DE102010022321A1 - Balancing shaft for compensating mass forces and mass moments of internal combustion engine, has support shaft, where unbalance mass is axially fixed and torsionally threaded on support shaft to form unbalanced section - Google Patents
Balancing shaft for compensating mass forces and mass moments of internal combustion engine, has support shaft, where unbalance mass is axially fixed and torsionally threaded on support shaft to form unbalanced section Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, mit einer Trägerwelle und einer auf der Trägerwelle verdrehfest aufgefädelten und axial befestigten Unwuchtmasse zur Bildung eines Unwuchtabschnitts mit zur Wellenachse exzentrischem Massenschwerpunkt.The invention relates to a balance shaft to compensate for inertial forces and / or moments of inertia of an internal combustion engine, with a carrier shaft and a non-rotatably threaded on the support shaft and axially fixed unbalanced mass to form an unbalanced portion with the shaft axis eccentric center of mass.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Eine derartige Ausgleichswelle, bei der die Trägerwelle und die Unwuchtmasse als Einzelteile hergestellt und anschließend zusammengebaut sind, geht aus der gattungsgemäßen
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebaute Ausgleichswelle der eingangs genannten Art konstruktiv so zu gestalten, dass die Ausgleichswelle nach einem flexiblen Baukastenprinzip herstellbar ist, bei dem anwendungsspezifisch individuell dimensionierte Ausgleichswellen eine möglichst hohe Anzahl an Gleichteilen besitzen.The present invention has for its object to design a built balancer shaft of the type mentioned constructively so that the balancer shaft can be produced according to a flexible modular principle in the application specific individually sized balancer shafts have the highest possible number of identical parts.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll der Unwuchtabschnitt aus einer Mehrzahl plattenförmiger, mit ihren Axialstirnflächen aneinander liegender Unwuchtmassen gebildet sein. Der mithin modular aufgebaute, d. h. aus mehreren Einzelteilen bestehende Unwuchtabschnitt ist Grundlage für eine hochflexible Herstellung von anwendungsspezifischen Ausgleichswellen, die bei einer Vielzahl von Gleichteilen bezüglich ihrer Unwucht unterschiedlich dimensioniert sind.The solution of this problem arises from the characterizing features of
Beispielsweise besteht die Möglichkeit, die plattenförmigen Unwuchtmassen als miteinander identische Blechstanzteile zu gestalten und die jeweils erforderliche Unwucht durch die Anzahl der Blechstanzteile zu variieren. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass sich die Blechstanzteile in ihrer Materialstärke (beispielsweise im Bereich 1 bis 3 mm) und/oder in der Größe ihrer Axialstirnfläche unterscheiden. Die Anzahl der unterschiedlichen Stärken bzw. Größen hängt von der erforderlichen Bandbreite und Genauigkeit der zu erzeugenden Unwuchten ab, wobei eine möglichst kleine Anzahl, beispielsweise 3 bis 5 Größen, aus Gründen der fertigungstechnischen Vereinfachung zweckmäßig erscheint. Die Blechstanzteile, die im Hinblick auf das verdrehfeste Auffädeln mit einer zur nichtkreisförmigen Trägerwellenkontur zumindest abschnittsweise komplementären Gegenkontur versehen sind, können einzeln oder als vormontierte Baueinheit auf die Trägerwelle aufgefädelt werden. Eine derartige Baueinheit kann beispielsweise mittels Stanzpaketieren hergestellt werden.For example, it is possible to make the plate-shaped imbalance masses as mutually identical sheet metal stamped parts and to vary the respectively required unbalance by the number of sheet metal stampings. Alternatively, it may also be provided that the sheet-metal stamped parts differ in their material thickness (for example in the range of 1 to 3 mm) and / or in the size of their axial end face. The number of different strengths or sizes depends on the required bandwidth and accuracy of the unbalance to be generated, with the smallest possible number, for example, 3 to 5 sizes, for reasons of technical simplification seems appropriate. The stamped sheet metal parts, which are provided with respect to the rotationally fixed Auffädeln with a non-circular support shaft contour at least partially complementary mating contour can be threaded individually or as a preassembled unit on the support shaft. Such a structural unit can be produced, for example, by means of stamped packetizing.
