DE102012019549A1 - Welle mit wenigstens drei Lagerstellen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle, bevorzugt eine Kurbelwelle, mit wenigstens drei Lagerzapfen zum drehbaren Lagern dieser in einem Gehäuse. Diese weist wenigstens in Teilbereichen zwischen zwei benachbarten Lagerstellen eine statische und/oder dynamische Unwucht auf. Die Welle hat wenigstens zwei Lagerzapfen (2, 4), deren Drehachsen (D2, D4) auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Wenigstens ein weiterer Lagerzapfen (3) weist eine Drehachse (D3) auf. Diese ist parallel, aber radial zur Drehachse der Lagerzapfen (2, 4) versetzt angeordnet. Wird die Welle jedoch bei höherer Drehzahl betrieben, so gleicht die sich durch die Massenunwucht einstellende Verbiegung den Versatz des entgegengesetzt zu dieser versetzten Lagerzapfens aus. Der Versatz des versetzten Lagerzapfens (3) kann so gestaltet werden, dass er für eine bestimmte Drehzahl durch die Durchbiegung kompensiert wird. In diesem Drehzahlbereich kann damit die Reibung vermindert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Welle mit wenigstens drei Lagerstellen, in welchen sie drehbar gelagert ist. Dabei weist die Welle in mindestens einem Teilbereich der Welle eine statische und/oder dynamische Unwucht auf. Teilbereich bezeichnet hierbei den Abschnitt zwischen zwei benachbarten Lagerstellen. Die Welle ist vorzugsweise eine Kurbelwelle oder Massenausgleichswelle eines Verbrennungsmotors.
  • Diese statische und/oder dynamische Unwucht verursacht eine mit der Welle umlaufende Verformung, welche ebenfalls mit der Welle umlaufende Lagerkraftkomponenten erster Ordnung zur Folge hat. Diese Kraftwirkung ist abhängig von den statischen und/oder dynamischen Unwuchten der einzelnen Teilbereiche und der Drehzahl der Welle. Diese durch die Verformung der Welle verursachten Lagerkraftkomponenten führen zu einer unerwünschten erhöhten Reibleistung der Lager der Welle.
  • Für Kurbelwellen besteht die Möglichkeit, durch die Anordnung entsprechender Gegengewichte die statischen und/oder dynamischen Unwuchten der Teilbereiche derart auszugleichen, dass die umlaufenden Lagerkraftkomponenten erster Ordnung vollständig ausgeglichen werden. Ein derartiger vollständiger Massenausgleich der Lagerkraftkomponenten erster Ordnung führt jedoch zu einer entsprechend schweren Kurbelwelle, welche in ihrem dynamischen Verhalten bei Hochlauf bzw. Abbremsen träge ist. Um die Masse bzw. das Massenträgheitsmoment zu begrenzen, werden daher Kurbelwellen für bestimmte Anwendungen nur teilweise ausgeglichen, so dass die Teilbereiche der Kurbelwelle statische und/oder dynamische Unwuchten aufweisen, welche die oben beschriebenen Kraftwirkungen bzw. die dadurch hervorgerufenen Durchbiegungen erzeugen.
  • Vorbekannt ist es aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 027 100 A1 , eine exzentrische Lagerung für eine Kurbelwelle so zu gestalten, dass deren Lagerspiel in wenigstens einem der Kurbelwellenlager aufgehoben wird. Akustische Nachteile, welche durch das wechselseitige Anlegen der Kurbelwelle an den Lagern hervorgerufen durch die eingeprägten Gaskräfte auftreten, sollen dabei vermindert werden. Die Lagerung im Kurbelgehäuse wird entgegen der Stoßrichtung der Gaskräfte versetzt, um die Auswirkungen des wechselseitigen Anlegens des Lagerzapfens zu vermindern.
