EP1623140A1 - Ausgleichswelle für eine brennkraftmaschine und ein verfaren zur herstellung derselben - Google Patents

Ausgleichswelle für eine brennkraftmaschine und ein verfaren zur herstellung derselben

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Publication number
EP1623140A1
EP1623140A1 EP04730235A EP04730235A EP1623140A1 EP 1623140 A1 EP1623140 A1 EP 1623140A1 EP 04730235 A EP04730235 A EP 04730235A EP 04730235 A EP04730235 A EP 04730235A EP 1623140 A1 EP1623140 A1 EP 1623140A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow body
balance weight
functional elements
balance
balancing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04730235A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Harms
Frank Rohwer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1623140A1 publication Critical patent/EP1623140A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264—Rotating balancer shafts
    • F16F15/268—Hollow shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
    • F16D1/072—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving plastic deformation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
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    • F16D1/0852—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft
    • F16D1/0858—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft due to the elasticity of the hub (including shrink fits)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
    • F16F2226/04—Assembly or fixing methods; methods to form or fashion parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49231—I.C. [internal combustion] engine making

Definitions

  • the invention relates to a balance shaft for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a method for producing the same according to the preamble of claim 8.
  • a generic balance shaft or a generic method for their preparation is known from DE 198 32 987 AI.
  • the balance shaft described therein is tubular and has in its interior a balance weight which extends over almost its entire length.
  • the tube part is provided on the circumference with two recesses, each having a centrally located hole. Each hole is penetrated by a pin that equally protrudes through the balance weight. The pin is used to attach the balance weight on the pipe part.
  • the tube part is closed at both ends by a cover by means of pressing or soldering.
  • the attachment is very cumbersome because the pin must be countered either from the inside of the balance shaft or, if the pin is already located in the balance weight, the balance weight cumbersome to be pushed back and forth until the pin through the hole threaded in the pipe part wall and then countered from the outside can be.
  • the practical requirements for a balance shaft are rarely as they can be seen from the known document. In most cases, the local arrangement of the balance weight is desired. In order to fulfill its function, the balance weight must have a certain size. However, the bigger this has to be, the more volume will be required by the balance weight.
  • the invention has the object of developing a generic balance shaft to the effect that a space-saving design of the shaft is made possible, which has a sufficient balance weight as needed at the desired location of the balance shaft.
  • the balance weight is arranged and fastened on the outer circumference of the hollow body, the hollow body forming the base part of the balance shaft can be machined. Its diameter is relatively small and the wall thickness very low (about 2mm) are designed, resulting in a significant reduction in weight of the entire shaft.
  • the inner length of the hollow body is not increased by the local placement of the balance weight on the outer circumference, so that overall the space required for the hollow body is particularly low and only space instead of the placement of the balance weight must be provided in the engine sufficient space.
  • the balance weight is readily accessible and placeable in a simple manner at the right place of the hollow body, wherein the axial position is also freely selectable for the functional elements, and can be fixed by any suitable means on the hollow body without much effort.
  • the balance weight is formed on a hub which surrounds the hollow body locally and is secured thereto.
  • the hub Through the hub, only a small space is claimed while it offers a larger connection surface for attachment to the hollow body for the balance weight by the enclosure of the hollow body, so that an overall improved grip of the balance weight is achieved on the hollow body.
  • the balancing weight is connected in an interference fit with the hollow body.
  • the interference fit a secure attachment of the balance weight is achieved with relatively simple means, without additional fasteners.
  • thermal shrinking or magnetic forming as well as the pressing-on of the balance weight with an inner diameter of the hub having an undersize relative to the outer diameter of the hollow body are conceivable.
  • the functional elements are arranged according to claim 4 with respect to the balance shaft and the claim 11 with respect to the corresponding method as individual components on the hollow body and connected to this in a press fit.
  • the balance weight and / or the functional elements are additionally positively connected to the hollow body. This leads to a further improved hold of the balance weight and the functional elements on the hollow body against mechanical loads in the axial or radial direction.
  • the hollow body at the point of its connection with the balance weight is widened plastically, wherein the balance weight is widened elastic spring-back at this point.
  • a further preferred embodiment of the balance shaft according to the invention shows claim 7.
  • the hollow body is integrally connected at one end with a connection component for drive components, such as sprockets or centrifuges, wherein the connection component closes the hollow body. Due to the integral nature of the connection results in a high strength for the entire component of the balance shaft at the junction.
