DE102009042297A1 - Balance shaft for series of three-cylinder stroke piston internal combustion engine or six-cylinder internal combustion engine, has side-cut which is normal to unbalance masses of unbalanced weight sections - Google Patents

Balance shaft for series of three-cylinder stroke piston internal combustion engine or six-cylinder internal combustion engine, has side-cut which is normal to unbalance masses of unbalanced weight sections Download PDF

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    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264—Rotating balancer shafts

Abstract

The balance shaft (1) has a side-cut which is normal to unbalance masses of unbalanced weight sections (2,2') in an area of an internal combustion engine middle portion (6). The balance masses of the unbalanced weight sections are flattened in the direction of a rotating surface (7) in the direction of the internal combustion engine middle portion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a balance shaft with the features of the preamble of claim 1.

Sie geht von der deutschen Patentschrift DE 197 34 608 C1 aus. In dieser ist eine Baureihe von Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit unterschiedlicher Anzahl von Zylindern beschrieben. Als Dreizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine weist diese eine Ausgleichswelle auf, mit zwei diametral zueinander angeordneten Unwuchtgewichtsabschnitten und zwei Lagerstellen, wobei gemäß 3 zwischen den Lagerstellen die Unwuchtgewichtsabschnitte von der Ausgleichswelle selbst gebildet sind.It is based on the German patent specification DE 197 34 608 C1 out. In this a series of reciprocating internal combustion engines is described with a different number of cylinders. As a three-cylinder reciprocating internal combustion engine, this has a balance shaft, with two diametrically opposed unbalance weight sections and two bearings, wherein according to 3 between the bearings, the imbalance weight portions are formed by the balance shaft itself.

Nachteilig an einer derartigen, gattungsgemäßen Ausgleichswelle sind ihr relativ hohes Gewicht und die damit verbundenen relativ hohen Herstellkosten.A disadvantage of such a generic balance shaft are their relatively high weight and the associated relatively high production costs.

Aus diesem Grund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei weniger Materialeinsatz und praktisch gleicher Unwucht ein besseres Unwucht/Gewichtsverhältnis darzustellen.For this reason, the present invention has the object, with less material use and virtually the same imbalance to represent a better imbalance / weight ratio.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of patent claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist in vorteilhafter Weise eine Gewichts- und Kosteneinsparung von bis zu 15% möglich. Weiter wird das Massenträgheitsmoment um die Rotationsachse reduziert, woraus eine verbesserte Antriebsakustik resultiert.The embodiment of the invention is advantageously a weight and cost savings of up to 15% possible. Furthermore, the mass moment of inertia about the axis of rotation is reduced, resulting in improved drive acoustics.

Mit den Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche 2 und 3 verbessert sich der erfindungsgemäße Effekt nochmals um bis zu 15%.With the embodiments according to claims 2 and 3, the effect according to the invention improves again by up to 15%.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 werden die Biegemomente innerhalb der Lagerstellen deutlich reduziert.With the embodiment according to claim 4, the bending moments within the bearing points are significantly reduced.

Die Ausführung gemäß Patentanspruch 5 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform.The embodiment according to claim 5 is a particularly preferred embodiment.

Aufgrund der geringen Biegemomente kann die Ausgleichswelle gemäß Patentanspruch 6 wälzgelagert, wie z. B. nadelgelagert werden.Due to the low bending moments, the balance shaft according to claim 6 roller bearings, such. B. needle bearing.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels in drei Figuren näher erläutert.In the following, the invention is explained in more detail with reference to a particularly preferred embodiment in three figures.

1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle. 1 shows a side view of a balance shaft according to the invention.

2 zeigt eine Aufsicht auf, sowie eine Schnittebene B-B durch die erfindungsgemäße Ausgleichswelle. 2 shows a plan view, and a sectional plane BB through the balance shaft according to the invention.

3 zeigt einen Schnitt B-B aus 2 durch die erfindungsgemäße Ausgleichswelle. 3 shows a section BB 2 by the balance shaft according to the invention.

Im Folgenden gelten in den 1 bis 3 für gleiche Elemente die gleichen Bezugsziffern.The following apply in the 1 to 3 the same reference numbers for the same elements.

