DE102010032530A1

DE102010032530A1 - Anordnung eines Ausgleichsgewichts an einer Ausgleichswelle

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Publication number: DE102010032530A1
Application number: DE201010032530
Authority: DE
Inventors: Dr. Zeller Andreas; Winfried Jäger; Manfred Kohlhepp; Marc Höfner
Original assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-02
Also published as: WO2012013339A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle (1, 27), insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einem lösbar an der Ausgleichswelle (1, 27) befestigten Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) und einem zur Übertragung eines Antriebsmoments an der Ausgleichswelle (1, 27) lösbar befestigten Antriebsrad (3, 12, 22, 39), wobei das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) an der Ausgleichswelle (1, 27) stirnseitig mit mindestens einem axialen Verbindungselement (4, 24, 25) befestigt ist und das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) und das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) unmittelbar aneinander anliegen, wobei das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil (2, 13, 23, 31, 40), insbesondere ein Sinterbauteil, ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einem lösbar an der Ausgleichswelle oder einem Antriebsrad befestigten Ausgleichsgewicht und einem zur Übertragung eines Antriebsmoments an der Ausgleichswelle lösbar befestigten Antriebsrad, wobei das Antriebsrad an der Ausgleichswelle stirnseitig mit mindestens einem axialen Verbindungselement befestigt ist und das Antriebsrad und das Ausgleichsgewicht unmittelbar aneinander anliegen.
In modernen Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmotoren, werden Ausgleichswellen eingesetzt, um die freien Massenkräfte zu reduzieren oder zu beseitigen. Ausgleichswellen dienen weiterhin dazu, das Betriebsgeräusch und die Vibrationen der Motoren zu reduzieren. Um die freien Massenkräfte zu reduzieren, werden Unwuchten in Form von exzentrischen Gewichten, an der Ausgleichswelle angebracht. Die dadurch in der Bewegung der Ausgleichswelle erzeugten Massenkräfte wirken denjenigen des Kurbeltriebs entgegen. Die Ausgleichswellen werden durch Zahnräder, Ketten oder Zahnriemen von der Kurbelwelle und synchron mit der Kurbelwelle angetrieben. Je nach Motorbauart verwendet man meist eine oder zwei Ausgleichswellen, die mit einfacher oder doppelten Kurbelwellendrehzahl laufen. Die Ausgleichswellen müssen dabei so angeordnet sein, dass die Schwerpunkte der Kolben und der exzentrischen Gewichte auf einer Linie parallel zu den Zylinderachsen liegen, so dass sich der gemeinsame Schwerpunkt der Kolben und der exzentrischen Gewichte nicht mehr bewegt.
Die EP 0 922 883 B1 beschreibt eine Ausgleichswelle mit einem stirnseitig an der Ausgleichswelle befestigten Antriebsrad und einem Ausgleichsgewicht. Offenbart ist eine gezielte Ausbildung eines Antriebsrads und eines in das Antriebsrad hineinreichenden Vorsprungs, wodurch eine kompakte Bauweise einer Ausgleichswelle erzielt werden soll. Offenbart ist weiterhin, dass das Antriebsrad als Sinterteil ausbildbar ist. Zur Drehmomentübertragung ist an der Grundwelle eine Abflachung angebracht, auf die das Antriebsrad formschlüssig aufgeschoben wird. Eine entsprechende Abflachung ist ebenfalls am Vorsprung des Ausgleichsgewichts angebracht, so dass das Drehmoment vom Antriebsrad einerseits auf die Grundwelle und andererseits an das Ausgleichsgewicht übertragbar ist.
Die DE 103 20 747 A1 beschreibt eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine, wobei zumindest die Ausgleichswelle aus einer Hohlwelle und einem an die Hohlwelle angeschweißten Anbindungsbauteil als Sinterteil gefertigt ist. Das Anbindungsbauteil als Sinterbauteil wird mittels Reibschweißens mit der Hohlwelle verbunden. Das Ausgleichsgewicht wird zuerst formschlüssig über den Hohlkörper geschoben und anschließend mittels Hochdruckumformens der Hohlwelle unlösbar mit der Welle verbunden.
