DE102012217407A1

DE102012217407A1 - Balancing shaft for internal combustion engine, has weight for generating unbalanced mass and is formed such that two different operating points are set with two different unbalanced mass balancing

Info

Publication number: DE102012217407A1
Application number: DE201210217407
Authority: DE
Inventors: Christoph Beerens; Markus Lettmann; Falk Schneider
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle Motorkomponenten GmbH
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17

Abstract

The balancing shaft (1) has a weight for generating an unbalanced mass and is formed such that two different operating points are set with two different unbalanced mass balancing. The weight is hydraulically, pneumatically or electrically adjustable for setting the desired unbalanced mass in radial direction to an axis (14) of the balancing shaft. The adjustable weight is surrounded or bordered by a metal band. Independent claims are included for the following: (1) an internal combustion engine with a coil; and (2) a method for mounting a balancing shaft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem eine Unwucht erzeugenden Gewicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit zumindest einer derartigen Ausgleichswelle ausgestatteten Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Montage einer Ausgleichswelle. The present invention relates to a balancer shaft for an internal combustion engine having at least one imbalance-generating weight according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an internal combustion engine equipped with at least one balancer shaft and a method for assembling a balancer shaft.

Ausgleichswellen dienen in bekannter Weise dazu, freie Massenkräfte eines Verbrennungsmotors zu reduzieren oder günstigstenfalls sogar zu beseitigen und dadurch das Betriebsgeräusch sowie die Vibrationen zu mindern. Hierzu weist die Ausgleichswelle Unwuchten in Form von exzentrischen Gewichten auf, die den von der Kurbelwelle erzeugten Massenkräften entgegenwirken. Die Ausgleichswelle wird dabei üblicherweise über Zahnräder und Ketten oder Zahnriemen von der Kurbelwelle synchron angetrieben. Je nach Motorbauart verwendet man meist eine oder zwei Ausgleichswellen die mit einfacher oder doppelter Kurbelwellendrehzahl laufen. Balancing shafts are used in a known manner to reduce free mass forces of an internal combustion engine or at best even to eliminate and thereby reduce the operating noise and vibration. For this purpose, the balance shaft imbalances in the form of eccentric weights, which counteract the mass forces generated by the crankshaft. The balance shaft is usually synchronously driven by gears and chains or timing belt of the crankshaft. Depending on the type of engine you usually use one or two balance shafts that run with single or double crankshaft speed.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Ausgleichswellen ermöglichen dabei jedoch einen zufriedenstellenden Unwuchtausgleich bei lediglich einem einzigen voreingestellten und nicht veränderbaren Betriebspunkt, was insbesondere aufgrund unterschiedlicher Lastpunkte und des hohen Drehzahlbereichs moderner Verbrennungsmotor nicht unbedingt zufriedenstellend im Hinblick auf die gewünschte Reduzierung von Vibrationen ist. Außerdem weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Ausgleichswellen einen vergleichsweise großen Querschnitt auf, was einen großen Bauraumbedarf zur Folge hat.However, the balancing shafts known from the prior art allow a satisfactory unbalance compensation with only a single preset and unchangeable operating point, which is not necessarily satisfactory in view of the desired reduction of vibrations, in particular due to different load points and the high speed range of modern internal combustion engine. In addition, the known from the prior art balance shafts on a comparatively large cross-section, which has a large space requirement result.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Ausgleichswelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet. The present invention therefore deals with the problem of providing an improved embodiment for a balance shaft of the generic type, which overcomes the disadvantages of the prior art.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine einstellbare bzw. verstellbare Ausgleichswelle anzugeben, die derart ausgebildet ist, dass zumindest zwei, vorzugsweise sogar mehr unterschiedliche Betriebspunkte, das heißt beispielsweise Leerlauf, Teillast oder Volllast, mit zumindest zwei unterschiedlichen Unwuchtausgleichen einstellbar sind. Bei der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle handelt es sich somit nicht um eine voreingestellte und lediglich auf eine gewisse Drehzahl ausgerichtete Ausgleichswelle, sondern um eine Ausgleichswelle, deren Ausgleichswirkung an zumindest zwei unterschiedliche Drehzahlen und damit an unterschiedliche Betriebspunkte angepasst werden kann. Mit einer derartigen einstellbaren Ausgleichswelle ist es somit möglich, einen Verbrennungsmotor in mehreren Drehzahlbereichen bzw. bei mehreren Drehzahlen optimal auszugleichen und damit einen vibrationsarmen Betrieb des Verbrennungsmotors über einen vergleichsweise breiten Drehzahlbereich zu ermöglichen, wodurch beim Einsatz eines derartigen Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ein besonders ruhiges Fahren erzielt werden kann. The present invention is based on the general idea to provide an adjustable or adjustable balancer shaft, which is designed such that at least two, preferably even more different operating points, that is, for example, idle, part load or full load, are adjustable with at least two different imbalance compensation. The balancing shaft according to the invention is therefore not a pre-set balancing shaft oriented only at a certain speed, but a balancing shaft whose balancing effect can be adapted to at least two different rotational speeds and thus to different operating points. With such an adjustable balance shaft, it is thus possible to optimally compensate for an internal combustion engine in several speed ranges or at several speeds and thus to enable low-vibration operation of the internal combustion engine over a comparatively wide speed range, whereby a particularly quiet driving when using such an internal combustion engine in a motor vehicle can be achieved.

