DE102008022307A1

DE102008022307A1 - Axialanlaufscheiben partiell für Unwuchtwellen

Info

Publication number: DE102008022307A1
Application number: DE102008022307A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Solfrank
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-11-12
Also published as: US20090279822A1; US8276561B2

Abstract

Axialanlaufscheiben 20 sind im axialen Kontaktbereich der Lagerlaufbahn 16 einer Unwuchtwelle 10 vorgesehen, wobei sich die Axialanlaufscheiben 20 in Umfangsrichtung nicht über 360° erstrecken, sondern nur über wenig mehr als die in diesem Bereich verlaufenden Unwuchtmassen 14. Die Endabschnitte 24 der Axialanlaufscheiben 20 werden umgebogen, so dass sie sich unter Bildung eines trichterartigen Einführbereichs 28 für die Wälzkörper oder eienn die Wälzkörper aufnehmenden Käfig eines Wälzlagers an den ausgeprägten Unwchtmassen 14 abstützen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Axialanlaufscheiben für Unwuchtwellen.
Beim Betrieb eines Kolbens wird eine dynamische Kraft durch eine Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen. So wird die oszillierende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umgesetzt. In Folge der Hubbewegung der Kolben und Pleuel sowie infolge des ungleichförmigen Übertragungsverhaltens des Kurbeltriebs treten Massenkräfte auf, die sich in Motorlagern abstützen und benachbarte Strukturen zu Schwingungen anregen. Die Massenkräfte der linear bewegten Teile des Kurbeltriebes, also die oszillierenden Massen lassen sich durch eine auf einer Reihenentwicklung basierenden Formel näherungsweise darstellen, in der Massenkräfte von 1. und 2. Ordnung definiert werden.
Die rotierenden Massen des Kurbeltriebs können durch Gegengewichte an der Kurbelwelle ausgeglichen werden.
Oszillierende Massenkräfte der 1. und 2. Ordnung können bei Mehrzylindermotoren durch eine geschickte Anordnung der Zylinder vermieden oder vermindert werden. Bei Reihenmotoren mit weniger als 6 Zylindern und V-Motoren mit weniger als 8 Zylindern kommen oft Ausgleichswellen zum Einsatz. Um Massenkräfte 2. Ordnung auszugleichen, benötigt man mindestens 6 Zylinder beim Reihenmotor oder 8 Zylinder beim V-Motor, oder Ausgleichswellen, auf denen entsprechende Ausgleichsunwuchten mit doppelter Kurbelwellen-Drehzahl umlaufen.
Ausgleichswellen dienen also dazu, die freien Massenkräfte eines Hubkolbenmotors zu reduzieren oder zu beseitigen, um das Betriebsgeräusch und die Vibrationen zu reduzieren. Die an der Ausgleichswelle angebrachten Unwuchten oder exzentrischen Gewichte wirken den durch den Kurbeltrieb erzeugten Massenkräften entgegen. Die Ausgleichwellen werden durch Zahnräder, Ketten oder Zahnriemen von der Kurbelwelle synchron angetrieben. Je nach Motorbauart verwendet man meist eine oder zwei Ausgleichswellen.
Die Konstruktion von Ausgleichswellen unterliegt dem gängigen Prinzip, zwischen zwei Lagerstellen eine Massenanordnung vorzusehen, deren Schwerpunkt nicht auf der Drehachse der Ausgleichswelle liegt, wodurch eine ausgleichende Unwucht erzeugt wird. Eine derartige Ausgleichswelle geht aus der EP 1 081 410 B1 hervor. Wie in 14 dieser Schrift illustriert, ist der größte Unwuchtradius größer als der Radius des an die Unwuchtmassen unmittelbar angrenzenden Lagerzapfens. Obwohl der Lagerzapfen Teil eines Gleitlagers bildet, ist es auch denkbar, eine solche Ausgleichswelle mittels eines Wälzlagers und insbesondere mittels eines Nadellagers auf dem dann als Wälzkörperlaufbahn dienenden Lagerzapfen in der Brennkraftmaschine zu lagern. Sofern jedoch hierbei keine weiteren konstruktiven Maßnahmen getroffen werden, kann dies zu einem vorzeitigen Bauteilverschleiß führen, da der Lagerzapfen lediglich an einem Teilumfang durch die dort radial überstehenden Unwuchtmassen axial begrenzt ist und ein die Wälzkörper aufnehmender Käfig oder die Wälzkörper während ihres Umlaufs gegen eine Kante anlaufen können, die durch die lokal gegenüber dem Lagerzapfen vorspringende Unwuchtmasse entsteht.
Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit geschaffen, bei einer Unwuchtwelle den Verschleiß der Lagerbauteile zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand eines jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Allgemeinen werden bei der erfindungsgemäßen Lösung im axialen Kontaktbereich des Lagers an der Welle Axialanlaufscheiben angebracht, die sich in Umfangsrichtung nicht über 360° erstrecken, sondern nur über wenig mehr als die in diesem Bereich ausgeprägten Unwuchtmassen. Die Enden solcher Ringabschnitte werden derart umgebogen, dass sie einen trichterartigen Einführbereich für die Wälzkörper oder einen die Wälzkörper aufnehmenden Käfig des Wälzlagers sie sich beim Betrieb an den ausgeprägten Unwuchtmassen entgegen der Fliehkraft abstützen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Axialanlaufscheiben auf dem gesamten oder auf einem eventuell auch unterbrochenen Teilbereich in einer Nut, die in der Welle ausgebildet ist, in axialer Richtung fixiert.
Neben der Lösung der oben genannten Aufgabe kann damit eine zuverlässige Positionierung der Axialanlaufscheiben sowohl in radialer wie auch in axialer Richtung der Welle sichergestellt werden.
Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Lagerungsstelle einer Unwuchtwelle, mit Axialanlaufscheiben gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht einer Lagerungsstelle einer Unwuchtwelle, mit Axialanlaufscheiben gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
3 eine Draufsicht in axialer Richtung auf eine Axialanlaufscheibe gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Unwuchtwelle 10. Der Abschnitt der Unwuchtwelle 10 weist eine Lagerlaufbahn 16 auf, die sich konzentrisch zur Achse der Unwuchtwelle über den gesamten Umfang der Unwuchtwelle erstreckt. Seitlich in Axialrichtung neben der Lagerlaufbahn 16 sind Massen 14 angeordnet, welche die Unwucht der Unwuchtwelle bilden. Die Unwuchtmassen 14 sind asymmetrisch relativ zur Achse der Unwuchtwelle angeordnet. In 1 ist der größte Radius der Unwuchtmassen 14 unterhalb der Achse der Unwuchtwelle 10 angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 12 ist ein Bereich gekennzeichnet, welcher einen Übergang zwischen der Lagerlaufbahn 16 und den Unwuchtmassen 14 bildet. Der Übergangsbereich 12 kann zum Beispiel in Form einer versteifenden Rippe ausgebildet sein. In radialer Richtung weicht somit das Material von der Unwuchtwelle 10 von dem Abschnitt der Unwuchtmassen 14 aus in Richtung des Übergangsbereichs 12 zurück. Auf diese Weise wird am Übergangsbereich 12 zwischen der Unwuchtmasse 14 und dem Material des Übergangsbereichs 12 ein Absatz mit einer gegenüber der Lagerlaufbahn 16 vorspringenden Kante 30 zur Lagerlaufbahn 16 geschaffen. Eine derart geformte Unwuchtwelle 10 kann beispielsweise über Urformverfahren hergestellt werden.
Ferner sind in 1 zwei Axialanlaufscheiben 20 dargestellt. Diese weisen jeweils einen Ringabschnitt 22 und einen Endabschnitt 24 auf. Der Ringabschnitt 22 ist ein Segment eines Ringes. Mit anderen Worten, der Ringabschnitt 22 erstreckt sich lediglich über einen Teilumfang der Unwuchtwelle 10. In 1 ist der nach außen weisende Rand der Axialanlaufscheibe 20 zu sehen. In axialer Richtung weist die Axialanlaufscheibe 20 eine geringere Ausdehnung auf als in radialer Richtung. Der Endabschnitt 24 ist in axialer Richtung so um gebogen, dass gegenüber dem Ringabschnitt 22 ein glatter Übergang in Form eines Biegeradius vorliegt. Hierdurch wird ein trichterartiger Einführbereich 28 für die Wälzkörper oder für einen die Wälzkörper aufnehmenden Käfig eines nicht dargestellten Wälzlagers gebildet, so dass ein Anschlagen der Wälzkörper oder des Käfigs gegen die Kante 30 verhindert wird.
