DE102015218277B4

DE102015218277B4 - Ausgleichswelle

Info

Publication number: DE102015218277B4
Application number: DE102015218277.0A
Authority: DE
Inventors: Markus PICHL
Original assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Current assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: CN106801720B; US20170082173A1; US10302122B2; DE102015218277A1; CN106801720A

Abstract

Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, umfassend:- zumindest einen länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130');- zumindest einen auf dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') angeordneten Lagersitz (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150) zur Lagerung eines Radiallagers, wobei im Mittelpunkt des Lagersitzes (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150; 140', 150') die Rotationsachse (19; 19''; 190) der Ausgleichswelle (10; 10''; 100) vorgesehen ist;- wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') aus einem integralen rohrförmigen Element ausgebildet ist, und wobei der Massenschwerpunkt des länglichen Grundkörpers (13; 13'; 13''; 130; 130') außerhalb der Rotationsachse (19; 19'; 19''; 190; 190') der Ausgleichswelle (10; 10'; 10"; 100; 100') liegt;- wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13'') zumindest eine Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') aufweist, so dass der längliche Grundkörper (13; 13'; 13'') im Bereich der zumindest einen Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') benachbarte Wandungsabschnitte (20) aufweist, um eine Unwucht der Ausgleichswelle bereitzustellen; oder wobei der längliche Grundkörper (130; 130') einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt aufweist, der mit unterschiedlichen Wandungsdicken ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ausgleichswelle.
Hintergrund
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Ausgleichswellen bekannt. Üblicherweise werden Ausgleichswellen mittels eines Warmumformverfahrens, insbesondere mittels eines Gesenkschmiedeverfahrens, aus einem stangenförmigen Wellenrohling hergestellt.
Derartige Ausgleichswellen und Herstellungsverfahren für solche Ausgleichswellen sind beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2009 036 067 A1 , DE 20 2007 018 991 U1 oder der DE 10 2007 009 800 A1 offenbart.
Zur Herstellung solcher Ausgleichswellen müssen zur Durchführung des Warmumformverfahrens entsprechende Werkzeuge (beispielsweise Gesenkschmiedewerkzeuge) bereitgestellt werden, die vergleichsweise komplex und teuer sind. Darüber hinaus erfordert insbesondere der Einsatz eines Gesenkschmiedeverfahrens eine vergleichsweise zeitintensive und damit kostenintensive Nachbearbeitung der Ausgleichswelle, da entsprechende Gratbildungen entfernt werden müssen, die beim Gesenkschmiedeverfahren auftreten.
Weiterhin sind Ausgleichswellen aus der DE 10 2012 216 418 A1 , DE 10 2009 036 794 A1 oder DE 103 47 348 A1 bekannt.
Aus der DE 10 2012 216 418 A1 ist insbesondere eine Unwuchtwelle mit einer Trägerwelle und zumindest zwei Lagerstellen bekannt, wobei an der Trägerwelle eine Unwuchtmasse mittels einer Art Feder-Nutverbindung (durch Steg und Vertiefung) angeordnet ist.
Aus der DE 10 2009 036 794 A1 ist eine Ausgleichswelle mit einer rohrförmigen Trägerwelle bekannt, an der zumindest eine Lagerstelle und eine Unwuchtmasse angeordnet sind. Die Trägerwelle umfasst zwei Mulden, die zur Positionierung von Nadellagern dienen.
Die DE 103 47 348 A1 offenbart eine Ausgleichswelle, die als hohles Strangpressteil hergestellt ist und mehrere Lager- und Unwuchtabschnitte umfasst, die spanend hergestellt sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Ausgleichswelle anzugeben, die einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und vorzugsweise einen Rückgriff auf Standardkomponenten erlaubt.
Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ausgleichswelle angegeben werden, das eine Herstellung einer Ausgleichswelle ohne den Einsatz eines Warmumformverfahrens (insbesondere ohne den Einsatz eines Gesenkschmiedeverfahrens) erlaubt.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, umfasst dabei: zumindest einen länglichen Grundkörper; zumindest einen auf dem länglichen Grundkörper angeordneten Lagersitz zur Lagerung eines Radiallagers, wobei im Mittelpunkt des Lagersitzes die Rotationsachse der Ausgleichswelle vorgesehen ist; wobei der längliche Grundkörper aus einem integralen rohrförmigen Element ausgebildet ist, und wobei der Massenschwerpunkt des länglichen Grundkörpers außerhalb der Rotationsachse der Ausgleichswelle liegt. Der längliche Grundkörper weist zumindest eine Einprägung auf, so dass der längliche Grundkörper im Bereich der zumindest einen Einprägung benachbarte Wandungsabschnitte aufweist, um eine Unwucht der Ausgleichswelle bereitzustellen. Alternativ weist der längliche Grundkörper einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt auf, der mit unterschiedlichen Wandungsdicken ausgebildet ist.
Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, als Grundkörper der Ausgleichswelle einen integral ausgebildeten hohlen Rohrrohling zu verwenden. Derartige Rohrrohlinge stellen Standardkomponenten dar und können somit einfach und kostengünstig eingesetzt werden. Durch den Einsatz derartiger bereits mehr oder weniger endbearbeiteter (gehärteter, geschliffener etc.) Standardkomponenten kann insbesondere die ansonsten notwenige Endbearbeitung bzw. Endveredelung (härten, schleifen, finishen, etc.) entfallen, so dass diesbezüglich eine erhebliche Kostenersparnis erreicht werden kann. Insbesondere im Hinblick auf die ansonsten notwendige zeit- und kostenintensive Bearbeitung der Lager sind erhebliche Kostenvorteile durch die vorliegende Erfindung erreichbar. Darüber hinaus kann durch den Einsatz eines integralen rohrförmigen Elements als länglicher Grundkörper eine erhebliche Gewichtseinsparung erreicht werden, und zwar in der Größenordnung von 30% bis 40% im Vergleich zu den bekannten geschmiedeten Ausgleichswellen. Diese Gewichtseinsparung am länglichen Grundkörper hat dabei keine bzw. keine wesentliche Auswirkung auf die Funktion der Ausgleichswelle, da die Gewichtseinsparung hauptsächlich dadurch erfolgt, dass in den rotationssymmetrischen Bereichen Masse entfernt wird.
Vorzugsweise weist der Grundkörper einen im Wesentlichen dreiecksförmigen oder kreisförmigen Querschnitt auf. Auf den Grundkörper können darüber hinaus „Standard“-Lagersitze angeordnet werden (beispielsweise durch thermisches Aufschrumpfen). In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, eine Lageraufnahme bzw. einen Lagersitz jeweils durch einen Lagerinnenring bereitzustellen, auf den ein Lager aufgeklipst werden kann. Ein solcher Lagerinnenring kann darüber hinaus zwei seitliche Anlagebereiche umfassen, die entsprechende seitliche Anlageflächen für das Lager bereitstellen. Alternativ besteht die Möglichkeit ein Lager bereits mit einem Lagerinnenring bereitzustellen und diesen Verbund (bspw. ein „Standard“-Lager) seitlich auf den Grundkörper bzw. den Lagersitz aufzuschieben. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass vor dem Aufschieben am Grundkörper bzw. Lagersitz eine entsprechende Anlagefläche für das Lager (genauer für den Lagerinnenring) bereitgestellt wird. Der Verbund von Lagerinnenring und Lager kann dann auf den Grundkörper bzw. Lagersitz aufgeschoben werden und mit der Anlagefläche in Eingriff gebracht werden. Dabei ist es bevorzugt, dass anschließend am Grundkörper bzw. Lagersitz durch Umformen, insbesondere durch ein Kalibrieren, eine zweite Anlagefläche gebildet wird, so dass das Lager durch die beiden Anlageflächen gehalten bzw. aufgenommen werden kann. Durch den vorliegend möglichen Einsatz von „Standard“-Lagern können dabei im Wesentlichen die gesamten kosten- und zeitintensiven Veredelungsschritte bzw. Endbearbeitungsschritte (härten, schleifen, finishen) hinsichtlich des Lagers entfallen, so dass diesbezüglich ein erheblicher Kostenvorteil erreicht werden kann.
Vorzugsweise ist an zumindest einem Endabschnitt der Ausgleichswelle ein Eingriffselement (vorzugsweise ein konusförmiges oder zylindrisches) vorgesehen, um die Ausgleichswelle mit einem Antrieb, insbesondere einem Kettenradantrieb, verbinden zu können. Derartige Eingriffselemente sind ebenfalls als Standardkomponenten erhältlich.
