WO2000001955A2 - Ausgleichswelle - Google Patents

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WO2000001955A2
WO2000001955A2 PCT/DE1999/002029 DE9902029W WO0001955A2 WO 2000001955 A2 WO2000001955 A2 WO 2000001955A2 DE 9902029 W DE9902029 W DE 9902029W WO 0001955 A2 WO0001955 A2 WO 0001955A2
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shaft
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Werner Bauss
Roland Klaar
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Werner Bauss
Roland Klaar
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264—Rotating balancer shafts

Definitions

  • the invention relates to a balancer shaft to compensate for inertial forces and / or moments of inertia in internal combustion engines of the reciprocating piston type, in which, with the aid of balancing weights which adjoin the geometric shaft longitudinal ends on bearing parts or the like and are arranged diagonally opposite one another in the direction of the shaft axis with respect to the geometric shaft center an eccentric mass distribution is set.
  • the balance shaft has two balance weights.
  • a balancing shaft with two equal balancing weights is described in DE 4412476 A 1.
  • the known balancing weights have (each individually) - seen in the direction of the shaft axis - essentially the same cross section everywhere (measured perpendicular to the shaft axis).
  • the mass per unit length (along the axis) of each of the counterweights is essentially the same everywhere.
  • the known balancer shafts For the bearing in the machine housing, the known balancer shafts have bearing journals on the two longitudinal shaft ends. A drive wheel is usually attached to one bearing journal. Depending on the task (balancing mass moments or mass forces), the balancer shafts are driven at the same or twice the speed of the crankshaft of the respective machine.
  • the balance shafts are often housed in the engine housing of the machine. If a position below an existing oil bath level is required, the balance shaft is enclosed with a cylindrical sleeve to reduce splashing losses.
  • the aim is to design the balance shaft as stiff as possible in order to avoid disturbances caused by the shaft's own bending vibrations. For this reason, separately machined axle journals are drilled in axially aligned holes. conditions are firmly inserted at the respective wavelength end. It is also provided that the balance weights are formed in one piece as part of the balance shaft. The counterweights can optionally also be firmly connected to the inner wall of the aforementioned casing.
  • Balance shafts are effective due to their weight. This weight and the drive power required to operate the shaft result in additional energy consumption.
  • the invention is accordingly based on the first aim of achieving maximum balancing of mass moments or forces with minimal weight.
  • the geometry of the respective balancing shaft or the balancing weights arranged eccentrically therein can also generate undesired additional vibrational forces in the respective machine. These vibrational forces depend on the natural frequency behavior of the balance shaft and its parts.
  • Another object of the invention is to dampen the natural vibrations in such a way that the desired smoothness is not adversely affected thereby.
  • the invention has for its object to overcome the aforementioned disadvantages and to achieve the goals.
  • the solution according to the invention is described in the characterizing part of patent claim 1. Some improvements and further refinements of the invention are specified in the subclaims.
  • the essence of the present invention is to provide a mass distribution that is eccentric with respect to the geometric center of each balance weight.
  • the center of gravity of the individual balance weight should lie between its geometric center and the adjacent wavelength end.
  • the balancing weights have the same mass distribution everywhere along the length of the shaft.
  • the geometry of the counterweights is preferably determined in such a way that the center of gravity of the respective one can also be referred to as unbalance Balance weight - compared to the case in the prior art (DE 44 12 476 A1) - is shifted axially outwards (in the direction of the bearings) and / or radially (away from the shaft axis); In this sense, the center of gravity of the individual balance weight is the point of application of the respective force.
  • the goals striven for by the invention can be achieved in that the mass per (axis) length unit in the counterweight decreases from the longitudinal ends to the center.
  • This unequal mass distribution can be set by material inhomogeneity of the counterweights and / or by a correspondingly unequal geometry.
  • the aim of the invention to reduce the weight which is sufficient to compensate for the gravitational forces of the respective machine becomes clear - in the case of the geometric compensation - that it is usually sufficient, especially with axial mass eccentricity, if the largest cross section of the compensation weight is approximately equal half the cross section of the balancer shaft.
  • the unbalance magnification of the balance shaft is to be carried out by moving part of the balance mass from the center of the shaft to the radial and axial shaft periphery. It can be advantageous here if the individual counterweight (with an axial distance from the shaft center) has a bead projecting radially beyond the circumference of its regions closer to the shaft center.