Durch das Umbiegen des Endabschnitts 24 der Axialanlaufscheibe 20 wird außerdem die Möglichkeit geschaffen, dass die Axialanlaufscheibe 20 sich auf einer der Unwuchtmassen 14, die seitlich zu der Lagerlaufbahn 16 ausgebildet ist, abstützt, und die Axialanlaufscheibe 20 bei einer Rotation der Unwuchtwelle 10 nicht aufgrund der Fliehkräfte von dieser abhebt. Diese Abstützung sorgt auch dafür, dass die Wälzkörper, die auf der Lagerlaufbahn 16 abrollen, bzw. der Käfig bei Kontakt mit der Axialanlaufscheibe 20 diese nicht in Umfangsrichtung mitnehmen. D. h., die Wälzkörper, die auf der Lagerlaufbahn 16 abrollen, und der diese aufnehmende Käfig bewegen sich im oberen Bereich (in 1) ohne axiale Führung und treten im unteren Bereich in einen Kanal ein, der durch die seitlich zur Lagerlaufbahn 16 angeordneten Unwuchtmassen 14 gebildet wird. Ein Verschleiß der Lagerbauteile wird nun dadurch verringert, dass die Wandung der Unwuchtmassen 14 und insbesondere der Kanten 30 durch die Axialanlaufscheiben 20 abgedeckt ist.
Bei der Herstellung und Montage der Axialanlaufscheiben 20 ist es denkbar, dass diese einerseits zunächst an ihren Endabschnitten 24 umgebogen werden, um anschließend an den Unwuchtmassen 14 eingehakt/montiert zu werden. Andererseits ist es denkbar, dass eine flach, als Ringabschnitt vorgefertigte Axialanlaufscheibe an der Unwuchtwelle 10 positioniert wird und erst dann die Endabschnitte 24 umgebogen werden. Je nach Ausbildung der Unwuchtwelle 10 kann es bei der Montage zu einer bevorzugten Reihenfolge der Montage der Lagerbauteile und auch der Axialanlaufscheiben 20 kommen. Damit würde dann auch eine Vorgabe hinsichtlich der ersten oder zweiten Herstellungs-/Montagevariante gemacht.
In den 2 und 3 ist eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. Hinsichtlich der wesentlichen Merkmale unterscheidet sich diese Ausführungsform nicht von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Auch hier sind die Axialanlaufscheiben 20 aus Ringabschnitten 22 und zumindest einem umgebogenen Endabschnitt 24 gebildet. Dieser sorgt ebenfalls dafür, dass eine Abstützung der Axialanlaufscheibe 20 auf der Unwuchtmasse 14 möglich ist, so dass sich die Axialanlaufscheibe 20 nicht infolge Rotation von der Unwuchtwelle 10 löst.
Als zusätzliches Merkmal weist die Axialanlaufscheibe 20 gemäß der zweiten Ausführungsform einen Vorsprung 26 auf. Dieser ist in einem mittleren Abschnitt am Innenumfang der Axialanlaufscheibe 20 radial nach innen ausgebildet. Eine Verwendung dieser Axialanlaufscheibe 20 ist aufgrund des Vorsprungs 26 nur möglich, wenn gleichzeitig in der Unwuchtwelle 10 zwischen der Unwuchtmasse 14 und der Lagerlaufbahn 16 eine Nut 18 ausgebildet ist, die geeignet ist, den Vorsprung 26 aufzunehmen. Gemäß der 2 und 3 erstreckt sich die Nut 18 lediglich auf einem Teilumfang der Unwuchtwelle 10. Der Vorteil der Axialanlaufscheibe 20 gemäß der zweiten Ausführungsform liegt darin, dass die Axialanlaufscheibe 20 aufgrund des Eingriffs des Vorsprungs 26 in die Nut 18 auch in axialer Richtung gesichert ist.
