DE102018106765A1 - unbalanced shaft - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen ist eine Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Trägerwelle (1) und eine an deren Außenumfang befestigte Unwuchtmasse (2). Die Befestigung der Unwuchtmasse an der Trägerwelle soll mittels eines die Trägerwelle und die Unwuchtmasse umschließenden Spannrings (3) erfolgen, der die Unwuchtmasse radial gegen die Trägerwelle spannt.Proposed is an imbalance shaft to compensate for inertial forces and / or moments of inertia of an internal combustion engine, comprising a carrier shaft (1) and an outer mass attached imbalance mass (2). The attachment of the unbalanced mass to the support shaft should be effected by means of a carrier shaft and the unbalanced mass enclosing clamping ring (3), which biases the unbalanced mass radially against the carrier shaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine. Die Unwuchtwelle umfasst eine Trägerwelle und eine an deren Außenumfang befestigte Unwuchtmasse.The invention relates to an imbalance shaft for balancing mass forces and / or mass moments of an internal combustion engine. The imbalance shaft comprises a carrier shaft and an imbalance mass attached to its outer circumference.

Gebaute Unwuchtwellen mit gefügten Unwuchtmassen sind beispielsweise aus der DE 10 2012 216 418 A1 , DE 10 2008 060 084 A1 , DE 10 2009 036 794 A1 , DE 10 2010 035 181 A1 , DE 10 2012 210 171 A1 , DE 10 2012 217 476 A1 und DE 10 2013 200 166 A1 bekannt.Built unbalanced shafts with joined imbalance masses are for example from the DE 10 2012 216 418 A1 . DE 10 2008 060 084 A1 . DE 10 2009 036 794 A1 . DE 10 2010 035 181 A1 . DE 10 2012 210 171 A1 . DE 10 2012 217 476 A1 and DE 10 2013 200 166 A1 known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unwuchtwelle der eingangs genannten Art mit möglichst hoher Modularität anzugeben.The present invention has for its object to provide an imbalance shaft of the type mentioned with the highest possible modularity.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll die Befestigung der Unwuchtmasse an der Trägerwelle mittels eines die Trägerwelle und die Unwuchtmasse umschließenden Spannrings erfolgen, der die Unwuchtmasse radial gegen die Trägerwelle spannt. Die Modularität der Unwuchtwelle resultiert aus der Spannringbefestigung der Unwuchtmasse, deren Größe an unterschiedliche Unwuchten bei ansonsten hohem Gleichteileanteil der Unwuchtwellen vergleichsweise einfach anpassbar ist.The solution of this problem arises from the features of claim 1. Accordingly, the attachment of the unbalanced mass to the carrier shaft by means of a carrier shaft and the unbalanced mass enclosing clamping ring, which biases the unbalanced mass radially against the carrier shaft. The modularity of the imbalance shaft results from the clamping ring attachment of the imbalance mass, the size of which is comparatively easily adaptable to different imbalances with an otherwise high equal part of the imbalance shafts.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Insbesondere soll die Trägerwelle im Befestigungsbereich der Unwuchtmasse als (im IHU- oder Hydroforming-Verfahren) innenhochdruckumgeformtes Hohlprofil ausgebildet sein. Die IHU-Umformung ermöglicht es, dass die Spannringe und die Unwuchtmasse sowohl in umfänglicher als auch in axialer Richtung der Unwuchtwelle formschlüssig am umgeformten Hohlprofil der Trägerwelle befestigt sind.Advantageous developments and refinements of the invention can be taken from the subclaims. In particular, the support shaft should be formed in the fastening region of the unbalanced mass as (in the hydroforming or hydroforming process) hydroformed hollow profile. The hydroforming makes it possible that the clamping rings and the imbalance mass are secured in both the circumferential and in the axial direction of the imbalance shaft form-fitting manner on the reshaped hollow profile of the support shaft.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Unwuchtwelle vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:

