WO2006047807A2

WO2006047807A2 - Ausgleichswelle

Info

Publication number: WO2006047807A2
Application number: PCT/AT2005/000446
Authority: WO
Inventors: Andreas Reichweger; Roland Marzy; Ewald Sieberer
Original assignee: Magna Drivetrain Ag & Co Kg
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2006-05-11
Also published as: CA2586981C; US7571703B2; WO2006047807A3; KR20070108854A; US20080121203A1; DE112005002677A5; AT7885U1; CA2586981A1

Abstract

Eine Ausgleichswelle, deren Ausgleichsgewicht (4) sich zwischen zwei zylindrischen Lagerflächen (2,3) befindet, ist mit diesem einstückig. Die beiderseitigen Stirnquerschnitte (10,11) des Ausgleichsgewichtes (4) sind durch einen Kreisbogen (12) und eine Sekante (13) begrenzte Kreissegmente. Um die Ausgleichswelle so weiterzubilden, dass Massenwirkung und Steifigkeit optimal sind, läuft die Kontur (15) des Ausgleichsgewichtes (4) in der von den Sekanten (13) der beiden Stirnquerschnitte (10,11) aufgespannten Ebene (14) von beiden Stirnquerschnitten (10,11) bis zur Längsmitte (18) stetig zusammen und ist die Kontur (16) in einer Normalebene (17) zu derselben Ebene (14) eine Gerade.

Description

A U S G L E I C H S W E L L E

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle, deren Ausgleichsgewicht sich zwischen zwei zylindrischen Lagerflächen befindet, wobei die beiderseitigen Stirnquerschnitte des Ausgleichsgewichtes durch einen Kreisbogen und eine Sekante begrenzte Kreissegmente sind.

Ausgleichswellen werden für den Massenausgleich von Kolbenmaschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt; bei Maschinen mit vier Zylindern in Reihe paarweise und mit doppelter Kurbelwellendrehzahl. Bei anderen Zylinderzahlen- und Anordnungen werden Ausgleichswellen fallwei¬ se auch in anderer Disposition eingesetzt.

Die Anforderungen an eine Ausgleichswelle sind unabhängig von der Bauart des Motors im Wesentlichen immer dieselben: 1° Es soll mit möglichst wenig Masse ein Maximum an Wirkung, sprich Exzentrizität des Schwerpunktes er¬ reicht werden und 2° soll die Lagerung möglichst präzise sein, was ein Mini¬ mum an Durchbiegung unter der Wirkung der Fliehkraft voraussetzt. Letzteres ist bei großen Lagerabständen besonders zu beachten. Die Forderung nach lei¬ se laufendem Antrieb kann ausser Betracht bleiben, wenn es nur um die Aus¬ gleichswelle an sich geht. Aus der DE 198 07 180 Al ist eine Ausgleichswelle bekannt, die sich über den gesamten Abstand zwischen den Lagern erstreckt und deren Querschnitt durchgehend konstant und ein Kreissegment ist. Die Erstreckung über die ganze Länge ist eine hilfreiche Maßnahme, wenn der Lagerabstand vorgege¬ ben ist und aus diversen Gründen nicht verringert werden kann. Wenn man aber den Verlauf der Belastung durch die Fliehkraft über die Länge mit den Augen eines Statikers betrachtet, erkennt man dass die Form des Ausgleichs¬ gewichtes nicht optimal ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Ausgleichswelle so weiterzubilden, dass Massenwirkung und Steifigkeit optimal sind. Erfin¬ dungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Kontur des Ausgleichsge¬ wichtes in der von den Sekanten der beiden Kreissegmente aufgespannten E- bene von beiden Stirnquerschnitten bis zur Längsmitte stetig zusammenläuft und dass die Kontur in einer die Achse der Welle enthaltenden Normalebene zu der oben definierten Ebene eine Gerade ist. Dadurch werden die Quer¬ schnitte des Ausgleichsgewichtes von den Kreissegmenten an den Stirnflächen ausgehend bis zur Längsmitte immer schmaler. Zur Veranschaulichung: Sie werden im Idealfall Ellipsen, deren kleine Achse immer kürzer wird und deren große Halbachse gleich dem Radius des Kreissegmentes ist. In den Augen des Statikers bedeutet das, dass die Belastung quer zur Achse über die Länge nicht konstant (wie nach dem oben zitierten Stand der Technik) ist, sondern zur Längsmitte hin abnimmt, ihre Steifigkeit jedoch nicht. Dadurch ist bei gleicher Exzenterwirkung die Durchbiegung der Ausgleichswelle kleiner, was deren Lagerung zugute kommt. Zum Beispiel können dadurch die Lagerspiele klei¬ ner gewählt werden. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Gestaltung sind, auch hinsichtlich der