Alternativ ist es möglich, dass entlang des Innenumfangs der Axialanlaufscheibe 20 mehrere Vorsprünge 26 ausgebildet sind, die in eine korrespondierende Nut der Unwuchtwelle 10 eingreifen. Ferner kann der Innenumfang der Axialanlaufscheibe 20 insgesamt einen kleineren Radius aufweisen als der Radius der benachbarten Lagerlaufbahn 16, sodass die Axialanlaufscheibe 20 entlang ihrer gesamten Länge in eine Nut eingreift, wenn sie montiert ist.
Eine Montage der Axialanlaufscheibe 20 gemäß der zweiten Ausführungsform kann ebenfalls über zwei Varianten geschehen. Erstens kann die Axialanlaufscheibe 20 mit umgebogenem Endabschnitt 24 gefertigt werden und dann auf die Unwuchtwelle 10 aufgeschoben werden. Hierbei ist zu beachten, dass der zumindest eine umgebogene Endabschnitt 24 eine gewisse Elastizität aufwei sen muss, damit die Axialanlaufscheibe 20 vollständig positioniert werden kann. Hierzu wird der umgebogene Endabschnitt 24 zur Lagerlaufbahn 16 hin gebogen, bis der Vorsprung 26 in die Nut 18 eingreift und damit der umgebogene Endabschnitt 24 über den Rand der Unwuchtmasse 14 hinweg vorsteht und wieder in die gewünschte Position zurückschnappt.
Gemäß einer zweiten Montagevariante kann die Axialanlaufscheibe 20, die lediglich flach vorgefertigt wurde, d. h., dass der Endabschnitt 24 noch nicht umgebogen wurde, an der Unwuchtwelle 10 so positioniert werden, dass der Vorsprung 26 in die Nut 18 eingreift. Erst in dieser Position wird der zumindest eine Endabschnitt 24 derart umgebogen, dass es zu dem gewünschten Abstützen auf der Unwuchtmasse 14 kommt. Letztendlich ist es bei beiden Varianten das Ziel, dass die Axialanlaufscheibe 20 nur einen Teilumfang der Unwuchtwelle 10 abdeckt und dass die Axialanlaufscheibe 20 sowohl in radialer als auch in axialer Richtung in ihrer Position verriegelt bzw. gesichert ist.
Es wird angemerkt, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen nur exemplarisch sind. Insbesondere hinsichtlich der Form und Ausbildung der Unwuchtwelle 10 und deren Unwuchtmasse 14 ist eine Vielzahl von Variationen möglich. Auch hinsichtlich ihrer Abmaße in radialer und axialer Richtung ist eine andere Gestaltung der Axialanlaufscheiben 20 denkbar, ohne sich von dem erfindungsgemäßen Gedanken zu entfernen.
Eingesetzt werden Axialanlaufscheiben 20 gemäß der beiden beschriebenen Ausführungsformen vorzugsweise an einer Unwuchtwelle 10 benachbart zu einer Lagerlaufbahn 16 der Unwuchtwelle, unter der Annahme, dass die auftretenden Kräfte/Lasten von der Unwuchtwelle 10 aus gesehen immer in die gleiche Richtung wirken. Für den Fall, dass die Kräfte/Lasten in eine konstante Richtung in Bezug auf, z. B. das Gehäuse wirken, können prinzipiell gleich gestaltete Axialanlaufscheiben 20 eingesetzt werden, wobei diese dann gehäuseseitig montiert werden.

10: Unwuchtwelle
12: Übergangsbereich
14: Unwuchtmassen
16: Lagerlaufbahn
18: Nut
20: Axialanlaufscheibe
22: Ringabschnitt
24: Endabschnitt
26: Vorsprung
28: trichterartiger Einführbereich
30: Kante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1081410 B1 [0006]

Claims

Axialanlaufscheibe (20) für ein rotatives Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialanlaufscheibe (20) einen Ringabschnitt (22) bildet und sich ein Endabschnitt (24) der Axialanlaufscheibe (20) unter Bildung eines trichterartigen Einführbereichs (28) für die Wälzkörper oder einen die Wälzkörper aufnehmenden Käfig des Wälzlagers aus der Ebene des Ringabschnitts (22) heraus erstreckt.
Axialanlaufscheibe (20) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich beide Endabschnitte (24) der Axialanlaufscheibe (20) aus der Ebene des Ringabschnitts (22) heraus erstrecken.
