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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgleichswelle mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Ausgleichswelle ist beispielsweise aus der Übersetzung der Europäischen Patentschrift
DE 600 20 036 T2 bekannt.
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Weiter wird zum technischen Umfeld auf das deutsche Gebrauchsmuster
DE 202 17 472 U1 hingewiesen, aus dem ein modulares Massenausgleichs- und Aggregateantriebssystem bekannt ist.
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Weiter ist aus der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 453 723 A1 eine Lagerung von Ausgleichsmassen bekannt.
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Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung zum Massenausgleich zweiter Ordnung für eine Brennkraftmaschine ist in der Deutschen Patentschrift
DE 36 15 695 C2 beschrieben.
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Bei Vierzylinder Otto- und Dieselbrennkraftmaschinen ist der Einsatz von Ausgleichswellen seit längerer Zeit Stand der Technik. Ausgleichswellen- oder Massenausgleichsgetriebe werden eingesetzt, um die freien Massenkräfte beispielsweise zweiter Ordnung zu eliminieren und damit einen akustisch- und schwingungstechnisch optimalen Zustand für eine Brennkraftmaschine zu erreichen. Bei Vierzylinderbrennkraftmaschinen werden hierfür zwei gegenläufige und mit doppelter Brennkraftmaschinendrehzahl drehende Ausgleichswellen benötigt. Zur Anwendung kommen Ausgleichswellen, die im Kurbelgehäuse mit Höhenversatz angeordnet sind, oder Ausgleichswellenmodule, die als sog. Add-on-Ausgleichswellenmodule an der Unterseite des Kurbelgehäuses befestigt sind. Hierbei handelt es sich in der Regel um sogenannte „Lancaster Konzepte”, die ohne Höhenversatz ausschließlich die vertikalen Kräfte zweiter Ordnung ausgleichen.
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Bekannt ist auch eine Sonderlösung, die in der BMW Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit der internen Bezeichnung N20 verbaut ist, die als Add-on-Ausgleichswellenmodul zusätzlich einen Höhenversatz der Ausgleichswellen aufweist.
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Bei Grundkonzepten von Brennkraftmaschinen kommen im Wesentlichen zwei unterschiedliche Konstruktionsprinzipien zum Einsatz:
- – Bedplate-Konstruktionen, bei denen das Kurbelgehäuseoberteil in der Ebene der Kurbelwellenachse endet, und darunter ein getrenntes Bauteil (sog. Bedplate) befestigt wird. In diesem Kurbelgehäuse-Unterteil ist dann auch die Kurbelwelle gelagert und es wird über die Hauptlagerschrauben an das Kurbelgehäuseoberteil befestigt.
- – Deep-Skirt-Konstruktionen, bei denen das Kurbelgehäuseoberteil nicht in der Ebene der Kurbelwellenachse, sondern im Bereich der sogenannten Schürzen unterhalb der Kurbelwellenmitte endet. Bei solchen Konstruktionen werden in der Regel soggenannte Einzellagerdeckel an den Kurbelwellenlagern verwendet. Bei hohen Anforderungen an die Akustik werden bei Deep-Skirt-Konstruktionen vereinzelt auch sog. Versteifungsschalen eingesetzt. Diese Versteifungsschalen werden an den Kurbelgehäuseschürzen und den Lagerstühlen verschraubt, um eine zusätzliche Versteifung im unteren Kurbelgehäusebereich darzustellen.
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Wenn nun ein Ausgleichswellenmodul für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine als Add-on-Lösung ausgeführt werden soll und die Grundarchitektur der Brennkraftmaschine als Deep-Skirt-Konstruktion ausgeführt ist, muss ein sogenanntes Add-on-Ausgleichswellenmodul in besonderer Art und Weise ausgeführt sein.
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Die oben genannten Kurbelgehäuse-Ausgleichswellenkonzepte haben folgende Nachteile:
Bei Deep-Skirt-Kurbelgehäusen sind die Ausgleichswellen in der Regel mit Höhenversatz im Kurbelgehäuse angeordnet. Dies führt zu einer deutlichen Bauraumvergrößerung und damit Package-Nachteilen für die Brennkraftmaschine. Auch die Gießtechnik für das Kurbelgehäuse ist damit meist vorgegeben: In der Regel Kokillenguss, Druckguss-Design ist nur mit sehr hohem Aufwand für Kurbelgehäuse darstellbar.
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Bekannt ist auch bei einem Deep-Skirt-Kurbelgehäuse eine Add-on-Ausgleichswellenmodul Lösung, die jedoch aufgrund der fehlenden Steifigkeit im unteren Bereich aus GJS ausgeführt wird. Dadurch entsteht in nachteiliger Weise eine hohe Gewichtsmehrung.
