DE102008038012A1

DE102008038012A1 - Ausgleichswelle sowie Rotationssymmetrie-Ergänzungselement für eine derartige Ausgleichswelle

Info

Publication number: DE102008038012A1
Application number: DE102008038012A
Authority: DE
Inventors: Claus-Christian Dipl.-Ing. Steeg; Thomas Dipl.-Ing. Roth (FH); Armin Höhne; Raphael Dipl.-Ing.(FH) Dipl.-Betriebsw.(FH) Herzog; Ewald Herzog
Original assignee: Rehau AG and Co; Herzog Intertec GmbH
Current assignee: Herzog Intertec De GmbH
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-08-16
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Eine Ausgleichswelle (2) dient zur Verringerung der Vibrationen eines Verbrennungsmotors. Die Ausgleichswelle (2) hat einen rotationssymmetrischen Grundkörper (3). Ferner hat die Ausgleichswelle (2) ein Masseelement (4), das eine gezielte Unwucht darstellt und an dem Grundkörper (3) angebracht ist. Ein Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (1) ist im Bereich des Masseelements (4) am Grundkörper (3) angebracht und stellt dort eine Rotationssymmetrie der Ausgleichswelle (2) bereit. Es resultiert eine Ausgleichswelle, bei der die Gefahr einer Ölschaumbildung oder eines ungleichmäßigen Öldrucks weitgehend reduziert oder sogar gänzlich vermieden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Rotationssymmetrie-Ergänzungselement für eine derartige Ausgleichswelle.
Eine Ausgleichswelle der eingangs genannten Art ist durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Eine derartige Ausgleichswelle dient dazu, die durch die Kurbelwellenbewegung im Motor verursachten Schwingungen zu kompensieren. Üblicherweise rotieren derartige Ausgleichswellen mit einer gegenüber der Motordrehzahl doppelten Drehzahl, sodass Drehzahlen von 10000 U/min oder sogar noch mehr erreicht werden können. Die vorbekannte Ausgleichswelle ist so ausgebildet, dass an einer definierten Axialposition der Ausgleichswelle ein segmentförmiges Masseelement auf einem ansonsten zylindrischen Grundkörper der Ausgleichswelle montiert ist. Beim Betrieb einer derartigen Ausgleichswelle kommt es zur Bildung von Ölschaum. Dies ist unerwünscht, da dann eine Ölpumpe des Motors ein Öl/Luftgemisch ansaugen kann, was die Schmiermittelversorgung des Motors negativ beeinflusst. Dies erhöht die Reibung und den Kolbenverschleiß. Zudem kann die Motortemperatur ansteigen, was zu einem Ölfilmriss und im schlimmsten Fall zu einer Zerstörung des Motors führt. Der Ölschaum führt zudem dazu, dass eine geringere Menge an Schmieröl durch den Motor, also ein geringerer Ölvolumenstrom durch den Motor zirkuliert. Weniger Wärme wird dann vom Motor über das Öl abgeführt, was zu einer ebenfalls unerwünschten Temperaturerhöhung des Motors und zur Gefahr eines Ölfilmrisses führen kann. Das Ansaugen von Ölschaum führt zudem dazu, dass der Öldruck im System sinkt, sodass eine Schmierung in vom Ölreservoir entfernten Bereichen nur noch bedingt oder überhaupt nicht gewährleistet ist.
