DE102006032592A1

DE102006032592A1 - Verfahren zur Montage eines Ausgleichswellengetriebes und Ausgleichswellengetriebe

Info

Publication number: DE102006032592A1
Application number: DE200610032592
Authority: DE
Inventors: Georg Gruber; Johann Stastny; Christian Schroecker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: DE102006032592B4

Abstract

Verfahren zur Montage eines Ausgleichswellengetriebes für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei das Ausgleichswellengetriebe zumindest eine erste und eine zweite Ausgleichswelle (1, 2) aufweist, die gegenläufig zueinander rotierend und parallel zueinander ausgerichtet sind, mit einem ersten und einem zweiten exzentrisch zu ihren Rotationsachsen angeordneten Ausgleichsgewicht (3, 4), das jeweils separat auf die Ausgleichswelle (1, 2) montierbar ist, wobei die in ersten und zweiten Lagern (5, 6) gelagerten Ausgleichswellen (1, 2) über ein erstes und ein zweites an den Ausgleichswellen (1, 2) angeordnetes Zahnrad (7, 8) angetrieben werden.
Durch die erfindungsgemäße Montage eines Ausgleichswellengetriebes wird das Verdrehflankenspiel minimiert, wodurch ein Verzahnungsrasseln deutlich minimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Ausgleichswellengetriebes und ein Ausgleichswellengetriebe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 07 180 A1 aus. In dieser ist eine Vorrichtung zum Massenausgleich an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei gegenläufig rotierenden Ausgleichswellen, die mit exzentrisch zur Rotationsachse angeordneten Ausgleichsgewichten versehen und über ein an den Ausgleichswellen befestigte Zahnräder angetrieben und in Lagern gelagert sind, beschrieben. Zur Verminderung eines Zähnerasselns des Ausgleichswellengetriebes wird vorgeschlagen, dass die Zahnräder an den Ausgleichswellen in gleicher Richtung wie die Ausgleichsgewichte geringfügig exzentrisch zu den Rotationsachsen angeordnet sind. Um dieses Ziel zu erreichen wird weiter vorgeschlagen, dass die Exzentrizität der Zahnradmittelachse gegenüber der Rotationsachse die Größe des halben Lagerspiels in den Lagern beträgt. Alternativ dazu wird vorgeschlagen, dass das Zahnrad auf einen gegenüber der Rotationsachse geringfügig exzentrisch liegenden Wellenzapfen der Ausgleichswelle aufgesetzt ist.
Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung des Ausgleichswellengetriebes ist der relativ hohe bauliche Aufwand um die vorgeschlagene Exzentrizität zur Minimierung des Zähnerasselns zu erzielen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit für eine vereinfachte Fertigung und Montage eines Ausgleichswellengetriebes bei gleichzeitiger Reduzierung des Verdrehflankenspiels zur Minimierung des Verzahnungsrasselns aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch das kleinere maximale Verdrehflankenspiel wird in vorteilhafter Weise das Akustikverhalten bezüglich des Verzahnungsrasselns wesentlich verbessert. Aufwendige Maßnahmen für die Reduzierung des Verdrehflankenspiels, wie z. B. das Paaren von Zahnrädern zum Gehäuse oder die Selektion von Zahnrädern mit sehr geringem Rundlauffehler, können durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren entfallen.
Die Verfahren gemäß der Patentansprüche 2 und 3 sind besonders bevorzugte Verfahren zur Bestimmung des maximalen Rundlauffehlers der Zahnräder.
Die Montageverfahren für die Zahnräder gemäß Patentanspruch 4 sind besonders bevorzugte Montagevarianten.
Die Montageverfahren für die Ausgleichsgewichte gemäß Patentanspruch 5 sind ebenfalls bevorzugte Montagevarianten.
Das Ausgleichswellengetriebe gemäß Patentanspruch 6 weist erfindungsgemäß ein wesentlich verringertes Verzahnungsrasseln auf.
Die Lagerungen gemäß Patentanspruch 7 sind bevorzugte Lagerungsvarianten für die Ausgleichswellen.
Im Folgenden sind die Ursache eines Verzahnungsrasselns und die vorteilhafte Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vier Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine Istspiel-Situation für ein rotierendes Ausgleichswellengetriebe in dem Moment, wenn ein erstes und ein zweites Ausgleichsgewicht zueinander gerichtet sind.
2 zeigt schematisch eine Istspiel-Situation für das rotierende Ausgleichswellengetriebe in dem Moment, wenn das erste und das zweite Ausgleichsgewicht diametral zueinander gerichtet sind.
3 zeigt schematisch einen Lagerspielverlauf bei einer Verdrehung der ersten und der zweiten Ausgleichswelle um 360°.
4 zeigt schematisch den aufgrund der Erfindung resultierenden Lagerspielverlauf eines Ausgleichswellengetriebes bei Drehung der ersten und der zweiten Ausgleichswelle um 360°.
Wie allgemein bekannt ist, neigen Ausgleichswellengetriebe für Brennkraftmaschinen bei zu großen Verdrehflankenspielen zum sog. „Verzahnungsrasseln" und bei zu kleinen Verdrehflankenspielen zum sog. „Verzahungssingen". In der Praxis, d. h. in der Serienherstellung von Ausgleichswellengetrieben wird daher versucht, das Toleranzband für das Verdrehflankenspiel (Vfs) so klein wie möglich zu halten, um sowohl das Verzahnungsrasseln als auch das Verzahnungssingen so wert wie möglich zu minimieren. Um dieses Ziel zu erreichen wird versucht, das Verdrehflankenspiel so wert wie möglich an die untere Grenze, dem minimalen Verdrehflankenspiel (Vfs_min) zu schieben, um ein Verzahnungsrasseln zu verhindern. Das Verdrehflankenspiel eines Ausgleichswellengetriebes setzt sich aus folgenden Einflussparametern zusammen:

– Achsabstandstoleranz einer ersten und einer zweiten Ausgleichswelle 1, 2;
– Radiallagerspiele als Funktion eines Durchmessers der ersten und der zweiten Ausgleichswelle 1, 2 mit zugehörigen Lagerbohrungen;
– Zweikugelmaß von Verzahnungen eines ersten und eines zweiten Zahnrades 7, 8 zum Antrieb der ersten und der zweiten Ausgleichswelle 1, 2;
– Rundlauffehler der Verzahnungen des ersten und des zweiten Zahnrades 7, 8.

Mit oben genannten Parametern ergibt sich für ein herkömmlich montiertes Ausgleichswellengetriebe ein maximales Verdrehflankenspiel (Vfs_max): Vfsmax = Vfsmin + VfsAchsabstand + VfsRadiallagerspiel + VfsZweikugelmaß + VfsRundlauffehler.
Bei der heute üblichen Montage eines gattungsgemäßen Ausgleichswellengetriebes ergibt sich bei einer Betrachtung im schlimmsten Fall somit eine Aufsummierung aller Einflüsse, wobei an der oberen Toleranzgrenze die Ausgleichswellenverzahnungen sehr stark zum Rasseln neigen.
1 zeigt schematisch eine Istspiel-Situation für ein rotierendes Ausgleichswellengetriebe in dem Moment einer Drehung der ersten und der zweiten Ausgleichswelle 1, 2, wenn durch Pfeile symbolisch dargestellte Aus gleichsgewichte 3, 4 der Ausgleichswellen 1, 2 zueinander gerichtet sind. Die erste und die zweite Ausgleichswelle 1, 2 sind parallel zueinander ausgerichtet und in den Lagerbohrungen von einem ersten Lager 5 und einem zweiten Lager 6 gelagert. Das erste Zahnrad 7 ist an die erste Ausgleichswelle 1 und das zweite Zahnrad 8 ist an die zweite Ausgleichswelle 2 angeordnet, zum Antrieb der beiden Ausgleichswellen 1, 2. Bei Drehung der Ausgleichswellen 1, 2 ziehen die durch Pfeile symbolisch dargestellten Ausgleichsgewichte 3, 4 die Ausgleichswellen 1, 2 in den Lagerbohrungen des ersten und des zweiten Lagers 5, 6 zueinander, wenn sich die Ausgleichsgewichte 4, 5 gegenüberstehen, d. h. der Abstand der ersten und die zweiten Ausgleichswelle 1, 2 wird verringert mit dem Effekt einer Verringerung des Verdrehflankenspiels. Dieser Effekt tritt aufgrund eines dringend benötigten Lagerspiels in den Lagern 5, 6 auf. Die Auswirkung der Massenkräfte durch die Ausgleichsgewichte 5, 6 ist somit ebenfalls durch die zwei Pfeile dargestellt. Die Bezugszeichen aus 1 gelten für gleiche Bauteile auch in den 2 und 3.
In 2 ist der gleiche Zusammenhang wie in 1 nochmals dargestellt, jedoch befinden sich in 2 während der Drehung der ersten und der zweiten Ausgleichswelle 1, 2 das erste und das zweite Ausgleichsgewicht 3, 4 diametral einander gegenüber. In diesem Moment der Drehung ziehen die Massenkräfte des ersten und des zweiten Ausgleichsgewichts 3, 4 die Ausgleichswellen 1, 2 in den Lagerbohrungen der Lager 4, 5 nach außen, schematisch wieder durch zwei Pfeile dargestellt, d. h. in Richtung einer Abstandsvergrößerung. In dieser Konstellation ergibt sich im Gegensatz zu 1 ein größeres Verdrehflankenspiel, das zum Verzahnungsrasseln führen kann.