  • a geometry of the balancing weights preferred in the context of the invention can be described by saying that the cross section of the individual balancing weight or the mass per (axis) length unit increases in the direction from the geometric shaft center to the wavelength end adjacent to the balancing weight. A steady increase in the cross section in the axial direction is preferably provided within the scope of the invention.
  • the corresponding slope with which the cross-section of the individual balancing weight is to change in the longitudinal direction depends on the various forces and frequencies typical of the respective motor.
  • the slope can be determined, for example, by iterative methods. In experiments, gradients (core angle) - in the axial direction - in the order of 2 - 20 °, preferably 4 - 10 °, were found with constant inclination.
  • the two balance weights of a shaft shaped according to the invention can be designed differently in the axial and radial directions.
  • a balance shaft can therefore have two completely different balance weights.
  • the desired conformity between low weight and counter torque to be achieved with non-disruptive natural frequency behavior can be obtained solely through the claimed geometry of the balancing weights themselves, which act as unbalances. If necessary, the individual balance weight can be inherently homogeneous.
  • the counterweights can be integrally formed on the inner surface of an outer cylindrical shell.
  • a casing is known to reduce churning losses in the oil pan of an engine.
  • the casing as a tube with a solid wall, can determine the rigidity or design strength of the entire balancer shaft. This gives a correspondingly great freedom to design the counterweights themselves in the sense of solving the task mentioned at the beginning.
  • an externally cylindrical shell encloses the counterweights, the latter should - insofar as their radial extension fits - on the inner surface of the Fit the cover in one piece. Cavities therefore remain within the envelope in addition to the counterweights.
  • an open through connection (a hole or a hole) between the two cavities is created between the two cavities, which are created in addition to the preferably diagonally opposite balance weights, in the area of the smallest cross sections of the balance weights - i.e. in the area of the largest cross sections of the cavities intended.
  • the cross section of holes between the two cavities should preferably be small compared to the cross section of the adjacent cavities.
  • the balance shaft in one piece from cast iron, preferably GGG-70. This not only has advantages in terms of manufacturing costs but also material-related in terms of damping natural vibrations (reducing possible noise pollution) of the balance shaft or its balance weights.
  • FIG. 1 shows a section (along the shaft axis) through a balancer shaft according to the invention.
  • Fig. 2 is a perspective view of essential parts of the shaft of Fig. 1;
  • the balance shaft designated 1 as a whole according to FIGS. 1 and 2 has axle journals 2 and 3 which are firmly inserted in axially aligned bores 4 at the respective shaft end.
  • the balance shaft 1 has diagonally opposite Balance weights 5 and 6 within an outer cylindrical shell 7 (tube) and in one piece with this.
  • the left-hand journal 2 in FIG. 1 carries a drive element 8, for example a gear, in addition to the bearing point.
  • the journal 2 and 3 and the outer surface of the sleeve 7 are rotationally symmetrical with respect to the shaft axis 9.
  • an eccentric mass distribution with respect to its geometric length L measured in the direction of the shaft axis 9 is provided within each balance weight 5, 6, the center of gravity S of each balance weight 5, 6 - as shown in FIG. 1 - between the geometric center M of its length L and the adjacent bearing part 10, 11.
  • the two counterweights 5, 6 should extend as far as the bearing parts 10, 11. Its length L is measured between the geometric shaft center Z and the respective limit to the bearing part 10 or 11.
  • the cross section of the individual balancing weight 5, 6 increases continuously in the direction from the geometric shaft center Z to the respective shaft longitudinal end on the bearing part 10, 11.
  • the cross section of the individual counterweight 5, 6 increases from a minimum in the area of the geometric shaft center Z to a maximum of approximately half the shaft cross section - in the vicinity of the shaft ends or adjacent to the transition to the bearing parts 10, 11.
  • the counterweights 5, 6 are preferably integrally formed on the inner surface 12 of the outer cylindrical shell 7.
  • the cavities 13, 14 remaining within the tubular shell 7 in the region of the smallest cross sections of the Balance weights 5, 6 - that is, in the area of the geometric shaft center Z - an open through connection or a hole 15 is provided.