Weitere bekannte Ausgleichswellen (auch Partialausgleichswellen genannt) liegen in Form zweier zueinander versetzt angeordneter Ausgleichswellen vor. Eine Lagerung derartiger Ausgleichswellen erfolgt durch Gleitlagerung oder auch durch Wälzlagerung. Bei der gleitgelagerten Variante dient Öl als Schmiermittel, das mit einem Druck von beispielsweise 5 bar im Ölkreislauf zirkuliert. Die asymmetrische Gestaltung der Ausgleichswellen, vor allem im Bereich der Gleitlagerung, die funktionsbedingt ist, kann dazu führen, dass Schmiermitteldruckschwankungen in den Gleitlagern entstehen, was im Extremfall zum Zusammenbrechen des Schmiermitteldrucks führen kann. Dort, wo der Öldruck unerwünscht abfällt, liegt zudem eine geringe Schmiermittelzirkulation vor, was wiederum zu thermischen Problemen führen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Ausgleichswelle der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Gefahr einer Ölschaumbildung oder eines ungleichmäßigen Öldrucks weitgehend reduziert oder sogar gänzlich vermieden ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ausgleichswelle mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement verhindert, dass ein Eintauchen des Masseelements in das Motoröl während einer Rotation der Ausgleichswelle zu einer lokal starken Verwirbelung des Öls führt, da dies, wie erkannt wurde, zur Ölschaumbildung führen kann. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement ist aus einem Material mit einem im Vergleich zum Masseelement in der Regel deutlich geringeren Raumgewicht. Im Idealfall beeinflusst das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement eine Masseverteilung der Ausgleichs welle mit dem Masseelement praktisch nicht. Alternativ kann das Gewicht des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements bei der Auslegung des Masseelements zur Vorgabe der gezielten Unwucht berücksichtigt sein. Beim Einsatz des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements im Zusammenhang beispielsweise mit zwei zueinander versetzt angeordneten Ausgleichswellen führt das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement zu einer ununterbrochen umlaufenden Lauffläche im Bereich einer Gleitlagerung der Ausgleichswelle. Es kann dann ein unerwünschter Schmiermitteldruckabfall im Gleitlagerspalt vermieden werden.
Eine Ausgestaltung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach Anspruch 2 führt dazu, dass das nicht rotationssymmetrische Masseelement durch das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement zu einem rotationssymmetrischen Gesamtelement ergänzt wird. Hierbei bilden das Masseelement einerseits und das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement andererseits jeweils Umfangswandabschnitte des Gesamtelements. Der Materialaufwand für das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement ist dann vorteilhaft niedrig.
Ein Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach Anspruch 3 hat eine über den Umfang im Wesentlichen konstante Axialerstreckung. Dies stellt sicher, dass das Öl bei der Rotation der Ausgleichwelle praktisch nicht verwirbelt wird.
Eine sich nach außen verjüngende Mantelwand nach Anspruch 4 ermöglicht eine zusätzliche Materialersparnis bei der Auslegung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements. Es wurde erkannt, dass eine gewisse Variation in der Axialerstreckung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements über dessen Umfangserstreckung und damit eine geringe Verwirbe lung des Öls beim Betrieb der Ausgleichswelle toleriert werden kann, da dann in der Praxis immer noch keine Ölschaumbildung erfolgt.
Eine Kunststoffausführung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach Anspruch 5 lässt sich mit vorteilhaft geringer Masse realisieren. Als Kunststoff können alle Thermoplaste, Schäume, thermoplastischen Elastomere, Duromere und Elastomere in Frage kommen. Hierbei kann eine Auswahl bezüglich der Temperaturbeständigkeit, der Chemikalienbeständigkeit, einer Haftung zum Material der Ausgleichswelle und mechanischer Eigenschaften erfolgen. Ein solches Rotationssymmetrie-Ergänzungselement kann durch Spritzguss, insbesondere auch mit bewegter Form, hergestellt werden, was als Exjection^® bekannt ist. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement kann auch insbesondere dünnwandig aus Metall, insbesondere aus Stahl, beispielsweise als Tiefziehblech, gefertigt sein. Die Herstellung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements kann auch durch Pressen oder Schäumen erfolgen. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement kann mit Hilfe dieser Verfahrensschritte auch im Wesentlichen in einem Arbeitsgang gemeinsam mit dem Grundkörper und dem Masseelement der Ausgleichswelle hergestellt werden.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 6 kann im Voraus gefertigt und später mit einen Grundköper der Ausgleichswelle verbunden werden. Hierüber lässt sich eine exakte für das Masseelement bereitzustellende Unwucht vorgeben, da diese Unwucht gleich mit dem angebrachten Rotationssymmetrie-Ergänzungselement vermessen werden kann.