  • 1a einen Abschnitt der Unwuchtwelle mit einer auf einer Trägerwelle gefügten Unwuchtmasse in Seitenansicht;
  • 1b den Abschnitt gemäß 1a in Draufsicht;
  • 1c den Abschnitt im Längsschnitt A-A gemäß 1d;
  • 1d den Abschnitt im Querschnitt B-B gemäß 1c;
  • 2a den Spannring gemäß den 1 in Draufsicht;
  • 2b den Spannring im Längsschnitt;
  • 3a die Unwuchtmasse gemäß den 1 in Seitenansicht;
  • 3b die Unwuchtmasse im Längsschnitt;
  • 3c die Unwuchtmasse in Draufsicht;
  • 4a den Wellenabschnitt in einem IHU-Werkzeug vor der Umformung gemäß den 1 im Längsschnitt;
  • 4b den Wellenabschnitt gemäß 4a im Querschnitt;
  • 5a den Wellenabschnitt im IHU-Werkzeug gemäß 4a nach der Umformung;
  • 5b den Wellenabschnitt im IHU-Werkzeug gemäß 4b nach der Umformung;
  • 6a den Wellenabschnitt gemäß 5a;
  • 6b den Wellenabschnitt gemäß 5b;
  • 7 eine Wälzlagerstelle der Unwuchtwelle im Längsschnitt.
Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which an embodiment of an imbalance shaft according to the invention is shown in simplified form. Show it:
  • 1a a portion of the imbalance shaft with an unbalanced mass attached to a carrier shaft in side view;
  • 1b the section according to 1a in plan view;
  • 1c the section in longitudinal section AA according to 1d ;
  • 1d the section in cross section BB according to 1c ;
  • 2a the clamping ring according to 1 in plan view;
  • 2 B the clamping ring in longitudinal section;
  • 3a the imbalance mass according to 1 in side view;
  • 3b the imbalance mass in longitudinal section;
  • 3c the imbalance mass in plan view;
  • 4a the shaft portion in an hydroforming die before forming according to the 1 in longitudinal section;
  • 4b the shaft section according to 4a in cross-section;
  • 5a the shaft section in the hydroforming tool according to 4a after forming;
  • 5b the shaft section in the hydroforming tool according to 4b after forming;
  • 6a the shaft section according to 5a ;
  • 6b the shaft section according to 5b ;
  • 7 a rolling bearing of the imbalance shaft in longitudinal section.

Die in den 1a bis 1d abschnittsweise dargestellte Unwuchtwelle dient zum Ausgleich von freien Massenkräften einer Brennkraftmaschine. Die Unwuchtwelle ist aus Einzelteilen zusammen gebaut, nämlich aus einer Trägerwelle 1, einer oder mehreren Unwuchtmassen 2 und zwei Spannringen 3 je Unwuchtmasse 2. Die Unwuchtwelle ist modular konstruiert, wobei unterschiedliche Wellenausführungen durch bloße Variation von Anzahl und Größe der Unwuchtmassen 2 erzeugt werden können. Die Unwuchtwelle befindet sich im vormontierten Zustand, in dem die Trägerwelle 1, die Unwuchtmasse 2 und die Spannringe 3 bereits zusammengesteckt sind, die Trägerwelle 1 jedoch noch nicht plastisch umgeformt ist.The in the 1a to 1d unbalanced shaft shown in sections serves to compensate for free inertial forces of an internal combustion engine. The imbalance shaft is made up of individual parts, namely a carrier shaft 1 , one or more imbalance masses 2 and two tension rings 3 per imbalance mass 2 , The imbalance shaft is modular, with different shaft designs by mere variation of number and size of the imbalance masses 2 can be generated. The imbalance shaft is in the preassembled state in which the carrier shaft 1 , the imbalance mass 2 and the clamping rings 3 already plugged together, the carrier wave 1 but not yet plastically transformed.

Wie es aus dem Längsschnitt und dem Querschnitt der Unwuchtwelle gemäß den 1c bzw. 1d deutlich wird, ist die Trägerwelle 1 - zumindest im axialen Befestigungsbereich der Unwuchtmassen 2 - als Hohlprofil ausgebildet, das gemäß den später erläuterten 4 und 5 im IHU-Verfahren umgeformt wird. Die Befestigung der Unwuchtmasse 2 an der Trägerwelle 1 erfolgt mittels der beiden Spannringe 3, die die Trägerwelle 1 und die Unwuchtmasse 2 an deren Endabschnitten umschließen und die Unwuchtmasse 2 nach dem Umformen radial gegen den Außenumfang der Trägerwelle 1 spannen.As it is from the longitudinal section and the cross section of the imbalance shaft according to the 1c respectively. 1d becomes clear, is the carrier wave 1 - At least in the axial mounting region of the imbalance masses 2 - Designed as a hollow profile, which explained in the later 4 and 5 is transformed in the hydroforming process. The attachment of the imbalance mass 2 on the carrier shaft 1 done by means of the two clamping rings 3 that the carrier wave 1 and the imbalance mass 2 enclose at the end sections and the imbalance mass 2 after forming radially against the outer circumference of the carrier shaft 1 tighten.

