DE102013205818A1

DE102013205818A1 - Unwuchtwelle und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102013205818A1
Application number: DE201310205818
Authority: DE
Inventors: Ditmar Tambor; Josef Schwuger; Josef Zehnle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Unwuchtwelle (1) zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung der Unwuchtwelle. Diese umfasst eine die Wellenunwucht erzeugende Trägerwelle (2) und einen damit gefügten Lagerring (3), dessen Außenmantelfläche (4) als Laufbahn für die Wälzkörper eines die Unwuchtwelle radial lagernden Wälzlagers dient. Der Lagerring soll mittels einer Zwischenlage (9) aus einem Elastomerwerkstoff mit der Trägerwelle gefügt sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, mit einer die Wellenunwucht erzeugenden Trägerwelle und einem damit gefügten Lagerring, dessen Außenmantelfläche als Laufbahn für die Wälzkörper eines die Unwuchtwelle radial lagernden Wälzlagers dient.
Hintergrund der Erfindung
An die Laufbahnqualität wälzgelagerter Unwuchtwellen werden hohe Präzisionsanforderungen gestellt, und dementsprechend klein sind die einzuhaltenden Form- und Lagetoleranzen der Lagerlaufbahn. Die Herstellung von deren idealerweise vollständig rundlaufender Zylinderform ist bereits bei einer geschmiedeten Unwuchtwelle mit integrierter Laufbahn mit hohem Aufwand verbunden. Aufgrund der erweiterten Toleranzkette verschärft sich diese Situation im Falle einer aus mehreren Einzelteilen gebauten Unwuchtwelle, wie sie aus der gattungsgemäßen DE 10 2009 035 112 A1 bekannt ist. Die dortige Trägerwelle ist ein kostengünstig herstellbares Gussteil, auf das der aus einem Wälzlagerstahl bestehende Lagerring aufgezogen ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebaute Unwuchtwelle der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass der Lagerring mittels einer Zwischenlage aus einem Elastomerwerkstoff mit der Trägerwelle gefügt ist. Durch die elastische (Gummi-)Verbindung werden optimale Kontaktbedingungen zwischen der Laufbahn des Lagerrings und den Wälzkörpern gewährleistet. Möglich wird dies durch eine kontinuierliche Anpassung des Lagerrings im Bereich der Unwucht- Lastzone, d.h. Ausgleich der Koaxialitätsabweichung. Dieser Effekt trägt zusätzlich dazu bei, dass im Betrieb genauso Bearbeitungsungenauigkeiten (Form und Lagetoleranzen) des Lagerrings sowie auch des Lagersitzes im Motorblock ausgeglichen werden. Eine Verbesserung der Laufruhe (Schwingungen) und Reduzierung der Geräuschentwicklung ist die Folge. Für die Verbindung der Trägerwelle mit dem Lagerring werden hitze- und ölbeständige Elastomere (Gummi) oder alternativ Kunststoffe verwendet. Die Zwischenlage wird durch Elastomerumspritzung (Vulkanisation) der Trägerwelle und des Lagerrings hergestellt.
Der Rohling des Lagerrings kann als gestanztes, gebogenes und evtl. geschweißtes Bauteil hergestellt sein, der gehärtet wird. Der Lagerring kann glatt oder mit Bord ausgeführt sein.
Die Geometrie der Trägerwelle ist vereinfacht, somit auch die Aufwendungen für den Wellenrohling und für den Bearbeitungsprozesses. Die Trägerwelle kann weich bleiben.
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;
2 die Unwuchtwelle in Draufsicht;
3 die Trägerwelle als Einzelteil in perspektivischer Darstellung;
4 den Lagerring als Einzelteil in perspektivischer Darstellung;
5 die elastomere Zwischenlage in isolierter perspektivischer Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen verschiedene Ansichten einer Unwuchtwelle 1 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 in 3 dargestellten Trägerwelle 2 und zwei darauf befestigten Lagerringen 3, die gemäß 4 ohne seitlichen Bord, d.h. glatt ausgeführt sind. Die Außenmantelflächen 4 der aus Wälzlagerstahl bestehenden Lagerringe dienen als Innenlaufbahn für die Nadeln eines die Unwuchtwelle radial in der Brennkraftmaschine lagernden Nadellagers (nicht dargestellt).
Die ungehärtete Trägerwelle 2 weist endseitig einen Antriebsabschnitt 5 auf, der zur Aufnahme eines als Festlager dienenden Kugellagers und eines ebenfalls nicht dargestellten Ketten- oder Zahnrads dient, das die Unwuchtwelle antreibt. Die Wellenunwucht wird im wesentlichen durch die beiden Wellenabschnitte 6 und 7 erzeugt, die sich jeweils zu beiden Seiten der Lagerringe 3 erstrecken und deren Massenschwerpunkte jeweils exzentrisch zur Drehachse 8 verlaufen. Die Wellenunwucht wird zugunsten des Leichtbaus durch die sich umfänglich ändernde Breite der Lagerringe unterstützt, die in bekannter Weise auf dem hoch belasteten Umfangsabschnitt seitens der Wellenunwucht (in 1 unterhalb der Drehachse) ihre volle Breite haben und gegenüberliegend vergleichsweise schmal ausgebildet sind. In einem nicht dargestellten Extremfall kann die Breite der Lagerringe in diesem nicht belasteten Umfangsabschnitt auch vollständig zu Null reduziert sein. In diesem Fall wären die beiden Lagerringe geöffnet und würden sich nur über einen Kreisbogen von beispielsweise 200° erstrecken.
Als Fügeverbindung der Lagerringe 3 auf der Trägerwelle 2 dient jeweils eine Zwischenlage 9 aus Elastomerwerkstoff, die in 5 als isoliertes Einzelteil dargestellt ist. Die Zwischenlagen 9 werden durch Umspritzung der Trägerwelle und der darauf positionierten Lagerringe mit Elastomerwerkstoff und dessen anschließender Vulkanisation hergestellt. Aufgrund des nicht kreisförmigen Querschnitts der Trägerwelle und lokaler Ausnehmungen 10 seitens der Wellenunwucht sind die Zwischenlagen stoffschlüssig durch Haftverbindung und sowohl in beidseitig axialer als auch in radialer Richtung formschlüssig mit der Trägerwelle verbunden. Dadurch, dass die Zwischenlagen zu beiden Seiten der Lagerringe radial hervorstehen, sind diese in beidseitig axialer Richtung formschlüssig und in radialer Richtung vollumfänglich, jedoch lediglich stoffschlüssig mit der Zwischenlage verbunden. Ein auch in radialer Richtung wirkender Formschluss ließe sich aber beispielsweise dadurch erzielen, dass die Zwischenlagen auch die Übergangsstufen 11 zum schmalen Umfangsbereich der Lagerringe überdecken.
Bezugszeichenliste

