DE4412476A1

DE4412476A1 - Compensating shaft in IC engines

Info

Publication number: DE4412476A1
Application number: DE4412476A
Authority: DE
Inventors: Otto Michael Militzer; Andreas Treugut
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1995-10-19

Abstract

The compensating shaft has axle journals for mounting the shaft at one or both ends of the shaft. The axle journals (2,3) are finished separately and are fitted firmly e.g. pressed or stuck into axially aligned bores (4) at each end of the shaft. The shaft has in the fitting area of the journal a wall thickness S of at least 0. 3 x the fitted journal diameter.One of the axle journals supports the drive element for the compensating shaft next to the bearing point. The drive element can be connected integral with the journal supporting same. The drive element on the side of the shaft can have a positive force transfer using a gearwheel or similar. The shaft can be partially hollow with a sleeve enclosing the mass of the weights rotationally symmetrically.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle zur Kompensation von Massenkräften und/oder Massenmomenten in Brennkraftmaschinen.The invention relates to a balance shaft for the compensation of inertial forces and / or mass moments in internal combustion engines.

Es ist bekannt, die Ausgleichswellen zu diesem Zweck mit exzentrisch angeordneten Ausgleichsgewichten zu versehen. Für den Ausgleich von Massenkräften wird die Masse der Ausgleichsgewichte meist mit einseitiger Exzentrizität symmetrisch über die Wellenlänge verteilt. Zum Ausgleich von Massenmomenten ist die Masse der Ausgleichsgewichte meist diagonal gegenüberliegend auf der Welle angeordnet. Für die Lagerung im Motorengehäuse weisen die Ausgleichswellen Lagerstellen auf; häufig sind dies Lagerzapfen an beiden Wellenenden. Es ist üblich, neben einer dieser Lagerstellen ein Zahnrad oder Kettenrad als Übertragungselement für den Antrieb der jeweiligen Ausgleichswelle anzuordnen. Je nach Aufgabenstellung werden die Ausgleichswellen mit gleicher oder doppelter Motordrehzahl und mit, zum Motor gleicher oder gegenläufiger Drehrichtung angetrieben. Den Aus gleichswellen und ihren Antriebselementen steht meist nur ein beschränkter Bau raum im Motorgehäuse zur Verfügung, so daß kompakte Bauformen der Welle ange strebt werden. Häufig ist eine Anordnung der Welle unterhalb des Ölbadspiegels erforderlich, mit zusätzlichen Maßnahmen an Welle oder Gehäuse, zur Verringe rung von Planschverlusten.For this purpose it is known to arrange the balancer shafts with eccentrically Balance weights to be provided. For the balance of mass forces the Mass of the counterweights usually symmetrical with one-sided eccentricity distributed the wavelength. To balance mass moments, the mass is the Balance weights are usually arranged diagonally opposite one another on the shaft. The balancer shafts have bearing points for mounting in the motor housing; these are often journals on both shaft ends. It is common to have one this bearing a gear or sprocket as a transmission element for To arrange the drive of the respective balancer shaft. Depending on the task the balancer shafts with the same or double engine speed and with, driven to the motor in the same or opposite direction of rotation. The out Same shafts and their drive elements are usually only of limited construction Space available in the motor housing, so that compact designs of the shaft strives to be. Often the shaft is located below the oil bath level required, with additional measures on the shaft or housing, to reduce Splashing loss.

Die Ausgleichswelle ist möglichst steif zu gestalten, um Störungen durch die wellen-eigenen Biegeschwingungen zu vermeiden. Entsprechend hohe Anfor derungen sind an die Laufruhe und Übertragungsgüte der Antriebselemente für die Ausgleichswelle zu stellen.The balance shaft is to be made as stiff as possible in order to avoid interference from the to avoid wave-specific bending vibrations. Correspondingly high requirements Changes are made to the smooth running and quality of transmission of the drive elements for the To provide a balance shaft.