In 3 ist die Drehung der ersten und der zweiten Ausgleichswelle 1, 2 aus den 1 und 2 mit einem zugehörigem Verdrehflankenspiel 9 nochmals graphisch dargestellt. Das Verdrehflankenspiel 9 ist über eine 360° Drehung der Ausgleichswellen 1, 2 dargestellt. Bei minimalem Verdrehflankenspiel ist nochmals schematisch die Lage des ersten und des zweiten Ausgleichsgewichts 3, 4 an der ersten und zweiten Ausgleichswelle 1, 2 dargestellt. Ebenso ist im Bereich des größten Verdrehflankenspiels die Lage der Ausgleichsgewichte 3, 4 an den Ausgleichswellen 1, 2 dargestellt.
In 4 ist das Verdrehflankenspiel mit einem erfindungsgemäß gerichteten Verbau des Rundlauffehlers des ersten und des zweiten Zahnrades 7, 8 dargestellt. Korrespondierend zu 3 ist wiederum das Verdrehflankenspiel 9 über 360° Drehwinkel der der ersten und der zweiten Ausgleichswelle 1, 2 dargestellt. Diesem graphischen Verlauf ist ein Rundlauffehler 10 des ersten und des zweiten Zahnrades 7, 8 überlagert. Wie ersichtlich, sind das Verdrehflankenspiel 9 und der Rundlauffehler 10 jeweils sinusförmig gegenläufig und eliminieren sich hierdurch weitgehend. In Summe entsteht ein ausgeglichenes Verdrehflankenspiel über die Umdrehung der zwei Ausgleichswellen 1, 2. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage des Ausgleichswellengetriebes ergibt sich somit ein optimiertes Verdrehflankenspiel 9a. Aufgrund dieses optimierten Verdrehflankenspiels 9a kann nun in vorteilhafter Weise zusätzlich zur weitgehenden Eliminierung des Verdrehflankenspiels 9 und des Rundlauffehlers 10 eine Achsabstandsreduzierung 11 durchgeführt werden.
Somit ergibt sich eine neue, erfindungsgemäß optimierte Berechnungsformel zur Berechnung des Verdrehflankenspiels: Vfsmax = Vfsmin + VfsAchsabstand + VfsZweikugelmaß + VfsRadiallagerspiel – VfsRundlauffehler – VfsAchsabstandsreduzierung.
Durch die Montage des Ausgleichswellengetriebes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Toleranzbereich um bis zu 50 % reduziert werden, wobei das kleinere maximale Verdrehflankenspiel das Akustikverhalten bezüglich Verzahnungsrasseln wesentlich verbessert. Aufwendige Maßnah men für die Reduzierung des Verdrehflankenspiels, wie z. B. das Paaren von dem ersten und dem zweiten Zahnrad 7, 8 zum Ausgleichswellengetriebegehäuse oder von dem ersten und dem zweiten Zahnrad 7, 8 mit sehr geringem Rundlauffehler, können entfallen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die maximalen Rundlauffehler des ersten und des zweiten Zahnrades 7, 8, entweder über eine Achsabstandsmessung mit einem Meisterzahnrad oder durch in Eingriff bringen des ersten und des zweiten Zahnrades 7, 8 mit anschließender Messung des Achsabstandes der Zahnräder 7, 8, ermittelt.
Vorzugsweise werden das erste und das zweite Zahnrad 7, 8 sowie das erste und das zweite Ausgleichsgewicht 3, 4 auf die erste und die zweite Ausgleichswelle 1, 2 kraftschlüssig thermisch geschrumpft oder materialschlüssig geschweißt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch Löten als materialschlüssige Verbindung möglich. Auch formschlüssige Verbindungen oder Kombinationen aus form-, kraft- oder materialsschlüssigen Verbindungen sind möglich.
Als erstes und zweites Lager 6, 7 werden vorzugsweise Gleitlager verwendet, jedoch können auch Wälzlager, beispielsweise Kugel- oder Nadellager in dem Ausgleichswellengetriebe eingesetzt werden.

