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Die
Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Eine
derartige Ausgleichswelle für
die Brennkraftmaschine ist bekannt, wobei die Schwingungen, die
von den sich hin- und herbewegenden Bauteilen, wie Kolben, bedingt
werden, dadurch reduziert werden können, daß die Ausgleichswelle mit dem
Exzentergewicht parallel zur Kurbelwelle angeordnet ist, wobei sie
durch eine Übertragung
der Drehkraft der Kurbelwelle in Drehung versetzt wird. In letzter
Zeit wurde eine Ausgleichswelle vorgeschlagen, die folgende zwei
Forderungen erfüllt;
eine Forderung nach einer Sicherstellung der Motorstabilität beispielsweise
dadurch, daß eine
relativ schwere Ausgleichswelle zur Absenkung des Motorschwerpunkts
in der Ölwanne
im unteren Bereich des Motors angeordnet ist, und die andere Forderung
nach Vermeidung des Maschine-Leistungsverlusts, der vom Drehwiderstand verursacht
wird, im Fall, daß sich
die Ausgleichswelle mit dem Exzentergewicht in das Öl in der Ölwanne getaucht
dreht. Als Stand der Technik, der die beiden Forderungen erfüllt, kann
beispielsweise die JP-4-101843 U (im folgenden als erste bekannte Technik
bezeichnet) und die JP-5-231479 A (im folgenden als zweite bekannte
Technik bezeichnet) genannt werden.
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Bei
der ersten bekannten Technik ist die Ausgleichswelle, deren Exzenterteil
z.B. durch Gießen geformt
und nach außen
ausgebuchtet ist, an ihrem Außenumfang
mit einem Deckel überdeckt,
so daß die
gesamte Ausgleichswelle eine zylindrische Form darstellt.
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Bei
der zweiten bekannten Technik ist die Ausgleichswelle mit einer
axialen halbzylindrischen Ausnehmung versehen, die mit einem halbzylindrischen
Deckel überdeckt
ist, so daß die
Ausgleichswelle eine zylindrische Außenform hat.
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Bei
den beiden bekannten Techniken ist die Exzenter-Ausgleichswelle z.B. durch Gießen geformt,
so daß bei
der Herstellung von vielartigen Maschinen verschiedene Ausgleichswellen
vorbereitet werden müssen,
die in Länge,
Dicke und Exzentrizität
auf die Charakteristik der Maschine abgestimmt sind, wobei entsprechende
Gußformen
je nach Art der Maschine benötigt
werden und keine einheitliche Ausgleichswelle verwendet werden kann.
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Bei
der ersten bekannten Technik erfolgt die Übertragung der Drehkraft auf
die Ausgleichswelle mit dem exzentrisch angeordneten Schwerpunkt,
wobei die Ausgleichswelle an ihrem Außenumfang mit dem Deckel überdeckt
ist. Bei der zweiten Technik erfolgt die Übertragung der Drehkraft auf
die halbzylindrische Ausgleichswelle, die mit der axialen Ausnehmung
ausgebildet ist, wobei die Ausgleichswelle mit dem halbzylindrischen
Deckel überdeckt
ist. Die Deckel, die bei den beiden Techniken verwendet sind, sind
jeweils an der Ausgleichswelle angebracht, die zur Übertragung
der Drehkraft dient, so daß die
Deckel durch die Fliehkraft der Ausgleichswellen oder den Drehwiderstand
des Öls
beschädigt
werden können.
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Die
DE 4412476 A1 offenbart
eine gattungsgemäße Ausgleichswelle
für eine
Brennkraftmaschine mit einer Welle, einem kreiszylindrischen an
der Außenumfangsseite
der Welle mit bestimmtem Abstand von dieser angeordneten Teil, einem
Wuchtgewicht, das exzentrisch in einem ringförmigen, von dem Außenumfang
der Welle und dem Innenumfang des kreiszylindrischen Teils begrenzten
Raum fest angeordnet ist, Festklemmmitteln zur Befestigung des Wuchtgewichts
und mehreren Deckelteilen zum Verschließen des kreiszylindrischen
Teils an beiden Enden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ausgleichswelle
so weiterzubilden, dass sie im Betrieb möglichst wenig Störungen erzeugt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Ausgleichswelle mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung ist im abhängigen Anspruch 2 definiert.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle ist
das Wuchtgewicht mit Festklemmitteln, wie Schraubenbolzen oder Stiften,
am kreiszylindrischen Teil befestigt, wodurch kein Drehmoment, das
durch die Drehung der Ausgleichswelle bedingt wird, auf das Wuchtgewicht übertragen
wird und die Bauteile, aus denen die Ausgleichswelle zusammengesetzt ist,
unter Sicherstellung der Festigkeit des kreiszylindrischen Teils
einheitlich für
verschiedene Maschinen verwendet werden können.
