DE102008009556A1

DE102008009556A1 - Ausgleichswelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008009556A1
Application number: DE102008009556A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Solfrank
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-16
Filing date: 2008-02-16
Publication date: 2009-08-20
Also published as: US8096278B2; US20090205603A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für einen Mehrzylindermotor, mit mindestens drei Lagerzapfen (1a, 1b, 2) und jeweils im Bereich der Lagerzapfen (1a, 1b, 2) angeordneten Unwuchtmassen (3a, 3b, 3c), wobei mindestens einer der Lagerzapfen (1a; 1b; 2) als Lagerung mit einem vergrößertem Lagerspiel (s) vorgesehen ist, so dass dieser erst ab einer vorbestimmten Durchbiegung der Ausgleichswelle an der Lagerung teilnimmt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für einen Mehrzylindermotor, welche mindestens drei Lagerzapfen und jeweils im Bereich der Lagerzapfen angeordnete Unwuchtmassen aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Bei Betrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine treten pro Zylinder der Brennkraftmaschine Gas- und Massenkräfte auf, welche eine resultierende Kolbenkraft pro Zylinder bewirken. Je nach Zylinderanzahl und Anordnung der Zylinder entlang einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine überlagern sich die einzelnen Kolbenkräfte unterschiedlich. Dies führt im Falle einer ungünstigen Überlagerung zu freien Kräften und Momenten und zu einer zusätzlichen Belastung der Motorlagerungen sowie einem größeren Laufgeräusch. Aus diesem Grund wird heutzutage bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer ungünstigen Überlagerung der Kolbenkräfte der Zylinder auf so genannte Ausgleichswellen zu rückgegriffen. Diese Ausgleichswellen weisen Unwuchtmassen auf, welche gezielt entlang der Welle angeordnet sind, um den auftretenden freien Kräften und Momenten entgegenzuwirken. Je nachdem, ob es sich hierbei um Kräfte und Momente erster oder zweiter Ordnung handelt, rotieren die Ausgleichswellen mit einfacher oder doppelter Kurbelwellendrehzahl.
Stand der Technik
Aus der DE 103 49 201 A1 ist eine Ausgleichswelle für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, welche aus zwei Gewichtsabschnitten besteht, die jeweils über profilierte Enden mit Lagerelementen verbunden sind. Mittels der aus Einzelteilen aufgebauten Ausgleichswelle ist es möglich, das mittlere Lagerelement mit einem kleineren Durchmessern zu gestalten und somit die Reibung an dieser Stelle zu vermindern.
Nachteilhaft am bekannten Stand der Technik ist, dass im niedrigen Drehzahlbereich der Ausgleichswelle die mittlere Lagerstelle nur sehr niedrig belastet wird, dennoch aber ein gewisses Maß an Reibung verursacht.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Ausgleichswelle zu schaffen, deren Lagerung über den gesamten Drehzahlbereich der Ausgleichswelle bezüglich der Reibungsverluste optimiert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens einer der Lagerzapfen als Lagerung mit einem vergrößerten Lagerspiel vorgesehen ist, so dass dieser erst ab einer vorbestimmten Durchbiegung der Ausgleichswelle an deren Lagerung teilnimmt. Im niedrigen Drehzahlbereich der Ausgleichswelle fällt die Lagerbelastung niedrig aus, so dass dort nicht alle Lagerzapfen für eine stabile Lagerung der Ausgleichswelle erforderlich sind. Bei hö heren Drehzahlen der Ausgleichswelle nimmt deren Durchbiegung zu, so dass dann auch der oder die Lagerzapfen mit dem vergrößerten Lagerspiel an der Lagerung der Ausgleichswelle teilnehmen. Da diese Teilnahme erst ab einer vorbestimmten Durchbiegung der Ausgleichswelle erfolgt, tragen die Lagerzapfen mit vergrößertem Lagerspiel im niedrigen Drehzahlbereich der Ausgleichswelle nicht zu Reibungsverlusten bei.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Lagerzapfen, der als Lagerung mit dem vergrößerten Lagerspiel vorgesehen ist, der mittlere Lagerzapfen. Dabei soll die Ausgleichswelle vorzugsweise genau drei Lagerzapfen aufweisen. Als mittlere Lagerzapfen sind hiermit bei einer geraden Anzahl an Lagerzapfen die beiden mittleren Lagerzapfen definiert, während bei einer ungeraden Anzahl explizit der mittlere Lagerzapfen gemeint ist. Durch eine Anordnung der übrigen, ständig an der Lagerung der Ausgleichswelle teilnehmenden Lagerzapfen an den Enden der Welle wird deren zuverlässige Lagerung gewährleistet.
Außerdem kann es im Hinblick auf einen kontinuierlichen Kontaktkraftaufbau an der betreffenden Lagerstelle vorgesehen sein, dass der Lagerzapfen mit dem vergrößerten Lagerspiel eine zur Längsachse der Ausgleichswelle exzentrisch in Unwuchtrichtung angeordnete Mittelachse aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Verbindung zwischen den Unwuchtmassen biegeweiche Abschnitte angeordnet. Durch diese Maßnahme wird ab einer vorbestimmten Belastung durch die Massenkräfte der Unwuchten eine Verschiebung des Abschnitts der Ausgleichswelle unterstützt, was zur Teilnahme des Lagerzapfens mit dem vergrößerten Lagerspiel an der Wellenlagerung führt.
In Weiterbildung der Erfindung sollen die biegeweichen Abschnitte jeweils einen kreisförmigen Querschnitt mit reduziertem Durchmesser aufweisen. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch den kreisförmigen Querschnitt trotz der Durchmesserreduzierung eine gute Festigkeit und somit Funktionssicherheit der Ausgleichswelle erzielt wird.
In Weiterbildung der Erfindung besteht die Ausgleichswelle aus einem geschmiedeten Stahlmaterial. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Herstellung der Ausgleichswelle mit niedrigem Aufwand möglich wird.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt.
Ausführungsbeispiel
Die einzige Figur zeigt eine Ausgleichswelle gemäß der vorliegenden Erfindung, welche die Lagerzapfen 1a, 1b und 2 aufweist und über die Unwuchtmassen 3a, 3b und 3c verfügt. Die Unwuchtmassen 3a–3c sind außerdem über biegeweiche Abschnitte 4a und 4b miteinander verbunden, welche jeweils einen geringeren Durchmesser und einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Lagerzapfen 2 ist gegenüber den Lagerzapfen 1a und 1b im Durchmesser reduziert, so dass sich im eingebauten Zustand der Ausgleichswelle in einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine ein um den Faktor s vergrößertes Lagerspiel in einer Lagerstelle des Kurbelgehäuses ergibt.
Der Lagerzapfen 2 weist eine mit der Längsachse 6 der Ausgleichswelle identische Mittelachse auf. Alternativ hierzu kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass eine mit 7 bezeichnete Mittelachse des Lagerzapfens 2 exzentrisch gegenüber der Längsachse 6 der Ausgleichswelle verläuft. Die Exzentrizität dieser Mittelachse 7 ist dabei in Unwuchtrichtung der Ausgleichswelle orientiert.
An ihrem einen Ende weist die Ausgleichswelle zudem einen Zapfen 5 auf, auf welchem ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe zur Verbindung der Ausgleichswelle über ein Antriebssystem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Als Antriebssysteme sind hierbei eine Zahnradverbindung, ein Kettentrieb oder Zahnriementrieb denkbar. Dem Fachmann wird au ßerdem klar sein, dass als Lagerung der Ausgleichswelle Gleitlagerungen oder Wälzlagerungen in Frage kommen.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine rotiert die Ausgleichswelle mit einfacher oder doppelter Kurbelwellendrehzahl, je nachdem ob freie Kräfte und Momente erster oder zweiter Ordnung kompensiert werden sollen. Aufgrund des um den Faktor s vergrößerten Lagerspiels des Lagerzapfens 2 nehmen im niedrigen Drehzahlbereich der Ausgleichswelle nur die Lagerzapfen 1a und 1b an einer Lagerung der Welle teil. Im Bereich höherer Drehzahlen bewirken die Massenkräfte der Unwuchtmasse 3b und die biegeweichen Abschnitte 4a und 4b, dass eine Bewegung der Unwuchtmasse 3b mitsamt des Lagerzapfens 2 in Unwuchtrichtung erfolgt. Erst ab einer Überschreitung des Lagerspiels s des Lagerzapfens 2 nimmt dieser aktiv an der Lagerung der Ausgleichswelle teil. Dies bewirkt folglich eine Reduzierung der von der Wellenlagerung verursachten Reibungsverluste im niedrigen Drehzahlbereich, während der Lagerzapfen 2 bei höheren Drehzahlen eine stabile Lagerung der Ausgleichswelle gewährleistet.

