DE102004011820A1

DE102004011820A1 - Massenausgleichswelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004011820A1
Application number: DE200410011820
Authority: DE
Inventors: Uwe Rohrberg; Thomas Dipl.-Ing. Stolk; Alexander Von Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-29
Also published as: WO2005088163A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Massenausgleichswelle (1) einer Brennkraftmaschine mit folgenden Merkmalen: DOLLAR A - Lagerabschnitte (3, 4), an denen Gleitlager angeordnet sind, DOLLAR A - Gewichtsabschnitte (2), an denen Gegengewichte (7) angeordnet sind, DOLLAR A - einer Längsbohrung (8) in ungefähr axialer Richtung durch die Lagerabschnitte (3, 4) und die Gewichtsabschnitte (2) zur Versorgung der Gleitlager in den Lagerabschnitten mit Schmierflüssigkeit, DOLLAR A - die Längsbohrung (8) ist exzentrisch zur Drehachse (6) der Massenausgleichswelle angeordnet und DOLLAR A - die Mitte (12) der Längsbohrung (8) ist in Richtung der Gegengewichte (7) versetzt angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Massenausgleichswelle einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Aus der DE 199 47 271 C2 ist eine Massenausgleichswelle einer Brennkraftmaschine bekannt, die im Wesentlichen aus drei Lagerabschnitten und zwei dazwischen angeordneten Gewichtsabschnitten besteht. Die Massenausgleichswelle ist auf ihrer ganzen Länge mit einer zentrischen Bohrung versehen, durch die Gleitlager an den Lagerabschnitten mit Schmieröl versorgt werden können. Durch exzentrisch angeordnete Ausgleichsmassen an den Gewichtsabschnitten werden bei Rotation der Massenausgleichswelle Massenkräfte und -momente erzeugt, die den Massenkräften und -momenten des Kurbeltriebes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine entgegenwirken und diese im Idealfall aufheben, so dass damit ein laufruhiger und vibrationsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist. Als Nachteil einer derartigen Anordnung ist das zusätzliche Gewicht der Massenausgleichswelle einschließlich des dazu notwendigen Antriebes zu nennen, das ausschließlich aus Gründen des Komforts investiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Massenausgleichswelle bereitzustellen, die bei gleichen erzeugten Massenkräften und -momenten leichter ist, ohne dabei an Steifigkeit zu verlieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Massenausgleichswelle mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Massenausgleichswelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Längsbohrung zur Schmierölversorgung exzentrisch zur Drehachse der Massenausgleichswelle angeordnet ist. Die Mitte der Längsbohrung ist in Richtung der Gegengewichte versetzt angeordnet. Auf diese Weise lässt sich in den Gewichtsabschnitten die Massenverteilung vorteilhaft verändern.

Eine Massenausgleichswelle soll einerseits möglichst leicht sein, da Mehrgewicht in einem Kraftfahrzeug beispielsweise mit Mehrverbrauch an Kraftstoff verbunden ist, aber sie soll andererseits in ihren Gewichtsabschnitten eine möglichst vorteilhafte Massenverteilung aufweisen, um bei Rotation aufgrund der exzentrischen Massenanordnung der Gegengewichte eine umlaufende Massenkraft (Fliehkraft) und/oder ein Massenmoment zu erzeugen. Das bedeutet, dass ein möglichst großer Anteil der Masse des Gegengewichts mit einem großen Abstand von der Drehachse der Massenausgleichswelle angeordnet ist. Gleichzeitig soll möglichst keine Masse auf der dem Gegengewicht gegenüberliegenden Seite der Drehachse angeordnet sein.

Weiterhin ist bei Wellen mit mehreren Lagerstellen meist in einer Lagerstelle eine Ölzufuhr vom Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine und die übrigen Lagerstellen werden durch eine Längsbohrung innerhalb der Welle mit Schmieröl versorgt. Dies ist bei Massenausgleichswellen, aber auch bei Nockenwellen üblich. Die Lagerstellen der Massenausgleichswelle sind meist als Gleitlager ausgeführt, jedoch sind ebenso eine Wälzlagerung und eine entsprechende Schmierölversorgung möglich.