  • the hole diameter should - especially to improve the natural frequency behavior - much smaller than the sum of those in this area maximum cross sections of the cavities 13, 14.
  • a balance shaft 1 in the form shown in FIGS. 1 and 2 was produced in an experiment from cast iron GGG-70.
  • the length of the balancer shaft 1 - measured over the bearing parts 10, 11 receiving the bore 4 - was 240 " mm.
  • the diameter of the sleeve 7 was 63 mm.
  • the wall thickness of the sleeve 7 was 9 mm.
  • the clear width of the bore 4 was 17 mm
  • the thickness of the longitudinal ends 10, 11 receiving the bore 4 measured in the direction of the shaft axis 9 was 23 mm.
  • the core angle K which describes the inclination of the counterweights 5, 6 between the shaft axis 9 and the inner surface 18 of the counterweights 5, 6, was 6 ° 1
  • the diameter of the essentially circular hole 15 in the region of the geometric shaft center Z was 20 mm.
  • FIGS. 1 and 2 show - each with an additional representation of the sections A-A and B-B perpendicular to the longitudinal axis 9 - two exemplary embodiments deviating from FIGS. 1 and 2, in which the same parts as before are to be designated.
  • the balancer shaft 1 according to FIG. 3 has two balancing weights 5 and 6 which are identical to one another.
  • the eccentric mass shift is - in contrast to FIGS. 1 and 2 - achieved by a mass shift in the radial direction, namely into the beads 19 and 20.
  • part of the mass is thus moved radially from the inside of the balancer shaft over the original circumference 21 of the balancer weights 5 and 6.
  • the outer diameter of the balancer shaft 1 is enlarged, but the mass contained in the beads 19 and 20 acts, because of the arrangement far from the center Z, in function as an unbalance much more than if the same mass adjoins the shaft inside the shaft axis would be 9.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a mixed form of FIGS. 1 and 3.
  • the mass distribution is the same as that in FIG. 1.
  • a mass distribution is partly as in FIG. 1 and partly as in FIG 3 provided. 4 speaks for itself.

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Abstract

Es wird eine Ausgleichswelle (1) beschrieben, die Ausgleichsgewichte (5, 6) mit exzentrischer Massenverteilung zum Kompensieren von Massenkräften bzw. Massenmomenten in Brennkraftmaschinen des Hubkolbentyps enthält. Um das Gewicht der Welle und den dadurch zu erreichenden Moment- bzw. Kraftausgleich bei nicht störendem Eigenfrequenzverhalten zu optimieren, wird auch innerhalb jedes Ausgleichsgewichts eine in Bezug auf dessen geometrische Mitte (M) exzentrische Massenverteilung vorgesehen.

Description

„Ausgleichswelle"
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle zum Kompensieren von Massenkräften und/oder Massenmomenten in Brennkraftmaschinen des Hubkolbentyps, in welcher mit Hilfe von Ausgleichsgewichten, welche an den geometrischen Wellenlängsenden an Lagerteile oder dergleichen Halterungen angrenzen und in Richtung der Wellenachse diagonal in Bezug auf das geometrische Wellenzentrum gegenüberliegend angeordnet sind, eine exzentrische Massenverteilung eingestellt ist. In der Regel besitzt die Ausgleichswelle zwei Ausgleichsgewichte.
Eine Ausgleichswelle mit zwei gleichen Ausgleichsgewichten wird beschrieben in DE 4412476 A 1. Die bekannten Ausgleichsgewichte besitzen (jedes für sich) - gesehen in Richtung der Wellenachse - überall im wesentlichen den gleichen (senkrecht zur Wellenachse gemessenen) Querschnitt. Die Masse pro Längeneinheit (längs der Achse) jedes der Ausgleichsgewichte ist also überall im wesentlichen gleich.
Für die Lagerung im Maschinengehäuse weisen die bekannten Ausgleichswellen Lagerzapfen an den beiden Wellenlängsenden auf. An dem einen Lagerzapfen wird in der Regel ein Antriebsrad angebracht. Je nach Aufgabenstellung (Ausgleich von Massenmomenten oder Massenkräften) werden die Ausgleichswellen mit gleicher oder doppelter Drehzahl der Kurbelwelle der jeweiligen Maschine angetrieben. Die Ausgleichswellen werden oft im Motorengehäuse der Maschine untergebracht. Wenn eine Position unterhalb eines dort vorhandenen Ölbadspiegels erforderlich ist, wird die Ausgleichswelle zur Verringerung von Planschverlusten mit einer zylindrischen Hülle umschlossen.
