WO2008009551A1 - Welle - Google Patents

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WO2008009551A1
WO2008009551A1 PCT/EP2007/056682 EP2007056682W WO2008009551A1 WO 2008009551 A1 WO2008009551 A1 WO 2008009551A1 EP 2007056682 W EP2007056682 W EP 2007056682W WO 2008009551 A1 WO2008009551 A1 WO 2008009551A1
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WO
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shaft
bearing
lubricating oil
oil mist
rolling bearing
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PCT/EP2007/056682
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English (en)
French (fr)
Inventor
Arndt Ihlemann
Peter Solfrank
Lisa Dombos
Original Assignee
Schaeffler Kg
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Publication date
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Priority to DE112007001320.6T priority patent/DE112007001320B4/de
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    • 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
    • F16F15/267—Rotating balancer shafts characterised by bearing support of balancer shafts; Lubrication arrangements
    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • F16D3/38—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another
    • 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
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    • F16F15/264—Rotating balancer shafts
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    • Y10T74/2173—Cranks and wrist pins
    • Y10T74/2185—Lubricated

Definitions

  • the invention relates to a shaft, in particular balancing shaft of a device for balancing mass forces and / or mass moments of a reciprocating internal combustion engine.
  • the shaft is rotatably mounted on one or more bearing journals in a housing loaded with lubricating oil mist, wherein at least one of the bearing journals radially projects beyond one or both of these adjacent shaft sections at least within a partial circumference and within the partial circumference between the at least one journals and the one or the two adjoining shaft sections each extend one or more radially outwardly extending ribs.
  • Such a shaft is known from US 6,305,339 B1, in which the shaft is formed as a balancer shaft of a mass balance gear known to those skilled in the art of reciprocating internal combustion engines.
  • the balance shaft proposed therein has imbalances arranged on both sides of a bearing journal, while the bearing journal projects radially beyond the shaft sections adjacent thereto within a partial circumference diametrically opposite the imbalances.
  • ribs are provided which run within the partial circumference between the bearing journal and the adjacent shaft sections.
  • a prerequisite for the formation of a sufficiently viable lubricating film in such a sliding bearing is a defined lubricating oil supply of the bearing, which leads to undesirable additional costs, in particular in the case of the usually cost-sensitive reciprocating internal combustion engines due to the holes and / or channels required for this purpose.
  • a further disadvantageous characteristic of the hydrodynamic slide bearing arises from the relationship between the viscosity of the lubricating oil and the friction losses, which contribute in particular at low temperatures and high viscosity lubricating oil to a significant proportion of the power loss of the reciprocating internal combustion engine or a shaft driving machine in general can.
  • the present invention is therefore the object of a shaft of the type mentioned in such a way that the disadvantages are avoided.
  • the bearing journal (s) of the shaft should be rotatably mounted in the housing via structurally simple bearing points, including a connection structure which can be produced with little effort, in order to ensure sufficient lubrication oil supply to the bearing points.
  • the bearing of the shaft should be as friction-free and largely free of viscosity influences of the lubricating oil on the falling when driving the shaft friction.
  • the shaft is mounted in the housing on the at least one bearing journal via a rolling bearing lubricated only by the lubricating oil mist, wherein at least one of the ribs belonging to the at least one bearing journal is under an adjusting rod. angle inclined to the axis of rotation of the shaft and serves as a blade for conveying the lubricating oil mist in the rolling bearing.
  • lubricating oil mist is therefore used to provide sufficient for low and largely temperature-independent friction losses and favorable manufacturing costs per se known bearings with lubricating oil by depending on the angle of attack of the individual rib either directed by this to the rolling bearing deflection or Pressure flow of the lubricating oil mist or a directed through the rolling bearing back to the rib suction flow of the lubricating oil mist sets during rotation of the shaft.
  • a balancer shaft with stiffening ribs as proposed in the cited document, they need only be rotated by the angle of attack and thus can be arranged cost neutral on the balance shaft.