Die DE 41 17 876 C1 offenbart eine hohle Triebwelle mit einer Ausgleichsmasse, wobei die Ausgleichsmasse aus einem Sintermaterial gebildet sein kann. Die Ausgleichsgewichte können als Sinterbauteile ausgelegt werden, sind aber nicht als separate Bauteile bezeichenbar, da sie mit der Trieb- beziehungsweise Steuerwelle verbunden sind.
Als nachteilig wird bei den bekannten Ausgleichswellen angesehen, dass aufgrund eines minimal zur Verfügung stehenden Bauraums und/oder vorgegebenen Positionen der Massen häufig die Notwendigkeit einer Platzierung der Massen nahe der Antriebselemente erforderlich ist.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zu Grunde, eine Ausgleichswelle zu schaffen, welche eine einfache Montage und eine bauraum- und positionsoptimierte Anordnung eines Ausgleichsgewichts ermöglicht. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem eine einfache Montage und eine Bauraum und positionsoptimierte Anordnung eines Ausgleichsgewichts ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Ausgleichswelle für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 und in Bezug auf das Verfahren gemäß dem Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die einzelnen Merkmale in den Ansprüchen sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern können mit anderen Merkmalen aus der nachfolgenden Beschreibung wie auch aus den Unteransprüchen zu weiteren Ausgestaltung verknüpft werden.
Eine Ausgleichswelle, die die Aufgabe löst, ist eine Ausgleichswelle, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einem lösbar an der Ausgleichswelle befestigten Ausgleichsgewicht und einem zur Übertragung eines Antriebsmoments an der Ausgleichswelle lösbar befestigten Antriebsrad, wobei das Antriebsrad an der Ausgleichswelle stirnseitig mit mindestens einem axial wirkenden Verbindungselement befestigt ist und das Antriebsrad und das Ausgleichsgewicht unmittelbar aneinander anliegen, wobei des Ausgleichsgewicht und/oder das Antriebsrad ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil, insbesondere ein Sinterbauteil, ist. Durch die Ausbildung des Ausgleichsgewichts als pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil ist nun die Möglichkeit geschaffen, pulvermetallurgische Fertigungsmöglichkeiten für eine Ausbildung des Ausgleichsgewichts zu nutzen. Ein Vorteil, der sich hierbei ergibt, ist der, dass auf eine übliche mechanische Bearbeitung größtenteils verzichtet werden kann, da mit pulvermetallurgischen Fertigungsmöglichkeiten sehr genaue Toleranzen einhaltbar sind. Neben der hohen Toleranzgenauigkeit, die es ermöglicht die pulvermetallurgisch hergestellten Bauteile nahezu unbearbeitet als Ausgleichsgewicht einzusetzen, besteht darüber hinaus die Möglichkeit bauraumoptimierte und positionsoptimierte Anordnungen am Ausgleichsgewicht auszubilden. Hierbei ist es möglich, Ausnehmungen und/oder Erhöhungen und/oder Öffnungen am Ausgleichsgewicht unmittelbar während der pulvermetallurgischen Herstellung anzuformen und/oder auszubilden. Somit ist es in vorteilhafterweise möglich eine einfache Paarung mit dem Zahnrad zu erzielen, wobei die Ausgleichsmasse zielgerichtet in alle Richtungen positioniert werden kann. Zusätzlich erlaubt die pulvermetallurgische Herstellung eine hohe Gewichtsgenauigkeit über eine Vielzahl von Bauteilen hinweg ohne oder nur bei sehr geringem Aufwand bei der mechanischen Bearbeitung.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn das Antriebsrad zumindest in Richtung des Augleichsgewichtes zumindest eine Vertiefung aufweist und das Ausgleichsgewicht zumindest eine Erhöhung aufweist, die in die Vertiefung hinreicht. Zur Optimierung der Position, das heißt der Anordnung des Ausgleichsgewichts in Bezug auf ein Antriebsrad ist es möglich in das Antriebsrad eine Vertiefung einzuformen, in die eine Erhöhung des Ausgleichsgewichts hinreicht. Somit ist nicht nur eine positionsoptimierte Anordnung des Ausgleichsgewichts sondern auch eine bauraumoptimierte Anordnung ermöglicht. Insbesondere in den Fällen, in denen die Bauräume und/oder die vorgegebenen Positionen der Massen an der Ausgleichswelle nahe am Antriebsrad der Ausgleichswelle positioniert werden sollen oder müssen bietet das Ineinandergreifen des Ausgleichsgewichts in das Antriebsrad eine Möglichkeit das Ausgleichsgewicht in eine optimale Position für den Ausgleich der Massenkräfte der Verbrennungskraftmaschine zu bringen.
