DE19916680A1 - Welle für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Welle 1 für Brennkraftmaschinen mit Massenanhäufungen bzw. Gegengewichten zum Ausgleich der Massenkräfte bzw. Massenmomente und mindestens einem in der Welle 1 vorgesehenen Hohlraum 2, der allseitig verschließbar ist, wobei die Welle 1 einstückig ausgebildet ist und Massenanhäufungen bzw. Gegengewichte 3 zum Ausgleich der Massenkräfte innerhalb des Hohlraums 2 der Welle 1 vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Welle für Brennkraftmaschi­ nen mit Massenanhäufungen bzw. Gegengewichten zum Ausgleich der Massenkräfte und mindestens einem in der Welle vorgesehenen Hohlraum, der allseitig verschließbar ist.

Es ist bereits eine Ausgleichswelle bekannt (DE 44 12 476 A1), die zur Kompensation von Massenkräften bzw. Massenmomenten in Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Die Ausgleichswelle weist hierzu an ihren Wellenenden Achszapfen zur Lagerung auf, wobei einer der Achszapfen ein Element für den Antrieb der Welle trägt. Die Achszapfen sind unabhängig von der Welle bearbeitet und in achsgleich fluchtende Bohrungen am jeweiligen Wellenende fest eingefügt, wobei die Ausgleichswelle im Fügesitz der Zap­ fen eine Wannendicke S von ca. 0,3 × gefügtem Zapfendurchmesser aufweist. Die bekannte Ausgleichswelle ist teilweise als hohle Welle ausgeführt, wobei ein Teil der Masse der Ausgleichsge­ wichte rotationssymmetrisch von einer die Welle umschließenden Hülle umgeben ist. Die Herstellung einer derartigen Welle ist aufwendig und teuer. Bei einem anderen Beispiel ist die Welle rotationssymmetrisch ausgebildet und ebenfalls mit einem Hohl­ raum zur Aufnahme der Ausgleichsgewichte ausgestattet. Diese werden hierzu nachträglich in den Hohlraum eingeführt und mit der Welle fest verbunden. Bei allen Wellen sind auch die Lager­ zapfen nachträglich stirnseitig an die Welle angefügt. Auch dieses Herstellungsverfahren ist aufwendig und teuer.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, eine Welle mit den Massenanhäufungen bzw. Gegengewichten zum Ausgleich der Massenkräfte derart auszubilden, daß sie kostengünstig her­ stellbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Welle einstückig ausgebildet ist und Massenanhäufungen bzw. Gegenge­ wichte zum Ausgleich der Massenkräfte innerhalb des Hohlraums der Welle vorgesehen sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Welle wesentlich kostengünstiger als bisher hergestellt werden kann. Insbesondere ist es möglich, diese durch ein Gießverfah­ ren herzustellen, so daß die Massenanhäufungen zum Ausgleich der Massenkräfte auf kostengünstige Weise an der richtigen Stelle plaziert werden können, das heißt, die Innenkontur des Hohlraums der Welle wird unregelmäßig ausgebildet. Alle Teile, die als Ausgleichskräfte verwendet werden, sind jedoch Gesamt­ bestandteile der Welle und werden nicht nachträglich einzeln eingepaßt oder eingeformt. Sie bilden mit der Welle ein Ganzes.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Welle als Lancasterwelle ausgebildet ist und die Außenoberfläche der Welle rotationssym­ metrisch ausgebildet ist. Da die Welle eine zylindrische Außen­ wandung aufweist, die auch rotationssymmetrisch ausgebildet ist, entfallen alle Hinterschneidungen, so daß diese Welle ins­ besondere als Lancasterwelle eingesetzt werden kann. Die glatte Oberfläche bietet keinen Angriff für das Motoröl, so daß ein Aufschäumen während des Arbeitsprozesses vermieden wird. Die Außenkontur der Welle bzw. der Lancasterwelle ist bis auf den Bereich der Lagerstellen unbearbeitet. In vorteilhafter Weise kann der Werkstoff der Welle aus Stahlguß bzw. Schalenhartguß SoGGH bestehen. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Innen­ raums, der auch durch das gießtechnische Verfahren lost-foam erreicht werden kann, entfällt eine mechanische Bearbeitung des Innenraums der Welle, wodurch ebenfalls Kosten zur Herstellung der Welle eingespart werden können.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Welle, daß eine oder mehrere Massenanhäufun­ gen bzw. Gegengewichte innerhalb des Hohlraums an verschiedenen Stellen vorgesehen sind, so daß eine motorspezifische Auslegung und Anordnung unter dem Kurbelgehäuse verwirklicht wird, welche die Gesamtresultierende der Massenkräfte, die bei einem 4- Zylinder-Motor im 3. Lagerstuhl liegt, bildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Massenanhäufungen bzw. Gegengewichte mit dem Innenteil der Welle einteilig verbunden sind. Wie bereits erwähnt, sind die einzelnen Massenanhäufungen zum Ausgleich der Massenkräfte mit dem Innenteil der Welle einteilig verbunden, das heißt, alle Teile der Welle werden durch ein Arbeitsverfahren hergestellt, so daß nach dem Gießvorgang keine weitere Bearbeitung der Welle bis auf die besondere Nachbearbeitung der Lagerstellen notwen­ dig ist.

Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Welle zwei Lager­ stellen bzw. Lagerzapfen und zwischen den Lagerstellen eine an­ nähernd durchgehende, zylinderförmige Außenoberfläche oder ei­ nen geschlossenen Außenmantel aufweist.

Durch die rotationssymmetrische Außenwand erhält man eine Erhö­ hung der Biegefestigkeit und dadurch die Möglichkeit, für die Lancasterwelle lediglich zwei Lager bzw. Lagerstellen vorzuse­ hen. Dadurch wird auch die Arbeitszeit zur Herstellung der Wel­ le verkürzt. Durch das Entfallen der mechanischen Bearbeitung, z. B. der Tieflochbohrungen, ergeben sich weitere Kostenvortei­ le bei der Herstellung der Welle. Die annähernd durchgehende, zylinderförmige Außenoberfläche der Welle verhindert, wie be­ reits erwähnt, Ölschäumung im Motorenbetrieb, was von besonde­ rer Bedeutung ist, da normalerweise die Lancasterwelle im Ölbad dreht.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anord­ nung ist es von Vorteil, daß der Hohlraum der Welle als durch­ gehender Hohlraum oder Bohrung ausgebildet ist, die im Bereich der beiden gegenüberliegenden Stirnflächen verschließbar ist.

Vorteilhaft ist es ferner, daß der Hohlraum der Welle als Öl­ kammer ausgebildet werden kann, die eine oder mehrere Öffnungen aufweist, über die Drucköl zu den Lagerstellen der Welle gelei­ tet werden kann.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß die Welle zwei Lagerstellen aufweist. Die durch ein besonderes Gießverfahren, wie bei­ spielsweise lost-foaming, hergestellte Welle läßt sich auch ge­ genüber einer geschmiedeten Welle wesentlich kostengünstiger herstellen, da aufgrund der hohen Biegefestigkeit lediglich mit zwei Lagerstellen ausgekommen werden kann. Insgesamt ist die mechanische Bearbeitung einer derart hergestellten Welle sehr gering.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Pa­ tentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Fi­ guren dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Lan­ casterwelle für Brennkraftmaschinen,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A ge­ mäß Fig. 1.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Welle bzw. Lancasterwelle einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschi­ ne bezeichnet, die für einen Drei- bzw. Vierzylindermotor ein­ gesetzt werden kann. Die Lancasterwelle 1 wird in ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Lancastergehäuse eingebaut und liegt dabei normalerweise unterhalb des Ölspiegels. Im Kurbel­ wellengehäuse befinden sich auch die Kurbelwelle, die Hubkolben und Pleuel und der zugehörige Massenausgleich erster Ordnung.

Der Massenausgleich zweiter Ordnung (Lancaster) ist nachstehend näher beschrieben.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 umfaßt die Lancasterwel­ le 1 zwischen zwei Lagerstellen bzw. Lagerzapfen 5 ein mittle­ res Wellenteil, dessen durchgehend glatte, zylinderförmige Au­ ßenoberfläche 4 rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

Jeweils an den beiden gegenüberliegenden Enden der Welle 1 ist diese mit je einem Lagerzapfen 8 ausgestattet, der ebenfalls zur Mittelachse der Welle 1 rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

Die Außenoberfläche 4 des mittleren Bereichs der Welle 1 kann unbearbeitet bleiben, da durch das Gießverfahren im vorliegen­ den Fall (lost-foaming) eine sehr gute Oberflächenqualität er­ zielt werden kann. Lediglich die Lageroberfläche der beiden La­ gerzapfen wird nachträglich bearbeitet.

Wie bereits erwähnt, wird die Welle 1 durch ein Gießverfahren, beispielsweise durch das erwähnte lost-foaming Gießverfahren, hergestellt. Durch dieses Verfahren können beliebige Innenkon­ turen erzeugt werden, insbesondere im Bereich der angeordneten Unwucht bzw. Massenanhäufung. Die Welle 1 ist hierzu mit einem durchgehenden Hohlraum 2 bzw. Druckölkanal versehen, der gemäß Fig. 1 aus drei Abschnitten besteht. Der erste und zweite Ab­ schnitt im Bereich der Lagerstellen 5 ist koaxial zur Drehachse der Welle 1 ausgerichtet. Der linke und rechte Hohlraumab­ schnitt des Hohlraums 2 im Bereich der Lagerstelle 5 ist also koaxial zur Rotationsachse ausgerichtet (wuchtzentriert = Bear­ beitungsverfahren).