  • the fins formed as blades should not be limited only to planar fins having a constant angle of attack, but may also have a profile adapted to the flow or deflection to be achieved, including one above the axial extent Have variable angle of attack.
  • the rolling bearing should be designed as a needle bearing with a thin-walled outer ring produced without cutting, a cage and needles guided therein.
  • a needle bearing referred to as a needle bearing offers the most cost-effective and radially compact rolling bearing of the shaft, wherein the bearing pin serves as an inner raceway for the needles.
  • the ribs which extend between the at least one bearing journal and the one shaft section adjacent thereto, in the circumferential direction of the shaft with respect to the redesignrich- tion of the lubricating oil mist have the same effect oriented angle of attack.
  • the lubricating oil is to be promoted in this direction of rotation from the direction of the journal adjacent shaft portion to the rolling bearing out, so that the above-described pressure flow or deflection of the lubricating oil mist from the direction of the respective rib in the rolling bearing sets in.
  • a lubrication oil supply on both sides of the rolling bearing from the direction of both adjoining shaft sections can also take place in that the ribs which run between the at least one bearing journal and the other shaft section adjacent thereto also have an angle of attack oriented in the circumferential direction of the shaft with respect to the conveying direction of the lubricating oil mist have in such a way that the lubricating oil mist is conveyed in the direction of the normal direction of rotation of the shaft both from the direction of the one shaft portion and from the direction of the other shaft portion to the rolling bearing out.
  • a lubrication oil supply of the rolling bearing which is largely independent of the direction of rotation of the shaft can be ensured by the fact that the ribs which run between the at least one bearing journal and the other shaft section adjacent thereto also have a direction of travel with respect to the conveying direction of the shaft Lubricating nebula gleichamperedd oriented angle of attack have such that at a first rotational direction of the shaft of the lubricating oil mist in the direction of one shaft portion of the rolling bearing and out of the direction of the other shaft portion is fed to the rolling bearing, and that in the opposite, second rotational direction of the shaft of the lubricating oil mist from direction of the one shaft portion to the rolling bearing and towards the other Wellenab- cut is conveyed away from the rolling bearing.
  • the lubricating oil flow directed by the rolling bearing can be increased independently of the direction of rotation of the shaft by superimposing the pressure or suction conveyance of the lubricating oil mist generated on both sides of the journal.
  • Another, independent of the direction of rotation of the shaft lubricating oil supply of the bearing can also be generated in that the ribs extending between the at least one journal and the one or both of these adjacent shaft sections, in trainssgehchtung the shaft unevenly oriented angle of attack with the rolling bearing towards and away from the rolling bearing have alternating conveying direction of the lubricating oil mist.
  • the reciprocating internal combustion engine should be a four-cylinder in-line engine with two counter-rotating balance shafts, the balance shafts being arranged parallel to the longitudinal axis of the crankshaft of the reciprocating internal combustion engine and driven at least indirectly by the crankshaft at twice the crankshaft speed.
  • This known to those skilled in the art as Lancaster compensation arrangement is used to compensate for the free mass forces of second order in a four-cylinder inline engine, which is produced worldwide in significant quantities and at considerable cost pressure.
  • the inventive design of the balance shaft contributes due to the at least low-cost lubricating oil supply the shaft bearing to a significant reduction of their manufacturing costs.
  • FIG. 1 shows a section of a shaft with ribs oriented independently of the direction of rotation
  • Figure 2 shows a portion of a shaft with direction of rotation dependent oriented ribs
  • FIG. 3 shows a section of a shaft with a combined direction of rotation of the ribs independent of the direction of rotation
  • Figure 4 shows a device for mass balance of a reciprocating internal combustion engine in a schematic representation
  • Figure 5 shows one of the balance shafts of Figure 4 in a simplified longitudinal view.
  • FIGS. 1 to 3 a shaft 1 a, 1 b and 1 c according to the invention which is essential for the understanding of the invention are rotatably mounted in each case on a bearing journal 2 by means of a roller bearing 3 in a housing 4 charged with lubricating oil mist. illustrated.