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GJS: Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt höher als 2,06%. Anders als bei Stahl liegt der Kohlenstoff nicht als Zementit vor, sondern bildet unterschiedlich geformte Graphit-Phasen innerhalb der Legierung aus. Die EN 1560 unterscheidet je nach der Graphit-Geometrie drei Gusseisensorten: Gusseisen mit lamellarem Graphit (GJL), Gusseisen mit vermicularem Graphit (GJV) und Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS), auch Sphäroguss genannt.
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Bei Bedplate-Konzepten sind diverse Add-on-Ausgleichswellenmodul Lösungen bekannt, die in der Regel ohne Höhenversatz ausgeführt werden, einzig das oben genannte BMW-Konzept für die Vierzylinder Brennkraftmaschine von BMW mit der internen Bezeichnung N20 ist mit Höhenversatz dargestellt.
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Der Nachteil von sog. Bedplate-Konzepten gegenüber Deep-Skirt-Konzepten ist wie folgt:
- – Gewichtsmehrung durch Bedplate (zusätzliches Bauteil),
- – Kostenmehrung,
- – Ungenauigkeit in der Fluchtung der Lagergasse,
- – bei Parallelanordung der Ausgleichswellen: zusätzlicher Bauraumbedarf im Bereich der Ölwanne.
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Einzig für die Befestigung eines Add-on-Ausgleichwellenmoduls bietet ein Bedplate-Konzept Vorteile: Gestaltungsfreiheiten in der Anbindung des Ausgleichswellenmoduls an das Bedplate.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Add-on-Ausgleichswellenmodul darzustellen, welches insbesondere auch für Deep-Skirt-Kurbelgehäuse geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird die zentrale Verschraubung des Ausgleichswellenmodulgehäuses mit dem Lagerdeckel eines Kurbelwellenlagers im Kurbelgehäuse vorgeschlagen, mit dem Ziel, die Steifigkeit der Lagerung der Kurbelwelle zu erhöhen und gleichzeitig die Steifigkeit des Ausgleichswellenmoduls zu erhöhen. Hierbei wird die Drehachse der Ausgleichswellen seitlich, neben der Zentralverschraubung (bei Vier- oder Dreizylindriger Brennkraftmaschine) des Ausgleichswellengehäuses mit dem Lagerdeckel, angeordnet. Die Ausgestaltung der Ausgleichswellen erfolgt derart, dass die Verschraubung der Zentralverschraubung in definierter Wellendrehpositionierung möglich ist. Weiter kann die Lage der Ausgleichswellen in beliebiger horizontaler oder vertikaler Lage sein, je nach Anforderung an den zu erzielenden Ausgleichsgrad.
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Dies führt erfindungsgemäß zu einer Ausführung einer Add-on-Lösung für ein Ausgleichswellengetriebe mit oder ohne Höhenversatz für eine Brennkraftmaschine mit einem Deep-Skirt-Kurbelgehäuse, bei Vermeidung der Nachteile eines Bedplate-Kurbelgehäuses. Die Positionierung und das Design der Ausgleichswellen und der Ausgleichswellenlager ist derart, dass:
- – ein maximaler Höhenversatz der Ausgleichswellen darstellbar ist,
- – eine möglichst geringe Baubreite benötigt wird,
- – eine maximale Unwucht pro Welle darstellbar ist,
- – eine Mittenverschraubung des Ausgleichswellengehäuses im Lagerdeckel des Kurbelwellenlagers darstellbar ist,
- – eine Mittenverschraubung in einer definierten Ausgleichswellendrehposition möglich ist,
- – eine Optimierung der Steifigkeit des Lagerdeckels zur Seitenschürze möglich ist.
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Somit ist in vorteilhafter Weise die Darstellung eines Add-on-Ausgleichswellenmoduls für ein Deep-Skirt-Kurbelgehäuse möglich. Die Erhöhung der Steifigkeit der Grundlagerstruktur des Kurbelgehäuses führt weiterhin in vorteilhafter Weise zu Akustik- und Reibleistungsvorteilen. Weiter ist der Einsatz eines Leichtbauausgleichswellengehäuses, z. B. aus einem Leichtmetall wie z. B. Aluminium, mit hoher Bauteilsteifigkeit bei gleichzeitig geringer Masse möglich.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.
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1 zeigt in einem Schnitt eine Verbindungsstelle von einem Maschinengehäuse mit einem Lagerdeckel.
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2 zeigt eine Aufsicht auf ein Ausgleichswellengetriebe in Richtung einer Kurbelwelle.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine Verbindungsstelle von einem Maschinengehäuse 3 für ein Ausgleichswellengetriebe und einem Lagerdeckel 6 für eine Kurbelwelle 1. Der Lagerdeckel 6 ist mit zwei Lagerverschraubungen 8, 8' an das Kurbelgehäuse, vorzugsweise ein Deep-Skirt-Kurbelgehäuse befestigt. Eine Drehrichtung der Kurbelwelle 1 (ώKW) ist durch einen Pfeil dargestellt. In dem Maschinengehäuse 3 sind zwei Ausgleichwellen 2, 2' mit jeweils einer Unwucht 7, 7' drehbar und von der der Kurbelwelle 1 antreibbar angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Massenausgleich zweiter Ordnung, bei dem die Ausgleichswellen mit gegensinniger Drehrichtung und doppelter Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1 angetrieben werden. Eine Drehrichtung der Ausgleichswelle 2 (ώAGW2) und eine Drehrichtung Ausgleichwelle 2' (ώAGW1) ist jeweils durch einen Pfeil dargestellt.