Weiterhin soll die Ausgleichswelle einen oder mehrere mit der Trägerwelle gefügte Lagerzapfen zur radialen Lagerung der Ausgleichswelle in der Brennkraftmaschine aufweisen. Dabei sind die Lagerzapfen jeweils durch einen auf der Trägerwelle ebenfalls verdrehfest aufgefädelten und axial befestigten Lagerzapfensteg und einen den Lagerzapfensteg fest umschließenden Lagerring gebildet. In diesem Fall kann als Trägerwelle eine anwendungsspezifisch abgelängte, beispielsweise stranggepresste Profilstange mit axial unveränderlichem Querschnittsprofil Verwendung finden, auf der sowohl die Unwuchtmassen als auch die Lagerzapfenstege aufgefädelt und mit geeigneten Mitteln axial befestigt sind.Furthermore, the balance shaft should have one or more bearing journal associated with the bearing journal for the radial bearing of the balance shaft in the internal combustion engine. The bearing journals are each formed by a on the support shaft also rotationally threaded and axially fixed bearing journal web and the bearing journal web firmly enclosing bearing ring. In this case, can be used as a carrier wave an application-specific cut, for example extruded profile bar with axially invariable cross-sectional profile on which both the imbalance masses and the journal pins are threaded and axially secured by suitable means.
Die axiale Befestigung der Unwuchtmassen und der Lagerzapfenstege auf der Trägerwelle kann mittels kappenartiger Endstücke erfolgen, die mit den Endabschnitten der Trägerwelle fest verbunden sind und mit deren einander zugewandten Stirnflächen die Unwuchtmassen und die Lagerzapfenstege axial gegeneinander verspannen. Die Befestigung der beispielsweise mittels Gießen, Schmieden, Sintern, oder Fließpressen hergestellten Endstücke an der Trägerwelle kann mit bekannten Befestigungsarten wie Aufpressen, Aufschrumpfen, Verschrauben, Verstiften, Vernieten, Verkleben oder Verschweißen erfolgen. Zweckmäßigerweise dient dabei eines der Endstücke als Aufnahme für ein Antriebsrad der Ausgleichswelle. Die Unwuchtmassen und die Lagerzapfenstege können alternativ auch mittels endseitigen Verstemmens der Trägerwelle axial gegeneinander verspannt oder auch mit der Trägerwelle verschweißt werden.The axial attachment of the imbalance masses and the bearing journal webs on the support shaft can be done by cap-like end pieces which are fixedly connected to the end portions of the support shaft and with their mutually facing end faces, the unbalanced masses and the bearing journal webs axially braced against each other. The attachment of the end pieces, for example, by casting, forging, sintering, or extrusion to the support shaft can be done with known types of attachment such as pressing, shrinking, screwing, pinning, riveting, gluing or welding. Conveniently, one of the end pieces serves as a receptacle for a drive wheel of the balance shaft. Alternatively, the unbalanced masses and the bearing journal webs can also be clamped axially against one another by means of end-side caulking of the carrier shaft or can also be welded to the carrier shaft.
Der oder die Lagerzapfen können selbst an der Unwuchterzeugung beteiligt sein, indem sich der Lagerzapfensteg lediglich innerhalb eines in Unwuchtrichtung weisenden Teilumfangs des Lagerrings erstreckt. Da der Lagerring in diesem Fall nur in Unwuchtrichtung vom Lagerzapfensteg unterstützt wird, ist es besonders zweckmäßig, den Lagerring mit dem Lagerzapfensteg zu verschweißen.The journal (s) may themselves be involved in the imbalance generation, in that the journal spigot extends only within a partial circumference of the bearing ring pointing in an unbalance direction. Since the bearing ring is supported in this case only in unbalance direction of the bearing journal web, it is particularly useful to weld the bearing ring with the bearing journal web.
Alternativ kann auch ein den Lagerring vollumfänglich unterstützender Lagerzapfensteg vorgesehen sein. Dieser weist dann einen entsprechenden Kreisquerschnitt und als Option eine umfangsveränderliche, in Unwuchtrichtung größte Breite entsprechend der umfangsveränderlichen Lagerringbelastung auf. Alternatively, a bearing journal fully supporting the bearing journal web may be provided. This then has a corresponding circular cross-section and as an option a circumferentially variable, unbalance in the largest width corresponding to the circumferentially variable bearing ring load.