Eine stoffschlüssige Verbindung nach Anspruch 7 erfordert keine speziellen Änderungen an der Gestaltung der Ausgleichswelle. Zudem kann über die stoffschlüssige Verbindung, die beispielsweise durch Kleben, aber auch durch andere stoffschlüssige Verbindungsarten herbeigeführt werden kann, eine dichtende Wirkung erzielt werden, was ein unerwünschtes Eindringen von Öl in Hohlräume zwischen dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement und dem Masseelement verhindert.
Eine Verbindung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements mit dem Masseelement ist neben der stoffschlüssigen Verbindung, also insbesondere dem Verkleben und einer formschlüssigen Verbindung nach Anspruch 8, also insbesondere dem Verklipsen, auch durch Verschrauben oder Vernieten möglich. Eine formschlüssige Verbindung kann durch eine Steckverbindung, durch eine Rastverbindung oder durch eine Klemmverbindung gewährleistet sein. Soweit das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement im Bereich einer Lagerung der Ausgleichswelle angeordnet ist, kann das Lager selbst eine Formschlussergänzung bei der Verbindung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements mit dem Masseelement liefern. Das Lager kann beispielsweise verhindern, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement radial nach außen ausweicht. Zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung kann das Masseelement zum Rotationssymmetrie-Ergänzungselement komplementäre Ausnehmungen aufweisen.
Bei einer Ausführung nach Anspruch 9 wird das nicht rotationssymmetrische Masseelement durch das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement zu einem rotationssymmetrischen Gesamtelement ergänzt. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement bildet bei dieser Variante die gesamte Umfangswand des Gesamtelements. Nahezu beliebige Formen des Masseelements lassen sich auf diese Weise umkleiden, sodass eine störende Ölschaumbildung verhindert ist.
Eine zwei- oder mehrteilige Ausführung nach Anspruch 10 erhöht die Design-Freiheitsgrade bei der Ausformung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements.
Ein Gesamtelement nach Anspruch 11 vermeidet das Eindringen von Öl in Hohlräume zwischen dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement und dem Masseelement. Eine undefinierte Schwerpunktsverlagerung der Ausgleichswelle im Betrieb ist damit verhindert.
Eine Ausführung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach Anspruch 12 führt zu einer nochmaligen Gewichtsreduzierung von diesem. Überraschend hat sich diese Ausführung ebenfalls als ausreichend insbesondere für die weitgehende Verhinderung einer Ölschaumbildung herausgestellt.
Die Vorteile eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach Anspruch 13 entsprechen denjenigen, die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle bereits diskutiert wurden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements;
2 eine perspektivische Ansicht einer Ausgleichswelle mit dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach 1;
3 eine stirnseitige Ansicht der Ausgleichswelle gemäß Blickrichtung III in 2;
4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV in 3;
5 einen Schnitt gemäß Linie V-V in 4;
6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Rotationssymmetrie-Ergänzungselements;
7 eine stirnseitige Ansicht des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach 6;
8 eine radiale Aufsicht auf das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach 6;
9 einen Schnitt gemäß Linie IX-IX in 7;
10 eine perspektivische Ansicht der Ausgleichswelle mit dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach 6;
11 eine stirnseitige Ansicht der Ausgleichswelle gemäß Blickrichtung XI in 10;
12 einen Schnitt gemäß Linie XII-XII in 11;
13 einen Schnitt gemäß Linie XIII-XIII in 12;
14 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Rotationssymmetrie-Ergänzungselements;
15 eine perspektivische Ansicht der Ausgleichswelle mit dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach 14;
16 eine stirnseitige Ansicht der Ausgleichswelle gemäß Blickrichtung XVI in 15;
17 einen Schnitt gemäß Linie XVII-XVII in 16;
18 einen Schnitt gemäß Linie XVIII-XVIII in 17;
19 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Rotationssymmetrie-Ergänzungselements;
20 eine perspektivische Ansicht der Ausgleichswelle mit dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach 19;
21 eine stirnseitige Ansicht der Ausgleichswelle gemäß Blickrichtung XXI in 20;
22 einen Schnitt gemäß Linie XXII-XXII in 21;
23 einen Schnitt gemäß Linie XXIII-XXIII in 22;
24 eine perspektivische Ansicht einer Ausgleichswelle als Teil eines Paars zueinander versetzter Ausgleichswellen eines Vierzylinder- Reihenmotors mit einer weiteren Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements;
25 eine perspektivische Ansicht des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements gemäß 24;
26 eine Seitenansicht des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach 24;
27 einen vertikalen Längsschnitt durch die Ausgleichswelle und das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach 24 in perspektivischer Darstellung;
28 perspektivisch eine weitere Ausführung der Ausgleichswelle nach 24 mit einer weiteren Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements;
29 und 30 zu den 25 und 26 ähnliche Darstellungen des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach 28;
31 eine Aufsicht auf das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement nach den 28 bis 30;
32 einen Schnitt gemäß Linie XXXII-XXXII in 30;
33 in einer zu 28 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung der Ausgleichswelle nach 24 mit einer weiteren Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements;
34 bis 36 zu den 29 bis 31 ähnliche Darstellungen des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements nach 33; und
37 einen Schnitt gemäß Linie XXXVII-XXXVII in 35.
