DE102013018059A1

DE102013018059A1 - Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere Brennkraftmaschinenvorrichtung

Info

Publication number: DE102013018059A1
Application number: DE201310018059
Authority: DE
Inventors: Majed Nabhan
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein eine Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere Brennkraftmaschinenvorrichtung, mit zumindest einem Wälzlager (10, 11), das zumindest einen Wälzkörper (12, 13) und einen zumindest zweiteiligen Käfig (14) zur Führung des zumindest einen Wälzkörpers (12, 13) aufweist, und mit einer Welle (15), die ein Funktionsstruktur (16) und eine innerhalb der Funktionsstruktur (16) liegende Lauffläche (17, 18) für den zumindest einen Wälzkörper (12, 13) aufweist, wobei die Welle (15) zwei beidseitig die zumindest eine Lauffläche (17, 18) begrenzende Borde (19, 20, 21, 22) aufweist, welche dazu vorgesehen sind, den zumindest einen Wälzkörper (12, 13) axial zu führen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Welle (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere eine Brennkraftmaschinenvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kraftfahrzeugvorrichtung.
Aus der US 2012/0207422 A1 ist bereits eine Vorrichtung mit zumindest einem Wälzlager, das zumindest einen Wälzkörper und einen zumindest zweiteiligen Käfig zur Führung des zumindest einen Wälzkörpers aufweist, und mit einer Welle, die eine Lauffläche für den zumindest einen Wälzkörper aufweist, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, in Verbindung mit einer solchen Welle ein kostengünstiges, kompaktes Wälzlager zu realisieren. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 und ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 6 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere eine Brennkraftmaschinenvorrichtung, mit zumindest einem Wälzlager, das zumindest einen Wälzkörper und einen zumindest zweiteiligen Käfig zur Führung des zumindest einen Wälzkörpers aufweist, und mit einer Welle, die eine Funktionsstruktur und eine innerhalb der Funktionsstruktur liegende Lauffläche für den zumindest einen Wälzkörper aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Welle zwei beidseitig die zumindest eine Lauffläche begrenzende Borde aufweist, welche dazu vorgesehen sind, den zumindest einen Wälzkörper axial zu führen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Belastungen, die auf den Käfig wirken, verringert werden, wodurch der Käfig des Wälzlagers insgesamt schwächer ausgeführt werden kann. Dadurch kann eine konstruktive Ausgestaltung des Käfigs vereinfacht werden, wodurch der Käfig kostengünstiger hergestellt werden kann.
Indem gleichzeitig eine der Laufflächen für das Wälzlager direkt durch die Welle ausgebildet wird, kann zusätzlich ein radialer Bauraum, der durch das Wälzlager beansprucht wird, klein gehalten werden, wodurch insgesamt ein kostengünstiges, kompaktes Wälzlager realisiert werden kann. Unter einer „Funktionsstruktur der Welle” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Ausgestaltung der Welle verstanden werden, die durch deren Funktion bedingt ist. Unter einer „innerhalb der Funktionsstruktur liegende Lauffläche” soll insbesondere verstanden werden, dass die Funktionsstruktur ein Aufstecken und/oder aufpressen des Wälzlagers entlang einer Rotationsachse der Welle verhindert. Ist beispielsweise die Welle als eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine ausgebildet, dient die Funktionsstruktur insbesondere zur Anbindung von Pleuelstangen sowie zur Ausbildung von Gegengewichten. Eine innerhalb der Funktionsstruktur liegende Lauffläche ist dann beispielsweise einer Lagerstelle zugeordnet, welche in axialer Richtung zwischen zwei Zylinder der Brennkraftmaschine liegt. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
Vorzugsweise weist der Käfig zumindest zwei Käfigschalen auf, die zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sind. Dadurch kann das Wälzlager besonders kostengünstig ausgestaltet werden. Zusätzlich weist ein Käfig aus Kunststoff in einem Betrieb eine geringere Reibung auf als ein Käfig aus Stahl, wodurch eine Lagerreibung verringert werden kann. Außerdem ist ein Käfig aus Kunststoff unempfindlicher gegen Mangelschmierung, wodurch Notlaufeigenschaften des Wälzlagers, insbesondere bei einem Ausfall einer Schmierung, verbessert werden können. Unter einer „Käfigschale” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Käfigelement verstanden werden, dass die Welle teilweise umschließt und das in Verbindung mit zumindest einer weiteren Käfigschale den Käfig ausbildet. Vorzugsweise sind die Käfigschalen als Halbschalen ausgebildet und weisen in Umfangsrichtung eine Winkelerstreckung von 180 Grad auf.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Lauffläche eine Härte von zumindest 58 HRC und/oder höchstens 64 HRC aufweist. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Wälzverhalten der Wälzkörper auf der Welle erreicht werden. Unter einer „Härte in HRC” soll insbesondere eine nach DIN EN ISO 6508-1 definierte Härte entsprechend einem Prüfverfahren nach Stanley Rockwell verstanden werden.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Lauffläche eine mittlere Rauheit von höchstens 0,2 μm aufweist. Dadurch kann eine Lagerreibung verringert werden. Unter einer „mittleren Rauheit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Rauheit R_a entsprechend DIN 4760 verstanden werden, die einem arithmetischen Mittel von Abweichungen von einer Mittellinie entspricht.
