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Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für einen Massenausgleich, insbesondere für einen Lanchester-Massenausgleich, gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
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Eine solche Ausgleichswelle für einen Massenausgleich für eine Hubkolbenmaschine ist beispielsweise bereits der
DE 10 2014 224 772 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Ausgleichswelle umfasst einen aus einem Kunststoff gebildeten Grundkörper, an welchem wenigstens ein Ausgleichsgewicht gehalten ist. Der Massenausgleich und somit die Ausgleichswelle werden verwendet, um bei einer Hubkolbenmaschine, insbesondere bei einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, während ihres Betriebs auftretende Massenkräfte, insbesondere zweiter Ordnung, zu kompensieren beziehungsweise auszugleichen.
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Ferner offenbart die
DE 102 60 195 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Welle mit drehmomentübertragenden Konstruktionselementen, wobei ein rohrförmiger Grundkörper aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff erzeugt und in mittel- oder unmittelbarer Weise mit mindestens einem Funktionselement aus einem anderen Werkstoff in Direktverbindung gebracht wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausgleichswelle der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht und die Massenträgheit der Ausgleichswelle besonders gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ausgleichswelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Ausgleichswelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht und die Massenträgheit der Ausgleichswelle besonders gering gehalten werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ausgleichsgewicht aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere wenigstens einem Schwermetall, gebildet ist, wobei der Kunststoff ein Thermoplast, insbesondere ein Hochtemperaturthermoplast wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), ist. Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass, je höher das Gewicht einer Ausgleichswelle ist, desto höher ist die Verlustleistung, zu der es bei einer Beschleunigung der Ausgleichswelle kommt. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist die Ausgleichswelle von einer weiteren Welle, insbesondere einer Antriebswelle, der Hubkolbenmaschine antreibbar, sodass die Ausgleichswelle von der Welle der Hubkolbenmaschine beschleunigt werden kann. Durch den Einsatz des Thermoplasts ist es nun möglich, das Gewicht der Ausgleichswelle besonders gering zu halten, sodass auch die Massenträgheit der Ausgangswelle gering gehalten werden kann. Somit kann ferner die Verlustleistung, zu der es bei der Beschleunigung der Ausgleichswelle kommt, besonders gering gehalten werden. Herkömmliche Ausgleichswellen werden zumindest hauptsächlich aus einem Stahl als Grundwerkstoff hergestellt. Der Stahl als Grundwerkstoff wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch den Thermoplast, insbesondere den Hochtemperaturthermoplast, ersetzt. Um in Kombination mit dem Einsatz des Thermoplasts Massenkräfte, insbesondere zweiter Ordnung, besonders gut ausgleichen zu können, ist das Ausgleichsgewicht aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere mit wenigstens einem Schwermetall, gebildet.
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Das Ausgleichsgewicht wird auch als Wange oder Metallwange, insbesondere Schwermetallwange, bezeichnet und ist an dem Grundkörper und somit an dem Thermoplast befestigt. Beispielsweise ist das Ausgleichsgewicht an dem Grundkörper angeschraubt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Ausgleichsgewicht formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist. Hierzu ist beispielsweise das Ausgleichsgewicht zumindest teilweise in den Kunststoff es Grundkörpers eingebettet, insbesondere eingegossen. Mithilfe des Ausgleichsgewichts kann eine besonders ausgeprägte Unwucht mit einem nur geringen Materialeinsatz erzeugt werden. Ferner kann das Gewicht der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle besonders gering gehalten werden, da der Grundkörper als eine Kunststoffwelle beziehungsweise einer Kunststoffgrundwelle, an welcher das Ausgleichsgewicht gehalten ist, ausgebildet. Somit kann eine zur technischen Wirksamkeit erforderliche Unwucht realisiert werden, wobei gleichzeitig das Gewicht sowie die Massenträgheit der Ausgleichswelle gering gehalten werden kann. Im Vergleich zu einer als Stahlwelle ausgebildeten Ausgleichswelle, welche beispielsweise aus einem Stahl als Vollmaterial gebildet ist, können das Gewicht und die Massenträgheit um circa 72 Prozent gesenkt werden. Ferner ist es möglich, die Teileanzahl der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle gering zu halten. Außerdem kann der Grundkörper beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden, sodass der Grundkörper zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der metallische Werkstoff Wolfram aufweist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausgleichsgewicht zumindest aus Wolfram gebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer Ausgleichswelle für einen Massenausgleich, insbesondere für einen Lanchester-Massenausgleich, für eine Hubkolbenmaschine, mit einem aus einem Kunststoff gebildeten Grundkörper, an welchem wenigstens ein Ausgleichselement gehalten ist, wobei das Ausgleichselement aus einem metallischen Werkstoff gebildet und der Kunststoff ein Thermoplast ist.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Ausgleichswelle für einen Massenausgleich, welcher als Lanchester-Massenausgleich ausgebildet ist. Der Lanchester-Massenausgleich kommt zum Einsatz, um Massenkräfte, insbesondere zweiter Ordnung, einer beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine zumindest teilweise auszugleichen beziehungsweise zu kompensieren. Die Hubkolbenmaschine und der Massenausgleich sind beispielsweise Bestandteile eines Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Dabei ist die Hubkolbenmaschine ein Antriebsaggregat zum Antreiben des Kraftfahrzeugs. Die Hubkolbenmaschine umfasst eine als Kurbelwelle ausgebildete Antriebswelle, von welcher die Ausgleichswelle 10 antreibbar ist. Hierzu ist beispielsweise eine Antriebseinrichtung vorgesehen, welche als Umschließungstrieb ausgebildet ist. Um diesen Umschließungstrieb ist die Ausgleichswelle 10 von der Antriebswelle antreibbar. Der Umschließungstrieb umfasst vorliegend beispielsweise ein mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes erstes Zahnrad sowie ein mit der Ausgleichswelle 10 drehfest verbundenes zweites Zahnrad 12. Ferner umfasst der Umschlingungstrieb beispielsweise eine in der Fig. nicht erkennbare Kette, welche das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad 12 jeweils teilweise umschlingt. Hierdurch ist die Ausgleichswelle 10 drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt und somit von der Antriebswelle antreibbar. Mit anderen Worten können über die Antriebseinrichtung Drehmomente von der Kurbelwelle auf die Ausgleichswelle 10 übertragen werden, wodurch die Ausgleichswelle 10 beschleunigt und dadurch angetrieben werden kann.