Im Bekannten wird angestrebt, die Ausgleichswelle möglichst steif zu gestalten, um Störungen durch wellen-eigene Biegeschwingungen zu vermeiden. Aus diesem Grunde werden separat bearbeitete Achszapfen in achsgleich fluchtende Bohrun- gen am jeweiligen Wellenlängsende fest eingefügt. Ferner wird vorgesehen, die Ausgleichsgewichte einstückig als Teil der Ausgleichswelle auszubilden. Die Ausgleichsgewichte können gegebenenfalls auch fest mit der Innenwand der vorgenannten Hülle verbunden werden.
Ausgleichswellen sind wirksam aufgrund ihres Gewichts. Dieses Gewicht und die zum Betrieb der Welle erforderliche Antriebsleistung haben einen zusätzlichen Energieverbrauch zur Folge. Der Erfindung liegt demgemäß das erste Ziel zugrunde, mit minimalem Gewicht einen maximalen Ausgleich von Massenmomenten bzw. -kräften zu erzielen.
Nach einer der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis, können durch die Geometrie der jeweiligen Ausgleichswelle bzw. der darin exzentrisch angeordneten Ausgleichsgewichte auch unerwünschte zusätzliche Schwingungskräfte in der jeweiligen Maschine erzeugt werden. Diese Schwingungskräfte hängen ab von dem Eigenfrequenzverhalten der Ausgleichswelle und deren Teilen. Ein weiteres der Erfindung zugrundeliegendes Ziel besteht darin, die Eigenschwingungen so zu dämpfen, daß die erstrebte Laufruhe hierdurch nicht nachteilig gestört wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und die Ziele zu erreichen. Die erfindungsgemäße Lösung wird im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschrieben. Einige Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, auch innerhalb jedes Ausgleichsgewichts eine in Bezug auf dessen geometrische Mitte exzentrische Massenverteilung vorzusehen. Dabei soll der Massenschwerpunkt des einzelnen Ausgleichsgewichts zwischen dessen geometrischer Mitte und dem angrenzenden Wellenlängsende liegen. Nach der Erfindung wird also davon abgegangen, die Ausgleichsgewichte mit auf der Länge der Welle überall gleicher Massenverteilung auszubilden. Vorzugsweise wird die Geometrie der Ausgleichsgewichte so bestimmt, daß der Schwerpunkt des jeweiligen auch als Unwucht zu bezeichnenden Ausgleichsgewichts - gegenüber dem Fall bei Stand der Technik (DE 44 12 476 A1) - axial nach außen (in Richtung auf die Lager) und/oder radial (weg von der Wellenachse) verschoben wird; in diesem Sinne wird als Schwerpunkt des einzelnen Ausgleichsgewichts der Angriffspunkt der jeweiligen Kraft verstanden.
Allein dadurch, daß man erfindungsgemäß vorgeht und innerhalb jedes Ausgleichsgewichts, - durch gegenüber dem genannten Stand der Technik axiale oder axiale und radiale Massenverlagerung - die in Bezug auf das einzelne Ausgleichsgewicht exzentrische Massenverteilung wählt, läßt sich ein Optimum von einge setztem Gewicht und dadurch erreichtem Ausgleich der von der Kolbenbewegung herrührenden Unwucht einerseits und auf ein nicht störendes Maß gedämpften Eigenschwingungen der Ausgleichsgewichte andererseits erzielen.
Mit anderen Worten: Die durch die Erfindung erstrebten Ziele können dadurch erreicht werden, daß die Masse pro (Achs-)Längeneinheit im Ausgleichsgewicht von den Längsenden zur Mitte abnimmt. Diese ungleiche Massenverteilung läßt sich durch stoffliche Inhomogenität der Ausgleichsgewichte und/oder durch eine entsprechend ungleiche Geometrie einstellen.