Zweckmäßig ist dabei zumindest ein eine Unwucht erzeugendes Gewicht der Ausgleichswelle verstellbar. Das zumindest eine Gewicht kann dabei beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch verstellt, insbesondere radial zur Ausgleichswelle aus- bzw. eingefahren werden. Durch ein Ausfahren des zumindest einen Gewichts wird dabei die Unwucht erhöht, wogegen ein Einfahren des Gewichts die Unwucht der Ausgleichswelle an dieser Stelle verringert. Das hydraulische Verstellen des zumindest einen Gewichts kann dabei beispielsweise mittels eines hydraulischen Kolbens erfolgen, der orthogonal zur Achse der Ausgleichswelle verstellbar angeordnet ist oder aber der parallel zur Achse der Ausgleichswelle verstellbar ist und das zumindest eine Gewicht über eine schräge Steuerfläche verstellt. Eine Rückstellung des Kolbens und damit auch des Gewichts kann dabei entweder ebenfalls hydraulisch oder aber mittels einer Feder erfolgen. Bei in der Achse der Ausgleichswelle verstellbar gelagerten Kolben kann dieser selbstverständlich auch zum Verstellen mehrerer Gewichte verwendet werden, wozu dann entsprechende Druckleitungen/Hydraulikbohrungen innerhalb der Achse zu den jeweiligen verstellbaren Gewichten vorzusehen sind. Erfolgt das Verstellen des Gewichts über die zuvor erwähnte schräge Steuerfläche, so ist diese direkt am Kolben angeordnet und wirkt mechanisch auf das orthogonal dazu ausgerichtete Gewicht. Appropriately, at least one unbalance generating weight of the balancer shaft is adjustable. The at least one weight can be adjusted, for example hydraulically, pneumatically or electrically, in particular radially to the balance shaft off or retracted. By extending the at least one weight while the imbalance is increased, whereas a retraction of the weight reduces the imbalance of the balance shaft at this point. The hydraulic adjustment of the at least one weight can take place for example by means of a hydraulic piston which is arranged orthogonal to the axis of the balance shaft adjustable or parallel to the axis of the balance shaft is adjustable and which adjusts at least one weight on an inclined control surface. A provision of the piston and thus also the weight can either be done hydraulically or by means of a spring. When adjustably mounted in the axis of the balance shaft piston this can of course also be used for adjusting a plurality of weights, for which purpose then appropriate pressure lines / hydraulic holes are provided within the axis to the respective adjustable weights. If the adjustment of the weight on the aforementioned oblique control surface, it is located directly on the piston and acts mechanically to the orthogonal aligned weight.

Vorzugsweise arbeitet dabei der Kolben zum Einfahren des Gewichts entgegen der Zentrifugalkraft, wodurch eine sogenannte Fail-Safe-Funktion realisiert werden kann, so dass bei Ausfall der Hydraulik das Gewicht aufgrund der Fliehkraft in eine die Unwucht maximierende Stellung verstellt wird. Eine optionale Feder kann dabei für einen definierten Zustand bzw. eine definierte Stellung des Gewichts bei beispielsweise ausgeschaltetem Verbrennungsmotor sorgen. Ebenfalls vorgesehen sein kann eine zweite, die Ausfahrbewegung des Kolbens unterstützende Feder, wobei in diesem Fall die Federkraft derart eingestellt wird, dass sie die auftretende Fliehkraft im Leerlauf gerade ausgleicht, so dass der Kolben anschließend nur die zusätzlichen Fliehkräfte, die über der Leerlaufdrehzahl auftreten, zum Verstellen des Gewichts überwinden muss.Preferably, the piston works to retract the weight against the centrifugal force, whereby a so-called fail-safe function can be realized, so that in case of failure of the hydraulic weight is adjusted due to the centrifugal force in a position maximizing the imbalance. An optional spring can thereby ensure a defined state or a defined position of the weight when the internal combustion engine is switched off, for example. It may also be provided a second, the extension movement of the piston supporting spring, in which case the spring force is adjusted so that it just compensates for the centrifugal force occurring at idle, so that the piston then only the additional centrifugal forces, above idle speed must overcome to adjust the weight.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das zumindest eine Gewicht zum Einstellen der gewünschten Unwucht in Radialrichtung zur Achse der Ausgleichswelle verstellbar und mittels einer Feder in eine einem ersten Betriebspunkt entsprechende Stellung vorgespannt. Das zumindest eine verstellbare Gewicht ist dabei von einem Metallband umgeben, das ein elektrokinetisches Material mit einem magnetischen Formgedächtnis aufweist und dadurch seine Länge in Abhängigkeit eines angelegten magnetischen Feldes ändert, wodurch das Gewicht verstellt werden kann. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht ein individuelles Verstellen des Gewichts durch Anlegen eines jeweiligen magnetischen Feldes an das Metallband, wobei dieses magnetische Feld zum Einstellen des Gewichts beispielsweise durch eine Spule innerhalb der Ausgleichswelle oder durch eine Spule stationär um das Metallband herum angeordnet erzeugt werden kann. Ein solches Metallband aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung ermöglicht dabei eine völlig reversible Längenänderung, wobei eine Rückstellung des Kolbens beispielsweise durch eine Feder oder aber durch ein um 90° gedrehtes magnetisches Feld erreicht werden kann. Mit derartigen elektrokinetischen Materialien lassen sich Längenänderungen von bis zu 6 % bei Aufbringen eines entsprechenden Magnetfeldes realisieren. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the at least one weight for adjusting the desired unbalance in the radial direction to the axis of the balance shaft is adjustable and biased by a spring in a first operating point corresponding position. The at least one adjustable weight is surrounded by a metal band which has an electrokinetic material with a magnetic shape memory and thereby changes its length as a function of an applied magnetic field, whereby the weight can be adjusted. Such an embodiment allows an individual adjustment of the weight by applying a respective magnetic field to the metal strip, this magnetic field for adjusting the weight, for example, by a coil within the balance shaft or by a coil stationarily arranged around the metal band around. Such a metal band of a magnetic shape memory alloy allows a completely reversible change in length, with a provision of the piston can be achieved for example by a spring or by a rotated by 90 ° magnetic field. With such electrokinetic materials, changes in length of up to 6% can be realized by applying a corresponding magnetic field.

Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Verbrennungsmotor mit zumindest einer derartigen einstellbaren Ausgleichswelle auszustatten und zugleich einen Lagesensor zur Lageerfassung des jeweiligen verstellbaren Gewichts und/oder einen Vibrationssensor zur Erfassung von Vibrationen der Ausgleichswelle bzw. des Verbrennungsmotors vorzusehen. Über eine Regelungseinrichtung ist danach ein Einstellen des zumindest einen Gewichts und damit auch eine Einstellung der Unwucht der Ausgleichswelle in Abhängigkeit der vom Vibrationssensor erfassten Vibrationen der Ausgleichswelle oder des Verbrennungsmotors möglich. Ein derart ausgebildeter Verbrennungsmotor könnte über die Regelungseinrichtung sein Vibrationsverhalten optimal dämpfen, indem die jeweiligen verstellbaren Gewichte der Ausgleichswelle hinsichtlich ihrer Unwucht an die Drehzahl der Ausgleichswelle angepasst werden.The invention is further based on the general idea to equip an internal combustion engine with at least one such adjustable balance shaft and at the same time to provide a position sensor for detecting the position of the respective adjustable weight and / or a vibration sensor for detecting vibrations of the balancer shaft or the internal combustion engine. Thereafter, adjustment of the at least one weight and thus also adjustment of the imbalance of the balancing shaft as a function of the vibrations of the balancing shaft or the combustion engine detected by the vibration sensor are possible via a regulating device. A combustion engine designed in this way could optimally damp its vibration behavior via the regulating device by adjusting the respective adjustable weights of the balancing shaft with respect to their unbalance to the rotational speed of the balancing shaft.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the device according to the invention will become apparent from the subclaims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1a, b unterschiedliche Ausführungsformen von Ausgleichswellen, 1a , b different embodiments of balance shafts,

1c eine erste mögliche Ausführungsform eines verstellbaren Gewichts eingefasst von einem Metallband aus einem elektrokinetischen Material, 1c a first possible embodiment of an adjustable weight enclosed by a metal band of an electrokinetic material,

1e die erfindungsgemäße montierte Ausgleichswelle mit sich in eingefahrenem Zustand befindlichen Gewichten, 1e the assembled balance shaft according to the invention with weights in the retracted state,

1f eine Darstellung wie in 1e, jedoch bei ausgefahrenen Gewichten, 1f a representation like in 1e but with extended weights,

2 bis 4 jeweilige Querschnitte im Bereich des verstellbaren Gewichts durch unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle, 2 to 4 respective cross sections in the region of the adjustable weight by different embodiments of the balance shaft according to the invention,

5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle mit eingefahrenem Gewicht (oben) und ausgefahrenem Gewicht (unten), 5 a further embodiment of the balance shaft according to the invention with retracted weight (top) and extended weight (bottom),

6 eine Ausführungsform der Ausgleichswelle mit axial verstellbarem Kolben zur Betätigung des Gewichts, 6 an embodiment of the balance shaft with axially adjustable piston for actuating the weight,

7 eine Ausgleichswelle mit einschiebbaren, für einen Montagezustand fixierbaren und einmalig verstellbaren Gewichten, 7 a balance shaft with retractable, fixable for a mounting state and one-time adjustable weights,

8 eine Schnittdarstellung durch eine Ausgleichswelle gemäß der 7, 8th a sectional view through a balancer shaft according to the 7 .

