DE102012216418B4

DE102012216418B4 - Unwuchtwelle

Info

Publication number: DE102012216418B4
Application number: DE102012216418.9A
Authority: DE
Inventors: Christof Faria
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2032-09-15
Also published as: DE102012216418A1; WO2014040595A1

Abstract

Unwuchtwelle (1, 1') zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine zumindest bereichsweise als Hohlprofil mit einem nicht-kreisförmigen Profilquerschnitt ausgebildete Trägerwelle (2, 2') und eine oder mehrere im Bereich des Hohlprofils mit der Trägerwelle (2, 2') gefügte Unwuchtmassen (3, 3'), wobei das Hohlprofil und die Unwuchtmassen (3, 3') jeweils an deren Außenumfang miteinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (2, 2') einen Massenschwerpunkt (10) aufweist, der bezüglich der Unwuchtrichtung (7) der Unwuchtwelle (1, 1') jenseits ihrer Längsachse (8) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine zumindest bereichsweise als Hohlprofil mit einem nicht-kreisförmigen Profilquerschnitt ausgebildete Trägerwelle und eine oder mehrere im Bereich des Hohlprofils mit der Trägerwelle gefügte Unwuchtmassen, wobei das Hohlprofil und die Unwuchtmassen jeweils an deren Außenumfang miteinander gefügt sind.
Hintergrund der Erfindung
Gebaute Unwuchtwellen mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Trägerwelle und daran befestigten Unwuchtmassen sind beispielsweise aus der DE 100 24 768 A1 und der DE 103 20 747 A1 bekannt. In beiden Fällen ist die Trägerwelle hohlzylindrisch und deren Umfang von den darauf befestigten Unwuchtmassen umschlossen.
Nachteilig an diesen bekannten Ausführungen ist das beschränkte Leichtbaupotenzial, d.h. die Möglichkeit, die Wellenmasse bei vorgegebener Unwucht zu verringern.
Unwuchtwellen der eingangs genannten Art sind aus DE 10 2009 036 794 A1 und DE 103 52 775 A1 bekannt.
Eine Unwuchtwelle mit zylindrischem Außenumfang ist aus der nachveröffentlichten US 2013/ 0 068 187 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebaute Leichtbauwelle der eingangs genannten Art anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll die Trägerwelle einen Massenschwerpunkt aufweisen, der bezüglich der Unwuchtrichtung der Unwuchtwelle jenseits ihrer Längsachse verläuft.
Gegenüber dem eingangs zitierten Stand der Technik ergibt sich das hohe Leichtbaupotenzial der erfindungsgemäßen Unwuchtwelle daraus, dass die Trägerwelle von der oder den Unwuchtmassen nicht vollständig umschlossen ist, so dass der der Wellenunwucht entgegenwirkende Unwuchtmassenanteil auf dem der Unwuchtrichtung abgewandten Wellenumfangsabschnitt klein gehalten wird. Ausgehend von einer bekannten Unwuchtwelle führt dies zu einer Verlagerung des Gesamtschwerpunkts in Richtung der Wellenunwucht, so dass eine erfindungsgemäße Welle bei unveränderter Unwucht mit erheblich geringerer Masse und dementsprechend geringerem Gewicht ausgeführt werden kann.
Die Trägerwelle weist einen Massenschwerpunkt auf, der bezüglich der Unwuchtrichtung der Unwuchtwelle jenseits ihrer Längsachse verläuft. Bei dieser Schwerpunktsverteilung der Wellenkomponenten kann der Schwerpunktsabstand der Unwuchtmassen von der Wellenlängsachse zugunsten des von der rotierenden Welle beanspruchten Bauraums (Umhüllende der Unwuchtmassen) klein gehalten werden, während der der Wellenunwucht entgegenwirkende Trägerwellenanteil aufgrund der kleinen absoluten Masse infolge des Hohlprofils ebenfalls klein ist.
Das Hohlprofil ist besonders bevorzugt durch Innenhochdruckumformung, nachfolgend kurz als IHU bezeichnet, hergestellt. Dabei können die Unwuchtmassen mit Hinterschnitten versehen sein, in die das Hohlprofil unter Bildung der Fügeverbindung mit den Unwuchtmassen eingeformt ist. Alternativ oder ergänzend zu dieser rein formschlüssigen Verbindung kann auch ein beispielsweise durch eine Schweißverbindung hergestellter Stoffschluss zwischen der Trägerwelle und den Unwuchtmassen vorgesehen sein.
Die Unwuchtwelle soll zudem an einem oder mehreren Lagerzapfen radial gelagert sein, wobei ein erster Teilumfang der Lagerzapfen durch die Trägerwelle und ein zweiter Teilumfang der Lagerzapfen durch die Unwuchtmassen gebildet ist. Die Formgebung der Lagerzapfen erfolgt bevorzugt mittels des IHU-Verfahrens.
Die Lagerzapfen sind vorzugsweise vollzylindrisch ausgebildet. Alternativ können dennoch auch teilzylindrische Lagerzapfen vorgesehen sein, deren Lagerlaufbahn sich über einen Umfangswinkel von kleiner 360° erstrecken, wobei die Laufbahnunterbrechung auf dem der Unwucht abgewandten, d.h. lastfreien Umfangsabschnitt der Unwuchtwelle verläuft.
Im Falle einer radialen Wälzlagerung der Unwuchtwelle und einem nicht wälzfesten Werkstoffgefüge der Trägerwelle kann die Unwuchtwelle auf den Lagerzapfen befestigte Wälzlagerinnenringe umfassen.
Die Unwuchtmassen sollen sich jeweils über einen Umfangswinkel von maximal 180° erstrecken und somit zugunsten der geringen Wellenmasse keinen der Unwucht entgegenwirkenden Massenanteil jenseits der Wellenlängsachse aufweisen.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Unwuchtwellen vereinfacht dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

