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Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ausgleichswellen dienen bei Verbrennungsmotoren dazu, die freien Massenkräfte eines Hubkolbenmotors zu reduzieren oder zu beseitigen, um das Betriebsgeräusch und Vibrationen zu reduzieren. Dazu werden Unwuchten (exzentrisch gegenüber einer Drehachse angeordnete Gewichte) an der Ausgleichswelle angebracht. Die dadurch erzeugten Massenkräfte wirken denjenigen des Kurbeltriebs entgegen. Die Ausgleichswellen werden durch Zahnräder, Ketten oder Zahnriemen von der Kurbelwelle synchron angetrieben. Je nach Motorbauart verwendet man meist eine oder zwei Ausgleichswellen, die mit einfacher oder doppelter Kurbelwellendrehzahl laufen.
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Ausgleichswellen erzeugen an den Lagerstellen hohe radiale Kräfte, weswegen, auch aus Kostengründen, möglichst umfänglich geschlossene Lageröffnungen in den die Ausgleichswelle aufnehmenden Gehäuse realisiert werden. Die Ausgleichswelle ist bei einer derartig geschlossenen Lagerbauweise axial einzubauen, d.h. die Welle muss in Achsrichtung in die entsprechende Öffnung eingeführt werden. Grundsätzlich ist man bestrebt, den Durchmesser einer Lageröffnung klein zu gestalten – insbesondere aus Gründen der Festigkeit, wegen Lagerverformung und auch wegen der bei kleinen Lagerdurchmessern geringeren Reibleistung. Bei kleinen Durchmessern einer Lageröffnung kann ein geforderter Unwuchtwert einer Ausgleichswelle bei gegebener Länge nur schwer erreicht werden bzw. bedingt die Verwendung von Material hohen Gewichtes, was dann eine Ausgleichswelle mit einem hohem rotativen Trägheitsmoment ergibt.
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Die
WO 2012055590 A1 schlägt ein Massenausgleichsgetriebe mit einer Ausgleichswelle vor, bei der die Außenhüllkreise des Unwuchtabschnittes und der Lagerstelle exzentrisch zueinander versetzt sind und der Hüllkreisdurchmesser des Unwuchtabschnittes größer ist als der der Lagerstelle. Die Ausgleichswelle wird über innenringfreie Rollenlager im Gehäuse gelagert, wobei zunächst die Ausgleichswelle in das Gehäuse eingesetzt, anschießend radial und axial ausgerichtet wird, woraufhin dann die Rollenlager eingesetzt werden.
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Die
EP 1 065 359 B1 sieht eine Ausgleichswelle vor, welche in Tunnellagern gelagert wird. Eine der die Ausgleichswelle tragenden Lageröffnungen ist derartig bemaßt, dass die Welle durch diese hindurch eingeführt werden kann. Anschließend wird ein Rollenlager eingesetzt.
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Eine Ausgleichswelle mit einer exzentrischen Massenanordnung beschreibt die
DE 198 30 051 C1 . Die Ausgleichswelle ist als ein außen zylindrischer Körper ausgeführt, der in seinem Inneren eine asymmetrische Massenverteilung aufweist.
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Die
US 4 028 963 zeigt eine Ausgleichswelle, welche an beiden Enden in je einem Lager aufgenommen ist und die Lager gleiche Größe, den gleichen Durchmesser aufweisen.
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DE 37 05 346 C2 beschreibt eine Ausgleichswelle, bei der die Exzentermassen nicht über die Hüllkreise der Lager, der mittleren und eines der äußeren Lager hinausstehen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ausgleichswelle in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Ausführung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung sieht eine Ausgleichswelle für insbesondere einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges vor, wobei die Ausgleichswelle über wenigstens zwei Lagerzapfen in geschlossen ausgeführten Lageröffnungen eines Gehäuses aufgenommen wird und in Achsrichtung durch die Lageröffnungen bis in eine endgültige Lagerposition eingeführt wird. Die Ausgleichwelle weist zwischen zwei Lagerzapfen einen Unwuchtbereich auf, innerhalb dem die Massen innerhalb des exzentrisch zur Wellenachse versetzten Lageröffnungs-Hüllkreises angeordnet sind, wobei der Durchmesser Lageröffnungs-Hüllkreises kleiner bzw. höchstens gleich dem Durchmesser der Lagerzapfen ist, wobei in Einfuhrrichtung der Welle dem Lagerzapfen vorgeordnet ein der Ausweichbewegung dienender Verjüngungsabschnitt angeordnet ist, innerhalb dem die Massenanordnung der Welle vollständig innerhalb des Schnittbereiches des Hüllkreise der Lageröffnung sowie dem um die Exzentrizität des Unwuchtbereiches versetzten Lageröffnungs-Hüllkreises verläuft, wobei dieser Verjüngungsbereich in Achsrichtung wenigstens die Breite der Lageröffnung aufweist.
