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Die Erfindung betrifft eine Massenausgleichseinheit mit einer hohlen Ausgleichswelle, wenigstens einem an der Ausgleichswelle vorgesehenen Ausgleichsgewicht und wenigstens einem Wälzlager, das einen Lageraußenring und mehrere Wälzkörper aufweist, wobei ein Längsabschnitt der Ausgleichswelle einen Lagerinnenring bildet und die Wälzkörper zwischen dem Lageraußenring und dem Längsabschnitt der Ausgleichswelle aufgenommen sind.
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Stand der Technik
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Eine Massenausgleichseinheit mit einer oder mehreren Ausgleichswellen hat den Zweck, die in einer Verbrennungskraftmaschine typischerweise auftretenden Massenkräfte und/oder Massenmomente auszugleichen. Hierfür ist an der jeweiligen Ausgleichswelle wenigstens ein Ausgleichsgewicht vorgesehen, insbesondere drehfest montiert, um eine Unwucht zu bilden. Die Ausgleichswelle steht in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine, wodurch die Ausgleichswelle und das hieran vorgesehene Ausgleichsgewicht in Rotation versetzt werden. Bei bestimmten Motortypen, beispielsweise bei Reihenmotoren mit vier Zylindern, werden derartige Ausgleichswellen paarweise eingesetzt, wobei die Ausgleichswellen gegenläufig rotieren. Bei anderen Motortypen ist eine einzige Ausgleichswelle vorgesehen, die beispielsweise zwei zueinander diametral gegenüberliegend, jedoch axial versetzt angeordnete Ausgleichsgewichte aufweist.
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Durch Verwendung von Wälzlagern ergibt sich ein besonders ruhiger Lauf der jeweiligen Ausgleichswelle, und es können hohe Drehzahlen erreicht werden. Indem ein integraler Längsabschnitt der Ausgleichswelle einen Lagerinnenring des Wälzlagers bildet, vereinfacht sich der Aufbau des Wälzlagers. Sofern die Ausgleichswelle hohl ist, besitzt sie auch ein vorteilhaft geringes Gewicht und Trägheitsmoment.
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Aufgrund der durch das Ausgleichsgewicht bewirkten Unwucht werden die Ausgleichswelle und deren Lager jedoch stark belastet, so dass eine entsprechend stabile Auslegung der Welle und Dimensionierung der Lager erforderlich sind.
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Aus dem Stand der Technik beispielsweise der
WO 2012038057 ist eine Massenausgleichseinheit bekannt, die dadurch, dass die Ausgleichswelle benachbart zu dem Längsabschnitt wenigstens eine Ausnehmung aufweist, die Steifigkeit des Längsabschnitts der Ausgleichswelle in radialer Richtung verringert und so einen leichteren und kostengünstigeren Aufbau ermöglicht. Was die Formgebung der genannten Ausnehmung betrifft, so kann diese beispielsweise als ein Schlitz ausgebildet sein, der sich in Umfangsrichtung der Ausgleichswelle erstreckt. In diesem Fall genügt eine einzige Ausnehmung an dem betreffenden Ende des Lagerinnenrings bzw. Längsabschnitts der Ausgleichswelle, um die Steifigkeit der Ausgleichswelle im Bereich des Wälzlagers hinreichend zu verringern.
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Allerdings löst auch diese Massenausgleichseinheit nicht das Problem, dass die Lager der Massenausgleichswelle zuverlässig und in jedem Betriebszustand geschmiert werden müssen.
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Die
JP 2002 349 222 A beschreibt eine Ausgleichswelle, bei der eine Öleintrittsöffnung im Bereich der sich bewegenden Ausgleichsmasse vorgesehen ist. Diese Öleintrittsöffnung fördert Öl in radialer Richtung zu einem Kanal in der Wellenmitte und über diesen zu einer Lagerstelle. Die in radialer Richtung verlaufenden Kanäle können gekrümmt ausgeführt sein.