Die Innenkontur der in den 2a und 2b als Einzelteil dargestellten Spannringe 3 ist im wesentlichen komplementär zu einer von den Spannringen 3 umschlossenen Außenkontur, die sich aus dem außenzylindrischen Hohlprofil der Trägerwelle 1 und jeweils einem am Endabschnitt der Unwuchtmasse 2 axial vorspringenden Zapfen 4 gemäß den 3 zusammensetzt. Der zwischen den Spannringen 3 verlaufende Abschnitt der Unwuchtmasse 2 schmiegt sich mit einer halbzylindrischen Ausnehmung 5 an das Hohlprofil der Trägerwelle 1 an.The inner contour of the in the 2a and 2 B as shown item clamping rings 3 is essentially complementary to one of the clamping rings 3 enclosed outer contour, resulting from the outer cylindrical hollow profile of the carrier shaft 1 and one at each end portion of the imbalance mass 2 axially projecting pin 4 according to the 3 composed. The between the clamping rings 3 extending portion of the imbalance mass 2 nestles with a semi-cylindrical recess 5 to the hollow profile of the carrier shaft 1 at.

Wie es in den 1 und 3 ersichtlich, ist die Unwuchtmasse 2 spiegelsymmetrisch zu einer Unwuchtebene, die durch die Drehachse 6 der Unwuchtwelle und deren Massenschwerpunkt 7 aufgespannt wird. Die Unwuchtmasse 2 ist bezüglich der Unwuchtrichtung vollständig diesseits der Drehachse 6 angeordnet - siehe 3. Diese vollständig exzentrische Massenanordnung ermöglicht es, die Wellenmasse bei vorgegebener Wellenunwucht zu minimieren.As it is in the 1 and 3 can be seen, is the imbalance mass 2 mirror-symmetrical to an unbalance plane passing through the axis of rotation 6 the imbalance wave and its center of mass 7 is spanned. The imbalance mass 2 is with respect to the unbalance direction completely this side of the axis of rotation 6 arranged - see 3 , This completely eccentric mass arrangement makes it possible to minimize the shaft mass at a given wave imbalance.

Alternativ kann die Unwuchtmasse nicht spiegelsymmetrisch sein, um beispielsweise mit umfänglichen Ausnehmungen den erforderlichen Freigang zu der benachbart rotierenden Kurbelwelle zu gewährleisten.Alternatively, the unbalanced mass may not be mirror-symmetrical, for example, to ensure the necessary clearance to the adjacent rotating crankshaft with circumferential recesses.

Die 4 und 5 illustrieren die plastische Verformung der Trägerwelle 1 beim Innenhochdruckumformen. Das IHU-Werkzeug ist so beschaffen, dass das gemäß den 4a und 4b unverformte Hohlprofil der Trägerwelle 1 außerhalb der Unwuchtmasse 2 und der Spannringe 3 Radialluft zu den Werkzeughälften 8 und 9 hat. Bei der anschließenden Hochdruckbeaufschlagung legt sich das plastisch verformende Hohlprofil vollständig an die Werkzeughälften 8, 9 an, wobei es sowohl die Spannringe 3 als auch die Unwuchtmasse 2 jeweils axial beidseitig umschließt. Damit sind die Unwuchtmasse 2 und die Spannringe 3 sowohl in umfänglicher als auch in axialer Richtung der Trägerwelle 1 kraft- und formschlüssig an deren umgeformtem Hohlprofil befestigt - siehe 5a und 5b sowie 6, die die fertig umgeformte Unwuchtwelle als abschnittsweises Einzelteil zeigt.The 4 and 5 illustrate the plastic deformation of the carrier shaft 1 in hydroforming. The hydroforming tool is designed in accordance with the 4a and 4b undeformed hollow profile of the carrier shaft 1 outside the imbalance mass 2 and the clamping rings 3 Radial clearance to the tool halves 8th and 9 Has. During the subsequent high-pressure application, the plastically deforming hollow profile lays completely against the tool halves 8th . 9 with it being both the clamping rings 3 as well as the imbalance mass 2 encloses axially on both sides. This is the imbalance mass 2 and the clamping rings 3 both in the circumferential and in the axial direction of the carrier shaft 1 non-positively and positively attached to their formed hollow profile - see 5a and 5b such as 6 , which shows the finished formed unbalanced shaft as a section-wise item.

