DE102015223975A1

DE102015223975A1 - Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015223975A1
Application number: DE102015223975.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Junker; Norbert Geyer; Benedikt Schreiber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: DE102015223975B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle (1) für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Hohlwelle (3), auf welcher an Lagerstellen (2) Lagerinnenringe (4) platziert sind. Dabei sind die Lagerinnenringe (4) auf der Hohlwelle (3) jeweils mit je einer Durchgangsbohrung (9) aufgesetzt und mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle (3) befestigt. Um ein möglichst geringes Gewicht der Ausgleichswelle (1) zu realisieren, sind die Durchgangsbohrungen (9) der Lagerinnenringe (4) jeweils exzentrisch an den Lagerinnenringen (4) ausgestaltet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Hohlwelle, auf welcher an Lagerstellen Lagerinnenringe platziert sind, wobei die Lagerinnenringe auf der Hohlwelle jeweils mit je einer Durchgangsbohrung aufgesetzt und mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle befestigt sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle, sowie eine eine vorgenannte Ausgleichswelle aufweisende Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Aus der DE 103 20 747 A1 geht eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine hervor, wobei die Ausgleichswelle aus einer Hohlwelle besteht, auf welcher Ausgleichsgewichte und Lagerinnenringe befestigt sind. Dabei sind die Lagerinnenringe an entsprechenden Lagerstellen der Ausgleichswelle und die Ausgleichsgewichte an den vorgesehenen Stellen auf die Hohlwelle aufgesetzt, wobei die Hohlwelle im Folgenden dann an den entsprechenden Stellen mittels Innenhochdruckumformen aufgeweitet wurde und hierdurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Hohlwelle und dem jeweiligen Lagerinnenring bzw. dem jeweiligen Ausgleichsgewicht ausgestaltet ist.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei sich diese Ausgleichswelle dabei durch ein geringes Gewicht auszeichnet.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Zudem geht eine Brennkraftmaschine, bei welcher mindestens eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle zur Anwendung kommt, aus Anspruch 6 hervor. Schließlich ist ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle Gegenstand der Ansprüche 7 und 8.
Gemäß der Erfindung umfasst eine Ausgleichswelle eine Hohlwelle, auf welcher an Lagerstellen Lagerinnenringe platziert sind. Dabei sind die Lagerinnenringe auf der Hohlwelle jeweils mit je einer Durchgangsbohrung aufgesetzt und mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle befestigt. Die Ausgleichswelle wird also dadurch hergestellt, dass die Lagerinnenringe jeweils an die zugehörigen Lagerstellen auf die Hohlwelle aufgefädelt werden, wobei die Hohlwelle anschließend an ihren Lagerstellen mittels Innenhochdruckumformen mit den Lagerinnenringen verbunden wird.
Eine drehfeste Befestigung der Lagerinnenringe auf der Hohlwelle wird mittels Innenhochdruckumformen realisiert, welches auch als Hydroforming bekannt ist. Dabei wird die Hohlwelle in dem entsprechenden Bereich durch entsprechende Druckbeaufschlagung plastisch aufgeweitet und in der Folge mit dem jeweils umliegenden Lagerinnenring verpresst, so dass sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Hohlwelle und dem jeweiligen Lagerinnenring ausbildet.
Durch die erfindungsgemäße Ausgleichswelle wird bei ihrer Rotation gezielt eine Unwucht erzeugt, um durch einen Massenausgleich Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine entgegenzuwirken. Je nachdem, welche Massenkräfte und -momente hierbei bei der jeweiligen Brennkraftmaschine auszugleichen sind, rotiert die Ausgleichswelle dabei mit Kurbelwellendrehzahl oder auch doppelter Kurbelwellendrehzahl.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Durchgangsbohrungen der Lagerinnenringe jeweils exzentrisch an den Lagerinnenringen ausgestaltet sind. Mit anderen Worten sind also die Durchgangsbohrungen, mit welchen die Lagerinnenringe jeweils auf der Hohlwelle aufgesetzt sind, exzentrisch an den Lagerinnenringen ausgestaltet.
Eine derartige Ausgestaltung einer Ausgleichswelle hat dabei den Vorteil, dass sich bereits aufgrund der exzentrischen Ausgestaltung der Durchgangsbohrungen bei Rotation der Ausgleichswelle eine exzentrische Massenverteilung und damit eine Unwucht ergibt. Folglich können zusätzliche Massen an der Ausgleichswelle entfallen, so dass diese besonders leichtbauend ausgeführt werden kann. Denn das Material der Hohlwelle wird im Endeffekt zur Ausbildung exzentrisch liegender Massen genutzt, um die gewünschte Unwucht zu erzeugen. Insgesamt lässt sich hierdurch ein Leichtbaukonzept realisieren, was insgesamt auch zu einer Gewichtseinsparung im Bereich der Brennkraftmaschine führt.