1 zeigt eine Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 1, das Bestandteil einer in den 2 bis 5 dargestellten Ausgleichswelle 2 zur Verringerung der Vibrationen eines ansonsten nicht dargestellten Verbrennungsmotors ist.
Die Ausgleichswelle 2 hat einen rotationssymmetrischen Grundkörper 3, an dessen einem Ende ein die Rotationssymmetrie des Grundkörpers 3 brechendes Masseelement 4 angeformt ist. Das Masseelement 4 stellt eine gezielte Unwucht der Ausgleichswelle 2 bereit, was zur Vibrationsverringerung des Verbrennungsmotors genutzt wird. Das Masseelement 4 hat angenähert die Form einer Halbscheibe und hat bezogen auf eine Rotationsachse 5 der Ausgleichswelle 2 einen äußeren Umfangswandabschnitt 6, zwei Radialwandabschnitte 7 und einen inneren Umfangswandabschnitt 8. Der innere Umfangswandabschnitt 8 geht in Umfangsrichtung kantenfrei in die Radialwandabschnitte 7 und axial über einen Absatz 9 in eine Umfangswand 10 des Grundkörpers 3 über.
Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 ist axial in einem Bereich A des Masseelements 4 angebracht. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 stellt in diesem Axialbereich A eine Rotationssymmetrie der Ausgleichswelle 2 bereit.
Bei der Ausführung nach den 1 bis 5 hat das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 eine zum Masseelement 4 komplementäre äußere Form. Das nicht rotationssymmetrische Masseelement 4 wird durch das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 zu einem rotationssymmetrischen Gesamtelement ergänzt. Der äußere Umfangswandabschnitt 6 des Masseelements 4 und ein äußerer Umfangswandabschnitt 11 des Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 bilden dabei die Abschnitte der Umfangswand des Gesamtelements.
Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 hat die Form einer Halbschale mit einer Umfangswand, die den äußeren Umfangswandabschnitt 11 vorgibt, und zwei hieran angeformten längs der Rotationsachse verlaufenden Stirnwänden 12, 13. Die beiden Stirnwände 12, 13 sind halbkreisförmig und haben jeweils eine zentrale Halbkreis-Ausnehmung 14, 15. Der Radius der Halbkreis-Ausnehmung 14 der Stirnwand 12 ist kleiner als der Radius der Halbkreis-Ausnehmung 15 der Stirnwand 13. Die Halbkreis-Ausnehmung 14 hält eine Befestigungs-Sackausnehmung 16 für einen längs der Rotationsachse verlaufenden Lagerstift der Ausgleichswelle 2 frei. Am gegenüberliegenden Ende hat die Ausgleichswelle 2 eine weitere Befestigungs-Sackausnehmung 17 für einen weiteren und parallel zueinander verlaufenden Lagerstift. Die Halbkreis-Ausnehmung 15 liegt dichtend am Absatz 9, der den Übergang zwischen dem Masseelement 4 und dem Grundkörper 3 bildet, an.
Endabschnitte 18 der äußeren Umfangswand 11 des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 1 stehen in Umfangsrichtung über die Stirnwände 12, 13 über. Die Endabschnitte 18 greifen in hierzu komplementär geformte Ausnehmungen 19 des Masseelements 4 ein.
