DE102022116194A1

DE102022116194A1 - Ausgleichswelle

Info

Publication number: DE102022116194A1
Application number: DE102022116194.3A
Authority: DE
Inventors: Hannes Schreyer; Norbert Geyer; Thomas Hußenether
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-01-04
Also published as: WO2024002416A1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Ausgleichswelle, umfassend:- eine Unwuchtwelle (1) mit einem zu deren Drehachse (8) beabstandeten Massenschwerpunkt (9), der mit der Drehachse eine Unwuchtebene (10) aufspannt, und einem Lagerzapfen (6, 7) mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang (11) zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist,- einen den Lagerzapfen umschließenden Lagerring (13), der am zylindrischen Teilumfang anliegt und zusammen mit einem dazu radial gegenüberliegenden Lagerzapfenrücken (12) einen Freiraum begrenzt,- und eine Blechfeder (14), die im Freiraum gegen den Lagerzapfenrücken einerseits und den Lagerring andererseits gespannt ist und den Lagerring radial gegen den zylindrischen Teilumfang spannt,dadurch gekennzeichnet, dass die Blechfeder gegen zwei Auflagerpunkte (20, 21) des Lagerzapfenrückens gespannt ist, die beidseits der Unwuchtebene verlaufen und deren Orthogonalprojektionen auf die Unwuchtebene bezüglich des Massenschwerpunkts diesseits der Drehachse verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle, umfassend:

- eine Unwuchtwelle mit einem zu deren Drehachse beabstandeten Massenschwerpunkt, der mit der Drehachse eine Unwuchtebene aufspannt, und einem 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 zusammen mit einem dazu radial gegenüberliegenden Lagerzapfenrücken einen Freiraum begrenzt,
- und eine Blechfeder, die im Freiraum gegen den Lagerzapfenrücken einerseits und den Lagerring andererseits gespannt ist und den Lagerring radial gegen den zylindrischen Teilumfang spannt.

Eine gattungsgemäße Ausgleichswelle mit einer Unwuchtwelle und einem Lagerring, dessen Befestigung am Lagerzapfen der Unwuchtwelle mittels einer zwischen dem Lagerring und dem Lagerzapfenrücken eingespannten Blechfeder erfolgt, ist aus der DE 10 2019 101 319 A1 bekannt. Am Lagerzapfenrücken verläuft in Richtung der Drehachse eine der betrieblichen Wellendurchbiegung entgegenwirkende Versteifungsrippe, gegen deren Kammlinie die Blechfeder gespannt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgleichswelle der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Einspannung des Lagerrings anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 1. Demnach soll die Blechfeder gegen zwei Auflagerpunkte des Lagerzapfenrückens gespannt sein, die beidseits der Unwuchtebene verlaufen und deren Orthogonalprojektionen auf die Unwuchtebene bezüglich des Massenschwerpunkts diesseits der Drehachse verlaufen. Gegenüber dem zitierten Stand der Technik verbleibt dabei kein rotatorischer Freiheitsgrad für die im Freiraum eingespannte Blechfeder, deren rotatorische Einbauposition infolge der Position der beiden Auflagerpunkte am Lagerzapfenrücken einerseits und der Einspannung gegen den Lagerring andererseits eindeutig festgelegt und stabilisiert ist. Folglich kann sich die Blechfeder nicht mehr undefiniert verdrehen oder bei betrieblichem Drehschlupf des Lagerrings mit dem Lagerring mitdrehen. Unter dem Begriff ‚Auflagerpunkt‘ ist je nach Kontaktsituation der Blechfeder mit dem Lagerzapfenrücken deren Kontaktpunkt oder im Fall eines Linien- oder Flächenkontakts dessen Linien- bzw. Flächenschwerpunkt zu verstehen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ausgleichswellen dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile oder Merkmale mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

1 die aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannte Ausgleichswelle in perspektivischer Darstellung;
2 einen Lagerzapfen einer ersten erfindungsgemäßen Ausgleichswelle als perspektivischen Ausschnitt;
3 einen Lagerzapfen einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgleichswelle als perspektivischen Ausschnitt;
4 den Lagerzapfen gemäß 3 in einem Längsschnitt;
5 eine zu den 3 und 4 alternative Blechfeder als perspektivisches Einzelteil.

