DE102017201602A1 - balancer shaft - Google Patents
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- F16F15/267—Rotating balancer shafts characterised by bearing support of balancer shafts; Lubrication arrangements
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle (1) mit Rotationsachse (R) zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, umfassend zumindest einen länglichen Grundkörper (2), wobei am länglichen Grundkörper (2) zumindest ein Unwuchtabschnitt (3) vorgesehen ist, dessen Masseschwerpunkt (M) radial versetzt (V) außerhalb der Rotationsachse (R) der Ausgleichswelle (1) liegt, und zumindest einen auf dem länglichen Grundkörper (2) ausgebildeten Lagersitz (4, 5) mit umlaufender Lagerlauffläche (40, 50) zur Lagerung eines Radiallagers, wobei die Lagerlauffläche (40, 50) bezüglich der Rotationsachse (R) wenigstens auf Seiten des Unwuchtabschnittes (3) axial beidseits jeweils einen wenigstens teilweise um die Rotationsachse (R) verlaufenden radialen Schultervorsprung (41, 42, 51, 52) zur axialen Anlage eines Lagers aufweist, wobei die radiale Höhe (H) wenigstens eines oder beider Schultervorsprünge (41, 42) über den Umfang der Ausgleichswelle (1) gesehen variiert.The present invention relates to a balance shaft (1) with an axis of rotation (R) to compensate for inertial forces and / or moments of a reciprocating internal combustion engine, comprising at least one elongated base body (2), wherein at least one unbalanced portion (3) provided on the elongate base body (2) is whose center of mass (M) radially offset (V) outside the axis of rotation (R) of the balancer shaft (1), and at least one on the elongated body (2) formed bearing seat (4, 5) with rotating bearing surface (40, 50) for mounting a radial bearing, wherein the bearing surface (40, 50) with respect to the axis of rotation (R) at least on the sides of the imbalance portion (3) axially on both sides in each case at least partially around the rotation axis (R) extending radial shoulder projection (41, 42, 51, 52 ) for the axial abutment of a bearing, wherein the radial height (H) of at least one or both shoulder projections (41, 42) over the circumference of the A Balance shaft (1) seen varies.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle mit Rotationsachse zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine (z.B. Diesel- oder Ottomotor) mit integral ausgebildetem Lagersitz. The invention relates to a balancing shaft with an axis of rotation for balancing mass forces and / or moments of inertia of a reciprocating internal combustion engine (for example diesel or gasoline engine) with integrally formed bearing seat.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Ausgleichswellen bekannt. So zeigt beispielsweise die
Ausgehend von dem vorliegenden Stand der Technik ist es somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Lagersitz der Ausgleichswelle im Hinblick auf Funktionalität und Massenverteilung optimiert auszubilden. Based on the present state of the art, it is thus an object of the present invention to design the bearing seat of the balance shaft in terms of functionality and mass distribution in an optimized manner.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter. This object is solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Ausgleichswelle gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Die Lagerlauffläche weist dabei bezüglich der Rotationsachse wenigstens auf Seiten des Unwuchtabschnittes axial beidseits jeweils einen wenigstens teilweise um die Rotationsachse verlaufenden radialen Schultervorsprung zur axialen Anlage eines Lagers auf, wobei die radiale Höhe H wenigstens eines (bevorzugt der dem Unwuchtabschnitt axial abgewandte Schultervorsprung) oder beider Schultervorsprünge über den Umfang der Ausgleichwelle gesehen variiert. Unter „axial beidseits“ ist dabei zu verstehen, dass beidseits der umlaufenden Lagerlauffläche jeweils ein entsprechender radialer Schultervorsprung vorgesehen ist. Die „Variation“ der radialen Höhe der Schultervorsprünge über den Umfang der Ausgleichswelle gesehen setzt im Rahmen der Erfindung grundsätzlich voraus, dass überhaupt ein (funktionaler) Schultervorsprung vorhanden ist und in den Bereichen unterschiedlicher Höhe H diese folglich jeweils größer als Null ist. Die Schultervorsprünge können, wie im Weiteren noch beschrieben, identisch (bspw. symmetrisch) oder auch voneinander unterschiedlich ausgebildet sein. According to a first aspect, the present invention relates to a balance shaft according to the
Durch einen derart ausgebildeten Lagersitz einer Ausgleichswelle wird es ermöglicht, die Anschlagsflächen eines Lagers der Ausgleichswelle entsprechend der Unwucht und somit der Massenverteilung der Ausgleichswelle zu optimieren; unter Beibehaltung der Funktion der Schultervorsprünge als axialer Anschlagsfläche eines entsprechenden Lagers. Dies ist insbesondere bei Ausgleichswellen von besonderer Bedeutung, welche unter Einsatz möglichst geringer (bewegter) Massen dem Ausgleich der durch die zugehörige Brennkraftmaschine erzeugten Massenkräfte und/oder Massenmomente dienen. Indem die Schultervorsprünge ebenso masseoptimiert ausgebildet sind, kann insgesamt der Materialeinsatz auch im Unwuchtabschnitt optimiert und bevorzugt verringert werden. By thus formed bearing seat of a balance shaft, it is possible to optimize the stop surfaces of a bearing of the balance shaft corresponding to the imbalance and thus the mass distribution of the balance shaft; while maintaining the function of the shoulder projections as an axial stop surface of a corresponding bearing. This is of particular importance in particular for balancing shafts, which serve to compensate for the mass forces and / or moments of inertia generated by the associated internal combustion engine while using the least possible (moving) masses. By virtue of the shoulder projections also being designed so as to be optimized in terms of mass, overall the use of material can also be optimized and preferably reduced in the imbalance section.