9a bis e unterschiedliche Montageschritte der Ausgleichswelle gemäß der 7 sowie dieselbe im Betriebszustand. 9a to e different assembly steps of the balance shaft according to the 7 as well as the same in operating condition.

Entsprechend den 1 bis 6, weist eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle 1 wenigstens ein eine Unwucht erzeugendes Gewicht 2 auf, welches auch als verstellbares Ausgleichsgewicht bezeichnet werden kann. In 1a und 1b sind dabei unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 dargestellt, wie sie beispielsweise zum Ausgleich von Unwuchten in Verbrennungsmotoren 9 eingesetzt werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten, nicht einstellbaren Ausgleichswellen sind nur in der Lage an einem einzigen vordefinierten Betriebspunkt, das heißt bei einer definierten Drehzahl, die Vibrationen optimal zu dämpfen. Die erfindungsgemäße Ausgleichswelle 1 hingegen ist derart ausgebildet, dass mit ihr zumindest zwei unterschiedliche Betriebspunkte, beispielsweise Leerlauf, Teillast oder Volllast mit zumindest zwei unterschiedlichen Unwuchtsausgleichen einstellbar sind. Hierzu weist die erfindungsgemäße Ausgleichswelle 1 zumindest ein verstellbares Gewicht 2 auf, wie dies gemäß den 1c bis 1f gezeigt ist. Neben den verstellbaren und damit die Unwucht einstellbaren Gewichten 2 kann die erfindungsgemäße Ausgleichswelle 1 insbesondere in deren Lagerbereichen 4 weitere Gewichte 5 aufweisen, die jedoch nicht verstellbar sind. According to the 1 to 6 , Has a balance shaft according to the invention 1 at least one imbalance-generating weight 2 on, which can also be referred to as adjustable balance weight. In 1a and 1b are different embodiments of the balance shaft according to the invention 1 shown, for example, to compensate for imbalances in internal combustion engines 9 be used. Those known from the prior art, not Adjustable balance shafts are only able to optimally damp the vibrations at a single predefined operating point, that is to say at a defined speed. The balance shaft according to the invention 1 However, it is designed such that at least two different operating points, such as idle, partial load or full load with at least two different unbalance compensations are adjustable with her. For this purpose, the balance shaft according to the invention 1 at least one adjustable weight 2 on, as this according to the 1c to 1f is shown. In addition to the adjustable and thus the unbalance adjustable weights 2 can the balance shaft according to the invention 1 especially in their storage areas 4 more weights 5 have, however, are not adjustable.

Zum flexiblen Unwuchtsausgleich lässt sich das zumindest eine Gewicht 2 hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch verstellen oder aber beispielsweise mittels eines angelegten magnetischen Feldes, sofern das verstellbare Gewicht von einem Metallband 6 eingefasst ist, das ein elektrokinetisches Material bzw. ein Material mit einem magnetischen Formgedächtnis aufweist und sich so hinsichtlich seiner Länge in Abhängigkeit seines angelegten magnetischen Feldes verändert. Das zur Längenänderung des Metallbandes 6 erforderlich magnetische Feld kann beispielsweise mittels Spulen 7 erzeugt werden, die das Metallband 6 umgebend in einem Zylinderkopf 8 des Verbrennungsmotors 9 angeordnet sind. Alternativ kann auch eine Spule 3 innerhalb der Ausgleichswelle 1 angeordnet sein, wie dies in 4 dargestellt ist. Eine Rückstellung des Gewichts 2 kann beispielsweise durch ein Anlegen um eines 90° gedrehten magnetischen Feldes oder mittels einer Feder 10 erfolgen, wie dies gemäß den 2 bis 4 dargestellt ist. For flexible unbalance compensation can be at least one weight 2 adjust hydraulically, pneumatically or electrically or for example by means of an applied magnetic field, provided that the adjustable weight of a metal strip 6 which has an electrokinetic material or a material with a magnetic shape memory and thus varies in length as a function of its applied magnetic field. The change in length of the metal strip 6 required magnetic field, for example, by means of coils 7 be generated, which is the metal band 6 surrounding in a cylinder head 8th of the internal combustion engine 9 are arranged. Alternatively, a coil can be used 3 within the balance shaft 1 be arranged like this in 4 is shown. A provision of weight 2 For example, by applying about a 90 ° rotated magnetic field or by means of a spring 10 be carried out as described in the 2 to 4 is shown.

Die gemäß der 1 dargestellten festen Gewichte 5 bzw. die Anzahl der verstellbaren Gewichte 2 ist dabei lediglich rein exemplarisch zu verstehen, so dass auch eine andere Ausgleichswelle 1 mit unterschiedlicher Anzahl an Gewichten 5 bzw. an einstellbaren Gewichten 2 von der Erfindung umfasst sein soll. The according to the 1 shown fixed weights 5 or the number of adjustable weights 2 is to be understood merely as an example, so that a different balance shaft 1 with different number of weights 5 or on adjustable weights 2 to be encompassed by the invention.