Weist das Antriebsrad zumindest eine Öffnung und das Ausgleichsgewicht zumindest eine Erhöhung auf, die in die Öffnung hineinreicht, so ergibt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung. In dem Fall, in dem im Antriebsrad eine Öffnung, zum Beispiel in Form einer Einformung und/oder Bohrung vorhanden ist, besteht die Möglichkeit, dass das Ausgleichsgewicht zum Beispiel mittels einer Erhöhung in die Öffnung hinreichen kann. Durch eine gezielte Ausbildung des Ausgleichsgewichts, die in pulvermetallurgischer Hinsicht nahezu beliebig möglich ist, besteht somit die Möglichkeit das Ausgleichsgewicht und somit die exzentrische Masse an der Ausgleichswelle sehr weit in Richtung des Antriebsrads zu verschieben. Es ist somit möglich die Unwuchten beziehungsweise exzentrischen Gewichte und deren Position an der Ausgleichswelle im großen Maße zu variieren. Dies bietet insbesondere dann einen Vorteil, wenn, wie in modernen Verbrennungskraftmaschinen üblich, wenig Bauraum für die Anordnung der Ausgleichswelle zur Verfügung steht.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Erhöhung durch die Öffnung des Antriebsrads hindurchreicht. Durch eine Ausbildung des Ausgleichsgewichts in der Form, dass das Ausgleichsgewicht durch die Öffnung im Antriebsrad hindurchreicht wird eine weitere Verlagerung der exzentrischen Gewichte in Richtung des Antriebsrads ermöglicht. Hierbei kann das Ausgleichsgewicht durch mindestens eine, bevorzugt zwei und noch bevorzugter mehr als zwei Öffnungen des Antriebs hindurchreichen. Es wird folglich eine partielle Positionierung des Ausgleichsgewichts in das Zahnrad hinein ermöglicht. Hierdurch besteht einerseits die Möglichkeit die exzentrischen Gewichte möglichst weit in Richtung des Antriebsrads anzuordnen und gleichzeitig eine stabile Ausbildung des Antriebsrads zu gewährleisten. Bevorzugt sind die Öffnungen im Antriebsrad symmetrisch ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird dann ein Vorteil erzielt, wenn das Ausgleichsgewicht kraftschlüssig mit dem Antriebsrad verbunden, insbesondere verschraubt ist. Ein Verschrauben des Ausgleichsgewichts mit dem Antriebsrad bietet den Vorteil, dass eine leichte Montage des Ausgleichsgewichts am Antriebsrad ermöglicht ist. Die Schraubverbindung als eine mögliche Alternative einer kraftschlüssigen Verbindung bietet darüber hinaus den Vorteil einer kostengünstigen Ausbildung der Verbindung zwischen Ausgleichsgewicht, Antriebsrad und Ausgleichswelle.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn das Antriebsrad mindestens zwei bevorzugt diametral angeordnete Bohrungen aufweist und das Ausgleichsgewicht durch die Bohrungen hindurch mit dem Antriebsrad verschraubt ist. Durch die Ausbildung von Bohrungen im Antriebsrad, die zum Beispiel mit Gewindebohrungen in den Ausgleichsgewichten kooperieren, ist eine einfache und somit kostengünstige Befestigung des Ausgleichsgewichts am Antriebsrad ermöglicht. Insbesondere eine diametrale Anordnung der Bohrungen beziehungsweise Gewindelöcher ermöglicht eine ausgeglichene Gewichtsverteilung der Massen an der Ausgleichswelle. Bevorzugt werden zwei diametral angeordnete Bohrungen in das Antriebsrad eingebracht, die mit zwei Gewindelöchern im Ausgleichsgewicht kooperieren, und somit ein positionsgenaues Befestigen des Ausgleichsgewichts am Antriebsrad beziehungsweise an der Ausgleichswelle ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Antriebsrad mindestens zwei symmetrisch über den Umfang verteilte Öffnungen und das Ausgleichsgewicht mindestens eine Erhöhung auf, die in die Öffnung hineinreicht, wobei die Erhebung bündig mit einer Oberfläche des Antriebsrads abschließt. Bevorzugt werden zwei Erhöhungen am Ausgleichsgewicht ausgebildet, die mit zwei symmetrisch über den Umfang verteilten Öffnungen am Antriebsrad zusammenwirken. Dabei bieten