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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle mit Rotationsachse zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine (zum Beispiel Diesel- oder Ottomotor) mit einem Lageraufnahmeabschnitt zur Lagerung eines Wälzlagers, genauer zur Lagerung eines Lagerinnenringes eines Wälzlagers.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Ausgleichswellen bekannt. Üblicherweise werden Ausgleichswellen mittels eines Warmumformformverfahrens, beispielsweise ein Gesenkschmiedeverfahren, aus einem stangenförmigen Wellenrohling hergestellt. Dabei können Lagerlaufflächen direkt integral mit der Welle ausgebildet sein. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es jedoch vorteilhaft, die Lagerlauffläche auf Seiten der Welle, also insbesondere die innere Lagerlauffläche, durch einen separaten Lagerinnenring bereitzustellen, welcher auf der Welle befestigt wird. Um einen derart bereitgestellten, geschlossenen Lagerinnenring, welcher in der Regel seitlich auf die Ausgleichswelle bis zum Lageraufnahmeabschnitt aufgeschoben wird, festzulegen, gab es bisher unterschiedliche Ansätze. Eine Möglichkeit bestand darin, den Lageraufnahmeabschnitt durch einen um die Rotationsachse symmetrisch umfangsseitig gebildeten Bereich der Ausgleichswelle bereitzustellen. Dieser kann umfangsseitig geschlossen sein oder sich wenigstens um mehr als 180° um den Umfang erstrecken, um eine sichere Einbettung und Positionierung des Lagerinneringes zu bilden. Dieser Bereiche kann nach Bedarf auch mehrteilig ausgebildet sein und als gebautes Teil bereitgestellt sein. Dies hat jedoch den Nachteil, dass ein vergleichsweise hohes Bauteilgewicht vorliegt, was im Ergebnis zu vergleichsweise hohen bewegten Massen im Betrieb führt, welche jedoch keine entsprechende Ausgleichskraft bereitstellen bzw. durch zusätzliche Massen kompensiert werden muss, um im Betrieb keine unerwünschten Unwuchten hervorzurufen. Alternativ ist es bekannt, im Lageraufnahmeabschnitt gegenüber den Unwuchtabschnitten bezüglich der Rotationsachse kein Material vorzusehen und den separat vorgesehenen Lagerinnenring beispielsweise mittels Stoffschluss auf der Welle aufzubringen. Dies erfordert jedoch vergleichsweise viel Raum für das Befestigen des Lagerinnenrings. Zudem hat das Vorsehen einer stoffschlüssigen Verbindung unter Umständen negative Auswirkungen auf die Eigenschaft des Lagerinnenrings, sodass dieser einer zusätzlichen Nachbearbeitung unterzogen werden muss.
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Ausgehend von dem vorliegenden Stand der Technik ist es somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausgleichswelle bereitzustellen, die bei möglichst geringem Gesamtgewicht ein einfaches Vorsehen eines separaten und bevorzugt umfangsseitig geschlossenen Lagerinnenringes auf der Ausgleichswelle ermöglicht.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Ausgleichswelle mit Rotationsachse zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Die Ausgleichswelle umfasst dabei einen länglichen Grundkörper. Am länglichen Grundkörper ist zumindest ein Unwuchtabschnitt vorgesehen. Der Masseschwerpunkt des Unwuchtabschnitts liegt radial versetzt außerhalb der Rotationsachse der Ausgleichswelle. Der Unwuchtabschnitt weist einen Lageraufnahmeabschnitt zur Lagerung eines Wälzlagers auf. Der Lageraufnahmeabschnitt weist eine teilweise um die Rotationsachse verlaufende Lagersitzfläche auf. Des Weiteren weist der Lageraufnahmeabschnitt axial beidseits der Lagersitzfläche jeweils einen radialen Schultervorsprung zur axialen Anlage des Wälzlagers auf. Wenigstens einer der Schultervorsprünge weist in axialer Verlängerung der Lagersitzfläche eine wenigstens teilweise um die Rotationsachse verlaufende definierte axiale Nut auf, um einen radialen Hinterschnitt zur formschlüssigen Aufnahme eines Teilbereichs eines Lagerinnenrings eines Wälzlagers zu bilden. Unter „definiert“ wird im Rahmen der Erfindung und insbesondere mit Bezug auf die axiale Nut verstanden, dass diese definierte Abmaße und eine definierte Geometrie aufweist und bevorzugt mittels definierter Fertigungsverfahren (beispielsweise spanende Fertigungsverfahren, Umformverfahren oder Urformverfahren) hergestellt ist. Insbesondere ist die axiale Nut also derart bereitgestellt, dass sie ein wahlweises und zerstörungsfreies (lösbares) Einsetzen und Entnehmen eines Lagerinnenrings eines Wälzlagers ermöglicht. Bevorzugt soll dabei die definierte Nut insbesondere nicht durch (undefinierte) plastische Verformung des Wellenwerkstoffes gegenüber dem Lagerinnenring und dadurch eingreifen in oder umgreifen des Letztgenanntem gebildet sein.