Ferner wird eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere einer Kurbelwellenvorrichtung, vorgeschlagen.
Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung einer Welle für eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, vorgeschlagen, bei dem in die Welle gleichzeitig eine Lauffläche für zumindest einen Wälzkörper eines Wälzlagers und zumindest zwei die Lauffläche begrenzende Borde, welche den zumindest einen Wälzkörper in einem Betrieb axial führen, eingebracht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 eine als Kurbelwelle ausgebildete Welle,
2 eine erste Lagerstelle der Welle und
3 eine weitere Lagerstelle der Welle.
Die 1 bis 3 zeigen eine als Kurbelwellenvorrichtung ausgebildete Kraftfahrzeugvorrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Kraftfahrzeugvorrichtung umfasst eine Welle 15, die als Kurbelwelle ausgebildet ist, sowie eine Mehrzahl von Wälzlagern 10, 11. Die Wälzlager 10, 11 sind teilweise zur Lagerung der Welle 15 gegenüber einem nicht näher dargestellten Kurbelwellengehäuse und teilweise zur Verbindung von nicht näher dargestellten Pleuelstangen vorgesehen. Zur Anordnung der Wälzlager 10, 11 umfasst die Welle 15 eine Mehrzahl von Lagerstellen 25, 26, die im Wesentlichen analog ausgebildet sind, wodurch eine Beschreibung der im Folgenden näher erläuterten Lagerstelle 25, 26 analog auf die weiteren nicht näher beschriebenen Lagerstellen übertragen werden kann.
In ihrer Ausbildung als Kurbelwelle umfasst die Welle 15 eine Funktionsstruktur 16, die ein Aufstecken oder Aufpressen der Wälzlager 10, 11 in axialer Richtung verhindert. In der Ausbildung als Kurbelwelle ist die Funktionsstruktur 16 als Kurbelwellenkröpfung ausgebildet und umfasst beispielsweise Hubzapfen 27 zur Anbindung der Pleuelstangen sowie Wangen 28, welche die Hubzapfen 27 miteinander verbinden. Bei einer anderen Ausgestaltung der Welle 15 kann die Funktionsstruktur 16 auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als Nockenstruktur bei einer Ausbildung als Nockenwelle. Die Welle 15 ist einstückig ausgebildet.
Die Wälzlager 10, 11 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Rollenlager ausgebildet. Die Wälzlager 10, 11 umfassen jeweils eine Mehrzahl von Wälzkörpern 12, 13 und einen zweiteiligen Käfig 14 zur Führung der Wälzkörper 12, 13. Durch die zweiteilige Ausgestaltung ist der Käfig 14 dazu vorgesehen, an der Welle 15 montiert zu werden, ohne dass er auf die Welle 15 axial aufgeschoben werden muss. Der Käfig 14 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Käfigschalen 23, 24 auf, die für eine Montage getrennt um die Welle 15 herumgelegt und anschließend miteinander verbunden werden. Die Wälzkörper 12 werden von dem Käfig 14 dabei insbesondere in Umfangsrichtung geführt. Der Käfig 14 legt insbesondere einen Abstand der Wälzkörper 12 in Umfangsrichtung fest.
Die Käfigschalen 23, 24, aus denen der Käfig 14 zusammengesetzt wird, sind aus Kunststoff gefertigt. Als Kunststoff kann beispielsweise PA46, PA66 oder PEEK verwendet werden. Insbesondere sind die Käfigschalen 23, 24 und damit der Käfig 14 nicht aus Stahl. Die Käfigschalen 23, 24 sind als Halbschalen ausgebildet.
Zur Ausbildung der Lagerstellen 25, 26 umfasst die Welle 15 eine Mehrzahl von Laufflächen 17, 18, die innerhalb der Funktionsstruktur 16 angeordnet sind. Die Laufflächen 17, 18 sind direkt durch die Welle 15 ausgebildet, d. h. die Welle 15 weist eine Oberfläche auf, die im Bereich der Lagerstellen 25, 26 als Wälzfläche für die Wälzkörper 12, 13 ausgebildet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem die Welle 15 als Kurbelwelle ausgebildet ist, sind die Lagerstellen 25, 26 teilweise zwischen zwei Hubzapfen 27 angeordnet. Indem die Welle 15 die Laufflächen 17, 18 für die Wälzkörper 12, 13 ausbildet, wird auf einen getrennt von der Welle 15 ausgebildeten Lagerinnenring verzichtet. Insbesondere bei dem Wälzlager 10, das zur Lagerung gegenüber dem Kurbelwellengehäuse vorgesehen ist, ist eine nicht näher dargestellte äußere Lauffläche direkt durch das Kurbelwellengehäuse ausgebildet. Zumindest bei diesen Wälzlagern 10 wird ebenfalls auf einen separaten Lageraußenring verzichtet.
An jeder Lagerstelle 25, 26 weist die Welle 15 zwei die Laufflächen 17, 18 beidseitig begrenzende Borde 19, 20, 21, 22 auf (vgl. 2 und 3). Die Borde 19, 20, 21, 22 sind dazu vorgesehen, die Wälzkörper 12, 13 des entsprechenden Wälzlagers 10, 11 axial zu führen. In montiertem Zustand liegen die Wälzkörper 12, 13 mit ihren Seitenflächen an den Borden 19, 20 an.
Die Borde 19, 20 der Lagerstelle 25 weisen eine radial Höhe auf, die insbesondere an einen Durchmesser und/oder eine Ausgestaltung der Wälzkörper 12 angepasst ist (vgl. 2). Beispielsweise weisen die Wälzkörper 12 an ihrem Rand eine Fase 29 auf. Die radial Höhe der Borde 19, 20 ist insbesondere größer als eine radiale Höhe der Fase 29. Die Wälzkörper 12 liegen dadurch mit ihren Seitenflächen an den Borden 19, 20 an. Die Lauffläche 17 ist in Form einer Nut ausgebildet, welche eine axiale Position der Wälzkörper 12 festlegt. Durch die Borde 19, 20 sind die Wälzkörper 12 des Wälzlagers 10 beidseitig geführt.
Die Lauffläche 17 weist eine Härte von zumindest 58 HRC und höchsten 64 HRC auf. Zudem weist die Lauffläche 17 eine mittlere Rauheit von höchsten 0,2 μm auf. In an die Borden 19, 20 angrenzende Randbereiche weist die Lauffläche 17 jeweils eine Kerbe 30, 31 auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0207422 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6508-1 [0008]
DIN 4760 [0009]