Bei einer exzentrischen Bohrung, deren Mitte in Richtung der Gegengewichte versetzt ist, wird die Masse auf der Gegengewichtsseite verringert, da eine Schmierölgefüllte Bohrung leichter ist als ein entsprechendes Volumen an Metall an dieser Stelle. Da aber gleichzeitig um die Bohrung eine Wand aus Metall vorhanden ist, die aufgrund der Wandstärke schwerer ist als die aus der Bohrung entnommene Metallmasse, ist es vorteilhaft, diese Masse der Wandstärke möglichst weit in Richtung der Gegengewichte zu verschieben. Dies geschieht durch die exzentrische Bohrung, die im Idealfall so weit in Richtung der Gegengewichte verschoben ist, dass die Bohrung und die die Bohrung umhüllende Wand zwischen der Drehachse der Massenausgleichswelle und den Gegengewichten angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine für eine Massenausgleichswelle vorteilhafte außermittige Massenverteilung erreicht, die gleichzeitig eine geringe Gesamtmasse ermöglicht, da auf der dem Gegengewicht gegenüberliegenden Seite der Massenausgleichswelle keine schädliche Masse vorhanden ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Längsbohrung parallel zur Drehachse der Massenausgleichswelle angeordnet. Eine parallele Ausrichtung der Längsbohrung zur Drehachse der Massenausgleichswelle ermöglicht eine besonders einfache Bearbeitung der Massenausgleichswelle. Bei der Herstellung der Massenausgleichswelle werden an den Lagerabschnitten die Gleitlager und gegebenenfalls die Gewichtsabschnitte beispielsweise auf einer Drehmaschine bearbeitet. In diesem Arbeitsgang bzw. in dieser Aufspannung der Massenausgleichswelle auf der Bearbeitungsmaschine ist es einfach möglich, eine zur Drehachse parallel versetzte Längsbohrung präzise und genau einzubringen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Längsbohrung abschnittsweise schräg zur Drehachse der Massenausgleichswelle angeordnet. Auf diese Weise lassen sich für eine Ölversorgung in der Längsbohrung vorteilhafte große Durchmesser verwirklichen. Durch schräges Bohren von zwei endseitigen Lagerabschnitten aus in einen mittleren Gewichtsabschnitt hinein, wobei die beiden schrägen Bohrungen sich ungefähr in der Mitte des Gewichtsabschnittes treffen, lässt sich auf einfache Weise ein gewichtsoptimierter Verlauf der Längsbohrung zur Schmierölversorgung darstellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Längsbohrung näherungsweise über die gesamte Länge der Massenausgleichswelle. Mittels einer durchgehenden Längsbohrung, die an den Enden der Massenausgleichswelle verschlossen ist, lassen sich mehrere Gleitlager an den Lagerabschnitten auf einfache Weise mit Schmieröl aus einem Schmierölzufluss versorgen. Die Längsbohrung der Massenausgleichswelle ist an ihren Enden beispielsweise durch einen Deckel, eine Kugel oder dergleichen verschlossen, um einen Schmierölverlust zu verhindern.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Mitte der Längsbohrung in verschiedenen Gewichtsabschnitten abschnittsweise jeweils in Richtung der Gegengewichte versetzt angeordnet. Im Falle einer Massenausgleichswelle, bei der die Gegengewichte der einzelnen Gewichtsabschnitte in verschiedene Richtungen zeigen, ist die Längsbohrung vorteilhafterweise so angeordnet, dass sie abschnittsweise in die Richtungen der Gegengewichte versetzt angeordnet sind. Dies ist beispielsweise bei einer Ausgleichswelle zum Momentenausgleich bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in 3-Zylinder-Reihenbauweise oder V6-Bauweise der Fall. Bei einer derartigen Anordnung einer abschnittsweise versetzten Längsbohrung ist zwischen den einzelnen Abschnitten eine Strömungsverbindung herzustellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung steht die Längsbohrung in den Lagerabschnitten durch Querbohrungen mit den Gleitlagern, einer Schmierölzuführung und gegebenenfalls mit einem weiteren Abschnitt der Längsbohrung in Strömungsverbindung. Durch die einfach anzubringenden Querbohrungen in den Lagerabschnitten ist eine Schmierölversorgung der Gleitlager an den Lagerabschnitten gut zu realisieren. Durch eine dieser Querbohrungen ist es möglich, die Längsbohrung von außen mit Schmieröl zu versorgen und damit alle anderen Querbohrungen ebenfalls mit Schmieröl zu versorgen. Bei aufgrund versetzter Gegengewichtsabschnitte ebenfalls versetzt angeordneten Abschnitten der Längsbohrung ist es mittels einer Querbohrung zum Beispiel in einem Lagerabschnitt möglich, die Abschnitte der Längsbohrung zu verbinden bzw. eine Strömungsverbindung herzustellen. Eine einzige Schmierölzuführung zur Massenausgleichswelle und damit eine interne Schmierölverteilung an die einzelnen Gleitlager ist dabei einfacher herzustellen, als wenn jedes Gleitlager vom Gehäuse aus separat geschmiert werden würde.