1a, 1b: Lagerzapfen
2: Lagerzapfen mit reduziertem Durchmesser
3a–3c: Unwuchtmassen
4a, 4b: biegeweiche Abschnitte
5: Wellenzapfen
6: Längsachse der Ausgleichswelle
7: exzentrische Mittelachse des Lagerzapfens
s: Lagerspiel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10349201 A1 [0003]

Claims

Ausgleichswelle für einen Mehrzylindermotor, mit mindestens drei Lagerzapfen (1a, 1b, 2) und jeweils im Bereich der mindestens drei Lagerzapfen (1a, 1b, 2) angeordneten Unwuchtmassen (3a, 3b, 3c), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lagerzapfen (1a; 1b; 2) als Lagerung mit einem vergrößertem Lagerspiel (s) vorgesehen ist, so dass dieser erst ab einer vorbestimmten Durchbiegung der Ausgleichswelle an der Lagerung teilnimmt.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerzapfen (1a; 1b; 2), der als Lagerung mit dem vergrößerten Lagerspiel (s) vorgesehen ist, der mittlere Lagerzapfen (2) ist.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle genau drei Lagerzapfen (1a, 1b, 2) aufweist.
Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerzapfen (1a; 1b; 2), der als Lagerung mit dem vergrößerten Lagerspiel (s) vorgesehen ist, eine zur Längsachse der Ausgleichswelle exzentrisch in Unwuchtrichtung angeordnete Mittelachse aufweist.
Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindung zwischen den Unwuchtmassen (3a, 3b, 3c) biegeweiche Abschnitte (4a, 4b) angeordnet sind.
Ausgleichswelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeweichen Abschnitte (4a, 4b) jeweils einen kreisförmigen Querschnitt mit reduziertem Durchmesser aufweisen.
Ausgleichswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus geschmiedetem Stahlmaterial besteht.
Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1–7.