲柄轴颈用于支承连杆。其中曲柄臂上在其与偏心凹部对置侧上设有一个回转质量块，回转质量块与曲柄臂一体地成形，由曲柄臂的一个平面开始在连杆的方向上弯曲。曲柄臂由此最好具在回转质量块区域有一个基本相同的厚度。
为了曲柄臂的空间成形仅需弯曲。施加相对小的加工力来进行弯曲。机床和模具的花费少。小载荷的模具的耐用度高。通过基本上相同的回转质量块的厚度使较高的质量部分位于较大的旋转半径上。相对于给定必需的转动惯量选择相对小的曲柄臂的外径。在保持曲柄臂和活塞之间的自由空间情况下产生在活塞往复运动方向上内燃机的小的结构高度，其中在连杆方向上进行的回转质量块弯曲用以构成相对于活塞的活塞裙的自由空间。
弯曲回转质量块这样有利地实施，在活塞的下死点上活塞在其往复运动方向上至少部分地与弯曲回转质量块重叠。为此基本上罐状空心的活塞与回转质量块在其外部分区域上重叠。回转质量块的外部分区域沉入在活塞的空心侧，其中通过弯曲保证对于曲轴的自由转动性足够的自由空间。活塞和回转质量块的重叠使得结构高度变小。
特别是对于具有至少一个在活塞裙上的扫气口(Spülfenster)的活塞的方案，例如用于构成扫气式马达，由于扫气口的结构引起的大的活塞结构高度由相应设计的曲轴补偿。相应设计的发动机可以在至少近似不变的结构高度下无需其它设计匹配措施用于替换老式发动机。
回转质量块优选地如此弯曲，使得背离连杆的回转质量块外侧在曲轴的轴向上位于活塞裙的毗邻区域的内侧。不增加结构高度，活塞裙可相应地拉向回转质量块，从而除良好地无倾斜地引导活塞外还提供足够的空间用于布置其它结构措施-例如扫气口或类似物。
在一个有利的改进方案中，回转质量块罐状地沿着一个弯曲的特别是扇段状延伸的弯曲线弯曲。由此保证，不仅回转质量块中间区域在紧邻下死点处时与活塞裙具有足够的距离。而且回转质量块的全部圆周区域向内弯，由此在一个拓宽的曲轴角范围产生相应的自由空间。在与活塞对置侧上曲轴箱可具有仅相应设计成较小体积的用于回转质量块的构型。这使曲轴箱体积小从而具有较高的预压缩。同时在曲柄臂之间的曲柄轴颈区域中具有足够高的轴向距离用于容纳宽的、承受载荷的连杆轴承。
还提供用于制造一种所述曲轴的方法，其中一个曲柄臂的坯料通过精密冲压由一个平的半成品中制造，接着，一体成形在坯料上的回转质量块由坯料的平面开始弯曲。精密冲压实现坯料的轮廓精确的成型，坯料的冲压边不需其它后处理。接着的弯曲过程仅产生小的材料流动，由此冲压轮廓的表面质量不受或仅受很少的不利影响，由此可以小花费短周期地进行制造，其中不需其它后处理。
精密冲压坯料及弯曲回转质量块在一个工作过程中用一个相同的冲压上模顺序进行。这也称为最终冲压(Fertigstanzen)的过程使得不需换模具或不需在其他加工站加工而经济及精密配合地制造。
在一个有利的方法实施方案中，用于弯曲回转质量块的坯料被压在一个弯曲下模上，其中回转质量块的圆周轮廓自由放置。在弯曲时自由放置的圆周表面由于施加的弯曲无阻碍的倾斜。无其它材料流动及与此联系的能量消耗而进行自由弯曲。
下面借助附图详细说明一个本发明的实施例。附图为图1装有连杆及活塞的曲轴立体总体视图，活塞在下死点上；图2根据图1结构的侧视图；图3根据图1及图2结构的正视图；图4根据上述附图的曲轴的曲柄臂的细节立体视图；图5根据图4的曲柄臂的纵剖面图；图6制造按照以上附图的曲柄臂的方法流程的示意图。
具体实施例方式
