DE102018106766A1

DE102018106766A1 - unbalanced shaft

Info

Publication number: DE102018106766A1
Application number: DE102018106766.6A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Schreiber; Torsten Keller; Norbert Geyer; Hannes Schreyer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-09-26

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Verfahren zum Fügen eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels Innenhochdruckumformung des ersten Bauteils insbesondere zur Herstellung einer Unwuchtwelle eines Massenausgleichsgetriebes einer Brennkraftmaschine. Vor der Innenhochdruckumformung soll das zweite Bauteil mittels eines das erste Bauteil und das zweite Bauteil umschließenden dritten Bauteils am ersten Bauteil gehaltert werden, und die drei Bauteile sollen infolge der Innenhochdruckumformung gegeneinander verspannt sein.Proposed is a method for joining a first component with a second component by hydroforming the first component, in particular for producing an imbalance shaft of a mass balancing gear of an internal combustion engine. Before the hydroforming, the second component is to be supported on the first component by means of a third component enclosing the first component and the second component, and the three components are to be braced against one another as a result of the hydroforming.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels Innenhochdruckumformung des ersten Bauteils. Das Verfahren soll insbesondere bei der Herstellung einer Unwuchtwelle eines Massenausgleichsgetriebes einer Brennkraftmaschine Verwendung finden.The invention relates to a method for joining a first component to a second component by means of hydroforming of the first component. The method is intended to be used in particular in the production of an imbalance shaft of a mass balancing gear of an internal combustion engine.

Gebaute Unwuchtwellen, deren Unwuchtmassen mittels Innenhochdruckumformung (kurz IHU- oder Hydroforming-Verfahren) der Trägerwelle mit dieser gefügt sind, sind aus der DE 103 207 47 A1 und der DE 10 2012 216 418 A1 bekannt.Built unbalanced shafts whose imbalance masses by hydroforming (short hydroforming or hydroforming method) of the carrier wave are joined to this, are from the DE 103 207 47 A1 and the DE 10 2012 216 418 A1 known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte IHU-Verfahren insbesondere an die Herstellung einer Unwuchtwelle anzupassen.The object of the present invention is to adapt known hydroforming processes in particular to the production of an imbalance shaft.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll vor der Innenhochdruckumformung das zweite Bauteil mittels eines das erste Bauteil und das zweite Bauteil umschließenden dritten Bauteils am ersten Bauteil gehaltert werden, woraufhin die drei Bauteile infolge der Innenhochdruckumformung gegeneinander verspannt sind.The solution to this problem arises from the features of claim 1. Accordingly, before the hydroforming, the second component by means of a first component and the second component enclosing the third component are supported on the first component, after which the three components are braced against each other due to the hydroforming.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments and refinements of the invention are the subject of the dependent claims.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Unwuchtwelle vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:

1a einen Abschnitt der Unwuchtwelle mit einer auf einer Trägerwelle gefügten Unwuchtmasse in Seitenansicht;
1b den Abschnitt gemäß 1a in Draufsicht;
1c den Abschnitt im Längsschnitt A-A gemäß 1d;
1d den Abschnitt im Querschnitt B-B gemäß 1c;
2a den Spannring gemäß den 1 in Draufsicht;
2b den Spannring im Längsschnitt;
3a die Unwuchtmasse gemäß den 1 in Seitenansicht;
3b die Unwuchtmasse im Längsschnitt;
3c die Unwuchtmasse in Draufsicht;
4a den Wellenabschnitt in einem IHU-Werkzeug vor der Umformung gemäß den 1 im Längsschnitt;
4b den Wellenabschnitt gemäß 4a im Querschnitt;
5a den Wellenabschnitt im IHU-Werkzeug gemäß 4a nach der Umformung;
5b den Wellenabschnitt im IHU-Werkzeug gemäß 4b nach der Umformung;
6a den Wellenabschnitt gemäß 5a;
6b den Wellenabschnitt gemäß 5b;
7 eine Wälzlagerstelle der Unwuchtwelle im Längsschnitt.

Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which an embodiment of an imbalance shaft according to the invention is shown in simplified form. Show it:

1a a portion of the imbalance shaft with an unbalanced mass attached to a carrier shaft in side view;
1b the section according to 1a in plan view;
1c the section in longitudinal section AA according to 1d ;
1d the section in cross section BB according to 1c ;
2a the clamping ring according to 1 in plan view;
2 B the clamping ring in longitudinal section;
3a the imbalance mass according to 1 in side view;
3b the imbalance mass in longitudinal section;
3c the imbalance mass in plan view;
4a the shaft portion in an hydroforming die before forming according to the 1 in longitudinal section;
4b the shaft section according to 4a in cross-section;
5a the shaft section in the hydroforming tool according to 4a after forming;
5b the shaft section in the hydroforming tool according to 4b after forming;
6a the shaft section according to 5a ;
6b the shaft section according to 5b ;
7 a rolling bearing of the imbalance shaft in longitudinal section.

