DE102014213995A1

DE102014213995A1 - Unwuchtwelle

Info

Publication number: DE102014213995A1
Application number: DE102014213995.3A
Authority: DE
Inventors: Riad Bauch; Daniel Ludwig
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-07-19
Also published as: DE102014213995B4; FR3023890A1; US20160017956A1; CN105276081A

Abstract

Unwuchtwelle (1) zum Ausgleichen von Massenkräften und/oder Massenmomenten, insbesondere einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Wellenabschnitt (2; 4; 6) und einem daran angrenzenden Lagerzapfen (10; 12), wobei an dem Wellenabschnitt (2; 4; 6) eine Unwuchtmasse (8) angeordnet ist, und der Lagerzapfen (10; 12) zumindest zweiteilig ausgebildet ist und ein erstes Lagersegment (18; 20) und ein zweites Lagersegment (22; 24) aufweist, wobei ein Massenschwerpunkt von Wellenabschnitt (2; 4; 6) und Lagerzapfen (10; 12) exzentrisch zu einer Drehachse (D) der Unwuchtwelle (1) ausgebildet ist, wodurch das erste Lagersegment (18; 20) und das zweite Lagersegment (22; 24) derart ineinandergreifend ausgebildet sind, dass das erste (18; 20) und das zweite Lagersegment (22; 24) zumindest axial in ihrer relativen Position zueinander gesichert sind.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Unwuchtwelle zum Ausgleichen von Massenkräften und/oder Massenmomenten, insbesondere bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2007 027 990 , ist eine Unwuchtwelle bekannt, die einen Wellenabschnitt und einen Lagerzapfen aufweist, wobei der Lagerzapfen als Teilzylinder ausgebildet ist, der somit ebenfalls zur Unwucht der Welle beiträgt. Weiterhin ist aus der DE 10 2009 035 112 bekannt, den Lagerzapfen aus zwei Lagerzapfensegmenten auszubilden, wobei ein Lagerzapfensegment aus Metall und das andere Lagerzapfensegment aus Kunststoff ausgebildet ist. Derartige Ausgestaltungen der Unwuchtwelle reduzieren zwar das Gesamtgewicht der Unwuchtwelle deutlich, die bekannte Ausgestaltung der Lageranordnung mit zwei Lagersegmenten hat jedoch den Nachteil, dass sich die Lagersegmente oftmals gegeneinander verschieben können. Ist dagegen nur ein Teilzylinder vorgesehen, so muss an diesem ein entsprechender Zylinderteilmantel angeformt werden, um eine Lauffläche für Wälzkörper eines Wälzlagers, mittels dessen die Unwuchtwelle in ihrem Gehäuse gelagert ist, bereitzustellen. Dies ist jedoch sehr montageaufwendig und dadurch kostenintensiv.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine gewichtsreduzierte, aber leicht herzustellende Unwuchtwelle bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Unwuchtwelle gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Unwuchtwelle zum Ausgleichen von Massenkräften und/oder Massenmomenten, insbesondere bei einer Hubkolben-Brennmaschine vorgestellt, die mindestens einen Wellenabschnitt und einen daran angrenzenden Lagerzapfen aufweist. Weiterhin ist an dem Wellenabschnitt eine Unwuchtmasse angeordnet, die für einen exzentrischen Massenschwerpunkt des Wellenabschnitts relativ zu einer Drehachse der Ausgleichswelle sorgt. Weiterhin ist der Lagerzapfen zumindest zweiteilig ausgebildet und weist ein erstes und zweites Lagersegment auf. Dabei basiert die Erfindung auf der Idee, das erste und zweite Lagersegment derart auszubilden, dass sie ineinandergreifen und damit das erste und das zweite Lagersegment zumindest axial in ihrer relativen Position zueinander gesichert sind. Diese axiale Sicherung sorgt dafür, dass sich die Lagersegmente nicht wie im Stand der Technik gegeneinander verschieben können, sondern auch bei Vibrationen, die oftmals im Betrieb der Verbrennungsmotoren auftretend, an ihrem Platz verbleiben. Dadurch kann die Störanfälligkeit der Radiallagerung aufgrund von verrutschten Lagersegmenten verringert werden und eine zuverlässige und langlebige Radiallagerung bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind das erste und das zweite Lagersegment derart ineinandergreifend ausgebildet, dass das erste und das zweite Lagerelement zumindest teilweise radial in ihrer relativen Position zueinander gesichert sind. Da die Lagersegmente oftmals nicht nur axial, sondern, insbesondere bei der Montage, auch radial verschiebbar sind, kann durch die radiale Verschiebungssicherung sichergestellt werden, dass die Lagersegmente in ihrer Position zueinander feststehend definiert sind.