DE102012217476A1

DE102012217476A1 - Unwuchtwelle

Info

Publication number: DE102012217476A1
Application number: DE102012217476.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Mederer; Hartmut Weber; Tobias Adam; Herbert Gumbrecht; Frank Jochmann; Peter Solfrank; Siegfried Tisch; Franz Huschka; Stefan Hess; Eduard Ott; Bernd Zachmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17
Also published as: WO2014048424A1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Unwuchtwelle (1) zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Trägerwelle (2) und eine oder mehrere damit gefügte Unwuchtmassen (3). Die Werkstoffdichte der Trägerwelle soll kleiner als die Werkstoffdichte der Unwuchtmassen sein, und die Trägerwelle soll einen Massenschwerpunkt aufweisen, der bezüglich der Unwuchtrichtung der Unwuchtwelle jenseits ihrer Längsachse (5) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Trägerwelle und eine oder mehrere damit gefügte Unwuchtmassen.
Hintergrund der Erfindung
Gebaute Unwuchtwellen mit einer Trägerwelle und daran befestigten Unwuchtmassen sind in zahlreichen konstruktiven Ausführungen bekannt. Beispielsweise sind in der DE 198 32 987 A1 die Unwuchtmassen kreisringstückförmig und auf den Außenumfang der hohlzylindrischen Trägerwelle aufgesetzt und dort verschraubt. In der DE 198 32 155 A1 ist die Trägerwelle zylindrisch massiv und ebenfalls mit den Unwuchtmassen verschraubt. Die DE 198 35 145 A1 zeigt eine Unwuchtwelle, deren Trägerwelle einen durchgehend zylindrischen Außenumfang hat und deren Unwuchtmassen am Innenumfang der Trägerwelle angeordnet und dort verschweißt oder verlötet sind.
Nachteilig an den bekannten Ausführungen ist das beschränkte Leichtbaupotenzial, d. h. die Möglichkeit, die Wellenmasse bei gegebener Unwucht zu verringern.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebaute Leichtbauwelle der eingangs genannten Art anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll die Werkstoffdichte der Trägerwelle kleiner als die Werkstoffdichte der Unwuchtmassen sein, wobei die Trägerwelle einen Massenschwerpunkt aufweist, der bezüglich der Unwuchtrichtung der Unwuchtwelle jenseits ihrer Längsachse verläuft.
Der Werkstoffmix bewirkt in Verbindung mit der zu beiden Seiten der Wellenlängsachse verlaufenden Massenschwerpunkte der Wellenkomponenten, dass die der Wellenunwucht entgegenwirkende Masse der Trägerwelle auf dem der Unwuchtrichtung abgewandten Wellenumfangsabschnitt klein gehalten wird. Ausgehend von einer bestehenden Unwuchtwelle, deren Komponenten im wesentlichen die gleiche Werkstoffdichte aufweisen, führt dies zu einer Verlagerung des Gesamtschwerpunkts in Richtung der Wellenunwucht. Folglich kann eine erfindungsgemäße Welle bei unveränderter Unwucht mit erheblich geringerer Masse und dementsprechend geringerem Gewicht ausgeführt werden.
Die Trägerwelle soll vorzugsweise aus Kunststoff bestehen. Alternative Werkstoffe können Leichtmetalle wie Aluminium sein, und alternative Werkstoffgefüge können beispielsweise Metallschäume oder Sinterwerkstoffe sein. Die Unwuchtmassen bestehen zweckmäßigerweise aus einem eisenmetallischen Werkstoff und sind als Guss- oder Schmiedeteile ausgeführt.
Die Trägerwelle kann endseitig mit einem Antriebsteil zur Aufnahme eines die Unwuchtwelle drehantreibenden Ketten-, Riemen- oder Zahnrads gefügt sein und ist zweckmäßigerweise ein Kunststoffspritzgussteil, wobei die Fügeverbindung der Unwuchtmassen und des Antriebsteils mit der Trägerwelle durch Umspritzung mit dem Kunststoff der Trägerwelle hergestellt ist. Bei diesem Herstellprozess werden die fertig bearbeiteten Metallkomponenten in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und umspritzt. Alternativ kann die Trägerwelle auch als separates Kunststoffteil gefertigt und anschließend stoffschlüssig (z.B. Klebeverband) oder formschlüssig (Clipsverband) oder kraftschlüssig (Pressverband) mit den metallischen Anbauteilen gefügt werden.
Die Unwuchtmassen sollen sich jeweils über einen Umfangswinkel von maximal 180° erstrecken. Im Falle der direkten, d. h. innenringfreien Wälzlagerung der Unwuchtwelle sollen die Unwuchtmassen aus Wälzlagerstahl bestehen und jeweils mit einem Laufbahnabschnitt für die Wälzkörper versehen sein. Der Laufbahnabschnitt der Unwuchtmassen soll von einem Laufbahnabschnitt der Trägerwelle zu einer im wesentlichen vollumfänglichen Wälzlagerlaufbahn ergänzt werden. Als Wälzlagerstahl kommen die Sorten C16, 16MnCr5, C45, Cf53, C80 und 100Cr6 in Betracht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Unwuchtwelle dargestellt ist. Es zeigen:
1 die Unwuchtwelle in Seitenansicht und
2 die Unwuchtwelle in perspektivischer Explosionsdarstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in den verschiedenen Ansichten dargestellte Unwuchtwelle 1 dient zum Ausgleich von freien Massenkräften zweiter Ordnung einer Brennkraftmaschine in Vierzylinder-Reihenbauweise. Bei diesem auch als Lancaster-Ausgleich bekannten Massenausgleich rotieren zwei Unwuchtwellen mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegensinnig.
Die Unwuchtwelle 1 ist aus Einzelkomponenten zusammen gebaut, nämlich aus einer Trägerwelle 2 und zwei Unwuchtmassen 3 sowie einem endseitigen Antriebsteil 4. Die sich in Richtung der Längsachse 5 leistenförmig erstreckende Trägerwelle besteht vollständig aus Kunststoff, hier aus Polyamid 46, mit dem die Unwuchtmassen und das Antriebsteil zur Herstellung der Fügeverbindung mit der Trägerwelle umspritzt sind. Im Bereich der Unwuchtmassen ist die Fügeverbindung eine Nut-Federverbindung, wobei die Nuten 6 an den Längsstirnseiten der beiden Unwuchtmassen 3 verlaufen und die darin eingreifenden Federn 7 durch senkrecht von der Trägerwelle abstehende Vorsprünge gebildet sind. Die Trägerwelle ist zwecks Versteifung mit zahlreichen Querrippen 8 versehen.
Das hier bereits mit einem Schrägkugellager 9 versehene Antriebsteil 4 aus Stahlguss ist formschlüssig gegen Verdrehen gesichert umspritzt und zwischen der Umspritzung und dem Kugellager mit einem Zweiflach 10 versehen, der als Gegenhalter bei der Verschraubung eines Antriebsrads (nicht dargestellt) dient.
Die aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6 bestehenden Unwuchtmassen 3 sind Gleichteile, die sich über einen Umfangswinkel α = 180° erstrecken und jeweils die umfängliche Hälfte der Innenlaufbahn eines Radial-Nadellagers in Form einer (innenringfreien) Nadelhülse (nicht dargestellt) bilden. Der durch die Unwucht hoch belastete Laufbahnabschnitt 11 jeder Unwuchtmasse wird von einem allenfalls gering belasteten Laufbahnabschnitt 12 der Trägerwelle 2 zu einer vollumfänglichen Nadellagerlaufbahn ergänzt.
Die in 1 eingezeichneten Punkte symbolisieren die Massenschwerpunkte 13 und 14 der Trägerwelle 2 bzw. der Unwuchtmassen 3. Die im Verhältnis zu ihrer Unwucht relativ geringe Masse der Unwuchtwelle 1 resultiert aus der vergleichsweise geringen Dichte des Trägerwellenkunststoffs, so dass die Trägerwelle mit ihrem bezüglich des Unwuchtmassenschwerpunkts 14 jenseits der Längsachse 5 verlaufenden Schwerpunkt 13 die Unwucht der Unwuchtmassen nur in einem sehr geringen Ausmaß kompensiert; die resultierende Unwucht der Unwuchtwelle wirkt in die bei 14 eingezeichnete Pfeilrichtung. Folglich kann die Masse der Unwuchtmassen und dementsprechend das Gesamtgewicht der Unwuchtwelle im Sinne des Leichtbaus vergleichsweise klein gehalten werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Masseneinsparung gegenüber einer herkömmlichen Welle ca. 300 g.
Bezugszeichenliste