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand der Mitte der Längsbohrung von der Drehachse der Massenausgleichswelle in Abhängigkeit vom Durchmesser der Längsbohrung, der Lagerabschnitte und der Gewichtsabschnitte derart gewählt, dass sich bei ausreichendem Durchmesser für die Schmierölversorgung ein minimales Gesamtgewicht der Massenausgleichswelle ergibt. Der Durchmesser der Längsbohrung und der Abstand der Mitte der Längsbohrung von der Drehachse der Massenausgleichswelle sind von dem kleinsten Durchmesser am Lagerabschnitt abhängig, weil die Längsbohrung den Gleitlagerbereich im Lagerabschnitt nicht schwächen darf. D.h. es muss immer ausreichend Lagermaterial zwischen der Längsbohrung und dem Lagerabschnitt vorhanden sein. Außerdem muss die Längsbohrung zur Schmierölversorgung und aus Fertigungsgründen einen gewissen Mindestdurchmesser aufweisen. Auf diese Weise ergibt sich ein maximal möglicher Mittenabstand der Längsbohrung zur Drehachse. Der Mittenabstand der Längsbohrung zur Drehachse ist so groß wie möglich zu wählen, um mit einer möglichst weit versetzten Längsbohrung eine große Gewichtsminimierung der gesamten Massenausgleichswelle zu erzielen.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Massenausgleichswelle,
2 eine Ansicht auf eine Stirnseite einer erfindungsgemäßen Massenausgleichswelle und
3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Massenausgleichswelle.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Massenausgleichswelle 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt gezeigt. Die Massenausgleichswelle 1 besteht aus mehreren Gegengewichtsabschnitten 2 und mittig angeordneten Lagerabschnitten 3. An einem endseitigen Lagerabschnitt 4 befindet sich ein Zapfen 5 mit einer Befestigungsvorrichtung für ein nicht gezeigtes Antriebsrad. Die Massenausgleichswelle 1 ist an den Lagerabschnitten 3, 4 über eine Gleitlagerung in einem nicht gezeigten Gehäuse gelagert und dreht sich zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine synchronisiert um eine Drehachse 6. In den Gewichtsabschnitten 2 sind die Gegengewichte 7 so angeordnet, dass ihr Massenschwerpunkt außerhalb der Drehachse 6 liegt und bei Rotation um die Drehachse 6 rotierende Fliehkräfte erzeugt. Die Anordnung der Lagerabschnitte 3, 4 und der Gewichtsabschnitte 2 erfolgt im Allgemeinen so, dass eine Montage in der Brennkraftmaschine möglich ist und gleichzeitig unter Einfluss der Fliehkräfte eine möglichst geringe Durchbiegung der Massenausgleichswelle 1 stattfindet. Das heißt, der Abstand der Lagerabschnitte 3, 4 ist außer von der Steifigkeit der Massenausgleichswelle 1 beispielsweise vom Zylinderabstand der Brennkraftmaschine oder den Gegebenheiten einer Schmierölzufuhr abhängig.
Weiterhin weist die Massenausgleichswelle 1 eine Längsbohrung 8 auf, die der Schmierölversorgung der Gleitlager an den Lagerabschnitten 3, 4 dient. Die Mitte 12 der Längsbohrung 8 ist exzentrisch zur Drehachse 6 der Massenausgleichswelle 1 angeordnet und in Richtung der Gegengewichte 7 versetzt. Durch diesen Versatz ist die Masse der Wand auf der den Gegengewichten 7 gegenüberliegenden Seite der Massenausgleichswelle 1 um die Längsbohrung 8 verringert. Um eine bestimmte Fliehkraft zu erzeugen ist bei gleicher Drehzahl somit eine geringere Masse der Gegengewichte 7 notwendig, was eine Verringerung der Gesamtmasse der Massenausgleichswelle 1 bewirkt. Im Lagerabschnitt 4 ist eine Ölzulaufbohrung 9 angeordnet, die quer zur Längsrichtung verläuft. Durch diese Ölzulaufbohrung 9 wird Schmieröl vom Ölkreislauf der Brennkraftmaschine über das Gleitlager am Lagerabschnitt 4 in die Längsbohrung 8 geleitet. Von der Längsbohrung 8 gelangt das Schmieröl über kleine Querbohrungen 10 an die Gleitlager der Lagerabschnitte 3. An ihrem dem Zapfen 5 gegenüberliegenden Ende 11 ist die Längsbohrung 8 der Massenausgleichswelle 1 mittels eines nicht gezeigten Deckels verschließbar, um einen Ölverlust zu verhindern.