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die radiale Höhe der Schultervorsprünge auf Seiten des Unwuchtabschnittes am höchsten. Weiter bevorzugt weisen die Schultervorsprünge ihre maximale radiale Höhe – wenigstens auf Seiten des Unwuchtabschnittes bzw. im Bereich eines im Weiteren noch beschriebene Lastbereichs – in einem Winkel bezüglich der Rotationsachse auf, welcher dem Winkel der Versatzrichtung des Masseschwerpunktes des Unwuchtabschnitts entspricht. Auf diese Weise kann der Masseschwerpunkt der Ausgleichswelle insgesamt in die gewünschte, definierte Richtung versetzt werden, um somit der Funktion der Unwucht der Ausgleichswelle zu dienen, was wiederum eine Verringerung der Masse des Unwuchtabschnitts selbst zur Folge hat. In a preferred embodiment, the radial height of the shoulder projections on the side of the imbalance portion is highest. More preferably, the shoulder projections have their maximum radial height - at least on the side of the imbalance section or in the range of a load area still described below - at an angle with respect to the axis of rotation, which corresponds to the angle of the offset direction of the center of mass of the imbalance section. In this way, the center of gravity of the balance shaft can be displaced in the desired, defined direction in total, thus serving the function of the unbalance of the balance shaft, which in turn has a reduction in the mass of the unbalance section itself result.
Die Lagerlauffläche kann ferner bezüglich der Rotationsachse auf Seiten des Massenschwerpunktes den bereits erwähnten Lastbereich aufweisen, wobei der Lagersitz bevorzugt wenigstens im Bereich des Lastbereichs die Schultervorsprünge aufweist. Insbesondere ist in diesen Bereichen die Belastung der Lager am höchsten und somit das Erfordernis einer axialen Anschlagsfläche besonders hoch, so dass durch dieses Merkmal die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle auch im Hinblick einer definierten Masseverteilung weiter optimiert werden kann. The bearing surface may also have the aforementioned load range with respect to the axis of rotation on the side of the center of mass, wherein the bearing seat preferably has the shoulder projections at least in the region of the load region. In particular, the load on the bearings is highest in these areas, and thus the requirement of an axial stop surface is particularly high, so that the function of the balancing shaft according to the invention can be further optimized with regard to a defined mass distribution by this feature.
Die radiale Höhe H der Schultervorsprünge kann jeweils über den Umfang gesehen mit zunehmenden Abstand zum Unwuchtabschnitt – also insbesondere zu der den Unwuchtabschnitt aufweisenden Seite der Ausgleichswelle bezüglich der Rotationsachse – abnehmen. Dies wenigstens auf Seiten des Unwuchtabschnittes bzw. im Erstreckungsbereich des Lastbereichs. Vorzugsweise nimmt die radiale Höhe der Schultervorsprünge zu dem dem Winkel der Versatzrichtung des Masseschwerpunkts entsprechenden Winkel und besonders bevorzugt mit zunehmendem Abstand zum Lastbereich ab. Auf diese Weise kann die Masseverteilung der Schultervorsprünge der Ausgleichswelle gezielt korrelierend der Masseverteilung des Unwuchtabschnitts radial verlagert bereitgestellt werden, um bei möglichst geringer Gesamtmasse der Ausgleichswelle dessen Masseausgleichsfunktion zu erfüllen. Dabei nimmt die radiale Höhe der Schultervorsprünge bevorzugt wenigstens über eine Teilerstreckung der Schultervorsprünge in Umfangsrichtung gesehen und ferner bevorzugt ausgehend vom Unwuchtabschnitt, dem entsprechenden Winkel oder dem Lastbereich ab. Eine sowohl masse- als auch funktionsoptimierte Ausgestaltung insbesondere im hohen Lastbereich der Lagerlauffläche des Lagersitzes der Ausgleichswelle kann somit erzielt werden. The radial height H of the shoulder projections can be seen in each case over the circumference with increasing distance to the imbalance portion - ie in particular to the imbalance portion having side of the balance shaft with respect to the axis of rotation - decrease. This at least on the part of the imbalance section or in the extension area of the load area. The radial height of the shoulder projections preferably decreases at the angle corresponding to the angle of the offset direction of the center of mass, and particularly preferably as the distance to the load region increases. In this way, the mass distribution of the shoulder projections of the balance shaft selectively correlated the Mass distribution of the imbalance section radially displaced are provided to meet its mass balance function with the lowest possible total mass of the balance shaft. In this case, the radial height of the shoulder projections preferably at least over a partial extension of the shoulder projections seen in the circumferential direction and further preferably starting from the unbalance portion, the corresponding angle or the load range. An optimized both mass and function design, especially in the high load range of the bearing surface of the bearing seat of the balance shaft can thus be achieved.