Die in den 1a bis 1d abschnittsweise dargestellte Unwuchtwelle dient zum Ausgleich von freien Massenkräften einer Brennkraftmaschine. Die Unwuchtwelle ist aus zumindest drei Bauteilen zusammen gebaut: das erste Bauteil ist eine Trägerwelle 1, das zweite Bauteil ist ein am Außenumfang der Trägerwelle 1 zu befestigendes Anbauteil und vorliegend eine Unwuchtmasse 2 und das dritte Bauteil ist ein Spannring 3, der die Trägerwelle 1 und die Unwuchtmasse 2 umschließt.The in the 1a to 1d unbalanced shaft shown in sections serves to compensate for free inertial forces of an internal combustion engine. The imbalance shaft is made up of at least three components: the first component is a carrier shaft 1 , the second component is on the outer circumference of the carrier shaft 1 attached attachment and in this case an imbalance mass 2 and the third component is a clamping ring 3 who is the carrier wave 1 and the imbalance mass 2 encloses.

Die Unwuchtwelle ist modular konstruiert, wobei unterschiedliche Wellenausführungen durch bloße Variation von Anzahl und Größe der Unwuchtmassen 2 erzeugt werden können. Die Unwuchtwelle befindet sich im vormontierten Zustand, in dem die Trägerwelle 1, die Unwuchtmasse 2 und die Spannringe 3 bereits zusammengesteckt sind, die Trägerwelle 1 jedoch noch nicht plastisch umgeformt ist.The imbalance shaft is modular, with different shaft designs by mere variation of number and size of the imbalance masses 2 can be generated. The imbalance shaft is in the preassembled state in which the carrier shaft 1 , the imbalance mass 2 and the clamping rings 3 already plugged together, the carrier wave 1 but not yet plastically transformed.

Wie es aus dem Längsschnitt und dem Querschnitt der Unwuchtwelle gemäß den 1c bzw. 1d deutlich wird, ist die Trägerwelle 1 - zumindest im axialen Befestigungsbereich der Unwuchtmassen 2 - als Hohlwelle ausgebildet, die gemäß den später erläuterten 4 und 5 im IHU-Verfahren umgeformt wird. Die Befestigung der Unwuchtmasse 2 an der Trägerwelle 1 erfolgt vorliegend mittels zwei Spannringen 3, die die Trägerwelle 1 und die Unwuchtmasse 2 an deren Endabschnitten umschließen und die Unwuchtmasse 2 nach dem Umformen radial gegen den Außenumfang der Trägerwelle 1 spannen.As it is from the longitudinal section and the cross section of the imbalance shaft according to the 1c respectively. 1d becomes clear, is the carrier wave 1 - At least in the axial mounting region of the imbalance masses 2 - Designed as a hollow shaft, which explained in accordance with the later 4 and 5 is transformed in the hydroforming process. The attachment of the imbalance mass 2 on the carrier shaft 1 takes place here by means of two clamping rings 3 that the carrier wave 1 and the imbalance mass 2 enclose at the end sections and the imbalance mass 2 after forming radially against the outer circumference of the carrier shaft 1 tighten.

Die Innenkontur der in den 2a und 2b als Einzelteil dargestellten Spannringe 3 ist im wesentlichen komplementär zu einer von den Spannringen 3 umschlossenen Außenkontur, die sich aus dem außenzylindrischen Hohlprofil der Trägerwelle 1 und jeweils einem am Endabschnitt der Unwuchtmasse 2 axial vorspringenden Zapfen 4 gemäß den 3 zusammensetzt. Der zwischen den Spannringen 3 verlaufende Abschnitt der Unwuchtmasse 2 schmiegt sich mit einer halbzylindrischen Ausnehmung 5 an das Hohlprofil der Trägerwelle 1 an.The inner contour of the in the 2a and 2 B as shown item clamping rings 3 is essentially complementary to one of the clamping rings 3 enclosed outer contour, resulting from the outer cylindrical hollow profile of the carrier shaft 1 and one at each end portion of the imbalance mass 2 axially projecting pin 4 according to the 3 composed. The between the clamping rings 3 extending portion of the imbalance mass 2 nestles with a semi-cylindrical recess 5 to the hollow profile of the carrier shaft 1 at.