Im Ergebnis kann somit ein quasi modularer Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle bereitgestellt werden, der zu einer hohen Flexibilität bei der Herstellung unterschiedlicher Ausgestaltungen von Ausgleichswellen und zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt. Zudem muss zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle kein relativ kostenintensives und unflexibles Gesenkschmiedeverfahren mehr durchgeführt werden, so dass sich auch unter diesem Aspekt erhebliche Kostenvorteile ergeben.
Die Verschiebung des Massenschwerpunkts des Grundkörpers kann dabei dadurch erfolgen, dass der Grundkörper versetzt zur Rotationsachse der Ausgleichswelle angeordnet wird und/oder dadurch, dass der Grundkörper zumindest eine Einprägung aufweist, um die Masse und damit das Gewicht des Grundkörpers hinsichtlich der Rotationsachse der Ausgleichswelle zu verschieben. Beide Maßnahmen werden bevorzugt eingesetzt, um eine entsprechende Unwucht der Ausgleichswelle bereitstellen zu können. Ein solches Prägeverfahren kann dabei als Kaltumformverfahren vorgenommen werden, wobei bei einem solchen Verfahren keine Gratbildung mehr auftritt und somit in ganz besonders bevorzugter Weise eine entsprechende Nachbearbeitung im Vergleich zum Gesenkschmiedeverfahren vermieden werden kann.
Die Einprägung wird dabei besonders bevorzugt derart vorgenommen, dass sich benachbarte Wandungsabschnitte im Bereich der zumindest einen Einprägung ergeben. Im Bereich dieser benachbarten Wandungsabschnitte kann dabei ein zusätzliches Ausgleichsgewicht angeordnet werden. Insbesondere kann ein solches Ausgleichsgewicht besonders vorteilhaft zwischen den benachbarten Wandungsabschnitten eingeklemmt werden. Durch einen solchen Aufbau besteht die Möglichkeit in einem Fertigungsschritt sowohl die zumindest eine Einprägung als auch die Anordnung eines zusätzlichen Ausgleichsgewichts vornehmen zu können.
Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, am Außenumfang des länglichen Grundkörpers zumindest ein weiteres Ausgleichsgewicht anzuordnen, um die Unwucht der Ausgleichswelle, soweit notwendig, auf einfache Weise nochmals zu erhöhen. Dabei ist es bevorzugt, dass das am Außenumfang angeordnete zumindest ein zusätzliche Ausgleichsgewicht nicht integral mit dem länglichen Grundkörper ausgebildet ist sondern mit dem länglichen Grundkörper verklebt, verschweißt und/oder verlötet ist.
Das zusätzliche Ausgleichsgewicht wird besonders bevorzugt aus einem Schwermetall bzw. einer Schwermetalllegierung bereitgestellt, vorzugsweise aus einer Metalllegierung mit hohem Wolframgehalt, wobei der Wolframgehalt bevorzugt über 90% liegt, und wobei die Metalllegierung besonders bevorzugt eine Dichte zwischen 17,0 und 19,0 g/cm³ aufweist. Beispielhaft sei hier DENSIMET^® von Plansee zu nennen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der längliche Grundkörper unterschiedliche Materialdichten und/oder unterschiedliche Wandungsdicken aufweist. Vorzugsweise kann der längliche Grundkörper entlang seiner Längserstreckung unterschiedliche Wandungsdicken aufweisen. Dadurch besteht wiederum die Möglichkeit die Unwucht der Ausgleichswelle anzupassen bzw. noch weiter zu erhöhen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf bestimmte Wandungsdicken beschränkt.
Der längliche Grundkörper wird besonders bevorzugt aus einer Metalllegierung bereitgestellt.
