DE102019101321A1 - Balance shaft - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen ist eine Ausgleichswelle, umfassend:- eine Unwuchtwelle (1) mit einem Unwuchtabschnitt (9, 10, 11, 12) und einem daran angrenzenden Lagerzapfen (3, 4) mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang (7) zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist,- einen den Lagerzapfen umschließenden Lagerring (5), der am zylindrischen Teilumfang anliegt und mit einem dazu radial gegenüberliegenden, nichtzylindrischen Teilumfang (8) des Lagerzapfens einen Freiraum begrenzt,- und ein im Freiraum eingespanntes Spannelement (15), das den Lagerring radial gegen den zylindrischen Teilumfang spannt.Die Innenmantelfläche des Lagerrings soll eine oder mehrere Umlaufnuten (16) haben, und der zylindrische Teilumfang soll einen oder mehrere umfängliche Vorsprünge (17) haben, die in die Umlaufnuten eingreifen und den Lagerring gegen beidseitiges axiales Verschieben auf dem Lagerzapfen sichern.A balance shaft is proposed, comprising: - an unbalanced shaft (1) with an unbalanced section (9, 10, 11, 12) and an adjoining bearing journal (3, 4) with only a partially cylindrical circumference, the cylindrical partial circumference (7) of which for shaft unbalance is aligned, - a bearing ring (5) enclosing the bearing journal, which abuts the cylindrical partial circumference and delimits a free space with a non-cylindrical partial circumferential portion (8) of the bearing journal, and - a clamping element (15) clamped in the free space, which holds the bearing ring The inner circumferential surface of the bearing ring should have one or more circumferential grooves (16), and the cylindrical partial circumference should have one or more circumferential projections (17) which engage in the circumferential grooves and prevent the bearing ring from moving axially on both sides Secure the journal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Es handelt sich um eine gebaute Ausführung, die folgende Komponenten umfasst:

  • - eine Unwuchtwelle mit einem Unwuchtabschnitt und einem daran angrenzenden Lagerzapfen mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist,
  • - einen den Lagerzapfen umschließenden Lagerring, der am zylindrischen Teilumfang anliegt und mit einem dazu radial gegenüberliegenden, nichtzylindrischen Teilumfang des Lagerzapfens einen Freiraum begrenzt,
  • - und ein im Freiraum eingespanntes Spannelement, das den Lagerring radial gegen den zylindrischen Teilumfang spannt.
The invention relates to a balancer shaft for balancing mass forces and / or mass moments of a reciprocating piston internal combustion engine. It is a built version that includes the following components:
  • an unbalanced shaft with an unbalanced section and an adjoining bearing journal with only a partially cylindrical circumference, the cylindrical partial circumference of which is oriented towards the shaft unbalance,
  • a bearing ring enclosing the bearing journal, which abuts the cylindrical partial circumference and delimits a free space with a non-cylindrical partial circumference of the bearing journal which is radially opposite thereto,
  • - And a clamping element clamped in the free space, which clamps the bearing ring radially against the cylindrical partial circumference.

Eine gattungsgemäße Ausgleichswelle mit einer Unwuchtwelle und einem Lagerring, dessen Befestigung am Lagerzapfen der Unwuchtwelle über ein elastisches Spannelement erfolgt, ist aus der DE 10 2016 210 480 A1 bekannt.A generic balancer shaft with an unbalanced shaft and a bearing ring, the attachment to the journal of the unbalanced shaft via an elastic clamping element, is from the DE 10 2016 210 480 A1 known.

Eine weitere gebaute Ausgleichswelle ist aus der EP 2 459 899 B1 bekannt. Dort ist der Lagerring an einem axial äußeren Randbereich mit einer axialen Seitenfläche der in diesem Bereich gegenüber dem Lagerzapfen radial vorspringenden Unwuchtwelle verbunden.Another balance shaft is built from the EP 2 459 899 B1 known. There, the bearing ring is connected at an axially outer edge region to an axial side face of the unbalanced shaft which projects radially in this region from the bearing journal.