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Die
DE 195 10 015 A1 zeigt eine Ölpumpe mit einer hohlen Welle und einem in die hohle Welle eintauchenden, stillstehenden Verdrängungskörper. Der Verdrängungskörper bzw. die Innenseite der hohlen Welle kann eine umlaufende, schraubenförmige Nut aufweisen. der Verdrängungskörper liegt möglichst dicht am Innendurchmesser der hohlen Welle an.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Massenausgleichseinheit der genannten Art zu verbessern, wobei insbesondere eine in jedem Betriebszustand zuverlässige und über den gesamten Bereich erfolgende Schmierung der Lager ermöglicht wird.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Massenausgleichseinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteilhafterweise wird die Aufgabe mit einer Massenausgleichseinheit mit einer Ausgleichswelle, wenigstens einem an der Ausgleichswelle vorgesehenen Ausgleichsgewicht und wenigstens einem Wälzlager gelöst, wobei die Ausgleichswelle mindestens eine Ausnehmung aufweist, deren Eingangsseite vorzugsweise stirnseitig der Welle mit dem Ölsumpf der Massenausgleichseinheit in Verbindung steht und deren Ausgang über mindestens eine Bohrung zu dem wenigsten einen Wälzlager führt.
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Die einfachste Ausgestaltung der Erfindung verwendet eine Massenausgleichseinheit wobei die wenigstens eine Ausnehmung eine gerade Bohrung in Richtung der Ausgleichswellen-Längsachse ist.
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Es ist von Vorteil, wenn sich die wenigstens eine Ausnehmung der Massenausgleichseinheit sich bis mindesten zur Position des wenigstens einen Wälzlager erstreckt.
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Vorteilhafterweise weist die wenigstens eine Ausnehmung der Massenausgleichseinheit eine spiralige Struktur auf ihrer inneren Oberfläche auf.
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Ein einfachsten ist dabei die Lösung, dass die spiralige Struktur der Massenausgleichseinheit in das Material der Ausgleichswelle eingebracht ist.
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Es ist aber auch eine effektive Gestaltung der Massenausgleichseinheit, wenn die spiralige Struktur durch eine getrenntes Bauteil, das in die Ausnehmung verpresst ist, hergestellt ist.
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Vorteilhafterwesie ist der Ausgang zu dem wenigstens einen Wälzlager (19) durch einen Vielzahl von Bohrungen hergestellt.
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Ein besonders vorteilhafte Lösung stellt die Ausbildung des Wälzlager (19) als ein Nadellager dar.
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Sofern im Zusammenhang mit der Erfindung Richtungsangaben genannt sind (z.B. axial oder radial), so beziehen sich diese auf die Drehachse der Ausgleichswelle.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend und in den abhängigen Ansprüchen genannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Gleiche oder gleichartige Elemente sind darin mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Massenausgleichseinheit.
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2 zeigt eine Perspektivansicht der Ausgleichswelle gemäß der ersten Ausführungsform von unten.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform
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Die in 1 gezeigte Massenausgleichseinheit umfasst einen Ausgleichswelle 11. An der Ausgleichswelle 11 sind zwei Ausgleichsgewichte 13 befestigt, beispielsweise durch eine Schrumpfsitzverbindung, Verschrauben, Verschweißen oder Verstiften. Zur Erzeugung einer Unwucht besitzen die Ausgleichsgewichte 13 im Wesentlichen die Form eines Halbzylindersegments mit zwei daran angeformten Haltebügeln, wobei bezogen auf die Drehachse A der Ausgleichswelle 11 die Winkelausrichtung des einen Ausgleichsgewichts 13 der Winkelausrichtung des anderen Ausgleichsgewichts 13 entspricht. An der Ausgleichswelle 11 ist ferner ein Antriebsrad 15 befestigt, beispielsweise ebenfalls mittels einer Schrumpfsitzverbindung. Das Antriebsrad 15 kann unmittelbar mit der Kurbelwelle einer zugeordneten Verbrennungskraftmaschine antriebsverbunden sein, um eine Antriebsstufe zu bilden. Alternativ hierzu kann das Antriebsrad 15 mit einem entsprechenden Abtriebsrad einer parallel angeordneten Ausgleichswelle antriebsverbunden sein, um eine Synchronstufe zu bilden
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Die Ausgleichswelle 11 ist in einem einteiligen Gehäuse 17 um die Drehachse A drehbar gelagert. Hierfür ist zwischen den beiden Ausgleichsgewichten 13 ein Wälzlager 19 vorgesehen, das als ein Nadellager ausgebildet ist. Das Wälzlager 19 umfasst mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Wälzkörper 21, die bei der Ausführung als Nadellager eine lang gestreckte Zylinderform besitzen. Die Wälzkörper 21 sind zwischen einem Lageraußenring 23 des Wälzlagers 19 und einem Lagerlängsabschnitt 25 der Ausgleichswelle 11 aufgenommen. Die Ausgleichswelle 11 bildet an dem Lagerlängsabschnitt 25 somit einen Lagerinnenring für das Wälzlager 19.