1 zeigt eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle 1. Es handelt sich um eine Ausgleichswelle 1 für eine Reihen-Dreizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine oder eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine in V-Bauart für einen Momentenausgleich 1. Ordnung, bevorzugt mit 90° Zylinderwinkel. In diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwei diametral zueinander angeordnete Unwuchtgewichtsabschnitte 2, 2' beidseitig von zwei Lagerstellen 3, 3' angeordnet. Die Unwuchtgewichtsabschnitte 2, 2' sind zwischen den Lagerstellen 3, 3' von der Ausgleichswelle 1 selbst gebildet und außerhalb der Lagerstellen 3, 3' von korrespondierenden, gleichgerichteten Zusatzmassen 4, 4', wobei die Ausgleichswelle ein Antriebselement 5 außerhalb der Lagerstelle 4 aufweist, bei dem es sich hierbei um ein Zahnrad handelt. In diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Unwuchtgewichtsabschnitt 2 von dem Antriebselement 5 gebildet. Eine Rotationsachse ist mit 7 beziffert. 1 shows a side view of a balance shaft according to the invention 1 , It is a balance shaft 1 for a series three-cylinder reciprocating internal combustion engine or a V-type six-cylinder internal combustion engine for a first-order torque compensation, preferably with a 90 ° cylinder angle. In this particularly preferred embodiment, two imbalance weight sections arranged diametrically opposite one another 2 . 2 ' on both sides of two bearings 3 . 3 ' arranged. The imbalance weight sections 2 . 2 ' are between the campsites 3 . 3 ' from the balance shaft 1 self-educated and outside the campsites 3 . 3 ' of corresponding, rectified additional masses 4 . 4 ' wherein the balance shaft is a drive element 5 outside the depository 4 which is a gear. In this particularly preferred embodiment, an imbalance weight portion 2 from the drive element 5 educated. An axis of rotation is with 7 quantified.

Erfindungsgemäß weist die Ausgleichswelle 1 im Bereich einer Brennkraftmaschinenmitte 6 normal zu den Unwuchtgewichtsabschnitten 2, 2' eine Taillierung auf, die in 2 erkennbar ist. Weiter ist aus 1 entnehmbar, dass die Unwuchtmassen der Unwuchtgewichtsabschnitte 2, 2' innerhalb der Lagerstellen 3, 3' in Richtung der Brennkraftmaschinenmitte 6 in Richtung einer Rotationsachse 7 abgeflacht sind. Die Abflachung ist auf nur einer Seite der Ausgleichswelle 1 durch ein Dreieck symbolisch dargestellt, wobei es sich hierbei um einen Massenanteil mit geringem Beitrag zu einem Unwuchtmoment M handelt.According to the invention, the balance shaft 1 in the area of an internal combustion engine center 6 normal to the imbalance weight sections 2 . 2 ' a sidecut on in 2 is recognizable. Next is out 1 removable, that the imbalance masses of imbalance weight sections 2 . 2 ' within the storage locations 3 . 3 ' in the direction of the engine center 6 in the direction of a rotation axis 7 are flattened. The flattening is on only one side of the balance shaft 1 symbolically represented by a triangle, which is a mass fraction with a small contribution to an unbalance moment M.

In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Unwuchtgewichtsabschnitte 2, 2' auch, wie zum Stand der Technik dargestellt, nur innerhalb der Lagerstellen 3, 3' angeordnet sein, jedoch mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung.In another embodiment, the imbalance weight portions 2 . 2 ' also, as shown in the prior art, only within the bearing points 3 . 3 ' be arranged, but with the inventive design.

2 zeigt eine Aufsicht auf die Ausgleichswelle 1, wobei die Taillierung der Unwuchtgewichtsabschnitte 2, 2' im Bereich der Brennkraftmaschinenmitte 6 klar erkennbar ist. Der Massenanteil mit geringem Beitrag zum Unwuchtmoment M ist ebenfalls wiederum nur auf einer Seite der Ausgleichswelle 1 durch ein Dreieck symbolisch dargestellt. Weiter ist in 2 eine Schnittebene B-B eingezeichnet, der korrespondierende Schnitt ist in 3 dargestellt. 2 shows a plan view of the balance shaft 1 wherein the waist of the imbalance weight sections 2 . 2 ' in the area of the engine center 6 is clearly recognizable. The mass fraction with little contribution to the unbalance moment M is again only on one side of the balance shaft 1 represented symbolically by a triangle. Next is in 2 a sectional plane BB drawn, the corresponding section is in 3 shown.