die pulvermetallurgischen Fertigungsmöglichkeiten den Vorteil, dass die Erhebungen sehr präzise und wiederholgenau ausbildbar sind, so dass einerseits eine sehr genaue Positionierung zwischen Antriebsrad und Ausgleichsgewicht ermöglicht wird und andererseits die Fertigungskosten reduziert werden. Die pulvermetallurgischen Fertigungsmöglichkeiten erlauben es hierbei die Erhebungen sehr genau an die Öffnungen im Antriebsrad anzupassen, so dass ein Fügen von Antriebsrad und Ausgleichsgewicht ohne oder nahezu ohne eine Bearbeitung des Ausgleichsgewichts erfolgen kann. Schließt die Erhebung bündig mit einer Oberfläche des Antriebsrad ab, so ergibt sich der Vorteil, dass eine bündige, ebene Oberfläche gebildet ist, die zum Beispiel als Fügehilfe beim Montieren dienen kann. Bilden die Erhebungen und eine äußere Oberfläche des Antriebsrad eine Ebene, so kann hierdurch ebenfalls eine Qualitätskontrolle erleichtert werden, so dass für einen Monteur leicht erkennbar ist, ob das Antriebsrad mit dem Ausgleichsgewicht ordnungsgemäß gefügt wurde.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn sich das Ausgleichsgewicht teilkreis- und zylinderabschnittsförmig um die Ausgleichswelle herum erstreckt. Wird das Ausgleichsgewicht teilkreisförmig und zylinderabschnittsförmig ausgebildet, so liegt das Ausgleichsgewicht in einer als C-Form beschreibbaren Ausbildung vor. Eine derartige C-förmige Ausbildung ermöglicht es einen hohen Massenanteil an oder auf der Ausgleichswelle und/oder am Antriebsrad zu positionieren. Das Ausgleichsgewicht kann derart am Antriebsrad befestigt sein, dass es ausschließlich am Antriebsrad anliegt. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Welle im Bereich der Position des Antriebsrads und des Ausgleichselements keine spezielle Bearbeitung erfordert, um das Ausgleichsgewicht an der Ausgleichswelle zu positionieren, was wiederum einen Kostenvorteil darstellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Ausgleichsgewicht und/oder das Antriebsrad formschlüssig mit der Ausgleichswelle verbunden. Eine formschlüssige Verbindung von Ausgleichsgewicht und/oder Antriebsrad auf der Ausgleichswelle bietet den Vorteil, dass eine sehr genaue Positionierung des Ausgleichsgewichts und/oder des Antriebsrads auf der Welle ermöglicht wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine zusätzliche Positionierung beziehungsweise Fixierung des Ausgleichselementes beziehungsweise des Antriebsrads auf der Welle zu ermöglichen. Die Ausgleichswelle umfasst zumindest eine Welle, ein Ausgleichsgewicht und ein Antriebsrad. Eine formschlüssige Verbindung, zum Beispiel in Form einer Nut oder einer Abflachung oder einer Verzahnung zwischen Welle und Ausgleichsgewicht und/oder Antriebsrad bietet den Vorteil, dass ein leichtes Montieren des Ausgleichsgewichts und/oder des Antriebsrads ermöglicht wird. So ist beispielsweise im Falle einer Einbringung einer Abflachung in die Welle und das Ausgleichsgewicht eine fehlerhafte Positionierung des Ausgleichsgewichts auf der Welle unterbunden. Darüber hinaus bietet eine formschlüssige Verbindung die Möglichkeit einer hohen Kraftübertragung zum Beispiel zwischen Antriebsrad und Welle.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ausgleichsgewicht formschlüssig mit der Ausgleichswelle verbunden und zwischen einer Stirnfläche der Ausgleichswelle und dem Antriebsrad kraftschlüssig gehalten. Eine derartige Verbindung von Ausgleichsgewicht und Ausgleichswelle bietet die Möglichkeit einer leichten und sicheren Montage des Ausgleichsgewichts und des Antriebsrads. Wird beispielsweise das Ausgleichsgewicht mit einer konischen Bohrung versehen und ist gleichzeitig das Wellenende der Ausgleichswelle mit einem konischen Ende versehen, so kann mittels einer kraftschlüssigen Verbindung des Antriebsrads auf der Ausgleichswelle ein Fixieren und sicheres Positionieren des Ausgleichsgewichts auf der Antriebswelle erzielt werden. Darüber hinaus bietet eine kraftschlüssige Verbindung des Antriebsrads auf der Ausgleichswelle den Vorteil, dass das Ausgleichsgewicht und das Antriebsrad leicht zu montieren sind. Im Falle einer Schraubverbindung ist hierbei ein Einhalten einer vorgebbaren Montagekraft leicht möglich.