Der zumindest eine Lagersitz kann für ein Wälzlager sein oder als Teil eines (Wälz-)Lagers, insbesondere als Lagerinnenring, ausgebildet sein. Somit können durch Verwendung von Standardteilen weitere Kosten gespart werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer oben beschriebenen Ausgleichswelle, umfassend zumindest die folgenden Schritte: Bereitstellen zumindest eines länglichen Grundkörpers, der aus einem integralen rohrförmigen Element gebildet ist; Anordnen zumindest eines Lagersitzes zur Lagerung eines Radiallagers, wobei im Mittelpunkt des Lagersitzes die Rotationsachse der Ausgleichswelle vorgesehen ist, und wobei der Massenschwerpunkt des länglichen Grundkörpers außerhalb der Rotationsachse der Ausgleichswelle liegt, wobei am länglichen Grundkörper zumindest eine Einprägung derart eingebracht wird, dass im Bereich der zumindest einen Einprägung benachbarte Wandungsabschnitte ausbildet werden, um eine Unwucht der Ausgleichswelle bereitzustellen; oder wobei der längliche Grundkörper einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt aufweist, der mit unterschiedlichen Wandungsdicken ausgebildet ist.
Im Ergebnis kann durch die vorliegende Erfindung somit eine Ausgleichswelle bereitgestellt werden, die mit wesentlich geringeren Kosten hergestellt werden kann und die darüber hinaus ein wesentlich geringeres Gewicht im Vergleich zu den bekannten geschmiedeten Ausgleichswellen aufweist, so dass durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle auch der Kraftstoffverbrauch entsprechend reduziert werden kann.
Figurenliste
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben. Darin zeigt:

1a eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle;
1b eine schematische Ansicht der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle mit (Teil eines) Wälzlager(s);
2a eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle aus 1a entlang der Rotationsachse der Ausgleichswelle;
2b eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle aus 1b entlang der Rotationsachse der Ausgleichswelle;
3 eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle aus 1a senkrecht zur Rotationsachse der Ausgleichswelle;
4a eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle der Ausgleichswelle;
4b eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle mit (Teil eines) Wälzlager(s);
5a eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle aus 4a entlang der Rotationsachse der Ausgleichswelle;
5b eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle aus 4b entlang der Rotationsachse der Ausgleichswelle;
6 eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle aus 4a senkrecht zur Rotationsachse der Ausgleichswelle;
7 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle;
8 eine schematische Querschnittsansicht der Ausgleichswelle aus 7 entlang der Rotationsachse der Ausgleichswelle; und
9 eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle aus 7 senkrecht zur Rotationsachse der Ausgleichswelle.

1a zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 10. Die Ausgleichswelle 10 umfasst an gegenüberliegenden Endabschnitten zwei Eingriffselemente 11, 12, mit denen die Ausgleichswelle 10 mit einem Antrieb, insbesondere einem Kettenradantrieb, verbindbar ist und die an einem integral ausgebildeten rohrförmigen Grundkörper 13 angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Ausgleichswelle 10 zwei Lagersitze 14, 15 zur Lagerung eines Radiallagers. Im Mittelpunkt der Lagersitze 14, 15 liegt die Rotationsachse der Ausgleichswelle 10. Insbesondere durch den Einsatz eines rohrförmigen Grundkörpers 13 kann dabei eine erhebliche Gewichtseinsparung erreicht werden, und zwar in der Größenordnung von 30% bis 40% im Vergleich zu den bekannten geschmiedeten Ausgleichswellen. Diese Gewichtseinsparung hat dabei keine bzw. keine wesentliche Auswirkung auf die Funktion der Ausgleichswelle 10, da die Gewichtseinsparung hauptsächlich dadurch erfolgt, dass in den rotationssymmetrischen Bereichen der Ausgleichswelle 10 quasi überflüssige Masse entfernt wird.
Wie in 1a gut zu erkennen ist, weist der rohrförmige Grundkörper 13 drei Einprägungen 16, 17, 18 auf. Die Einprägungen 16, 17, 18 wurden dabei durch ein Kaltumformverfahren (vorzugsweise ein Prägeverfahren) in den rohrförmigen Grundkörper 13 eingebracht. Somit besteht die Möglichkeit eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle 10 herzustellen, ohne dass zwingend ein Warmumformverfahren, insbesondere kein ansonsten übliches Gesenkschmiedeverfahren, angewendet werden muss. Wie bereits oben ausgeführt, stellt der Einsatz eines Kaltumformverfahrens ein besonders bevorzugtes Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle 10 dar, da eine solche Umformung gratfrei vorgenommen werden kann. Mit einem solchen besonders bevorzugten Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 10 besteht somit die Möglichkeit den in der Praxis relativ zeitaufwändigen und damit kostenintensiven Schritt des Entgratens und Nachbearbeitens einzusparen.