In einer Ebene 20 (vergleiche 5), die die Rotationsachse 5 der Ausgleichswelle 2 enthält, hat das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 einen rechteckigen Längsschnitt. Bei montiertem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 stehen die Stirnwände 12, 13 senkrecht auf der Rotationsachse 5.
Die Ausgleichswelle 2 ist aus Metall und bei der vorliegenden Ausführung aus Stahl. Andere Materialvarianten für die Ausgleichswelle 2 sind Guss, Sintermetall, Aluminium oder artverwandte Werkstoffe. Aus entsprechenden Materialien können auch die nachfolgend noch beschriebenen Ausführungen von Ausgleichswellen gefertigt sein. Die Ausgleichswelle 2 kann auch aus einer Kombination der vorstehend angesprochenen Werkstoffe gefertigt sein. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 ist bei der dargestellten Ausführung aus Kunststoff gefertigt. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 kann durch Spritzguss hergestellt sein. Dabei kann auch eine bewegte Form (Exjection^®) zum Einsatz kommen. Alternativ ist eine Herstellung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 1 auch durch Pressen oder Schäumen möglich. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 kann auch als Tiefzieh-Metallblech oder aus Metallschaum gestaltet sein. Bei der Materialwahl für das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 ist entscheidend, dass das Raumgewicht des vom Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 bereit gestellten Ergänzungsvolumens kleiner ist als das Raumgewicht des Masseelements 4. Auch die nachfolgend noch beschriebenen Ausführungen von Rotationssymmetrie-Ergänzungselementen können aus einer der vorstehend angesprochenen Materialvarianten gefertigt sein.
Nach der Herstellung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 1 und der Ausgleichswelle 2 wird das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 mit der Ausgleichswelle 2 verbunden. Dies geschieht bei der Ausführung nach den 1 bis 5 durch Verkleben im Bereich einer umlaufenden An lage des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 1 am Masseelement 4 und am Grundkörper 3. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 ist also stoffschlüssig mit dem Masseelement 4 verbunden. Der Klebstoff übernimmt dabei auch eine dichtende Funktion und verhindert, dass Öl ins Innere eines vom Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 gemeinsam mit dem Masseelement 4 umschlossenen Hohlraums 21 eindringt. Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 bildet also mit dem Masseelement 4 und dem Grundkörper 3 der Ausgleichswelle 2 ein allseitig geschlossenes Gesamtelement.
Die Masseverteilung durch das Masseelement 4 wird so vorgegeben, dass das aus dem Masseelement 4 und dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 gebildete Gesamtelement die zum Vibrationsausgleich erforderliche definierte Unwucht aufweist.
Beim Betrieb der mit dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 ergänzten Ausgleichswelle 2 bleibt diese aufgrund ihrer Rotationssymmetrie auch im Axialbereich A während der Rotation stets in gleichbleibendem Kontakt mit umgebendem Öl, sodass eine unerwünschte Ölschaumbildung verhindert ist.
Anhand der 6 bis 13 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 22 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 22 hat wie das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 einen äußeren Umfangswandabschnitt 11, der den Umfangswandabschnitt 6 des Masseelements 4 zu einer Umfangswand des Gesamtelements mit konstantem Radius R ergänzt. Anders als die zueinander parallelen Stirnwände 12, 13 des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 1 sind Stirnwände 23, 24 des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 22 so geformt, dass sich die hierdurch gebildete Mantelwand nach außen verjüngt, wie der Schnitt nach 9 zeigt. Die beiden Stirnwände 23, 24 sind dabei nach außen hin konkav ausgeführt. Diese Formgebung der Stirnwände 23, 24 führt beim Betrieb der mit dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 22 ergänzten Ausgleichswelle 2 dazu, dass auch bei hoher Drehzahl der Ausgleichswelle 2 ein Kontakt der Ausgleichswelle 2 mit umgebendem Öl auch im Axialbereich A des Masseelements 4 und des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 22 nicht verloren geht.
Zusätzlich zu den Endabschnitten 18 hat das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 22 im Bereich der Halbkreis-Ausnehmungen 14, 15 Ansatzkragen 25, 26, die die Anlagefläche des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 22 an der inneren Umfangswand 8 des Masseelements 4 und damit die Klebefläche zur stoffschlüssigen Verbindung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 22 mit der sonstigen Ausgleichswelle 2 vergrößern.