3 zeigt den Schnitt B-B aus 2 durch die erfindungsgemäße Ausgleichswelle 1 mit Blick auf die Zusatzmasse 4'. Geschnitten dargestellt ist der Schaft der Ausgleichswelle 1. Deutlich erkennbar in 3 ist, dass der Unwuchtgewichtsabschnitt 2' auf der der Unwuchtmasse abgewandten Seite dachförmig ausgeformt ist. Der Massenanteil mit geringem Beitrag zum Unwuchtmoment M ist wieder auf einer Seite symbolisch durch ein Dreieck dargestellt. Selbstverständlich gilt die dachförmige Ausformung auch für den Unwuchtgewichtsabschnitt 2. 3 shows the section BB 2 by the balance shaft according to the invention 1 overlooking the additional mass 4 ' , Cut shown is the shaft of the balance shaft 1 , Clearly visible in 3 is that the imbalance weight section 2 ' is formed roof-shaped on the side facing away from the imbalance mass. The mass fraction with little contribution to the unbalance moment M is symbolically represented on one side by a triangle. Of course, the roof-shaped formation also applies to the imbalance weight portion 2 ,

Die Ausgleichswelle 1 wird erfindungsgemäß so ausgeführt, dass sie durch ihre Formgebung auch zum Ausgleich des Gesamtmassenmomentes beiträgt. Ziel ist es, dass der Quotient aus Unwuchtmoment/(Masse der Ausgleichswelle 1) ein Maximum erreicht. Bei Dreizylinder-Ausgleichswellen bzw. Sechszylinder-Ausgleichswellen der V-Bauart, bevorzugt mit 90°-Zylinderwinkel, errechnet sich das Unwuchtmoment der Ausgleichswelle aus dem Produkt folgender 4 Faktoren:

  • 1. Masse der Ausgleichswelle 1 (links bzw. rechts von der Brennkraftmaschinenmitte 6 in Längsrichtung der Ausgleichswelle 1 betrachtet)
  • 2. Schwerpunktabstand zur Rotationsachse Z_sp
  • 3. Schwerpunktabstand zur Brennkraftmaschinenmitte 6 (in Längsrichtung der Ausgleichswelle 1 betrachtet) X_sp
  • 4. Motordrehzahl ω
The balance shaft 1 According to the invention is carried out so that it also contributes to compensate for the total mass moment by their shape. The goal is that the quotient of unbalance moment / (mass of the balance shaft 1 ) reaches a maximum. For three-cylinder balance shafts or six-cylinder balance shafts of the V-type, preferably with a 90 ° cylinder angle, the unbalance moment of the balance shaft is calculated from the product of the following 4 factors:
  • 1. mass of the balancer shaft 1 (left or right of the engine center 6 in the longitudinal direction of the balance shaft 1 considered)
  • 2nd center of gravity distance to the axis of rotation Z_sp
  • 3. Center of gravity distance to the engine center 6 (in the longitudinal direction of the balance shaft 1 considered) X_sp
  • 4. Engine speed ω

Hierbei ist das Unwuchtmoment [Nm] = m_ω·Z_sp·X_sp·ω2, wobei

m_ω
der Massenanteil der Welle (links bzw. rechts der Brennkraftmaschinenmitte 6),
Z_sp
der Schwerpunktabstand in Z-Richtung,
X-sp
der Schwerpunktabstand in X-Richtung und
ω
die Drehzahl ist.
Here, the unbalance torque [Nm] = m_ω · Z_sp · X_sp · ω 2 , where
m_ω
the mass fraction of the shaft (left or right of the engine center 6 )
Z_sp
the center of gravity distance in the Z-direction,
X-sp
the center of gravity distance in the X direction and
ω
the speed is.

Massenanteile, die sich in der Nähe der Rotationsachse bzw. in der Nähe der Brennkraftmaschinenmitte 6 befinden, tragen somit nur sehr wenig zum Ausgleichsmoment bei, d. h. der Quotient aus Unwuchtmoment/(Masse der Ausgleichswelle 1) ist in diesem Bereich sehr niedrig.Mass fractions located near the axis of rotation or in the vicinity of the engine center 6 Thus, contribute very little to the balancing torque, ie the quotient of unbalance torque / (mass of the balancer shaft 1 ) is very low in this area.

In den 1 bis 3 ist somit zu sehen, welche Massenanteile für ein optimales Verhältnis von Unwuchtmoment/(Masse der Ausgleichswelle 1) erfindungsgemäß weggelassen werden können. Diese Bereiche, die Massenanteile mit geringem Beitrag zum Unwuchtmoment M, sind jeweils durch Dreiecke symbolisch dargestellt und gelten selbstverständlich beidseitig der Brennkraftmaschinenmitte 6.In the 1 to 3 Thus it can be seen which mass fractions for an optimal ratio of unbalance torque / (mass of the balance shaft 1 ) can be omitted according to the invention. These areas, the mass fractions with little contribution to the unbalance moment M, are each symbolically represented by triangles and, of course, apply to both sides of the engine center 6 ,