Gemäß der 1e ist die Ausgleichswelle mit eingefahrenen Gewichten 2 gezeigt, so dass diese in diesem Zustand enger an der Ausgleichswelle 1 anliegen als in 1f, die die Gewichte 2 in ausgefahrenem Zustand zeigt. Im Zustand der 1f erzeugen die ausgefahrenen Gewichte 2 aufgrund der höheren Zentrifugalkraft/Fliehkraft eine größere ausgleichende Unwucht. According to the 1e is the balance shaft with retracted weights 2 shown so that they are closer to the balancer shaft in this condition 1 as in 1f that the weights 2 in the extended state shows. In the state of 1f generate the extended weights 2 due to the higher centrifugal force / centrifugal force a larger balancing unbalance.

Alternativ zu einem derartigen Metallband 6 mit einem magnetischen Formgedächtnis kann das Gewicht 2 zusätzlich oder alternativ auch hydraulisch verstellt werden, beispielsweise mittels eines Kolbens 11, wie dies gemäß der 2 dargestellt ist. Ein Ausfahren des verstellbaren Gewichts 2 erfolgt dabei aufgrund der Federkraft der Feder 10 bzw. zusätzlich aufgrund der Fliehkraft des Gewichtes 2. Soll die Unwucht reduziert werden, so wird der Kolben 11 über eine Druckleitung 12 mit hydraulischem Druck beaufschlagt, wodurch sich der Kolben 11 nach radial außen verstellt und das Gewicht 2 über das dieses einfassende Metallband 6 entgegen der Federkraft der Feder 10 zurückzieht. Das Metallband 6 kann, muss aber keine magnetischen Formgedächtniseigenschaften aufweisen. Die Druckleitung 12 verläuft vorzugsweise axial innerhalb der Ausgleichswelle 1. Alternatively to such a metal band 6 with a magnetic shape memory, the weight can be 2 additionally or alternatively hydraulically adjusted, for example by means of a piston 11 as according to the 2 is shown. An extension of the adjustable weight 2 takes place due to the spring force of the spring 10 or additionally due to the centrifugal force of the weight 2 , If the imbalance is to be reduced, then the piston 11 via a pressure line 12 subjected to hydraulic pressure, causing the piston 11 adjusted radially outwards and the weight 2 about this metal band enclosing 6 against the spring force of the spring 10 withdraws. The metal band 6 may, but need not have magnetic shape memory properties. The pressure line 12 preferably runs axially within the balance shaft 1 ,

In 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 gezeigt, bei welcher die Druckleitung 12 exzentrisch zur Achse 14 der Ausgleichswelle 1 angeordnet ist und der Kolben 11 direkt mit dem Gewicht 2 verbunden ist. Hierzu besitzt das Gewicht 2 einen Ankerstab 13, der die Ausgleichswelle 1 quert und mit dem Kolben 11 verbunden ist. Auch hier bewirkt wieder eine Feder 10 ein Ausfahren des Gewichts 2 bzw. unterstützt eine derartige Ausfahrbewegung wodurch eine fail-safe-Funktion realisiert werden kann, so dass bei einem Ausfall der Hydraulik das Gewicht 2 in seine maximale Ausfahrstellung und damit in seine maximale Unwuchtstellung verstellt wird. Zum Einfahren des Gewichts 2 und damit zum Reduzieren der Unwucht muss der Kolben 11 mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden. In 3 is an embodiment of the balance shaft according to the invention 1 shown, in which the pressure line 12 eccentric to the axis 14 the balance shaft 1 is arranged and the piston 11 directly with the weight 2 connected is. This has the weight 2 an anchor rod 13 that the balancer shaft 1 crosses and with the piston 11 connected is. Again, a spring causes again 10 an extension of the weight 2 or supports such an extension movement whereby a fail-safe function can be realized, so that in case of failure of the hydraulic weight 2 is adjusted in its maximum extension position and thus in its maximum unbalance position. For retracting the weight 2 and thus to reduce the imbalance must be the piston 11 be subjected to hydraulic pressure.