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Mittels der vorbeschriebenen Ausgleichswelle wird es somit ermöglicht, einen Lagerinnenring eines Wälzlagers wahlweise in einem Lageraufnahmeabschnitt mit der Ausgleichswelle zu verbinden und bei Bedarf - beispielsweise bei Ausfall des Wälzlagers - den Lagerinnenring wieder zerstörungsfrei zu entnehmen. Indem die axiale Nut eine formschlüssige Aufnahme des Lagerinnenrings ermöglicht, kann der Lagerinnenring auch ohne zusätzliche Abstützung auf Seiten gegenüber des Unwuchtabschnitts in definierter Position und insbesondere koaxial zur Rotationsachse positioniert gehalten werden. Somit kann der Lageraufnahmeabschnitt einzig auf die Lagersitzfläche beschränkt werden. Insbesondere kann dadurch die Lagersitzfläche derart ausgebildet sein, dass sie sich nur über den umfangsseitigen Stützbereich des Lagers im Betrieb (also den Lastbereich) erstreckt. Die Lagersitzfläche erstreckt sich folglich bevorzugt über einen Winkelbereich von kleiner 180°, so dass das Gewicht der Ausgleichswelle weiter funktional optimiert werden kann. Da der Lastbereich des Wälzlagers insbesondere bzw. einzig auf Seiten des Unwuchtabschnitts vorliegt, in dem die Lagersitzfläche bereitgestellt ist, kann im Lageraufnahmeabschnitt auf Seiten gegenüber des Masseschwerpunkts bezüglich der Rotationsachse auf Material der Ausgleichswelle komplett verzichtet werden, während ein in der definierten axialen Nut aufgenommener Lagerinnenring weiterhin sicher gehalten wird, auch wenn die Ausgleichswelle stillsteht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weisen beide Schultervorsprünge in axialer Verlängerung der Lagersitzfläche jeweils eine wenigstens teilweise um die Rotationsachse verlaufende definierte axiale Nut auf, um jeweils einen radialen Hinterschnitt zur formschlüssigen Aufnahme zur Aufnahme eines Teilbereichs eines Lagerinnenrings eines Wälzlagers zu bilden. Somit wird eine beidseitige Lagerung und Aufnahme des Lagerinnenrings bereitgestellt, sodass der Lagerinnenring bevorzugt symmetrisch sicher gehalten wird.
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Die Schultervorsprünge weisen bevorzugt über den Umfang gesehen einen gleichbleibenden Abstand zueinander auf. Auf diese Weise können die Schultervorsprünge über ihre gesamte Länge bzw. ihren gesamten Umfang, über den sie sich erstrecken, eine Anlagefläche für ein dort vorgesehenes Wälzlager bilden. Allerdings ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
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Die axiale Nut kann über den Umfang gesehen eine konstante Tiefe aufweisen. Auf diese Weise kann ein Lagerinnenring gleichmäßig in der axialen Nut aufgenommen werden. Hierzu kann beispielsweise die Ausgleichswelle leicht elastisch umgebogen werden, um einen Abstand zwischen den Schultervorsprüngen im Bereich der axialen Nut zu vergrößern, um einen Lagerinnenring radial einzusetzen. Nach dem Einsetzen kann die Ausgleichswelle wieder in ihre Ursprungserstreckung überführt werden, sodass sich der Abstand zwischen den Schultervorsprüngen wieder verringert und der Lagerinnenring sicher in der oder den axialen Nuten aufgenommen ist.
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In einer alternativen Ausgestaltungsform kann die axiale Nut über den Umfang gesehen auch eine variable axiale Tiefe aufweisen. Dabei kann die axiale Tiefe bevorzugt eine über den Umfang gesehen konstant veränderliche wie beispielsweise konstant zunehmende bzw. abnehmende axiale Tiefe aufweisen. Bei entsprechend ausgebildetem Lagerinnenring, welcher eine zu der bevorzugt konstant veränderlichen Tiefe der axialen Nut entsprechende Kontur aufweist, kann ein Lagerinnenring auf die Lagersitzfläche aufgesetzt und um die Rotationsachse relativ zur Ausgleichswelle derart gedreht werden, dass es sein Teilbereich in die axiale Nut rotatorisch einfährt und bevorzugt der Lagerinnenring beidseits in Anlage mit den Schultervorsprüngen (bevorzugt im Bereich der axialen Nut) gelangt. Somit kann in einfacher Weise und besonders wirkungsvoll ein Lagerinnenring mit der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle - beispielsweise in Ausbildung einer Bajonettverbindung - lösbar verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferne eine Ausgleichswellenbaugruppe. Diese kann eine Ausgleichswelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen. Darüber hinaus weist die Ausgleichswellenbaugruppe wenigstens einen Lagerinnenring eines Wälzlagers auf. Der Lagerinnenring wiederum weist einen Teilbereich auf, welcher formschlüssig in der axialen Nut bzw. in den gegenüberliegenden axialen Nuten aufgenommen ist, um den Lagerinnenring wenigstens in einem Lastbereich der Lagersitzfläche auf dieser festzulegen.
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Der Teilbereich des Lagerinnenrings wird dabei bevorzugt durch eine randseitige Kante des Lagerinnenrings gebildet. Auch andersartige axiale Vorsprünge des Lagerinnenrings sind als Teilbereich denkbar.
