DE3925181A1 - Welle, insbesondere kurbelwelle, mit zumindest einem gegengewicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ins­ besondere ist dabei an eine Kurbelwelle für eine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienende Brennkraftmaschine gedacht.

Ein Nachteil derartiger bezüglich der Achse der Welle also unsymmetrischer Gegenge­ wichte ist darin zu sehen, daß sie das Massenträgheitsmoment der eigentlichen Welle erhöhen und dadurch die Torsionseigenfrequenz der Welle so weit verringern können, daß die Eigenfrequenz in den Bereich der Betriebsfrequenz der Welle gerät.

Zur Unterdrückung der Torsionsschwingungen, die durch periodisch wechselnde Kräfte an umlaufenden Wellen erzeugt werden, ist aus der DE-PS 6 98 877 eine Unterteilung der Gegengewichte in der Weise bekannt, daß an einem wellenfesten Teil des jeweili­ gen Gegengewichts scheibenförmige Teile gleichsam pendelnd aufgehängt sind, wobei zwischen den Bestandteilen des Gegengewichts durch Federdruck Reibverbindungen erzeugt werden. Die Achse für die Pendelbewegungen liegt dabei ebenfalls exzentrisch zur Achse der eigentlichen Welle. Diese Konstruktion bewirkt jedoch lediglich eine gewisse, von den Verhältnissen an den Reibflächen abhängige Umsetzung von Schwin­ gungsenergie in Wärme, ohne grundsätzlich an der unerwünschten Verlagerung der Torsionsresonanzfrequenz etwas zu ändern.

Aus der deutschen Patentanmeldung D 12 297 ist eine Kurbelwelle bekannt, die mit einem Gegenschwungrad versehen ist; dieses trägt einen Schwingungsdämpfer mit einer sich über den gesamten Umfang des Gegenschwungrads erstreckenden Masse, die unter Reibung oder elastisch mit der eigentlichen Kurbelwelle gekuppelt ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein Gegengewicht zum Ausgleich von Massenkräften erster Ordnung, sondern um einen reinen Drehschwingungsdämpfer.

Schließlich ist aus der DE-OS 19 31 444 eine Kolbenmaschine mit einer Einrichtung zum Massenausgleich bekannt, die auf der Kurbelwelle ein Zahnrad enthält, das in Eingriff mit gegensinnig rotierenden, ortsfest angeordneten unwuchtigen Massen steht. Dieses Zahnrad enthält einen über Gummielemente mit der Kurbelwelle verbundenen Zahnkranz. Die elastische Zwischenschicht dient dabei zum Abbau von Belastungsspit­ zen im Zahntrieb. Da die unwuchtigen Massen ortsfest angeordnet sind, also ein an der eigentlichen Welle gehaltenes unsymmetrisches Gegengewicht fehlt, handelt es sich auch hierbei nicht um eine Anordnung zum Ausgleich von Massenkräften erster Ordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 mit einfachen Mitteln so auszubilden, daß die Erhöhung ihres Trägheits­ moments durch das Gegengewicht zumindest stark verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Un­ teransprüche.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß das zumindest eine Gegen­ gewicht bzw. ein wesentlicher Teil desselben nur in Umfangsrichtung von der eigentli­ chen Welle, beispielsweise einer Kurbelwelle, entkoppelt wird, so daß durch das Gegen­ gewicht das Massenträgheitsmoment der Anordnung allenfalls wenig vergrößert wird, während in radialen Richtungen eine derartige Entkopplung zwischen Gegengewicht und eigentlicher Welle bewußt vermieden ist. Damit liegt also in der gewünschten Wirkungs­ richtung des Gegengewichts nach wie vor eine feste oder praktisch starre Kopplung vor, während eine zur Verringerung der Torsionseigenfrequenz der Welle führende Kopp­ lung in Umfangsrichtung praktisch vermieden ist. Außerdem ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch geeignete Wahl der Parameter-Elastizität und Dämpfungseigenschaften der Halterung in Umfangsrichtung, Masse und Trägheitsmoment des "abgekoppelten" Teils des Gegengewichts - die Lage der Torsionseigenfrequenz zu optimieren.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Querschnitt einen zur Befestigung eines Gegenge­ wichts eingerichteten Bereich einer Kurbelwelle,