  • Weiterhin ist es aus der DE 101 01 136 C1 vorbekannt, eine auf bestimmte Temperaturbereiche optimierte Kurbelwelle zu schaffen, deren Abmessungen von Hauptlagern und Kurbelwangen so gestaltet sind, dass sie gegenüber ihrer Lagerung axial versetzt angeordnet sind, wobei durch die temperaturbedingte axiale Ausdehnung im Betriebsbereich der Kurbelwelle eine entsprechend axial mittige Positionierung der Lagerstelle relativ zu den Lagern im Gehäuse erreicht wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Welle zu schaffen, welche in einzelnen Teilbereichen eine statische und/oder dynamische Unwucht aufweist und in einem definierten Drehzahlbereich eine verminderte Reibung an ihren Lagerstellen hat.
  • Die erfindungsgemäße Welle weist dabei wenigstens drei Lagerstellen mit auf der Welle ausgebildeten Lagerzapfen auf, welche diese drehbar in einem Gehäuse lagern. Die Welle weist in wenigstens einem Teilbereich eine statische und/oder dynamische Unwucht auf. Auf der Welle sind wenigstens zwei der Lagerzapfen zum Lagern der Welle im Gehäuse angeordnet, deren Drehachsen auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Die Welle weist zusätzlich zu diesen Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse wenigstens einen weiteren Lagerzapfen zum Lagern der Welle im Gehäuse auf. Dieser weitere Lagerzapfen zum Lagern der Welle im Gehäuse weist eine Drehachse auf, die in Relation zu der Geraden, auf welcher die Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse liegen, versetzt ist. Dieser wenigstens eine weitere Lagerzapfen weist damit eine von den Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse abweichende Drehachse auf. Diese Drehachse verläuft parallel zur Geraden, auf welcher die Drehachsen der Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse liegen, ist zu dieser aber radial versetzt angeordnet. Es wird somit eine Welle geschaffen, bei der wenigstens ein Lagerzapfen zum Lagern der Welle im Gehäuse aus der Drehachse der Welle versetzt ist. Im unbelasteten Ruhezustand der Welle führt somit ein Einbau in eine Lagergasse, in welcher die Lagermittelpunkte auf einer Linie liegen, zu einer Einbausituation, in der wenigstens ein Lagerzapfen aus der Linie der Lagermittelpunkte im Gehäuse versetzt ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt der Versatz der Drehachse des wenigstens einen weiteren Lagerzapfens zu der Geraden durch die Drehpunkte der Lagerzapfen mit gemeinsamer Drehachse entgegen der Richtung, in welche dieser bei umlaufender Welle ausweicht. Diese mit der Welle umlaufende Verformung wird durch die Fliehkraftwirkung auf die statische und/oder dynamische Unwucht der Teilbereiche verursacht. Rotiert eine Welle mit exzentrisch zu ihrer Drehachse liegenden Unwuchtmassen, so erfährt sie eine Verbiegung entsprechend der umlaufenden statischen und/oder dynamischen Unwucht. In den Lagern entlang der Drehachse kommt es durch die Verbiegung zu verschiedenen Abweichungen von der Mittellage in den einzelnen Lagerstellen. Diese sind von der Konstruktion der Welle, der Lage der Unwuchten, der Lagerposition und der Drehzahl abhängig. Bei geringster Drehzahl bewirken die Massenunwuchten keine Verbiegung der Welle, dies stellt sich erst bei höherer Drehzahl ein. Im unbelasteten Zustand bei geringer Drehzahl wird somit das Lager, welches den zur Drehachse der Welle versetzten Lagerzapfen trägt, mehr belastet und erzeugt eine größere Reibung. Wird die Welle jedoch bei höherer Drehzahl betrieben, so gleicht sich durch die sich einstellende Verbiegung und den Versatz des Lagerzapfens entgegengesetzt zu dieser der Lageversatz des Lagerzapfens zur Lagerstelle im Gehäuse aus. Der Versatz des weiteren versetzten Lagerzapfens kann so gestaltet werden, dass er für eine bestimmte Drehzahl durch die Durchbiegung kompensiert wird und somit in diesem Drehzahlbereich eine verminderte Reibung erzeugt wird. Beispielsweise für Stationär- oder Schiffsmotoren, deren Kurbelwellen in einem definierten Drehzahlbereich umlaufen oder für Sportmotoren, die bevorzugt in einem engen Drehzahlband hoher Leistungsabgabe betrieben werden, ist eine sich für einen bestimmten Drehzahlbereich ergebende geringere Reibung gegenüber einer konventionellen Welle mit Lagerzapfen gleicher Drehachse vorteilhaft. Die erhöhte Reibung in den nicht bevorzugten Betriebsbereichen wird dabei in Kauf genommen.
