DE102019101320A1

DE102019101320A1 - Ausgleichswelle

Info

Publication number: DE102019101320A1
Application number: DE102019101320.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hußenether; Norbert Geyer; Hannes Schreyer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Ausgleichswelle, umfassend:- eine Unwuchtwelle (1) mit einem Unwuchtabschnitt (9, 10, 11, 12) und einem daran angrenzenden Lagerzapfen (3, 4) mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang (7) zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist,- einen den Lagerzapfen umschließenden Lagerring (5), der am zylindrischen Teilumfang anliegt und mit einem dazu radial gegenüberliegenden, nichtzylindrischen Teilumfang (8) des Lagerzapfens einen Freiraum begrenzt,- und ein im Freiraum eingespanntes Spannelement (15), das den Lagerring radial gegen den zylindrischen Teilumfang spannt.Der Lagerzapfen soll beidseits des zylindrischen Teilumfangs umfängliche Nuten (17) haben, und die Stirnseiten des Lagerrings sollen radial einwärtige Vorsprünge haben, die in die Nuten eingreifen und den Lagerring gegen beidseitiges axiales Verschieben auf dem Lagerzapfen sichern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Es handelt sich um eine gebaute Ausführung, die folgende Komponenten umfasst:

- eine Unwuchtwelle mit einem Unwuchtabschnitt und einem daran angrenzenden Lagerzapfen mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist,
- einen den Lagerzapfen umschließenden Lagerring, der am zylindrischen Teilumfang anliegt und mit einem dazu radial gegenüberliegenden, nichtzylindrischen Teilumfang des Lagerzapfens einen Freiraum begrenzt,
- und ein im Freiraum eingespanntes Spannelement, das den Lagerring radial gegen den zylindrischen Teilumfang spannt.

Eine gattungsgemäße Ausgleichswelle mit einer Unwuchtwelle und einem Lagerring, dessen Befestigung am Lagerzapfen der Unwuchtwelle über ein elastisches Spannelement erfolgt, ist aus der DE 10 2016 210 480 A1 bekannt.
Eine weitere gebaute Ausgleichswelle ist aus der EP 2 459 899 B1 bekannt. Dort ist der Lagerring an einem axial äußeren Randbereich mit einer axialen Seitenfläche der in diesem Bereich gegenüber dem Lagerzapfen radial vorspringenden Unwuchtwelle verbunden.
Der zylindrische Teilumfang des Lagerzapfens ist umfänglich jeweils zur Wellenunwucht hin ausgerichtet, so dass die unwuchtbedingte Punktlast auf den Lagerzapfen umfänglich innerhalb des zylindrischen Teilumfangs liegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebaute Ausgleichswelle mit einem alternativ gefügten Lagerring anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Demnach soll der Lagerzapfen beidseits des zylindrischen Teilumfangs umfängliche Nuten haben, und die Stirnseiten des Lagerrings sollen radial einwärtige Vorsprünge haben, die in die Nuten eingreifen und den Lagerring gegen beidseitiges axiales Verschieben auf dem Lagerzapfen sichern. Damit erfolgt die axiale Befestigung des Lagerrings auf dem Lagerzapfen durch Formschluss, indem die radial einwärtigen Vorsprünge des Lagerrings den zylindrischen Teilumfang des Lagerzapfens umgreifen und an den Nutwänden der umfänglichen Nuten axial anlaufen.
In einer bezüglich der Wellenunwucht vorteilhaften Ausgestaltung können der zylindrische Teilumfang und demzufolge auch die Innenmantelfläche des Lagerrings gegenüber dem oder den benachbarten Unwuchtabschnitten radial zurückspringen.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer gebauten Ausgleichswelle für den Massenausgleich einer Vierzylinder-Reihenmaschine dargestellt ist. Es zeigen:

1: die Ausgleichswelle im Längsschnitt;
2: einen der Lagerzapfen der Ausgleichswelle in schematischem Querschnitt;
3: das Detail X gemäß 1;
4: einen der Lagerringe der Ausgleichswelle als perspektivisches Einzelteil.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle, die eine als Guss- oder Schmiedeteil hergestellte Unwuchtwelle 1 mit einem endseitigen Antriebszapfen 2 zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Antriebsrads und zwei Lagerzapfen 3 und 4 sowie darauf lösbar befestigte Lagerringe 5 umfasst. Diese umschließen die Lagerzapfen 3, 4 und dienen jeweils als Innenlaufbahn für ein Nadellager 6 zur Radiallagerung der Ausgleichswelle in einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine.
Wie in Zusammenschau mit den 2 bis 4 erkennbar, haben die Lagerzapfen 3, 4 einen lediglich teilzylindrischen Umfang und sind derart ausgebildet, dass jeweils deren in Unwuchtrichtung der Ausgleichswelle mit Punktlast beaufschlagte Lastzone innerhalb des zylindrischen Teilumfangs 7 verläuft und dass der gegenüberliegende Teilumfang 8 des Lagerzapfens 3, 4 nichtzylindrisch und folglich gegenüber dem Umlaufkreis 20 des zylindrischen Teilumfangs 7 freigenommen ist. Der Umlaufkreis 20 des zylindrischen Teilumfangs 7 ist jeweils kleiner als der Umlaufkreis 21 von dazu benachbarten Unwuchtabschnitten 9 und 10 bzw. 11 und 12 der Unwuchtwelle 1, so dass sowohl der zylindrische Teilumfang 7 als auch der daran anliegende Lagerring 5 gegenüber Axialschultern 13 und 14 der Unwuchtabschnitte 9 bis 12 radial zurückspringen.
Die Unwucht der Unwuchtabschnitte 9 bis 12 und die Unwucht der daran angrenzenden Lagerzapfen 3, 4 sind zwecks Maximierung der Wellenunwucht (s. Pfeil in 2) im Wesentlichen parallel und gleichgerichtet, wobei jeder zylindrische Teilumfang 7 umfänglich so ausgerichtet ist, dass er umfänglich im Wesentlichen mittig belastet ist.
Die Breite der Lagerringe 5 ist kleiner als der Abstand der Axialschultern 13 und 14, zwischen denen jeder Lagerring 5 mit beidseitig etwa gleichem Abstand befestigt ist. Der Käfig 18 jedes Nadellagers 6 kann anders als dargestellt - so breit sein, dass er axial an den Axialschultern 13, 14 geführt wird.
In dem vom nichtzylindrischen Teilumfang 8 des Lagerzapfens 3, 4 und der Innenmantelfläche des Lagerrings 5 begrenzten Freiraum befindet sich jeweils ein unter radial elastischer Kompression eingespanntes Spannelement 15, das den Lagerring 5 (zerstörungsfrei) lösbar am Lagerzapfen 3, 4 befestigt. Die radiale Vorspannkraft des Spannelements 15, das vorliegend aus Kunststoff und alternativ aus federhartem Metall besteht, beaufschlagt den Lagerring 5 in die zur Wellenunwucht entgegen gesetzte Richtung, so dass der Lagerring 5 in haftender Anlage am zylindrischen Teilumfang 7 gehalten wird.
Die axiale Befestigung der Lagerringe 5 auf den Lagerzapfen 3, 4 erfolgt (über die spannkraftbedingte Haftreibung hinaus) jeweils mittels Formschluss. Dieser ist durch zwei radial einwärtige Vorsprünge 16 an den Stirnseiten jedes Lagerrings 5 und zwei umfängliche Nuten 17 gebildet, die an jedem Lagerzapfen 3, 4 beidseits des zylindrischen Teilumfangs 7 verlaufen. Die jeweils als vollumfänglicher Bund einteilig an den Lagerringen 5 angeformten Vorsprünge 16 greifen in die Nuten 17 ein, und deren Axialanlauf an den Nutwänden sichert die Lagerringe 5 formschlüssig gegen beidseitig axiales Verschieben auf den Lagerzapfen 3, 4.
Die axialen Stirnseiten jedes Spannelements 15 haben vorliegend als Fasen ausgebildete Ausnehmungen 19, in die die Vorsprünge 16 eingreifen und das Spannelement 15 formschlüssig gegen beidseitig axiales Verschieben im Lagerring 5 und folglich auch auf der Unwuchtwelle 1 sichern.
Die zylindrischen Teilumfänge 7 sind - in Längsrichtung der Ausgleichswelle gesehen - im Wesentlichen ideal zylindrisch, d.h. ohne konvexe Krümmung geformt. Ein auf den Lagerzapfen 3, 4 betrieblich erforderliches Verkippen der Lagerringe 5 wird durch deren Formgebung ermöglicht. Wie in 3 mithilfe des Radius R angedeutet, ist zu diesem Zweck die sich zwischen den beiden Vorsprüngen 16 erstreckende Innenmantelfläche der Lagerringe 5 - in Querrichtung der Ausgleichswelle gesehen - geringfügig ballig ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016210480 A1 [0002]
EP 2459899 B1 [0003]

Claims

Ausgleichswelle, umfassend: - eine Unwuchtwelle (1) mit einem Unwuchtabschnitt (9, 10, 11, 12) und einem daran angrenzenden Lagerzapfen (3, 4) mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang (7) zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist, - einen den Lagerzapfen (3, 4) umschließenden Lagerring (5), der am zylindrischen Teilumfang (7) anliegt und mit einem dazu radial gegenüberliegenden, nichtzylindrischen Teilumfang (8) des Lagerzapfens (3, 4) einen Freiraum begrenzt, - und ein im Freiraum eingespanntes Spannelement (15), das den Lagerring (5) radial gegen den zylindrischen Teilumfang (7) spannt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (3, 4) beidseits des zylindrischen Teilumfangs (7) umfängliche Nuten (17) hat und dass die Stirnseiten des Lagerrings (5) radial einwärtige Vorsprünge (16) haben, die in die Nuten (17) eingreifen und den Lagerring (5) gegen beidseitiges axiales Verschieben auf dem Lagerzapfen (3, 4) sichern.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teilumfang (7) gegenüber dem Unwuchtabschnitt (9, 10, 11, 12) radial zurückspringt.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Stirnseiten des Spannelements (15) Ausnehmungen (19) haben, in die die Vorsprünge (16) eingreifen und das Spannelement (15) gegen beidseitiges axiales Verschieben im Lagerring (5) sichern.
Ausgleichswelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (19) Fasen sind.
Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (16) jeweils ein vollumfänglicher Bund sind, der einteilig am Lagerring (5) angeformt ist.
Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zwischen den Vorsprüngen (16) erstreckende Innenmantelfläche des Lagerrings (5) - in Querrichtung der Ausgleichswelle gesehen - ballig ist.