Die durch die Erfindung erstrebte Verminderung desjenigen Gewichts, das zum Ausgleich der Schwerekräfte der jeweiligen Maschine ausreicht, wird dadurch - bei dem geometrischen Ausgleich - deutlich, daß es - speziell bei axialer Massenexzentrizität - in der Regel genügt, wenn der größte Querschnitt des Ausgleichsgewichts etwa gleich dem halben Querschnitt der Ausgleichswelle ist.
Erfindungsgemäß soll die Unwuchtvergrößerung der Ausgleichswelle (gegenüber dem Stand der Technik) durch Verlagerung eines Teils der Ausgleichsmasse aus der Wellenmitte an die radiale und axiale Wellenperipherie erfolgen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das einzelne Ausgleichsgewicht (mit axialem Abstand von dem Wellenzentrum) einen radial über den Umfang seiner näher am Wellenzentrum liegenden Bereiche hinausragenden Wulst besitzt. Eine im Rahmen der Erfindung bevorzugte Geometrie der Ausgleichsgewichte läßt sich beschreiben, in dem man sagt, der Querschnitt des einzelnen Ausgleichsgewichts bzw. die Masse pro (Achs-)Längeneinheit nehme in Richtung von dem geometrischen Wellenzentrum zum an das Ausgleichsgewicht angrenzenden Wellenlängsende zu. Vorzugsweise wird im Rahmen der Erfindung eine stetige Zunahme des Querschnitts in axialer Richtung vorgesehen. Die entsprechende Steigung, mit der sich der Querschnitt des einzelnen Ausgleichsgewichts in Wellenlängsrichtung verändern soll, hängt von den diversen für den jeweiligen Motor typischen Kräften und Frequenzen ab. Die Steigung läßt sich beispielsweise durch iterative Methoden ermitteln. In Versuchen ergaben sich bei stetiger Neigung Steigungen (Kernwinkel) - in axialer Richtung - in der Größenordnung von 2 - 20°, bevorzugt 4 - 10°.
Die beiden erfindungsgemäß geformten Ausgleichsgewichte einer Welle können in axialer und radialer Richtung unterschiedlich ausgebildet werden. Eine Ausgleichswelle kann also zwei ganz verschiedene Ausgleichsgewichte besitzen.
Allein durch die beanspruchte Geometrie der als Unwuchten wirkenden Ausgleichsgewichte selbst kann erfindungsgemäß die erstrebte Konformität zwischen geringem Gewicht und zu erreichendem Gegenmoment bei nicht störendem Eigenfrequenzverhalten erhalten werden. Gegebenenfalls kann das einzelne Ausgleichsgewicht in sich stofflich homogen sein.
Erfindungsgemäß können die Ausgleichsgewichte einstückig an die Innenfläche einer außen zylindrischen Hülle angeformt werden. Eine solche Hülle dient bekanntlich dazu, Planschverluste in der Ölwanne eines Motors zu verringern. Im Rahmen der Erfindung kann die Hülle als Rohr mit massiver Wand die Steifigkeit bzw. Gestaltsfestigkeit der ganzen Ausgleichswelle bestimmen. Dadurch wird eine entsprechend große Freiheit erhalten, die Ausgleichsgewichte selbst im Sinne der Lösung der eingangs erwähnten Aufgabe auszubilden.
Wenn eine solche außen zylindrische Hülle die Ausgleichsgewichte umschließt, sollen letztere - insoweit ihre radiale Erstreckung paßt - an der Innenfläche der Hülle einstückig anliegen. Innerhalb der Hülle verbleiben daher neben den Ausgleichsgewichten Hohlräume. Gemäß weiterer Erfindung wird zwischen den beiden Hohlräumen, welche neben den bevorzugt diagonal gegenüberliegenden Ausgleichsgewichten entstehend, im Bereich der kleinsten Querschnitte der Ausgleichsgewichte - also im Bereich der größten Querschnitte der Hohlräume - eine offene Durchgangsverbindung (ein Loch bzw. eine Bohrung) zwischen den beiden Hohlräumen vorgesehen. Vorzugsweise soll der Lochquerschnitt zwischen den beiden Hohlräumen klein gegen den Querschnitt der angrenzenden Hohlräume sein. Dadurch wird das Innere der Ausgleichswelle kastenförmig, wie ein Bambusrohr, unterteilt und erhält eine trotz geringer Wandstärke hohe Steifigkeit mit dem Ergebnis, daß die Amplituden der Eigenfrequenzen der Welle weiter - auf ein kaum noch merkliches Maß - herabgesetzt werden.
