-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Hubkolbenmaschine, bei der eine derartige Kurbelwelle zum Einsatz kommt.
-
Kurbelwellen sind als Bauteil von Hubkolbenmaschinen, insbesondere von Verbrennungsmotoren, im Stand der Technik bekannt. In einem Verbrennungsmotor wird ein Kraftstoff in einem Zylinder verbrannt, mithin in Wärme und Druck umgewandelt. Die Temperatur und der Druck im Zylinder steigen in Sekundenbruchteilen stark an. Ein im Zylinder angeordneter Kolben des Verbrennungsmotors wird durch den resultierenden Gasdruck in Bewegung versetzt und leitet diese Bewegungsenergie mittels einer Pleuelstange als Drehkraft an die Kurbelwelle weiter. Das Drehmoment der rotierenden Kurbelwelle wird in den Antriebsstrang übertragen.
-
Kurbelwellen weisen Wellenzapfen für die Lagerung im Kurbelgehäuse und Hubzapfen zur Aufnahme der Pleuellager auf. Die Wellenzapfen und Hubzapfen sind wiederum durch Kurbelwangen miteinander verbunden.
-
-
Insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit wenigen Kolben, beispielsweise bei Dreizylindermotoren, kann es während des Betriebes zu Schwingungen bzw. Vibrationen an der Kurbelwelle kommen. Diese unerwünschten Vibrationen können die Abnutzungserscheinungen der Motorbauteile erhöhen und das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges negativ beeinflussen. Zudem wird durch die Vibrationen Energie verbraucht, was die Effizienz des Motors reduziert.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik, eine betriebstechnisch verbesserte Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine, die insbesondere Schwingungen bzw. Vibrationen der Kurbelwelle reduziert, sowie eine entsprechend optimierte Hubkolbenmaschine aufzuzeigen.
-
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kurbelwelle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 sowie durch eine Hubkolbenmaschine mit einer derartigen Kurbelwelle gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Die erfindungsgemäße Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine weist zwei Wellenzapfen für die vorgesehene Lagerung in einem Kurbelgehäuse auf. An den aneinander zugewandten Enden der Wellenzapfen ist jeweils eine Kurbelwange angeordnet. Die Kurbelwangen sind über einen Hubzapfen miteinander verbunden, wobei der Hubzapfen zur Aufnahme eines Pleuellagers ausgebildet ist.
-
Die Kurbelwelle zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass zumindest eine Kurbelwange auf einer Seite eine Nut aufweist, wobei die Nut mit einem Öl gefüllt ist und in der Nut mindestens eine Kugel bewegbar und eine Feder angeordnet sind. Die Kurbelwelle hat bei der vorgesehenen Anordnung in einer Hubkolbenmaschine eine vorgegebene Drehrichtung. Bei entsprechender Drehung der Kurbelwelle bewegt sich die in der Nut bewegbar angeordnete Kugel aufgrund ihrer Trägheit entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle. Dabei kommt die Kugel mit der ebenfalls in der Nut angeordneten Feder zur Anlage. Je nach Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle wird die Feder durch die Kugel unterschiedlich stark zusammengedrückt. Das in der Nut befindliche Öl dämpft die Bewegung der Kugel zusätzlich. Die Kugel fungiert somit als dynamische Ausgleichslast. Im Rahmen der Erfindung hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Schwingungen bzw. Vibrationen der Kurbelwelle so gedämpft bzw. abgeschwächt werden.
-
Besonders bevorzugt weisen beide Kurbelwangen der Kurbelwelle auf einer Seite eine Nut auf, wobei die Nut in beiden Fällen mit Öl gefüllt ist und in der Nut jeweils mindestens eine Kugel bewegbar und eine Feder angeordnet sind. Durch eine entsprechende Anordnung in beiden Kurbelwangen können die Schwingungen bzw. Vibrationen der Kurbelwelle stärker reduziert werden.
-
Vorzugsweise ist die Nut wellenzapfenseitig auf der Kurbelwange angeordnet.