Die radiale Höhe H der Schultervorsprünge kann sich kontinuierlich oder diskontinuierlich verändern und nimmt bevorzugt kontinuierlich oder diskontinuierlich entsprechend ab. Unter „kontinuierlich“ kann beispielsweise verstanden werden, dass die radiale Höhe H der Schultervorsprünge über den Umfang gesehen und ausgehend von der entsprechend höchsten Stelle wenigstens über die vorbezeichnete Teilerstreckung beispielsweise linear abnimmt. Denkbar ist hier beispielsweise eine in Richtung der Rotationsachse gesehen im Wesentlichen ovale oder teilweise ovale Form bzw. Kontur, wie sie im Weiteren noch beschrieben wird. Eine „diskontinuierliche“ Veränderung bzw. Abnahme kann beispielsweise eine stufenweise oder nicht-lineare Reduzierung der radialen Höhe H der Schultervorsprünge sein. Auch ist es denkbar, dass die radiale Höhe H in definierten Bereichen, wo beispielsweise mechanische Stabilität durch erhöhte Schultervorsprünge erforderlich ist, diese zu den umliegenden Abschnitten der Schultervorsprünge wieder erhöht ausgebildet ist. The radial height H of the shoulder projections can change continuously or discontinuously and preferably decreases continuously or discontinuously accordingly. By "continuous" can be understood, for example, that the radial height H of the shoulder projections seen over the circumference and starting, for example, decreases linearly from the corresponding highest point at least on the above partial extension. It is conceivable here, for example, seen in the direction of the axis of rotation substantially oval or partially oval shape or contour, as will be described below. For example, a "discontinuous" change or decrease may be a stepwise or non-linear reduction in the radial height H of the shoulder projections. It is also conceivable that the radial height H in defined areas, where, for example, mechanical stability is required by increased shoulder projections, this is formed increased again to the surrounding portions of the shoulder projections.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es denkbar, dass der Lagersitz wenigstens an einem in Umfangsrichtung gesehen dem Unwuchtabschnitt, vorzugsweise dem Lastbereich, gegenüberliegenden Lagerbereich – wenigstens über einen Teilbereich in Umfangsrichtung gesehen – keinen Schultervorsprung aufweist. Dabei kann die sich ergebende Lücke im Schultervorsprung genau gegenüber der Versatzrichtung des Masseschwerpunktes vorliegen. Auch kann über den gegenüberliegenden Lagerbereich in Umfangsrichtung gesehen wenigstens teilweise oder vollständig kein Schultervorsprung vorliegen. Auf diese Weise kann in einem Bereich, in dem die unwuchtbedingte Last auf die Ausgleichswelle gering ist, auf axiale Anschlagsflächen und somit unnötige Massen verzichtet werden, so dass die Masseverteilung der Ausgleichswelle insgesamt weiter optimiert ist. According to one exemplary embodiment, it is conceivable for the bearing seat to have no shoulder projection, at least on a bearing area which is opposite the imbalance section, preferably the load area, viewed at least in the circumferential direction, at least over a partial area in the circumferential direction. In this case, the resulting gap in the shoulder projection can be exactly opposite the offset direction of the center of mass. Also, viewed over the opposite bearing area in the circumferential direction at least partially or completely no shoulder projection can be present. In this way, in an area in which the unbalanced load on the balance shaft is low, can be dispensed with axial stop surfaces and thus unnecessary masses, so that the mass distribution of the balance shaft is further optimized overall.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist es auch denkbar, die Schultervorsprünge nicht nur über eine Teilerstreckung in Umfangsrichtung gesehen oder mit Unterbrechungen vorzusehen, sondern umlaufend und bevorzugt geschlossen umlaufend um die Rotationsachse herum auszubilden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn durch die Schultervorsprünge der Ausgleichswelle im Bereich der Lagersitze eine erhöhte Torsions- und Biegestabilität zugedacht werden soll. In an alternative embodiment, it is also conceivable not only to see the shoulder projections over a partial extension in the circumferential direction or to provide them with interruptions, but to form them circumferentially and preferably closed around the rotational axis. This is particularly advantageous if an increased torsional and bending stability is to be intended by the shoulder projections of the balance shaft in the region of the bearing seats.
Die Schultervorsprünge können sich wenigstens in einem definierten und bevorzugt den Lastbereich einschließenden Winkelbereich bezüglich der Rotationsachse erstrecken, wobei der Winkelbereich bevorzugt wenigstens 150° Grad, wenigstens 160°, wenigstens 170° oder wenigstens 180° beträgt. Auf diese Weise sind die Schultervorsprünge über einen ausreichend großen Umfangsbereich und bevorzugt insbesondere im hochbelasteten Bereich des Lagersitzes vorgesehen. The shoulder projections may extend at least in a defined and preferably the load range enclosing angular range with respect to the axis of rotation, wherein the angular range is preferably at least 150 ° degrees, at least 160 °, at least 170 ° or at least 180 °. In this way, the shoulder projections are provided over a sufficiently large circumferential area and preferably in particular in the highly loaded area of the bearing seat.