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Ferner
ist innerhalb des kreiszylindrischen Teils eine Welle angeordnet,
mit der die gesamte Ausgleichswelle in Drehung versetzt werden kann, so
daß kein
Drehmoment, das durch die Drehung der Ausgleichswelle bedingt wird,
auf das Wuchtgewicht übertragen
wird und die Bauteile, aus denen die Ausgleichswelle zusammengesetzt
ist, unter Sicherstellung der Festigkeit der Welle einheitlich für verschiedene
Maschinen verwendet werden können.
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Des
Weiteren ist es ausgeschlossen, daß die Festklemmittel, wie Schraubenbolzen
oder Stifte, mit ihren Kopfteilen seitlich über die Ausgleichswelle ragen,
wodurch die Ursache für
einen Drehwiderstand, wie z.B. die Rührbewegung des Öls bei der
Drehung der Ausgleichswelle, beseitigt werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist eine
Erleichterung der Montage dadurch erreichbar, daß das kreiszylindrische Teil
aus einem elastischen Wickelstück
besteht.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle
für eine
Brennkraftmaschine,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie A-A in 1,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle
für eine
Brennkraftmaschine,
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4 einen
Schnitt entlang der Linie B-B in 3,
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5 einen
Motor mit dem ersten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle
für die
Brennkraftmaschine,
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6 einen
Schnitt entlang der Linie C-C in 5,
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7 einen
Schnitt entlang der Linie D-D in 5 und
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8 ein
abgewandeltes Ausführungsbeispiel
der in 7 dargestellten Ölwanne.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter
bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert:
Die 1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 10 im
Schnitt. Mit 12 ist ein kreiszylindrisches Teil bezeichnet,
das die Außenkontur
der Ausgleichswelle 10 bildet. Das kreiszylindrisches Teil 12 ist
mit zwei Ausnehmungen 14 ausgebildet, die jeweils mit einem
etwa zentral liegenden Loch 16 versehen sind. In jedes
Loch 16 ist ein Stift 20 eingesetzt, der zur Befestigung
eines Wuchtgewichts 18 am Innenumfang des kreiszylindrischen
Teils 12 dient. An beiden Enden des kreiszylindrischen
Teils 12 ist jeweils ein Deckel 22 bzw. 24 durch
Einpressen oder Löten
angebracht, um das kreiszylindrisches Teil 12 zu verschließen. Die
Ausgleichswelle 10 ist an den Außenumfängen ihrer Deckel 22, 24 mittels
nicht dargestellter Lager drehbar gelagert.
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Wie
in 2 dargestellt, die einen Schnitt entlang der Linie
A-A in 1 zeigt, ist das Wuchtgewicht 18 so tief
in das kreiszylindrische Teil 12 eingefüllt, daß es etwa eine Volumenhälfte des
kreiszylindrischen Teils 12 einnimmt, damit eine exzentrische Gewichtsverteilung
bei der Drehung der Ausgleichswelle 10 erreicht werden
kann. In einem inneren Bereich des kreiszylindrischen Teils 12,
in dem kein Wuchtgewicht 18 liegt, ist ein Raum 26 gebildet.
In den Deckel 22 ist ein Kanal 23 eingearbeitet,
der die Außenumfangsfläche des
Deckels 22 mit dem Raum 26 verbindet. In den Deckel 24 ist
ein Kanal 25 eingearbeitet, der die Außenumfangsfläche des
Deckels 24 mit dem Raum 26 verbindet. So sind
der Kanal 23, der Raum 26 und der Kanal 25 in
Reihe angeordnet, wobei diese Reihe von Kanälen bei der Drehung der Ausgleichswelle 10 zur
Zuführung
des Schmieröls zwischen
die Deckel 22, 24 und die diese umgebenden Lager
dienen.
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Die 3 und 4 zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle 30 im
Schnitt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Welle 32 hohlzylindrisch ausgebildet, die mit
einer Durchgangsbohrung 31 zur Gewichtseinsparung versehen
ist, und in deren beide Enden jeweils eine Kugel 34, 36 eingepreßt ist.