Die Öffnung 11 des Hohlraums 2 im Bereich der Lagerstelle 5 kann mittels eines einschraubbaren Stopfens 6 nach dem Bearbei­ tungsvorgang der Welle 1 verschlossen werden bzw. sie weist ei­ ne Befestigungsschraube für das Antriebsrad auf. Der Hohlraum 2 dient gleichzeitig auch als Reservoir für das Öl, das zur Schmierung der Lager 8 der Welle erforderlich ist. Hierzu ist der Hohlraum 2 mit mindestens einer Öffnung 7 versehen, über die das Öl zur Lagerstelle 5 geleitet wird und damit für eine ausreichende Schmierung der hinteren Lagerstelle der Welle 1 dient. Die Öffnung 7 ist ferner mit einer in der Welle 1 vorge­ sehenen Ringnut 9 versehen, die über die Bohrung 7 mit dem Hohlraum 2 in Verbindung steht, so daß Drucköl der Lagerstel­ le 5 zugeführt werden kann. Die Nut 9 ist jeweils mittig im vorderen und hinteren Lager 12, 12' vorgesehen. Wie bereits er­ wähnt, wird nach dem Herstellungsvorgang des Wellenrohlings ei­ ne Wuchtzentrierung an den Lagerbohrungen vorgenommen.

In der Zeichnung ist in Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A wiedergegeben, aus der sich die Ausbildung einer Ausgleichsmasse 10 ergibt. Die Ausgleichsmasse 10 ist gegenüber bisherigen Ausführungsformen in dem Innenteil der Welle 1 inte­ griert, das heißt, dieser Teil ist wie der übrige Teil der Wel­ le durch das Gießverfahren hergestellt. Hierdurch ist es also möglich, die Außenkontur 4 der Welle 1 durchgehend glatt auszu­ bilden, so daß die normalerweise unterhalb des Ölspiegels lie­ gende Lancasterwelle 1 keine schöpfende Wirkung mehr entfalten kann und somit das Öl nicht mehr wie bisher aufgeschäumt wird. Durch die vorteilhafte zylinderförmig ausgebildete, durchgehend glatte Außenform der Welle 1 entstehen keine Hinterschneidungen und somit, wie bereits erwähnt, auch kein Angriff für das Öl in der Ölwanne. Gleichzeitig kann der Hohlraum 2 auch, wie bereits erwähnt, als Ölreservoir dienen.

Die Welle 1 besteht aus einem Stahlguß bzw. Schalenhartguß SoGGH. Durch das vorteilhafte Gießverfahren entfällt eine me­ chanische Bearbeitung im Innenraum bzw. im Hohlraum 2 der Wel­ le 1. Ferner kann durch vorteilhafte Ausgestaltung der Welle 1 eine Erhöhung der Biegefestigkeit erreicht werden, so daß eine mittlere Lagerstelle der Lancasterwelle 1 entfallen kann. Da­ durch können Kosten bei der Erstellung der Welle 1 eingespart werden. Durch den Fortfall von Lagerstellen ist eine einfache Montage der Lancasterwelle 1 möglich. Die Verwendung von nur zwei Lagerstellen ermöglicht eine Toleranzerweiterung gegenüber einer Lancasterwelle mit 3 Lagerstellen. Durch Einsparung einer Lagerstelle bzw. eines Lagerdeckels besteht auch die Möglich­ keit, eine Vergrößerung der anderen Lagerstellen vorzunehmen.

Die Innenausgestaltung des Hohlraums 2 kann im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet sein.

Claims (9)

1. Welle (1) für Brennkraftmaschinen mit Massenanhäufungen bzw. Gegengewichten zum Ausgleich der Massenkräfte und mindestens einem in der Welle (1) vorgesehenen Hohlraum (2), der allseitig verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) einstückig ausgebildet ist und Massenanhäu­ fungen bzw. Gegengewichte (3) zum Ausgleich der Massenkräfte innerhalb des Hohlraums (2) der Welle (1) vorgesehen sind.

2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) als Lancasterwelle ausgebildet ist und die Außenoberfläche (4) der Welle (1) rotationssymmetrisch ausge­ bildet ist.

3. Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Massenanhäufungen bzw. Gegengewichte (3) innerhalb des Hohlraums (2) an verschiedenen Stellen vorgesehen sind.

4. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenanhäufungen bzw. Gegengewichte (3) mit dem Innen­ teil der Welle (1) einteilig verbunden sind.

5. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) zwei Lagerstellen bzw. Lagerzapfen (5) und zwischen den Lagerstellen eine annähernd durchgehende, zylin­ derförmige Außenoberfläche (4) oder einen geschlossenen Außen­ mantel aufweist.

6. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) der Welle (1) als durchgehender Hohlraum oder Bohrung ausgebildet ist, die im Bereich der beiden gegen­ überliegenden Stirnflächen verschließbar ist.

7. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) der Welle (1) als Ölkammer ausgebildet ist, die eine oder mehrere Öffnungen (7) aufweist, über die Öl zu den Lagerstellen (5) der Welle (1) geleitet werden kann.

8. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) zwei Lagerstellen (5) aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Welle nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) im lost-foam-Gießverfahren hergestellt wird und die gesamte Welle aus einem Stück besteht.