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Der Lagerinnenring kann über seinen Umfang gesehen eine variable axiale Breite aufweisen. Dabei kann der Lagerinnenring wenigstens im Umfangsbereich des Teilbereichs eine axiale Breite aufweisen, welche mit der axialen Breite der Lagersitzfläche samt Tiefe der axialen Nut über den Umfang gesehen korrespondiert. In diesem Fall kann, wie zuvor bereits beschrieben, ein Lagerinnenring durch Einsetzen in dem Lageraufnahmeabschnitt - genauer auf der Lagersitzfläche - und anschließende Drehbewegung um die Rotationsachse mit seinem Teilbereich in die axiale Nut bzw. die axialen Nuten eingefahren werden, um formschlüssig in dieser aufgenommen zu sein und den Lagerinnenring folglich entsprechend festzulegen. Dabei bilden der Teilbereich und die axiale Nut bevorzugt eine Bajonettverbindung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine Ausgleichswellenbaugruppe mit einer Ausgleichswelle mit Rotationsachse zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Die Ausgleichswelle weist dabei einen länglichen Grundkörper auf. Des Weiteren weist die Ausgleichswelle gemäß diesem Aspekt der Erfindung ferner wenigstens einen Lagerinnenring eines Wälzlagers auf. Am länglichen Grundkörper ist zumindest ein Unwuchtabschnitt vorgesehen, dessen Masseschwerpunkt radial versetzt außerhalb der Rotationsachse der Ausgleichswelle liegt. Der Unwuchtabschnitt weist einen Lageraufnahmeabschnitt zur Lagerung eines Wälzlagers auf. Der Lageraufnahmeabschnitt weist ferner eine teilweise um die Rotationsachse verlaufende Lagersitzfläche auf. Der Lageraufnahmeabschnitt weist axial beidseits der Lagersitzfläche jeweils einen radialen Schultervorsprung zur axialen Anlage des Wälzlagers auf. Der Lagerinnenring ist axial beidseits zwischen den Schultervorsprüngen eingeklemmt, um den Lagerinnenring wenigstens in einem Lastbereich der Lagersitzfläche auf dieser festzulegen. Folglich wird eine besonders einfache Befestigung eines Lagerinnenrings bereitgestellt. Die Festklemmkraft ist dabei derart dimensioniert, dass diese ausreicht, um quer zur Festklemmrichtung die Masse der Ausgleichswelle zu tragen; bevorzugt wenigstens die Masse der Ausgleichswelle geteilt durch die Anzahl der Lageraufnahmeabschnitte bzw. Wälzlager.
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Wenigstens eine und bevorzugt beide Schultervorsprünge können in axialer Verlängerung der Lagersitzfläche eine wenigstens teilweise um die Rotationsachse verlaufende definierte axiale Nut aufweisen, wie sie zuvor bereits beschrieben wurde, um einen radialen Hinterschnitt zur formschlüssigen Aufnahme eines Teilbereichs des Lagerinnenrings eines Wälzlagers zu bilden. Der Lagerinnenring kann dabei über seinen Teilbereich oder seine Teilbereiche in der jeweiligen Nut axial eingeklemmt sein, um den Lagerinnenring auf der Lagersitzfläche festzulegen. Bei dieser Ausführungsform werden folglich die Vorteile sowohl der formschlüssigen Verbindung des Lagerinnenrings mit der axialen Nut einerseits als auch die kraftschlüssige Verbindung des Lagerinnenrings zwischen den Schultervorsprüngen kombiniert, was zu einer insgesamt besonders stabilen und sicheren Verbindung des Lagerinnenrings mit der Ausgleichswelle führt.
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Die axiale Nut kann dabei wie zuvor bereits beschrieben ausgebildet sein. Ebenso kann der Lagerinnenring über seinen Umfang gesehen eine variable axiale Breite aufweisen und ebenso, wie zuvor bereits beschrieben, mit dem Lageraufnahmeabschnitt und insbesondere den axialen Nuten geometrisch korrespondierend ausgebildet sein. Insofern gilt das zuvor gesagte in gleicher Weise auch für diesen Aspekt der Erfindung.
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Ein von dem Lagerinnenring und dem Grundkörper eingeschlossener Hohlraum kann mit einem Material aufgefüllt sein, um den Lagerinnenring relativ zum Grundkörper zu positionieren. Vorzugsweise kann dabei der Hohlraum mit einem Kunststoff ausgespritzt oder ausgeschäumt oder mit einem Gummi ausvulkanisiert oder auch mit Holz ausgefüllt sein. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Sicherung des Lagerinnenrings in seiner definierten Position koaxial zur Rotationsachse bereitgestellt werden. Da - im Vergleich zu dem Ausgleichswellenmaterial - ein Material mit vergleichsweise geringer Dichte verwendet wird, wird durch dieses Sicherungsmaterial nur eine besonders geringe Gegenunwucht erzeugt, was sich somit nur geringfügig auf das Gesamtgewicht der Ausgleichswelle auswirkt.
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Es ist des Weiteren denkbar, in einem von dem Lagerinnenring und dem Grundkörper eingeschlossenen Hohlraum ein Klemmteil vorzusehen, um den Lagerinnenring relativ zum Grundkörper zu positionieren. Dieses Klemmteil kann selbstverständlich mit dem zuvor beschriebenen und den Hohlraum auffüllenden Material kombiniert werden.
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Das Klemmteil kann dabei ein oder mehrere sich axial durch den Hohlraum erstreckende Stabelemente aufweisen. Dabei kann es sich insbesondere um Rohrelemente handeln. Derart ausgebildete Klemmteile können bevorzugt mit gegenüberliegenden Endbereichen axial über den Lagerinnenring vorstehen, wobei die Endbereiche zur Fixierung der Klemmteile in den Hohlraum bevorzugt umgebördelt sind.
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Das Klemmteil kann auch ein Federelement aufweisen, welches den Lagerinnenring gegenüber dem Grundkörper abstützt und bevorzugt in seiner definierten Position koaxial zur Rotationsachse hält. Das Federelement kann dabei vorzugsweise einen auf dem Grundkörper sich abstützenden Basisbereich sowie sich von dem Grundkörper und der Lagersitzfläche radial weg erstreckende und sich an der Innenseite des Lagerinnenrings bevorzugt flächig abstützend Federarme aufweisen. Auf diese Weise wird eine sichere Auflage des Klemmteils sowie eine konstant sichere Vorspannung des Grundkörpers gegenüber dem Lagerinnenring erzeugt, um letzteren sicher in seiner definierten Position relativ zum Grundkörper zu halten.
