DE102008020852A1

DE102008020852A1 - Unwuchtwelle

Info

Publication number: DE102008020852A1
Application number: DE102008020852A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Solfrank
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c), insbesondere Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (1), mit zumindest einem Lagerzapfen (5), dessen Außenmantelfläche auf ihrem gesamten Umfang als Laufbahn für die Wälzkörper (7) eines Wälzlagers (6) dient und der eine auf der Laufbahn im Wesentlichen stillstehende Unwuchtlastzone (10) aufweist. Die Unwuchtwelle ist mit Mitteln zur Zuführung von Schmieröl zu den Wälzkörpern versehen, wobei die Mittel zumindest eine in Längsrichtung der Unwuchtwelle verlaufende Sicke (11) auf dem Lagerzapfen umfassen sollen, welche Sicke sich außerhalb der Unwuchtlastzone in den Axialbereich der Laufbahn erstreckt und als drosselarmer Schmierölkanal zu den Wälzkörpern dient.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Unwuchtwelle und insbesondere eine Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Lagerzapfen, dessen Außenmantelfläche auf ihrem gesamten Umfang als Laufbahn für die Wälzkörper eines Wälzlagers dient und der eine auf der Laufbahn im wesentlichen stillstehende Unwuchtlastzone aufweist, wobei die Unwuchtwelle mit Mitteln zur Zuführung von Schmieröl zu den Wälzkörpern versehen ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine wälzgelagerte Unwuchtwelle zum Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung einer Vierzylinder-Reihenmaschine ist beispielsweise aus der DE 10 2006 033 416 A1 vorbekannt. Zur Schmierung des Wälzlagers ist es dort vorgesehen, eine oder mehrere an deren Lagerzapfen angrenzende Versteifungs rippen als zur Drehachse der Unwuchtwelle geneigte Schaufeln auszubilden, die bei sich drehender Unwuchtwelle Schmieröl in das Innere des Wälzlagers fördern sollen. Eine so erzeugte Schmierölversorgung der Wälzkörper kann dennoch unzureichend sein, da zum einen die Förderwirkung der Schaufeln mit der Drehzahl der Unwuchtwelle abnimmt und zum anderen der zum Wälzlager geleitete Schmierölstrom durch axiale Flächen des Wälzlagers, zu denen insbesondere der Bord des Außenrings und gegebenenfalls die Stirnfläche des Wälzkörperkäfigs zählen, an einem ausreichenden Eintritt in das Innere des Wälzlagers gehindert werden kann. Darüber hinaus setzt die im zitierten Stand der Technik vorgeschlagene Unwuchtwelle selbstverständlich die Existenz der als Schaufeln wirkenden Versteifungsrippen voraus, die jedoch nicht bei allen Unwucht- bzw. Ausgleichswellen vorgesehen oder konstruktiv möglich sind.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Unwuchtwelle der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile und Einschränkungen mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Demnach sollen die bekannten Mittel zur Zuführung von Schmieröl zu den Wälzkörpern durch Mittel ersetzt oder um Mittel ergänzt werden, die eine während des Betriebs der Unwuchtwelle stets ausreichende Zuführung von Schmieröl zu den Wälzkörpern gewährleisten. Diese Mittel sollen darüber hinaus möglichst kostengünstig herstellbar und bezüglich der Außenkontur der Unwuchtwelle bauraumneutral sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach sollen die Mittel zur Zuführung von Schmieröl zumindest eine in Längsrichtung der Un wuchtwelle verlaufende Sicke auf dem Lagerzapfen umfassen, welche Sicke sich außerhalb der Unwuchtlastzone in den Axialbereich der Laufbahn erstreckt und als drosselarmer Schmierölkanal zu den Wälzkörpern dient.
Eine oder mehrere solcher auf dem Lagerzapfen verlaufenden Sicken, die in einem allenfalls gering belasteten Laufbahnbereich außerhalb der stationären Unwuchtlastzone das Äußere mit dem Inneren des Wälzlagers verbinden, können entweder alternativ oder ergänzend zu bekannten Mitteln zur Zuführung von Schmieröl zu den Wälzkörpern, wie beispielsweise den eingangs genannten Versteifungsrippen in Form von Schaufeln, vorgesehen sein.
In Weiterbildung der Erfindung soll es sich bei dem Wälzlager um ein Nadellager mit einem spanlos hergestellten, dünnwandigen Außenring, einem Käfig und darin geführten Nadeln handeln. Ein solches auch als Nadelhülse bezeichnetes Nadellager bietet sich zur besonders kostengünstigen und radial kompakt bauenden Wälzlagerung der Unwuchtwelle an, wobei die Laufbahn des Lagerzapfens, abgesehen von der oder den Sicken, vollzylindrisch ausgebildet ist.
Außerdem soll die Sicke unter einem Anstellwinkel zur Drehachse der Unwuchtwelle geneigt verlaufen und als drehrichtungsabhängig wirkende Schaufel zur Förderung des Schmieröls in die Laufbahn dienen.
Wie es auch an später erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung deutlich wird, bietet eine sichel- oder kreissegmentförmig ausgebildete Sicke fertigungstechnische Vorteile. Im Falle einer Anordnung mit mehreren am Umfang hintereinander angeordneten Sicken können diese aber auch so gestaltet sein, dass der Lagerzapfen außerhalb der Unwuchtlastzone eine Oberfläche ähnlich einem Gewinde oder einer Schrägverzahnung aufweist.
Die Menge des den Wälzkörpern zugeführten Schmieröls lässt sich zudem dadurch erhöhen, dass zwei beiderseits der Laufbahn verlaufende Sicken vorgesehen sind. Dabei kann die Erstreckungstiefe der Sicken in den Bereich der Laufbahn – bei über dem Umfang des Lagerzapfens nach wie vor ununterbro chener Laufbahn – dadurch erhöht werden, dass die beiden Sicken am Umfang des Lagerzapfens versetzt verlaufen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenfalls möglich, zwei beiderseits der Laufbahn verlaufende Sickenpaare vorzusehen, wobei die beiden Sickenpaare vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene der Laufbahn verlaufen.