-
Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass die Schwingungsdämpfung bei hoch viskosem Öl besonders vorteilhaft ist. Das Öl weist insbesondere eine kinematische Viskosität bei 100° C zwischen 10 und 30 mm/s, besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 mm2/s Sekunde auf.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung sind mehrere Kugeln in der Nut angeordnet. Als besonders vorteilhaft für die Schwingungsdämpfung der Kurbelwelle hat sich eine Anordnung zwischen drei und acht Kugeln herausgestellt.
-
Bevorzugt ist die Nut bogenförmig ausgeführt.
-
Die Nut ist vorzugsweise eine Ausnehmung in der Seite der Kurbelwange. Alternativ kann die Nut auch durch eine Bohrung in der Kurbelwange ausgebildet sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind die Enden der Nut aufgeweitet. Die Nut kann an ihren Enden auch in größere, ebenfalls in der Seite der Kurbelwange angeordnete Räume übergehen. Durch die Rotation der Kurbelwelle wird etwaige in der Nut befindliche Luft nach außen gedrückt und sammelt sich in der Aufweitung der Nut. So ist sichergestellt, dass die Kugeln vollständig von Öl umgeben sind.
-
Bevorzugt ist die Feder an einem Ende der Nut angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Montage der Feder und lässt einen größtmöglichen Freiraum für die Bewegung der Kugel innerhalb der Nut. Die Feder ist dabei bevorzugt an dem Ende der Nut angeordnet, zu dem sich die Kugel bei einer Drehung der Kurbelwelle bewegt.
-
Die Feder kann auch aus einer aneinander gereihten ersten Feder und zweiten Feder ausgebildet sein. Über eine entsprechende Reihenschaltung kann die Federkennlinie optimal an die jeweilige Kurbelwelle angepasst werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kugel zwischen zwei Federn in der Nut angeordnet. Dabei sind die zwei Federn bevorzugt an den jeweiligen Enden der Nut angeordnet. In diesem Fall ist die Kurbelwange unabhängig von der Drehrichtung der Kurbelwelle ausgestaltet.
-
Die Nut ist bevorzugt mittels einer Abdeckung verschlossen, wobei die Abdeckung insbesondere aus Plexiglas ausgebildet ist. Durch die Abdeckung werden das Öl und die Kugel in der Nut gehalten. Ist die Abdeckung aus Plexiglas ausgebildet, ist bei einer Inspektion des Bauteils leicht zu überprüfen, ob sich die Kugel, das Öl und die Feder in einem ordnungsgemäßen Zustand befinden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Hubkolbenmaschine mit mindestens einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle aufgezeigt. Die Hubkolbenmaschine ist insbesondere ein Verbrennungsmotor oder ein Kolbenkompressor.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in den Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung.
-
Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Kurbelwelle für eine Hubkolbenmaschine in einer Perspektive,
- 2 die erfindungsgemäße Kurbelwelle in einer Seitenansicht,
- 3 eine alternative Ausführungsvariante einer Kurbelwelle in einer Perspektive und
- 4 eine Seitenansicht der alternativen Ausführungsform einer Kurbelwelle.
-
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Kurbelwelle 1 in einer Perspektive. Die Kurbelwelle 1 weist zwei Wellenzapfen 2 auf. An den einander zugewandten Enden 3 der Wellenzapfen 2 ist jeweils eine Kurbelwange 4 angeordnet. Die Kurbelwangen 4 sind über einen Hubzapfen 5 miteinander verbunden. Über die Wellenzapfen 2 ist die Kurbelwelle 1 in einem Kurbelgehäuse gelagert. An dem Hubzapfen 5 wird ein hier nicht näher dargestellter Pleuel über ein Pleullager angeordnet, welcher mit einem Kolben einer Hubkolbenmaschine gekoppelt ist und die Kurbelwelle 1 antreibt.