Wie zuvor bereits dargestellt, können die Schultervorsprünge bezüglich der Lagerlauffläche identisch ausgebildet sein. Sie sind also bevorzugt symmetrisch ausgebildet; insbesondere bzgl. einer sich orthogonal zur Rotationsachse mittig des Lagersitzes bzw. seiner Lagerlauffläche erstreckenden (Spiegel-)Ebene. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Höhe der Schultervorsprünge über den Umfang der Ausgleichswelle gesehen in Bezug auf den Betrag der Höhe unterschiedlich variiert. Wahlweise kann ferner über den Umfang der Ausgleichswelle gesehen der Verlauf der Höhe unterschiedlich variieren. Mit anderen Worten können die Schultervorsprünge in Ihrer Kontur insbesondere in Richtung der Rotationsachse gesehen anders ausgebildet sein; mithin eine andere (relative) Höhe und/oder einen anderen Verlauf über den Umfang der Ausgleichswelle (also um die Rotationsachse herum) gesehen. Auf diese Weise kann die Ausgleichswelle beispielsweise auf entsprechend gegebene technische Anforderungen angepasst ausgebildet sein. So ist es denkbar, dass aufgrund von Verbiegungen der Ausgleichswelle während des Betriebes eine der Lagerlaufflächen über einen größeren Umfangsbereich beansprucht wird, so dass diese über den Umfang gesehen mit einer größeren und/oder umfangsseitig längeren Wirkfläche bereitgestellt wird. Je nach Bedarf kann es ausreichend sein, dass eine der Lagerlaufflächen lediglich in einem kleinen (im Wesentlichen punktuellen) Umfangsabschnitt der Ausgleichswelle bereitgestellt werden muss, was wiederum einer weiter masseoptimierte Ausgleichswelle zur Folge hat. In diesem Zusammenhang ist es ferner denkbar, dass die radiale Höhe nur eines der Schultervorsprünge erfindungsgemäß ausgebildet ist, also über den Umfang der Ausgleichswelle gesehen variiert, während der andere Schultervorsprng auf andere Weise ausgebildet ist, beispielsweise die radiale Höhe des andere Schultervorsprunges wenigstens auf Seiten des Unwuchtabschnittes, bevorzugt wenigstens im Bereich des Lastbereichs, eine im Wesentlichen kontinuierliche radiale Höhe aufweist, welche in einem definierten und bevorzugt wenigstens den Lastbereich einschließenden Winkelbereich bzgl. der Rotationsachse bevorzugt axial sprunghaft bereitgestellt ist, wobei der Winkelbereich bevorzugt wenigstens 150°, ferner bevorzugt wenigstens 160° weiter bevorzugt wenigstens 170° und besonders bevorzugt wenigstens 180° beträgt As previously stated, the shoulder projections may be formed identically with respect to the bearing race. They are therefore preferably formed symmetrically; in particular with respect to a (mirror) plane extending orthogonally to the axis of rotation in the center of the bearing seat or its bearing surface. Alternatively, however, it is also conceivable that the height of the shoulder protrusions seen over the circumference of the balance shaft varies differently with respect to the amount of height. Optionally, seen over the circumference of the balance shaft, the course of the height vary differently. In other words, the shoulder projections can be designed differently in their contour, in particular in the direction of the axis of rotation; Consequently, a different (relative) height and / or a different course over the circumference of the balance shaft (ie around the axis of rotation around) seen. In this way, the balance shaft may be formed adapted for example according to given technical requirements. Thus, it is conceivable that due to bending of the balance shaft during operation one of the bearing surfaces is claimed over a larger peripheral area, so that it is provided over the circumference with a larger and / or circumferentially longer effective area. Depending on requirements, it may be sufficient that one of the bearing surfaces only in a small (substantially punctiform) peripheral portion of the balance shaft must be provided, which in turn has a further mass-optimized balance shaft result. In this context, it is also conceivable that the radial height of only one of the shoulder projections is formed according to the invention, that is seen varies over the circumference of the balance shaft, while the other Schultervorsprng is formed in other ways, for example, the radial height of the other shoulder projection at least on the part of Unbalance portion, preferably at least in the region of the load region, has a substantially continuous radial height, which in a defined and preferably at least the load range enclosing angular range with respect to the axis of rotation is preferably provided axially discontinuous, wherein the angular range is preferably at least 150 °, more preferably at least 160 ° more preferably at least 170 ° and more preferably at least 180 °
Wenigstens einer der Schultervorsprünge kann in Richtung der Rotationsachse gesehen im Wesentlichen oval oder teilweise oval ausgebildet sein. Diese Form lässt sich mit bekannten Herstellungsverfahren einfach herstellen und ermöglicht eine zugleich masseoptimierte als auch funktionseffektive Ausbildung eines entsprechenden Schultervorsprunges. Bei dem im Wesentlichen (teilweise) ovalen Schultervorsprung handelt es sich bevorzugt wenigstens um den dem Unwuchtabschnitt abgewandte Schultervorsprung. At least one of the shoulder projections may be formed in the direction of the axis of rotation substantially oval or partially oval. This shape can be easily produced with known manufacturing processes and allows both a mass-optimized and function-effective formation of a corresponding shoulder projection. The substantially (partially) oval shoulder projection is preferably at least the shoulder projection facing away from the imbalance section.
