DE102013200166A1

DE102013200166A1 - Unwuchtwelle

Info

Publication number: DE102013200166A1
Application number: DE201310200166
Authority: DE
Inventors: Tobias Mederer; Peter Solfrank; Siegfried Tisch; Franz Huschka; Heino-Alexander Lipps; Werner Rehm
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-07-24
Also published as: WO2014108120A1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Unwuchtwelle (1) zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend in axialer Reihenschaltung: – einen die Unwuchtwelle drehantreibenden Endabschnitt (2), – einen die Wellenunwucht (8) erzeugenden ersten Unwuchtabschnitt (6), – einen die Wellenunwucht erzeugenden zweiten Unwuchtabschnitt (7), – einen die beiden Unwuchtabschnitte miteinander verbindenden Drehübertragungsabschnitt (9). Die beiden Unwuchtabschnitte und der Drehübertragungsabschnitt sollen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, wobei die Werkstoffdichte des Drehübertragungsabschnitts kleiner als die Werkstoffdichte der beiden Unwuchtabschnitte ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend in axialer Reihenschaltung:

– einen die Unwuchtwelle drehantreibenden Endabschnitt,
– einen die Wellenunwucht erzeugenden ersten Unwuchtabschnitt,
– einen die Wellenunwucht erzeugenden zweiten Unwuchtabschnitt,
– einen die beiden Unwuchtabschnitte miteinander verbindenden Drehübertragungsabschnitt.

Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Unwuchtwelle geht aus der DE 10 2004 014 014 A1 hervor. Der dortige Drehübertragungsabschnitt entkoppelt die beiden Unwuchtabschnitte so voneinander, dass die durch Zentrifugalkräfte erzeugte Biegelinie der drehenden Unwuchtwelle im Hinblick auf ein minimales Verkippen der Lagerstellen abgestimmt ist. Aufgrund seiner um die Wellenachse relativ symmetrischen Massenverteilung ist der Drehübertragungsabschnitt an der Erzeugung der Wellenunwucht jedoch nicht oder allenfalls unwesentlich beteiligt.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unwuchtwelle der eingangs genannten Art mit erhöhtem Leichtbaupotenzial anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe, die Masse der Unwuchtwelle bei vorgegebener Wellenunwucht zu reduzieren, wird dadurch gelöst, dass die beiden Unwuchtabschnitte und der Drehübertragungsabschnitt aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Dabei ist die Werkstoffdichte des Drehübertragungsabschnitts kleiner als die Werkstoffdichte der beiden Unwuchtabschnitte. Der Drehübertragungsabschnitt, dessen Funktion nicht oder nur unwesentlich in der Erzeugung der Wellenunwucht, sondern vor allem darin besteht, die beiden Unwuchtabschnitte drehfest miteinander zu verbinden, kann folglich aus einem Werkstoff bestehen, dessen Eigenschaften speziell an diese Funktion angepasst sind. Anders als bei den Unwuchtabschnitten steht dabei nicht die (hohe) Werkstoffdichte im Vordergrund, so dass der Drehübertragungsabschnitt zugunsten der geringeren Wellenmasse erfindungsgemäß aus einem Werkstoff mit relativ kleiner Dichte besteht.
Bei einem bevorzugten Werkstoffmix sollen die beiden Unwuchtabschnitte aus Eisenwerkstoff und der Drehübertragungsabschnitt zumindest nahezu vollständig aus Kunststoff bestehen. Der Begriff „nahezu vollständig“ bringt zum Ausdruck, dass auch partikelverstärkte, z.B. Glasfasern enthaltende Kunststoffe vorgesehen sein können. Sofern zu akzeptablen Kosten herstellbar, kann der Drehübertragungsabschnitt auch aus anderen Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium, Magnesium, deren Metallschäumen oder Kohlefaserwerkstoffen bestehen.
Eine zusätzliche Masseneinsparung ergibt sich dann, wenn der Massenschwerpunkt des Drehübertragungsabschnitts bezüglich der Wellenunwucht jenseits der Wellenachse liegt und infolge des so verlagerten Gesamtschwerpunkts der Unwuchtwelle die von den Unwuchtabschnitten erzeugte Wellenunwucht teilweise kompensiert. Denn diese unerwünschte Kompensation fällt umso kleiner aus, je mehr sich die Unwuchtabschnitte und der Drehübertragungsabschnitt in der Werkstoffdichte voneinander unterscheiden, so dass dementsprechend auch die Unwuchtmasse der Unwuchtabschnitte relativ klein gehalten werden kann.
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 perspektivischer Seitenansicht;
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 umfasst folgende Komponenten:

– einen Endabschnitt 2 aus Stahlguss, dessen zylindrischer Außenmantel 3 zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Schrägkugellagers dient und der mit einer Gewindebohrung 4 zur Befestigung eines die Unwuchtwelle antreibenden (ebenfalls nicht dargestellten) Kettenrads versehen ist. Ein Zweiflach 5 dient als Gegenhalter bei der Verschraubung des Kettenrads;
– einen ersten Unwuchtabschnitt 6 und einen zweiten Unwuchtabschnitt 7, die jeweils die durch den Pfeil symbolisierte Wellenunwucht 8 erzeugen. Die beiden Unwuchtabschnitte sind als Gleichteile und hier als im wesentlichen halbzylinderförmige Schmiedeteile aus Wälzlagerstahl ausgeführt;
– einen die beiden Unwuchtabschnitte axial und drehfest miteinander verbindenden Drehübertragungsabschnitt 9 aus Kunststoff, hier Polyamid;
– einen weiteren Drehübertragungsabschnitt 10, der den Endabschnitt und den ersten Unwuchtabschnitt axial und drehfest miteinander verbindet. Die Funktion der beiden Drehübertragungsabschnitte besteht darin, in axialer Reihenschaltung den Drehantrieb vom Endabschnitt auf den ersten Unwuchtabschnitt und von dort ausgehend auf den zweiten Unwuchtabschnitt zu übertragen. Der Drehübertragungsabschnitt 9 ist zugunsten erhöhter Steifigkeit mit zahlreichen Querrippen 11 versehen.