In 4 ist eine weitere besonders exklusive Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 gezeigt, bei welcher innerhalb der Ausgleichswelle 1 eine Spule 3 angeordnet ist, die bei elektrischer Bestromung ein magnetisches Feld erzeugt, das wiederum einen Kolben 11 aus einem Material mit magnetischem Formgedächtnis dazu bringt, sich radial nach außen zu verstellen und dadurch über das Metallband 6 das Gewicht 2 einzieht. Bei einem Ausfall der Stromversorgung und damit bei einem Ausfall der Spule 3 sorgt wiederum die Feder 10 für ein Ausfahren des Gewichts 2, das heißt des Ausgleichsgewichts, in dessen maximale Unwuchtstellung. Auch in diesem Fall kann das Metallband 6 aus einem Material mit magnetischem Formgedächtnis ausgeführt sein, muss jedoch nicht. In 4 is another particularly exclusive embodiment of the balance shaft according to the invention 1 shown in which within the balancer shaft 1 a coil 3 is arranged, which generates a magnetic field during electrical energization, which in turn a piston 11 made of a material with magnetic shape memory causes to move radially outward and thereby on the metal strip 6 the weight 2 moves in. In the event of a power failure and, in the event of a coil failure 3 again provides the spring 10 for an extension of the weight 2 , that is the balance weight, in its maximum unbalance position. Also in this case, the metal band 6 must be made of a material with magnetic shape memory, but does not have to.

In der 5 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 gezeigt, die im Wesentlichen der Ausführungsform der 3 entspricht, jedoch zusätzlich eine zweite, die Ausfahrbewegung des Kolbens 11 und damit die Einfahrbewegung des Gewichts 2 unterstützende Feder 15 aufweist. Die Federkraft der zweiten Feder 15 kann dabei derart eingestellt sein, dass diese die auftretenden Fliehkräfte im Leerlauf der Ausgleichswelle 1 gerade ausgleicht, so dass ein Hydraulikzylinder bzw. der Kolben 11 nur die zusätzlichen Fliehkräfte, die über der Leerlaufdrehzahl auftreten, zum Verstellen des Gewichts 2 entgegen der Zentrifugalkraft aufbringen muss. In the 5 is a further variant of the balance shaft according to the invention 1 shown essentially the embodiment of the 3 corresponds, but in addition a second, the extension movement of the piston 11 and thus the retraction movement of the weight 2 supporting spring 15 having. The spring force of the second spring 15 can be set such that they are the centrifugal forces occurring when idling the balance shaft 1 just balances, so that a hydraulic cylinder or the piston 11 only the additional centrifugal forces that occur above the idling speed, to adjust the weight 2 must apply against the centrifugal force.

Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 gemäß den Darstellungen in 2, 3, 5 und 6 besitzen alle ein hydraulisch verstellbares Gewicht 2, wobei der Kolben 11 bei den Ausführungsformen gemäß den 2, 3 und 5 orthogonal zur Achse 14 der Ausgleichswelle 1 verstellbar ist, wogegen der Kolben 11 gemäß der Ausführungsform in 6 parallel zur Achse 14 der Ausgleichswelle 1 verstellbar ist und das Gewicht 2 über eine schräge Steuerfläche 16 verstellt. Wird somit der Kolben 11 mit Druck beaufschlagt, so verstellt er sich gemäß der 6 nach rechts, wodurch die Steuerfläche 16 das Gewicht 2 nach oben, das heißt entgegen der Zentrifugalkraft verstellt. Eine Rückstellung des Gewichts 2 erfolgt dabei sowohl über die Feder 10 als auch über eine Feder 10', die den Kolben 11 zurückschiebt und damit die Ausfahrbewegung des Gewichts 2 ermöglicht. The embodiments of the balance shaft according to the invention 1 according to the illustrations in 2 . 3 . 5 and 6 all have a hydraulically adjustable weight 2 , where the piston 11 in the embodiments according to the 2 . 3 and 5 orthogonal to the axis 14 the balance shaft 1 adjustable, whereas the piston 11 according to the embodiment in 6 parallel to the axis 14 the balance shaft 1 is adjustable and the weight 2 over a sloping control surface 16 adjusted. Will thus the piston 11 pressurized, he adjusts according to the 6 to the right, reducing the control surface 16 the weight 2 upwards, that is adjusted against the centrifugal force. A provision of weight 2 takes place both via the spring 10 as well as over a spring 10 ' that the piston 11 pushes back and thus the extension movement of the weight 2 allows.

Sämtlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 ist dabei gemein, dass eine Verstellung des Gewichtes 2 stets entgegen der Zentrifugalkraft erfolgt, so dass bei einer hydraulischen Verstellung des Gewichts 2 der Kolben 11 zum Einfahren des Gewichts 2 entgegen der Zentrifugalkraft arbeiten muss. Eine derartige Arbeitsweise stellt eine erforderliche fail-safe-Funktion sicher, die bei einem Ausfall einer Stelleinrichtung, beispielsweise des Kolbens 11 oder einer Spule 3, 7 stets ein Verstellen des Gewichts 2 in seine die maximale Unwucht erzeugende Stellung bewirkt. All embodiments of the balance shaft according to the invention 1 is common that an adjustment of the weight 2 always counter to the centrifugal force, so that at a hydraulic adjustment of the weight 2 The piston 11 for retracting the weight 2 must work against the centrifugal force. Such an operation ensures a required fail-safe function, in case of failure of an actuator, such as the piston 11 or a coil 3 . 7 always adjusting the weight 2 in its maximum unbalance generating position causes.