Fig. 2 eine Stirnansicht des dafür vorgesehenen Gegengewichts,

Fig. 3 den in Fig. 2 bei III-III angedeuteten Längsschnitt,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit anderer Konstruktion für die Halterung des Gegengewichts,

Fig. 5 im Querschnitt und

Fig. 6 in dem in Fig. 5 bei VI-VI angedeuteten Längsschnitt eine andere Ausführungsform,

Fig. 7 im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Halterungselementen zur Sicherstellung einer Richtungs­ selektivität der Bewegungsmöglichkeit des Gegengewichts sowie

Fig. 8 im Querschnitt sowie

Fig. 9 in dem in Fig. 8 bei IX-IX angedeuteten Längsschnitt eine Ausführung der Erfindung, bei der als entkoppelnde Zwischenschicht eine viskose Flüssigkeit Einsatz findet.

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 bis 3, so erkennt man bei 1 die Kurbelwelle üblichen und daher nicht zu beschreibenden Aufbaus. Sie trägt die Profilschiene 2, die gleichsam auf einem Kreisbogen um die Wellenachse 3 verläuft, sich aber nur über einen Teil des Umfangs erstreckt. Diese Profilschiene 2 besitzt den senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 relativ schmalen Steg 4 und daran den in dieser Rich­ tung erheblich breiteren Kopf 5. Auf beiden Seiten des Schienenkopfes tung erheblich breiteren Kopf 5. Auf beiden Seiten des Schienenkopfes 5 erkennt man die Elastomerschicht 6.

Diese Profilschiene dient zur Halterung des in Fig. 2 dargestellten Gegengewichts 7, das infolge der Zwischenschicht 6 auch als Tilger- oder Dämpfermasse bezeichnet wer­ den kann. Wie Fig. 3 zeigt, ist das Gegengewicht 7 an seiner der Wellenachse 3 zuge­ kehrten Seite mit der ein Gegenprofil für die Profilschiene 2 bildenden Profilausneh­ mung 8 versehen. Das Gegengewicht 7 wird also durch Bewegung in Umfangsrichtung bezüglich der Wellenachse 3 auf die Profilschiene 2 aufgezogen; dann wird die Zwi­ schenschicht 6 beispielsweise durch Vulkanisieren mit den einander zugekehrten Ober­ flächen von Profilschiene 2 und Ausnehmung 8 verbunden.

In Fig. 4 sind sowohl die eigentliche Welle 10 als auch das Gegengewicht 11 mit sich längs Kreisbögen um die Wellenachse 12 erstreckenden stegartigen Fortsätzen 13 und 14 versehen, die sich in radialen Richtungen paarweise unter Zwischenlage der aus einem Elastomer bestehenden Zwischenschicht 15 hintergreifen. Dabei sind die Fortsätze 14 am Gegengewicht 11 über den Verbindungsbereich 16 gehalten, des­ sen in Fig. 4 nach links und rechts weisende Wände zusammen mit den Enden der Fortsätze 13 Anschläge in Umfangsrichtung bilden.

In dem Ausführungbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist an der eigentlichen Welle 20, deren Achse mit 21 bezeichnet ist, die unter Verwendung des zusätzlichen Teils 22 gebildete kreisbogenförmige Aufnahme 23 für das Gegengewichtteil 24 vorgesehen; wiederum erkennt man zwischen den Umfangsflächen der zu verbindenden Teile aus Elastomer gefertigte Zwischenschichten 25 und 26.