  • the balance shaft is closed at one end by this connection, after which it only needs to be closed after at the opposite end. This is done, for example, with a lid, which prevents total, that enters the interior of the hollow body moisture, which can lead to corrosion of the balancer shaft.
  • the integral nature of the connection and the massiveness of the connection component, the balance shaft on a high stability against the engagement of the drive components.
  • the balance weight is pushed by means of a hub on which it is formed on the hollow body and then attached thereto.
  • a further, particularly preferred embodiment of the method according to the invention represents claim 12.
  • a fluidic internal high pressure to achieve the interference fit
  • the positioning of the balance weight and / or the functional elements is further facilitated as a postponement of the balance weight and / or the functional elements with excess of the hub inner diameter or the bore diameter is particularly smooth.
  • the desired press assembly precisely adjustable, because in its manufacture advantageously by a suitable pressure control, the wall thickness and the material properties of the joining partners can be considered in terms of breaking strength, so that in the production of the balance shaft, the process reliability is absolutely guaranteed.
  • the joining process can be done quickly and with relatively little equipment.
  • the wall of the passage opening of the hub and / or the wall of the bore, with the balance weight and / or the functional elements are pushed onto the hollow body, formed non-rotationally symmetrical, by means of fluidic internal high pressure of the hollow body, by at least partially conditioning non-rotationally symmetrical surfaces of the wall of the passage opening of the hub and / or the wall of the bore, is positively connected to the balance weight and / or the functional elements.
  • the inside of the hub or the bore in non-rotationally symmetrical form, for example in oval design or formed by depressions or longitudinal grooves in the production or by subsequent processing, is in interaction with the internal high pressure, which can flow the hollow body material and this the non-rotationally symmetric surfaces of the bore wall or the wall of the hub passage opening, where it remains irreversible, forcibly achieves a positive fit.
  • This positive engagement even further increases the strong hold of the joining partners achieved by the frictional engagement of the pressed composite of hollow body and compensating weight and / or functional elements.
  • At least one of the open ends of the hollow body is friction-welded to a connecting component closing the end for drive components, such as sprockets or centrifuges.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a balance shaft according to the invention with a connection component
  • FIG. 2 shows a front view of a balance weight for a balancing shaft according to the invention according to FIG. 1,
  • Fig. 3 in a longitudinal section in sections a balance shaft according to the invention with stored on her functional elements.
  • a balancer shaft 1 is shown for an internal combustion engine, wherein the shaft 1 consists of a rohrformigen hollow body 2, which in turn consists of a pipe section of a drawn tube.
  • the hollow body 2 can also be made from a rolled board, which is longitudinally welded at its impact.
  • a balance weight 5 is disposed on the outer periphery 4 of the hollow body 2 and . fixed there.
  • the hollow body 2 carries a functional element in the form of a bearing sleeve 7, which is supported at one end on an end face 8 of the balance weight 5.
  • the balancing weight remote end 9 of the hollow body 2 is integrally connected to a connection member 10.
  • the attachment component 10 which is solid, forms a continuation of the axial extension of the hollow body 2.
  • the attachment component 10, which may be a rotary part, a hot press, a sintered or a cold extrusion part, serves for connection to drive components, such as sprockets or centrifuges ,
  • the bearing sleeve 7 and then the balance weight 5 is pushed to the desired position. While this is accomplished via the bore 11 of the bearing sleeve 7, the balance weight 5 is formed on a hub 12, as also illustrated in Figure 2, so that the balance weight 5 with the through hole 13 of the hub 12 is pushed onto the hollow body 2. Subsequently, the bearing sleeve 7 and the balance weight 5 is connected to the hollow body 2 to form a press fit.
  • the bearing sleeve 7 and the balance weight 5 can be connected to each other separately or simultaneously with each other with the hollow body 2. The generation of the interference fit can be done for example by broaching the hollow body 2.
  • the joining process by means of fluidic internal high pressure which is generated in the interior of the hollow body 2 are performed.
  • the hollow body 2 can be inserted with the deferred bearing sleeve 7 and the deferred balance weight 5 in an internal high pressure forming die, wherein the die outside the joints to be generated has the negative contour of the balance shaft 1.
  • the die is formed such that the joining parts are stored there with a predetermined game.
  • a fluidic internal high pressure is generated in the entire hollow body 2, which plastically diffuses the hollow body 2 only at the joints.