Im Unterschied hierzu werden bei der DE 103 20 747 A1 separate Ausgleichsgewichte an der Hohlwelle angeordnet, was deren Masse entsprechend vergrößert. Im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle erhöht sich hierdurch das Gesamtgewicht entsprechend.
Im Sinne der Erfindung bedeutet eine „exzentrische Ausgestaltung“ der Durchgangsbohrungen an den Lagerinnenringen, dass die betreffende Durchgangsbohrung nicht konzentrisch zu einem Außenumfang ausgestaltet ist, an welchem der jeweilige Lagerinnenring zur drehbaren Lagerung der Ausgleichswelle gegenüber einem Lageraußenring geführt ist.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hohlwelle konzentrisch in den Lagerinnenringen geführt, wobei die Hohlwelle jeweils an den Lagerstellen an einen Innenumfang der Durchgangsbohrung des jeweiligen Lagerinnenringes unter jeweiliger Ausbildung einer sich in Umfangsrichtung verändernden Abstreckung eines Materials der Hohlwelle aufgeweitet ist. Die Hohlwelle ist also in den Lagerinnenringen konzentrisch aufgenommen, wobei hierbei eine konzentrische Ausrichtung zu einem Außenumfang der Lagerinnenringe gemeint ist. Da sich hierbei unterschiedliche Abstände der noch nicht umgeformten Hohlwelle zu dem jeweiligen Innenumfang der Durchgangsbohrung des jeweiligen Lagerinnenringes einstellen, führt die Innenhochdruckumformung der Hohlwelle im Bereich der Lagerstellen zur Ausbildung einer sich in Umfangsrichtung verändernden Abstreckung des Materials der Hohlwelle. Vorteilhafterweise führt die konzentrische Anordnung der Hohlwelle dazu, dass die Hohlwelle bei Rotation nicht vollständig exzentrisch rotiert, sondern nur die abgestreckten Bereiche im Bereich der Lagerstellen zu der exzentrischen Massenverteilung und damit der Unwucht führen. Bei Herstellung der Ausgleichswelle wird die Hohlwelle dann konzentrisch in den Lagerringen positioniert und anschließend in dieser Lage im Bereich der Lagerstellen umformend an einen jeweiligen Innenumfang der Durchgangsbohrung des jeweiligen Lagerinnenringes aufgeweitet.
Unter einer „Abstreckung“ des Materials der Hohlwelle ist im Sinne der Erfindung die sich im Zuge des Innenhochdruckumformens einstellende plastische Aufweitung der Hohlwelle zu verstehen, also die Auslenkung des Materials nach radial außen.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Lagerinnenringe jeweils an einem Außenumfang mit je einer Laufbahn für Wälzlager ausgestattet. Die Lagerinnenringe sind also jeweils Teil einer Wälzlagerung, über welche eine Lagerung der Ausgleichswelle stattfindet. Alternativ dazu bilden die Lagerinnenringe jeweils an einem Außenumfang je eine Gleitfläche aus, an welcher somit eine Gleitlagerung der Ausgleichswelle realisiert wird.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind neben den Lagerinnenringe Einzelmassen mittels Innenhochdruckumformen auf der Hohlwelle befestigt. Es können also zusätzlich noch Einzelmassen auf der Hohlwelle vorgesehen sein, um die Unwucht entsprechend zu verändern.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform, gezeigt im Bereich einer Lagerstelle;
2 einen Querschnitt der Ausgleichswelle aus 1, gezeigt vor einem Fügen einer Hohlwelle und eines Lagerinnenringes; und
3 einen weiteren Querschnitt der Ausgleichswelle aus 1, gezeigt nach einem Fügen der Hohlwelle und des Lagerinnenringes.
1 zeigt einen Längsschnitt einer Ausgleichswelle 1, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt im Bereich einer Lagerstelle 2 der Ausgleichswelle 1. Wie zu erkennen ist, umfasst die Ausgleichswelle 1 eine Hohlwelle 3, auf welcher im Bereich der Lagerstelle 2 ein Lagerinnenring 4 befestigt ist. Für eine Lagerung der Ausgleichswelle 1 ist diese ihrer Länge nach dabei mit mehreren Lagerstellen und dementsprechend auch Lagerinnenringen versehen, wobei dies vorliegend nur repräsentativ im Bereich der Lagerstelle 2 und anhand des Lagerinnenringes 4 dargestellt ist.
Der Lagerinnenring 4 bildet an einem Außenumfang 5 eine Laufbahn 6 für Wälzlager aus, welche axial beidseitig durch umlaufende Borde 7 und 8 begrenzt ist. Insofern ist der Lagerinnenring 4 Teil eines – vorliegend nicht weiter dargestellten – Wälzlagers, über welches eine drehbare Lagerung der Ausgleichswelle 1 in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine realisiert wird.