Die Radiallagerung der Unwuchtwelle kann eine Wälzlagerung mit einem Nadelkranz 10 und einem Außenring 11 gemäß 7 sein. Die Innenlaufbahn der Nadeln ist durch einen auf der Trägerwelle 1 zwischen zwei Unwuchtmassen 2 aufgepressten Innenring 12 gebildet, wobei die - bedarfsweise feinbearbeiteten - Stirnflächen 13 der einander zugewandten Spannringe 3 als axiale Anlaufflächen für die Nadeln dienen.The radial bearing of the imbalance shaft can be a rolling bearing with a needle ring 10 and an outer ring 11 according to 7 be. The inner race of the needles is through one on the carrier shaft 1 between two imbalance masses 2 pressed on inner ring 12 formed, with the - if necessary finely machined - faces 13 the mutually facing clamping rings 3 serve as axial contact surfaces for the needles.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Trägerwellecarrier wave
22
Unwuchtmasseunbalanced mass
33
Spannringclamping ring
44
Zapfenspigot
55
Ausnehmungrecess
66
Drehachseaxis of rotation
77
MassenschwerpunktCenter of gravity
88th
Werkzeughälftetool half
99
Werkzeughälftetool half
1010
Nadelkranzneedle bearing
1111
Außenringouter ring
1212
Innenringinner ring
1313
Stirnflächeface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (6)

Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Trägerwelle (1) und eine an deren Außenumfang befestigte Unwuchtmasse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Unwuchtmasse (2) an der Trägerwelle (1) mittels eines die Trägerwelle (1) und die Unwuchtmasse (2) umschließenden Spannrings (3) erfolgt, der die Unwuchtmasse (2) radial gegen die Trägerwelle (1) spannt.Unbalance shaft for balancing mass forces and / or moments of inertia of an internal combustion engine, comprising a carrier shaft (1) and an unbalanced mass (2) attached to its outer circumference, characterized in that the attachment of the unbalanced mass (2) to the carrier shaft (1) by means of a carrier shaft (1) and the imbalance mass (2) enclosing clamping ring (3) takes place, which biases the imbalance mass (2) radially against the carrier shaft (1). Unwuchtwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Unwuchtmasse (2) an der Trägerwelle (1) mittels zwei Spannringen (3) erfolgt, die die Trägerwelle (1) und die Endabschnitte der Unwuchtmasse (2) formschlüssig umschließen.Imbalance wave after Claim 1 , characterized in that the attachment of the unbalanced mass (2) on the carrier shaft (1) by means of two clamping rings (3), which enclose the carrier shaft (1) and the end portions of the unbalanced mass (2) form fit. Unwuchtwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmasse (2) spiegelsymmetrisch zu einer durch die Drehachse (6) der Unwuchtwelle und deren Massenschwerpunkt (7) aufgespannten Unwuchtebene ist und bezüglich der Unwuchtrichtung vollständig diesseits der Drehachse (6) angeordnet ist.Imbalance wave after Claim 1 , characterized in that the unbalanced mass (2) is mirror-symmetrical to a through the axis of rotation (6) of the imbalance shaft and its center of gravity (7) spanned unbalance plane and with respect to the unbalance direction completely this side of the axis of rotation (6) is arranged. Unwuchtwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (1) im Befestigungsbereich der Unwuchtmasse (2) als innenhoch-druckumgeformtes Hohlprofil ausgebildet ist.Unbalance shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier shaft (1) in the fastening region of the imbalance mass (2) is formed as a high pressure-formed hollow profile. Unwuchtwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Spannringe (3) und die Unwuchtmasse (2) sowohl in umfänglicher als auch in axialer Richtung der Unwuchtwelle formschlüssig am umgeformten Hohlprofil befestigt sind.Imbalance wave after Claim 4 , characterized in that the one or more clamping rings (3) and the unbalanced mass (2) in both the circumferential and in the axial direction of the imbalance shaft are positively secured to the reshaped hollow profile. Unwuchtwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwelle einen die Trägerwelle (1) umschließenden Nadelkranz (11) umfasst, wobei der oder die Spannringe (3) jeweils eine als axiale Anlauffläche für die Nadeln dienende Stirnfläche (13) haben.Unbalance shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the imbalance shaft comprises a the carrier shaft (1) enclosing needle ring (11), wherein the one or more clamping rings (3) each serving as an axial abutment surface for the needles end face (13).
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