Der zylindrische Teilumfang des Lagerzapfens ist umfänglich jeweils zur Wellenunwucht hin ausgerichtet, so dass die unwuchtbedingte Punktlast auf den Lagerzapfen umfänglich innerhalb des zylindrischen Teilumfangs liegt.The cylindrical partial circumference of the bearing journal is aligned circumferentially towards the shaft imbalance, so that the unbalanced point load on the bearing journal lies circumferentially within the cylindrical partial circumference.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebaute Ausgleichswelle mit einem alternativ gefügten Lagerring anzugeben.The present invention has for its object to provide a built balance shaft with an alternatively joined bearing ring.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Demnach soll die Innenmantelfläche des Lagerrings eine oder mehrere Umlaufnuten haben, und der zylindrische Teilumfang soll (dementsprechend) einen oder mehrere umfängliche Vorsprünge haben, die in die Umlaufnuten eingreifen und den Lagerring gegen beidseitiges axiales Verschieben auf dem Lagerzapfen sichern. Damit erfolgt die axiale Befestigung des Lagerrings auf dem Lagerzapfen durch Formschluss, indem die umfänglichen Vorsprünge des Lagerzapfens in die Umlaufnuten des Lagerrings eingreifen und an deren Nutwänden axial anlaufen.This object is solved by the features of the independent claim. Accordingly, the inner circumferential surface of the bearing ring should have one or more circumferential grooves, and the cylindrical partial circumference should (accordingly) have one or more circumferential projections which engage in the circumferential grooves and secure the bearing ring against axial displacement on both sides of the bearing journal. The axial fastening of the bearing ring to the bearing journal is thus carried out by positive locking, in that the circumferential projections of the bearing journal engage in the circumferential grooves of the bearing ring and run axially on their groove walls.

In einer bezüglich der Wellenunwucht vorteilhaften Ausgestaltung können der zylindrische Teilumfang und demzufolge auch die Innenmantelfläche des Lagerrings gegenüber dem oder den benachbarten Unwuchtabschnitten radial zurückspringen.In an embodiment which is advantageous with regard to the shaft imbalance, the cylindrical partial circumference and consequently also the inner circumferential surface of the bearing ring can spring back radially with respect to the adjacent imbalance section or sections.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer gebauten Ausgleichswelle für den Massenausgleich einer Vierzylinder-Reihenmaschine dargestellt ist. Es zeigen:

  • 1: die Ausgleichswelle im Längsschnitt;
  • 2: einen der Lagerzapfen der Ausgleichswelle in schematischem Querschnitt;
  • 3: das Detail X gemäß 1;
  • 4: einen der Lagerzapfen als perspektivische Einzelheit.
Further features and advantageous developments of the invention result from the following description and from the drawings, in which an embodiment of a built balance shaft for the mass balance of a four-cylinder in-line engine is shown. Show it:
  • 1 : the balance shaft in longitudinal section;
  • 2 : one of the journals of the balance shaft in a schematic cross section;
  • 3 : the detail X according to 1 ;
  • 4 : one of the trunnions as a perspective detail.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle, die eine als Guss- oder Schmiedeteil hergestellte Unwuchtwelle 1 mit einem endseitigen Antriebszapfen 2 zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Antriebsrads und zwei Lagerzapfen 3 und 4 sowie darauf lösbar befestigte Lagerringe 5 umfasst. Diese umschließen die Lagerzapfen 3, 4 und dienen jeweils als Innenlaufbahn für ein Nadellager 6 zur Radiallagerung der Ausgleichswelle in einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine. 1 shows a balancer shaft according to the invention, the unbalanced shaft manufactured as a cast or forged part 1 with an end drive pin 2 to accommodate a drive wheel (not shown) and two bearing journals 3 and 4 as well as detachably attached bearing rings 5 includes. These enclose the trunnions 3 . 4 and each serve as an inner raceway for a needle bearing 6 for radial mounting of the balance shaft in a housing of an internal combustion engine.

Wie in Zusammenschau mit den 2 bis 4 erkennbar, haben die Lagerzapfen 3, 4 einen lediglich teilzylindrischen Umfang und sind derart ausgebildet, dass jeweils deren in Unwuchtrichtung der Ausgleichswelle mit Punktlast beaufschlagte Lastzone innerhalb des zylindrischen Teilumfangs 7 verläuft und dass der gegenüberliegende Teilumfang 8 des Lagerzapfens 3, 4 nichtzylindrisch und folglich gegenüber dem Umlaufkreis 20 des zylindrischen Teilumfangs 7 freigenommen ist. Der Umlaufkreis 20 des zylindrischen Teilumfangs 7 ist jeweils kleiner als der Umlaufkreis 21 von dazu benachbarten Unwuchtabschnitten 9 und 10 bzw. 11 und 12 der Unwuchtwelle 1, so dass sowohl der zylindrische Teilumfang 7 als auch der daran anliegende Lagerring 5 gegenüber Axialschultern 13 und 14 der Unwuchtabschnitte 9 bis 12 radial zurückspringen.As if together with the 2 to 4 recognizable, have the trunnions 3 . 4 have only a partially cylindrical circumference and are designed in such a way that their respective load zone in the unbalanced direction of the balancer shaft with point load within the cylindrical partial circumference 7 runs and that the opposite partial circumference 8th of the trunnion 3 . 4 non-cylindrical and consequently opposite the circulation circuit 20th of the cylindrical part circumference 7 is released. The circulation loop 20th of the cylindrical part circumference 7 is smaller than the circulation circle 21 of adjacent unbalance sections 9 and 10 respectively. 11 and 12 the unbalance shaft 1 , so that both the cylindrical part circumference 7 as well as the bearing ring attached to it 5 towards axial shoulders 13 and 14 of the unbalance sections 9 to 12 jump back radially.