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Das Klemmteil kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein. Insbesondere bevorzugt sind hier Kunststoffe oder auch Metalle, wie beispielsweise Federstahl oder Aluminium.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass die axiale Nut wenigstens teilweise mit einem Material ausgefüllt ist. Ebenso ist es denkbar, dass der Innenring wenigstens auf seiner Innenseite, vorzugsweise wenigstens in einem Kontaktbereich mit der Lagersitzfläche, flächig oder partiell mit einem Material beschichtet ist. Zudem kann der Innenring auch wenigstens an seinen umlaufenden Außenkanten, vorzugweise wenigstens in einem Bereich des Teilbereichs, flächig oder partiell mit einem Material beschichtet sein. Bei den vorbezeichneten Materialien kann es sich bevorzugt um ein Material aus der Gruppe umfassend Kunststoff, wie beispielswiese PTFE, oder ein dämpfendes Material, wie beispielsweise Gummi, handeln. Somit kann bevorzugt auch eine Geräuschentwicklung im Bereich der Lagerung der Ausgleichswelle reduziert oder gar unterbunden werden.
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Die Ausgleichswellenbaugruppe kann ferner einen Lageraußenring aufweisen, welcher den Lagerinnenring umfangsseitig umgibt. Zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring sind Wälzkörper zur Bildung eines koaxial zur Rotationsachse angeordneten Wälzlagers angeordnet. Die Wälzkörper können in einem Lagerkäfig aufgenommen sein.
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Weitere Ausgestaltungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figuren der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausgleichswellenbaugruppe gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit axialer Nut,
- 2 eine Draufsicht auf die Ausgleichswelle der Ausgleichswellenbaugruppe gemäß 1 in Richtung II gesehen,
- 3 eine Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle gemäß 2,
- 4 einen perspektivische Ansicht eines Lagerinnenrings eines Wälzlagers für eine erfindungsgemäße Ausgleichswellenbaugruppe mit einer Ausgleichswelle gemäß 3,
- 5 eine Querschnittsansicht einer Ausgleichswellenbaugruppe im Bereich eines Lageraufnahmeabschnitts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den Hohlraum auffüllendem Material,
- 6 eine Querschnittsansicht einer Ausgleichswellenbaugruppe im Bereich eines Lageraufnahmeabschnitts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Rohrelementen im Hohlraum,
- 7 eine Querschnittsansicht einer Ausgleichswellenbaugruppe im Bereich eines Lageraufnahmeabschnitts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Federelement im Hohlraum, und
- 8 eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausgleichswellenbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit eingeklemmtem Lagerinnenring.
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Die Figuren zeigen unterschiedliche Ansichten von Ausgleichswellenbaugruppen 100 mit erfindungsgemäßen Ausgleichswellen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Eine entsprechende Ausgleichswelle 1 weist dabei eine Rotationsachse R auf, um die diese Ausgleichswelle 1 rotiert. Die Ausgleichswelle 1 dient zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Die Ausgleichswelle 1 ist bevorzugt mittels Urformverfahren, wie bspw. Sandguss, oder Umformverfahren, wie bspw. Warmumformverfahren und insbesondere Gesenkschmiedeverfahren, und ferner bevorzugt aus einem stangenförmigen Wellenrohling hergestellt.
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Die Ausgleichswelle 1 umfasst einen länglichen Grundkörper 2. An dem länglichen Grundkörper 2 ist zumindest ein Unwuchtabschnitt 3 vorgesehen, dessen Masseschwerpunkt M radial versetzt V außerhalb der Rotationsachse R der Ausgleichswelle 1 liegt.
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Der Unwuchtabschnitt 3 weist einen Lageraufnahmeabschnitt 4 zur Lagerung eines Wälzlagers auf. Der Lageraufnahmeabschnitt 4 wiederum weist eine teilweise um die Rotationsachse R verlaufende Lagersitzfläche 40 auf. Da die Lagersitzfläche 40 lediglich teilweise - bevorzugt über einen Winkelbereich von kleiner 180° - um die Rotationsachse R verläuft, befindet sich bezüglich der Lagersitzfläche 40 jenseits der Rotationsachse R bevorzugt im Querschnitt weniger Material der Ausgleichswelle 1.
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Der Lageraufnahmeabschnitt 4 weist des Weiteren axial beidseits der Lagersitzfläche 40 jeweils einen radialen Schultervorsprung 41, 42 zur axialen Anlage des Wälzlagers auf.
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Mit Verweis auf die Ausführungsbeispiele gemäß der 1 bis 3 weist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wenigstens einer der Schultervorsprünge 41, 42 - und hier dargestellt beide Schultervorsprünge 41, 42 - in axialer Verlängerung der Lagersitzfläche 40 jeweils eine wenigstens teilweise um die Rotationsachse R verlaufende definierte axiale Nut 5, um einen radialen Hinterschnitt zur formschlüssigen Aufnahme eines Teilbereichs 60 eines Lagerinnenrings 6 eines Wälzlagers zu bilden.