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn das Ausgleichsgewicht ausschließlich mit dem Antriebsrad verbunden ist und am Antriebsrad anliegt. Durch ein ausschließliches Anliegen des Ausgleichsgewichts am Antriebsrad besteht die Möglichkeit, dass das Antriebsrad und das Ausgleichsgewicht vorab montierbar sind und als Modul an der Ausgleichswelle befestigbar ist. Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass lediglich die Montagefläche für das Antriebsrad an der Ausgleichswelle zu bearbeiten ist, was wiederum einen Kostenvorteil in Bezug auf die mechanische Bearbeitung der Ausgleichswelle darstellt.
Bevorzugte Werkstoffe für das pulvermetallurgische Bauteil sind Eisenbasiswerkstoffe, insbesondere solche Eisenbasiswerkstoffe mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 Gew.-% bis 0,8 Gew.-%. Eisenbasiswerkstoffe bieten den Vorteil, dass sie einerseits als pulvermetallurgische Werkstoffe kostengünstig zur Verfügung stehen und andererseits als fertige Bauteile hohe Festigkeitswerte aufweisen. Darüber hinaus weisen einzelne Basiswerkstoffe hohe spezifische Gewichte auf, die insbesondere in Bezug auf den Einsatz als exzentrische Gewichte hohe Massekräfte erzeugen.
In vorteilhafter Weise werden für das pulvermetallurgische Bauteil Legierungen auf Basis von Eisen und Kupfer und/oder Molybdän und/oder Nickel und/oder Chrom und/oder Mangan eingesetzt. Durch die Verwendung unterschiedlicher Legierungen ist es möglich, das pulvermetallurgische Bauteil, insbesondere das Ausgleichsgewicht und das Antriebsrad, an die Anforderungen im Verbrennungsmotor beziehungsweise die Werkstoffpaarungen der Ausgleichswelle anzupassen.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe dahingehend gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle bereitgestellt wird, bei dem zur Bildung einer Schwungmassenausgleichseinheit zuerst ein Ausgleichsgewicht an einem Antriebsrad befestigt wird und dass anschließend die Ausgleichseinheit an der Ausgleichswelle befestigt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Vorteil erzielt, dass die Baugruppe aus Antriebsrad und Ausgleichsgewicht vormontierbar ist. Dies erleichtert einerseits die Montage an der Ausgleichswelle und andererseits die positionsgenaue und lagenoptimierte Anordnung zwischen Antriebsrad und Ausgleichsgewicht. Positionsungenauigkeiten oder Toleranzungenauigkeiten können somit frühzeitig erkannt und behoben werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen weitere Ausgestaltungen hervorgehen. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind jedoch nicht beschränkend, vielmehr können die dort jeweils beschriebenen Merkmale untereinander und mit den oben beschriebenen Merkmalen zur weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass die in der Figurenbeschreibung angegebenen Bezugszeichen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele verweisen. Es zeigt:
1: Eine Schnittdarstellung durch eine Ausgleichswelle mit einer formschlüssigen Verbindung zwischen Ausgleichsgewicht und Antriebswelle;
2: eine dreidimensionale Ansicht auf ein Antriebsrad mit einem partiell in dem Antriebsrad positionierten Ausgleichsgewicht;
3: eine dreidimensionale Ansicht auf eine weitere Ausführungsform einer Verbindung zwischen einem Antriebsrad und einem Ausgleichsgewicht;
4: ein Ausgleichsgewicht gemäß der 3 und
5: eine dreidimensionale Ansicht einer Verbindung zwischen Antriebsrad, Ausgleichsgewicht und Antriebswelle.