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Ausgleichswelle 1 führt ein geringerer Materialeinsatz zu praktisch gleicher Unwucht und somit zu einem besseren Verhältnis von Unwuchtmoment/(Gewicht der Ausgleichswelle 1). Somit ist eine Gewichts- und Kosteneinsparung von bis zu 30% möglich. Weiter wird das Massenträgheitsmoment um die Rotationsachse reduziert, was zu einer deutlich verbesserten Antriebsakustik führt. Da durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch die Biegemomente in den Lagerstellen 3, 3' reduziert sind, können diese wälzgelagert, wie z. B. nadelgelagert werden.Due to the inventive design of the balancer shaft 1 a lower material usage leads to practically the same unbalance and thus to a better unbalance moment / ratio (weight of the balance shaft) 1 ). Thus, a weight and cost savings of up to 30% is possible. Furthermore, the mass moment of inertia about the axis of rotation is reduced, which leads to a significantly improved drive acoustics. As a result of the inventive design, the bending moments in the bearings 3 . 3 ' are reduced, these can be stored on rollers, such. B. needle bearing.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ausgleichswellebalancer shaft
2, 2'2, 2 '
UnwuchtgewichtsabschnittenImbalance weight sections
3, 3'3, 3 '
Lagerstellenbearings
4, 4'4, 4 '
Zusatzmassenadditional materials
55
Antriebselementdriving element
66
BrennkraftmaschinenmitteEngine center
77
Rotationsachseaxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19734608 C1 [0002] DE 19734608 C1 [0002]

Claims (6)

Ausgleichswelle (1) für eine Reihen-Dreizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine oder eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine in V-Bauart für einen Momentenausgleich 1. Ordnung, mit zwei diametral zueinander angeordneten Unwuchtgewichtsabschnitten (2, 2') und zwei Lagerstellen (3, 3'), wobei zwischen den Lagerstellen (3, 3') die Unwuchtgewichtsabschnitte (2, 2') von der Ausgleichswelle (1) selbst gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (1) im Bereich einer Brennkraftmaschinenmitte (6) normal zu Unwuchtmassen der Unwuchtgewichtsabschnitte (2, 2') eine Taillierung aufweist.Balance shaft ( 1 ) for a series three-cylinder reciprocating internal combustion engine or a V-type six-cylinder internal combustion engine for a first-order torque compensation, with two imbalance weight sections (8) disposed diametrically opposite each other ( 2 . 2 ' ) and two storage locations ( 3 . 3 ' ), whereby between the depositories ( 3 . 3 ' ) the imbalance weight sections ( 2 . 2 ' ) from the balance shaft ( 1 ) are themselves formed, characterized in that the balance shaft ( 1 ) in the region of an internal combustion engine center ( 6 ) normal to imbalance masses of the imbalance weight sections ( 2 . 2 ' ) has a sidecut. Ausgleichswelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen der Unwuchtgewichtsabschnitte (2, 2') in Richtung der Brennkraftmaschinenmitte in Richtung einer Rotationsache (7) abgeflacht sind.Balance shaft according to claim 1, characterized in that the imbalance masses of the imbalance weight sections ( 2 . 2 ' ) in the direction of the engine center in the direction of a rotation axis ( 7 ) are flattened. Ausgleichswelle nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtgewichtsabschnitte (2, 2') auf der, der Unwuchtmasse abgewandten Seite dachförmig ausgeformt sind.Balancing shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the imbalance weight sections ( 2 . 2 ' ) are formed roof-shaped on the side facing away from the imbalance mass. Ausgleichswelle nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtgewichtsabschnitte (2, 2') beidseitig der Lagerstellen (3, 3') angeordnet sind und außerhalb der Lagerstellen (3, 3') von korrespondierenden, gleichgerichteten Zusatzmassen (4, 4') gebildet sind.Balance shaft according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the imbalance weight sections ( 2 . 2 ' ) on both sides of the bearings ( 3 . 3 ' ) and outside the storage locations ( 3 . 3 ' ) of corresponding, rectified additional masses ( 4 . 4 ' ) are formed. Ausgleichswelle nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Ausgleichswelle ein Antriebselement außerhalb der Lagerstellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unwuchtgewichtsabschnitt (2) von dem Antriebselement (5) gebildet ist.Balance shaft according to one of claims 1 to 4, wherein the balance shaft has a drive element outside of the bearing points, characterized in that an imbalance weight portion ( 2 ) of the drive element ( 5 ) is formed. Ausgleichswelle nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (1) in Wälzlagern gelagert ist.Balancing shaft according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the balancing shaft ( 1 ) is mounted in rolling bearings.
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