Es sind Bauarten dieser Ausgleichswellen bekannt, die komplizierte Gestaltungen der Welle oder der Koppellungen zwischen Welle und Antriebselement aufweisen, um ausreichende Steifigkeit, sowie Laufruhe und Übertragungsgüte mit normalem Fertigungsaufwand zu gewährleisten. Zur Vermeidung von Planschverlusten durch die umlaufenden Ausgleichsmassen, drehen die Wellen in zusätzlichen öldichten Zwischengehäusen. (DE 31 19 362, DE 32 11 655).Types of these balancer shafts are known, the complicated designs the shaft or the couplings between the shaft and the drive element, for sufficient stiffness, smoothness and quality of transmission with normal To ensure manufacturing costs. To avoid splashing through the circumferential leveling compounds turn the shafts in additional oil-tight Intermediate housings. (DE 31 19 362, DE 32 11 655).

Andere bekannte Bauarten erreichen eine einfache und kompakte Bauweise, indem sie Welle mit Lagerzapfen und Antriebselement einstückig ausbilden. Sie benötigen dabei teilweise aufwendige und teuere Fertigungsmethoden, beispielsweise zur exakten Bearbeitung einer nah an der Welle positionierten Verzahnung mit kleinem Teilkreisdurchmesser, oder sie verzichten auf die hohen Anforderungen an Laufruhe und Übertragungsgüte.Other known designs achieve a simple and compact design by they form the shaft with the bearing journal and drive element in one piece. you need partially complex and expensive manufacturing methods, for example exact machining of a toothing positioned close to the shaft with small Pitch circle diameter, or you forego the high demands on smooth running and transmission quality.

Es sind auch Bauarten bekannt, bei denen die Ausgleichswelle im wesentlichen durch ein dünnwandiges Rohr gebildet wird, in welches Ausgleichsmassen einge bracht sind. Hier besteht neben dem Vorteil geringer Planschverluste der Nachteil, daß die Wellenenden durch deckel-bildende Elemente verschlossen werden müssen, mit der Gefahr einer zu geringen Steifigkeit im Übergangsbereich zum rohrförmigen Teil der Welle (G 85 29 184)Designs are also known in which the balance shaft is essentially is formed by a thin-walled tube, into which balancing masses are inserted are brought. In addition to the advantage of low splashing losses, there is the disadvantage that the shaft ends have to be closed by cover-forming elements, with the risk of insufficient rigidity in the transition area to the tubular Part of the shaft (G 85 29 184)

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ausgleichswelle zur Kom pensation von Massenkräften und/oder Massenmomenten in Brennkraftmaschinen zu schaffen, die preiswert und dennoch mit der erforderlichen hohen Genauigkeit gefertigt werden kann. Ihre Gestaltung soll auf einfache Weise den unter schiedlichen Aufgabenstellungen anzupassen sein und dennoch eine kompakte, steife Bauform ermöglichen. Auch muß die Welle einfach zu montieren sein. Falls erforderlich, sollen mit einfachen Mitteln und unabhängig vom Motorengehäuse Planschverluste an der Ausgleichswelle vermieden werden.The invention is therefore based on the object, a balancer shaft to Kom compensation of mass forces and / or mass moments in internal combustion engines to create the inexpensive yet with the required high accuracy can be manufactured. Your design should be simple under to be adapted to different tasks and yet a compact, enable rigid construction. The shaft must also be easy to assemble. If required, should be simple and independent of the motor housing Splashing losses on the balancer shaft can be avoided.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß mit einer Ausgleichswelle nach An spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Anordnungen oder Ausgestaltungen sind in den Unter ansprüchen genannt.According to the invention, this task is accomplished with a balancer shaft according to An spell 1 solved. Advantageous arrangements or configurations are in the sub called claims.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß eine der Aufgabenstellung entsprechende Ausgleichswelle derart gestaltet sein muß, daß sie an einem oder bei den Wellenenden Achszapfen aufweist und daß einer dieser Achszapfen das An triebselement für die Ausgleichswelle trägt. Weiterhin müssen die Achszapfen und das Antriebselement einerseits, sowie die Welle andererseits, unabhängig vonein ander bearbeitet werden können. Im fertig montierten Zustand müssen Achszapfen, Antriebselement und Welle fest und mit hoher Steifigkeit miteinander verbunden sein, sehr geringe Rundlauffehler aufweisen und in ihren Achsen mit hoher Genauigkeit zueinander fluchten. Außerdem muß die Ausgleichswelle, wenn sie im Ölbad des Motors angeordnet ist, eine drehsymmetrisch angeordnete, über die Ausgleichsgewichte hinweg geschlossene Außenkontur aufweisen um Plansch verluste zu vermeiden. The invention is based on the knowledge that one of the task Corresponding balance shaft must be designed so that it is on or at has the shaft ends journal and that one of these journals the on Drive element for the balance shaft carries. Furthermore, the journal and the drive element on the one hand, and the shaft on the other hand, independently of one another other can be edited. When fully assembled, axle journals, Drive element and shaft firmly connected with high rigidity be, have very low concentricity errors and in their axes with high Accuracy aligned. In addition, the balance shaft, if in Oil bath of the engine is arranged, a rotationally symmetrical, about which Balance weights have closed outer contours around splash to avoid losses.