Anhand der 14 bis 18 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 27 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechend, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 13, insbesondere auf die 1 bis 5, bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Beim Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 27 fehlen im Vergleich zum Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 1 die Stirnwände 12, 13. Der Hohlraum 21 bleibt daher beim Betrieb der Ausgleichswelle 2 mit dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 27 axial offen, nicht aber radial. Auch bei dieser Ausgestaltung hat sich überraschend gezeigt, dass eine Ölschaumbildungsneigung durch den Einsatz des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 27 deutlich reduziert werden kann.
Anhand der 19 bis 23 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 28 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 18, insbesondere auf die 1 bis 5 und 14 bis 18, bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Zusätzlich zu den Endabschnitten 18 weist das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 28 daran angeformte Ansatzkragen 29, 30 auf, die die Anlagefläche des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 28 an dem inneren Umfangswandabschnitt 8 des Masseelements 4 und damit die Klebefläche zur stoffschlüssigen Verbindung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 28 an der sonstigen Ausgleichswelle 2 vergrößern. Ansonsten entspricht das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 28 nach den 19 bis 23 dem Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 27 nach den 14 bis 18.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement auch zusammen mit dem Masseelement als vom Grundkörper 3 zunächst separates Verbundbauteil ausgeführt sein. Dieses Verbundbauteil wird dann mit dem Grundkörper 3 der Ausgleichswelle 2 verbunden, beispielsweise drehfest auf die Ausgleichswelle 2 aufgesteckt.
Die vorstehend dargestellten Ausführungsvarianten des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements sind stoffschlüssig mit dem Masseelement 4 verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine formschlüssige Verbindung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements mit dem Masseelement 4 möglich. Bei der Ausführung nach den 19 bis 23 können die Ansatzkragen 29, 30 beispielsweise entsprechende Hinterschneidungen im Masseelement 4, die beispielsweise als Nuten ausgeführt sind, hintergreifen und damit für eine formschlüssige Verbindung sorgen.
Anhand der 24 bis 27 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 31 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 23 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Bei der Ausgleichswelle 32, die in den 24 und 27 sowie auch in den 28 und 33 dargestellt ist, die nachfolgend zur Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele von Rotationssymmetrie-Ergänzungselementen herangezogen werden, handelt es sich um eine der Ausgleichswellen eines Paars zueinander versetzt angeordneter Ausgleichswellen, die insbesondere bei einem Vierzylinder-Reihenmotor zum Einsatz kommen können.
Die Ausgleichswelle 32 hat zwei an den Grundkörper 3 der Ausgleichswelle 32 angeformte und zueinander axial beabstandete Masseelemente 4 in Form zweier Paare von wulstartigen Fortsätzen 33 eines ansonsten halbkreisförmigen Querschnitts des Grundkörpers 3. Jedes der Rotationssym metrie-Ergänzungselemente 31 hat einen äußeren Umfangswandabschnitt 11, der den äußeren Umfangswandabschnitt 6 des Masseelements 4 zur Bereitstellung einer Rotationssymmetrie der Ausgleichswelle 32 komplementär ergänzt. Zusätzlich hat jedes der Rotationssymmetrie-Ergänzungselemente 31 einen parallel zum Querschnitt der Ausgleichswelle 32 verlaufenden Steckabschnitt 34, der, wie in der 27 dargestellt, in eine hierzu komplementäre Quernut 35 im Bereich des Masseelements 4 der Ausgleichswelle 32 eingesteckt ist. Die Quernut 35 verläuft zwischen den beiden Fortsätzen 33 eines der Masseelemente 4 axial etwa auf halber Höhe von diesen Fortsätzen 33. Dieses Einstecken des Steckabschnitts 34 in die Quernut 35 verhindert einen axialen Versatz des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 31 zur Ausgleichswelle 32.
Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 31 ergänzt den äußeren Umfangswandabschnitt 6 des Masseelements 4 in einem Winkelbereich von etwas mehr als 100°, nämlich in einem Bereich von 102°.
