DE102015223975B4

DE102015223975B4 - Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015223975B4
Application number: DE102015223975.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Junker; Norbert Geyer; Benedikt Schreiber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: DE102015223975A1

Abstract

Ausgleichswelle (1) für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Hohlwelle (3) mit Lagerstellen (2) und darauf mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle (3) befestigte Lagerinnenringe (4), an deren Außenumfang (5) die Ausgleichswelle (1) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerinnenringe (4) jeweils mit einer zum Außenumfang (5) exzentrischen Durchgangsbohrung (9) auf der Hohlwelle (3) aufgesetzt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Hohlwelle mit Lagerstellen und darauf mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle befestigte Lagerinnenringe, an deren Außenumfang die Ausgleichswelle drehbar gelagert ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle.
Stand der Technik
Aus der DE 103 20 747 A1 geht eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine hervor, wobei die Ausgleichswelle aus einer Hohlwelle besteht, auf der Ausgleichsgewichte und Lagerinnenringe befestigt sind. Dabei sind die Lagerinnenringe an entsprechenden Lagerstellen der Ausgleichswelle und die Ausgleichsgewichte an den vorgesehenen Stellen auf die Hohlwelle aufgesetzt, wobei die Hohlwelle im Folgenden dann an den entsprechenden Stellen mittels Innenhochdruckumformen aufgeweitet wird und hierdurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Hohlwelle und dem jeweiligen Lagerinnenring bzw. dem jeweiligen Ausgleichsgewicht ausgestaltet ist.
Die DE 10 2012 216 418 A1 offenbart eine Ausgleichswelle mit einer Hohlwelle und einer Unwuchtmasse, die mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle mit dieser gefügt ist.
Die DE 102 34 368 C1 offenbart eine Hohlwelle mit Funktionselementen, die mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle mit dieser gefügt sind.
Die DE 10 2014 210 030 A1 offenbart eine Ausgleichswelle mit einer Hohlwelle, die aus einem massiven Wellenhälfte und einer schalenförmigen, bspw. mittels Innenhochdruckumformen hergestellten Wellenhälfte gefügt ist.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei sich diese Ausgleichswelle durch ein geringes Gewicht auszeichnet.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.
Gemäß der Erfindung umfasst eine Ausgleichswelle eine Hohlwelle, auf der an Lagerstellen Lagerinnenringe platziert sind. Dabei sind die Lagerinnenringe auf der Hohlwelle jeweils mit einer Durchgangsbohrung aufgesetzt und mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle befestigt. Die Ausgleichswelle wird also dadurch hergestellt, dass die Lagerinnenringe an die zugehörigen Lagerstellen auf die Hohlwelle aufgefädelt werden, die anschließend an ihren Lagerstellen mittels Innenhochdruckumformen mit den Lagerinnenringen verbunden wird.
Eine drehfeste Befestigung der Lagerinnenringe auf der Hohlwelle wird mittels Innenhochdruckumformen realisiert, das auch als Hydroforming bekannt ist. Dabei wird die Hohlwelle in dem entsprechenden Bereich durch entsprechende Druckbeaufschlagung plastisch aufgeweitet und in der Folge mit dem jeweils umliegenden Lagerinnenring verpresst, so dass sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Hohlwelle und dem jeweiligen Lagerinnenring ausbildet.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Durchgangsbohrungen der Lagerinnenringe jeweils exzentrisch an den Lagerinnenringen ausgestaltet sind.