Die bekannte Ausgleichswelle gemäß der Referenzfigur 1 umfasst eine als Guss- oder Schmiedeteil hergestellte Unwuchtwelle 1 mit einem endseitigen Antriebszapfen 2 für ein darauf zu montierendes Antriebsrad (nicht dargestellt) und mit Unwuchtabschnitten 3, 4 und 5 sowie mit Lagerzapfen 6 und 7, die jeweils zwei der Unwuchtabschnitte 3 und 4 bzw. 4 und 5 verbinden. Die Unwuchtwelle 1 hat einen zu deren Drehachse 8 beabstandeten Massenschwerpunkt 9, der gemäß 2 mit der Drehachse 8 eine Unwuchtebene 10 aufspannt. Die Lagerzapfen 6, 7 sind zwecks Maximierung der Wellenunwucht lediglich teilzylindrisch und deren zylindrischer Teilumfang 11 (s. gestrichelt umrandete Fläche in 2) ist so orientiert, dass die Unwucht der Unwuchtabschnitte 3 bis 5 und die Unwucht der Lagerzapfen 6, 7 im Wesentlichen parallel und gleichgerichtet sind und den zylindrischen Teilumfang 11 im Wesentlichen umfangsmittig belasten. Der dem zylindrischen Teilumfang 11 radial gegenüberliegende (nichtzylindrische) Teilumfang des Lagerzapfens 6, 7 ist nachfolgend als Lagerzapfenrücken 12 bezeichnet und gegenüber dem auf die Drehachse 8 bezogenen Umlaufkreis des zylindrischen Teilumfangs 11 freigenommen.
Die Ausgleichswelle umfasst weiterhin je Lagerzapfen 6, 7 einen diesen umschließenden Lagerring 13, eine den Lagerring 13 am Lagerzapfen 6, 7 (zerstörungsfrei) lösbar befestigende Blechfeder 14 und einen Nadelkranz 15 zur radialen Nadellagerung der Ausgleichswelle in einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine. Die Innenlaufbahn des Nadelkranzes 15 ist durch den Lagerring 13 gebildet. Die aus federhartem Metallblech bestehenden Blechfedern 14 haben einen näherungsweise halbmondförmigen Querschnitt und sind jeweils unter elastischer Verformung in dem radialen Freiraum eingesetzt, der durch den Lagerzapfenrücken 12 einerseits und die Innenmantelfläche des Lagerrings 13 andererseits begrenzt wird. Dabei beaufschlagt die radiale Vorspannkraft der Blechfeder 14 den Lagerring 13 in die zur Wellenunwuchtrichtung entgegen gesetzte Richtung, so dass der Lagerring 13 gegen den zylindrischen Teilumfang 11 gespannt wird. Bei der bekannten Ausgleichswelle gemäß 1 ist die Blechfeder 14 im Bereich des Lagerzapfenrückens 12 geöffnet, wobei die die Öffnung begrenzenden Federenden 16 und 17 gegen die Kammlinie 18 einer sich in Längsrichtung erstreckenden Versteifungsrippe 19 der Unwuchtwelle 1 gespannt sind. Ein weiterer Auflagekontakt der Blechfeder 14 mit dem Lagerzapfenrücken 12 existiert hier nicht, so dass die Blechfeder 14 im Fall von Drehschlupf des Lagerrings 13 mit diesem mitdrehen kann.
Ein solches unkontrolliertes Mitdrehen des Lagerrings 13 wird bei der in 2 dargestellten Ausgleichswelle durch die nachfolgend erläuterte Kontaktgeometrie der Blechfeder 14 mit dem Lagerzapfenrücken 12 verhindert. Die Blechfeder 14 ist erfindungsgemäß gegen zwei Auflagerpunkte 20 und 21 des Lagerzapfenrückens 12 gespannt, die beidseits der Unwuchtebene 10 und vorliegend neben der Versteifungsrippe 19 verlaufen und deren Orthogonalprojektionen auf die Unwuchtebene 10 bezüglich des Massenschwerpunkts 9 diesseits der Drehachse 8 verlaufen. Eine Orthogonalprojektion ist bekanntlich die senkrechte Abbildung eines Punkts auf eine Ebene. 3 zeigt die Orthogonalprojektion des Auflagerpunkts 21 als dort unterhalb der Drehachse 8 schwarz eingezeichneten Punkt. Diese Auflagerbedingungen und die dazu gegenüberliegende Einspannung der Blechfeder 14 gegen den Lagerring 13 legen die rotative Position der Blechfeder 14 zur Drehachse 8 fest, so dass das eingangs erwähnte Ver- oder Mitdrehen der Blechfeder 14 ausgeschlossen ist.
Im Ausführungsbeispiel der 2 springt der zylindrische Teilumfang 11 gegenüber Schultern 22 und 23 der Unwuchtwelle 1 radial zurück, wobei die Schultern 22, 23 die Stirnseiten 24 des Lagerrings 13 mit engem Axialspiel einfassen und so den Lagerring 13 gegen beidseitiges Verschieben auf dem Lagerzapfen 6 und/oder 7 sichern.
Die 3 und 4 zeigen Detailansichten der erfindungsgemäßen zweiten Ausgleichswelle. Die axiale Befestigung des Lagerrings 13 auf dem Lagerzapfen 6 und/oder 7 erfolgt hierbei ausschließlich durch die Blechfeder 14, die axial formschlüssig einerseits mit dem Lagerring 13 und andererseits mit dem Lagerzapfenrücken 12 verbunden ist. Der axiale Formschluss der Blechfeder 14 mit dem Lagerring 13 ist vorliegend durch vier Vorsprünge 25 der Blechfeder 14 gebildet, die als eingeschnittene und radial auswärts umgeformte Blechlaschen den Lagerring 13 an dessen Stirnseiten 24 axial einfassen. Der axiale Formschluss der Blechfeder 14 mit dem Lagerzapfenrücken 12 ist durch ineinander greifende Vorsprünge und/oder Ausnehmungen der Blechfeder 14 und des Lagerzapfenrückens 12 und vorliegend dadurch gebildet, dass der Lagerzapfenrücken 12 entweder eine oder zwei beidseits der Versteifungsrippe 19 verlaufende Nuten 26 hat, deren Nutwände die axialen Stirnseiten 27 der Blechfeder 14 axial spielarm einfassen. Die Nuten 26 können alternativ durch eine einzige Nut auf der Kammlinie 18 der Versteifungsrippe 19 ersetzt werden.
Die in 5 als Einzelteil dargestellte Blechfeder 14 der erfindungsgemäßen dritten Ausgleichswelle hat Ausnehmungen 28, in die (nicht dargestellte) Vorsprünge auf dem Lagerzapfenrücken 12 eingreifen und so den axialen Formschluss der Blechfeder 14 mit dem Lagerzapfenrücken 12 herstellen.
Sämtliche zuvor gezeigten Blechfedern 14 sind umfänglich offen, wobei sich die Öffnung 29 jeder Blechfeder 14 in einem Umfangsbereich des Lagerrings 13 befindet, der dem zylindrischen Teilumfang 11 diametral gegenüberliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019101319 A1 [0002]