  • the shafts 1 a, 1 b, 1 c has in common that on both sides of the bearing pin 2 adjacent shaft portions 5a and 5b on its entire circumference from the bearing pin 2 radially be surmounted and that between the bearing pin 2 and the adjacent shaft portions 5a and 5b a plurality of evenly distributed over the circumference and extending radially outwardly extending ribs 6 extend.
  • a needle bearing 7 Wälzla- ger 3 here as a radial space-saving needle sleeve, consisting of a non-cutting produced thin-walled outer ring 8, a cage 9 and guided therein needles 10, between the housing 4 and the bearing journal. 2 arranged and supplied only with the accumulating in the housing 4 lubricating oil mist.
  • the integrally formed here with the shafts 1 a, 1 b, 1 c ribs 6 not only stiffening function, but also serve as blades for generating a flow or deflection of the lubricating oil mist by the ribs 6 each at an angle of attack 1 1 or 12 inclined to the axes of rotation of the shafts 1 a, 1 b, 1 c extend and depending on the direction of rotation of the shafts 1 a, 1 b, 1 c related orientation of arrival angle 11, 12 the lubricating oil mist in the needle bearing. 7 convey in and / or suck through the needle bearing 7.
  • the supply of lubricating oil to needle roller bearing 7 is independent of the direction of rotation.
  • the ribs 6 extending on one shaft section 5a generate a suction flow and the ribs 6 extending on the other shaft section 5b generate a pressure flow, respectively the needle bearing 7. Consequently, the lubricating oil mist is conveyed from right to left by the needle bearing 7 according to the flow field symbolized by the arrow.
  • the shaft 1 b shown in Figure 2 has a fixed predetermined normal direction of rotation, which corresponds to the marked on the bearing pin arrow.
  • the angles of attack 11, 12 of the bearing pin 2 extending on both sides ribs 6 with respect to the conveying direction of the lubricating oil mist are oriented so that the lubricating oil mist both from the direction of one shaft portion 5a and 5b from the direction of the other shaft portion either to form a pressure flow or by deflection Needle bearing 7 is promoted towards.
  • a shaft 1d according to the invention is designed here as a balance shaft 13 of a device 14 for balancing mass forces and / or mass moments of a reciprocating internal combustion engine 15. In the present case, this is a four-cylinder in-line engine, the device 14, also referred to as a mass balancing transmission, serving to balance second-order mass forces (Lancaster compensation).
  • the device 14 comprises according to the transmission scheme shown in Figure 4, two counter-rotating and defined imbalances 16 having balance shafts 13 which are arranged parallel to the longitudinal axis of the crankshaft 17 of the reciprocating internal combustion engine 15 and driven by an intermediate 18 of the crankshaft 17 with double crankshaft speed.

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Welle (1a-d), die an einem Lagerzapfen (2) in einem mit Schmierölnebel beaufschlagten Gehäuse (4) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Lagerzapfen und an diesen angrenzenden Wellenabschnitten (5a, 5b) jeweils eine oder mehrere, sich radial auswärts erstreckende Rippen (6) verlaufen. Dabei soll die Welle an dem Lagerzapfen über ein lediglich durch den Schmierölnebel geschmiertes Wälzlager (3) im Gehäuse gelagert sein, wobei zumindest eine der zu dem Lagerzapfen zugehörigen Rippen unter einem Anstellwinkel (11, 12) geneigt zur Drehachse der Welle verläuft und als Schaufel zur Förderung des Schmierölnebels in das Wälzlager dient.