Eine derartige Ausgestaltung einer Ausgleichswelle hat den Vorteil, dass sich bereits aufgrund der exzentrischen Ausgestaltung der Durchgangsbohrungen bei Rotation der Ausgleichswelle eine exzentrische Massenverteilung und damit eine Unwucht ergibt. Folglich können zusätzliche Massen an der Ausgleichswelle entfallen, so dass diese besonders leichtbauend ausgeführt werden kann. Denn das Material der Hohlwelle wird im Endeffekt zur Ausbildung exzentrisch liegender Massen genutzt, um die gewünschte Unwucht zu erzeugen. Insgesamt lässt sich hierdurch ein Leichtbaukonzept realisieren, was insgesamt auch zu einer Gewichtseinsparung im Bereich der Brennkraftmaschine führt.
Im Unterschied hierzu werden bei der DE 103 20 747 A1 separate Ausgleichsgewichte an der Hohlwelle angeordnet, was deren Masse entsprechend vergrößert. Im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle erhöht sich hierdurch das Gesamtgewicht entsprechend.
Im Sinne der Erfindung bedeutet eine „exzentrische Ausgestaltung“ der Durchgangsbohrungen an den Lagerinnenringen, dass die betreffende Durchgangsbohrung nicht konzentrisch zu einem Außenumfang ausgestaltet ist, an dem der jeweilige Lagerinnenring zur drehbaren Lagerung der Ausgleichswelle gegenüber einem Lageraußenring geführt ist.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hohlwelle konzentrisch in den Lagerinnenringen geführt, wobei die Hohlwelle an den Lagerstellen jeweils an einen Innenumfang der Durchgangsbohrung des Lagerinnenrings unter Ausbildung einer sich in Umfangsrichtung verändernden Abstreckung des Materials der Hohlwelle aufgeweitet ist. Die Hohlwelle ist also in den Lagerinnenringen konzentrisch aufgenommen, wobei eine konzentrische Ausrichtung zum Außenumfang der Lagerinnenringe gemeint ist. Da sich hierbei unterschiedliche Abstände der noch nicht umgeformten Hohlwelle zu dem Innenumfang der Durchgangsbohrung des Lagerinnenrings einstellen, führt die Innenhochdruckumformung der Hohlwelle im Bereich der Lagerstellen zur Ausbildung einer sich in Umfangsrichtung verändernden Abstreckung des Materials der Hohlwelle. Vorteilhafterweise führt die konzentrische Anordnung der Hohlwelle dazu, dass diese nicht vollständig exzentrisch rotiert, sondern nur die abgestreckten Bereiche im Bereich der Lagerstellen zu der exzentrischen Massenverteilung und damit der Unwucht führen. Bei Herstellung der Ausgleichswelle wird die Hohlwelle dann konzentrisch in den Lagerringen positioniert und anschließend in dieser Lage im Bereich der Lagerstellen jeweils an den Innenumfang der Durchgangsbohrung des Lagerinnenrings aufgeweitet.
Unter einer „Abstreckung“ des Materials der Hohlwelle ist im Sinne der Erfindung die sich im Zuge des Innenhochdruckumformens einstellende plastische Aufweitung der Hohlwelle zu verstehen, also die Auslenkung des Materials nach radial außen.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Lagerinnenringe jeweils am Außenumfang mit einer Laufbahn für Wälzlager ausgestattet. Die Lagerinnenringe sind also Teil einer Wälzlagerung, über die eine Lagerung der Ausgleichswelle stattfindet. Alternativ dazu bilden die Lagerinnenringe jeweils am Außenumfang eine Gleitfläche aus, an der somit eine Gleitlagerung der Ausgleichswelle realisiert wird.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind neben den Lagerinnenringen Einzelmassen mittels Innenhochdruckumformen auf der Hohlwelle befestigt. Es können also zusätzlich noch Einzelmassen auf der Hohlwelle vorgesehen sein, um die Unwucht entsprechend zu verändern.
Figurenliste
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle im Bereich einer Lagerstelle;
2 einen Querschnitt der Ausgleichswelle aus 1 vor dem Fügen einer Hohlwelle mit einem Lagerinnenring; und