Im Rahmen der Erfindung wird es bevorzugt, die Ausgleichswelle einstückig aus Gußeisen, vorzugsweise GGG-70, herzustellen. Das hat nicht nur Vorteile betreffend den Herstellungsaufwand sondern materialbegründet auch betreffend die Dämpfung von Eigenschwingungen (Verminderung eventueller Lärmbelastung) der Ausgleichswelle bzw. von deren Ausgleichsgewichten.
Anhand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeispielen werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt (längs der Wellenachse) durch eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung wesentlicher Teile der Welle nach Fig. 1 ; und
Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsbeispiele der Ausgleichswelle.
Die insgesamt mit 1 bezeichnete Ausgleichswelle nach Fig. 1 und 2 besitzt Achszapfen 2 und 3, die in achsgleich fluchtenden Bohrungen 4 am jeweiligen Wellenende fest eingefügt sind. Die Ausgleichswelle 1 weist diagonal gegenüberliegende Ausgleichsgewichte 5 und 6 innerhalb einer außen zylindrischen Hülle 7 (Rohr) und einstückig mit dieser auf. Der in Fig. 1 linke Achszapfen 2 trägt neben der Lagerstelle ein Antriebselement 8, z.B. Zahnrad. Die Achszapfen 2 und 3 sowie die Außenfläche der Hülle 7 sind rotationssymmetrisch in Bezug auf Wellenachse 9.
Erfindungsgemäß ist innerhalb jedes als Unwucht wirkenden Ausgleichsgewicht 5, 6 eine in Bezug auf dessen in Richtung der Wellenachse 9 gemessene geometrische Länge L exzentrische Massenverteilung vorgesehen, wobei der Schwerpunkt S jedes Ausgleichsgewichts 5, 6 - wie in Fig. 1 dargestellt - zwischen der geometrischen Mitte M von dessen Länge L und dem angrenzenden Lagerteil 10, 11 liegt. Die beiden Ausgleichsgewichte 5, 6 sollen bis an die Lagerteile 10, 11 heranreichen. Ihre Länge L wird zwischen dem geometrischen Wellenzentrum Z und der jeweiligen Grenze zum Lagerteil 10 oder 11 gemessen.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 nimmt der Querschnitt des einzelnen Ausgleichsgewichts 5, 6 in Richtung von dem geometrischen Wellenzentrum Z zum jeweiligen Wellenlängsende am Lagerteil 10, 11 stetig zu. Dabei steigt der Querschnitt des einzelnen Ausgleichsgewichts 5, 6 von einem Minimum im Bereich des geometrischen Wellenzentrums Z bis auf maximal etwa den halben Wellenquerschnitt - in der Nähe der Wellenlängsenden bzw. angrenzend an den Übergang zu den Lagerteilen 10, 11 - an.
Wie gesagt, werden die Ausgleichsgewichte 5, 6 bevorzugt einstückig an die Innenfläche 12 der außen zylindrischen Hülle 7 angeformt. Zum Definieren von Schwingungsknoten und damit zum Beeinflussen bzw. Verbessern des Eigenfrequenzverhaltens der Ausgleichswelle 1 kann es in diesem Zusammenhang günstig sein, wenn zwischen den beiden neben den Ausgleichsgewichten 5, 6 innerhalb der rohrförmigen Hülle 7 verbleibenden Hohlräumen 13, 14 im Bereich der kleinsten Querschnitte der Ausgleichsgewichte 5, 6 - also im Bereich des geometrischen Wellenzentrums Z - eine offene Durchgangsverbindung bzw. ein Loch 15 vorgesehen wird. Der Lochdurchmesser soll dabei - speziell zum Verbessern des Eigenfrequenzverhaltens - wesentlich kleiner als die Summe der in diesem Bereich maximalen Querschnitte der Hohlräume 13, 14 sein. Für die Verbesserung des Eigenfrequenzverhaltens kann es auch günstig sein, die Kanten 16 und 17 der Ausgleichsgewichte 5, 6 angrenzend an das geometrische Wellenzentrum Z bzw. angrenzend an die zur Aufnahme der Achszapfen 2, 3 vorgesehenen Bohrung 4 in der in Fig. 1 im Prinzip dargestellten Weise abzurunden.
