DE102006051996A1

DE102006051996A1 - Ausgleichswelleneinheit

Info

Publication number: DE102006051996A1
Application number: DE102006051996A
Authority: DE
Inventors: Roland Marzy; Michael Messing; Andreas Hölzl; Ewald Sieberer
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-04
Also published as: KR20080040600A; US20080202463A1; US7703429B2; KR100965921B1; DE102006051996B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelleneinheit für einen Massen- oder Momentenausgleich für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Ausgleichswelleneinheit umfasst ein Gehäuseteil und zumindest eine Ausgleichswelle mit zumindest einem Ausgleichsgewicht. Das Gehäuseteil ist einstückig ausgeführt und weist wenigstens zwei integrierte Lagerabschnitte mit einer jeweiligen Lageröffnung auf. An den Längsenden der Ausgleichswelle ist eine jeweilige Aussparung ausgebildet, in welcher ein jeweiliger Lagerzapfen angeordnet ist, der mit der Ausgleichswelle starr verbunden ist und der einen zylindrischen Lagerabschnitt aufweist, der in jeweils einer der Lageröffnungen gelagert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichswelleneinheit für einen Massen- oder Momentenausgleich für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Ausgleichswellen haben den Zweck, die bei Verbrennungskraftmaschinen entstehende Massenkräfte und -momente auszugleichen. Bei bestimmten Motortypen, beispielsweise bei Reihenmotoren mit vier Zylindern, werden derartige Ausgleichswellen paarweise eingesetzt, wobei die Ausgleichswellen mit der doppelten Kurbelwellendrehzahl gegenläufig rotieren. Aufgrund der hohen Drehzahl werden die Ausgleichswellen sowie die sie lagernden Komponenten stark belastet.
Ausgleichswelleneinheiten, die ein Gehäuse und derartige Ausgleichswellen oder Ausgleichswellenpaare aufweisen, sind grundsätzlich bekannt. Derartige bekannte Ausgleichswelleneinheiten, die den hohen Belastungen standhalten und trotzdem zuverlässig die auftretenden Massenkräfte und -momente kompensieren, sind allerdings unerwünscht aufwendig in der Herstellung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ausgleichswelleneinheit zu schaffen, die den Forderungen nach hoher Präzision der Lagerung der Ausgleichswelle bei zuverlässiger Befestigung und hoher Stabilität genügt, gleichzeitig aber möglichst wenig Bauraum beansprucht und kostengünstig herzustellen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Ausgleichswelleneinheit für einen Massen- oder Momentenausgleich für Verbrennungskraftmaschinen umfasst ein Gehäuseteil und zumindest eine Ausgleichswelle mit zumindest einem Ausgleichsgewicht. Das Gehäuseteil ist einstückig ausgeführt und weist wenigstens zwei integrierte Lagerabschnitte mit einer jeweiligen Lageröffnung auf. Die Lageröffnungen werden also beispielsweise nicht durch geteilte Lagerbügel oder dergleichen gebildet.
Die Ausgleichswelleneinheit zeichnet sich dadurch aus, dass an den beiden Längsenden der Ausgleichswelle eine jeweilige Aussparung ausgebildet ist, in welcher ein jeweiliger Lagerzapfen angeordnet ist. Dieser Lagerzapfen ist mit der Ausgleichswelle starr verbunden und weist einen zylindrischen Lagerabschnitt auf, der in jeweils einer der Lageröffnungen gelagert ist.
Mit anderen Worten weist die Ausgleichswelleneinheit lediglich ein einziges Gehäusebauteil für die Befestigung und Lagerung der Ausgleichswelle auf. An diesem Gehäuseteil wird die zumindest eine Ausgleichswelle mittels Lagerzapfen gelagert. Die Lagerabschnitte der Lagerzapfen sind in den Lageröffnungen der Lagerabschnitte des Gehäuseteils angeordnet. Im einfachsten Fall umfasst eine erfindungsgemäße Ausgleichswelleneinheit also lediglich eine Ausgleichswelle mit Ausgleichsgewicht, ferner ein Gehäuseteil und zwei Lagerzapfen.
Durch die geringe Anzahl von Bauteilen können die Herstellungskosten reduziert werden. Außerdem kann eine derartige Ausgleichswelleneinheit in wenigen, einfachen Schritten montiert werden, was zusätzlich zu Kos teneinsparungen führt. Eine Reduktion der Anzahl der erforderlichen Bauteile und der erforderlichen Montageschritte verbessert auch die Prozesssicherheit bei der Herstellung. Die einteilige Bauweise des Gehäuseteils wirkt sich überdies vorteilhaft auf die Stabilität der Ausgleichswelleneinheit aus.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelleneinheit sind die Ausgleichswelle und das zumindest eine Ausgleichsgewicht einstückig ausgeführt, was zu einer zusätzlichen Reduzierung der Anzahl von Bauteilen führt. Ein aufwendiges Positionieren und Justieren der Ausgleichsgewichte entfällt somit.