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Des Weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt einen Teil einer Ausgleichswelle, bestehend aus unterschiedlichen Wellenabschnitten 6, 7, 8. Der Wellenabschnitt 6 stellt den Lagerzapfen dar, der in einer im Gehäuse 2 eingearbeiteten Lageröffnung 3 drehbar aufgenommen ist. Die Lageröffnung 3 weist einen Durchmesser D sowie eine Breite B auf. Die Einführrichtung 4 der Ausgleichswelle ist mit dem Pfeil gekennzeichnet. Die Drehachse 5 der Ausgleichswelle verläuft somit mittig des Lagerzapfens 6.
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In Einführrichtung 4 – die Richtung, in welcher die Ausgleichswelle mit einem Ende voran durch deine Lageröffnung in das Gehäuse eingeführt wird – ist dem Lagerzapfen 6 ein Verjüngungsabschnitt 7 vorgeordnet. An diesen Verjüngungsabschnitt 7 schließt sich der Unwuchtbereich 8 an. Wie in dem Schnitt B-B dargestellt, weist die Ausgleichswelle im Unwuchtbereich 8 eine Massenanordnung auf, welche sich innerhalb eines um die Exzentrizität E gegenüber der Drehachse 5 versetzten Lageröffnungs-Hüllkreises 11 befindet. Der Lageröffnungs-Hüllkreis 11 hat hierbei den Durchmesser D der Lageröffnung 3.
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Der Verjüngungsabschnitt 7 ist hinsichtlich der Massenanordnung, der Dimensionierung der Welle derartig ausgeführt, dass die Ausgleichswelle hier vollständig innerhalb des Schnittbereiches 13 des Hüllkreises der Lageröffnung 10 sowie dem um die Exzentrizität des Unwuchtbereiches 8 versetzten Lageröffnungs-Hüllkreises 11 verläuft. Die Masse der Asgleichswelle 1 ist somit im Abschnitt 8 innerhalb eines um die Achse 12 verlaufenden Lageröffnungs-Hüllkreises 11 angeordnet. Der Schnitt A-A durch den Verjüngungsbereich 7 ist in der 1 ebenfalls dargestellt. Der Verjüngungsbereich 7 ist in einer Länge L ausgeführt, welche größer ist als die Breite B der Lageröffnung 3.
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Die 2 zeigt ein spezielles Unwuchtwellendesign gemäß der Erfindung. Die Lageröffnungen 3, 3b haben die Durchmesser D, D2 sowie die Breite B, B2. Den Lagerzapfen 6, 6b ist in Einführrichtung 4 jeweils ein Verjüngungsbereich 7, 7c vorgeordnet. An den Verjüngungsbereich 7c schließt sich in Erstreckungsrichtung 4 ein weiterer Unwuchtbereich 8b an. Die Exzentrizitäten E, E2 des Hüllkreisversatzes – einmal mit dem Durchmesser D, einmal mit dem Durchmesser D2 sind angegeben.
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Wie dargestellt befindet sich in Einführrichtung 4 nach dem Lagerzapfen 6 zumindest ein weiterer Lagerzapfen 6b und eine entsprechende Lageröffnung 3b mit Lagerbohrungsdurchmesser D2 <= D und der Breite B2 im Gehäuse 2 befindet.
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Haben die Lagerzapfen 6 und Lagerzapfen 6b bzw. die zugehörigen Lageröffnungen 3, 3b gleiche Durchmesser, so ist die Ausgleichswelle 1 zusätzlich durch einen Verjüngungsabschnitt 7b gekennzeichnet, welcher sich in Einführrichtung 4 vor dem Lagerzapfen 6b befindet. Dieser Abschnitt 7b erfüllt dann geometrisch zumindest die gleichen Anforderungen, wie sie zuvor an den Abschnitt 7 gestellt wurden.
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Liegt der Lagerzapfen 6b zur Gänze innerhalb des Hüllkreises 11, es gilt also D > D2 und D/2 – E – D2/2 >= 0, dann kann der beschriebene Abschnitt 7b entfallen.
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Ist der Bohrungsdurchmesser D2 bzw. der Durchmesser des Lagerzapfen 6b kleiner als der Bohrungsdurchmesser D, bzw. der Durchmesser des Lagerzapfen 6 und gilt D/2 – E – D2/2 < 0, so muss die Massenanordnung im Abschnitt 7b zumindest innerhalb des Schnittvolumens 16 der parallelversetzten Begrenzungszylinder 11 und Begrenzungszylinder 15 (die entsprechenden Hüllkreise 11, 15) liegen. Der gedachte Begrenzungszylinder 15 mit seiner Achse 14 ist ebenfalls durch den Durchmesser D und seine axiale Ausdehnung gekennzeichnet.
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Die Zylinderachse 14 des Begrenzungszylinder 15 ist, ausgehend von der Drehachse 9 der Ausgleichswelle 1, in die gleiche Richtung wie die Achse 12, jedoch um die maximal mögliche Exzentrizität E2 < E parallelversetzt, sodass sich der Lagerzapfen 6b gerade zur Gänze innerhalb des Begrenzungszylinder 15 befindet.