  • In vorteilhafter Weise wird daher der Versatz des wenigstens einen weiteren Lagerzapfens zu den Lagerzapfen gleicher Drehachse so gestaltet, dass er betragsmäßig der durch die statischen und/oder dynamischen Unwuchten der einzelnen Teilbereiche hervorgerufenen Durchbiegung der Welle an der Position des wenigstens einen weiteren Lagerzapfens für eine spezifische Drehzahl entspricht. Der Versatz ist im Ruhezustand in seiner Richtung der Durchbiegung entgegengerichtet, so dass diese in vorteilhafter Weise in einem bestimmten Drehzahlband kompensiert wird. Der konstruktiv gestaltete Versatz wird durch die Durchbiegung aufgehoben, so dass sich der weitere versetzt angeordnete Lagerzapfen in seiner Lage der Geraden durch die Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse annähert bzw. im Idealfall für eine bestimmte Drehzahl gleich dieser ist.
  • Die Drehzahl, für welche die Reibleistung durch den Versatz der Lagerzapfen vermindert werden soll, ergibt sich aus dem Einsatzzweck der Welle. Beispielsweise für die Kurbelwelle eines Sportmotors, der für maximale Leistungsabgabe optimiert ist und weitgehend in diesem Bereich betrieben wird, kann eine Optimierung der Reibleistung für den Drehzahlpunkt optimaler Leistungsabgabe erfolgen. Für andere Einsatzzwecke der erfindungsgemäßen Wellen kann eine Auslegung auf einen Drehzahlbereich erfolgen, in welchem die Welle im zeitlichen Mittel am häufigsten betrieben wird.
  • Die auf der Welle angeordneten Lagerzapfen, deren Drehachse auf einer gemeinsamen Geraden liegen, weisen erfindungsgemäß vorteilhaft eine Drehachse auf, welche durch den Massenschwerpunkt der Welle im optimalen Drehzahlpunkt verläuft.
  • Weist die Welle mehr als drei Lagerzapfen auf, so können zusätzlich zu den Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse mehrere weitere, radial versetzt zu dieser Drehachse angeordnete Lagerzapfen vorgesehen sein. Der Versatz dieser Lagerzapfen erfolgt in Richtung und Betrag entgegengesetzt zum Versatz der Biegelinie der Welle, die sich bei einer spezifischen Drehzahl an der jeweiligen Lagerposition in Relation zur Geraden durch die Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse einstellt.