Sofern es möglich und zweckmäßig ist, sollen die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung auch beliebig miteinander kombinierbar sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen erfindungsgemäße Unwuchtwellen vereinfacht dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 eine Unwuchtwelle mit einer Sicke in vereinfachter Darstellung;
2 eine Unwuchtwelle mit zwei Sicken in vereinfachter Darstellung;
3 eine Unwuchtwelle mit zwei Sickenpaaren in vereinfachter Darstellung;
4 eine Vorrichtung zum Massenausgleich einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in schematischer Darstellung und
5 eine Unwuchtwelle mit Wälzlager in perspektivischer explodierter Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Ein bevorzugter Anwendungsfall der Erfindung ist in 4 offenbart. Dabei handelt es sich um den an sich bekannten Massenausgleich einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 1, die im vorliegenden Fall als Vierzylinder-Reihenmaschine ausgebildet ist und zum Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung zwei mit doppelter Drehzahl der Kurbelwelle 2 gegenläufig rotierende Unwuchtwellen 3 aufweist (Lancaster-Ausgleich).
Eine aus einer Vielzahl konstruktiver Gestaltungsmöglichkeiten ausgewählte und an sich ebenfalls bekannte Unwuchtwelle 3 geht aus 5 hervor. Die Unwuchtwelle 3 weist einen Unwuchtabschnitt 4 und beiderseits dazu verlaufende Lagerzapfen 5 auf, an denen die Unwuchtwelle 3 mittels Wälzlagern – von denen in 2 nur das antriebsseitige Wälzlager 6 aufgeschnitten dargestellt ist – in einem lediglich durch Schmierölnebel beaufschlagten und hier nicht näher dargestellten Gehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 gelagert ist. Im Gegensatz zu einer beispielsweise in der DE 10 2007 009 800 A1 vorgeschlagenen Ausgleichswelle mit am Umfang unterbrochenen Lagerzapfen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Außenmantelfläche des oder der Lagerzapfen 5 auf ihrem gesamten Umfang als Laufbahn für die Wälzkörper 7 des Wälzlagers 6 dient. Bei diesem handelt es sich vorliegend um ein üblicherweise als Nadelhülse bezeichnetes Nadellager mit einem spanlos hergestellten, dünnwandigen Außenring 8, einem Käfig 9 und den darin geführten, als Nadeln ausgebildeten Wälzkörpern 7.
Bei rotierender Unwuchtwelle 3 führt die Massenwirkung des Unwuchtabschnitts 4 zu Unwuchtlastzonen 10, die in 5 gepunktet dargestellt sind und auf den Laufbahnen vorbehaltlich geringfügiger dynamischer Schwankungen stillstehen. Ein derartiger Belastungsfall wird in der Wälzlagertechnik bekanntermaßen auch als Punktlast bezeichnet.
In den 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Unwuchtwellen 3a, 3b und 3c in einer gegenüber 5 um etwa 180° verdrehten Position dargestellt, wobei die stark vereinfachten Darstellungen lediglich die Ausgestaltung des der Unwuchtlastzone 10 gegenüberliegenden Laufbahnbereichs des jeweiligen Lagerzapfens 5 verdeutlichen sollen. Es sind eine bzw. mehrere Sicken 11 erkennbar, die jeweils von einem zum Lagerzapfen 5 benachbarten Wellenabschnitt 12 ausgehen und sich bis in den Axialbereich der Laufbahn erstrecken.
Die Längsorientierung der Sicken 11 ist so gewählt, dass diese nicht nur in Längsrichtung der Unwuchtwellen 3a, 3b, 3c, sondern auch unter einem Anstellwinkel zu deren Drehachsen 13 geneigt verlaufen. Aufgrund ihrer Formgebung mit einer in Draufsicht im wesentlichen kreissegmentförmigen Planfläche 14 und einer orthogonal dazu verlaufenden Stirnfläche 15 (siehe 1) wirken die Sicken 11 als drehrichtungsabhängige Schaufeln, indem die in Umfangsrichtung der Unwuchtwellen 3a, 3b, 3c weisenden Stirnflächen 15 relativ zu diesen anströmendes Fluid mitnehmen und in Richtung der Laufbahnen leiten. Dementsprechend wird während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 entstehender Schmierölnebel über die Sicken 11 vom Äußeren in das Innere des Nadellagers 6 zugunsten einer ausreichenden Schmierung der Nadeln 7 geleitet. Die Herstellung der Sicken 11 kann beispielsweise mit einem Stirnfräser erfolgen, der die zylindrische Außenmantelfläche des Lagerzapfens 5 quer zur Drehachse 13 verfahrend anschneidet und lokal abflacht.
Die Unwuchtwellen 3a, 3b und 3c unterscheiden sich bezüglich Anzahl und Anordnung der Sicken 11. Gegenüber der Unwuchtwelle 3a, bei der lediglich eine in Drehrichtung des Pfeils als Schaufel wirksame Sicke 11 vorgesehen ist, weisen die Unwuchtwellen 3b und 3c zwei beiderseits der Laufbahn verlaufende Sicken 11 bzw. Sickenpaare auf. Bei der Unwuchtwelle 3b sind die ebenfalls als Schaufeln wirksamen Sicken 11 so orientiert, dass in Abhängigkeit der Drehrichtung der Unwuchtwelle 3b der Schmierölnebel entweder über die eine oder die andere Sicke 11 in Richtung der Laufbahn gefördert wird. Die bei der Unwuchtwelle 3c spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene der Laufbahn verlaufenden Sickenpaare 11 bewirken hingegen, dass Schmierölnebel stets von beiden Seiten der Laufbahn zu den Nadeln 7 geleitet wird, uzw. derart, dass eines der Sickenpaare 11 in die eine Drehrichtung und das andere der Sickenpaare 11 in die andere Drehrichtung der Unwuchtwelle 3c als Schaufeln wirken.