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Erfindungsgemäß weist das Maschinengehäuse 3 zumindest einen zentralen Befestigungspunkt 5 auf, an dem das Maschinengehäuse 3 auf dem Lagerdeckel 6 der Kurbelwelle 1 abstützbar und mit einem Befestigungselement 4, wie z. B. im vorliegenden Ausgangsbeispiel mit einer Schraube befestigbar ist.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Ausgleichswellen 2, 2' drehbar im Maschinengehäuse gelagert und der Befestigungspunkt 5 ist zwischen den Ausgleichswellen 2, 2' angeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es sich auch um eine dreizylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine handeln, die nur eine einzige Ausgleichwelle benötigt.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ausgleichswellen 2, 2' bezüglich der Kurbelwelle 1 unterschiedlich beabstandet, d. h. die Ausgleichswellen 2, 2' sind unterschiedlich hoch bezüglich einer durch einen Pfeil dargestellten Z-Achse angeordnet. Eine Höhendifferenz ist mit h in 1 eingezeichnet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ausgleichswellen 2, 2' gleich weit in normaler Richtung von der Z-Achse entfernt, können in einem anderen Ausführungsbeispiel jedoch auch unterschiedlich weit von der Z-Achse beabstandet sein.
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In 2 gelten für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern wie in 1.
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2 zeigt eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Ausgleichswellengetriebe in Richtung der Kurbelwelle 1, wobei die Kurbelwelle 1 in 2 nicht dargestellt ist. Die Ausgleichswellen 2, 2' mit den Unwuchten 7, 7' sind in vier Ausgleichswellenlagern 9, 9' drehbar gelagert. Ferner sind drei zentrale Befestigungselemente 4 erkennbar, die jeweils einem Befestigungspunkt 5 entsprechen. Erfindungsgemäß liegen diese mittig zwischen den Ausgleichswellen 2, 2' in dem transparent dargestellten Maschinengehäuse 3.
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Somit ist erfindungsgemäß die Verschraubung eines Ausgleichswellengehäuses mit einem Lagerdeckel 6 für eine Kurbelwelle 1 in einem vorzugsweise Deep-Skirt-Kurbelgehäuse dargestellt, mit dem Ziel, die Steifigkeit der Lagerung der Kurbelwelle 1 zu erhöhen und gleichzeitig die Steifigkeit des Ausgleichswellenmoduls zu erhöhen. Die Anordnung der Ausgleichswellen 2, 2' erfolgt seitlich neben der Zentralverschraubung mit den Befestigungselementen 4 im Ausgleichswellengehäuse mit dem Lagerdeckel 6. Die Ausgestaltung der Ausgleichswellen 2, 2' ist derart, dass die Verschraubung der Zentralverschraubung in definierter Wellendrehpositionierung möglich ist. Die Lage der Ausgleichswellen 2, 2' kann in beliebiger horizontaler oder vertikaler Lage erfolgen, je nach dem zu erzielenden Ausgleichsgrad.
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Erfindungsgemäß ist somit die Ausführung einer sog. Add-on-Ausgleichswellenmodul Lösung mit Höhenversatz der Ausgleichwellen 2, 2' für ein Deep-Skirt-Kurbelgehäuse dargestellt. Die Positionierung und das Design der Ausgleichswellen 2, 2' und Ausgleichswellenlager 9, 9' ist derart, dass:
- – ein maximaler Höhenversatz der Ausgleichswellen 2, 2' darstellbar ist,
- – eine möglichst geringe Baubreite benötigt wird,
- – eine maximale Unwucht pro Ausgleichswelle 2, 2' darstellbar ist,
- – eine Mittenverschraubung des Ausgleichswellengehäuses zum Lagerdeckel 6 darstellbar ist,
- – eine Mittenverschraubung in einer definierten Ausgleichswellendrehposition möglich ist,
- – eine Optimierung der Steifigkeit des Lagerdeckels 6 zur Seitenschürze (Deep-Skirt) des Kurbelgehäuses möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelwelle
- 2, 2'
- Ausgleichswelle
- 3
- Maschinengehäuse
- 4
- Befestigungselement
- 5
- Befestigungspunkt
- 6
- Lagerdeckel
- 7, 7'
- Unwucht
- 8, 8'
- Lagerverschraubung
- 9, 9'
- Ausgleichswellenlager
- Z
- Hochachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60020036 T2 [0002]
- DE 20217472 U1 [0003]
- EP 0453723 A1 [0004]
- DE 3615695 C2 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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