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Ausgehend vom Lagerzapfen 6b kann die Ausgleichswelle 1 noch weitere Lagerzapfen in entsprechenden Lageröffnungen beinhalten, bei der der Erfindungsgedanke sukzessive fortgeführt werden kann. Es kann also nach jedem Lagerzapfen der Ausgleichswelle 1 Unwuchtabschnitte 8, 8b,... geben, die den, in Einführrichtung 4 vorangegangenen Lagerzapfen 6, 6b,... radial überragen. Dementsprechend gibt es Abschnitte 7, 7b, 7c, um die Ausgleichswelle 1 in das entsprechende Gehäuse einbauen zu können.
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Die Lageröffnungen im Gehäuse können direkt durch eine Bohrung im Gehäuseteil 2, durch eine Lagerschale im Gehäuseteil 2, oder auch durch den inneren Hüllkreis der Wälzkörper eines im Gehäuseteil 2 montierten Wälzlagers gebildet sein.
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Eine zuvorstehend beschriebene einteilige Ausgleichswelle 1 wird einem Gehäuse 2 mit zumindest einer einteilig, nach Art einer Bohrung gestalteten Lageröffnung 3 stückweise axial zugeführt, wobei zwischen dem stückweisen axialen Einbau zumindest eine radiale (quer zur Achse der Ausgleichswelle), oder kombinierte axialradiale Einbaubewegungen vorgenommen werden.
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An zumindest einem der Lagerzapfen der Ausgleichswelle 1 kann sich ein Lagerbock befinden, der bereits vor dem Einschieben der Ausgleichswelle in einem Gehäuse vormontiert wird. Das heißt, die Ausgleichswelle 1 wird zusammen mit dem Lagerbock in ein Gehäuse eingeschoben.
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Das Gehäuse 2 kann insbesondere das Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine sein.
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Die Phasen des Einbaus der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 1 zeigen die 3–9. Die Ausgleichswelle 1 wird aus der Stellung in 3 mit einem Ende voran in Richtung 4 auf die Lageröffnung 3 im Gehäuse 2 hin verschoben. Die Achse 5 der Welle 1 fluchtet hierbei mit der der Lageröffnung 3.
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Die Welle 1 wird mit ihrem rechten Ende voran durch die Lageröffnung 3 hindurchgeführt, bis der rechte Lagerzapfen 6 die Lageröffnung 3 im Gehäuse 2 passiert hat. Diese Position ist in 4 wiedergegeben. Die Welle kann hierbei soweit in die Lageröffnung 3 geschoben werden, bis der Auswuchtbereich 8 die Wand des Gehäuses 2 erreicht.
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Ausgehend von der Position der 4 wird die Welle 1 nun parallel zur Achse 5 versetzt, bis der Auswuchtbereich 8 durch die Lageröffnung 3 geschoben werden kann. Dies ist in 5 dargestellt.
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Wie beschrieben kann nun die Welle 1 wie in 6 gezeigt weiter vorgeschoben werden. Und zwar so weit, bis die Lageröffnung 3 in einem zwischen Auswuchtbereich 8 und Lagerzapfen 6 liegendem Verjüngungsbereich 7 zu liegen kommt. Dies zeigt die 7. Anschließend erfolgt ein erneutes Parallelverschieben der Achse 5 der Welle 1 (8), bis die Achse 5 der Welle 1 wieder mit der der Bohrungen der Lageröffnungen 3 fluchtet. Anschließend wird die Welle 1 in ihre Endposition verschoben, in der sie über die Lagerzapfen 6 in den Lageröffnungen 3 gelagert ist (9).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle, Ausgleichswelle
- 2
- Gehäuse, Gehäuseteil
- 3
- Lageröffnung, Lagerbohrung (Gehäuse 2)
- 4
- Einführrichtung Welle 1 in Gehäuse 2
- 5
- Achse, Drehachse (Welle 1), Mitte Lagerzapfen 6, 6b
- 6, 6b
- Lagerzapfen, Lagerzapfenbereich
- 7, 7b, 7c
- Verjüngungsbereich
- 8, 8b
- Unwuchtbereich
- 10
- Hüllkreis, Begrenzungszylinder
- 11
- Hüllkreis, Begrenzungszylinder
- 12
- Achse Unwuchtbereich
- 13
- Schnittbereich Hüllkreise
- 14
- Zylinderachse
- 15
- Hüllkreis, Begrenzungszylinder
- 16
- Schnittvolumen Begrenzungszylinder 11, 15
- D
- Durchmesser
- B
- Breite (in Achsrichtung)
- L
- Länge (in Achsrichtung)
- E
- Exzentrizität
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012055590 A1 [0004]
- EP 1065359 B1 [0005]
- DE 19830051 C1 [0006]
- US 4028963 [0007]
- DE 3705346 C2 [0008]