Anhand der 28 bis 32 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 36 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend bereits unter Bezugnahme auf die 1 bis 27, insbesondere auf die 1 bis 5 und 24 bis 27, bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 36 hat wiederum einen äußeren Umfangswandabschnitt 11, der im Bereich des Masseelements 4 zwischen den beiden Fortsätzen 33 den äußeren Umfangswandabschnitt 6 des Masseelements 4 komplementär ergänzt und so eine Rotationssymmetrie der Ausgleichswelle auf Höhe des Rotationssymmetrie-Ergänzungsele ments 36 bereitstellt. Wie das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 31 ist auch das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 36 in Bezug auf eine Mittelebene 37, die parallel zu einem Querschnitt der Ausgleichswelle 32 verläuft, spiegelsymmetrisch. In dieser Mittelebene 37 verläuft eine Verstärkungsrippe 38, die an den äußeren Umfangswandabschnitt 11 angeformt ist. Eine weitere Symmetrieebene 37a, die der Schnittebene der 27 entspricht, verläuft senkrecht hierzu (vgl. 31).
Die beiden in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Enden des äußeren Umfangswandabschnitts 11 des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 36 tragen jeweils einen Befestigungsabschnitt 39. Die beiden Befestigungsabschnitte 39 haben zunächst eine Schwalbenschwanz-Ergänzung 40 des äußeren Umfangswandabschnitts 11. Hieran in einer Segmentebene des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 36 verlaufend angeformt ist ein Verbindungsabschnitt 41, dessen Erstreckung nach innen einer Radialerstreckung der Verstärkungsrippe 38 entspricht. Der Verbindungsabschnitt 41 hat wie die Verstärkungsrippe 38 eine Verstärkungs- und Versteifungsfunktion für das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 36. Ebenfalls innerhalb der gleichen Segmentebene verlaufend setzt sich an den Verbindungsabschnitt 11 nach innen fort ein Rasthaken 42.
Die Fortsätze 33 haben im Querschnitt komplementär zu den Schwalbenschwanz-Ergänzungen 40 des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 36 geformte Ausnehmungen 43. Nach innen hin weist jede dieser Ausnehmungen 43 eine Stufe 44 auf, die komplementär zum Rasthaken 42 ausgeformt ist. Der Abstand zwischen den beiden axial auf gleicher Höhe einander gegenüberliegenden Stufen 44 der beiden Fortsätze 33 ist etwas kleiner als der kräftefreie Abstand der beiden Hakenelemente der beiden Rasthaken 42, so dass in der montierten Stellung des Rotationssymmetrie-Ergän zungselements 36, die in der 28 dargestellt ist, das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 36 unter Vorspannung mit den Fortsätzen 33 der Ausgleichswelle 32 verrastet ist. Die komplementäre Aufnahme der Schwalbenschwanz-Ergänzungen 40 in den Ausnehmungen 43 sorgt dabei dafür, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 36 in der 28 nicht nach oben hin ausweichen kann. Somit ist eine formschlüssige Verbindung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 36 am Masseelement 4 der Ausgleichswelle 32 gegeben.
Anhand der 33 bis 37 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 45 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 32, insbesondere auf die 1 bis 5 und 24 bis 32, bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Anstelle der Befestigungsabschnitte 39 bei der Ausführung nach den 28 bis 32 weist das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 45 der Ausführung nach den 33 bis 37 zwei innere Befestigungsstege 46 auf, zwischen denen die Verstärkungsrippe 38 verläuft. Die Befestigungsstege 46 und die Verstärkungsrippe 38 sind wiederum einstückig in den äußeren Umfangswandabschnitt 11 angeformt. Die von den beiden Befestigungsstegen 46 vorgegebenen Stegebenen stehen senkrecht auf der von der Verstärkungsrippe 38 vorgegebenen Ebene. Diese beiden Stegebenen verlaufen unter einem Winkel von 48,3° zueinander, so dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement 45 in der Seitenansicht nach 35 einem Pilz ähnelt, wobei der Umfangswandabschnitt 11 die Pilzkappe und die beiden Befestigungsstege 46 einen sich zur Pilzkappe hin stark verjüngenden Fuß des Pilzes andeuten. Die beiden Befestigungsstege 46 laufen in sich hammerartig verbreiternden Endabschnitten 47 aus.