1: Hubkolbenbrennkraftmaschine
2: Kurbelwelle
3, 3a–c: Unwuchtwelle
4: Unwuchtabschnitt
5: Lagerzapfen
6: Wälzlager/Nadellager
7: Wälzkörper/Nadel
8: Außenring
9: Käfig
10: Unwuchtlastzone
11: Sicke
12: Wellenabschnitt
13: Drehachse
14: Planfläche
15: Stirnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006033416 A1 [0002]
- DE 102007009800 A1 [0019]

Claims

Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c), insbesondere Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (1), mit zumindest einem Lagerzapfen (5), dessen Außenmantelfläche auf ihrem gesamten Umfang als Laufbahn für die Wälzkörper (7) eines Wälzlagers (6) dient und der eine auf der Laufbahn im wesentlichen stillstehende Unwuchtlastzone (10) aufweist, wobei die Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c) mit Mitteln zur Zuführung von Schmieröl zu den Wälzkörpern (7) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung von Schmieröl zumindest eine in Längsrichtung der Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c) verlaufende Sicke (11) auf dem Lagerzapfen (5) umfassen, welche Sicke (11) sich außerhalb der Unwuchtlastzone (10) in den Axialbereich der Laufbahn erstreckt und als drosselarmer Schmierölkanal zu den Wälzkörpern (7) dient.
Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wälzlager (6) um ein Nadellager mit einem spanlos hergestellten, dünnwandigen Außenring (8), einem Käfig (9) und darin geführten Nadeln (7) handelt.
Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (11) unter einem Anstellwinkel zur Drehachse (13) der Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c) geneigt verläuft und als drehrichtungsabhängig wirkende Schaufel zur Förderung des Schmieröls in die Laufbahn dient.
Unwuchtwelle (3a, 3b, 3c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (11) sichel- oder kreissegmentförmig ausgebildet ist.
Unwuchtwelle (3b, 3c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei beiderseits der Laufbahn verlaufende Sicken (11) vorgesehen sind.
Unwuchtwelle (3b, 3c) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sicken (11) am Umfang des Lagerzapfens (5) versetzt verlaufen.
Unwuchtwelle (3c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei beiderseits der Laufbahn verlaufende Sickenpaare (11) vorgesehen sind.
Unwuchtwelle (3c) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sickenpaare (11) spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene der Laufbahn verlaufen.