1: Unwuchtwelle
2: Trägerwelle
3: Lagerring
4: Außenmantelfläche des Lagerrings
5: Antriebsabschnitt
6: Wellenabschnitt
7: Wellenabschnitt
8: Drehachse der Unwuchtwelle
9: Elastomer-Zwischenlage
10: Ausnehmung
11: Übergangsstufe

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

DE 102009035112 A1 [0002]

Claims

Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Brennkraftmaschine, mit einer die Wellenunwucht erzeugenden Trägerwelle (2) und einem damit gefügten Lagerring (3), dessen Außenmantelfläche (4) als Laufbahn für die Wälzkörper eines die Unwuchtwelle (1) radial lagernden Wälzlagers dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (3) mittels einer Zwischenlage (9) aus einem Elastomerwerkstoff mit der Trägerwelle (2) gefügt ist.
Unwuchtwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (9) in beidseitig axialer und in radialer Richtung formschlüssig mit der Trägerwelle (2) verbunden ist.
Unwuchtwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (3) in beidseitig axialer Richtung formschlüssig und in radialer Richtung lediglich stoffschlüssig mit der Zwischenlage (9) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Unwuchtwelle (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (9) durch Elastomerumspritzung der Trägerwelle (2) und des Lagerrings (3) hergestellt wird.