Axialanlaufscheibe (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorsprung (26) entlang des Innenumfangs des Ringabschnitts (22) radial nach innen ausgebildet ist.
Axialanlaufscheibe (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der trichterartige Einführbereich (28) durch einen Übergangsradius zwischen dem Endabschnitt (24) und dem Ringabschnitt (22) gebildet ist.
Verwendung einer Axialanlaufscheibe (20) zur Führung von Wälzkörpern oder eines die Wälzkörper aufnehmenden Käfigs eines Wälzlagers einer Unwuchtwelle (10), wobei die Unwuchtwelle (10) eine asymmetrisch zu deren Drehachse angeordnete Unwuchtmasse (14) und eine Lagerlaufbahn (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialanlaufscheibe (20) sich lediglich über einen Teilumfang der Lagerlaufbahn (16) erstreckt und ein Endabschnitt (24) der Axialanlaufscheibe (20) unter Bildung eines trichterartigen Einführbereichs (28) für die Wälzkörper oder den Käfig derart umgebogen ist, dass sich der Endabschnitt (24) von der Lagerlaufbahn (16) weg auf der Unwuchtmasse (14) abstützen kann.
Verwendung einer Axialanlaufscheibe (20) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endabschnitte (24) der Axialanlaufscheibe (20) derart umgebogen sind, dass sich beide Endabschnitte (24) von der Lagerlaufbahn (16) weg auf der Unwuchtmasse (14) abstützen können.
Verwendung einer Axialanlaufscheibe (20) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei in der Unwuchtwelle (10) zwischen der Unwuchtmasse (14) und der Lagerlaufbahn (16) eine Nut (18) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Innenumfangs der Axialanlaufscheibe (20) ein Vorsprung (26) radial nach innen ausgebildet ist, der in die Nut (18) eingreift.
Wälzlager für eine Unwuchtwelle (10), wobei das Wälzlager Wälzkörper und eine Axialanlaufscheibe (20) zur seitlichen Führung der Wälzkörper oder eines die Wälzkörper aufnehmenden Käfigs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialanlaufscheibe (20) sich lediglich über einen Teilumfang des Wälzlagers erstreckt und ein Endabschnitt (24) der Axialanlaufscheibe (20) unter Bildung eines trichterartigen Einführbereichs (28) für die Wälzkörper oder den Käfig von dem Wälzlager weg umgebogen ist.
Wälzlager gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endabschnitte (24) der Axialanlaufscheibe (20) von dem Wälzlager weg umgebogen sind.
Wälzlager gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialanlaufscheibe (20) ferner einen Vorsprung (26) aufweist, der sich entlang des Innenumfangs der Axialanlaufscheibe (20) radial nach innen erstreckt.
Unwuchtwelle (10) aufweisend: eine asymmetrisch zu deren Drehachse angeordnete Unwuchtmasse (14), eine Lagerlaufbahn (16), die in axialer Richtung neben der Unwuchtmasse (14) ausgebildet ist, ein Wälzlager mit Wälzkörpern und eine Axialanlaufscheibe (20) zur seitlichen Führung der Wälzkörper oder eines die Wälzkörper aufnehmenden Käfigs, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialanlaufscheibe (20) sich lediglich über einen Teilumfang der Lagerlaufbahn (16) erstreckt und ein Endabschnitt (24) der Axialanlaufscheibe (20) unter Bildung eines trichterartigen Einführbereichs (28) für die Wälzkörper oder den Käfig derart umgebogen ist, dass sich der Endabschnitt (24) der Axialanlaufscheibe (20) von der Lagerlaufbahn (16) weg auf der Unwuchtmasse (14) abstützen kann.
Unwuchtwelle (10) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endabschnitte (24) der Axialanlaufscheibe (20) derart umgebogen sind, dass sich beide Endabschnitte (24) von der Lagerlaufbahn (16) weg auf der Unwuchtmasse (14) abstützen können.
Unwuchtwelle (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Unwuchtwelle (10) zwischen der Unwuchtmasse (14) und der Lagerlaufbahn (16) eine Nut (18) ausgebildet ist, wobei entlang des Innenumfangs der Axialanlaufscheibe (20) ein Vorsprung (26) radial nach innen ausgebildet ist, der in die Nut (18) eingreift.