  • In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Welle als Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit vier in Reihe angeordneten Zylindern ausgestaltet. Das Kurbelgehäuse weist dabei fünf Lagerstellen für die fünf Lagerzapfen der Kurbelwelle, welche diese im Kurbelgehäuse lagern, auf. Diese Lagerzapfen der Kurbelwelle für die Lagerung im Kurbelgehäuse werden auch als Hauptlager bezeichnet. Der Mittlere dieser fünf Lagerzapfen ist erfindungsgemäß zur Drehachse der jeweils rechts und links direkt benachbarten Lagerzapfen versetzt. Der Versatz erfolgt entgegen der Richtung der zwischen den jeweils benachbarten Lagerzapfen wirkenden statischen und/oder dynamischen Unwuchten. Der Versatz ist der Verformung der Welle unter Fliehkraftbelastung entgegengerichtet. Bei einer Verbiegung der Welle durch die wirkenden Massenkräfte wird der versetzte Lagerzapfen durch die Verbiegung in eine Richtung verlagert, welche ihn hin zur gemeinsamen Drehachse der benachbarten Lagerzapfen bewegt. Die jeweils direkt benachbarten Lagerstellen sind dabei zentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle bzw. liegen in einer Achse mit dem Massenschwerpunkt der Kurbelwelle. Die weiteren beiden, jeweils an den Enden der Kurbelwelle liegenden Lagerzapfen sind ebenfalls entgegen der Wirkung der zwischen den zentrischen Lagerzapfen und den äußeren Lagerzapfen statischen und/oder dynamischen Unwuchten versetzt angeordnet.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Welle als Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ausgeführt. Der Motor weist dabei ein Kurbelgehäuse zur Lagerung der Kurbelwelle auf. Das Kurbelgehäuse besitzt eine Lagergasse mit Lagern für die zu lagernde Kurbelwelle. Es sind dabei wenigstens drei Lagerstellen zum Lagern der Kurbelwelle vorgesehen, die so angeordnet sind, dass die Mittelpunkte der Lagerstellen jeweils auf einer Geraden entlang der Lagergasse angeordnet sind. An der Kurbelwelle sind wenigstens zwei Lagerzapfen ausgebildet, welche die gleiche Drehachse aufweisen. Weiterhin ist wenigstens ein weiterer Lagerzapfen vorhanden, dessen Drehachse im Ruhezustand der Kurbelwelle einen Versatz zu dieser aufweist. In Relation zur Geraden entlang der Mittelpunkte der Lagerstellen in der Lagergasse befinden sich damit wenigstens zwei Lagerzapfen gleicher Drehachse in Übereinstimmung mit dieser Geraden und wenigstens ein weiterer Lagerzapfen ist gegenüber dieser Geraden versetzt.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft ist der Versatz der Drehachse des wenigstens einen versetzten Lagerzapfens im Ruhezustand der Kurbelwelle so gestaltet, dass dieser entgegen der sich beim Umlaufen der Kurbelwelle einstellenden Verbiegung der Welle aus deren Drehachse versetzt ist. Bei einer durch die Massenkräfte hervorgerufenen Verbiegung der Kurbelwelle bei ihrem Umlaufen wird der versetzte Lagerzapfen in Richtung der gemeinsamen Drehachse der Kurbelwelle verlagert. Der Versatz des wenigstens einen versetzten Lagerzapfens ist dabei in seinem Betrag so gestaltet, dass dieser für eine mit einer spezifischen Drehzahl einhergehende Verbiegung sich mit seiner Drehachse auf der Geraden durch die Mittelpunkte der Lagerstellen der Lagergasse befindet. Hieraus ergibt sich durch die Verbiegung für eine spezifische Drehzahl eine Lage aller Lagerzapfen auf einer Geraden, was die Reibung gegenüber einer konventionellen Kurbelwelle, deren Lagerzapfen im Ruhezustand auf einer Geraden angeordnet sind, für diese Drehzahl verbessert. Unterhalb dieser Drehzahl erhöht sich die Reibung, was für die spezifische Anwendung jedoch in Kauf genommen wird.
  • Der Versatz des wenigstens einen versetzten Lagerzapfens zur Geraden durch die Mittelpunkte der Lagerstellen beträgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens 5 μm.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Hierbei zeigen:
  • 1 die Kurbelwelle eines 4-Zylinder-Motors gemäß dem Stand der Technik und
  • 2 eine erfindungsgemäße Kurbelwelle eines 4-Zylinder-Motors.