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An dem Antriebsrad 15 gegenüberliegenden Ende der Ausgleichswelle 11 ist ein weiteres Wälzlager 27 vorgesehen, das ebenfalls als ein Nadellager ausgebildet ist. Benachbart zu dem Antriebsrad 15 ist ferner ein als ein Kugellager ausgebildetes Wälzlager 29 vorgesehen.
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Die gezeigte Massenausgleichseinheit dient in an sich bekannter Weise dazu, die in der zugeordneten Verbrennungskraftmaschine auftretenden Massenkräfte auszugleichen. Hierfür wird mittels des Antriebsrads 15 die durch die Ausgleichsgewichte 13 gebildete Unwucht synchron zu der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Rotation versetzt. Das Massenausgleichselement ist im Ölsumpf der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und bewegt sich im Ölpegel, der etwa bis zur Mitte der Ausgleichswelle, in etwa der gestrichelten Linie A reicht.
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Erfindungsgemäß umfasst die Ausgleichswelle 11 im Inneren eine Ausnehmung 31 in Form einer Bohrung. Die jeweilige Ausnehmung 31 ist bei der hier gezeigten Ausführungsform bis über die Mitte der Welle in Längsrichtung ausgeformt und umfasst etwa ein Drittel des Durchmessers der Welle. Die Ausnehmung 31 bildet mit der Ausgleichswelle 11 bei der Ausführungsform gemäß 1 eine partiell hohle Welle aus. Auf der Höhe des Wälzlagers 19 enthält die Ausgleichswelle 11 einen Bohrung 32, die den Innenraum der Ausnehmung 31 mit der Oberfläche der Wälzkörper 21 verbindet.
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Die Ausnehmung 31 sammelt im Betrieb des Massenausgleichsmoduls über den Ölpegelstand, aber auch durch abgestreifte herumfliegende Öltropfen eine gewisse Menge an Schmiermittel ein und transportiert sie in Wellenlängsachse bis zur Bohrung 32.
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Durch die Drehbewegung der Welle wird das Schmiermittel durch die Bohrung 32 nach außen in Richtung des Lagers gepresst. Die Bohrung ist dabei so gewählt, dass die Ausgleichswelle 11 nicht geschwächt ist, und nicht durch Materialaustrag Schwachstellen in der Ausgleichwelle entstehen. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine einzelne Bohrung eingeschränkt, eine Lösung mit mehreren Bohrungen ist auch möglich.
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3 zeigt den Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform. Die Ausgleichswelle weist wiederrum einen Ausnehmung 31 auf, die ihren Ausgang in der Bohrung 32 findet. In der Ausnehmung 31 sind Strukturen 33 vorgesehen, die den Transport des Öls entlang der Wellenlängsachse unterstützen. Es handelst sich dabei entweder um Nuten oder Erhebungen mit schraubenförmigen Verlauf, wobei der Verlauf an die Drehrichtung der Wellen angepasst ist. Die Strukturen 33 sind dabei direkt in der inneren Oberfläche der Welle vorgesehen, können aber auch aus Bauteilen bestehen, die in die Ausnehmung 31 nach dem Bohren des Lochs eingebracht und eingepresst werden. Es sind dabei spiralige Federn denkbar, die den Transport des Öls vom Eingang der Ausnehmung zur Bohrung 32 begünstigen.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich an zur Schmierung jedes der Wellen entlang angebrachten Lagers nutzen. Die Schmierung der Lager erfolgt gleichmäßig über den gesamten Umfang der Welle. Auch der erhöhte Schmiermittelbedarf des Lagers im Falle einer erhöhten Motorleistung wird Rechnung getragen, da durch die höhere Drehzahl die Lager intensiver geschmiert werden. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt den Verzicht auf getrennte Ölpumpen für die Schmierung der Lager.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Ausgleichswelle
- 13
- Ausgleichsgewicht
- 15
- Antriebsrad
- 17
- Gehäuse
- 19
- Wälzlager
- 21
- Wälzkörper
- 23
- Lageraußenring
- 25
- Lagerlängsabschnitt
- 27
- Wälzlager
- 29
- Wälzlager
- 31
- Ausnehmung
- 32
- Bohrung
- 33
- Struktur
- A
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012038057 [0005]
- JP 2002349222 A [0007]
- DE 19510015 A1 [0008]