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die ineinandergreifende Ausgestaltung über eine Steckverbindung zwischen erstem und zweitem Lagersegment bereitgestellt ist. Derartige Steckverbindungen sind besonders einfach auszugestalten und können eine einfache axiale und/oder radiale Sicherung der Lagersegmente zueinander bereitstellen. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn eines der Lagersegmente, beispielsweise das zweite Lagersegment, mit Verbindungsnasen ausgebildet ist, die vorzugsweise in komplementär ausgebildete Aussparungen am anderen Lagersegment, beispielsweise dem ersten Lagersegment, eingreifen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Lagersegmente aus einem spritzbaren, gießbaren oder spritzgießbaren Material, insbesondere einem Kunststoff hergestellt. Dadurch kann gerade in einem Bereich der wenig belastet ist, der Lagerzapfen mit einem leichten Material ausgestattet sein. Weiterhin kann mittels des spritzbaren Materials eine sehr einfache Ausgestaltung der Steckverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Lagersegment bereitgestellt werden. Dabei kann insbesondere das erste Lagersegment dadurch hergestellt werden, dass das zweite Lagersegment umspritzt wird, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Lagersegments bereitgestellt wird.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn das Material des ersten Lagersegments eine geringere Dichte hat als das Material des zweiten Lagersegments. Dadurch kann das zweite Lagersegment schwerer ausgebildet sein als das erste Lagersegment, so dass auch der Lagerzapfen selbst einen exzentrisch zu einer Drehachse der Ausgleichwelle ausgebildeten Massenschwerpunkt aufweist. Dadurch trägt dieser ebenfalls zur Unwucht bei, so dass die Unwuchtmassen an dem Wellenabschnitt kleiner ausgeführt werden können.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Lagerzapfen mit einer zylindrischen Außenmantelfläche ausgestattet, die als Lauffläche für Wälzkörper eines die Unwuchtwelle radial lagernden Wälzlagers mit Linienberührung dient. Dabei sind die Übergänge zwischen den Lagersegmenten nicht parallel zu der Linienberührung der Wälzkörper ausgerichtet, sondern zu dieser winkelig angestellt, so dass der Wälzkörper trotz zweiteiligen Aufbaus des Lagerzapfens keine Unebenheiten aufweist. Dadurch kann die Laufruhe vergrößert werden.
Zudem hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass auch bei der Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten für die Lagersegmente eine aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung entstehende Unterbrechung bzw. ein zwischen den Lagersegmenten zum Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen nötiger Toleranzspalt nicht negativ auf das Rollverhalten der Wälzkörper auswirkt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Zeichnung und der Beschreibung definiert.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Schutzbereiche der Anmeldung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen:
1: eine schematische räumliche Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle; und
2: eine schematische Teilansicht auf einen erfindungsgemäß ausgestatteten Lagerzapfen.