Eine Ausgleichswelle 1 in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Form wurde in einem Versuch aus Gußeisen GGG-70 hergestellt. Die Länge der Ausgleichswelle 1 - gemessen über die die Bohrung 4 aufnehmenden Lagerteile 10, 11 - betrug 240" mm. Der Durchmesser der Hülle 7 betrug 63 mm. Die Wandstärke der Hülle 7 betrug 9 mm. Die lichte Weite der Bohrung 4 betrug 17 mm. Die in Richtung der Wellenachse 9 gemessene Stärke der die Bohrung 4 aufnehmenden Längsenden 10, 11 betrug 23 mm. Der Kernwinkel K, der die Neigung der Ausgleichsgewichte 5, 6 zwischen Wellenachse 9 und Innenfläche 18 der Ausgleichsgewichte 5, 6 beschreibt, betrug 6°. Der Durchmesser des in Fig. 1 im wesentlichen kreisförmigen Lochs 15 im Bereich des geometrischen Wellenzentrums Z betrug 20 mm.
Fig. 3 und 4 zeigen - jeweils mit zusätzlicher Darstellung der Schnitte A-A und B-B senkrecht zur Längsachse 9 - zwei von Fig. 1 und 2 abweichende Ausführungsbeispiele, bei denen gleiche Teile wie vorher zu bezeichnen sind.
Die Ausgleichswelle 1 nach Fig. 3 besitzt zwei untereinander gleiche Ausgleichsgewichte 5 und 6. Die exzentrische Massenverlagerung wird jedoch - abweichend von Fig. 1 und 2 - durch eine Massenverlagerung in radialer Richtung, nämlich in die Wülste 19 und 20 erreicht. Ausgehend vom Stand der Technik nach DE 44 12 476 A1 wird also ein Teil der Masse aus dem Innern der Ausgleichswelle radial über den ursprünglichen Umfang 21 der Ausgleichsgewichte 5 und 6 verlegt. Dadurch wird zwar der äußere Durchmesser der Ausgleichswelle 1 vergrößert, die in den Wülsten 19 und 20 enthaltene Masse wirkt aber, wegen der Anordnung weit ab vom Zentrum Z, in der Funktion als Unwucht wesentlich stärker als wenn die gleiche Masse im Innern der Welle angrenzend an die Wellenachse 9 läge. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Mischform von Fig. 1 und Fig. 3. In dem Ausgleichsgewicht 6 gleicht die Massenverteilung derjenigen bei Fig. 1. In dem Ausgleichsgewicht 5 wird eine Massenverteilung zum Teil wie bei Fig. 1 und zum Teil wie bei Fig. 3 vorgesehen. Im Übrigen spricht Fig. 4 für sich selbst.
Bezugszeichenliste
1 Ausgleichswelle
2, 3 = Achszapfen
4 Bohrung
5, 6 = Ausgleichsgewicht
7 Hülle
8 Antriebselement
9 Wellenachse
10,11 = Lagerteile
12 Innenfläche (7)
13,14 = Hohlraum
15 Loch
16,17 = Kante
18 Innenfläche
19, 20 = radialer Wulst (Fig. 3 + 4)
21 Umfang (5, 6)
L Länge (5, 6)
M geometrische Mitte (5, 6 )
S Schwerpunkt (5, 6)
Z geometrisches Wellenzentrum
K Kernwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Ausgleichswelle (1) zum Kompensieren von Massenkräften und/oder Massenmomenten in Brennkraftmaschinen des Hubkolbentyps, in welcher mit Hilfe von Ausgleichsgewichten (5, 6), welche an den geometrischen Wellenlängsenden an Lagerteile (10, 11) oder dergleichen Halterungen angrenzen und in Richtung der Wellenachse (9) diagonal in Bezug auf das geometrische Wellenzentrum Z gegenüberliegend angeordnet sind, eine exzentrische Massenverteilung eingestellt ist, dad u rc h geken nzeich net, daß innerhalb wenigstens eines der Ausgleichgewichte (5, 6) selbst eine exzentrische Massenverteilung vorgesehen ist, wobei der Schwerpunkt (S) des einzelnen Ausgleichsgewichts (5, 6) zwischen der Mitte (M) von dessen geometrischer Länge (L) und dem Übergang zum angrenzenden Lagerteil (10, 11) liegt.