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Wie insbesondere in 2 dargestellt, kann die axiale Nut 6 über den Umfang gesehen eine konstante Tiefe T1 aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, wie in 3 dargestellt, dass die axiale Nut 6 über den Umfang gesehen eine variable axiale Tiefe T2 aufweist. Dies ist dabei bevorzugt über den Umfang der Ausgleichswelle 1 gesehen konstant veränderlich und nimmt bevorzugt konstant zu bzw. ab. Bevorzugt schließt der die axiale Nut 5 aufweisende Schultervorsprung 41, 42 bzw. dessen Flanke mit der axialen Nut 5 einen konstanten Winkel α ein.
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Wie 1 zu entnehmen ist, kann eine entsprechende Ausgleichswelle 1 mit einem Lagerinnenring 6 bestückt werden, um eine Ausgleichswellenbaugruppe 100 zu bilden. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Teilbereich 60 des Lagerinnenrings 6 formschlüssig in der axialen Nut 5 aufgenommen - hier beidseits - um den Lagerinnenring 6 wenigstens in einem Lastbereich L der Lagersitzfläche 40 auf dieser festzulegen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform entspricht die Lagersitzfläche 40 genau dem Lastbereich L in Umfangsrichtung gesehen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Lagersitzfläche 40 sich über einen größeren Winkelbereich erstreckt als der Lastbereich L.
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Wie insbesondere der Schnittdarstellung der 1 und 8 zu entnehmen ist, weist die Lagersitzfläche 40 im Querschnitt betrachtet bevorzugt eine nach außen gewölbte, konvexe ballige Form auf. Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, um im Betrieb der Ausgleichswelle 1 stetig eine möglichst flächige Auflage und Abstützung derselben gegenüber dem Wälzlager und insbesondere dem Lagerinnenring 6 auch bei Durchbiegen der Welle 1 aufgrund der Unwuchtabschnitte 3 zu erzielen.
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Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, kann der Lagerinnenring 6 über seinen Umfang gesehen eine variable axiale Breite B aufweisen. Der Lagerinnenring 6 weist dabei wenigstens im Umfangsbereich des Teilbereichs 60 eine axiale Bereite B auf, welche mit der axialen Breite der Lagersitzfläche 40 samt Tiefe T der axialen Nut 5 über den Umfang gesehen korrespondiert. Dabei bilden der Teilbereich 60 des Lagerinnenrings 6 und die axiale Nut 5 bevorzugt eine Bajonettverbindung aus.
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Wie in 4 dargestellt, kann bevorzugt von einer maximalen Breite B2 des Lagerinnenrings 6 in Umfangsrichtung gesehen seine Breite B konstant abnehmen, um bei 180° die geringste Breite B1 aufzuweisen, von der aus der Lagerinnenring 6 in seiner Breite B wieder konstant bis zur maximalen Breite B2 nach 360° zunimmt. Ein derart ausgebildeter Lagerinnenring 6 kann zur Montage beispielsweise auf die Ausgleichswelle 1 in Richtung der Rotationsachse R aufgeschoben und bis zu dem Lageraufnahmeabschnitt 4 geführt werden. Dort wird der Lagerinnenring 6 mit dem Bereich seiner geringsten Breite B1 auf die Lagersitzfläche 40 aufgesetzt und schließlich um die Rotationsachse R der Ausgleichswelle 1 relativ zur Ausgleichswelle 1 gedreht, so dass die Teilbereiche 60 in die axiale Nute 5 eingefahren werden; Teilbereich 60 und axiale Nut 5 bilden somit quasi eine Art Bajonettverbindung. Aufgrund der korrespondierenden Konturen von axialer Nut 5 einerseits und Lagerinnenring 6 andererseits kommt der Lagerinnenring 6 in der axialen Nut 5 axial beidseits randseitig zur Anlage. Dies verhindert ein weiteres Drehen des Lagerinnenrings 6 auch während des Betriebs, während die formschlüssige Verbindung des Lagerinnenrings 6 in der axialen Nut 5 ein Herausfallen der Ausgleichswelle 1 aus dem diese so tragenden Wälzlager verhindert. Die Richtung, mit der der Lagerinnenring 6 in die axiale Nut 5 eingefahren wird ist bevorzugt derart gewählt, dass die Verbindung im Betrieb der Ausgleichswelle 1 weiter festgelegt wird.
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8 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform einer Ausgleichswellenbaugruppe 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Lagerinnenring 6 axial beidseits zwischen den Schultervorsprüngen 41, 42 eingeklemmt ist, um den Lagerinnenring 6 wenigstens in einem Lastbereich L der Lagersitzfläche 40 auf dieser festzulegen. Mithin wird also der Lagerinnenring 6 mittels kraftschlüssiger Verbindung in dem Lageraufnahmeabschnitt 4 festgelegt. Die von dem Lageraufnahmeabschnitt 4 auf den Lagerinnenring 6 einwirkenden Haltekräfte sind in der 8 mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet.
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Selbstverständlich sind die Ausführungsformen der 1 bis 3 und 8 miteinander kombinierbar, so dass der Lagerinnenring 6 sowohl (wenigstens teilweise) in der axialen Nut 5 aufgenommen und gleichzeitig axial beidseits zwischen den Schultervorsprüngen (und somit wenigstens einseitig oder beidseitig in der axialen Nut 5) eingeklemmt ist. Bezüglich der Ausgestaltung der axialen Nut 5 sowie eines korrespondierenden Lagerinnenrings 6 wird auf die Ausführungen zu den 1 bis 4 verwiesen.