Auch in dem Ausführungbeispiel nach Fig. 7 ist zwischen der eigentlichen Welle 30 und dem Gegengewicht 31 eine Zwischenschicht 32 aus einem Elastomer vorgesehen. Die Halterung für das Gegengewicht 31 enthält zusätzlich die beiden Blattfedern 33 und 34, die mit den Teilen 30 und 31 verschraubt sind. Wie Fig. 7 deutlich erkennen läßt, greifen die Blattfedern 33 an den in Umfangsrichtung weisenden Flächen des Gegengewichts 31 an. Sie können nur in der Zeichenebene der Fig. 7 federn, so daß sie im wesentlichen nur Bewegungen des Gegengewichts 31 in Umfangsrichtung um die Wellenachse 35 zulassen, dagegen radiale Bewegungen des Gegengewichts 31 weitgehend unterbinden.

In dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient zur Entkopplung des Teils 40 des Gegengewichts von der eigentlichen Welle 41 eine viskose Flüssigkeitsschicht 42, beispielsweise ein Öl. Zu diesem Zweck ist an der ei­ gentlichen Welle 41 die Aufnahmekammer 43 durch zusätzliche Teile 44 und 45 ge­ bildet, die bei 46 an die eigentliche Welle 41 angeschraubt sind.

In allen Ausführungsbeispielen ist die Tatsache ausgenutzt, daß derartige Zwischen­ schichten in Schubrichtung größere Relativbewegungen als in Druckrichtung zulassen.

Dadurch wird die gewünschte Entkopplung in Umfangsrichtung erreicht, ohne daß in nennenswertem Umfang auch eine Entkopplung des Gegengewichts in radialen Rich­ tungen in Kauf genommen werden muß.

Demgemäß ist mit der Erfindung eine Möglichkeit zur Bekämpfung vom Massenkräf­ ten erster Ordnung geschaffen, die mit geringem zusätzlichen Aufwand, insbesondere ohne zusätzlichen Platzbedarf, eine störende Verlagerung der Torsionsresonanzfre­ quenz vermeidet.

Claims (8)

1. Welle, insbesondere Kurbelwelle, mit zumindest einem an der eigentlichen Welle gehaltenen Gegengewicht zum Ausgleich von Massenkräften erster Ordnung, wobei zumindest ein Teil des Gegengewichts begrenzt beweglich gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung zumindest eine sich kreisbogenförmig um die Achse (3) der Welle (1) erstreckende Zwischenschicht (6) aus in Umfangsrichtung der Welle (1) weitgehend entkoppelndem Material enthält, während die Halterung in radialen Richtungen bezüglich der Achse (3) der Welle (1) im wesentlichen starr ausgebildet ist.

2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Ela­ stomerschicht (6) ist.

3. Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine kreisbogen­ förmige Profilschiene (2) an einem der zu verbindenden Teile (1) und ein diese hin­ tergreifendes Gegenprofil (8) an dem anderen der zu verbindenden Teile (7) enthält, wobei die zumindest eine Zwischenschicht (6) schubbeanspruchbar zwischen den Profilen (2, 8) angeordnet ist.

4. Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung bogenförmige stegartige, einander radial hintergreifende Fortsätze (13, 14) an den zu verbinden­ den Teilen (10, 11) enthält, wobei die zumindest eine Zwischenschicht (15) schub­ beanspruchbar zwischen den Fortsätzen (13, 14) angeordnet ist.

5. Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung an der eigentli­ chen Welle (20) eine kreisbogenförmige Aufnahme (23) für das Teil (24) des Gegenge­ wichts enthält, wobei die zumindest eine Zwischenschicht (25, 26) schubbeanspruch­ bar zwischen Flächen von Aufnahme (23) und Gegengewicht (24) angeordnet ist.

6. Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung ferner in Rich­ tung von Radialbewegungen des Teils (31) des Gegengewichts im wesentlichen starre, dagegen in Richtung von Umfangsbewegungen desselben im wesentlichen federnd nachgiebige Elemente (33, 34) enthält.

7. Welle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente Blattfedern (33, 34) sind, die an den Querseiten des Teils (31) des Gegengewichts angreifen.

8. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine kreisbogen­ förmige Kammer (43) enthält, die den Teil (40) des Gegengewichts in einer viskosen Flüssigkeit (42) schwimmend aufnimmt.