Claims

Ausgleichswelle, umfassend: - eine Unwuchtwelle (1) mit einem zu deren Drehachse (8) beabstandeten Massenschwerpunkt (9), der mit der Drehachse (8) eine Unwuchtebene (10) aufspannt, und einem Lagerzapfen (6, 7) mit einem lediglich teilzylindrischen Umfang, dessen zylindrischer Teilumfang (11) zur Wellenunwucht hin ausgerichtet ist, - einen den Lagerzapfen (6, 7) umschließenden Lagerring (13), der am zylindrischen Teilumfang (11) anliegt und zusammen mit einem dazu radial gegenüberliegenden Lagerzapfenrücken (12) einen Freiraum begrenzt, - und eine Blechfeder (14), die im Freiraum gegen den Lagerzapfenrücken (12) einerseits und den Lagerring (13) andererseits gespannt ist und den Lagerring (13) radial gegen den zylindrischen Teilumfang (11) spannt, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechfeder (14) gegen zwei Auflagerpunkte (20, 21) des Lagerzapfenrückens (12) gespannt ist, die beidseits der Unwuchtebene (10) verlaufen und deren Orthogonalprojektionen auf die Unwuchtebene (10) bezüglich des Massenschwerpunkts (9) diesseits der Drehachse (8) verlaufen.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechfeder (14) den Lagerring (13) gegen beidseitiges Verschieben auf dem Lagerzapfen (6, 7) sichert, wobei die Blechfeder (14) axial formschlüssig einerseits mit dem Lagerzapfenrücken (12) und andererseits mit dem Lagerring (13) verbunden ist.
Ausgleichswelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Formschluss der Blechfeder (14) mit dem Lagerring (13) durch radiale Vorsprünge (25) der Blechfeder (14) gebildet ist, die den Lagerring (13) an dessen Stirnseiten (24) axial einfassen.
Ausgleichswelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Formschluss der Blechfeder (14) mit dem Lagerzapfenrücken (12) durch ineinander greifende Vorsprünge und/oder Ausnehmungen der Blechfeder (14) und des Lagerzapfenrückens (12) gebildet ist.
Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechfeder (14) umfänglich offen ist, wobei sich die Öffnung (29) der Blechfeder (14) in einem Umfangsbereich des Lagerrings (13) befindet, der dem zylindrischen Teilumfang (11) diametral gegenüberliegt.