Am Außenumfang
der Welle 32 sind drei Lagerringe 38, 40, 42 mit
gleichem Abstand zueinander angeordnet, die jeweils aus einem Sinterstoff
bestehen. Zwischen den Lagerringen 38 und 40 bzw. 40 und 42 ist
jeweils ein Wuchtgewicht 44 bzw. 46 angeordnet,
das jeweils mittels zwei Schraubenbolzen 48 und 50 bzw. 52 und 54 an
der Welle 32 befestigt ist. Zwischen den. Lagerringen 38 und 40 bzw. 40 und 42 ist
ferner jeweils eine Blattfeder 56 vorgesehen, die Absätze 38a, 40a und 42a der
Lagerringe, die Schraubenbolzen 48, 50, 52 und 54 sowie
die Wuchtgewichte 44 und 46 von außen zylindrisch
umgibt.
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Die
Lagerringe 38, 40 und 42 weisen jeweils eine
radiale Bohrung 39, 41 bzw. 43 auf, die
mit der Durchgangsbohrung 31 der Welle 32 verbunden
ist, so daß das
Schmieröl,
ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel, über diese
Kanäle
den Lagerringen 38, 40 und 42 zugeführt werden
kann.
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In
den 5 und 6 ist beispielsweise ein Vierzylinder-Motor
mit der nach dem ersten Ausführungsbeispiel
ausgestalteten Ausgleichswelle 10 gezeigt. In einem Zylinderblock 61 des
Motors sind dabei parallel zu einer Kurbelwelle 62 eine
erste Ausgleichswelle 10 und eine zweite nicht dargestellte Ausgleichswelle 10 vorgesehen.
Am – in
der Zeichnung – linken
Ende ist die Kurbelwelle 62 mit einer Kurbelwellenriemenscheibe 63,
einer Kurbelwellen-Synchronriemenscheibe 60 und einem Kettenrad 64 versehen.
Um die Kurbelwellen-Synchronriemenscheibe 60 ist ein Synchronriemen 60a gelegt,
um die Nockenwelle zum Öffnen
und Schließen
der Einlaß- und
Auslaßventile
des Motors in Drehung zu versetzen. Um das Kettenrad 64,
wie in 6 gezeigt, ist eine Kette 65 gelegt,
die ein auf der ersten Ausgleichswelle 10 sitzendes Kettenrad 66 und
ein die Ölpumpe
antreibendes Kettenrad 67 in Drehung versetzt. Die Zähne des
Kettenrades 67 kämmen
mit einem Zahnrad 68, das am Ende der zweiten nicht dargestellten
Ausgleichswelle 10 angeordnet ist, so daß diese
ebenfalls in Drehung versetzt wird. In der Zeichnung ist mit 69 ein
Spanner bezeichnet, welcher der Kette 65 eine gewünschte Spannungskraft
gibt. Die Kurbelwelle 62 ist über Lager 70 am Zylinderblock 61 und
Lagerdeckeln 71 drehbar gelagert, wobei sie Pleuelstangen 72 in
Auf- und Abbewegung bringt, die mit nicht dargestellten Kolben in
den Zylindern verbunden sind.
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Wie
aus 5 ersichtlich ist, ist die erste Ausgleichswelle 10 zwischen
einer Ölwanne 73 aus Aluminium
und deren Trennwand 74 angeordnet, wobei sie mit Lagern 75, 76, 77 und 78 gelagert
ist und durch die Drehung des Kettenrades 66 in Drehung versetzt
wird. Das Lager 76 ist mit einem Ölkanal 79 versehen,
der mit einer Auslaßöffnung der
nicht dargestellten Ölpumpe
verbunden ist, um das Öl über den Öleinlaßkanal 23 des
Deckels 22 und den Raum 26 in den Ölauslaßkanal 25 des
Deckels 24 einzuleiten und die Schmierung zwischen dem
kreiszylindrischen Teil 12 der ers ten Ausgleichswelle 10 und
den Lagern 75, 76, 77 und 78 zu
ermöglichen.
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Die 7 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie D-D in 5. Die Ölwanne 73 ist
aus einem Oberteil 73a und einem Unterteil 73b zusammengesetzt.