Für den Fall, dass die Radiallagerung der Ausgleichswelle als Wälzlagerung ausgebildet ist und der Lagerring als Innenring des Wälzlagers dient, kommen als Lagerringwerkstoff die Sorten C16, 16MnCr5, C45, Cf53, C80 und 100Cr6 in Betracht.In the event that the radial bearing of the balance shaft is designed as a rolling bearing and the bearing ring serves as an inner ring of the bearing, come as bearing ring material grades C16, 16MnCr5, C45, Cf53, C80 and 100Cr6 into consideration.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, auf den separaten Lagerring zu verzichten und den Lagerzapfensteg durch einen ebenfalls verdrehfest auf der Trägerwelle aufgefädelten, einteiligen Lagerzapfen zu ersetzen. Dessen Werkstoff hängt insbesondere davon ab, ob es sich bei der Radiallagerung um eine Gleit- oder Wälzlagerung handelt. Im Falle der Wälzlagerung kann der Lagerzapfen eine umfangsveränderliche Breite aufweisen, die im hoch belasteten Bereich seitens der Unwucht maximal und im niedrig oder gar nicht belasteten, gegenüberliegenden Bereich minimal ist. Unter der minimalen Breite ist auch eine Unterbrechung des Lagersitzes in diesem Umfangsbereich zu verstehen.In principle, it is also possible to dispense with the separate bearing ring and to replace the bearing journal web by a likewise rotationally fixed on the support shaft threaded, one-piece bearing journals. Its material depends in particular on whether the radial bearing is a sliding or rolling bearing. In the case of roller bearings, the bearing journal may have a circumferentially variable width, which is minimal in the highly loaded area by the unbalance maximum and in the low or no load, opposite area. Under the minimum width is also an interruption of the bearing seat in this peripheral area to understand.
Außerdem soll die Trägerwelle ein Querschnittsprofil aufweisen, dessen Flächenschwerpunkt bezüglich der Wellenachse in Unwuchtrichtung exzentriert ist. Somit trägt die im Hinblick auf die formschlüssige Verdrehsicherung der Unwuchtmassen nichtkreisförmige Trägerwelle ebenfalls zur Unwucht der Ausgleichswelle bei. Unter einer Vielzahl von möglichen Querschnittsprofilen bietet sich ein im wesentlichen T-förmiges Profil mit ausreichend hoher Steifigkeit gegen betriebliche Durchbiegung der Ausgleichswelle an.In addition, the carrier shaft should have a cross-sectional profile, the centroid of which is eccentric with respect to the shaft axis in unbalance direction. Thus, the non-circular carrier shaft, which is non-circular with regard to the positive rotation lock of the unbalanced masses, also contributes to the imbalance of the balancing shaft. Among a variety of possible cross-sectional profiles, a substantially T-shaped profile with sufficiently high rigidity against operational deflection of the balance shaft offers.
Sofern möglich und zweckmäßig, sollen die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung auch beliebig miteinander kombinierbar sein.If possible and expedient, the aforementioned features and embodiments of the invention should also be combined with each other as desired.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which embodiments of the invention are shown. Unless otherwise stated, the same or functionally identical features or components are provided with the same reference numbers. Show it:
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
In den Figuren sind Ausgleichswellen
Die Unwuchtabschnitte
Die T-förmige Trägerwellenkontur und die Gegenkontur der Aussparungen
Die Lagerzapfen
Die Lagerzapfenstege
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ausgleichswellebalancer shaft
- 22
- Trägerwellecarrier wave
- 33
- Lagerzapfenpivot
- 44
- Unwuchtabschnittunbalanced section
- 55
- Unwuchtabschnittunbalanced section
- 66
- Unwuchtabschnittunbalanced section
- 77
- Unwuchtabschnittunbalanced section
- 88th
- Wellenachseshaft axis
- 99
- Unwuchtmasse/BlechstanzteilUnbalanced mass / sheet metal stamping
- 1010
- Aussparungrecess
- 1111
- AxialstirnflächeAxialstirnfläche
- 1212
- LagerzapfenstegJournal web
- 1313
- LagerzapfendistanzstückJournal spacer
- 1414
- Lagerringbearing ring
- 1515
- weiteres Distanzstückanother spacer
- 1616
- weiteres Distanzstückanother spacer
- 1717
- Endabschnitt der TrägerwelleEnd portion of the carrier shaft
- 1818
- Endstücktail
- 1919
- Endstücktail
- 2020
- Endabschnitt der TrägerwelleEnd portion of the carrier shaft
- 2121
- Stirnfläche des EndstücksFace of the tail
- 2222
- Zapfenspigot
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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-
2010
- 2010-06-01 DE DE201010022321 patent/DE102010022321A1/en not_active Withdrawn
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