  • Another conceivable possibility of using the hydroforming technique is that two movable punch are retracted respectively in the left and the right end of the hollow body 2 until they occupy a fixed axial distance from each other. By this distance, a gap is limited, which comes to rest in Fügelage below the parts to be joined. Subsequently, pressure fluid is introduced into the intermediate space via one of the punches or both punches and generates a high pressure. By means of this high pressure, the hollow body 2 is widened plastically only at the location of the parts to be joined.
  • Another, particularly advantageous variant of the internal high-pressure technology consists in the insertion of a Aufweitlanze in the hollow body 2, wherein within the expansion lance an axial pressure fluid channel extends from which radial short channels, or it is also the branch of only a single channel conceivable depart and on the outer jacket of the expansion lance.
  • the mouth openings are axially bounded laterally by ring seals and include an expansion space.
  • the joining parts can be added simultaneously or be added in the arrangement of only one expansion space sequentially with the hollow body 2.
  • the latter variant of the internal high-pressure technology requires only small equipment expense and allows a particularly fast production of the balancer shaft 1.
  • the hollow body 2 fitted with the bearing sleeve 7 and the balance weight 5 is friction-welded at its end 9 to the connection component 10, whereby between this and the hollow body a one-piece connection arises.
  • FIG. 3 in which a tubular hollow body 2 is shown, onto which a balance weight 5 with its hub 12 a bearing sleeve 7 and a sprocket 15 are pushed with play and finally joined with internal high pressure.
  • sensor rings on the hollow body 2 can be joined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle (1) für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu deren Herstellung. Hierbei besteht die Ausgleichswelle aus einem rohrförmigen Hohlkörper (2) und beinhaltet ein Ausgleichsgewicht (5) sowie auf dem Hohlkörper angeordnete Funktionselemente. Um eine Ausgleichswelle, die bauraumsparend ausgebildet ist und bei der bedarfsgerecht an der geeigneten Stelle das ausreichende Ausgleichsgewicht angeordnet ist, in möglichst einfacher Weise auszubilden, wird vorgeschlagen, dass das Ausgleichsgewicht am Aussenumfang (4) des Hohlkörpers angeordnet und dort befestigt ist.

Description

DaimlerChrysler AG
Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.
Eine gattungsgemäße Ausgleichswelle bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren zu deren Herstellung ist aus der DE 198 32 987 AI bekannt . Die dort beschriebene Ausgleichswelle ist rohrförmig ausgebildet und weist in ihrem Inneren ein Ausgleichsgewicht auf, das sich nahezu über deren gesamten Länge hinweg erstreckt. Der Rohrteil ist dabei am Umfang mit zwei Ausnehmungen versehen, die jeweils ein zentral liegendes Loch aufweisen. Jedes Loch wird von einem Stift durchsetzt, der gleichermaßen das Ausgleichsgewicht durchragt. Der Stift dient dabei zur Befestigung des Ausgleichsgewichts am Rohrteil . Das Rohrteil ist beiderends durch einen Deckel mittels Einpressen oder Löten verschlossen. Bei der beschriebenen Ausgleichswelle ist die Befestigung sehr beschwerlich, da der Stift entweder von dem Inneren der Ausgleichswelle aus gekontert werden muss oder, falls der Stift bereits in dem Ausgleichsgewicht angeordnet ist, das Ausgleichsgewicht umständlich hin und hergeschoben werden muss, bis der Stift durch das Loch in der Rohrteilwandung eingefädelt ist und dann von außen gekontert werden kann. Des Weiteren sind die praktischen Anforderungen an eine Ausgleichswelle selten so, wie sie aus der bekannten Druckschrift entnehmbar sind. Meist ist nämlich die lokale Anordnung des Ausgleichsgewichts gewünscht. Um seine Funktion erfüllen zu können, muss dabei das Ausgleichsgewicht eine bestimmte Größe besitzen. Je größer dieses jedoch zu sein hat, desto mehr Volumen wird das Ausgleichsgewicht beanspruchen. Um dies bei der bekannten Ausgleichswelle zu erreichen, muss der Durchmesser des Rohrteils mit der Steigerung der lokalen Platzbeanspruchung des Ausgleichsgewichts in entsprechender Weise steigen. Resultat daraus ist, dass eine derartige Ausgleichswelle einen so enormen Bauraum beansprucht, wie er bei den modernen Motoren heutzutage in aller Regel nicht zur Verfügung steht .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ausgleichswelle dahingehend weiterzubilden, dass eine bauraumsparende Gestaltung der Welle ermöglicht wird, die bedarfsgerecht an der gewünschten Stelle der Ausgleichswelle ein ausreichendes Ausgleichsgewicht aufweist. Dem Genüge tragend, ist es weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Ausgleichswelle in möglichst einfacher Weise herstellbar ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 hinsichtlich der Ausgleichswelle und durch die Merkmale des Anspruchs 8 hinsichtlich des Verfahrens gelöst.