图1为用于手动工具的内燃机细节立体总体视图，其中为了看得清楚仅示出带有活塞16及连杆7的曲轴1的区域。曲轴1由分开制造的零件组装而成，包括两个轴段24、25及两个与其相邻的曲柄臂2。这两个对称对置的曲柄臂2分别具有一个中心凹部3和一个偏心凹部5。在两个轴段24、25的彼此相对的端部上各设有一个轴颈4，通过轴颈4，轴段24、25不可相对转动地保持在对应曲柄臂2的中心凹部3中。曲柄轴颈6延伸通过两个曲柄臂2的两个偏心凹部5，连杆7借助连杆轴承37支承在曲柄轴颈上。在其对置端上连杆7借助图3所示的活塞销28支承在活塞16上。在两个曲柄臂2上在与其对应偏心凹部5对置侧各设有一个回转质量块8，该回转质量块与曲柄臂2一体地成型。在两个轴段24、25上各套装有一个轴承26以支承曲轴1，其中轴承26在所示实施例中为球轴承。对于连杆轴承37为滑动轴承。
图2为按照图1的结构的侧视图。曲轴1借助轴承26绕旋转轴线30可转动地支承。通过旋转轴线30规定了通过双向箭头18表示的轴线方向。
图示曲轴1在旋转位置上，其中曲柄轴颈6位于曲轴1的与活塞16相对侧上，而回转质量块8定位在向着活塞16的一侧上。借助曲柄轴颈6和连杆7在往复运动方向21上在未详细示出的气缸中导行的活塞16靠近曲轴1定位，使得活塞16到达下死点20。通过曲轴1绕旋转轴线30继续旋转，活塞16到曲轴1在往复运动方向21上的距离加大，直到活塞16在曲轴1转过180°后达到上死点。
曲柄臂2基本上平面构造及构成平面9，由该平面回转质量块8在连杆7的方向上弯曲。
活塞16在两个活塞环27下具有环形活塞裙19，其中在轴向18侧面上成形有扫气口22。活塞16在所示活塞16的下死点20上在其往复运动方向21上至少部分地与两个回转质量块8重叠。两个回转质量块8由此在连杆7方向上弯曲，使得两个与连杆7相背的外侧17相对于轴线方向18位于活塞裙19的毗邻区域的内侧。两个回转质量块8由此在往复运动方向21上伸入活塞16的空心内部空间，回转质量块8的径向外部区域被活塞裙19圆周上完全包围。
图3为按照图1和图2结构的正视图，因此在轴向18上(图2)用于支承连杆7(图2)的活塞销28延伸通过活塞16。绕着活塞销28在活塞裙上19设置扫气口22。通过扫气口22未示出的空气通道可依赖于角度位置或活塞位置被开通或关闭，通过该空气通道大量无燃料的空气导入同样未示出的溢流通道。
从附图3可以看出，在所示下死点20位置，沿轴向18(图2)的活塞裙19的区域23向下直到超过曲柄臂2的回转质量块8的外侧17。
图4为按照图1和图3的曲柄臂2的立体图。曲柄臂2具有蘑菇状轮廓，其中中心凹部3与偏心凹部5的区域在平面9上。蘑菇头状回转质量块8沿着扇段状延伸的弯曲线10由平面9向箭头31的方向罐状弯曲。回转质量块8具有扇段状的圆周轮廓11，其中圆周轮廓11和弯曲线10与中心凹部3同心。
曲柄臂2的弯曲截面形状可在图4中的画阴影的截面32清晰地看到，截面视图为图5中的曲柄臂2的横截面图。曲柄臂2在回转质量块8的区域及凹部3、5的区域具有基本相同的厚度D。回转质量块8自由及无导向地弯曲，使得其圆周面33相对于旋转轴线倾斜。由于圆周面33倾斜形成了回转质量块8的外边缘34，其与回转轴线30的径向距离变大。
图6为按照上述图的制造曲柄臂2的方法的细节示意图。冲压下模36具有冲压孔38，其中半成品13放置在冲压下模36上。为制造曲柄臂2冲压上模14在箭头35的方向上运行，其中由冲压上模14与冲压下模36的相互作用，坯料12被从半成品13由精密冲压分离出。之后，在同样的工作过程中由同样的上模14把坯料12压向弯曲下模15，其中回转质量块8弯曲成以上所述的形式。冲压上模14和弯曲下模15这样构成，使得在弯曲过程时回转质量块8的圆周轮廓11自由放置并无导向。之后通过至少近似的纯弯曲调定按照图5的圆周面33的倾斜分布。