  • Die in 1 gezeigte Kurbelwelle K eines 4-Zylinder-Motors weist eine konstruktive Gestaltung entsprechend dem Stand der Technik auf. Die Kurbelwelle K weist vier Kröpfungen 11, 12, 13 u. 14 mit vier Lagerzapfen 6, 7, 8 u. 9 zur Lagerung der Pleuel auf und fünf Lagerzapfen 1, 2, 3, 4 u. 5 zur Lagerung der Kurbelwelle K im Gehäuse auf. Diese Lagerzapfen 15 werden auch als Hauptlagerzapfen bezeichnet. Gegenüberliegend zu den Kröpfungen 1114 sind Gegengewichte 10 an den Kurbelwangen angeordnet. Diese Gegengewichte 10 kompensieren die Massenunwucht der jeweiligen Kröpfungen bzw. Teilbereiche 1114 nur teilweise, so dass bei der Rotation der Kurbelwelle K für jede dieser Kröpfungen Massenkräfte erster Ordnung mit diesen umlaufen. Entsprechend der Wirkung dieser Massenkräfte wird eine Durchbiegung hervorgerufen. Zur besseren Darstellung ist der Grad der Durchbiegung über das im normalen Betrieb hinausgehende Maß in 1 dargestellt. In Bezug zu einer Mittellinie M, welche gleichzeitig die Drehachse der Kurbelwelle K darstellt, auf der der Massenschwerpunkt der Kurbelwelle K liegt, sind die durch die Durchbiegung verursachten Abweichungen der Drehachsen D1, D3, D5 der Lagerzapfen 1, 3 und 5 dargestellt. Die gezeigten Drehachsen D1, D3 und D5 der Lagerzapfen 1, 3, 5 weisen jeweils eine Abweichung A von der Mittellinie M auf. Der Betrag dieser Abweichung ist abhängig von den unausgeglichenen umlaufenden Massenunwuchten der einzelnen Kröpfungen und der Drehzahl der Kurbelwelle K. Die Drehachsen der Lagerzapfen 2 und 4 stimmen bei der hier gezeigten Ausführung mit der Drehachse der Kurbelwelle K überein und liegen auf einer gemeinsamen, mit der Mittellinie M übereinstimmenden Geraden, die durch den Massenschwerpunkt der Kurbelwelle K bei Rotation geht. Im unbelasteten Zustand der Kurbelwelle K befinden sich die Lagerzapfen 15 der Hauptlager auf einer Geraden durch ihre Drehachsen D1–D5, welche der Drehachse der Kurbelwelle K entspricht. Diese Ausgestaltung entspricht den im Stand der Technik bekannten konventionellen Kurbelwellen. Eine sich bei nicht vollständig ausgeglichener Kurbelwelle K einstellende Verbiegung bei der konstruktiven Ausgestaltung der Kurbelwelle K zu berücksichtigen, ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Eine solche erfindungsgemäße Kurbelwelle K wird nachfolgend dargestellt. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Kurbelwelle K in einer beispielhaften Ausgestaltung für einen Reihenmotor mit vier Zylindern. Die Kurbelwelle K ist im unbelasteten Zustand dargestellt. Die Darstellung entspricht der Ruhelage, bei welcher keine umlaufenden Massenkräfte auf die Kurbelwelle K einwirken und daher keine Verbiegung auftritt. Wie bereits zu 1 beschrieben, weist die Kurbelwelle eines Vierzylindermotors vier Kröpfungen 1114 und hier beispielhaft fünf Lagerzapfen 15 zum Lagern der Kurbelwelle K in einem Kurbelgehäuse auf. Die Mittellinie M, welche die Drehachse der Kurbelwelle K darstellt, verläuft durch den Massenschwerpunkt der Kurbelwelle K. Der mittig angeordnete Lagerzapfen 3 der Kurbelwelle K ist gegenüber den auf gleicher, mit der Mittellinie M übereinstimmender Drehachse liegenden, direkt benachbarten Lagerzapfen 2 und 4 radial versetzt angeordnet. Betrachtet man den zwischen den Lagerzapfen 2 und 4 liegenden Abschnitt der Kurbelwelle