In der 1 ist ein Schnitt durch eine Ausgleichswelle 1, ein Ausgleichsgewicht 2 und ein Antriebsrad 3 dargestellt. Das Antriebsrad 3 wird mittels eines axialen Verbindungselements 4 auf der Ausgleichswelle 1 gehalten. Das axiale Verbindungselement 4 ist als Schraubverbindung gezeichnet, wobei das axiale Verbindungselement 4 eine Schraube ist, die mit einer Gewindebohrung 6 in der Ausgleichswelle 1 zusammenwirkt. Die Ausgleichswelle ist beispielsweise eine Ausgleichswelle 1 für eine Verbrennungskraftmaschine und beispielsweise in einem Zylinderkurbelgehäuse aufgenommen und gelagert. Das Ausgleichsgewicht 2 ist formschlüssig mit der Ausgleichswelle 1 verbunden. An das Ausgleichsgewicht ist eine Erhebung 7 angeformt, die sich erstens in eine Ausnehmung 8 des Antriebsrades 3 hinein erstreckt und durch eine Öffnung 9 hindurch bis an eine Oberfläche 10 des Antriebsrades 3 erstreckt. Das Antriebsrad kann Ausnehmungen 8 und/oder Öffnungen 9 aufweisen, die bevorzugt symmetrisch am Umfang des Antriebsrads 3 angeordnet sind. Bevorzugt ist eine symmetrische Anordnung von Ausnehmungen 8 und Öffnungen 9 im Antriebsrad 3 enthalten. Das Antriebsrad 3 ist beispielsweise ein Zahnrad, ein Kettenrad, ein Zahnriemenrad, eine Zahnscheibe oder eine Keilriemenscheibe, die mittelbar oder unmittelbar durch eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Antriebsrad 3 mit einer Verzahnung 11 versehen.
In der 2 ist eine dreidimensionale Ansicht auf ein Antriebsrad 12 und ein Ausgleichsgewicht 13 dargestellt, wobei eine kraftschlüssige Verbindung mit der Ausgleichswelle möglich ist. Das Antriebsrad 12 besitzt eine zentrale Bohrung 14 zur Verbindung des Antriebsrads 12 mit der Ausgleichswelle, wie beispielhaft in der 1 dargestellt. Das Ausgleichselement 13 weist zwei Erhöhungen 15, 16 auf, die sich durch symmetrische Öffnungen 17, 18, 19, 20 des Antriebsrads 12 hindurch erstrecken. Am Ausgleichsgewicht 13 sind zwei Erhöhungen 15, 16 angeordnet, die bündig mit einer Oberfläche 21 des Antriebsrads 12 abschließen. Die Erhebungen 15, 16 weisen durch die Öffnungen 19, 20 hindurch und verlagern somit den Schwerpunkt des Ausgleichsgewichtes 13 in Richtung des Antriebsrads 12. Der Schwerpunkt des Ausgleichsgewichtes 13 und somit der gesamten Ausgleichswelle kann somit in weiten Bereichen variiert und möglichst weit zu einem Ende der Ausgleichswelle hin verschoben werden. Insbesondere die pulvermetallurgische Herstellung des Ausgleichselementes 13 in Form eines Sinterbauteils ermöglicht es hierbei, das Ausgleichsgewicht 13 und insbesondere den Ausgleichsmassenschwerpunkt zielgerichtet in Richtung des Antriebsrads 12 zu verschieben. Ein Vorteil hierbei ist, dass Sinterbauteile 13 mit hoher Genauigkeit gefertigt werden können, so dass auf eine Nacharbeitung zur Einpassung der Sinterbauteile 13 in das Antriebsrad 12 nahezu verzichtet werden kann.