-
Erfindungsgemäß weist die eine der Kurbelwangen 4 eine Nut 6 auf. Die Nut 6 ist wellenzapfenseitig auf der Kurbelwange 4 angeordnet. Die Nut ist mit einem Öl gefüllt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Kugeln 7 bewegbar innerhalb der Nut 6 angeordnet. In 2 ist zu sehen, dass eine Feder 8 in der Nut 6 angeordnet ist.
-
Bei der vorgesehenen Anordnung der Kurbelwelle 1 in dem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine dreht sich die Kurbelwelle 1 in eine vorgegebene Drehrichtung R. Durch die Trägheit der Kugeln 7 bewegen sich diese entgegen der Drehrichtung R. Dies ist in 2 gezeigt. Hier befinden sich die Kugeln 7 in einem ausgelenkten Zustand und stoßen gegen die ebenfalls in der Nut 6 angeordnete Feder 8. Durch das in der Nut 6 befindliche Öl wird die Bewegung der Kugeln 7 zusätzlich gedämpft. Je nach Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1 wird die Feder 8 durch die Kugeln 7 unterschiedlich stark ausgelenkt. Die Kugeln 7 fungieren somit als dynamische Ausgleichslast. So werden die Schwingungen bzw. Vibrationen der Kurbelwelle 1 gedämpft bzw. abgeschwächt.
-
Das Öl ist dabei bevorzugt hoch viskos und weist insbesondere eine kinematische Viskosität bei 100° zwischen und 10 und 30 mm2/s, besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 mm2/s auf.
-
Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 sind insgesamt drei Kugeln 7 in der Nut 6 angeordnet. Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, dass insbesondere bei einer Anordnung zwischen drei und acht Kugeln 7 eine hohe Schwingungs- bzw. Vibrationsreduzierung erreicht wird.
-
Die Nut 6 ist bogenförmig ausgeführt und die Enden 9 der Nut 6 sind aufgeweitet. Etwaige in der Nut 6 befindliche Luft wird durch die Drehbewegung nach außen verdrängt und kann sich so in der Aufweitung der Nut 6 sammeln.
-
Die Feder 8 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Ende 9 der Nut 6 angeordnet. In diesem Fall im aufgeweiteten Ende 9 der Nut 6. Die Feder 8 ist dabei aus einer aneinandergereihten ersten Feder 10 und zweiten Feder 11 ausgebildet. Mit einer entsprechenden Reihenschaltung kann die Federkennlinie individuell auf eine bestimmte Kurbelwelle 1 ausgelegt werden.
-
Die Nut 6 ist mittels einer hier nicht näher dargestellten Abdeckung verschlossen. Die Abdeckung ist dabei insbesondere aus Plexiglas ausgebildet. Dies ermöglicht beispielsweise bei einer Inspektion der Kurbelwelle eine einfache Kontrolle, ob die Anordnung ordnungsgemäß funktioniert.
-
Die 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsvariante der Kurbelwelle 1 in einer Perspektive und einer Seitenansicht. Hier verläuft die Nut 6 geradlinig in der Kurbelwange 4. In der Nut 6 sind ebenfalls Kugeln 7, Öl und Federn 8 angeordnet. Insgesamt befinden sich acht Kugeln 7 in der Nut 6, die zwischen zwei Federn 8 in der Nut angeordnet sind. Mit dieser Konfiguration ist die Kurbelwange 4 unabhängig von der Drehrichtung R der Kurbelwelle 1 ausgestaltet.
-
Die Kurbelwelle 1 ist im Ruhezustand dargestellt und befindet sich nicht in Bewegung. Mithin sind die Kugeln 7 nicht ausgelenkt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Wellenzapfen
- 3
- Ende von 2
- 4
- Kurbelwange
- 5
- Hubzapfen
- 6
- Nut
- 7
- Kugel
- 8
- Feder
- 9
- Ende von 6
- 10
- Erste Feder
- 11
- Zweite Feder
- R
- Drehrichtung von 1
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014118673 A1 [0004]