K, so weist dieser eine Massenunwucht auf Seiten der Kröpfungen 12 u. 13 auf, da die Gegengewichte 10-1 bis 10-4 die gegenüberliegende Massenunwucht nur teilweise ausgleichen. Es ergibt sich daher eine Massenunwucht, die mit den Kröpfungen 12 und 13 umläuft. Der Massenschwerpunkt des zwischen den Lagerzapfen 2 und 4 liegenden Abschnitts der Kurbelwelle K ist ausgehend von der Mittellinie M in Richtung der Kröpfungen 12 und 13 verschoben. Entgegengesetzt dieser Verschiebung des Massenschwerpunktes des zwischen den Lagerzapfen 2 und 4 liegenden Abschnitts der Kurbelwelle K zur Mittellinie M ist die Drehachse des mittigen Lagerzapfens 3 verschoben. Es ergibt sich ein Versatz V3 von der Mittellinie M in entgegengesetzter Richtung zu dieser Verschiebung des Massenschwerpunktes der Kurbelwelle in diesem Abschnitt. Die resultierende Verschiebung der Drehachse D3 des mittigen Lagerzapfens 3 erfolgt hier in Richtung der den Kröpfungen 7 und 8 gegenüberliegenden Massenausgleichsgewichte 10-3, 10-2. Betrachtet man die Verbiegung einer konventionellen Kurbelwelle, hervorgerufen durch die unausgeglichen umlaufenden Massenkräfte gemäß dem Stand der Technik, wie diese in 1 dargestellt ist, so wird deutlich, dass die mit den Kröpfungen 7 und 8 umlaufende Massenunwucht eine Durchbiegung erzeugt, welche die Drehachse des mittigen Lagerzapfens 3 verlagert. Durch den Versatz V3 wird bei einer entsprechenden Durchbiegung eine Verlagerung in Richtung der Mittellinie M, die gleichzeitig die Drehachse der direkt benachbarten Lagerzapfen 2 und 4 ist, erzeugt. Für eine bestimmte Drehzahl, in welcher die Durchbiegung der Kurbelwelle K dem Versatz des mittigen Lagerzapfens 3 zur Mittellinie M entspricht, liegt der mittige Lagerzapfen 3 und die direkt benachbarten Lagerzapfen 2 und 4 auf einer Geraden, welche der Mittellinie M als Drehachse der Kurbelwelle K entspricht. Weiterhin sind die Drehachsen D1 und D5 der endseitigen Lagerzapfen 1 und 5 in Ruhelage der Kurbelwelle K zur Mittellinie M versetzt angeordnet. Der Versatz des Lagerzapfens 5 ist in seiner Richtung zu der zwischen dem Lagerzapfen 4 und 5 wirkenden Massenunwucht entgegengesetzt. Dies gilt entsprechend auch für den Versatz V1 des Lagerzapfens 1, der in seiner Richtung zu der zwischen dem Lagerzapfen 2 und 1 wirkenden Massenunwucht entgegengesetzt ist. Die zwischen den endseitigen Lagerzapfen 1 und 5 sowie den zu diesen jeweils benachbarten Lagerzapfen 2 und 4 umlaufende Massenunwucht ergibt sich, wie bereits vorher zu den Kröpfungen 12 und 13 beschrieben, aus dem nicht vollständigen Massenausgleich der Kröpfungen 11 und 14 durch die jeweils gegenüberliegenden Gegengewichte 10-5, 10-6, 10-7, 10-8. Die Kurbelwelle K wird so hergestellt, dass sich ein Versatz der Drehachse D1 des Lagerzapfens 1 zur Mittellinie M entgegengesetzt zum Massenschwerpunkt der Unwucht, der auf Seiten der Kröpfung 11 liegt, ergibt, so dass die Drehachse D1 in Bezug zur Mittellinie M in Richtung der der Kröpfung 11 gegenüberliegenden Massenausgleichsgewichte 10-5 und 10-6 verschoben ist. Dies gilt äquivalent auch für den Lagerzapfen 5, bei dem die Unwucht auf der Seite der Kröpfung 14 liegt. Die Drehachse D5 ist in Bezug zur Mittellinie M in Richtung der der Kröpfung 14 gegenüberliegenden Massenausgleichsgewichte 10-7 und 10-8 um den Versatz V5 verschoben.