Der Anlagebereich des Oberteils 73a an den Unterteil 73b bildet
einen brillenförmigen
Verbindungsbereich 77b, durch den Lager 77, 77 für die beiden
Ausgleichswellen 10 miteinander verbunden sind. In den
Verbindungsbereich 77b zwischen dem Ober- und Unterteil 73a und 73b sind
Einsätze 80a und 80b jeweils
eingesetzt, die jeweils aus Hochspannungs-Stahlmaterial bestehen. Die Einsätze 80a, 80b sind
so angeordnet, daß ihre
Enden die Lager 77, 77 umschließen, wodurch
verhindert wird, daß die
Lager 77, 77 infolge gegensinniger Drehung der
beiden Ausgleichswellen 10 den Verbindungsbereich 77b nach
außen
ziehen.
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Die 8 zeigt
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
der in 7 dargestellten Ölwanne 73, bei dem
Kühlwassermäntel 82, 84 außerhalb
der Lager 77, 77 angeordnet sind. Die Wärme, die
durch die Drehung der Ausgleichswellen 10, 10 an
den Lagern 77, 77 erzeugt wird, kann durch diese
Kühlwassermäntel 82, 84 abgegeben
werden. Es ist auch möglich,
die Kühlwassermäntel 82, 84 mit
den in 7 dargestellten Einsätzen 80a, 80b kombiniert
zu verwenden.
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Die
so ausgestalteten Ausgleichswellen für die Brennkraftmaschine funktionieren
wie folgt:
Beim Anlassen des Motors wird die Kurbelwelle 62 durch
die Pleuelstangen 72 gedreht. Das Kettenrad 66 wird über das
Kettenrad 64 und die darum gelegte Kette 65 in 6 im
Uhrzeigersinn gedreht, während sich
das mit dem Kettenrad 67 kämmende Zahnrad 68 entgegen
dem Uhrzeigersinn dreht. Daher werden die erste, mit dem Kettenrad 66 verbundene
Ausgleichswelle 10 und die zweite, mit dem Zahnrad 68 verbundene
Ausgleichswelle 10 (nicht darge stellt) gegensinnig gedreht.
Die Drehkräfte
der beiden Ausgleichswellen 10 werden über die Drehung des kreiszylindrischen
Teils 12 erzeugt, so daß eine stabile Drehung erreicht
ist. Da die Außenkontur
jeder Ausgleichswelle 10 entsprechend dem einstückigen kreiszylindrischen
Teil 12 kreiszylindrisch ist, kann die Ausgleichswelle 10 bei
zunehmender Ölmenge
in der Ölwanne 73 und
damit auch in das Öl
getaucht gedreht werden, ohne daß sie durch den Ölwiderstand
beschädigt
wird. Die Trägheitskräfte, die
durch die Hin- und Herbewegung der nicht dargestellten Kolben bedingt
werden, werden durch die Trägheitskräfte der
Ausgleichswellen 10, 10 ausgeglichen, so daß der Leistungsverlust
und die Schwingung des Motors unterdrückt werden können.
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Für verschiedene
Arten von Motoren ist die Verwendung von einheitlichen Bauteilen
möglich,
indem die kreiszylindrischen Teile 12, die in Länge und/oder
in Größe unterschiedlich
sind, verwendet werden. Wenn die Länge des kreiszylindrischen
Teils 12 verändert
werden soll, kann das kreiszylindrische Teil mit gewünschter
Länge erzielt
werden, indem der Schnittabstand des kreiszylindrischen Teils 12 eingestellt
wird, so daß,
wie z.B. beim Gießen,
die Vorbereitung von verschiedenen Gußformen, die jeweils dem kreiszylindrischen
Teil 12 mit der gewünschten Länge entsprechen,
entfällt.
Dies bedeutet eine sehr kostengünstige
Herstellung der Ausgleichswelle.
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Eine
Ausgleichswelle für
eine Brennkraftmaschine soll sich im Öl einer Ölwanne ohne Leistungsverlust
drehen, für
verschiedene Brennkraftmaschinen einheitlich verwendet werden und
einfach montiert werden können.
Das Gehäuse
der Ausgleichswelle besteht aus einem kreiszylindrischen Teil 12 und
Deckeln 22, 24, die an den beiden Enden des kreiszylindrischen
Teils 12 angeordnet sind. Am Innenumfang des kreiszylindrischen
Teils 12 ist ein Wuchtgewicht 18 zur exzentrischen
Massenverteilung durch Stifte 20 befestigt.
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- 12
- kreiszylindrisches
Teil
- 22,24,38,42
- Deckel
(Deckelteil)
- 20,48,50,52,54
- Festklemmstück
- 56
- Wickelstück
- 18,44,46
- Wuchtgewicht