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Die Erfindung betrifft ein Massenausgleichsmodul, das an oder in einem Kurbelgehäuse befestigt ist, wobei das Massenausgleichsmodul mit Kurbelgehäuse eine Kurbelwelle, eine elektrisch angetriebenen Ausgleichswelle aufweist.
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Stand der Technik
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Je nach Anzahl der Zylinder sowie nach Bauart ist es bei Brennkraftmaschinen erforderlich, die auftretenden Kräfte und /oder Momente auszugleichen. Zum Ausgleich von Momenten wird üblicherweise eine Ausgleichswelle vorgesehen, deren Drehrichtung der Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzt sein muss. Die Ausgleichswellen werden dabei beispielsweise über eine Kette, mit einem direkt an der Kurbelwelle angeordneten Zahnrad verbunden. Ebenso ist es möglich, ein mit der Kurbelwelle verdrehsicher verbundenes Zahnrad unmittelbar einem auf einer der Ausgleichswellen verdrehsicher angeordneten Zahnrad zu verbinden. Massenausgleichsmodule integrieren im Stand der Technik oftmals weitere Komponenten und Nebenaggregate. Die im Stand der Technik anzutreffenden Ausgleichswellen werden entweder mit Endloszugmitteln oder Zahnrädern von der Kurbelwelle angetrieben und sind nicht von der Kurbelwelle entkoppelbar. Die Ausgleichswellen werden zu jedem Betriebszeitpunkt der Hubkolbenmaschine angetrieben, da sie über die oben genannten Zugmittel oder Zahnräder direkt mit der Kurbelwelle in Verbindung stehen. Durch den permanenten Antrieb der Ausgleichswellen wird ständig Reibung erzeugt, die sich auf den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs auswirkt. Weiterhin haben die Elemente zur Drehmomentübertragung den Nachteil, Geräusche zu entwickeln. Besonders bei Zahnrädern sind die Phänomene wie Eingriffsgeräusche oder ein Rasseln bekannt. Beide Probleme können zu akustischen Nachteilen im Fahrzeugbetrieb führen. Verwendet man Zahnräder zum Antreiben von Ausgleichswellen kommt es häufig zu Getrieberasseln. Dieses Rasseln wird durch die rotatorische Drehungleichförmigkeit einer Verbrennungskraftmaschine hervorgerufen. Es ist daher von Vorteil, wenn die Ausgleichswelle unabhängig von der Kurbelwelle angetrieben wird.
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Aus dem Stand der Technik, der
DE 9104812 ist eine Ausgleichswellenanordnung unter Verwendung elektrischer Motoren bekannt. Dabei wird eine Massenausgleichswelle unabhängig von der Kurbelwelle von einer elektrischen Maschine angetrieben. Mit diesem elektrischen Antrieb unter Verzicht von mechanischen Antriebselementen wird das Ausgleichswellensystem von den akustischen Problemen befreit. Weiterhin ermöglicht die Verwendung eines elektrischen Antriebs für den Antrieb der Ausgleichswelle, dass der elektrische Motor eine rotatorisch gleichförmige Bewegung erzeugt. Der elektrische Motor kann die Ausgleichswelle bedarfsgerecht beschleunigen, abbremsen oder gänzlich abschalten. Dieser große Freiheitsgrad des elektrischen Antriebs eine Ausgleichwelle ist insbesondere im Zusammenhang mit Zylinderabschaltung von Hubkolbenmotoren als Vorteil zu sehen.
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Die schon im Stand der Technik vorhandenen Vorteile werden durch eine Weiterentwicklung der Ausgleichsvorrichtung mit elektrischem Antrieb noch hervorgehoben. Allerdings kann die Ausgleichsvorrichtung des Standes der Technik nicht auf einfache Weise an die Gegebenheiten eines Kolbenmotors angepasst werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ausgleichswellensystem herzustellen, das auf einfache Art und Weise an die Parameter und Gegebenheiten eines Hubkolbenmotors anpassbar ist. Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche. Dabei ist es von Vorteil, die Ausgleichswelle mehrteilig zu gestalten und mit mindestens zwei Teilbereichen zu arbeiten, die gegeneinander Phasenverstellbar sind. Dadurch ist es möglich das System sehr fein auf die Gegebenheiten des Hubkolbenmotors abzustimmen.
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Beschreibung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Massenausgleichsmodul wird in den Figuren und in der darauf folgenden Beschreibung näher ausgeführt.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Massenausgleichsmodul
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Massenausgleichsmodul.
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3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform
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4 zeigt Ausführungsformenmit einer elektrischen Ausgleichswelle
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Massenausgleichsmodul aus dem Stand der Technik. Das Massenausgleichsmodul, ist in einer Öffnung des Kurbelgehäuses 13 angebracht, in dem eine Kurbelwelle gelagert ist. Das Kurbelgehäuse 13 ist auf einem Kurbelbett 2 aufgesetzt, das nach unten hin von einer Ölwanne 3 abgeschlossen ist. Eine oder mehrere Ausgleichswellen 7 sind in dem Gehäuse 13 drehbar gelagert. Die Ausgleichswellen 7 können mittels Gleitlager oder Wälzlager im Kurbelgehäuse 13 oder in einem separaten Gehäuse gelagert sein, welches am Kurbelgehäuse 13 befestigt ist. Ferner ist es möglich, die Ausgleichswellen 7 direkt im Gehäuse 13 ohne jegliche Gleitlagerbuchsen oder Wälzlager zu lagern. Bei der Ausgleichswelle 7 kann es sich um ein gebautes Konzept mit eingefügten Unwuchtmassen 10, 11 handeln. Es ist aber auch eine integral ausgeführte Lösung möglich, in der die Gegengewichte in der Ausgleichswelle integriert sind. Die Gegengewichte 10, 11 können mit rotationssymmetrischen, der Kontur der Gegengewichte folgenden Schutzkappen ausgestattet sein. Die Schutzkappen befinden sich dabei an der gegenüberliegenden Seite der Gegengewichte.