  • Die drehzahlabhängige Durchbiegung der Kurbelwelle K – hervorgerufen durch die Massenunwucht – ist durch Versuche, durch Simulation oder Berechnung ermittelbar. Es ist damit möglich, für eine spezielle Drehzahl einer definierten Kurbelwelle K eine Durchbiegung zu ermitteln. Ausgehend von dieser Berechnung kann dann eine Kurbelwelle K so gestaltet werden, dass deren Lagerzapfen beim Umlaufen für diese spezielle Drehzahl entlang einer Geraden verlaufen, welche der Drehachse der Kurbelwelle K entspricht. Der Versatz der Lagerzapfen zueinander wird dann durch die Verbiegung kompensiert. Die Kurbelwelle K weist im Normalfall eine Einbausituation auf, in welcher diese in eine Lagergasse eines Verbrennungsmotors eingebaut ist. Die Lagergasse trägt vorzugsweise Gleitlager, wobei die Mittelpunkte der Lagerstellen entlang einer Geraden verlaufen. Eine erfindungsgemäße Kurbelwelle K mit zueinander versetzten Lagerzapfen ist somit im Ruhezustand so verbaut, dass sich für die versetzten Lagerzapfen ein entlang des Lagerumfanges gesehen ungleiches Lagerspiel ergibt. Bei geringer Drehzahl wird somit die Reibleistung erhöht sein, da die versetzten Lagerzapfen 1, 3, und 5 einer zusätzlichen kreisförmigen Bewegungsbahn folgen. Die Lagerzapfen 1, 3, 5 sind zu den Lagerzapfen 2 und 4 gleicher Drehachse, welche auf der Mittellinie M, die Drehachse der Kurbelwelle K ist, versetzt. Hieraus ergibt sich gleichzeitig ein Versatz der Drehachsen der versetzten Lagerzapfen 1, 3, 5 bezüglich einer Geraden durch die Mittelpunkte der Lagerstellen in der Lagergasse. Wird die Kurbelwelle K jedoch auf eine Drehzahl gebracht, bei welcher die Verbiegung den Versatz kompensiert, so befinden sich die Lagerzapfen 1-5 wieder auf einer Geraden auf der Mittellinie M und liegen mit ihren Drehachsen auf der Geraden durch die Lagermittelpunkte der Lagergasse des Kurbelgehäuses.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010027100 A1 [0004]
    • DE 10101136 C1 [0005]

Claims (11)

  1. Welle mit wenigstens drei Lagerzapfen zum drehbaren Lagern der Welle in einem Gehäuse, wobei die Teilbereiche der Welle zwischen zwei benachbarten Lagerstellen wenigstens eine statische und/oder dynamische Unwucht aufweisen, wobei die Welle wenigstens zwei Lagerzapfen (2, 4) zum Lagern der Welle im Gehäuse aufweist, deren Drehachsen (D2, D4) auf einer gemeinsamen Geraden liegen und wenigstens ein weiterer Lagerzapfen (3), zum Lagern der Welle im Gehäuse, auf der Welle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine weitere Lagerzapfen (3), zum Lagern der Welle im Gehäuse, eine Drehachse (D3) aufweist, die in Relation zu der Geraden, auf welcher die wenigstens zwei Lagerzapfen (2, 4) liegen, die eine gemeinsame Drehachse aufweisen, parallel aber radial versetzt zu dieser angeordnet ist.
  2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V3) der Drehachse (D3) des wenigstens einen weiteren Lagerzapfens zu der Geraden durch die Drehpunkte (D2, D4) der Lagerzapfen (2, 4) mit gemeinsamer Drehachse entgegen der Richtung erfolgt, in welche die statische und/oder dynamische Unwucht die umlaufende Welle verformt.
  3. Welle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V3, V5) so gestaltet ist, dass er betragsmäßig der durch die statische und/oder dynamische Unwucht hervorgerufenen Durchbiegung der Welle an der Position des wenigstens einen weiteren Lagerzapfens (3, 5) für eine spezifische Drehzahl entspricht.
  4. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Drehzahl die Drehzahl bei maximaler Leistungsabgabe eines Motors oder die Drehzahl, in welcher sich die Welle im Zeitmittel ihres Betriebes am häufigsten befindet, ist.