Aufgrund dessen, dass erfindungsgemäß das Ausgleichsgewicht am Außenumfang des Hohlkörpers angeordnet und befestigt ist, kann der das Basisteil der Ausgleichswelle bildende Hohlkörper bzgl . seines Durchmessers relativ klein und die Wandstärke sehr gering (etwa 2mm) gestaltet werden, was eine erhebliche Gewichtsverringerung der gesamten Welle ergibt. Des Wei- teren wird durch die lokale Platzierung des Ausgleichsgewichts am Außenumfang die Länge des Hohlkörpers nicht vergrößert, so dass insgesamt der für den Hohlkörper benötigte Bauraum besonders gering ist und nur anstelle der Platzierung des Ausgleichsgewichts genügend Bauraum im Motor vorgesehen sein muss . Zudem ist das Ausgleichsgewicht ohne weiteres zugänglich und in einfacher Weise an der richtigen Stelle des Hohlkörpers platzierbar, wobei die axiale Position auch für die Funktionselemente frei wählbar ist, und kann mit allen geeigneten Mitteln am Hohlkörper ohne großen Aufwand befestigt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist das Ausgleichsgewicht an einer Nabe angeformt, die den Hohlkörper lokal umschließt und an diesem befestigt ist. Durch die Nabe wird nur ein geringer Bauraum beansprucht, währenddessen sie für das Ausgleichsgewicht durch die Umschließung des Hohlkörpers eine größere Anbindungsflache für eine Befestigung an dem Hohlkörper anbietet, so dass insgesamt ein verbesserter Halt des Ausgleichsgewichts auf dem Hohlkörper erreicht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Ausgleichswelle nach Anspruch 3 bzw. des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 10 ist das Ausgleichsgewicht in einer Presspassung mit dem Hohlkörper verbunden. Durch die Presspassung wird eine sichere Befestigung des Ausgleichsgewichts mit relativ einfachen Mitteln, ohne zusätzliche Befestigungselemente erzielt. Für das Erreichen einer solchen Presspassung ist beispielsweise thermisches Aufschrumpfen oder Magnetumformen sowie das Aufpressen des Ausgleichsgewichts mit einem gegenüber dem Außendurchmesser des Hohlkörpers Untermaß aufweisenden Innendurchmesser der Nabe denkbar. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Funktionselemente gemäß dem Anspruch 4 hinsichtlich der Ausgleichswelle und dem Anspruch 11 hinsichtlich des entsprechenden Verfahrens als einzelne Bauteile auf dem Hohlkörper angeordnet und mit diesem in einer Presspassung verbunden. Hierbei können die gleichen Vorteile wie bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 und 10 angeführt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle gemäß Anspruch 5 werden das Ausgleichsgewicht und/oder die Funktionselemente zusätzlich formschlüssig mit dem Hohlkörper verbunden. Dies führt zu einem weiter verbesserten Halt des Ausgleichsgewichts und der Funktionselemente auf dem Hohlkörper gegenüber mechanischen Belastungen in axialer oder radialer Richtung.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle nach Anspruch 6 ist der Hohlkörper an der Stelle seiner Verbindung mit dem Ausgleichsgewicht plastisch aufgeweitet, wobei das Ausgleichsgewicht an dieser Stelle elastisch rückfedernd aufgeweitet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders starke Pressverbindung zwischen Hohlkörper und Ausgleichsgewicht für einen unverrückbaren Halt des Ausgleichsgewichts bei axialen und auch bei sehr hohen radialen mechanischen Beanspruchungen, insbesondere bei hoher Drehzahl der Ausgleichswelle und hohen Schwungmassen des Ausgleichsgewichts während des Betriebes der Ausgleichswelle.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle zeigt Anspruch 7. Hierbei ist der Hohlkörper einenends mit einem Anbindungsbauteil für Antriebsbauteile, wie Kettenräder oder Zentrifugen, einstückig verbunden, wobei das Anbindungsbauteil den Hohlkörper verschließt. Infolge der Einstückigkeit der Verbindung ergibt sich an der Verbindungsstelle eine hohe Festigkeit für das Gesamtbauteil der Ausgleichswelle. Gleichzeitig wird durch diese Verbindung die Ausgleichswelle einenends verschlossen, wonach diese nur nach an dem gegenüberliegenden Ende verschlossen zu werden braucht. Dies erfolgt beispielsweise mit einem Deckel, wodurch insgesamt verhindert wird, dass in das Innere des Hohlkörpers Feuchtigkeit eintritt, die zu einer Korrosion der Ausgleichswelle führen kann. Die Einstückigkeit der Verbindung und die Massivität des Anbindungsbauteils weist die Ausgleichswelle eine hohe Stabilität gegenüber dem Eingriff der Antriebsbauteile auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 9 wird das Ausgleichsgewicht mittels einer Nabe, an der es angeformt ist, auf den Hohlkörper geschoben und anschließend an diesem befestigt . Durch das Aufschieben wird eine einfache Positionierung des Ausgleichsgewichts auf dem Hohlkörper erreicht, wobei zur anschließenden Fixierung auf dem Hohlkörper nur ein geringer apparativer Aufwand für die Halterung bzw. Einspannung erforderlich ist, da der Hohlkörper das Ausgleichsgewicht nach dem Aufschieben bereits trägt.
Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens repräsentiert Anspruch 12. Durch die Verwendung eines fluidischen Innenhochdrucks zur Erzielung der Presspassung wird die Positionierung des Ausgleichsgewichts und/oder der Funktionselemente weiter erleichtert, da ein Aufschieben des Ausgleichsgewichts und/oder der Funktionselemente mit Übermaß des Nabeninnendurchmessers bzw. des Bohrungsdurchmessers besonders leichtgängig ist. Zudem ist mittels der Fluiddrucksteuerung des Innenhochdrucks der ge- wünschte Pressverbund exakt einstellbar, weil bei dessen Herstellung in vorteilhafter Weise durch eine geeignete Drucksteuerung die Wandstärken und die Materialeigenschaften der Fügepartner hinsichtlich ihrer Bruchfestigkeit berücksichtigt werden können, so dass bei der Herstellung der Ausgleichswelle die Prozesssicherheit unbedingt gewährleistet ist. Des Weiteren kann der Fügevorgang schnell und mit relativ geringem apparativen Aufwand erfolgen.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 13 wird die Wandung der Durchgangsöffnung der Nabe und/oder die Wandung der Bohrung, mit der das Ausgleichsgewicht und/oder die Funktionselemente auf den Hohlkörper aufgeschoben werden, nichtro- tationssymmetrisch ausgebildet, wobei mittels fluidischem Innenhochdrucks der Hohlkörper, durch zumindest teilweise Anlage an nichtrotationssymmetrischen Flächen der Wandung der Durchgangsöffnung der Nabe und/oder der Wandung der Bohrung, mit dem Ausgleichsgewicht und/oder den Funktionselementen formschlüssig verbunden wird. Durch die Ausbildung der Innenseite der Nabe bzw. der Bohrung in nichtrot tionssymmetrischer Form, beispielsweise in ovaler Gestaltung oder gebildet durch Mulden bzw. Längsrillen bei der Herstellung oder durch nachträgliche Bearbeitung, wird im Zusammenspiel mit dem Innenhochdruck, der das Hohlkörpermaterial fließen lässt und dieses an die nichtrotationssymmetrischen Flächen der Bohrungswandung oder der Wandung der Nabendurchgangsöffnung zwingt, wo es irreversibel verbleibt, in einfacher Weise eine Formschlüssigkeit erzielt. Diese Formschlüssigkeit erhöht noch weiter den durch den Reibschluss des PressVerbundes von Hohlkörper und Ausgleichsgewicht und/oder Funktionselementen ohnehin erzielten starken Halt der Fügepartner aneinander. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 14 wird zumindest eines der offenen Enden des Hohlkörpers mit einem das Ende verschließenden Anbin- dungsbauteil für Antriebsbauteile, wie Kettenräder oder Zentrifugen, reibverschweißt. Durch den Einsatz des Reibschweißens wird mit geringer Taktzeit und relativ geringem Aufwand eine äußerst haltbare Verbindung des Hohlkörpers mit dem An- bindungsbauteil geschaffen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigt :
Fig. 1 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle mit einem Anbindungsbauteil ,
Fig. 2 in einer Frontansicht ein Ausgleichgewicht für eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle gemäß Figur 1,
Fig. 3 in einem Längsschnitt abschnittsweise eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle mit auf ihr gelagerten Funktionselementen.