In 2 ist die erfindungsgemäße Massenausgleichswelle 1 in einer Ansicht auf das dem Zapfen 5 gegenüberliegende Ende 11 aus der 1 gezeigt. Der Lagerabschnitt 3 ist in Form eines Gleitlagerzapfens als ein rotationssymmetrisches Teil ausgestaltet. Die Längsbohrung 8 ist mit ihrer Mitte 12 von der Drehachse 6 in Richtung des Gegengewichtes 7 versetzt angeordnet. Die Bohrung 13 für den nicht gezeigten Verschlussdeckel ist aus Fertigungsgründen konzentrisch zur Drehachse 6 angeordnet, um beim Bearbeiten der Lagerabschnitte 3 eine Mittenaufnahme der Massenausgleichswelle zu ermöglichen.
In 3 ist die erfindungsgemäße Massenausgleichswelle 1 in einem Querschnitt durch einen Gewichtsabschnitt 2 gezeigt. Auch hier ist die Längsbohrung 8 ist mit ihrer Mitte 12 von der Drehachse 6 in Richtung des Gegengewichtes 7 versetzt angeordnet. In diesem Schnitt ist zu erkennen, dass die in Richtung des Gegengewichtes 7 versetzte Längsbohrung 8 die Masseanhäufung aufgrund der Wandstärke um die Längsbohrung 8 auf der dem Gegengewicht 7 gegenüberliegenden Seite verringert. Diese geringere Masse auf der dem Gegengewicht 7 gegenüberliegenden Seite erlaubt es, die Masse des Gegengewichtes 7 ebenfalls zu verringern, ohne dabei Verluste am Massenausgleich zu erlangen. Dadurch wird die Gesamtmasse der Ausgleichswelle 1 geringer und die Brennkraftmaschine als Ganzes wird leichter, was letztendlich einen Verbrauchsvorteil ergibt.

Claims

Massenausgleichswelle (1) einer Brennkraftmaschine mit – Lagerabschnitten (3, 4), an denen Gleitlager angeordnet sind, – Gewichtsabschnitten (2), an denen Gegengewichte (7) angeordnet sind, und – einer Längsbohrung (8) in ungefähr axialer Richtung durch die Lagerabschnitte (3, 4) und die Gewichtsabschnitte (2) zur Versorgung der Gleitlager in den Lagerabschnitten mit Schmierflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (8) exzentrisch zur Drehachse (6) der Massenausgleichswelle (1) und die Mitte (12) der Längsbohrung (8) in Richtung der Gegengewichte (7) versetzt angeordnet ist.
Massenausgleichswelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (8) parallel zur Drehachse (6) der Massenausgleichswelle (1) angeordnet ist.
Massenausgleichswelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (8) wenigstens abschnittsweise schräg zur Drehachse (6) der Massenausgleichswelle (1) angeordnet ist.
Massenausgleichswelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (8) sich näherungsweise über die gesamte Länge der Massenausgleichswelle (1) erstreckt.
Massenausgleichswelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Mitte (12) der Längsbohrung (8) in verschiedenen Gewichtsabschnitten (2) abschnittsweise jeweils in Richtung der Gegengewichte (7) versetzt angeordnet ist.
Massenausgleichswelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (8) in den Lagerabschnitten (3, 4) durch Querbohrungen (10) mit den Gleitlagern, einer Schmierölzuführung (9) und gegebenenfalls mit einem weiteren Abschnitt der Längsbohrung in Strömungsverbindung steht.
Massenausgleichswelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Mitte (12) der Längsbohrung (8) von der Drehachse (6) der Massenausgleichswelle (1) in Abhängigkeit vom Durchmesser der Längsbohrung (8), der Lagerabschnitte (3, 4) und der Gewichtsabschnitte (2) derart gewählt ist, dass sich bei ausreichendem Durchmesser für die Schmierölversorgung ein minimales Gesamtgewicht der Massenausgleichswelle (1) ergibt.