  5. Welle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerzapfen (2, 4), deren Drehachsen (D2, D4) auf einer gemeinsamen Geraden liegen, eine Drehachse aufweisen, welche durch den Massenschwerpunkt der umlaufenden Welle bei der spezifischen Drehzahl führt.
  6. Welle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere weitere, zusätzlich zu den Lagerzapfen gemeinsamer Drehachse (2, 4) angeordnete Lagerzapfen (1, 3, 5) einen Versatz (V3, V1, V5) aufweisen, der in Richtung und Betrag entgegengesetzt zum Versatz der Biegelinie der Welle ist, die sich bei einer spezifischen Drehzahl an der jeweiligen Lagerposition in Relation zur Geraden durch die Lagerzapfen (2, 4) gemeinsamer Drehachse einstellt.
  7. Welle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Welle um die Kurbelwelle (K) eines Verbrennungsmotors handelt.
  8. Welle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Reihenmotor mit vier Zylindern und fünf Lagerstellen für die fünf Lagerzapfen (1, 2, 3, 4 u. 5) der Kurbelwelle (K) ein mittlerer Lagerzapfen (3) zu den jeweils rechts und links benachbarten Lagerzapfen (2, 4) entgegen der Richtung des Massenschwerpunktes der zwischen den jeweils rechts und links benachbarten Lagerzapfen (2, 4) wirkenden Massenunwucht versetzt ist, wobei diese benachbart zum mittleren Lagerzapfen (3) angeordneten Lagerzapfen (2, 4) zentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle (K) liegen und die jeweils an den Enden der Kurbelwelle liegenden Lagerzapfen (1, 5) ebenfalls entgegen der Wirkung der zwischen dem benachbarten zentrischen Lagerzapfen (2, 4) und dem jeweils benachbarten äußeren Lagerzapfen (1, 5) wirkenden Massenunwucht versetzt sind.
  9. Kurbelwelle (K) für ein Kurbelgehäuse eines Motors, wobei das Kurbelgehäuse eine Lagergasse und eine in dieser gelagerte Kurbelwelle (K) aufweist und die Lagergasse im Kurbelgehäuse wenigstens drei Lagerstellen zum Lagern der Kurbelwelle aufweist, die so angeordnet sind, dass die Mittelpunkte der Lagerstellen jeweils auf einer Geraden entlang der Lagergasse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kurbelgehäuse auf ihren Lagerzapfen (1, 2, 3, 4, 5) gelagerte Kurbelwelle (K) wenigstens zwei Lagerzapfen (2, 4) aufweist, welche die gleiche Drehachse (D2, D4) aufweisen und wenigstens ein weiterer Lagerzapfen (3) vorhanden ist, dessen Drehachse im Ruhezustand der Kurbelwelle einen Versatz zur geraden Achse durch die Mittelpunkte der Lagerstellen entlang der Lagergasse sowie einen Versatz zu den auf gleicher Drehachse befindlichen Lagerzapfen (2, 4) aufweist.
  10. Kurbelwelle (K) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V3) der Drehachse (D3) des wenigstens einen versetzten Lagerzapfens (3) im Ruhezustand der Kurbelwelle (K) so gestaltet ist, dass dieser entgegen der sich beim Umlaufen der Kurbelwelle (K) einstellenden Verbiegung der Welle aus deren Drehachse versetzt ist und in seinem Betrag so gestaltet ist, dass der wenigstens eine Lagerzapfen (3) der Kurbelwelle (K) für eine mit einer spezifischen Drehzahl einhergehende Verbiegung sich mit seiner Drehachse (D3) auf der Geraden durch die Mittelpunkte der Lagerstellen der Lagergasse befindet.
  11. Kurbelwelle (K) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V3) der Drehachse (D3) des wenigstens einen versetzten Lagerzapfens (3) zur Geraden durch die Mittelpunkte der Lagerstellen in der Lagergasse wenigstens fünf μm beträgt.
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DE10101136C1 (de) 2001-01-12 2002-02-28 Koro Motorenentwicklung Gmbh Hubkolbenbrennkraftmaschine
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