权利要求
1.一种内燃机的曲轴，特别是用于手动的工具如马达链锯等，曲轴由分开制造的零件组装而成，包括一个曲柄臂(2)，该曲柄臂具有用于容纳一个曲轴(1)轴颈(4)的一个中心凹部(3)和用于容纳一个曲柄轴颈(6)的一个偏心凹部(5)，曲柄轴颈用于支承连杆(7)，其中曲柄臂(2)上在其与偏心凹部(5)对置侧上设有一个回转质量块(8)，其特征在于，回转质量块(8)与曲柄臂(2)一体地成形，由曲柄臂(2)的一个平面(9)开始在连杆(7)的方向上弯曲。
2.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，曲柄臂(2)在回转质量块(8)的区域上具有一个基本相同的厚度(D)。
3.根据权利要求1或2所述的曲轴，其特征在于，回转质量块(8)罐状地沿着一个弯曲特别是扇段状延伸的弯曲线(10)弯曲。
4.根据权利要求3所述的曲轴，其特征在于，回转质量块(8)具有与弯曲线(10)同心延伸的一个扇段形式的一个圆周轮廓(11)。
5.用于制造一种根据权利要求1-4之一所述的曲轴的方法，其中一个曲柄臂(2)的坯料(12)通过精密冲压由一个平的半成品(13)制造，接着，一体成形在坯料(12)上的回转质量块(8)由坯料(12)的平面开始弯曲。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，精密冲压坯料(12)及弯曲回转质量块(8)在一个工作过程中用一个相同的冲压上模顺序进行。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于，用于弯曲回转质量块(8)的坯料(12)被压在一个弯曲下模(15)上，其中回转质量块(8)的圆周轮廓(11)自由放置。
8.内燃机，特别是用于一种诸如马达链锯等的手动的工具的内燃机，包括一个活塞(16)、一个连杆(7)和一个按照权利要求1-4之一所述的曲轴(1)。
9.根据权利要求8所述的内燃机，其特征在于，在活塞(16)的下死点(20)上活塞(16)在其往复运动方向(21)上至少部分地与回转质量块(8)重叠。
10.根据权利要求9所述的内燃机，其特征在于，弯曲回转质量块(8)，使得一个背离连杆(8)的回转质量块(8)外侧(17)在曲轴(1)的轴向(18)上位于在活塞(16)的活塞裙(19)的一个毗邻区域(23)内侧。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的内燃机，其特征在于，活塞(16)在其活塞裙(19)上至少具有一个扫气口(22)。
全文摘要
本发明涉及一种内燃机的曲轴(1)，特别是用于诸如马达链锯等的手动工具，一种用于制造曲轴(1)的方法及具有相应曲轴(1)的内燃机。曲轴(1)由分开制造的零件组装而成，包括一个曲柄臂(2)，该曲柄臂具有一个用于容纳一个曲轴(1)轴颈(4)的中心凹部(3)和用于容纳一个曲柄轴颈(6)的一个偏心凹部(5)，曲柄轴颈用于支承连杆(7)。曲柄臂(2)上在其与偏心凹部(5)对置侧上设有一个回转质量块(8)。回转质量块(8)与曲柄臂(2)一体地成形，由曲柄臂(2)的一个平面(9)开始在连杆(7)的方向上弯曲。
文档编号B27B17/00GK1670389SQ20051005600
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月21日 优先权日2004年3月20日
发明者R·施密德特, W·盖尔 申请人:安德烈亚斯.斯蒂尔两合公司