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Die Ausgleichswelle 10 umfasst dabei einen Grundkörper 14, welche aus einem Kunststoff gebildet ist. An dem Grundkörper 14 ist eine Mehrzahl von Wangen 16 gehalten. Die Wangen 16 der Ausgleichswelle 10 sind Ausgleichsgewichte, um die beim Betrieb der Hubkolbenmaschine auftretenden Massenkräfte, insbesondere zweiter Ordnung, besonders gut kompensieren zu können.
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Um nun das Gewicht und die Massenträgheit der Ausgleichswelle 10 besonders gering zu halten sowie einen besonders vorteilhaften Ausgleich der Massenkräfte zu realisieren, sind die Wangen 16 (Ausgleichsgewichte) aus einem metallischen Werkstoff gebildet, wobei der metallische Werkstoff wenigstens ein Schwermetall umfasst beziehungsweise ein Schwermetall ist. Bei diesem Schwermetall handelt es sich beispielsweise um Wolfram, sodass die Wangen 16 beispielsweise zumindest aus Wolfram gebildet sind. Ferner ist der Kunststoff ein Thermoplast, insbesondere ist der Kunststoff als ein Hochtemperaturthermoplast wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK) gebildet. Der Grundkörper 14 ist somit eine Kunststoffwelle, an welcher die als Schwermetallwangen ausgebildeten Wangen 16 gehalten sind. Beispielsweise sind die Wangen 16 an den Grundkörper 14 angeschraubt. Mithilfe der angeschraubten Wangen 16 kann eine besonders ausgeprägte Unwucht mit einem nur geringen Materialeinsatz erzeugt werden, sodass das Gewicht und die Massenträgheit der Ausgleichswelle 10 gering gehalten werden können. Der als Kunststoffwelle ausgebildete Grundkörper 14 verstärkt diesen Effekt, der das Gewicht des Grundkörpers 14 selbst besonders gering gehalten werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Kunststoff des Grundkörpers 14 als faserverstärkter Kunststoff ausgebildet ist. Mit anderen Worten sind vorzugsweise Verstärkungsfasern in den Kunststoff des Grundkörpers 14 eingebettet. Bei diesen Verstärkungsfasern handelt es sich beispielsweise um Kohlefasern, sodass der Kunststoff, aus welchem der Grundkörper gebildet ist, als faserverstärkter Thermoplast, insbesondere als kohlefaserverstärkter Thermoplast ausgebildet ist.
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Vorliegend sind durch den Grundkörper 14 und somit durch den Thermoplast wenigstens zwei in axialer Richtung der Ausgleichswelle 10 voneinander beabstandete Lagerstellen 18 gebildet. Über die Lagerstellen 18 ist die Ausgleichswelle 10 im fertig hergestellten Zustand des Massenausgleichs an einem Gehäuse des Massenausgleichs um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert. Auch die Kurbelwelle ist an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert, wobei sich die zuvor genannten Drehachsen zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken und voneinander beabstandet sind.
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Da der Massenausgleich vorzugsweise als Lanchester-Massenausgleich ausgebildet ist und die Ausgleichswelle 10 bei diesem Lanchester-Massenausgleich eingesetzt wird, wird die Ausgleichswelle 10 auch als Lanchester-Welle bezeichnet, deren Gewicht und Massenträgheit aufgrund des Einsatzes des Thermoplasts und der Schwermetallwangen besonders gering gehalten werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausgleichswelle
- 12
- Zahnrad
- 14
- Grundkörper
- 16
- Wange
- 18
- Lagerstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014224772 A1 [0002]
- DE 10260195 A1 [0003]