Die Hohlwelle 3 und der Lagerinnenring 4 sind mittels Innenhochdruckumformens der Hohlwelle 3 drehfest miteinander verbunden. Als Besonderheit ist dabei allerdings eine Durchgangsbohrung 9 des Lagerinnenringes 4, mit welcher der Lagerinnenring 4 auf die Hohlwelle 3 aufgefädelt ist, exzentrisch zum Außenumfang 5 des Lagerinnenringes 4 ausgebildet. Die Hohlwelle 3 ist hingegen mit ihrer Rotationsachse 10 konzentrisch zum Außenumfang 5 ausgerichtet, so dass sich im Zuge des Innenhochdruckumformens über den Umfang der Hohlwelle 3 eine ungleichmäßige Abstreckung derselbigen im Bereich der Lagerstelle 2 ausbildet.
Konkret variiert eine Aufweitung der Hohlwelle 3 im Bereich der Lagerstelle 2 dabei zwischen einem nicht aufgeweiteten Umfangsabschnitt 11 und einem maximal aufgeweiteten Umfangsabschnitt 12, die Abstreckung des Materials der Hohlwelle 3 ändert sich also über ihren Umfang im Bereich der Lagerstelle 2. Diese somit unterschiedlich aufgeweiteten Umfangsabschnitte 11 und 12 der Hohlwelle 3 führen dann auch zu einer exzentrischen Massenverteilung, wodurch bei Rotation der Hohlwelle 3 die gewünschte Unwucht der Ausgleichswelle 1 erzeugt wird.
In den 2 und 3 ist die Ausgleichswelle 1 jeweils im Querschnitt dargestellt, wobei 2 dabei den Zustand vor einer Innenhochdruckumformung im Bereich der Lagerstelle 2 und 3 nach einer erfolgten Innenhochdruckumformung zeigen. Wie in 2 zu erkennen ist, wird die Hohlwelle 3 konzentrisch in den Lagerinnenring 4 eingelegt und anschließend im Bereich des Lagerinnenringes 4 ein plastisches Aufweiten der Hohlwelle 3 durch Innenhochdruckumformen vollzogen. Aufgrund der zunächst unterschiedlichen Abstände eines Außenumfangs der Hohlwelle 3 zu einem Innenumfang der Durchgangsbohrung 9 weitet sich die Hohlwelle 3 unter Ausbildung der unterschiedlich aufgeweiteten Umfangsabschnitt 11 und 12 auf. Dies ist in 3 im Resultat dargestellt.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausgleichswelle kann diese mit geringem Gewicht realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Ausgleichswelle
2: Lagerstelle
3: Hohlwelle
4: Lagerinnenring
5: Außenumfang
6: Laufbahn
7: Bord
8: Bord
9: Durchgangsbohrung
10: Rotationsachse
11: Umfangsabschnitt
12: Umfangsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10320747 A1 [0002, 0010]

Claims

Ausgleichswelle (1) für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Hohlwelle (3), auf welcher an Lagerstellen (2) Lagerinnenringe (4) platziert sind, wobei die Lagerinnenringe (4) auf der Hohlwelle (3) jeweils mit je einer Durchgangsbohrung (9) aufgesetzt und mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle (3) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (9) der Lagerinnenringe (4) jeweils exzentrisch an den Lagerinnenringen (4) ausgestaltet sind.
Ausgleichswelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (3) konzentrisch in den Lagerinnenringen (4) geführt ist, wobei die Hohlwelle (3) jeweils an den Lagerstellen (2) an einen Innenumfang der Durchgangsbohrung (9) des jeweiligen Lagerinnenringes (4) unter jeweiliger Ausbildung einer sich in Umfangsrichtung verändernden Abstreckung eines Materials der Hohlwelle (3) aufgeweitet ist.
Ausgleichswelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerinnenringe (4) jeweils an einem Außenumfang (5) mit je einer Laufbahn (6) für Wälzlager ausgestattet sind.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerinnenringe jeweils an einem Außenumfang je eine Gleitfläche bilden.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Lagerinnenringen Einzelmassen mittels Innenhochdruckumformen auf der Hohlwelle befestigt sind.
Brennkraftmaschine, umfassend mindestens eine Ausgleichswelle (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle (1) für eine Brennkraftmaschine, wobei Lagerinnenringe (4) jeweils mit Durchgangsbohrungen (9) auf eine Hohlwelle (3) an Lagerstellen (2) aufgefädelt werden, und wobei die Hohlwelle (3) anschließend im Bereich der Lagerstellen (2) mittels Innenhochdruckumformen mit den Lagerinnenringen (4) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (9) der Lagerinnenringe (4) jeweils exzentrisch an den Lagerinnenringen (4) ausgestaltet wurden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (3) konzentrisch in dem jeweiligen Lagerinnenring (4) positioniert und anschließend in dieser Lage im Bereich der jeweiligen Lagerstelle (2) umformend an einen Innenumfang der Durchgangsbohrung (9) des jeweiligen Lagerinnenringes (4) aufgeweitet wird.