Diese erfindungsgemäßen Bedingungen werden durch eine Ausgleichswelle erfüllt, die separat bearbeitete Achszapfen aufweist, die in achsgleich fluchtende Bohrungen am jeweiligen Wellenende fest eingefügt, beispielsweise eingepreßt oder eingeklebt sind, wobei das Wellenteil im Fügesitz der Zapfen eine Wanddicke S von mindestens ca. 0,3 × gefügtem Zapfendurchmesser aufweist.These conditions according to the invention are met by a balancing shaft, which has separately machined axle journals, which are aligned in the same holes firmly inserted at the respective shaft end, for example pressed or glued are, the shaft part in the fit of the pin a wall thickness S of has at least about 0.3 × joined pin diameter.

Das zugehörige wellenseitige Antriebselement kann einstückig mit dem, das Element tragenden Achszapfen verbunden oder achsgleich auf den Achszapfen gefügt, bei spielsweise aufgepreßt oder aufgeklebt sein.The associated shaft-side drive element can be made in one piece with the element supporting axle journal connected or joined to the axle journal with the same axis, at be pressed on or glued on for example.

Erfindungsgemäß weist das wellenseitige Antriebselement eine formschlüssige Kraftübertragung auf und ist dazu beispielsweise als Zahnrad, Kettenrad oder Zahnriemenscheibe ausgebildet.According to the shaft-side drive element has a positive Power transmission on and is for example as a gear, sprocket or Timing belt pulley formed.

Falls erforderlich, ist die Welle mit einer drehsymmetrisch sie umschließenden Hülle versehen, die einstückig mit ihr verbunden oder auf vorbearbeitete Andrehun gen an den Wellenenden fest gefügt, beispielsweise aufgepreßt oder aufgeklebt ist. Im ersteren Fall ist die Ausgleichswelle dabei teilweise als Hohlwelle ausgeführt.If necessary, the shaft is provided with a rotationally symmetrical one Cover provided, which are integrally connected to it or on pre-machined and turning gene is firmly attached to the shaft ends, for example pressed or glued. In the former case, the balancer shaft is partially designed as a hollow shaft.

In einer weiteren Ausführung sind die Massen der Ausgleichsgewichte einstückig als Teil der Ausgleichswelle ausgebildet oder als separate Teile fest mit ihr verbun den, beispielsweise verschraubt oder verklebt. Die Ausgleichsgewichte können auch fest mit der inneren Hüllenwand verbunden, beispielsweise an sie angeschraubt sein.In a further embodiment, the masses of the counterweights are in one piece trained as part of the balance shaft or firmly connected to it as separate parts the, for example screwed or glued. The counterweights can also firmly connected to the inner shell wall, for example screwed to it his.

Erfindungsgemäß kann das Wellenteil aus leichtem Material, beispielsweise Leichtmetall ausgeführt sein, beispielsweise gegossen, gepreßt oder gesintert. In dieses leichte Wellenteil sind Ausgleichsgewichte aus schwerem Material eingebracht, beispielsweise mit dem Fertigungsprozeß des Wellenteiles oder nachträglich in entsprechende Freiräume oder Hohlräume der Welle.According to the invention, the shaft part can be made of light material, for example Be made of light metal, for example cast, pressed or sintered. In this light shaft part are balancing weights made of heavy material introduced, for example with the manufacturing process of the shaft part or subsequently in corresponding free spaces or cavities in the shaft.