In der 7 und 8 ist eine Ausführungsform einer Ausgleichswelle 1 gezeigt, bei welcher das Gewicht 2 lediglich ein einziges Mal verstellbar ist und zwar bei einem ersten Anlaufen bzw. Rotieren der Ausgleichswelle 1. In the 7 and 8th is an embodiment of a balance shaft 1 shown at which the weight 2 is adjustable only once, namely at a first start or rotation of the balancer shaft 1 ,

Die in den 7 bis 9 gezeigte Ausführungsform der Ausgleichswelle 1 bietet dabei jedoch den großen Vorteil, dass diese Ausgleichswelle 1 einen vergleichsweise kleinen Querschnitt aufweist und dadurch leichter zu montieren ist. Die Ausgleichswelle 1 besitzt Durchgangsöffnungen 17, die keilartig verlaufende bzw. konische Seitenwände 18 aufweisen. Der mit dem Gewicht 2 verbundene Ankerstab 13 besitzt ebenfalls an seinem freien Ende eine konische, schwalbenschwanzartige Form, wobei zwischen dem Ankerstab 13 und den Seitenwänden 18 zusätzlich Lagerelemente 19 vorgesehen sind. The in the 7 to 9 shown embodiment of the balancer shaft 1 offers the great advantage that this balance shaft 1 has a comparatively small cross-section and is therefore easier to assemble. The balance shaft 1 has through holes 17 , the wedge-like or conical side walls 18 exhibit. The one with the weight 2 connected anchor rod 13 also has at its free end a conical, dovetail-like shape, wherein between the anchor rod 13 and the side walls 18 additional bearing elements 19 are provided.

Gemäß der 9a ist dabei ein erster Montageschritt der Ausgleichswelle 1 gezeigt, bei welchem die Gewichte 2 noch außerhalb der Durchgangsöffnungen 17 angeordnet sind, ebenso wie die Lagerelemente 19. Im zweiten Montageschritt gemäß der 9b werden nun die Gewichte 2 mit ihren Ankerstäben 13 in die Durchgangsöffnungen 17 eingeschoben, woraufhin im Montageschritt gemäß der 9c die beiden Lagerelemente 19 zwischen den Ankerstab 13 und die Seitenwände 18 der Durchgangsöffnung 17 eingedrückt werden. Den eingedrückten Zustand zeigt dabei die 9d. In diesem Zustand wird die Ausgleichswelle 1 in den Zylinderkopf 8 eingeschoben, was vergleichsweise einfach geht, da der Durchmesser der Ausgleichswelle 1 im Vergleich zum späteren Betriebszustand reduziert ist. Wird die Ausgleichswelle 1 in Rotation versetzt, so ziehen die Gewichte 2 den Ankerstab 13 mit seinem konischen Endbereich in die Durchgangsöffnung 17 ein, woraufhin sich der Ankerstab 13 über die Lagerelemente 19 an den Seitenwänden 18 der Durchgangsöffnungen 17 verkeilt und damit die Gewichte 2 an einem weiteren Ausfahren bzw. generell an einer weiteren Bewegung hindert. Ein Zurückverstellen der Gewichte 2 im Betrieb ist bei dieser Ausführungsform nicht möglich, so dass diese Ausgleichswelle 1 nach den 7 bis 9 lediglich eine Montageerleichterung darstellt. According to the 9a is a first step in the assembly of the balancer shaft 1 shown in which the weights 2 still outside the passage openings 17 are arranged, as well as the bearing elements 19 , In the second assembly step according to the 9b Now the weights 2 with their anchor rods 13 in the through holes 17 pushed in, whereupon in the assembly step according to the 9c the two bearing elements 19 between the anchor rod 13 and the side walls 18 the passage opening 17 be pressed. The depressed state shows the 9d , In this state, the balance shaft 1 in the cylinder head 8th pushed, which is comparatively easy, since the diameter of the balance shaft 1 is reduced compared to the later operating state. Will the balance shaft 1 set in rotation, so pull the weights 2 the anchor rod 13 with its conical end in the passage opening 17 one, whereupon the anchor rod 13 over the bearing elements 19 on the side walls 18 the passage openings 17 wedged and thus the weights 2 at a further extension or generally prevents further movement. A shift back the weights 2 in operation is not possible in this embodiment, so that this balance shaft 1 after the 7 to 9 merely represents a simplification of assembly.

Zur Montage der Ausgleichswelle 1 wird das verstellbare Gewicht 2 in einen eingefahrenen und damit einen Außendurchmesser der Ausgleichswelle 1 reduzierenden Zustand überführt.For mounting the balance shaft 1 becomes the adjustable weight 2 in a retracted and thus an outer diameter of the balance shaft 1 reduced reducing state.

Mit der erfindungsgemäßen einstellbaren Ausgleichswelle 1 gemäß den 1 bis 6 ist es erstmals möglich, unterschiedliche Betriebspunkte eines Verbrennungsmotors 9 optimal hinsichtlich Vibrationen auszugleichen, da die Unwucht der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 einstellbar ist. With the adjustable balance shaft according to the invention 1 according to the 1 to 6 For the first time it is possible to use different operating points of an internal combustion engine 9 optimally compensate for vibration, since the imbalance of the balance shaft according to the invention 1 is adjustable.