In Figur 1 ist eine Ausgleichswelle 1 für eine Brennkraftmaschine dargestellt, wobei die Welle 1 aus einem rohrformigen Hohlkörper 2 besteht, der seinerseits aus einem Rohrabschnitt eines gezogenen Rohres besteht. Der Hohlkörper 2 kann jedoch auch aus einer gerollten Platine hergestellt werden, die an ihrem Stoß längsnahtgeschweißt ist. An einem Ende 3 der Ausgleichswelle 1 ist auf dem Außenumfang 4 des Hohlkörpers 2 ein Ausgleichsgewicht 5 angeordnet und. dort befestigt. Zum anderen Ende 6 der Ausgleichswelle 1 hin, trägt der Hohlkörper 2 ein Funktionselement in Form einer Lagerhülse 7, die sich einenends an einer Stirnseite 8 des Ausgleichsgewichts 5 abstützt. Das ausgleichsgewichtsferne Ende 9 des Hohlkörpers 2 ist mit einem Anbindungsbauteil 10 einstückig verbunden. Das Anbindungsbauteil 10, das massiv ausgebildet ist, bildet eine Fortsetzung der axialen Erstreckung des Hohlkörpers 2. Das Anbindungsbauteil 10, das ein Drehteil, ein Warmpress-, ein Sinter- oder ein Kaltfließpressteil sein kann, dient zur Anbindung für Antriebsbauteile, wie Kettenräder oder Zentrifugen.
Zur Herstellung der Ausgleichswelle 1 wird zuerst die Lagerhülse 7 und anschließend das Ausgleichsgewicht 5 an die gewünschte Position geschoben. Während dies über die Bohrung 11 der Lagerhülse 7 bewerkstelligt wird, ist das Ausgleichsgewicht 5 an eine Nabe 12 angeformt, wie auch in Figur 2 verdeutlicht ist, so dass das Ausgleichsgewicht 5 mit der Durchgangsöffnung 13 der Nabe 12 auf den Hohlkörper 2 aufgeschoben wird. Anschließend wird die Lagerhülse 7 und das Ausgleichsgewicht 5 mit dem Hohlkörper 2 unter Bildung einer Presspassung verbunden. Die Lagerhülse 7 und das Ausgleichsgewicht 5 können dabei separat voneinander oder gleichzeitig miteinander mit dem Hohlkörper 2 verbunden werden. Die Erzeugung der Presspassung kann beispielsweise durch Räumen des Hohlkörpers 2 erfolgen. Hier soll jedoch vorteilhafterweise der Fügevorgang mittels fluidischem Innenhochdruckes, der im Innern des Hohlkörpers 2 erzeugt wird, ausgeführt werden. Zu dem Innen- hochdruckfügen sind mehrere Techniken denkbar. Beispielsweise kann der Hohlkörper 2 mit der aufgeschobenen Lagerhülse 7 und dem aufgeschobenen Ausgleichsgewicht 5 in eine Innenhoch- druckumformmatrize eingelegt werden, wobei die Matrize außerhalb der zu erzeugenden Fügestellen die negative Kontur der Ausgleichswelle 1 aufweist. Am Ort der aufgeschobenen Fügeteile, d. h. der Lagerhülse 7 und des Ausgleichsgewichtes 5, ist die Matrize derart ausgebildet, dass die Fügeteile dort mit vorgegebenem Spiel gelagert sind. Schließlich wird im gesamten Hohlkörper 2 ein fluidischer Innenhochdruck erzeugt, der den Hohlkörper 2 nur an den Fügestellen plastisch aufwei- tet, währenddessen es außerhalb der Fügestellen durch die Anlage des Hohlkörpers 2 an der Gravur der Umformmatrize zu keinem unkontrollierten Verformen des Hohlkörpers 2 kommt. Der Außenumfang 4 des Hohlkörpers 2 legt sich durch die plastische Aufweitung des Hohlkörpers 2 an der Wandung der Durch- gangsδffnung 13 der Nabe an, wie auch gleichzeitig an der Bohrungswandung der Lagerhülse 7. Der Hohlkörper 2 wird nun weiter kurzfristig aufgeweitet, wodurch über seine jeweilige Anlage die Lagerhülse 7 und das Ausgleichsgewicht 5 bzw. die Nabe 12 plastisch aufgeweitet wird. Nach Entspannen des Druckfluids innerhalb des Hohlkörpers 2 federt das Material der Lagerhülse 7 und der Nabe 12 bzw. des Ausgleichsgewichts 5 zurück, währenddessen der Hohlkörper 2 in seiner aufgeweiteten plastischen Ausbildung verbleibt. Hierbei entsteht eine extrem hohe Presspassung. Eine weitere denkbare Möglichkeit des Einsatzes der Innenhochdrucktechnik besteht