In der 3 ist eine weitere Verbindung zwischen einem Antriebsrad 22 und einem Ausgleichselement 23 in einer dreidimensionalen Darstellung wiedergegeben. Das Antriebsrad 22 weist grundsätzlich ein dem Aufbau der 2 entsprechendes Antriebsrad 12 auf, wobei das Antriebsrad 22 mit zwei diametralen Bohrungen versehen ist. Durch die diametralen Bohrungen im Antriebsrad 22 sind axiale Verschraubungen 24, 25 geführt, die das Ausgleichsgewicht 23 mit dem Antriebsrad 22 kraftschlüssig verbinden. In einer derartigen Ausführungsform ist es möglich, dass das Ausgleichsgewicht 23 ausschließlich am Antriebsrad 22 anliegt. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass eine Ausgleichswelle ausschließlich an der Anlagefläche für das Antriebsrad 22 zu bearbeiten ist. Das Antriebsrad 22 weist eine zentrale Bohrung 26 auf, mittels der das Antriebsrad 22 mit der Ausgleichswelle 27 verbindbar ist. Die Ausgleichswelle 27 ist durch die symmetrischen Öffnungen 28, 29 des Antriebsrads 22 hindurch bereichsweise sichtbar. In der Ausgleichswelle 27 ist ein Gewinde 30 eingebracht, so dass das Antriebsrad 22 mit der Ausgleichswelle 27 kraftschlüssig verbindbar ist.
In der 4 ist ein Ausgleichsgewicht 31 gemäß der 3 in einer dreidimensionalen Darstellung und losgelöst vom Antriebsrad wiedergegeben. Das Ausgleichsgewicht 31 ist teilkreis- und zylinderabschnittsförmig ausgebildet und ebenfalls als c-förmig ausgebildet beschreibbar. An den teilkreis- und zylinderabschnittsförmig ausgebildeten Grundkörper 32, der die Ausgleichswelle teilkreisförmig und zylinderabschnittsförmig umgibt, sind Erhöhungen 33, 34 einstückig angeformt. Durch die pulvermetallurgische Herstellung des Ausgleichsgewichts ist es möglich, die Erhebungen 33, 34 unmittelbar während der pulvermetallurgischen Herstellung des Ausgleichsgewichts 31 auszubilden, so dass auf eine mechanische Bearbeitung des Ausgleichsgewichts 31 nahezu verzichtet werden kann. Das Ausgleichsgewicht 31 weist Gewindebohrungen 35, 36 auf, die diametral in das Ausgleichsgewicht 31 eingebracht sind, so dass das Ausgleichsgewicht 31 kraftschlüssig, insbesondere mittels einer Verschraubung an einem Antriebsrad montierbar ist.
Am Ausgleichsgewicht 31 sind Phasen 37 und Schrägen 38 angebracht, die ebenfalls während der pulvermetallurgischen Herstellung des Sinterbauteils 31 einbringbar sind, wobei die Phasen 37 und/oder die Schrägen 38 als Fügehilfen dienen können. Die Erhöhungen 33, 34 weisen eine kontinuierlich gleichbleibende Breite B auf, können aber ebenfalls mit Absätzen versehen sein, wie sie beispielsweise in den Erhöhungen 15, 16 der 1 im Schnitt dargestellt sind, die Erhöhungen 15, 16 weisen dabei innerhalb des Antriebsrads 3 unterschiedliche Breiten B auf, so dass ein Absatz gebildet ist.