Weiterhin besteht die Möglichkeit eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle 10 quasi aus Standardkomponenten zusammenzubauen. Dabei müssen lediglich die Lagersitze 14, 15 und die Eingriffsabschnitte 11, 12 an den zuvor entsprechend geprägten rohrförmigen Grundkörper 13 angeordnet werden, um eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle 10 zu erhalten. Dieser quasi modularer Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 10 führt zu einer hohen Flexibilität bei der Herstellung unterschiedlicher Ausgestaltungen von Ausgleichswellen und zu einer erheblichen Kosteneinsparung, da auf Standardkomponenten zurückgegriffen werden kann. Zudem muss zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle kein relativ kostenintensives und unflexibles Gesenkschmiedeverfahren mehr durchgeführt werden. Die Lagersitze 14, 15 sind in der gezeigten ersten Ausführungsform in Bereichen der Ausgleichswelle 10 angeordnet, an denen diese (genauer der rohrförmige Grundkörper 13) nicht durch die Einprägungen 16, 17, 18 verformt wurde. Mit anderen Worten sind die Lagersitze 14,15 vorzugsweise zwischen den Einprägungen 16, 17, 18 an der Ausgleichswelle 10 (bzw. am rohrförmigen Grundkörper 13) angeordnet.
Wie in 1a gut zu erkennen ist, umfassen die Lagersitze 14, 15 in dieser bevorzugten Ausführungsform jeweils einen Lageraufnahmering 25, 26, auf den die Lager (nicht gezeigt) anschließend aufgeklipst werden können. Ein Lageraufnahmering 25, 26 umfasst dabei vorzugsweise jeweils zwei Anlagebereiche 27, 28, 29, 30, die in Richtung parallel zur Rotationsachse der Ausgleichswelle 10 (seitliche) Anlageflächen für die Lager bereitstellt.
Es ist bspw. auch denkbar, „Standard“-Lager auf den gezeigten Lagersitzen 14,15 vorzusehen, indem sie seitlich auf die Lagersitze 14,15 geschoben werden. Vor dem Aufschieben wird am Lagersitz jeweils eine entsprechende Anlagefläche (wie bspw. Anlagebereiche 28,29) für das Lager bereitgestellt. Das Lager kann dann seitlich auf den Lagersitz 14,15 aufgeschoben und mit der Anlagefläche in Eingriff gebracht werden. Im Anschluss wird am Lagersitz 14,15 durch Umformen, insbesondere durch ein Kalibrieren (Kalibrierschlag), ein zweiter Anlagebereich 27,30 gebildet, so dass das Lager durch die beiden Anlagebereiche bzw. Schultern gehalten bzw. aufgenommen ist. Gerade durch die Verwendung von „Standard“-Lagern können erhebliche Kostenvorteile durch die vorliegende Erfindung erreicht werden, da die kosten- und zeitintensiven Veredelungs- bzw. Endbearbeitungsschritte (härten, schleifen, finishen) hinsichtlich des Lagers entfallen können.
1b zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Ausgleichswelle 10' in einer Alternative mit zwei Wälzlagern. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bildet der Lagersitze 14', 15' gleichzeitig einen Lagerinnenring 31', 32' für ein entsprechendes Lager. Im Übrigen entspricht die gezeigte Ausführungsform der in der 1a gezeigten Ausführungsform der Ausgleichswelle 10, so dass hinsichtlich der weiteren Einzelheiten auf obiges verwiesen wird.
2a zeigt eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle 10 aus 1a entlang der Rotationsachse 19 der Ausgleichswelle 10. Identische Teile sind mit identischen Bezugszeichen versehen.