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Mit Blick auf die Ausführungsformen mit axialer Nut 5 sei ferner darauf hingewiesen, dass neben der rotatorischen bzw. quasi bajonettartigen Verbindungsart auch andere Verbindungsmethoden denkbar sind. So ist es beispielsweise möglich, den Abstand zwischen den Schultervorsprüngen 41, 42 durch entsprechendes elastisches Umbiegen der Ausgleichswelle 1 zu vergrößern; in der Weise, dass der Abstand zwischen den Schultervorsprüngen 41, 52 größer als der Abstand des Lagerinnenrings 6 im Bereich der Teilbereiche 60 ist. So dann kann der Lagerinnenring 6 radial auf die Lagersitzfläche 40 geschoben werden. Ist dieser auf der Lagersitzfläche 40 positioniert, kann die Ausgleichswelle 1 wieder entlastet und folglich elastisch in ihre Ausgangsposition zurückgeführt werden. Dabei verringert sich wieder der Abstand der Schultervorsprünge 41, 42 zueinander, so dass die Teilbereiche 60 in die axiale Nute 5 eingeführt und mit dieser formschlüssig und wahlweise ferner kraftschlüssig verbunden werden.
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Die 5 bis 7 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungsformen zur alternativen oder ergänzenden Positionierung des Lagerinnenrings 6 mit Bezug auf die Ausgleichswelle 1. Die Darstellungen der 5 bis 7 zeigen jeweils eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Ausgleichswellenbaugruppe 100 im Bereich eines Lageraufnahmeabschnitts 4.
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So zeigt 5 eine Ausführungsform, bei der ein von dem Lagerinnenring 6 und dem Grundkörper 2 eingeschlossener Hohlraum 7 mit einem Material 8 aufgefüllt ist, um den Lagerinnenring 6 relativ zum Grundkörper 2 zu positionieren. Bei dem Material 8 kann es sich um einen Kunststoff handeln, mit dem der Hohlraum 7 ausgespritzt oder ausgeschäumt ist. Auch kann es sich bei dem Material 8 um Gummi handeln, mit dem der Hohlraum 7 ausvulkanisiert ist. Ebenso ist es denkbar, andere Materialen 8 wie beispielsweise Holz einzusetzen, mit denen der Hohlraum 7 jeweils ausgefüllt ist.
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Die 6 und 7 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines Klemmteils 9, welches in einem von dem Lagerinnenring 6 und dem Grundkörper 2 eingeschlossenen Hohlraum 7 vorgesehen ist, um den Lagerinnenring 6 relativ zum Grundkörper 2 zu positionieren.
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So zeigt 6 ein Klemmteil 9 in Form eines oder mehrerer sich axial durch den Hohlraum 7 erstreckender Stabelemente 90. Diese sind vorliegend in Form von Rohrelementen gebildet. Diese stehen bevorzugt mit gegenüberliegenden Endbereichen axial über den Lagerinnenring 6 vor. Die Endbereiche sind zur Fixierung der Klemmteile 9 in dem Hohlraum 7 entsprechend umgebördelt und somit in axialer Richtung fixiert. Die Stabelemente 90 sind dabei derart ausgebildet, dass sie durch ihre geometrische Ausgestaltung - also ihren Querschnitt - den Lagerinnenring 6 gegenüber dem Grundkörper 2 derart abstützen, um den Lagerinnenring 6 auf der Lagersitzfläche 40 festzulegen.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Klemmteils 9 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Klemmteil 9 weist ein Federelement 91 auf, welches den Lagerinnenring 6 gegenüber dem Grundkörper 2 abstützt. Das Federelement 91 weist hierzu bevorzugt einen auf dem Grundkörper 2 sich abstützenden Basisbereich 92 sowie sich von dem Grundkörper 92 und der Lagersitzfläche 40 radial weg erstreckende und sich an der Innenseite des Lagerinnenrings 6 bevorzugt flächig abstützende Federarme 93 auf.
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Das Klemmteil 9 kann dabei sowohl in der Ausprägung als Stabelement 91 als auch als Federelement 91 aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein. Als Metall kommt insbesondere Federstahl (bevorzugt für das Federelement 91) oder Aluminium (bevorzugt für das Stab- bzw. Rohrelement 90) in Betracht.
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Die mit Bezug auf die 5 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen bilden für sich genommen einen eigenständigen Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesen Aspekten ist es also erfindungsgemäß ebenso denkbar, eine Ausgleichswelle 1 mit Rotationsachse R zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche einen länglichen Grundkörper 2 umfasst. An dem länglichen Grundkörper 2 ist zumindest ein Unwuchtabschnitt 3 vorgesehen, dessen Masseschwerpunkt M radial versetzt V außerhalb der Rotationsachse R der Ausgleichswelle 1 liegt. Der Unwuchtabschnitt 3 weist einen Lageraufnahmeabschnitt 4 zur Lagerung eines Wälzlagers auf. Der Lageraufnahmeabschnitt 4 weist eine teilweise um die Rotationsachse R verlaufende Lagersitzfläche 40 und axial beidseits der Lagersitzfläche 40 jeweils einen radialen Schultervorsprung 41, 42 zur axialen Anlage des Wälzlagers auf. Des Weiteren ist ein Lagerinnenring 6 eines Wälzlagers zur Bildung einer Ausgleichswellenbaugruppe 100 vorgesehen. Der Lagerinnenring 6 ist dabei derart vorgesehen, dass er koaxial zur Rotationsachse R bereitgestellt und mit einem Teil seiner Innenfläche in Flächenkontakt mit der Lagersitzfläche 40 steht. Gemäß den Ausführungsformen der 5 bis 7 ist folglich ein von dem Lagerinnenring 6 und dem Grundkörper 2 eingeschlossener Hohlraum 7 vorhanden. Dieser kann dann wahlweise mit einem Material 8 aufgefüllt sein, um den Lagerinnenring relativ zum Grundkörper 2 zu positionieren (vgl. 5). Alternativ oder zusätzlich kann in dem Hohlraum 7 ein Klemmteil 9 beispielsweise in Form des in 6 dargestellten Stabelements 90 oder des in 7 dargestellten Federelements 91 vorgesehen sein, um den Lagerinnenring 6 relativ zum Grundkörper 2 zu positionieren. Bezüglich dieser Ausführungsformen mit Material 8 und/oder Klemmteil 9 wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf zuvor Gesagtes verwiesen, welches in gleicher Weise gilt.