1: erste Ausgleichswelle
2: zweite Ausgleichswelle
3: erstes Ausgleichsgewicht
4: zweites Ausgleichsgewicht
5: erstes Lager
6: zweites Lager
7: erstes Zahnrad
8: zweites Zahnrad
9: Verdrehflankenspiel
9a: optimiertes Verdrehflankenspiel
10: Rundlauffehler
11: Achsabstandsreduzierung

Claims

Verfahren zur Montage eines Ausgleichswellengetriebes für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei das Ausgleichswellengetriebe zumindest eine erste und eine zweite Ausgleichswelle (1, 2) aufweist, die gegenläufig zueinander rotierenden und parallel zueinander ausgerichtet sind, mit einem ersten und einem zweiten exzentrisch zu ihren Rotationsachsen angeordneten Ausgleichsgewicht (3, 4) das jeweils separat auf die Ausgleichswelle (1, 2) montierbar ist, wobei die in ersten und zweiten Lagern (5, 6) gelagerten Ausgleichswellen (1, 2) über ein erstes und ein zweites an den Ausgleichswellen (1, 2) angeordnetes Zahnrad (7, 8) angetrieben werden, gekennzeichnet durch folgende Fertigungsschritte: – Messen eines Rundlauffehlers des ersten und des zweiten Zahnrades (7, 8) und – Markieren des maximalen Rundlauffehlers oder Markieren der Position mit dem maximalen Achsabstand und Feststellen des Bereiches mit dem größten und dem kleinsten Radius für jedes Zahnrad (7, 8); – Einlegen der Ausgleichswellen (1, 2) in die Lager (5, 6); – Ortsfestes Fügen des ersten und des zweiten Zahnrades (7, 8) auf die erste und die zweite Ausgleichswelle (1,2), derart, dass der maximale Rundlauffehler der Zahnräder (7, 8) zueinander in Eingriff gebracht ist; – Fügen des ersten und des zweiten Ausgleichsgewichtes (3, 4) auf die erste und die zweite Ausgleichswelle (1, 2) derart, dass die Massen der Ausgleichsgewichte (3, 4) diametral zueinander an den Ausgleichswellen (1, 2) angeordnet sind, so dass die Fliehkraftwirkung des ersten und des zweiten Ausgleichsgewichts (3, 4) entgegen des maximalen Rundlauffehlers des ersten und des zweiten Zahnrades (7, 8) wirkt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Rundlauffehler des ersten und des zweiten Zahnrades (7, 8) über eine Achsabstandsmessung mit einem Meisterzahnrad gemessen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des maximalen Rundlauffehlers des ersten und des zweiten Zahnrades (7, 8) das erste und das zweite Zahnrad (7, 8) in Eingriff gebracht werden und eine Achsabstandsmessung der beiden Zahnräder durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (7, 8) auf die Ausgleichswellen (1, 2) geschrumpft oder geschweißt werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgewichte (3, 4) auf die Ausgleichswellen (1, 2) geschrumpft oder geschweißt werden.
Ausgleichswellengetriebe für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine hergestellt nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichswellengetriebe zumindest eine erste und eine zweite Ausgleichswelle (1, 2) aufweist, die gegenläufig zueinander rotierenden und parallel zueinander ausgerichtet sind, mit einem ersten und einem zweiten exzentrisch zu ihren Rotationsachsen angeordneten Ausgleichsgewicht (3, 4), das jeweils separat auf die Ausgleichswelle (1, 2) montierbar ist, wobei die in ersten und zweiten Lagern (5, 6) gelagerten Ausgleichswellen (1, 2) über ein erstes und ein zweites an den Ausgleichswellen angeordnetes Zahnrad (7, 8) angetrieben werden.
Ausgleichswellengetriebe nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Ausgleichswelle (1, 2) in einem Gleit- oder einem Wälzlager gelagert sind.