2. Ausgleichswelle nach Anspruch 1 , dadurch geken nzeichnet, daß die exzentrische Massenverteilung des Ausgleichsgewichts (5, 6) in Bezug auf dessen in Richtung der Wellenachse (9) gemessene Länge (L) vorgesehen ist (Fig. 1 und 2).
3. Ausgleichswelle nach Anspruch 1 oder 2, dad u rc h geken nzeich net, daß die exzentrische Massenverteilung des Ausgleichsgewichts (5, 6) in Bezug auf dessen in Richtung des Wellenradius gemessenen Durchmesser vorgesehen ist (Fig. 3 und 4).
4. Ausgleichswelle nach Anspruch 3, dad urch gekennzeich net, daß das Ausgleichsgewicht (5, 6) einen radial über den Umfang (21) des näher am Zentrum (Z) liegenden Bereichs des Ausgleichsgewichts (5) hinausreichenden Wulst (19, 20) besitzt.
5. Ausgleichswelle nach Anspruch 1 , dadurch geken nzeichnet, daß der Querschnitt wenigstens eines der, vorzugsweise in sich stofflich homogenen Ausgleichsgewichts (5, 6) in axialer und/oder radialer Richtung - vorzugsweise in axialer oder in axial/radialer Richtung - vom geometrischen Wellenzentrum (Z) zum jeweiligen Lagerteil (10, 11) ansteigt.
6. Ausgleichswelle mit zwei Ausgleichsgewichten (5, 6) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgleichsgewichte (5, 6) in radialer bzw. axialer Richtung unterschiedlich ausgebildet sind.
7. Ausgleichswelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ausgleichsgewicht eine exzentrische Massenverteilung in axialer Richtung und das andere Ausgleichsgewicht eine exzentrische Massenverteilung in axial/radialer Richtung besitzt (Fig.4).
8. Ausgleichswelle nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ausgleichsgewicht (5) in Richtung der Längsachse (9) kürzer als das andere Ausgleichsgewicht (6) ist (Fig.4).
9. Ausgleichswelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt bei axialer Massenverschiebung bis maximal auf den halben Wellenquerschnitt, bevorzugt stetig, ansteigt.
10. Ausgleichswelle nach mindestens einen der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, die Ausgleichsgewichte (5, 6) einstückig an die Innenfläche (12) einer außen zylindrischen Hülle (7) angeformt sind.
11. Ausgleichswelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden neben den Ausgleichsgewichten (5, 6) - gegebenenfalls innerhalb der Hülle (7) - verbleibenden Hohlräumen (13, 14) im Bereich der kleinsten Querschnitte der Ausgleichsgewichte (5, 6) eine offene Durchgangsverbindung bzw. ein Loch (15) vorgesehen ist.
12. Ausgleichswelle nach Anspruch 12, dad u rch geken nzei ch net, daß der Durchgangsquerschnitt des Lochs (15) klein gegen den Gesamtquerschnitt der an das geometrische Wellenzentrum (Z) angrenzenden Hohlräume (13, 14) ist.
13. Ausgleichswelle nach Anspruch 11 oder 12, dad u rc h ge ken nzeic h net, daß die Kanten (16, 17) der Ausgleichsgewichte (5, 6) angrenzend an die geometrische Mitte (Z) bzw. das Loch (15) und an die Lagerteile (10, 11) abgerundet sind.
14. Ausgleichsgewicht nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dad u rch geken nzeichnet, daß die Ausgleichsgewichte (5, 6) und gegebenenfalls die Hülle (7) aus einem einzigen Stück Gußeisen, insbesondere aus GGG-70, bestehen.
15. Ausgleichsgewicht nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 14, dad u rc h geken nzeich net, daß die exzentrische Massenverteilung des Ausgleichsgewichts (5, 6) teilweise oder ganz durch stoffliche Inhomogenität bzw. inhomogene Dichte erreicht ist.
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