Der Grundkörper der Ausgleichswelle kann sich in einem (End-)Abschnitt auf der dem Unwuchtabschnitt abgewandten Seite des Lagersitzes von dem Lagersitz in Richtung der Rotationsachse weg erstreckend konisch zusammenlaufen. Durch eine derartige Ausgestaltung ist es insbesondere im Zusammenspiel mit einer dem Unwuchtabschnitt abgewandten und in seiner Höhe variablen Schultervorsprung möglich, ein Lager mit bevorzugt verformbarem Lagerkäfig seitlich auf den Lagersitz aufzuschieben. Dabei ermöglicht es die variable Höhe des zugewandten Schultervorsprunges, den Lagerkäfig an die Kontur der Kontur des Schultervorsprunges (ggf. in Verbindung mit der Lagerlauffläche) zu bringen, um diese einfach seitlich über den Schultervorsprung auf die Lagerlauffläche zu schieben. Durch die konische Ausbildung des (End-)Abschnittes wird es ferner ermöglicht, dass das Lager bzw. der Lagerkäfig beim Aufschieben zudem seitlich gekippt werden kann, um eine bessere Führung des Lagers auf den Lagersitz zu ermöglichen. The main body of the balance shaft can converge conically in an (end) section on the side of the bearing seat facing away from the imbalance section, extending away from the bearing seat in the direction of the axis of rotation. Such a configuration makes it possible, in particular in conjunction with a shoulder projection which is remote from the imbalance section and which is variable in its height, to slide a bearing with a preferably deformable bearing cage laterally onto the bearing seat. It allows the variable height of the facing shoulder projection to bring the bearing cage to the contour of the contour of the shoulder projection (possibly in conjunction with the bearing surface) to push them easily laterally over the shoulder projection on the bearing surface. The conical design of the (end) section, it is also possible that the bearing or the bearing cage can also be tilted sideways when pushed to allow a better management of the bearing on the bearing seat.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform kann der Lagersitz radial innen hohl ausgebildet sein. Dies beispielsweise wenigstens im Bereich radial innen bezüglich der Lagerlauffläche. Die hohle Ausbildung kann dabei bevorzugt als axiales Sackloch in dem Grundkörper vorgesehen sein. Auf diese Weise wird der Lagersitz bevorzugt (geschlossen) ringförmig ausgebildet, um einerseits ausreichend Stabilität für das Lager bereitzustellen und andererseits masseoptimiert ausgebildet zu sein, da in dem zentralen Bereich des Lagers auf unnötige Masse verzichtet wird. In a preferred embodiment, the bearing seat may be formed radially hollow inside. This example, at least in the area radially inward with respect to the bearing surface. The hollow formation can preferably be provided as an axial blind hole in the base body. In this way, the bearing seat is preferably (closed) ring-shaped, on the one hand to provide sufficient stability for the bearing and on the other hand to be mass-optimized, since in the central region of the bearing unnecessary mass is dispensed with.