Fertigungskosten besonders wirksam, wenn die Ausgleichswelle mit dem Ausgleichsgewicht einstückig ist und sich im Wesentlichen über den ganzen Abstand zwischen den zylindrischen Lagerflächen erstreckt.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Steifigkeit der Welle mit einem Mi¬ nimum an Massenzunahme noch weiter erhöht werden, wenn das Ausgleichs¬ gewicht auf der seinem Schwerpunkt abgewandten Seite der von den Sekanten der beiden Kreissegmente aufgespannten Ebene eine Versteifungsrippe hat, die auch sehr schmal sein kann. Die Kontur der Versteifungsrippe in einer Normalebene zu der besagten Ebene kann eine Gerade sein.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann die Kontur der Versteifungs¬ rippe im achsnormalen Querschnitt zumindest ungefähr dem zylindrischen Lagerflächen gleichen. Das hat den Vorteil, dass es zwischen der zylindri¬ schen Lagerfläche und der dem exzentrischen Schwerpunkt abgewandten Sei¬ te des Ausgleichsgewicht keinen schroffen Querschnittübergang gibt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 : Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle,

Fig. 2: Längsschnitt wie Fig. 1, Welle um 90 Grad gedreht,

Fig. 3 : a) Schnitt AA und b) Schnitt BB in Fig. 2,

Fig. 4: Längsschnitt durch eine Variante der erfindungsgemäßen

Ausgleichswelle,

Fig. 5: Längsschnitt wie Fig. 4, Welle um 90 Grad gedreht, Fig. 6: a) Schnitt AA und b) Schnitt BB in Fig. 5. In den Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Ausgleichswelle summarisch mit

1 bezeichnet. Sie hat im Wesentlichen eine erste und eine zweite zylindrische Lagerfläche 2,3, mit denen sie in Lagern ihres nicht dargestellten Gehäuses gelagert sind, und ein Ausgleichsgewicht 4. Dieses Ausgleichsgewicht 4 ist mit der Welle 1 einstückig; die Bezugslinie von 4 zeigt auf deren Schwerpunkt S. Ausserhalb der Lagerflächen 2,3 sind hier noch zwei weitere Ausgleichs¬ gewichte 5,6 zu sehen, die nicht erforderlich sind, und erfindungsgemäß aus¬ gebildet sein können oder auch nicht. Mit 7 ist schließlich die Rotationsachse der Welle 1 bezeichnet.

Zwischen den beiden Lagerflächen 2, 3 befindet sich das Ausgleichsgewicht 4, dessen Form erfindungswesentlich ist. Das Ausgleichsgewicht 4 hat an sei¬ ner ersten Stirnfläche 10 und an seiner zweiten Stirnfläche 11 je einen kreis- segmentförmigen Querschnitt, der durch einen Kreisbogen 12 und eine Sekan¬ te 13 begrenzt ist. Wenn die Sekante die Achse 7 schneidet, ist das Kreisseg¬ ment ein Halbkreissegment. Die Sekante könnte aber auch über der Achse 7, das heißt an der dem Schwerpunkt S abgewandten Seite der Achse 7. Von die¬ sem Stirnquerschnitten 10,11 ausgehend hat das Ausgleichsgewicht 4 beson¬ dere Konturen. Zu deren Beschreibung wird zunächst eine von den Sekanten 13 der beiden Stirnquerschnitte 10,11 aufgespannte Ebene 14 und eine dazu normale und die Achse 7 enthaltende Normalebene 17 eingeführt.