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Wie beispielhaft in der 1 dargestellt, kann die axiale Nut 5 in allen Ausführungsformen wenigstens teilweise mit einem Material 50 ausgefüllt sein. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Lagerinnenring 6 wenigstens auf seiner Innenseite und bevorzugt wenigstens in einem Kontaktbereich mit der Lagersitzfläche 40 und/oder an seinen umlaufenden Außenkanten, vorzugsweise wenigstens in einem Bereich des Teilbereichs 60, flächig oder partiell mit einem Material 61 beschichtet ist. Bei den Materialien 50, 61 handelt es sich bevorzugt um ein Material aus der Gruppe umfassend Kunststoff, wie PTFE, oder ein dämpfendes Material, wie beispielsweise Gummi. Auf diese Weise kann eine Geräuschentwicklung des Wälzlagers im Betrieb unterdrückt werden.
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Die Ausgleichswellenbaugruppe 100 kann des Weiteren ferner einen Lageraußenring (nicht gezeigt) aufweisen, welcher den Lagerinnenring 6 umfangsseitig umgibt. Zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring 6 sind dann Wälzkörper zur Bildung eines koaxial zur Rotationsachse R angeordneten Wälzlagers (beispielsweise eines Nadellagers) angeordnet.
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Im Folgenden werden die Verfahren zum Zusammenbau der erfindungsgemäßen Ausgleichswellenbaugruppen 100 beschrieben:
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Zunächst wird eine Ausgleichswelle 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sowie ein Lagerinnenring 6 bzw. ein Wälzlager mit Lagerinnenring 6, Lageraußenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern bereitgestellt.
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Der Lagerinnenring 6 bzw. das Wälzlager wird sodann seitlich in Richtung der Rotationsachse R auf den Grundkörper 2 aufgeschoben. Der maximale Querschnitt der Ausgleichswelle 1 bzw. des Grundkörpers 2 über seine gesamte Länge, wenigstens jedoch in einem Bereich von einem axialen Ende, von dem aus Innenring 6 bzw. Wälzlager aufgeschoben werden, bis hin zum Lageraufnahmeabschnitt 4, an dem der Lagerinnenring 6 bzw. das Wälzlager positioniert werden sollen, ist gleich oder bevorzugt kleiner als der Innendurchmesser des Wälzlagers bzw. des Lagerinnenrings 6, so dass letzteres als umfangsseitig geschlossenes und bevorzugt gebautes Bauteil einfach am Lageraufnahmeabschnitt 4 montiert werden kann.
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Der Lagerinnenring 6 bzw. das Wälzlager werden also seitlich in Richtung der Rotationsachse R auf den Grundkörper 2 und bis zum vorgesehenen Lageraufnahmeabschnitt 4 aufgeschoben. Dort wird das Wälzlager bzw. dessen Lagerinnenring 6 quer zur Rotationsachsen R (also radial) derart versetzt, dass es/er mit seiner Innenseite auf der Lagersitzfläche 40 aufliegt.
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Je nach Ausgestaltungsform sind zum Festlegen des Wälzlagers bzw. des Lagerinnenrings dann weitere Schritte erforderlich.
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Bei Vorhandensein einer axialer Nut 5 mit variabler Tiefe T2 wird bevorzugt ein Lagerinnenring 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 verwendet. Dieser wird im Bereich des Lageraufnahmeabschnitts 4 dann mit dem Bereich seiner geringsten Breite B1 auf die Lagersitzfläche 40 aufgesetzt und anschließend um die Rotationsachse R der Ausgleichswelle 1 relativ zur Ausgleichswelle 1 gedreht, so dass die Teilbereiche 60 in die axialen Nute 5 einfahren, um eine Art Bajonettverbindung zu bilden.
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Bei Vorhandensein einer axialer Nut 5 mit konstanter Tiefe T1 wird die Ausgleichswelle 1 elastisch derart umgebogen, dass der Abstand zwischen den Schultervorsprüngen 41, 42 derart vergrößert wird, dass dieser Abstand wenigstens der korrespondierenden Breite des Lagerinnenringes 6 inklusive seiner Teilbereiche 60 entspricht. Somit wird genug Raum geschaffen, den Lagerinnenring 6 zwischen die Schultervorsprünge 41, 42 derart einzusetzen, dass der Lagerinnenring 6 auf der Lagersitzfläche 40 bevorzugt flächig aufliegt. Sodann wird die Ausgleichswelle 1 wieder elastisch in ihre Ausgangserstreckung zurückgeführt. Dabei fahren die Teilbereiche 60 des Lagerinnenringes 6 axial in die axiale(n) Nut(e) 5 ein, um eine formschlüssige Verbindung und wahlweise ferner eine axial wirkende kraftschlüssige Verbindung (Karft F) zu bilden.