darin, dass zwei verfahrbare Stempel jeweils in das linke und das rechte Ende des Hohlkörpers 2 eingefahren werden, bis sie einen festgelegten axialen Abstand zueinander einnehmen. Durch diesen Abstand wird ein Zwischenraum begrenzt, der in Fügelage unterhalb der Fügeteile zu liegen kommt. Anschließend wird über einen der Stempel oder beide Stempel Druckfluid in den Zwischenraum eingeleitet und ein Hochdruck erzeugt. Mittels dieses Hochdrucks wird der Hohlkörper 2 nur an der Stelle der Fügeteile plastisch aufgeweitet. Eine weitere, besonders vorteilhafte Variante der Innenhochdrucktechnik besteht in dem Einschieben einer Aufweitlanze in den Hohlkörper 2, wobei innerhalb der Aufweitlanze ein axialer Druckfluidkanal verläuft, von dem aus radiale kurze Kanäle, bzw. es ist auch die Abzweigung von nur einem einzelnen Kanal denkbar, abgehen und am Außenmantel der Aufweitlanze ausmünden. Die Mündungsöffnungen sind dabei axial durch Ringdichtungen seitlich begrenzt und schließen dabei einen Aufweitraum ein. Beim Einschieben der Aufweitlanze in den Hohlkörper 2 schmiegen sich die Ringdichtungen an der Innenseite des Hohlkörpers 2 an. Nach Erreichen einer gewünschten Einschiebelänge befindet sich der jeweilige Aufweitraum unterhalb der Fügestelle des jeweiligen Fügeteils. Sodann kann die Aufweitung des Hohlkörpers 2 durch Einleiten eines Druckfluides über die erwähnten Kanäle erfolgen. Bei der Anordnung von mehreren Aufweiträumen können die Fügeteile gleichzeitig gefügt werden oder bei der Anordnung von nur einem Aufweitraum sequentiell mit dem Hohlkörper 2 gefügt werden. Die letztgenannte Variante der Innenhochdrucktechnik benötigt nur geringen apparativen Aufwand und ermöglicht eine besonders schnelle Herstellung der Ausgleichswelle 1. Alsdann wird der mit der Lagerhülse 7 und dem Ausgleichsgewicht 5 gefügte Hohlkörper 2 an seinem Ende 9 mit dem Anbindungsbauteil 10 reibverschweißt, wodurch zwischen diesem und dem Hohlkörper eine einstückige Verbindung entsteht. Das Anbindungsbauteil 10 verschließt dabei den Hohlkörper 2. Alternativ ist jedoch auch denkbar, den Hohlkörper 2 ohne die Fügeteile in einem ersten Arbeitsschritt schon mit dem Anbindungsbauteil 10 zu verbinden, wonach das Fügen mit den Fügeteilen gemäß der ersten und dritten Variante der Innenhochdrucktechnik vonstatten gehen kann.
Eine zusätzliche Erhöhung des Haltes der Fügeteile, insbesondere des Ausgleichsgewichts 5 auf dem Hohlkörper 2, und damit der Betriebssicherheit der Ausgleichswelle 1 kann durch die Ausbildung eines Formschlusses erreicht werden. Hierzu werden an der Wandung der ansonsten kreiszylindrischen Durchgangsöffnung 13 der Nabe 12 axial verlaufende Rillen 14 ausgebildet, die nichtrotationssymmetrische Flächen der Durchgangs- Öffnung 13 darstellen. Nachdem nun das Ausgleichsgewicht 5 mit der den Hohlkörper 2 lokal umschließenden Nabe 12 auf dem Hohlkörper 2 aufgeschoben und entsprechend positioniert wurde, wird - wie gehabt - ein fluidischer Innenhochdruck erzeugt, der den Hohlkörper 2 plastisch aufweitet. Dabei wird das Hohlkörpermaterial in die Rillen 14 verdrängt, wo es zumindest teilweise eine Anlage findet und sich in den Rillen 14 verkrallt. Der gewünschte Formschluss ist somit erreicht. Ein derartig ausgebildeter Formschluss ist auch bei jedem der aufgeschobenen Funktionselemente denkbar. Durch die Erhöhung des Haltes des Ausgleichgewichts 5 und der Funktionselemente auf dem Hohlkörper 2 über den Formschluss kann auf andere arbeitsintensivere haltfördernde Bearbeitungsverfahren wie ein Raustrahlen der Wandung der Durchgangsöffnung 13 der Nabe 12 bzw. der Wandung der Bohrung 11 der Funktionselemente eingespart werden.