Die Kontur 15 in der Ebene 14 läuft von den beiden Stirnquerschnitten 10,11 ausgehend zur Längsmitte 18 hin zusammen, in welcher sie eine „Taille" bil¬ det, siehe Fig. 2. In der Normalebene 17 (siehe Fig. 1) ist die Kontur 16 eine Gerade. Anhand der Schnitte a),b) der Fig. 3 ist der Querschnittsverlauf des . Ausgleichsgewichtes 4 über dessen Länge zu erkennen. In Fig. 3 b) ist der Querschnitt der beschriebene von einem Kreisbogen 12 begrenzte Stirnquer¬ schnitt; zur Mitte hin wird der Querschnitt bei gleichbleibender Dimension in der Normalebene 17 (die geradlinige Kontur 16) in der von den Sekanten auf¬ gespannten Ebene 14 immer schmäler bis zu dem Querschnitt der Fig. 3 a). Dort ist, wenn man der Einfachheit halber von einer Ellipse spricht (es könnte aber ein beliebiges Oval sein), die große Halbachse 20 der Ellipse gleich dem Radius des Kreisbogens 12, also entsprechend der Geraden 16 unverändert und die kleine Halbachse 21 der Ellipse wesentlich kleiner, beispielsweise gleich dem Radius der zylindrischen Lagerflächen 2,3. In Fig. 3 a) ist der Querschnitt mit 10* und der Ellipsenbogen mit 12* bezeichnet. Dieser Quer¬ schnittverlauf hat zur Folge, dass bei über die Länge annähernd gleicher Stei¬ figkeit die Massenbelastung durch die Fliehkraft pro Längeneinheit in der „Taille" ein Minimum ist. Dadurch ist die Verteilung des durch die Fliehkraft ausgeübten Biegemomentes günstiger als bei einem nicht taillierten Aus¬ gleichsgewicht. Zur weiteren Verbesserung der Steifigkeit ist auf der dem Schwerpunkt F abgewandten Seite der von den Sekanten aufgespannten Ebene 14 eine Versteifungsrippe 22 vorgesehen, die sich zwischen den beiden Lager¬ flächen 2,3 über die gesamte Länge mit gerader Kontur 23 hinzieht.

Die Variante der Fig. 4 bis Fig. 6 unterscheidet sich davon dadurch, dass die Versteifungsrippe 30 den Querschnitt einer der beiden zylindrischen Lagerflä- :hen 2,3 (oder beider) übernimmt.

Claims

P A TE NTAN S P RÜ C HE

1. Ausgleichswelle, deren Ausgleichsgewicht (4) sich zwischen zwei zy¬ lindrischen Lagerflächen (2,3) befindet, wobei die beiderseitigen Stirnquer¬ schnitte (10,11) des Ausgleichsgewichtes (4) durch einen Kreisbogen (12) und eine Sekante (13) begrenzte Kreissegmente sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (15) des Ausgleichsgewichtes (4) in der von den Sekanten (13) der beiden Stirnquerschnitte (10,11) aufgespannten Ebene (14) von bei¬ den Stirnquerschnitten (10,11) bis zur Längsmitte (18) stetig zusammenläuft und dass die Kontur (16) in einer Normalebene (17) zu derselben Ebene (14) eine Gerade ist.

2. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) mit dem Ausgleichsgewicht (4) einstückig ist und sich im Wesentli¬ chen über den ganzen Abstand zwischen den zylindrischen Lagerflächen (2,3) erstreckt.

3. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (4) auf der seinem Schwerpunkt (S) abgewandten Seite der von den Sekanten (13) der beiden Stirnquerschnitte (10,11) aufgespannten E- bene (14) eine Versteifungsrippe (22;30) hat.

4. Ausgleichswelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Kontur (23) der Versteifungsrippe (22) in einer Normalebene (17) zu der be¬ sagten Ebene (14) eine Gerade ist.

5. Ausgleichswelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Versteifungsrippe (30) in einer achsnormalen Ebene (17) un¬ gefähr dem Querschnitt der zylindrischen Lagerflächen (2,3) entspricht.