In der montierten Stellung des Rotationssymmetrie-Ergänzungselements 45 am Masseelement 4 der Ausgleichswelle 32, die in der 33 dargestellt ist, nehmen Umfangs-Endbereiche 48 des äußeren Umfangswandabschnitts 11 einerseits und die Endabschnitte 47 der Befestigungsstege 46 andererseits komplementär hierzu geformte Abschnitte 49 der Fortsätze 33 formschlüssig zwischen sich auf.
Auch bei der Ausführung nach den 33 bis 37 ergänzt in dieser montierten Stellung der äußere Umfangswandabschnitt 11 die Rotationssymmetrie der Ausgleichswelle 32 zwischen den beiden Fortsätzen 33.
Aufgrund der vorstehend erläuterten Rotationssymmetrie-Ergänzungselemente 31, 36 und 45 gewährleistet, dass im Bereich insbesondere einer Radiallagerung der Ausgleichswelle 32 auf Höhe der Masseelemente 4 eine vollumlaufend zylindrische Lager-Lauffläche gewährleistet ist. Druckschwankungen eines Lagerschmiermittels, beispielsweise eines Öls, die zu Problemen, beispielsweise zu einem abfallenden Schmiermitteldruck führen können, treten dann nicht auf.
Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführung ist das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement als rotationssymmetrische Einhausung für das Masseelement ausgebildet. Bei dieser Ausführung umgibt das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement den Grundkörper 3 rotationssymmetrisch. Auch bei dieser Ausführung wird das nicht rotationssymmetrische Masseelement durch das als Einhausung ausgebildete Rotationssymmetrie-Ergänzungselement zu einem rotationssymmetrischen Gesamtelement ergänzt. In diesem Fall bildet das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement anders als bei den dargestellten Ausführungen die gesamte Umfangswand des Gesamtelements.
Die dargestellten Ausführungen zeigen jeweils ein einteiliges Rotationssymmetrie-Ergänzungselement. Alternativ kann das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement auch zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein. Dies gilt entsprechend auch für die nicht dargestellten, aber beschriebenen Ausführungen, beispielsweise die Ausführung „Einhausung”, für das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement.

Claims

Ausgleichswelle (2) zur Verringerung der Vibrationen eines Verbrennungsmotors, – mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper (3), – mit einem eine gezielte Unwucht darstellenden Masseelement (4), das an dem Grundkörper (3) angebracht ist, gekennzeichnet durch ein Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (1; 22; 27; 28; 31; 36; 45), welches im Bereich des Masseelements (4) am Grundkörper (3) angebracht ist und dort eine Rotationssymmetrie der Ausgleichswelle (2) bereitstellt.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (1; 22; 27; 28; 31; 36; 45) eine zum Masseelement (4) komplementäre äußere Form hat.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (1; 27; 28) einen rechteckigen Längsschnitt längs einer eine Rotationsachse (5) der Ausgleichswelle (2) enthaltenden Ebene (20) aufweist.
Ausgleichswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (22) eine sich nach außen verjüngende Mantelwand (23, 24) aufweist.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (1; 22, 27; 28; 31; 36; 45) aus Kunststoff gefertigt ist.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement zusammen mit dem Masseelement (4) als Verbundbauteil ausgeführt ist.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (1; 22; 27; 28) stoffschlüssig mit dem Masseelement (4) verbunden ist.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (31; 36; 45) formschlüssig mit dem Masseelement (4) verbunden ist.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement als rotationssymmetrische Einhausung für das Masseelement (4) ausgebildet ist, welches den Grundkörper (3) der Ausgleichswelle (2) in einem auf das Masseelement (4) übergreifenden Axialabschnitt umgibt.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement zweiteilig ausgeführt ist.
Ausgleichswelle nach einen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (1; 22) zusammen mit dem Masseelement (4) und gegebenenfalls der Ausgleichswelle (2) ein allseitig geschlossenes Gesamtelement bilden.
Ausgleicheswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationssymmetrie-Ergänzungselement (27; 28; 31; 36; 45) stirnwandfrei ausgebildet ist.
Rotationssymmetrie-Ergänzungselement für eine Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12.