Das sowohl stoffschlüssige als auch formschlüssige Fügen dieser Komponenten ist durch Kunststoffumspritzung der Metallteile 2, 6, 7 in einer Spritzgießmaschine hergestellt. Der Formschluss entsteht durch eine auf der Deckfläche der beiden Unwuchtabschnitte 6, 7 verlaufende Axialnut 12 mit radialem Hinterschnitt, die der Polyamidwerkstoff im Axialbereich der beiden Drehübertragungsabschnitte 9, 10 komplementär ausfüllt. Der Endabschnitt 2 ist mit einem nicht rotationssymmetrischen Fortsatz 13 versehen, dessen axialer Hinterschnitt vom weiteren Drehübertragungsabschnitt 10 umspritzt ist.
Die beiden Unwuchtabschnitte 6, 7 bilden jeweils einen durch die Wellenunwucht 8 quasistationär belasteten Teilumfang einer radial zurückspringenden Innenlaufbahn 14 eines (nicht dargestellten) innenringfreien Radialnadellagers. Zur Ergänzung dieses sich über einen Umfangswinkel von ca. 180° erstreckenden Teilumfangs umfasst die Unwuchtwelle 1 weiterhin radial niedrig belastete Laufbahnsegmente 15 und 16, die durch Kunststoffumspritzung der beiden Unwuchtabschnitte in einem Arbeitsgang, d.h. aus demselben Polyamidwerkstoff wie die beiden Drehübertragungsabschnitte 9, 10 hergestellt sind. Aufgrund des jeweils in die Axialnut 12 eingespritzten Kunststoffstegs 17 ist die Fügeverbindung der Laufbahnsegmente mit den Unwuchtabschnitten ebenfalls sowohl stoff- als auch formschlüssig. Die Laufbahnsegmente sind in dem an die Unwuchtabschnitte unmittelbar anschließenden Umfangsbereich der Innenlaufbahn leicht abgeflacht ausgeführt, um Stufen auf der Laufbahn zu verhindern, die ansonsten infolge der unterschiedlichen Werkstoffe und der unvermeidbaren Bauteiltoleranzen entstehen würden.
Bezugszeichenliste

1: Unwuchtwelle
2: Endabschnitt
3: Außenmantel
4: Gewindebohrung
5: Zweiflach
6: erster Unwuchtabschnitt
7: zweiter Unwuchtabschnitt
8: Wellenunwucht
9: Drehübertragungsabschnitt
10: weiterer Drehübertragungsabschnitt
11: Querrippe
12: Axialnut
13: Fortsatz
14: Innenlaufbahn
15: Laufbahnsegment
16: Laufbahnsegment
17: Kunststoffsteg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004014014 A1 [0002]

Claims

Unwuchtwelle (1) zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, umfassend in axialer Reihenschaltung: – einen die Unwuchtwelle (1) drehantreibenden Endabschnitt (2), – einen die Wellenunwucht (8) erzeugenden ersten Unwuchtabschnitt (6), – einen die Wellenunwucht (8) erzeugenden zweiten Unwuchtabschnitt (7), – einen die beiden Unwuchtabschnitte (6, 7) miteinander verbindenden Drehübertragungsabschnitt (9), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchtabschnitte (6, 7) und der Drehübertragungsabschnitt (9) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, wobei die Werkstoffdichte des Drehübertragungsabschnitts (9) kleiner als die Werkstoffdichte der beiden Unwuchtabschnitte (6, 7) ist.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchtabschnitte (6, 7) aus Eisenwerkstoff und der Drehübertragungsabschnitt (9) zumindest nahezu vollständig aus Kunststoff bestehen.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwelle (1) einen weiteren Drehübertragungsabschnitt (10) umfasst, der den Endabschnitt (2) und den ersten Unwuchtabschnitt (6) miteinander verbindet, wobei die beiden Drehübertragungsabschnitte (9, 10) aus demselben Kunststoff bestehen.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchtabschnitte (6, 7) Gleichteile sind.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwelle (1) durch Kunststoffumspritzung des Endabschnitts (2) und der beiden Unwuchtabschnitte (6, 7) hergestellt ist.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchtabschnitte (6, 7) aus Wälzlagerstahl bestehen und jeweils einen Teilumfang einer Innenlaufbahn (14) eines Radialnadellagers bilden, wobei die Unwuchtwelle (1) weiterhin aus Kunststoff bestehende Laufbahnsegmente (15, 16) umfasst, die mit den beiden Unwuchtabschnitten (6, 7) gefügt sind und jeweils die Innenlaufbahn (14) um einen weiteren Teilumfang ergänzen.