3 einen weiteren Querschnitt der Ausgleichswelle aus 1 nach dem Fügen der Hohlwelle mit dem Lagerinnenring.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Lagerstelle 2 einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1. Diese umfasst eine Hohlwelle 3, auf der im Bereich der Lagerstelle 2 ein Lagerinnenring 4 befestigt ist. Für die Lagerung der Ausgleichswelle 1 ist diese ihrer Länge nach mit mehreren Lagerstellen und Lagerinnenringen versehen, wobei dies vorliegend nur repräsentativ im Bereich der Lagerstelle 2 und anhand des Lagerinnenrings 4 dargestellt ist.
Der Lagerinnenring 4 bildet an dessen Außenumfang 5 eine Laufbahn 6 für Wälzlager aus, die axial beidseitig durch umlaufende Borde 7 und 8 begrenzt ist. Insofern ist der Lagerinnenring 4 Teil eines - vorliegend nicht weiter dargestellten - Wälzlagers zur drehbaren Lagerung der Ausgleichswelle 1 in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine.
Die Hohlwelle 3 und der Lagerinnenring 4 sind mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle 3 drehfest miteinander verbunden. Eine Durchgangsbohrung 9 des Lagerinnenrings 4, mit der der Lagerinnenring 4 auf die Hohlwelle 3 aufgefädelt ist, ist exzentrisch zu dessen Außenumfang 5. Die Hohlwelle 3 ist mit ihrer Rotationsachse 10 konzentrisch zum Außenumfang 5, so dass sich im Zuge des Innenhochdruckumformens über den Umfang der Hohlwelle 3 eine ungleichmäßige Abstreckung derselbigen im Bereich der Lagerstelle 2 ausbildet.
Dabei variiert eine Aufweitung der Hohlwelle 3 im Bereich der Lagerstelle 2 zwischen einem nicht aufgeweiteten Umfangsabschnitt 11 und einem maximal aufgeweiteten Umfangsabschnitt 12. Die Abstreckung des Materials der Hohlwelle 3 ändert sich also über ihren Umfang im Bereich der Lagerstelle 2. Die somit unterschiedlich aufgeweiteten Umfangsabschnitte 11 und 12 führen auch zu einer exzentrischen Massenverteilung, wodurch bei Rotation der Hohlwelle 3 die gewünschte Unwucht der Ausgleichswelle 1 erzeugt wird.
In den 2 und 3 ist die Ausgleichswelle 1 im Querschnitt dargestellt, wobei 2 den Zustand vor der Innenhochdruckumformung im Bereich der Lagerstelle 2 und 3 nach der Innenhochdruckumformung zeigen. Wie in 2 zu erkennen ist, wird die Hohlwelle 3 konzentrisch in den Lagerinnenring 4 eingelegt und anschließend im Bereich des Lagerinnenrings 4 ein plastisches Aufweiten der Hohlwelle 3 durch Innenhochdruckumformen vollzogen. Aufgrund der zunächst unterschiedlichen Abstände des Außenumfangs der Hohlwelle 3 zum Innenumfang der Durchgangsbohrung 9 weitet sich die Hohlwelle 3 unter Ausbildung der unterschiedlich aufgeweiteten Umfangsabschnitte 11 und 12 auf. Dies ist in 3 im Resultat dargestellt.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausgleichswelle kann diese mit geringem Gewicht realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Ausgleichswelle
2: Lagerstelle
3: Hohlwelle
4: Lagerinnenring
5: Außenumfang
6: Laufbahn
7: Bord
8: Bord
9: Durchgangsbohrung
10: Rotationsachse
11: Umfangsabschnitt
12: Umfangsabschnitt

Claims

Ausgleichswelle (1) für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Hohlwelle (3) mit Lagerstellen (2) und darauf mittels Innenhochdruckumformen der Hohlwelle (3) befestigte Lagerinnenringe (4), an deren Außenumfang (5) die Ausgleichswelle (1) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerinnenringe (4) jeweils mit einer zum Außenumfang (5) exzentrischen Durchgangsbohrung (9) auf der Hohlwelle (3) aufgesetzt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle (1) für eine Brennkraftmaschine, wobei Lagerinnenringe (4) mit zu deren Außenumfang (5) exzentrischen Durchgangsbohrungen (9) auf Lagerstellen (2) einer Hohlwelle (3) aufgefädelt werden, die anschließend im Bereich der Lagerstellen (2) mittels Innenhochdruckumformen mit den Lagerinnenringen (4) fest verbunden wird.