Zwischen dem jeweiligen Schultervorsprung und der Lagerlauffläche kann wenigstens über die gesamte umlaufende Erstreckung des Schultervorsprungs ein Freistich vorgesehen sein. Dieser weist bevorzugt eine axiale Breite von kleiner als 2 mm, weiter bevorzugt kleiner als 1,5 mm und besonders bevorzugt kleiner als 1 mm auf. Folglich weist die Lagerlauffläche bevorzugt eine maximale axiale Breite auf, um eine möglichst große Auflagefläche für ein vorzusehendes Lager zu bilden und somit den Lagersitz insgesamt möglichst größenoptimiert auszubilden. Zur Bearbeitung der Lagerlauffläche wird dabei auf Fertigungsverfahren zurückgegriffen, die eine geringe axiale Pendelbewegung – beispielsweise Schleifbewegung – erfordern. Durch entsprechende Induktionshärteverfahren kann des Weiteren trotz geringer Breite des Freistichs ein Wärmeeintrag in die an die Lagerlaufflächen angrenzenden Bereiche (beispielsweise die Schultervorsprünge) weitestgehend vermieden werden. Between the respective shoulder projection and the bearing surface can be provided at least over the entire circumferential extent of the shoulder projection an undercut. This preferably has an axial width of less than 2 mm, more preferably less than 1.5 mm and particularly preferably less than 1 mm. Consequently, the bearing surface preferably has a maximum axial width in order to form the largest possible bearing surface for a bearing to be provided, and thus to design the bearing seat as optimally as possible in terms of size. To process the bearing surface while recourse to manufacturing methods that require a small axial pendulum motion - for example, grinding movement. By corresponding induction hardening method, despite a narrow width of the undercut, a heat input into the areas adjacent to the bearing running surfaces (for example the shoulder projections) can furthermore be largely avoided.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform kann die Lagerlauffläche bezüglich der Rotationsachse wenigstens auf Seiten gegenüber des Unwuchtabschnittes, vorzugsweise wenigstens auf Seiten gegenüber des Lastbereichs und insbesondere wenigstens in dem gegenüberliegenden Lagerbereich, eine gegenüber der Lagerlauffläche auf Seiten des Unwuchtabschnittes bzw. Lastbereichs geringere axiale Breite aufweisen. Somit kann insbesondere in niedrigen Lastbereich des Lagersitzes auf unnötige Masse verzichtet werden. Auf diesem Abschnitt der Lagerlauffläche erfolgt in der Regel ein im Wesentlichen unbelastetes Abrollen der Wälzkörper, so dass die reine Stützfunktion der Lagerlauffläche auch bei geringerer Breite der Lagerlauffläche sicher erzielt werden kann. Somit kann der Lagersitz weiter masseoptimiert ausgebildet sein. Wenn die Lagerlauffläche auf Seiten gegenüber des Unwuchtabschnitts schmaler als das vorzusehende Lager ausgebildet ist, kann auf dieser Seite des Lagersitzes auf Schultervorsprünge ganz verzichtet werden. In a preferred embodiment, the bearing surface with respect to the axis of rotation at least on sides opposite the unbalanced portion, preferably at least on sides opposite the load region and in particular at least in the opposite bearing region, a relation to the bearing surface on the side of the imbalance portion or load region smaller axial width. Thus, unnecessary mass can be dispensed with, especially in the low load range of the bearing seat. In this section of the bearing surface is usually a substantially unloaded rolling of the rolling elements, so that the pure support function of the bearing surface can be achieved safely even with a smaller width of the bearing surface. Thus, the bearing seat can be further mass optimized. If the bearing surface on sides opposite the unbalance portion is narrower than the bearing to be provided, shoulder projections on this side of the bearing seat can be completely dispensed with.
Wie zuvor bereits erwähnt, ist die Lagerlauffläche bevorzugt gehärtet und/oder feinbearbeitet, um die Funktion als Lagerlauffläche – also Lagerinnenring – zu erfüllen. Als Härten kommen hier beispielsweise Induktionshärteverfahren in Betracht. Mittels dieser Verfahren kann eine gezielte Wärmeeinleitung möglichst nur in die zu härtenden Bereiche der Ausgleichswelle erfolgen, so dass nicht zuletzt durch den gegebenen Freistich eine Wärmeübertragung in umliegende Bereiche der Ausgleichswelle weitestgehend vermieden werden kann. Bei entsprechend optimierter Wärmeeinbringung kann der Freistich dabei möglichst klein dimensioniert werden und insbesondere mit der vorbezeichneten axialen Breite von kleiner als 2 mm, weiter bevorzugt kleiner als 1,5 mm und besonders bevorzugt kleiner als 1 mm bereitgestellt werden. Zur Feinbearbeitung der Lagerlauffläche kommen insbesondere Feinbearbeitungsverfahren wie Honen und/oder (Fein-)Schleifen in Betracht, welche mit möglichst geringer Pendelbewegung in axialer Richtung ausgeführt werden. As previously mentioned, the bearing surface is preferably hardened and / or finished to fulfill the function as a bearing surface - so bearing inner ring. As hardening, induction hardening processes come into consideration here, for example. By means of this method, targeted heat introduction can be effected only in the regions of the balancing shaft which are to be hardened, so that heat transfer into surrounding areas of the balancing shaft can be largely avoided, not least by the given undercut. With correspondingly optimized heat input, the undercut can be dimensioned as small as possible and in particular provided with the aforementioned axial width of less than 2 mm, more preferably less than 1.5 mm and particularly preferably less than 1 mm. For fine machining of the bearing surface in particular fine machining processes such as honing and / or (fine) loops are considered, which are performed with the least possible pendulum movement in the axial direction.