Wie in 2a gut zu erkennen ist, ergibt sich durch die Einprägungen 16, 17, 18 eine asymmetrische Massen- und Gewichtsverteilung hinsichtlich der Rotationsachse 19 der Ausgleichswelle 10. Wie in 2a ebenfalls gut zu erkennen ist, ist der rohrförmige Grundkörper 13 darüber hinaus versetzt zur Rotationsachse 19 der Ausgleichswelle 10 angeordnet, um den Massenschwerpunkt des rohrförmigen Grundkörpers 13 noch weiter von der Rotationsachse 19 der Ausgleichswelle 10 zu verlagern. Somit wird in der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Unwucht (d.h. eine Verlagerung des Massenschwerpunkts des Grundkörpers 13 zur Rotationsachse 19 der Ausgleichswelle 10) einerseits durch die Einprägungen 16, 17, 18 (d.h. durch die Verschiebung der Masse von einer Seite auf die gegenüberliegende Seite des Grundkörpers 13) und zudem durch die versetzte Anordnung des Grundkörpers 13 zur Rotationsachse 19 der Ausgleichswelle 10 erreicht.
2b zeigt eine der 2a entsprechende Darstellung der Ausgleichswelle 10' aus 1b, so dass hinsichtlich der weiteren Einzelheiten wiederrum auf obiges verwiesen wird.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle 10 aus 1a senkrecht zur Rotationsachse 19 der Ausgleichswelle 10. Identische Teile sind wiederum mit identischen Bezugszeichen versehen.
Wie in 3 gut zu erkennen ist, wird das Material des rohrförmigen Grundkörpers 13 im Bereich 20 der Einprägungen 16, 17, 18 derart auf eine Seite des Grundkörpers 13 verschoben, dass die Wandungsabschnitte des Grundkörpers 13 benachbart zueinander angeordnet sind. Optional kann in diesem Bereich 20 ein zusätzliches Ausgleichsgewicht (nicht gezeigt) angeordnet bzw. durch die Wandungsabschnitte im Grundkörper 13 eingeklemmt werden.
4a zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 100. Die Ausgleichswelle 100 umfasst wiederum an gegenüberliegenden Endabschnitten zwei Eingriffselemente 110, 120, mit denen die Ausgleichswelle 100 mit einem Antrieb, insbesondere einem Kettenradantrieb, verbindbar ist und die an einem integral ausgebildeten rohrförmigen Grundkörper 130 angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Ausgleichswelle 100 ebenfalls zwei Lagersitze 140, 150 zur Lagerung eines Radiallagers. Im Mittelpunkt der Lagersitze 140,150 liegt die Rotationsachse 190 der Ausgleichswelle 100.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper 130 einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt auf und zwar über die gesamte Längserstreckung des Grundkörpers 130 (d.h. der Grundkörper 130 der zweiten bevorzugten Ausführungsform weist keine Einprägungen 16, 17, 18 auf). 4b zeigt eine Ausgleichswelle 100' in der zweiten Ausführungsform in einer Alternative mit zwei Wälzlagern, in der die Lagersitze 140', 150' gleichzeitig einen Lagerinnenring 310', 320' für ein entsprechendes Lager bilden.
5a zeigt eine schematische Schnittansicht der Ausgleichswelle 100 aus 4a entlang der Rotationsachse 190 der Ausgleichswelle 100. Identische Teile sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Wie in 5a gut zu erkennen ist, ist der Grundkörper 130 wiederum versetzt zur Rotationsachse 190 der Ausgleichswelle 100 angeordnet, so dass sich bereits dadurch eine entsprechende Unwucht ergibt. Wie in 6 gut zu erkennen ist, ist zur Vergrößerung der Unwucht zudem eine Seite 200 des im Querschnitt dreiecksförmigen Grundkörpers 130 mit einer größeren bzw. mit unterschiedlichen Wandungsdicken ausgebildet. 5b zeigt eine der 5a entsprechende Darstellung der Ausgleichswelle 100' aus 4b.
Die 7 bis 9 zeigen eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 10''.
Im Unterschied zu der in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 10, weist die in den 7 bis 9 gezeigte Ausgleichswelle 10'' keine drei separaten Einprägungen 16, 17, 18 (vgl. 1) auf, sondern nur eine durchgängige Einprägung 16''. Die Einprägung 16'' erstreckt sich dabei im Wesentlichen über die gesamte Länge der Ausgleichswelle 10'', d.h. im Wesentlichen im gesamten Bereich zwischen den gegenüberliegenden Eingriffselementen 11'', 12'' und insbesondere auch im Bereich der Lagersitze 14'', 15''.