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt eine räumliche Schnittansicht durch eine Unwuchtwelle 1, die mehrere Wellenabschnitte 2, 4 und 6 aufweist und entlang einer Drehachse D drehbar gelagert ist. An den Wellenabschnitten 2, 4 und 6 sind jeweils Unwuchtmassen 8 angeordnet, die für einen Massenschwerpunkt sorgen, der exzentrisch zu der Drehachse D ausgebildet ist. Weiterhin zeigt 1, dass die Unwuchtwelle 1 mittels Lagerzapfen 10, 12 radial gelagert werden kann. Dabei dienen Lagerzapfen 10, 12 üblicherweise als Innenlauffläche für Wälzkörper (nicht dargestellt) eines Wälzlagers mit Linienberührung, so dass die Zylinderaußenflächen 14, 16 der Lagerzapfen 10, 12 gleichzeitig als Laufflächen für die Wälzkörper dienen. Unter einem Wälzlager mit Linienberührung versteht man alle Arten von Wälzlagern, bei denen die Wälzkörper ihre Laufflächen entlang einer Linie berühren. Dies sind beispielsweise Radialnadellager und Zylinderrollenlager, aber auch Kegelrollenlager und Toroidallager. Kugellager dagegen gehören nicht dazu, da die kugeligen Wälzkörper ihre Laufbahn lediglich in einem Punkt berühren. Dennoch kann die erfindungsgemäße Unwuchtwelle auch mittels eines Kugellagers radial gelagert werden.
Weiterhin ist 1 zu entnehmen, dass die Lagerzapfen 10, 12 selbst zweiteilig ausgebildet sind, und ein erstes Lagersegment 18, 20 und ein zweites Lagersegment 22, 24 aufweisen. Wie 1 weiterhin zu entnehmen, sind dabei die ersten Lagersegmente 18, 20 und die zweiten Lagersegmente 22, 24 ineinandergreifend ausgebildet, wobei an den zweiten Lagersegmenten 22, 24 Verbindungsnasen 26, 28 ausgebildet sind, die in komplementär ausgestaltete Aussparungen 30, 32 der ersten Lagersegmente 18, 20 eingreifen. Aufgrund dieser ineinandergreifenden Verbindungen der Lagersegmente zueinander, kann sichergestellt werden, dass zum einen die Lagersegmente in axialer Richtung, also zur Drehachse D aber auch zumindest teilweise in radialer Richtung in ihrer Position gesichert sind.
Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn die ersten Lagersegmente 18, 20 aus einem Kunststoff gefertigt sind und lediglich mit den zweiten Lagersegmenten 22, 24 zusammengesteckt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die ersten Lagersegmente 18, 20 durch Umspritzen der zweiten Lagesegmente 22, 24 ausgebildet sind.
Wie weiterhin 1 zu entnehmen, können die zweiten Lagersegmente 22, 24 auch integral mit der Unwuchtwelle 1 ausgestaltet sein.
2 zeigt eine Detailansicht der in 1 dargestellten Unwuchtwelle 1, wobei insbesondere der Lagerzapfen 10 dargestellt ist. Dabei ist der Lagerzapfen 10 bzw. die Teilansicht der Unwuchtwelle 1 nicht mehr in Schnittansicht dargestellt, sondern als räumliche Aufsicht. Weiterhin ist schematisch in 2 ein Wälzkörper 34 dargestellt, der Teil eines die Unwuchtwelle 1 radial lagernden Wälzlagers mit Linienberührung (nicht dargestellt) ist. Wie zu erkennen dient dabei die Außenzylinderfläche 14 des Lagerzapfens 10 als Lauffläche für den Wälzkörper 34 und wird von diesem entlang einer Linie 36 berührt.
Weiterhin zeigt 2, dass die Lauffläche 14 eine Unterbrechung 38 aufweist, die dort ausgebildet ist, wo erstes Lagersegment 18 und zweites Lagersegment 22 aneinander anstoßen. Vorteilhafterweise ist diese Unterbrechung 38 zumindest teilweise winkelig gegenüber der Linienberührung 36 des Wälzkörpers angestellt. Dadurch ist der Wälzkörper 34 immer von der Lauffläche 14 unterstützt, so dass eine große Laufruhe des Wälzkörpers auf der Lauffläche 14 bereitgestellt werden kann. Zudem kann die Unterbrechung 38 sogar als Toleranzspalt ausgestaltet werden, dass einer ungleichmäßigen thermischen Ausdehnung der zwei Lagersegmente 18, 22 aufgrund von unterschiedlichen Materialien Rechnung getragen werden kann. Weiterhin ist 2 zu entnehmen, dass beide Lagersegmente 18, 22 ineinander steckbar ausgebildet sind und so axial und zumindest teilweise radial gegen ein Verrutschen gesichert sind.
Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Unwuchtwelle 1 eine gewichtreduzierte Unwuchtwelle bereitgestellt werden, die insbesondere besonders einfach zu fertigen ist, da die Lagersegmente 18, 22 lediglich ineinander gesteckt werden müssen. Gleichzeitig sind die Lagersegmente radial und axial gegen Verrutschen gesichert, so dass eine Funktionsbeeinträchtigung zuverlässig verhindert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Unwuchtwelle
2, 4, 6: Wellenabschnitte
8: Unwuchtmasse
10, 12: Lagerzapfen
14, 16: Lauffläche
18, 20: erstes Lagersegment
22, 24: zweites Lagersegment
26, 28: Verbindungsnase
30, 32: Verbindungstasche
34: Wälzkörper
36: Linienberührung
38: Laufflächenunterbrechung