1 eine erste Unwuchtwelle in Seitenansicht;
2 eine zweite Unwuchtwelle in Seitenansicht;
3 den Querschnitt I-I gemäß 1 in einer ersten Ausführung;
4 den Querschnitt I-I gemäß 1 in einer zweiten Ausführung;
5 den Querschnitt I-I gemäß 1 in einer dritten Ausführung;
6 den Querschnitt I-I gemäß 1 in einer vierten Ausführung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 dargestellte Unwuchtwelle 1 dient zum Ausgleich von freien Massenkräften zweiter Ordnung einer Brennkraftmaschine in Vierzylinder-Reihenbauweise. Bei diesem auch als Lancaster-Ausgleich bekannten Massenausgleich rotieren zwei Unwuchtwellen mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegensinnig.
Die Unwuchtwelle 1 ist aus Einzelkomponenten zusammen gebaut, nämlich aus einer Trägerwelle 2 und zwei damit gefügten Unwuchtmassen 3. Die Trägerwelle ist im wesentlichen als Hohlprofil ausgebildet, in dem endseitig ein massives Antriebsteil 4 aus Stahlguss zur Aufnahme eines Axiallagers und eines Antriebsrads (jeweils nicht dargestellt) fest eingesetzt ist. Die Radiallagerung der Unwuchtwelle erfolgt an zwei Lagerzapfen 5, die hier als Innenlaufbahn für die Nadeln einer Nadelhülse (nicht dargestellt) ausgebildet sind. Ein erster Teilumfang 6 jedes Lagerzapfens ist durch die Trägerwelle gebildet und verläuft bezüglich der durch den Pfeil 7 symbolisierten Unwuchtrichtung jenseits der Längsachse 8 der Unwuchtwelle. Ein zweiter Teilumfang 9 jedes Lagerzapfens ist durch die aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6 bestehenden Unwuchtmassen gebildet und ergänzt den Lagerzapfen mit einem Umfangswinkel α von etwa 160° zu einem Vollzylinder (siehe 3). Aufgrund der unwuchtbedingten Punktbelastung der Lagerzapfen ist der erste Teilumfang 6 lediglich gering oder gar nicht durch das Nadellager belastet und kann daher mit geringeren Anforderungen an die Wälzfestigkeit des Werkstoffgefüges und auch deutlich schmaler als der gegenüberliegende zweite Teilumfang 9 mit der in Unwuchtrichtung 7 verlaufenden Lastzone auf den Lagerzapfen ausgeführt sein.
Das Hohlprofil der Trägerwelle 2 ist mittels des an sich bekannten IHU-Verfahrens hergestellt und weist - von der Fügestelle mit dem Antriebsteil 4 abgesehen - über dessen gesamter Länge einen nicht-kreisförmigen Profilquerschnitt auf, der im Bereich der Lagerzapfen 5 im wesentlichen halbkreisförmig ist. Dabei verläuft der durch den Punkt 10 symbolisierte Massenschwerpunkt der Trägerwelle bezüglich der Unwuchtrichtung 7 der Unwuchtwelle 1 jenseits ihrer Längsachse 8. Die Fügeverbindung der Trägerwelle mit den Unwuchtmassen 3 verläuft jeweils am Außenumfang des Hohlprofils und der Unwuchtmassen.
Wie in den 3 und 4 vereinfacht dargestellt, kann die Fügeverbindung durch Formschluss hergestellt sein, indem die Trägerwelle 2 während des IHU-Prozesses in Hinterschnitte der im IHU-Werkzeug eingelegten Unwuchtmassen 3 eingeformt wird. Die Hinterschnitte sind gemäß 3 durch einen Steg 11 der Unwuchtmasse mit einer darin verlaufenden Vertiefung 12 und gemäß 4 durch einen Steg 13 der Unwuchtmasse gebildet, der sich entgegen der Unwuchtrichtung 7 (siehe 1) verbreitert.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, kann die Fügeverbindung auch stoffschlüssig und hier durch Verschweißung 14 der Trägerwelle 2 mit den Unwuchtmassen 3 hergestellt sein.
Der in 5 dargestellte Lagerzapfen 5 ist zwecks erhöhter Wälzfestigkeit zusätzlich mit einem darauf befestigten Wälzlagerinnenring 15 versehen.
Die in 2 dargestellte Unwuchtwelle 1' unterscheidet sich von der Unwuchtwelle 1 gemäß 1 im wesentlichen nur dadurch, dass die Trägerwelle 2' mit lediglich einer durchgehenden Unwuchtmasse 3' gefügt ist.
Bezugszeichenliste