Entsprechend der zu erwartenden Belastungen können die Lagerabschnitte der Lagerzapfen von Lagerbuchsen umgeben sein. Derartige Gleitlagerbuchsen sind vorteilhafterweise einstückig ausgeführt, was deren Belastbarkeit steigert.
Die starre Verbindung der Lagerzapfen mit der Ausgleichswelle lässt sich auf besonders einfache Weise durch einen Presssitz der Lagerzapfen in den jeweiligen Aussparungen der Ausgleichswelle realisieren.
Die Länge der Ausgleichswelle kann dem Abstand zwischen den Lagerabschnitten des Gehäuseteils entsprechen oder kürzer sein als dieser Abstand.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Lagerzapfen an ihren freien Enden einen jeweiligen Sicherungsbund auf, der bezüglich des La gerabschnitts des betreffenden Lagerzapfens radial verbreitert ist und der eine einfache axiale Festlegung der Ausgleichswelle an den Lagerabschnitten des Gehäuseteils bewirkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Ausgleichswelleneinheit weist zumindest ein Lagerzapfen ein Zahnrad auf, das an dem der Ausgleichswelle abgewandten Ende des Lagerzapfens angeordnet ist. Es ist bevorzugt, dass der Lagerzapfen und das Zahnrad einstückig ausgebildet sind.
Ein derartiges Zahnrad kann zugleich den genannten Sicherungsbund des betreffenden Lagerzapfens darstellen.
Weiterhin kann zumindest einer der Lagerabschnitte des Gehäuseteils eine zusätzliche Lageröffnung zur Aufnahme einer die Ausgleichswelle antreibenden Welle oder einer für den Antrieb der Ausgleichswelle vorgesehenen Getriebewelle aufweisen. Dies ermöglicht eine besonders kompakte und stabile Bauweise der Ausgleichswelleneinheit.
Bei einer besonders leichten und kostengünstigen, aber dennoch stabilen Ausführungsform des Gehäuseteils ist dieses im Wesentlichen durch einen Verbindungssteg gebildet, der die Lagerabschnitte miteinander verbindet.
Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelleneinheit in einer perspektivischen Schnittansicht;
1b eine schematische Schnittansicht durch einen Lagerabschnitt der in 1a dargestellten Ausgleichswelleneinheit;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelleneinheit in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht;
3 einen Lagerzapfen, der von einer Lagerbuchse umgeben ist, in einer Schnittansicht.
1a zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausgleichswelleneinheit 10. Die Ausgleichswelleneinheit 10 für einen Massen- oder Momentenausgleich für einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) umfasst ein einstückiges Gehäuseteil 12 und eine Ausgleichswelle 14.
Das Gehäuseteil 12 weist zwei Lagerabschnitte 16 auf, die an einem Verbindungssteg 18 angeformt sind. Die beiden Lagerabschnitte 16 erstrecken sich im Wesentlichen entlang einer jeweiligen Normalebene zu der Längsachse des Verbindungsstegs 18. In den Lagerabschnitten 16 sind Lageröffnungen 20 vorgesehen. Befestigungsbohrungen 22 ermöglichen die Befestigung der Ausgleichswelleneinheit 10 an dem Motor (nicht gezeigt).
Zwischen den Lagerabschnitten 16 des Gehäuseteils 12 ist die Ausgleichswelle 14 angeordnet, wobei die Ausgleichswelle 14 integrierte Ausgleichsgewichte 24 aufweist. Mit anderen Worten sind die Ausgleichswelle 14 und die Ausgleichsgewichte 24 einstückig ausgeführt.
Die beiden Stirnseiten der Ausgleichswelle 14 sind mit axialen Aussparungen 26 versehen, die koaxial zu einer Rotationsachse 28 der Aus gleichswelle 14 angeordnet sind. Die Aussparungen 26 – beispielsweise Bohrungen – sind für die Aufnahme von axial einzusetzenden Lagerzapfen 30 vorgesehen. Die Lagerzapfen 30 sind mittels eines Presssitzes mit der Ausgleichswelle 14 starr verbunden. Die sowohl drehfeste als auch axialfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine Schrumpfverbindung realisiert werden. Dabei werden die Lagerzapfen 30, bevor sie durch die Lageröffnungen 20 hindurch in die Aussparungen 26 eingeführt werden, abgekühlt, so dass sich der Umfang der der Ausgleichswelle 14 zugewandten Enden der Lagerzapfen 30 kurzzeitig reduziert. Die Abmessungen der Lagerzapfen 30 bzw. der Aussparungen 26 sind so bemessen, dass sich die Lagerzapfen 30 in einem kalten Zustand leicht in die jeweilige Aussparung 26 einführen lassen. Bei einem anschließenden Erwärmen der Lagerzapfen 30 auf die Temperatur der Ausgleichswelle 14 dehnen diese sich wieder aus und verpressen sich in der jeweiligen Aussparung 26. So wird eine zuverlässige und hochgradig belastbare Verbindung zwischen den Lagerzapfen 30 und der Ausgleichswelle 14 geschaffen. Optional wird für das Bewerkstelligen dieser Schrumpfverbindung auch die Ausgleichswelle 14 kurzzeitig erwärmt.