In der 5 ist eine dreidimensionale Ansicht auf ein Antriebsrad 39, ein Ausgleichsgewicht 40 und eine Ausgleichswelle 41 wiedergegeben. Die Ausgleichswelle 41 ist im Bereich des Ausgleichsgewichts 40 verjüngt dargestellt, so dass lediglich das Antriebsrad 39 mit einer Anlagefläche 42 an der Ausgleichswelle 41 anliegt. Das Ausgleichsgewicht 40 weist einen inneren Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Ausgleichswelle 41, so dass das Ausgleichsgewicht 40 lediglich an dem Antriebsrad 39 zur Anlage kommt. Das Ausgleichsgewicht 40 umschließt die Ausgleichswelle 41 teilkreis- und zylinderabschnittsförmig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0922883 B1 [0003]
DE 10320747 A1 [0004]
DE 4117876 C1 [0005]

Claims

Ausgleichswelle (1, 27), insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einem lösbar an der Ausgleichswelle (1, 27) und/oder einem Antriebsrad (3, 12, 22, 39) befestigten Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31,40) und einem zur Übertragung eines Antriebsmoments an der Ausgleichswelle (1, 27) lösbar befestigten Antriebsrad (3, 12, 22, 39), wobei das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) an der Ausgleichswelle (1, 27) stirnseitig mit mindestens einem axial wirkenden Verbindungselement (4, 24, 25) befestigt ist und das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) und das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) unmittelbar aneinander anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) und/oder das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil (2, 13, 23, 31, 40), insbesondere ein Sinterbauteil, ist.
Ausgleichswelle (1, 27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) zumindest in Richtung des Ausgleichsgewichtes (2, 13, 23, 31, 40) zumindest eine Ausnehmung (8) aufweist und das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) zumindest eine Erhöhung (7, 15, 16, 33, 34) aufweist, die in die Ausnehmung (8) hineinreicht.
Ausgleichswelle (1, 27) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) zumindest eine Öffnung (9, 17, 18, 19, 20, 28, 29) aufweist und dass das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) zumindest eine Erhöhung (7, 15, 16, 33, 34) aufweist, die in die Öffnung (9, 17, 18, 19, 20, 28, 29) hineinreicht.
Ausgleichswelle (1, 27) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung (7, 15, 16, 33, 34) durch die Öffnung (9, 17, 18, 19, 20, 28, 29) hindurchreicht.
Ausgleichswelle (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) kraftschlüssig mit dem Antriebsrad (3, 12, 22, 39) verbunden, insbesondere verschraubt, ist.
Ausgleichswelle (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) zwei diametral angeordnete Bohrungen aufweist und das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) durch die Bohrungen hindurch mit dem Antriebsrad (3, 12, 22, 39) verschraubt ist.
Ausgleichswelle (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) mindestens zwei symmetrisch über den Umfang verteilte Öffnungen (9, 17, 18, 19, 20, 28, 29) aufweist und das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) mindestens eine Erhöhung (7, 15, 16, 33, 34) aufweist, die in die Öffnung (9, 17, 18, 19, 20, 28, 29) hineinreicht, wobei die Erhebung (7, 15, 16, 33, 34) bündig mit einer Oberfläche (10, 21) des Antriebsrads (3, 12, 22, 39) abschließt.
Ausgleichswelle (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) teilkreis- und zylinderabschnittsförmig um die Ausgleichswelle (1, 27) herum erstreckt.
Ausgleichswelle (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) und/oder das Antriebsrad (3, 12, 22, 39) formschlüssig mit der Ausgleichswelle (1, 27) verbunden ist.
Ausgleichswelle (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) formschlüssig mit der Ausgleichswelle (1, 27) verbunden und zwischen einer Stirnfläche der Ausgleichswelle (1, 27) und dem Antriebsrad (3, 12, 22, 39) kraftschlüssig gehalten ist.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) ausschließlich mit dem Antriebsrad (3, 12, 22, 39) verbunden ist und am Antriebsrad (3, 12, 22, 39) anliegt.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das pulvermetallurgische Bauteil (2, 13, 23, 31, 40), aus einem Eisenbasiswerkstoff, insbesondere mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2% bis 0,8%, gebildet ist.
Ausgleichswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die pulvermetallurgischen Bauteile (2, 3, 12, 13, 22, 23, 31, 39, 40), aus einer Legierung auf Basis von Eisen und Kupfer und/oder Molybdän und/oder Nickel gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Ausgleichswelle (1, 27) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Schwungmassenausgleichseinheit zuerst ein Ausgleichsgewicht (2, 13, 23, 31, 40) an einem Antriebsrad (3, 12, 22, 39) befestigt wird und dass anschließend die Schwungmassenausgleichseinheit an der Ausgleichswelle (1, 27) befestigt wird.