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Ist keine axiale Nut 5 vorhanden, kann das Festlegen des Lagerinnenringes 6 ähnlich dem zuvor beschriebenen Vorgang erfolgen. Die Ausgleichswelle 1 wird elastisch derart umgebogen, dass der Abstand zwischen den Schultervorsprüngen 41, 42 derart vergrößert wird, dass dieser Abstand wenigstens der korrespondierenden Breite des Lagerinnenringes 6 entspricht. Somit wird genug Raum geschaffen, den Lagerinnenring 6 zwischen die Schultervorsprünge 41, 42 derart einzusetzen, dass der Lagerinnenring 6 auf der Lagersitzfläche 40 bevorzugt flächig aufliegt. Sodann wird die Ausgleichswelle 1 wieder elastisch in ihre Ausgangserstreckung zurückgeführt. Dabei kommen die Schultervorsprünge 41, 42 in axiale Anlage an die gegenüberliegenden axialen Außenkanten des Lagerinnenringes 6 und klemmen den Lagerinnenring 6 sodann mit einer Kraft F zwischen sich ein, um eine axial wirkende kraftschlüssige Verbindung zu bilden.
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Das Festlegen des Lagerinnenringes 6 kann auch auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Ausgleichswelle 1 auf den Lagerinnenring 6 aufgeschrumpft werden. Hierzu weist bevorzugt die Breite B des Lagerinnenringes 6 bzgl. der korrespondierenden Breite der Lagersitzfläche 40 bzw. der korrespondierenden Breite zwischen den Schultervorsprüngen 41, 42 ein Übermaß auf. Durch Abkühlen des Lagerinnenringes 6 (bspw. auf -10°C) und gleichzeitiges Erwärmen der Ausgleichswelle 1 wenigstens im Bereich des Lageraufnahmeabschnittes 4 (bspw. auf +100°C) wird das Übermaß temporär eliminiert, so dass der Lagerinnenring 6 auf der Lagersitzfläche 40 zwischen den Schultervorsprüngen 41, 42 positioniert werden kann. Sodann werden die Bauteile wieder auf dieselbe Temperatur gebracht (bspw. Raumtemperatur), wodurch der Lagerinnenring 6 zwischen den Schultervorsprüngen 41, 42 (wahlweise auch zwischen und in den axialen Nuten 5 aufgenommen) eingeklemmt ist.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass entweder im Anschluss an eines der vorbeschrieben Verfahren (dann als eine Art Sicherung) oder auch eigenständig (dann einzig zum Festlegen) folgende Schritte durchgeführt werden.
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Nach dem Aufschieben des Wälzlagers bzw. dessen Innenringes 6 auf den Grundkörper 2 bis zum Lageraufnahmeabschnitt 4 und dem Versetzen des Wälzlagers bzw. dessen Lagerinnenringes 6 radial derart, dass letzterer in (flächiger) Anlage mit der Lagersitzfläche 40 steht, wird der von Lagerinnenring 6 und Grundkörper 2 eingeschlossene Hohlraum 7 mit funktional den Lagerinnenring 6 relativ zum Grundkörper 2 abstützenden bzw. positionierenden Merkmalen versehen.
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Zum Einen ist es denkbar, den Hohlraum 7 mit einem Material 8 aufzufüllen, indem beispielsweise Kunststoff in den Hohlraum 7 und diesen bevorzugt ausfüllend eingespritzt oder eingeschäumt wird, der Hohlraum 7 mit Gummi ausvulkanisiert wird, oder der Hohlraum 7 mit einem anderen Material wie Holz aus- bzw. aufgefüllt wird.
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Ergänzend oder Alternativ ist es denkbar, Klemmteile 9 in dem Hohlraum 7 vorzusehen. So können als Klemmteile 9 beispielsweise Stabelemente 90 vorgesehen sein, welche in den Hohlraum 7 längs axial eingesetzt werden. Diese können sodann wahlweise in der gewünschten Position festgeklebt, gelötet oder geschweißt werden. Auch ist es denkbar, die Stabelemente 90 in Form von Rohrelementen bereitzustellen, deren gegenüberliegende axiale Endbereiche beidseits axial über den Lagerinnenring 6 vorstehen. Diese Endbereich können dann zur Fixierung dieser Klemmteile 9 umgebördelt werden.
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Auch ist es denkbar, als Klemmteil 9 ein Federelement 91 bereitzustellen, wie es zuvor beschrieben wurde. Zum Einsetzen des Federelementes 91 in den Hohlraum wird bevorzugt das Federelement 91 durch Zusammenbiegen der Federarme 93 aufeinander zu kollabiert. Sodann wird das kollabierte Federelement 91 axial längs in Richtung der Rotationsachse R in den Hohlraum 7 eingeführt, so dass der Basisbereich 92 schließlich auf dem Grundkörper 2 aufliegt. Wenn das Federelement 91 vollständig in den Hohlraum 7 eingeführt bzw. in dem Hohlraum 7 aufgenommen ist, werden die Federarme 93 wieder entspannt und das Federelement 91 expandiert. Bevorzug sind die Dimensionen des Hohlraumes 7 kleiner als diejenigen des vollständig expandierten Federelementes, so dass die Federarme 93 sich wirkungsvoll nach außen gegen die Innenseite bzw. Innenwand des Lagerinnenrings 6 abstützen. Indem die Federarme 93 bevorzugt derart vorgesehen sind, dass sie sich ‚nach oben‘, also vom Grundkörper 2 und der Lagersitzfläche 40 weg erstrecken, wird der Lagerinnenring 6 sicher auf die Lagersitzfläche 40 gedrückt.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sofern sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist. Insbesondere sind alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsformen untereinander in beliebiger Weise austauschbar sowie mit- und untereinander in beliebiger Weise kombinierbar.