Die Lagerzapfen 30 weisen jeweils einen zylindrischen Lagerbereich 32 auf, der in jeweils einer der Lageröffnungen 20 der Lagerabschnitte 16 des Gehäuseteils 20 gelagert ist. Dabei umschließt der jeweilige Lagerabschnitt 16 des Gehäuseteils 20 den betreffenden Lagerbereich 32 des Lagerzapfens 30 einstückig umfänglich. An der Ausgleichswelle 14 selbst sind also keine Lagerabschnitte zur Lagerung der Ausgleichswelle 14 in den Lageröffnungen 20 vorgesehen. Die Schmierung der durch die Lagerbereiche 32 der Lagerzapfen 30 und die Lageröffnungen 20 gebildeten Gleitlager wird durch die Zufuhr von Schmiermittel durch Ringnuten 34 sichergestellt, die wiederum durch nicht gezeigte Schmiermittelkanäle mit Schmiermittel versorgt werden.
Das Gehäuseteil 12 weist an einem der Lagerabschnitte 16 außerdem eine weitere Lageröffnung 20' auf, die der Aufnahme einer die Ausgleichswelle 14 antreibenden Welle oder einer für den Antrieb der Ausgleichswelle vorgesehenen Getriebewelle dient. In der dargestellten Ausführungsform ist in der Lageröffnung 20' ein kurzer Wellenabschnitt mit einem Synchronrad 36 angeordnet, das beispielsweise wiederum durch ein nicht gezeigtes Antriebszahnrad angetrieben werden kann.
Das als Zahnrad ausgebildete Synchronrad 36 kämmt mit einem Zahnrad 38, welches ein integraler Teil des in der Darstellung gemäß 1a rechten Lagerzapfens 30 ist. Grundsätzlich kann es sich bei dem Zahnrad 38 zum Antrieb der Ausgleichswelle 14 aber auch um ein separates Bauteil handeln, welches mit dem Lagerzapfen 30 beispielsweise durch einen Presssitz verbunden ist.
Das Zahnrad 38 bildet zugleich einen Sicherungsbund des betreffenden Lagerzapfens 30, der für eine axiale Sicherung der Ausgleichswelle 14 an dem betreffenden Lagerabschnitt 16 des Gehäuseteils 20 sorgt. An dem anderen Lagerzapfen 30 wird diese Funktion von einem eigens vorgesehenen, mit diesem Lagerzapfen 30 jedoch integral ausgebildeten Sicherungsbund 39 erfüllt.
Wie der 1a zu entnehmen ist, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Ausgleichswelleneinheit 10 um ein Bauteil, welches aus wenigen Einzelteilen besteht. Dadurch werden einerseits Kosten bei der Herstellung für die einzelnen Bauteile eingespart, andererseits aber auch die Montage der Ausgleichswelleneinheit 10 vereinfacht.
1b zeigt einen Schnitt durch den in der Darstellung gemäß 1a linken Lagerabschnitt 16 der Ausgleichswelle 10. Die Schnittebene liegt senkrecht zur Rotationsachse 18 in der durch die Linie AA' (1a) angedeuteten Position. Wie bereits ausgeführt, ist der Lagerbereich 32 des Lagerzapfens 30 in der Lageröffnung 20 des Lagerabschnitts 16 angeordnet. 1b verdeutlicht, dass der Lagerabschnitt 16 des Gehäuseteils 12 keine Trennfläche aufweist. Die Lageröffnung 20 ist also in einem einzigen Bauteil ausgebildet. Somit sind beispielsweise nicht zwei Lagerbügel oder ähnliche Bauteilen vorgesehen, die erst zusammen – beispielsweise in einem montierten Zustand – die Lageröffnung 20 bilden. Der Zwischenraum zwischen dem Lagerbereich 32 und der Lageröffnung 20 und die Ringnut 34 sind zur Verdeutlichung überhöht dargestellt. Ein die Ringnut 34 mit Schmiermittel versorgender Schmiermittelkanal ist nicht gezeigt.