Die Unwucht der Unwuchtabschnitte 9 bis 12 und die Unwucht der daran angrenzenden Lagerzapfen 3, 4 sind zwecks Maximierung der Wellenunwucht (s. Pfeil in 2) im Wesentlichen parallel und gleichgerichtet, wobei jeder zylindrische Teilumfang 7 umfänglich so ausgerichtet ist, dass er umfänglich im Wesentlichen mittig belastet ist.The unbalance of the unbalance sections 9 to 12 and the unbalance of the adjacent trunnions 3 . 4 are in order to maximize the shaft imbalance (see arrow in 2 ) essentially parallel and rectified, with each cylindrical part circumference 7 is circumferentially aligned so that it is loaded around the circumference essentially in the middle.

Die Breite der Lagerringe 5 ist kleiner als der Abstand der Axialschultern 13 und 14, zwischen denen jeder Lagerring 5 mit beidseitig etwa gleichem Abstand befestigt ist. Der Kä18 jedes Nadellagers 6 ist axial an den Axialschultern 13, 14 geführt.The width of the bearing rings 5 is smaller than the distance between the axial shoulders 13 and 14 , between which every bearing ring 5 is attached at approximately the same distance on both sides. The Ka 18th every needle bearing 6 is axial on the axial shoulders 13 . 14 guided.

In dem vom nichtzylindrischen Teilumfang 8 des Lagerzapfens 3, 4 und der Innenmantelfläche des Lagerrings 5 begrenzten Freiraum befindet sich jeweils ein unter radial elastischer Kompression eingespanntes Spannelement 15, das den Lagerring 5 (zerstörungsfrei) lösbar am Lagerzapfen 3, 4 befestigt. Die radiale Vorspannkraft des Spannelements 15, das vorliegend aus Kunststoff und alternativ aus federhartem Metall besteht, beaufschlagt den Lagerring 5 in die zur Wellenunwucht entgegen gesetzte Richtung, so dass der Lagerring 5 in haftender Anlage am zylindrischen Teilumfang 7 gehalten wird.In the part of the non-cylindrical part 8th of the trunnion 3 . 4 and the inner surface of the bearing ring 5 limited space there is a clamping element clamped under radially elastic compression 15 that the bearing ring 5 (non-destructive) detachable on the bearing journal 3 . 4 attached. The radial preload force of the clamping element 15 , which in the present case consists of plastic and alternatively of spring-hard metal, acts on the bearing ring 5 in the opposite direction to the shaft imbalance, so that the bearing ring 5 adhering to the cylindrical circumference 7 is held.

Die axiale Befestigung der Lagerringe 5 auf den Lagerzapfen 3, 4 erfolgt (über die spannkraftbedingte Haftreibung hinaus) jeweils mittels Formschluss. Dieser ist durch zwei umfängliche Vorsprünge 17 auf dem zylindrischen Teilumfang 7 und zwei Umlaufnuten 16 an der Innenmantelfläche des Lagerrings 5 gebildet. Die umfänglichen Vorsprünge 17 sind jeweils einteilig an den Lagerzapfen 3, 4 angeformt und greifen in die Umlaufnuten 16 ein, so dass die an den Vorsprüngen 17 axial anlaufenden Nutwände die Lagerringe 5 formschlüssig gegen beidseitig axiales Verschieben auf den Lagerzapfen 3, 4 sichern. Die beiden umfänglichen Vorsprünge 17 und die beiden Umlaufnuten 16 sind zwecks ungerichteter Montage der Lagerringe 5 auf die Unwuchtwelle 1 spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene jedes Lagerrings 5 bzw. des Lagerzapfens 3, 4.The axial fastening of the bearing rings 5 on the bearing journal 3 . 4 takes place (in addition to the static friction due to tension) by means of a positive connection. This is due to two extensive projections 17 on the cylindrical part circumference 7 and two circulation grooves 16 on the inner surface of the bearing ring 5 educated. The extensive projections 17 are each in one piece on the bearing journal 3 . 4 molded and engage in the grooves 16 one so that on the ledges 17 axially approaching groove walls the bearing rings 5 positive locking against axial displacement on both sides on the bearing journal 3 . 4 to back up. The two circumferential projections 17 and the two grooves 16 are for non-directional mounting of the bearing rings 5 on the unbalance shaft 1 mirror-symmetrical to the transverse center plane of each bearing ring 5 or the bearing journal 3 . 4 ,

Jedes Spannelement 15 hat ebenfalls zwei Vorsprünge 19, die in die Umlaufnuten 16 eingreifen und das Spannelement 15 formschlüssig gegen beidseitig axiales Verschieben im Lagerring 5 und folglich auch auf der Unwuchtwelle 1 sichern.Every clamping element 15 also has two ledges 19 that in the circulation grooves 16 engage and the clamping element 15 positive locking against axial displacement in the bearing ring on both sides 5 and consequently also on the unbalance shaft 1 to back up.