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 102007027990 [0002]
DE 102009035112 [0002]

Claims

Unwuchtwelle (1) zum Ausgleichen von Massenkräften und/oder Massenmomenten, insbesondere einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Wellenabschnitt (2; 4; 6) und einem daran angrenzenden Lagerzapfen (10; 12), wobei an dem Wellenabschnitt (2; 4; 6) eine Unwuchtmasse (8) angeordnet ist, und der Lagerzapfen (10; 12) zumindest zweiteilig ausgebildet ist und ein erstes Lagersegment (18; 20) und ein zweites Lagersegment (22; 24) aufweist, wobei ein Massenschwerpunkt von Wellenabschnitt (2; 4; 6) und Lagerzapfen (10; 12) exzentrisch zu einer Drehachse (D) der Unwuchtwelle (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagersegment (18; 20) und das zweite Lagersegment (22; 24) derart ineinandergreifend ausgebildet sind, dass das erste (18; 20) und das zweite Lagersegment (22; 24) zumindest axial in ihrer relativen Position zueinander gesichert sind.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 1, wobei das erste (18; 20) und das zweite Lagersegment (22; 24) derart ineinandergreifend ausgebildet sind, dass das erste (18; 20) und das zweite (22; 24) Lagerelement zumindest teilweise radial in ihrer relativen Position zueinander gesichert sind.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ineinandergreifende Ausgestaltung über eine Steckverbindung zwischen erstem (18; 20) und zweitem (22; 24) Lagersegment bereitgestellt ist.
Unwuchtwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste oder zweite Lagersegment (18; 20; 22; 24) mit einer Verbindungsnase (26; 28) ausgebildet ist, die in komplementär ausgebildete Aussparungen (30; 32) des anderen Lagersegments (22; 24; 18; 20) eingreifen.
Unwuchtwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Lagersegment (18; 20) aus einem spritzbaren, gießbaren oder spritzgießbaren Material, insbesondere einem Kunststoff hergestellt ist.
Unwuchtwelle (1) nach Anspruch 5, wobei das erste Lagersegment (18; 20) durch Umspritzen des zweiten Lagersegments (22; 24) hergestellt ist.
Unwuchtwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material des ersten Lagersegments (18; 20) eine geringere Dichte hat als das Material des zweiten Lagersegments (22; 24).
Unwuchtwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Lagerzapfen (10; 12) eine zylindrische Außenmantelfläche (14; 16) aufweist, die dazu ausgelegt ist, als Innenlauffläche für Wälzkörper (34) eines die Unwuchtwelle (1) radial lagernden Wälzlagers mit Linienberührung zu dienen, wobei ein in der Lauffläche ausgebildeter Übergang 38 zwischen dem ersten Lagersegment (18; 20) und dem zweiten Lagersegment (22; 24) zumindest teilweise winklig zu der Linienberührung (36) der Wälzkörper (34) angestellt ist.