Als weitere Ausgestaltung kann die Ausgleichswelle über die Länge gesehen geteilt ausgeführt werden. Die Wellenteile sind dabei aneinander fluchtend zentriert und beispielsweise in Längsrichtung fest miteinander verspannt.As a further embodiment, the balancer shaft can be divided over its length be carried out. The shaft parts are centered and aligned with each other for example, firmly clamped together in the longitudinal direction.

Selbstverständlich können die einzelnen Elemente der Ausgleichswelle aus zweck entsprechenden, unterschiedlichen Materialien bestehen. Of course, the individual elements of the balance shaft can be used corresponding, different materials.

Diese neuartige Gestaltung hat den Vorteil, daß sowohl der Wellenteil als auch die Achszapfen der Ausgleichswelle in stabilen, kurzen Werkstückaufspannungen mit hoher Genauigkeit separat gefertigt werden können. Dies ist bei Serienfertigung mit hohen Stückzahlen von erheblicher Bedeutung. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß das wellenseitige Antriebselement ebenfalls separat, d. h. unab hängig von der Welle entsprechend genau gefertigt werden kann, insbesondere dann, wenn beispielsweise der Teilkreisdurchmesser kleiner als der Durchmesser der Ausgleichswelle gewählt werden muß.This new design has the advantage that both the shaft part and the Axle journal of the balance shaft in stable, short workpiece fixtures with high accuracy can be manufactured separately. This is with serial production high quantities of considerable importance. Another major advantage is that the shaft-side drive element is also separate, d. H. independent depending on the shaft can be manufactured accordingly, in particular if, for example, the pitch circle diameter is smaller than the diameter the balance shaft must be selected.

Die erfindungsgemäß vorgegebene Mindestwanddicke im Fügesitz der Achszapfen ermöglicht für diese eine sehr steife, biege- und drehfeste Einbindung und damit auch eine größere Freiheit und Vielfalt in der weiteren, den unterschiedlichen Auf gaben oder Anforderungen entsprechenden Gestaltung der Ausgleichswelle, mit dem Vorteil eines ebenfalls steifen Übergangs zur restlichen Welle und der Verringerung eigener störender Biegeschwingungen. Insbesondere ermöglicht diese Mindestwand dicke den Einsatz einer gegossenen, gepreßten oder gesinterten Welle aus leichtem Material, ohne Verlust an Stabilität im Fügesitz der Achszapfen. Mit den in ein facher Weise eingebrachten schweren Ausgleichsmassen entsteht eine besonders einfach zu fertigende, leichte Ausgleichswelle.The minimum wall thickness specified according to the invention in the joint seat of the axle journals enables a very stiff, bending and torsion-proof integration for them also greater freedom and diversity in the wider, the different up gave or requirements corresponding design of the balance shaft, with the The advantage of a stiff transition to the rest of the shaft and the reduction own disturbing bending vibrations. In particular, this minimum wall enables thick the use of a cast, pressed or sintered shaft made of light Material without loss of stability in the joint of the axle journals. With the one Heavy balancing masses introduced in a special way create a special one easy to manufacture, light balance shaft.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Ausgleichswelle anhand einiger Ausfüh rungsformen in den Fig. 1 bis 5 beispielhaft dargestellt und näher beschrieben:In the following, the balancer shaft according to the invention is illustrated by way of example and is described in more detail in FIGS . 1 to 5:

Fig. 1 zeigt eine solche Ausgleichswelle (1), beispielsweise zum Ausgleich von Massenmomenten. Sie weist separat bearbeitete Achszapfen (2, 3,) auf, die in achs gleich fluchtende Bohrungen (4) am jeweiligen Wellenende fest eingefügt sind. Sie weist diagonal gegenüberliegende Massen der Ausgleichsgewichte (5, 6) auf, die einstückig als Teil der Ausgleichswelle ausgebildet sind. Der rechte eingefügte Achszapfen (2) ist als einfacher separat gefertigter Lagerzapfen ausgebildet. Der linke eingefügte Achszapfen (3) trägt neben der Lagerstelle, ein Zahnrad als einstückig mit ihm verbundenes, wellenseitiges Antriebselement (7), welches separat zusammen mit dem Achszapfen gefertigt wurde. Die vorgegebene Mindestwanddicke S des Wellenteils im Fügesitz der Achszapfen erbringt für diese eine steife Einbindung. Zusätzlich ist an vorgearbeiteten Andrehungen (31) des Wellenteils eine drehsymmetrische separate Hülle (8) fest aufgefügt. Fig. 1 shows such a balancer shaft ( 1 ), for example to balance mass moments. It has separately machined axle journals ( 2 , 3, ), which are firmly inserted in axially aligned bores ( 4 ) at the respective shaft end. It has diagonally opposite masses of the counterweights ( 5 , 6 ) which are formed in one piece as part of the counterbalance shaft. The right inserted journal ( 2 ) is designed as a simple, separately manufactured bearing journal. In addition to the bearing point, the left inserted journal ( 3 ) has a gear as a one-piece, shaft-side drive element ( 7 ), which was manufactured separately together with the journal. The specified minimum wall thickness S of the shaft part in the joint seat of the axle journal results in a rigid connection for these. In addition, a rotationally symmetrical separate casing ( 8 ) is firmly attached to pre-machined rotations ( 31 ) of the shaft part.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle (9) dargestellt, die im Unter schied zu Fig. 1 ohne drehsymmetrische Hülle auskommt, da sie beispielsweise nicht im Ölbad des Motors läuft. Sie dient zum Ausgleich von Massenkräften und ist daher mit einer einseitig exzentrischen, symmetrisch über die Wellenlänge verteilten Masse des Ausgleichsgewichtes (10) versehen, die ebenfalls einstückig als Teil der Welle ausgebildet ist.In Fig. 2, a balancer shaft ( 9 ) according to the invention is shown, which in the difference to Fig. 1 does not need a rotationally symmetrical shell, since it does not run in the oil bath of the engine, for example. It serves to balance mass forces and is therefore provided with a mass of the balance weight ( 10 ) which is eccentric on one side and symmetrically distributed over the wavelength and which is also formed in one piece as part of the shaft.

Fig. 3 zeigt den linken Teil einer Ausgleichswelle (11), die als teilweise hohle Welle ausgeführt ist und dabei eine drehsymmetrische Hülle (12) ausbildet, die ein stückig mit ihr verbunden ist. Die Masse des Ausgleichsgewichtes (13) ist ebenfalls einstückig ein Teil der Welle. Der gefügte Achszapfen (14) ist mit einem separat gefertigten, fest aufgefügten Zahnrad (15) versehen. Fig. 3 shows the left part of a balance shaft ( 11 ), which is designed as a partially hollow shaft and thereby forms a rotationally symmetrical shell ( 12 ) which is integrally connected to it. The mass of the balance weight ( 13 ) is also in one piece part of the shaft. The joined axle journal ( 14 ) is provided with a separately manufactured, firmly attached gear wheel ( 15 ).

Fig. 4 zeigt den rechten Teil einer Ausgleichswelle (16), deren Wellenteil (17) aus leichtem Material ausgeführt ist, beispielsweise gegossen, gepreßt oder gesintert. Ein Ausgleichsgewicht (18) aus schwerem Material ist beim Fertigungsprozeß eingebracht. Fig. 4 shows the right part of a balance shaft ( 16 ), the shaft part ( 17 ) is made of light material, for example cast, pressed or sintered. A counterweight ( 18 ) made of heavy material is introduced during the manufacturing process.

In Fig. 5 ist der Querschnitt durch den Wellenteil einer Ausgleichswelle (19) darge stellt, deren drehsymmetrisches Wellenteil (20) eine Ausbuchtung (21) aufweist. Das Wellenteil besteht aus leichtem Material und die Ausbuchtung ist mit schwerem Material ausgegossen.In Fig. 5 the cross section through the shaft part of a balancer shaft ( 19 ) is Darge, the rotationally symmetrical shaft part ( 20 ) has a bulge ( 21 ). The shaft part is made of light material and the bulge is filled with heavy material.