Bei der gezeigten dritten bevorzugten Ausführungsform der Ausgleichswelle 10'' werden die Lager L1, L2 bereits mit einem Lagerinnenring 31'', 32'' (bspw. in Form eines „Standard“-Lagers) bereitgestellt und quasi als Verbund jeweils seitlich auf den Lagersitz 14'', 15'' aufgeschoben. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass vor dem Aufschieben am rohrförmigen Grundkörper 13'' jeweils eine entsprechende Anlagefläche für das Lager L1, L2 (genauer für den Lagerinnenring 31'', 32'') bereitgestellt wird. Der Verbund von Lageraußenring 33'', 34'', Wälzkörper 35'', 36'' und und Lagerinnenring 31'', 32'' - also allgemein das Lager L1, L2 - kann dann jeweils auf den Grundkörper 13'' aufgeschoben werden und mit der Anlagefläche in Eingriff gebracht werden. Vorzugsweise wird anschließend am Grundkörper 13'' durch Umformen, insbesondere durch ein Kalibrieren (d.h. durch einen so genannten Kalibrierschlag), ein zweiter Anlagebereich gebildet, so dass die Lagerinnenringe 31'', 32'' und somit die Lager L1, L2 durch die beiden Anlagebereiche gehalten bzw. aufgenommen werden können (vgl. 8).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist. Ferner sind die vorhergehenden Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise mit- und untereinander kombinierbar. Insbesondere können die in der ersten und dritten Ausführungsform gezeigten alternativen Ausgestaltungen der Lagerstellen in beliebiger Weise miteinander an einer Ausgleichswelle kombiniert werden. Die Verlagerung des Massenschwerpunkts des Grundkörpers bzgl. der Rotationsachse der Ausgleichswelle kann ferner durch ein Verschieben der Masse des Grundkörpers und/oder durch ein versetztes Anordnen des Grundkörpers zur Rotationsachse der Ausgleichswelle erfolgen. Auch können im Grundkörper verschiedene zusätzliche Ausgleichsgewichte vorgesehen werden (vorzugsweise im Bereich der Einprägungen 16,17,18 angeordnet bzw. eingeklemmt) und/oder können am Außenumfang der Ausgleichswelle verschiedenen zusätzliche Ausgleichsgewichte angeordnet werden. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass die jeweiligen Massen bzw. die Lagersitze der Ausgleichswelle bzgl. ihrer Anordnung in Richtung der Rotationsachse an die jeweils konkrete Einbauumgebung angepasst werden können. Die Lager und Anbauteile können zudem, neben den beschriebenen Verfahren, auch über thermischen Schrumpfsitz ander anderweitige Fügetechniken montiert werden. Unter „identische Bezugszeichen“ wird im Rahmen der Erfindung nur die entsprechende Ziffer unabhängig von den Strichen zur Unterscheidung der Ausführungsformen verstanden.

Claims

Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, umfassend: - zumindest einen länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130'); - zumindest einen auf dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') angeordneten Lagersitz (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150) zur Lagerung eines Radiallagers, wobei im Mittelpunkt des Lagersitzes (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150; 140', 150') die Rotationsachse (19; 19''; 190) der Ausgleichswelle (10; 10''; 100) vorgesehen ist; - wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') aus einem integralen rohrförmigen Element ausgebildet ist, und wobei der Massenschwerpunkt des länglichen Grundkörpers (13; 13'; 13''; 130; 130') außerhalb der Rotationsachse (19; 19'; 19''; 190; 190') der Ausgleichswelle (10; 10'; 10"; 100; 100') liegt; - wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13'') zumindest eine Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') aufweist, so dass der längliche Grundkörper (13; 13'; 13'') im Bereich der zumindest einen Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') benachbarte Wandungsabschnitte (20) aufweist, um eine Unwucht der Ausgleichswelle bereitzustellen; oder wobei der längliche Grundkörper (130; 130') einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt aufweist, der mit unterschiedlichen Wandungsdicken ausgebildet ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10'') nach Anspruch 1, wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13'') einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') zur Rotationsachse (19; 19'; 19''; 190; 190') der Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') versetzt angeordnet ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') durch ein Kaltumformverfahren bereitgestellt ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 1 oder 4, wobei zwischen den benachbarten Wandungsabschnitten (20) im Bereich der zumindest einen Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16') zumindest ein zusätzliches Ausgleichsgewicht angeordnet ist, insbesondere zwischen den benachbarten Wandungsabschnitten (20) eingeklemmt ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Außenumfang des länglichen Grundkörpers (13; 13'; 13''; 130; 130') zumindest ein zusätzliches Ausgleichsgewicht angeordnet ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach Anspruch 6, wobei das am Außenumfang angeordnete zumindest eine zusätzliche Ausgleichsgewicht nicht integral mit dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') ausgebildet ist und mit dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') verklebt, verschweißt und/oder verlötet ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das zumindest eine zusätzliche Ausgleichsgewicht aus einem Schwermetall bereitgestellt ist, insbesondere aus einer Wolframlegierung, wobei der Wolframgehalt in der Metalllegierung bevorzugt über 90% beträgt, und wobei die Metalllegierung besonders bevorzugt eine Dichte zwischen 17,0 und 19,0 g/cm3 aufweist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') unterschiedliche Materialdichten aufweist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') bevorzugt entlang seiner Längserstreckung unterschiedliche Wandungsdicken aufweist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Lagersitz (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140,150; 140', 150') nicht integral mit dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') ausgebildet ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Lagersitz (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150; 140', 150') auf den länglichen Grundkörper (13; 13''; 130) thermisch aufgeschrumpft ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der längliche Grundkörper (13; 13''; 130) aus einer Metalllegierung bereitgestellt ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Lagersitz (14, 15; 14'', 15''; 140, 150) für ein Wälzlager ist oder als Teil eines Wälzlagers (L1, L2), insbesondere als Lagerinnenring (31', 32'; 31'', 32''; 310', 320'), ausgebildet ist.
Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') an zumindest einem Endabschnitt ein Eingriffselement (11,12; 11'', 12''; 110, 120) aufweist, das derart ausgebildet ist, dass die Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') mit einem Antrieb, insbesondere einem Kettenradantrieb, verbindbar ist.
Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend zumindest die folgenden Schritte: - Bereitstellen zumindest eines länglichen Grundkörpers (13; 13'; 13''; 130; 130'), der aus einem integralen rohrförmigen Element gebildet ist; - Anordnen zumindest eines Lagersitzes (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150; 140', 150') zur Lagerung eines Radiallagers, wobei im Mittelpunkt des Lagersitzes (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140,150; 140', 150') die Rotationsachse (19; 19'; 19''; 190; 190') der Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') vorgesehen ist, und wobei der Massenschwerpunkt des länglichen Grundkörpers (13; 13'; 13''; 130; 130') außerhalb der Rotationsachse (19; 19'; 19''; 190; 190') der Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') liegt; - wobei am länglichen Grundkörper (13; 13'; 13'') zumindest eine Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') derart eingebracht wird, dass im Bereich der zumindest einen Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') benachbarte Wandungsabschnitte (20) ausbildet werden, um eine Unwucht der Ausgleichswelle bereitzustellen; oder wobei der längliche Grundkörper (130; 130') einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt aufweist, der mit unterschiedlichen Wandungsdicken ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der längliche Grundkörper (13; 13'; 13'; 130; 130') zur Rotationsachse (19; 19'; 19''; 190; 190') der Ausgleichswelle (10; 10'; 10''; 100; 100') versetzt angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei im Bereich der benachbarten Wandungsabschnitte (20) zumindest ein Ausgleichsgewicht angeordnet wird, insbesondere zwischen den benachbarten Wandungsabschnitten (20) eingeklemmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die zumindest eine Einprägung (16, 17, 18; 16', 17', 18'; 16'') durch ein Kaltformverfahren in den länglichen Grundkörper (13; 13'; 13'') eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Kaltformverfahren einen Prägeschritt umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei am Außenumfang des länglichen Grundkörpers (13; 13'; 13"; 130; 130') zumindest ein zusätzliches Ausgleichsgewicht angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das am Außenumfang angeordnete zumindest eine zusätzliche Ausgleichsgewicht nicht integral mit dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') ausgebildet wird und mit dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') verklebt, verschweißt und/oder verlötet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei der zumindest eine Lagersitz (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150; 140', 150') nicht integral mit dem länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der zumindest eine Lagersitz (14, 15; 14', 15'; 14'', 15''; 140, 150; 140', 150') auf den länglichen Grundkörper (13; 13'; 13''; 130; 130') thermisch aufgeschrumpft wird.