Die zylindrischen Teilumfänge 7 sind - in Längsrichtung der Ausgleichswelle gesehen - im Wesentlichen ideal zylindrisch, d.h. ohne konvexe Krümmung geformt. Ein auf den Lagerzapfen 3, 4 betrieblich erforderliches Verkippen der Lagerringe 5 wird durch deren Formgebung ermöglicht. Wie in 3 mithilfe des Radius R angedeutet, ist zu diesem Zweck die sich zwischen den beiden Umlaufnuten 16 erstreckende Innenmantelfläche der Lagerringe 5 - in Querrichtung der Ausgleichswelle gesehen - geringfügig ballig ausgebildet.The cylindrical part circumferences 7 are - seen in the longitudinal direction of the balance shaft - essentially ideally cylindrical, that is, shaped without a convex curvature. One on the journal 3 . 4 operationally required tilting of the bearing rings 5 is made possible by their shape. As in 3 using the radius R indicated for this purpose is that between the two grooves 16 extending inner surface of the bearing rings 5 - seen in the transverse direction of the balance shaft - slightly spherical.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016210480 A1 [0002]DE 102016210480 A1 [0002]
  • EP 2459899 B1 [0003]EP 2459899 B1 [0003]

Claims (5)

Ausgleichswelle, umfassend: - eine Unwuchtwelle (1) mit einem Unwuchtabschnitt (9, 10, 11, 12) und einem daran angrenzenden Lagerzapfen (3, 4) mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang (7) zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist, - einen den Lagerzapfen (3, 4) umschließenden Lagerring (5), der am zylindrischen Teilumfang (7) anliegt und mit einem dazu radial gegenüberliegenden, nichtzylindrischen Teilumfang (8) des Lagerzapfens (3, 4) einen Freiraum begrenzt, - und ein im Freiraum eingespanntes Spannelement (15), das den Lagerring (5) radial gegen den zylindrischen Teilumfang (7) spannt, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenmantelfläche des Lagerrings (5) eine oder mehrere Umlaufnuten (16) hat und dass der zylindrische Teilumfang (7) einen oder mehrere umfängliche Vorsprünge (17) hat, die in die Umlaufnuten (16) eingreifen und den Lagerring (5) gegen beidseitiges axiales Verschieben auf dem Lagerzapfen (3, 4) sichern.Balance shaft, comprising: - an unbalanced shaft (1) with an unbalanced section (9, 10, 11, 12) and an adjoining bearing journal (3, 4) with only a partially cylindrical circumference, the cylindrical partial circumference (7) of which is oriented towards the shaft unbalance, - A bearing ring (3, 4) surrounding the bearing ring (5), which rests on the cylindrical partial circumference (7) and with a radially opposite, non-cylindrical partial circumference (8) of the bearing pin (3, 4) delimits a free space, - and one in Clamping element (15) clamped in free space, which clamps the bearing ring (5) radially against the cylindrical partial circumference (7), characterized in that the inner circumferential surface of the bearing ring (5) has one or more circumferential grooves (16) and that the cylindrical partial circumference (7) has one or more circumferential projections (17) which engage in the circumferential grooves (16) and secure the bearing ring (5) against axial displacement on both sides of the bearing journal (3, 4). Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teilumfang (7) gegenüber dem Unwuchtabschnitt (9, 10, 11, 12) radial zurückspringt.Balance shaft after Claim 1 , characterized in that the cylindrical partial circumference (7) springs back radially with respect to the unbalance section (9, 10, 11, 12). Ausgleichswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (15) Vorsprünge (19) hat, die in die Umlaufnuten (16) eingreifen und das Spannelement (15) gegen beidseitiges axiales Verschieben im Lagerring (5) sichern.Balance shaft after Claim 1 or 2 , characterized in that the clamping element (15) has projections (19) which engage in the circumferential grooves (16) and secure the clamping element (15) against axial displacement on both sides in the bearing ring (5). Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umfänglichen Vorsprünge (17) einteilig am Lagerzapfen (3, 4) angeformt sind.Balance shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the circumferential projections (17) are integrally formed on the bearing journal (3, 4). Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zwischen den Umlaufnuten (16) erstreckende Innenmantelfläche des Lagerrings (5) - in Querrichtung der Ausgleichswelle gesehen - ballig ist.Balance shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the inner circumferential surface of the bearing ring (5), which extends between the circumferential grooves (16), is crowned - seen in the transverse direction of the balance shaft.
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