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die Ausgleichswelle weitere (zweite) Lagersitze aufweist. Diese können wie der erste Lagersitz ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass wenigstens einer der zweiten Lagersitze anders ausgebildet ist als der erste Lagersitz. Beispielsweise ist es denkbar, dass der zweite Lagersitz wenigstens auf Seiten des Unwuchtabschnittes, bevorzugt wenigstens im Bereich des Lastbereichs, Schultervorsprünge mit im Wesentlichen kontinuierlicher radialer Höhe H aufweist. Diese kann in einem definierten und bevorzugten den Lastbereich einschließenden Winkelbereich bezüglich der Rotationsachse bevorzugt axial sprunghaft bereitgestellt sein. Der Winkelbereich beträgt hierbei bevorzugt wenigstens 150°, ferner bevorzugt wenigstens 160°, weiter bevorzugt wenigstens 170° und besonders bevorzugt wenigstens 180°. Auch ist es denkbar, dass bei wenigstens einem oder auch bei mehreren oder allen der Lagersitze die radiale Höhe wenigstens eines oder beider Schultervorsprünge über den Umfang der Ausgleichswelle gesehen variiert, wobei die Lagersitze sich bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung grundsätzlich unterscheiden können; zumindest von wenigstens zweien der Lagersitze. According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the balance shaft has further (second) bearing seats. These can be designed like the first bearing seat. However, it is also conceivable that at least one of the second bearing seats is designed differently than the first bearing seat. For example, it is conceivable for the second bearing seat to have shoulder projections with a substantially continuous radial height H, at least on the side of the imbalance section, preferably at least in the region of the load region. In a defined and preferred angle region enclosing the load region, this region may preferably be provided with an axial jump in relation to the axis of rotation. The angle range here is preferably at least 150 °, furthermore preferably at least 160 °, more preferably at least 170 ° and particularly preferably at least 180 °. It is also conceivable that in at least one or even in all or several of the bearing seats, the radial height of at least one or both shoulder projections varies seen over the circumference of the balancer shaft, the bearing seats can differ fundamentally in inventive design; at least at least two of the bearing seats.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine Ausgleichswellenbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle sowie einem Lager (bspw. Nadellager) je Lagersitz mit auf der Lagerlauffläche umlaufend angeordneten Wälzkörpern sowie einen die Wälzkörper radial außen umgebenden Lageraußenring. Die Wälzkörper wiederum können in einem Lagerkäfig angeordnet sein. Insofern weist das Lager ferner bevorzugt einen Lagerkäfig auf. Das Lager kann dann derart vorgesehen sein, dass axiale Stirnbereiche des Lagers, beispielsweise des Lagerkäfigs, in axiale Anlage mit den Schultervorsprüngen kommen können und somit als axiale Anschlagsfläche auf Seiten des Lagers dienen. According to a further aspect, the present invention further relates to a balance shaft assembly having a balance shaft according to the invention and a bearing (eg needle roller bearings) per bearing seat with circumferentially arranged on the bearing surface rolling elements and a radially outer bearing outer ring surrounding the rolling elements. The rolling elements in turn can be arranged in a bearing cage. In this respect, the bearing further preferably has a bearing cage. The bearing can then be provided such that axial end regions of the bearing, for example of the bearing cage, can come into axial contact with the shoulder projections and thus serve as an axial stop surface on the side of the bearing.
Aufgrund der beidseits vorgesehenen Schultervorsprünge ist beispielsweise der Einsatz eines (Nadel-)Lagerkäfigs mit Schloss denkbar, über das sich das Lager umfangsseitig öffnen, aufspreizen und somit einfach auf dem Lagersitz bzw. dessen Lagerlauffläche anbringen lässt. Bei derartigen Lagern ist der Abstand zwischen den Wälzkörpern (bspw. bevorzugt Nadeln) etwas größer als zwischen den anderen Wälzkörpern der restlichen Bereiche des Lagers. Dies kann zu erhöhter Kontaktspannung der der Schlossposition benachbarten Wälzkörper im Vergleich zu den anderen Wälzkörpern während des Betriebs führen, welche sich nachteilig auf die Lebensdauer des Lagers wie bspw. die Versagenswahrscheinlichkeit im Dauerlauf auswirken kann. Due to the shoulder projections provided on both sides, for example, the use of a (needle) bearing cage with lock is conceivable, over which the bearing can be opened on the circumference, spread open and thus easily mounted on the bearing seat or its bearing surface. In such bearings, the distance between the rolling elements (for example, preferably needles) is slightly larger than between the other rolling elements of the remaining areas of the bearing. This can lead to increased contact voltage of the roller body adjacent the lock position in comparison to the other rolling elements during operation, which can adversely affect the life of the bearing such as the probability of failure in endurance running.
Die variable Höhe der Schultervorsprünge kann bereits ausreichend Raum schaffen, um ein Lager mit bevorzugt verformbarem Lagerkäfig seitlich aufzuschieben. Der Lagerkäfig des Lagers ist dabei derart verformbar ausgebildet, dass er sich in Richtung der Rotationsachse gesehen der Kontur des zugewandten Schultervorsprungs anpassen lässt, um auf die Lagerlauffläche des Lagersitzes seitlich aufgeschoben zu werden. Auf diese Weise wird es ermöglicht, ein Lager mit geschlossenem Lagerkäfig einzusetzen, was wiederum eine Minimierung der Kontaktspannung im Lager, folglich ein homogeneres Abrollen und somit eine gesteigerte Lebensdauer zur Folge hat. The variable height of the shoulder projections can already create sufficient space to postpone a bearing with a preferably deformable bearing cage laterally. The bearing cage of the bearing is designed deformable so that it can be seen in the direction of the axis of rotation of the contour of the facing shoulder projection to be adapted to be pushed laterally on the bearing surface of the bearing seat. In this way it is possible to use a bearing with a closed bearing cage, which in turn has a minimization of the contact stress in the bearing, thus a more homogeneous unrolling and thus an increased life result.