1: Unwuchtwelle
2: Trägerwelle
3: Unwuchtmasse
4: Antriebsteil
5: Längsachse
6: Nut
7: Feder
8: Querrippe
9: Kugellager
10: Zweiflach
11: Laufbahnabschnitt der Unwuchtmasse
12: Laufbahnabschnitt der Trägerwelle
13: Massenschwerpunkt der Trägerwelle
14: Massenschwerpunkt der Unwuchtmasse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19832987 A1 [0002]
DE 19832155 A1 [0002]
DE 19835145 A1 [0002]

Claims

Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Trägerwelle (2) und eine oder mehrere damit gefügte Unwuchtmassen (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffdichte der Trägerwelle (2) kleiner als die Werkstoffdichte der Unwuchtmassen (3) ist und dass die Trägerwelle (2) einen Massenschwerpunkt (13) aufweist, der bezüglich der Unwuchtrichtung der Unwuchtwelle (1) jenseits ihrer Längsachse (5) verläuft.
Unwuchtwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (2) im wesentlichen aus Kunststoff besteht.
Unwuchtwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen im wesentlichen aus Eisenwerkstoff bestehen.
Unwuchtwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (2) endseitig mit einem Antriebsteil (4) gefügt ist.
Unwuchtwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (2) ein Spritzgussteil ist, wobei die Fügeverbindung der Unwuchtmassen (3) und des Antriebsteils (4) mit der Trägerwelle (2) durch Umspritzung mit dem Kunststoff der Trägerwelle (2) hergestellt ist.
Unwuchtwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Unwuchtmassen (3) jeweils über einen Umfangswinkel (α) von maximal 180° erstrecken.
Unwuchtwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (3) aus Wälzlagerstahl bestehen und jeweils mit einem Laufbahnabschnitt (11) für die Wälzkörper eines Wälzlagers versehen sind, der von einem Laufbahnabschnitt (12) der Trägerwelle (2) zu einer im wesentlichen vollumfänglichen Wälzlagerlaufbahn ergänzt wird.