Claims

Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere Brennkraftmaschinenvorrichtung, mit zumindest einem Wälzlager (10, 11), das zumindest einen Wälzkörper (12, 13) und einen zumindest zweiteiligen Käfig (14) zur Führung des zumindest einen Wälzkörpers (12, 13) aufweist, und mit einer Welle (15), die ein Funktionsstruktur (16) und eine innerhalb der Funktionsstruktur (16) liegende Lauffläche (17, 18) für den zumindest einen Wälzkörper (12, 13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15) zwei beidseitig die zumindest eine Lauffläche (17, 18) begrenzende Borde (19, 20, 21, 22) aufweist, welche dazu vorgesehen sind, den zumindest einen Wälzkörper (12, 13) axial zu führen.
Kraftfahrzeugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (14) zumindest zwei Käfigschalen (23, 24) aufweist, die zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sind.
Kraftfahrzeugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (17, 18) eine Härte von zumindest 58 HRC und/oder höchstens 64 HRC aufweist.
Kraftfahrzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (17, 18) eine mittlere Rauheit von höchstens 0,2 μm aufweist.
Brennkraftmaschine mit einer Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere einer Kurbelwellenvorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung einer Welle (15) für eine Kraftfahrzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Welle (15) gleichzeitig zumindest eine Lauffläche (17, 18) für einen Wälzkörper (12, 13) eines Wälzlagers (10, 11) und zumindest zwei die Lauffläche (17, 18) begrenzende Borde (19, 20, 21, 22), welche den zumindest einen Wälzkörper (12, 13) in einem Betrieb axial führen, eingebracht werden.