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Das Gehäuse ist an eine Öffnung des Kurbelgehäuses 13 der Verbrennungskraftmaschine befestigt. Ein elektrischer Motor 3 ist auf einer Motorwelle 6 befestigt, die die Ausgleichswelle 7 antreiben kann. Die Ausgleichswelle 7 ist nicht über drehmomentübertragende Elemente wie beispielsweise eine Kette, Zahnräder, Riementriebe mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Dieses Ausgleichssystem für die unterschiedlichen Wellen ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Der Aufbau des Gesamtsystems aus Kurbelgehäuse 13 und Massenausgleichsmodul erfolgt nach den Erfordernissen des Verbrennungsmotors.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Die Ausgleichswelle 7 besitzt dabei eine Trennung 5, die zwei Teilbereiche der Ausgleichswelle 7.1. und 7.2. voneinander trennt. Der der Trennung 5 sind die beiden Teilbereiche gegeneinander verdrehbar. Die Phasenlage des ersten Teilbereiches 7.1. kann gegen die Phasenlage des zweiten Teilbereiches 7.2 um bis zu 180° verdreht werden. Zur Einstellung der Phasenlage gegeneinander kann ein Phasensteller verwendet werden, der die Teilstückt mithilfe von hydraulischen oder elektrischen Antrieben gegeneinander verstellt. Diese Phasensteller werden von der Motorseite des elektrischen Motors 4 über einen Hohlraum im Inneren der Ausgleichswelle betrieben. Auch die Verwendung von Fliehkräften oder der Massenträgheit zusammen mit mechanischen Anschlägen kann zur Einstellung der relativen Phasenverschiebung verwendet werden. Der elektrische Motor 4 ist dabei wahlweise innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 13 an einem separaten Gehäuse, zum Beispiel einen Motorfrontdeckel oder einem Motorrückseitendeckel, befestigt Wahlweise kann der elektrische Motor 4 auch im Gehäuse 13 untergebracht sein.
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3 zeigt eine Ausführungsform mit zwei völlig getrennten und mit einem Abstand d voneinander angeordneten Wellenabschnitten der ersten Gegengewichtswelle 8 und der zweiten Gegengewichtswelle 9. Beide Gegengewichtswellen 8, 9 tragen jeweils ein Gegengewicht 10, 11 und werden jeweils von einem eigene elektrischen Motor 4, 4‘ angetrieben. Durch die völlige Entkopplung der beiden Teilbereiche der Ausgleichswelle in zwei Gegengewichtswellen 8, 9 erhöht sich die Flexibilität des Einsatzes des Ausgleichswellensystems.
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Der Aufbau nach 2 und 3 ermöglicht es, die freien Massenkräfte und/oder Massenmomente einer Verbrennungskraftmaschine auszugleichen. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Ebene senkrecht zur der Schnittebene der 1 bis 3. Dargestellt ist in 4 ein Beispiel für einen Vier-Zylinderreihenmotor. Für einen solchen Motor werden zwei Ausgleichswellen zum Kräfte- und/oder Momentenausgleich benötigt. Für den Ausgleich der freien Massenkräfte zweiter Ordnung müssen sich zwei Ausgleichswellen gegensinnig drehen. Im Beispiel der 4 wird eine erste Ausgleichswelle 7‘ über eine Getriebestufe mit einem Zahnrad 12 und einem Zahnrad-Ausgleichswelle 14 angetrieben. Die zweite Ausgleichswelle 7 wird dagegen über einen elektrischen Motor 4 angetrieben. In dieser Ausführungsform wird ein konventioneller Antrieb einer Ausgleichswelle über eine kraftschlüssige Kopplung mit der Kurbelwelle 1 mit einer mit einem elektrischem Motor 4 betriebenen Ausgleichswelle 7 kombiniert. Bei dieser Ausführungsform kann z.B. die Drehrichtung als auch die Drehzahl der Ausgleichswelle 7 gleich- als auch gegensinnig zur Drehrichtung der Ausgleichswelle 7‘ gewählt werden. Dadurch wird ein flexibler Betrieb bzw. Ausgleich von Massenkräften und/oder Momenten ermöglicht, welcher im Zusammenhang mit Zylinderabschaltung von 4- auf 2-Zylinderbetrieb mit mechanisch von der Kurbelwelle trennbaren Zylindern auftreten kann. Die elektrisch angetriebene Ausgleichswelle 7 kann im 2-Zylinderbetrieb z.B. komplett stillstehen, während diese hingegen im 4-Zylinderbetrieb betrieben wird. In 5 wird dagegen die Ausgleichswellen 7 und 7‘ von elektrischen Motoren 4, 4‘ angetrieben. Beide Ausgleichswellen 7 sind nicht kraftschlüssig mit der Kurbelwelle 1 verbunden. Für einen zwei oder drei Zylinderreihenmotor sowie für Sechszylinder-V-Motor wird nur eine Ausgleichswelle benötigt. Hier sind die Ausführungsformen wie in 2 und 3 dargestellt von Vorteil.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Kurbelbett
- 3
- Ölwanne
- 4
- Elektrischer Motor
- 5
- Trennung
- 6
- Motor-Welle
- 7
- Ausgleichswelle
- 8
- Erste Gegengewichtswelle
- 9
- Zweite Gegengewichtswelle
- 10
- Erstes Gegengewicht
- 11
- Zweites Gegengewicht
- 12
- Zahnrad
- 13
- Kurbelgehäuse
- 14
- Zahnrad Ausgleichswelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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