Bei der Montage der Ausgleichswelleneinheit 10 wird die Ausgleichswelle 14 zwischen den Lagerabschnitten 16 des Gehäuseteils 12 angeordnet. Anschließend werden auf die vorstehend beschriebene Weise die Lagerzapfen 30 an der Ausgleichswelle 14 befestigt. Im einfachsten Fall besteht die erfindungsgemäße Ausgleichswelleneinheit somit lediglich aus vier Bauteilen, nämlich zwei Lagerzapfen 30, einer Ausgleichswelle 14 und einem Gehäuseteil 12.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelleneinheit 10 schematisch dargestellt. In diesem Fall ist die Ausgleichswelle 14 nicht einstückig ausgeführt, sondern umfasst zwei separate Ausgleichsgewichte 24. Die Ausgleichsgewichte 24 können auf verschiedene Arten mit der Ausgleichswelle 14 verbunden sein. Beispielsweise können die Ausgleichsgewichte 24 an der Ausgleichswelle 14 durch einen Presssitz oder mittels Schrauben, Passstiften, Spannhülsen oder durch Schweißverbindungen befestigt sein.
3 zeigt eine Lagerbuchse 40, die zwischen dem Lagerbereich 32 des Lagerzapfens 30 und der Lageröffnung 20 angeordnet ist. Eine derartige Lagerbuchse 40 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, um den hohen Belastungen, die bei Betrieb der Ausgleichswelleneinheit 10 auftreten, standhalten zu können. Für viele Anwendungen ist eine Lagerung der Lagerzapfen 30 direkt in den Lageröffnungen 20 allerdings ausreichend.
Die Ausgleichswelleneinheit kann außer den genannten Bauteilen auch beispielsweise ein zylindrisches Rohr umfassen, das die zumindest eine Ausgleichswelle umgibt, um ein Aufschäumen des umgebenden Schmiermittels während des Betriebs zu verhindern. Zusätzliche Gehäuseteile können vorgesehen sein, um die Ausgleichswelleneinheit abzudecken.

10: Ausgleichswelleneinheit
12: Gehäuseteil
14: Ausgleichswelle
16: Lagerabschnitt
18: Verbindungssteg
20, 20': Lageröffnung
22: Befestigungsbohrung
24: Ausgleichsgewicht
26: Aussparung
28: Rotationsachse
30: Lagerzapfen
32: Lagerbereich
34: Ringnut
36: Synchronrad
38: Zahnrad
39: Sicherungsbund
40: Lagerbuchse

Claims

Ausgleichswelleneinheit für einen Massen- oder Momentenausgleich für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Ausgleichswelleneinheit ein Gehäuseteil (12) und zumindest eine Ausgleichswelle (14) mit zumindest einem Ausgleichsgewicht (24) umfasst, und wobei das Gehäuseteil (12) einstückig ausgeführt ist und wenigstens zwei integrierte Lagerabschnitte (16) mit einer jeweiligen Lageröffnung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Längsenden der Ausgleichswelle (14) eine jeweilige Aussparung (26) ausgebildet ist, in welcher ein jeweiliger Lagerzapfen (30) angeordnet ist, der mit der Ausgleichswelle (14) starr verbunden ist und der einen zylindrischen Lagerabschnitt (32) aufweist, der in jeweils einer der Lageröffnungen (20) gelagert ist.
Ausgleichswelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (14) und das zumindest eine Ausgleichsgewicht (24) einstückig ausgeführt sind.
Ausgleichswelleneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerabschnitte (32) der Lagerzapfen (30) von einstückigen Lagerbuchsen (40) umgeben sind.
Ausgleichswelleneinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerzapfen (30) durch einen Presssitz mit der Ausgleichswelle (14) verbunden sind.
Ausgleichswelleneinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Ausgleichswelle (14) dem Abstand zwischen den Lagerabschnitten (16) des Gehäuseteils (12) entspricht oder kürzer ist als dieser Abstand.
Ausgleichswelleneinheit nach zumindest nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Lagerzapfen (30) an der der Ausgleichswelle (14) abgewandten Seite des zugeordneten Lagerabschnitts (16) des Gehäuseteils (12) einen Sicherungsbund (39) aufweist.
Ausgleichswelleneinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Lagerzapfen (30) ein Zahnrad (38) aufweist, das an der der Ausgleichswelle (14) abgewandten Seite des zugeordneten Lagerabschnitts (16) des Gehäuseteils (20) angeordnet ist.
Ausgleichswelleneinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (30) und das Zahnrad (38) einstückig ausgebildet sind.
Ausgleichswelleneinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Lagerabschnitte (16) des Gehäuseteils (12) eine zusätzliche Lageröffnung (20') zur Aufnahme einer die Ausgleichswelle antreibenden Welle oder einer für den Antrieb der Ausgleichswelle (14) vorgesehenen Getriebewelle aufweist.
Ausgleichswelleneinheit nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (12) im Wesentlichen einen Verbindungssteg (18) umfasst, der die Lagerabschnitte (16) miteinander verbindet.