Wie es in den 1 und 3 ersichtlich, ist die Unwuchtmasse 2 spiegelsymmetrisch zu einer Unwuchtebene, die durch die Drehachse 6 der Unwuchtwelle und deren Massenschwerpunkt 7 aufgespannt wird. Die Unwuchtmasse 2 ist bezüglich der Unwuchtrichtung vollständig diesseits der Drehachse 6 angeordnet - siehe 3. Diese vollständig exzentrische Massenanordnung ermöglicht es, die Wellenmasse bei vorgegebener Wellenunwucht zu minimieren.As it is in the 1 and 3 can be seen, is the imbalance mass 2 mirror-symmetrical to an unbalance plane passing through the axis of rotation 6 the imbalance wave and its center of mass 7 is spanned. The imbalance mass 2 is with respect to the unbalance direction completely this side of the axis of rotation 6 arranged - see 3 , This completely eccentric mass arrangement makes it possible to minimize the shaft mass at a given wave imbalance.

Die 4 und 5 illustrieren die plastische Verformung der Trägerwelle 1 beim Innenhochdruckumformen. Das IHU-Werkzeug ist so beschaffen, dass das gemäß den 4a und 4b unverformte Hohlprofil der Trägerwelle 1 außerhalb der Unwuchtmasse 2 und der Spannringe 3 Radialluft zu den Werkzeughälften 8 und 9 hat. Bei der anschließenden Hochdruckbeaufschlagung legt sich das plastisch verformende Hohlprofil vollständig an die Werkzeughälften 8, 9 an, wobei es sowohl die Spannringe 3 als auch die Unwuchtmasse 2 jeweils axial beidseitig umschließt. Damit sind die Unwuchtmasse 2 und die Spannringe 3 sowohl in umfänglicher als auch in axialer Richtung der Trägerwelle 1 unlösbar kraft- und formschlüssig an deren umgeformtem Hohlprofil befestigt - siehe 5a und 5b sowie 6, die die fertig umgeformte Unwuchtwelle als abschnittsweises Einzelteil zeigt.The 4 and 5 illustrate the plastic deformation of the carrier shaft 1 in hydroforming. The hydroforming tool is designed in accordance with the 4a and 4b undeformed hollow profile of the carrier shaft 1 outside the imbalance mass 2 and the clamping rings 3 Radial clearance to the tool halves 8th and 9 Has. During the subsequent high-pressure application, the plastically deforming hollow profile lays completely against the tool halves 8th . 9 with it being both the clamping rings 3 as well as the imbalance mass 2 encloses axially on both sides. This is the imbalance mass 2 and the clamping rings 3 both in the circumferential and in the axial direction of the carrier shaft 1 inseparably fixed in a force and form fit to the formed hollow profile - see 5a and 5b such as 6 , which shows the finished formed unbalanced shaft as a section-wise item.

Als IHU-Verfahren kommt eines der bekannten Verfahren einschließlich der Umformung eines erwärmten Hohlprofils mittels Druckluft zum Einsatz.As a hydroforming process, one of the known methods including the forming of a heated hollow profile by means of compressed air is used.

Die Radiallagerung der Unwuchtwelle kann eine Wälzlagerung mit einem Nadelkranz 10 und einem Außenring 11 gemäß 7 sein. Die Innenlaufbahn der Nadeln ist durch einen auf der Trägerwelle 1 zwischen zwei Unwuchtmassen 2 aufgepressten Innenring 12 gebildet, wobei die - bedarfsweise feinbearbeiteten - Stirnflächen 13 der einander zugewandten Spannringe 3 als axiale Anlaufflächen für die Nadeln dienen.The radial bearing of the imbalance shaft can be a rolling bearing with a needle ring 10 and an outer ring 11 according to 7 be. The inner race of the needles is through one on the carrier shaft 1 between two imbalance masses 2 pressed on inner ring 12 formed, with the - if necessary finely machined - faces 13 the mutually facing clamping rings 3 serve as axial contact surfaces for the needles.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Trägerwellecarrier wave
22: Unwuchtmasseunbalanced mass
33: Spannringclamping ring
44: Zapfenspigot
55: Ausnehmungrecess
66: Drehachseaxis of rotation
77: MassenschwerpunktCenter of gravity
88th: Werkzeughälftetool half
99: Werkzeughälftetool half
1010: Nadelkranzneedle bearing
1111: Außenringouter ring
1212: Innenringinner ring
1313: Stirnflächeface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10320747 A1 [0002]
DE 102012216418 A1 [0002]

Claims

Method for joining a first component to a second component by hydroforming of the first component, in particular for producing an imbalance shaft of a mass balance gear of an internal combustion engine, characterized in that before the hydroforming the second component by means of a third component enclosing the first component and the second component on the first component is held and that the three components are braced against each other as a result of hydroforming.

Method according to Claim 1 , characterized in that the first component is a hollow shaft, that the second component is to be attached to the outer circumference of the hollow shaft attachment and that the third component is a hollow shaft and the attachment enclosing clamping ring (3).

Method according to Claim 2 , characterized in that the hollow shaft, the attachment and the clamping ring (3) in both the circumferential and in the axial direction of the hollow shaft are non-releasably positively joined together.