Fig. 6 stellt eine Ausgleichswelle (22) dar, die über die Länge gesehen geteilt aus geführt ist, wobei die Wellenteile (23, 24) über einen mittleren Ring (25) aneinan der fluchtend zentriert sind. Über einen inneren Zuganker (26) sind beide Wellen teile in Längsrichtung fest mit einander verspannt. Die Wellenteile sind von der Trennfuge (27) ausgehend, zum jeweiligen Wellenende hin hohl ausgebildet, so daß in diesem Bereich eine drehsymmetrische hüllenförmige Gestaltung (28) entsteht. Die Ausgleichsgewichte (29) sind über Schrauben (30) fest mit der inneren Hüllen wand verbunden. Fig. 6 shows a balancer shaft ( 22 ), which is seen divided over the length out, the shaft parts ( 23 , 24 ) via a central ring ( 25 ) are centered in alignment with each other. About an inner tie rod ( 26 ) both shaft parts are firmly clamped together in the longitudinal direction. The shaft parts, starting from the parting line ( 27 ), are hollow towards the respective shaft end, so that a rotationally symmetrical envelope-shaped design ( 28 ) is produced in this area. The counterweights ( 29 ) are firmly connected to the inner casing wall by screws ( 30 ).

Im Rahmen der Erfindung sind auch noch andere Ausführungsformen der Aus gleichswellen möglich, die den in der Beschreibung, in den Figuren und in den An sprüchen offenbarten Merkmalen entsprechen. So kann eine erfindungsgemäße Welle beispielsweise auch eine zusätzliche dritte, mittig angeordnete Lagerstelle aufweisen. Auch können die erfindungsgemäßen Merkmale vielfach weiter kombiniert werden.Other embodiments of the invention are also within the scope of the invention same waves possible, which in the description, in the figures and in the An correspond to features disclosed. A shaft according to the invention can thus for example also have an additional third, centrally arranged bearing point. The features according to the invention can also be combined in many ways.

Claims

1. balancing shaft to compensate for inertial forces and / or mass moments in internal combustion engines, which has a journal on one or both shaft ends for bearing the shaft, one of these journals next to the bearing carries the drive element for the balancer shaft, characterized in that it worked separately Has axle journals ( 2 , 3 , 14 ), which are firmly inserted into axially aligned bores ( 4 ) at the respective shaft end, for example pressed or glued in, in the fit of the journals having a wall thickness S of at least about 0.3 × joined journal diameter .

2. Balancer shaft according to claim 1, characterized in that the shaft-side drive element ( 7 ) is integrally connected to the journal bearing the element ( 3 ).

3. Balance shaft according to claim 1, characterized in that the shaft-side drive element ( 15 ) aligned axially on the, the element-bearing journal ( 14 ) firmly attached, for example pressed or glued.

4. Balance shaft according to claim 2 and 3, characterized in that the shaft-side drive element ( 7 , 15 ) has a positive power transmission and is designed for example as a gear, chain wheel or toothed belt pulley.

5. Balance shaft according to claim 1, characterized in that it is designed as a partially hollow shaft ( 11 , 22 ), wherein it has a, the mass of the counterweights ( 13 , 29 ) rotationally symmetrical around closing sleeve ( 12 , 28 ), which is in one piece connected to it.

6. balancer shaft according to claim 1, characterized in that it has pre-machined rotations ( 31 ) on the shaft ends, on which the shaft rotationally symmetrically enclosing sleeve ( 8 ) is firmly attached, for example pressed or glued.

7. balance shaft according to claim 1, characterized in that the masses of the balance weights ( 5 , 6 , 10 , 13 ) are integrally formed as part of the balance shaft ( 1 , 9 , 11 ) or as individual parts ( 29 ) firmly connected to it, for example screwed or glued.

8. Balance shaft according to claim 1, characterized in that the shaft part ( 17 , 20 ) is made of light material, for example light metal, for example cast, pressed or sintered, into which the counterweights ( 18 , 21 ) are made of heavy material, for example with the manufacturing process of the shaft part or subsequently in corresponding free spaces or cavities of the shaft.

9. balance shaft according to one of the preceding claims, characterized in that it is seen divided over the length, where the shaft parts ( 23 , 24 ) are aligned in alignment with one another and, for example, are firmly clamped together in the longitudinal direction.