Denkbar ist hierbei auch ein automatisches Regeln der Unwuchten der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1, wozu zunächst ein Lagesensor 20 (vgl. 1f zur Lageerfassung des Gewichts 2 und/oder ein Vibrationssensor 21 zur Erfassung von Vibrationen der Ausgleichswelle 1 bzw. des Verbrennungsmotors 9 vorgesehen werden müssen. Über eine mit den Sensoren 20, 21 gekoppelte Regelungseinrichtung 22 ist nun eine Einstellung des zumindest einen Gewichts 2 in Abhängigkeit der vom Vibrationssensor 21 erfassten Vibrationen der Ausgleichswelle 1 oder des Verbrennungsmotors 9 unter Berücksichtigung der jeweiligen erfassten Lage der Gewichte (2) möglich, wobei die Regelungseinrichtung 22 beispielsweise die Spulen 3, 7 entsprechend bestromt und dadurch die Verstellung der Gewichte 2 regelt. Also conceivable is an automatic regulation of the imbalances of the balance shaft according to the invention 1 , for which first a position sensor 20 (see. 1f for determining the position of the weight 2 and / or a vibration sensor 21 for detecting vibrations of the balance shaft 1 or the internal combustion engine 9 must be provided. About one with the sensors 20 . 21 coupled control device 22 is now an attitude of at least one weight 2 depending on the vibration sensor 21 detected vibrations of the balance shaft 1 or the internal combustion engine 9 taking into account the respective recorded position of the weights ( 2 ) possible, wherein the control device 22 for example, the coils 3 . 7 energized accordingly and thereby the adjustment of the weights 2 regulates.

Claims

Balance shaft ( 1 ) for an internal combustion engine ( 9 ) with at least one unbalance-generating weight ( 2 ), characterized in that the balance shaft ( 1 ) is formed such that at least two different operating points with at least two different unbalance compensations are adjustable.

Balancing shaft according to claim 1, characterized in that the at least one weight ( 2 ) is adjustable.

Balancing shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one weight ( 2 ) is hydraulically, pneumatically or electrically adjustable.

Balancing shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one weight ( 2 ) for setting the desired unbalance in the radial direction to the axis ( 14 ) of the balance shaft ( 1 ) is adjustable and by means of a spring ( 10 ) is biased to a position corresponding to a first operating point.

Balancing shaft according to claim 4, characterized in that the at least one adjustable weight ( 2 ) of a metal strip ( 6 surrounded / bordered, which has an electrokinetic material and its length changes depending on an applied magnetic field and thereby the weight ( 2 ) adjusted.

Balance shaft according to claim 5, characterized in that the electrokinetic material has a magnetic shape memory.

Balance shaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one weight ( 2 ) by means of a hydraulic piston ( 11 ) is adjustable.

Balancing shaft according to claim 7, characterized in that - the piston ( 11 ) orthogonal to axis ( 14 ) of the balance shaft ( 1 ) is adjustable, or - that the piston ( 11 ) parallel to the axis ( 14 ) of the balance shaft ( 1 ) is adjustable and the weight ( 2 ) via a sloping control surface ( 16 ) directly or indirectly via a metal strip ( 6 ) adjusted.

Balancing shaft according to one of claims 7 or 8, characterized in that the piston ( 2 ) for retracting the weight ( 2 ) works against the centrifugal force.

Balance shaft according to one of claims 7 to 9, characterized in that a second, the extension movement of the piston ( 11 ) supporting spring ( 15 ) is provided.

Internal combustion engine ( 9 ) with at least one balance shaft ( 1 ) according to one of claims 5 or 6.

Internal combustion engine according to claim 11, characterized in that at least one adjacent to the electrokinetic metal strip ( 6 ) arranged coil ( 7 ) or one within the balancing shaft ( 1 ) arranged coil ( 3 ) for the purpose of adjusting the weight ( 2 ) required magnetic field is provided.

Internal combustion engine with at least one balance shaft ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized by a position sensor ( 20 ) for determining the position of the weight ( 2 ) and / or by a vibration sensor ( 21 ) for detecting vibrations of the balance shaft ( 1 ) or the internal combustion engine ( 9 ).

Internal combustion engine according to claim 13, characterized in that a control device ( 22 ) is provided, which is an adjustment of the at least one weight ( 2 ) as a function of the vibration sensor ( 21 ) detected vibrations of the balancing shaft ( 1 ) or the internal combustion engine ( 9 ) and the position of the weight ( 2 ) regulates.

Method for mounting a balance shaft according to one of Claims 1 to 10 in an internal combustion engine ( 9 ), in which an adjustable weight ( 2 ) for mounting in a retracted and thus an outer diameter of the balance shaft ( 1 ) reducing state is transferred.