Abrundend sei hier noch auf Figur 3 verwiesen, in der ein rohrförmiger Hohlkörper 2 dargestellt ist, auf den ein Ausgleichsgewicht 5 mit seiner Nabe 12 eine Lagerhülse 7 und ein Kettenrad 15 mit Spiel aufgeschoben und schließlich mit Innenhochdruck gefügt sind. Gleichfalls können auch Sensorringe auf dem Hohlkörper 2 gefügt werden.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine, welche aus einem rohrformigen Hohlkörper besteht, und ein Ausgleichsgewicht sowie auf dem Hohlkörper angeordnete Funktionselemente aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausgleichsgewicht (5) am Außenumfang (4) des
Hohlkörpers (2) angeordnet und befestigt ist.
2. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausgleichsgewicht (5) an einer Nabe (12) angeformt ist, die den Hohlkörper (2) lokal umschließt und an diesem befestigt ist.
3. Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausgleichsgewicht (5) in einer Presspassung mit dem Hohlkörper (2) verbunden ist.
4. Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Funktionselemente als einzelne Bauteile auf dem Hohlkörper (2) angeordnet und mit diesem in einer Presspassung verbunden sind.
5. Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausgleichsgewicht (5) und/oder die Funktionselemente zusätzlich formschlüssig mit dem Hohlkörper (2) verbunden sind.
6. Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hohlkörper (2) an der Stelle seiner Verbindung mit dem Ausgleichsgewicht (5) plastisch aufgeweitet ist, und dass das Ausgleichsgewicht (5) an dieser Stelle elastisch rückfedernd aufgeweitet ist.
7. Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hohlkörper (2) einenends mit einem Anbindungsbauteil (10) für Antriebsbauteile wie Kettenräder oder Zentrifugen einstückig verbunden ist, wobei das Anbindungsbauteil (10) den Hohlkörper (2) verschließt .
8. Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle, wobei eine Ausgleichsgewicht sowie Funktionselemente an einem rohrformigen Hohlkörper befestigt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausgleichsgewicht (5) am Außenumfang (4) des Hohlkörpers (2) positioniert und dort befestigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausgleichsgewicht (5) mittels einer Nabe (12), an der es angeformt ist, auf den Hohlkörper (2) geschoben und anschließend befestigt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das auf dem Hohlkörper (2) positionierte Ausgleichsgewicht (5) mit diesem unter Bildung einer Presspassung verbunden wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Funktionselemente als einzelne Bauteile auf den Hohlkörper (2) mit einer Bohrung (11) geschoben und anschließend mit diesem unter Bildung einer Presspassung verbunden werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Presspassung durch partielles Aufweiten des Hohlkörpers (2) mittels fluidischen Innenhochdrucks gebildet wird, wobei der Hohlkörper (2) an der Stelle des aufgeschobenen Ausgleichgewichts (5) und/oder der Funktionselemente lokal plastisch und das Ausgleichsgewicht (5) und/oder die Funktionselemente elastisch zurückfedernd aufgeweitet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wandung der Durchgangsöffnung (13) der Nabe (12) und/oder der Wandung der Bohrung (11) , mit der das Ausgleichsgewicht (5) und/oder die Funktionselemente auf den Hohlkörper (2) aufgeschoben werden, nicht- rotationssymmetrisch ausgebildet wird, und dass mittels fluidischen Innenhochdrucks der Hohlkörper (2) durch zumindest teilweise Anlage an nicht- rotationssymmetrischen Flächen der Wandung der Durchgangsöffnung (13) der Nabe (12) und/oder der Wandung der Bohrung (11) mit dem Ausgleichsgewicht (5) und/oder den Funktionselementen formschlüssig verbunden wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eines der offenen Enden (9) des Hohlkörpers (2) mit einem das Ende verschließenden Anbindungsbauteil (10) für Antriebsbauteile wie Kettenräder oder Zentrifugen reibverschweißt wird.
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