Um die Montage eines derartig geschlossenen Lagerkäfigs zu vereinfachen, kann die Ausgleichswelle ferner entsprechend angepasst sein. Zum einen ist eine entsprechende Ausgestaltung des der Montageseite zugewandten (also des dem Unwuchtabschnitt abgewandten) (End-)Abschnittes des Grundkörpers denkbar. Dieser kann, wie zuvor beschrieben, entsprechend sich von dem Lagersitz in Richtung der Rotationsachse weg erstreckend konisch zusammenlaufen. Die Montage des Lagers erfolgt dann bevorzugt auf Seiten von und über diesen konisch zusammenlaufenden (End-)Abschnitt des Grundkörpers. Dies ermöglicht es in einfacher Weise, die Wälzkörper (insbesondere die Nadeln) mit zunehmendem Aufschieben des Lagerkäfigs auf die Ausgleichswelle auf einen maximalen Durchmesser im Lagerkäfig zu bringen, um somit das Lager samt nach hinten (radial außen) gedrückten Wälzkörpern einfach über die Schultervorsprünge auf die Lagerlauffläche zu schieben. Die Wälzkörper werden während des Aufschiebens zentriert und diese sowie der Lagerkäfig werden sowohl axial als auch radial geführt, was den Montageprozess insgesamt vereinfacht. In order to simplify the mounting of such a closed bearing cage, the balance shaft may also be adjusted accordingly. On the one hand, a corresponding configuration of the mounting side facing (ie the end of the unbalanced portion) (end) portion of the body is conceivable. This can, as described above, correspondingly converge conically extending from the bearing seat in the direction of the axis of rotation. The assembly of the bearing is then preferably on sides of and over this conically converging (end) portion of the body. This makes it possible in a simple manner to bring the rolling elements (in particular the needles) with increasing pushing of the bearing cage on the balance shaft to a maximum diameter in the bearing cage, thus the bearing together with the rear (radially outside) pressed rolling elements simply on the shoulder projections on the Slide bearing surface. The rolling elements are centered during the sliding and this and the bearing cage are guided both axially and radially, which simplifies the overall assembly process.
Zum anderen ist eine definierte Ausgestaltung der in ihrer Höhe variablen Schultervorsprünge zu einem vereinfachten Aufschieben eines geschlossenen Lagerkäfigs – insbesondere auch in Kombination mit der vorbeschriebenen Ausgestaltung des (End-)Abschnitts des Grundkörpers – denkbar. Denkbar ist hier beispielsweise die im Wesentlichen (teilweise) ovale Form wenigstens des dem (End-)Abschnitt zugewandten Schultervorsprungs. Durch die variable Höhe mit bevorzugt ovaler Kontur der Schultervorsprünge kann bevorzugt ein Auffädeln des Lagers über ein zusätzliches leichtes Verkippen des Lagerkäfigs ermöglicht werden. Der Schultervorsprung führt den Käfig dann bevorzugt nur noch über einen kleinen Anlagebereich, welcher jedoch ausreichend ist, um ein Verrutschen des Lagerkäfigs im Betrieb zu verhindern. Ein solcher Montageschritt kann bevorzugt automatisiert erfolgen, so dass die Montage der Ausgleichswellenbaugruppe vereinfacht und kostengünstig durchgeführt werden kann. On the other hand, a defined embodiment of the variable in height shoulder projections to a simplified sliding a closed bearing cage - especially in combination with the above-described embodiment of the (end) portion of the body - conceivable. For example, the substantially (partially) oval shape of at least the shoulder protrusion facing the (end) section is conceivable here. Due to the variable height with preferably oval contour of the shoulder projections, threading of the bearing via an additional slight tilting of the bearing cage can preferably be made possible. The shoulder projection then preferably only guides the cage over a small contact area, which however is sufficient to prevent slippage of the bearing cage during operation. Such an assembly step can preferably be automated, so that the assembly of the balance shaft assembly can be simplified and carried out inexpensively.
Weitere Ausgestaltungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figuren der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Further embodiments and advantages of the present invention will be described with reference to the figures of the accompanying drawings. Show it:
Die Figuren zeigen Ausgleichswellen
Die Ausgleichswelle
Wie insbesondere bezüglich des in den
Wie
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Lagersitz
Die Schultervorsprünge
Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Grundkörper
Wie insbesondere der
Wie in den
Der Lagerkäfig ist bevorzugt derart verformbar, dass er sich in Richtung der Rotationsachse R gesehen der Kontur des zugewandten Schultervorsprungs
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Ausgleichswellenbaugruppe mit erfindungsgemäßer Ausgleichswelle
Die vorliegende Erfindung ist auf das vorhergehende Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, sofern es vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist. Insbesondere ist die geometrische Ausgestaltung der Ausgleichswelle
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