1: Unwuchtwelle
2: Trägerwelle
3: Unwuchtmasse
4: Antriebsteil
5: Lagerzapfen
6: erster Teilumfang des Lagerzapfens
7: Unwuchtrichtung
8: Längsachse der Unwuchtwelle
9: zweiter Teilumfang des Lagerzapfens
10: Massenschwerpunkt der Trägerwelle
11: Steg
12: Vertiefung
13: Steg
14: Verschweißung
15: Wälzlagerinnenring

Claims

Unwuchtwelle (1, 1') zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine zumindest bereichsweise als Hohlprofil mit einem nicht-kreisförmigen Profilquerschnitt ausgebildete Trägerwelle (2, 2') und eine oder mehrere im Bereich des Hohlprofils mit der Trägerwelle (2, 2') gefügte Unwuchtmassen (3, 3'), wobei das Hohlprofil und die Unwuchtmassen (3, 3') jeweils an deren Außenumfang miteinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (2, 2') einen Massenschwerpunkt (10) aufweist, der bezüglich der Unwuchtrichtung (7) der Unwuchtwelle (1, 1') jenseits ihrer Längsachse (8) verläuft.
Unwuchtwelle (1, 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil durch Innenhochdruckumformung hergestellt ist.
Unwuchtwelle (1, 1') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (3, 3') mit Hinterschnitten versehen sind, in die das Hohlprofil unter Bildung der Fügeverbindung mit den Unwuchtmassen (3, 3') eingeformt ist.
Unwuchtwelle (1, 1') nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Lagerzapfen (5) zur Radiallagerung der Unwuchtwelle (1, 1'), wobei ein erster Teilumfang (6) der Lagerzapfen (5) durch die Trägerwelle (2, 2') und ein zweiter Teilumfang (9) der Lagerzapfen (5) durch die Unwuchtmassen (3, 3') gebildet ist.
Unwuchtwelle (1, 1') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerzapfen (5) vollzylindrisch sind.
Unwuchtwelle (1, 1') nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwelle (1, 1') auf den Lagerzapfen (5) befestigte Wälzlagerinnenringe (15) umfasst.
Unwuchtwelle (1, 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Unwuchtmassen (3, 3') jeweils über einen Umfangswinkel (α) von maximal 180° erstrecken.