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Welle Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Welle, insbesondere Ausgleichswelle einer Vorrichtung zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Die Welle ist an einem oder mehreren Lagerzapfen in einem mit Schmierölnebel beaufschlagten Gehäuse drehbar gelagert, wobei wenigstens einer der Lagerzapfen einen oder beide an diesen angrenzende Wellenabschnitte zumindest innerhalb eines Teilumfangs radial überragt und wobei innerhalb des Teilumfangs zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen und dem einen oder den beiden angrenzenden Wellenabschnitten jeweils eine oder mehrere, sich radial auswärts erstreckende Rippen verlaufen.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Welle geht aus der US 6,305,339 B1 hervor, in der die Welle als Ausgleichswelle eines dem Fachmann auf dem Gebiet von Hubkolben- Brennkraftmaschinen bekannten Massenausgleichsgetriebes ausgebildet ist. Die dort vorgeschlagene Ausgleichswelle weist beidseitig eines Lagerzapfens angeordnete Unwuchten auf, während der Lagerzapfen die an diesen angrenzenden Wellenabschnitte innerhalb eines Teilumfangs, der den Unwuchten diametral gegenüberliegt, radial deutlich überragt. Zur Versteifung der Aus- gleichswelle sind Rippen vorgesehen, die innerhalb des Teilumfangs zwischen dem Lagerzapfen und den angrenzenden Wellenabschnitten verlaufen. Als Lagermittel ist eine zwischen dem Gehäuse des Massenausgleichsgetriebes und dem Lagerzapfen angeordnete Gleitlagerschale eines hydrodynamischen Gleitlagers vorgesehen. Voraussetzung für die Ausbildung eines ausreichend tragfähigen Schmierfilms in einem solchen Gleitlager ist jedoch eine de- finierte Schmierölversorgung der Lagerstelle, die insbesondere im Fall der üblicherweise kostensensitiven Hubkolben-Brennkraftmaschinen zu unerwünschten Zusatzkosten aufgrund der hierfür erforderlichen Bohrungen und/oder Kanälen führt. Eine weiterhin nachteilige Eigenschaft der hydrodynamischen Gleitlagerung ergibt sich aus dem Zusammenhang zwischen der Viskosität des Schmieröls und den Reibleistungsverlusten, die insbesondere bei tiefen Temperaturen und hochviskosem Schmieröl zu einem erheblichen Anteil an der Verlustleistung der Hubkolben-Brennkraftmaschine bzw. einer die Welle antreibenden Maschine im allgemeinen beitragen kann.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Welle der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die aufgezeigten Nachteile vermieden werden. Demnach sollen der oder die Lagerzapfen der Welle über kon- struktiv möglichst einfach gestaltete Lagerstellen einschließlich einer aufwandsarm herstellbaren Anschlusskonstruktion zur ausreichenden Schmierölversorgung der Lagerstellen im Gehäuse drehgelagert sein. Darüber hinaus soll die Lagerung der Welle möglichst reibungsarm und weitgehend frei von Viskositätseinflüssen des Schmieröls auf die beim Antrieb der Welle abfallende Reib- leistung erfolgen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Welle an dem wenigstens einen Lagerzapfen über ein lediglich durch den Schmierölnebel geschmiertes Wälzlager im Gehäuse gelagert ist, wobei zumindest eine der zu dem wenigstens einen Lagerzapfen zugehörigen Rippen unter einem Anstell- winkel geneigt zur Drehachse der Welle verläuft und als Schaufel zur Förderung des Schmierölnebels in das Wälzlager dient.
Der im Gehäuse ohnehin anfallende Schmierölnebel wird also dazu genutzt, das für niedrige und weitgehend temperaturunabhängige Reibleistungsverluste sowie für günstige Herstellkosten an sich bekannte Wälzlager ausreichend mit Schmieröl zu versorgen, indem sich abhängig vom Anstellwinkel der einzelnen Rippe entweder eine von dieser zum Wälzlager hin gerichtete Umlenkung oder Druckströmung des Schmierölnebels oder aber eine durch das Wälzlager hin- durch zur Rippe gerichtete Saugströmung des Schmierölnebels bei Rotation der Welle einstellt. Im Falle einer Ausgleichswelle mit Versteifungsrippen, wie sie in der eingangs zitierten Druckschrift vorgeschlagen sind, brauchen diese lediglich um den Anstellwinkel verdreht und können somit kostenneutral auf der Ausgleichswelle angeordnet werden.
Wie es dem Fachmann auf dem Gebiet von Strömungsmaschinen bekannt ist, sollen die als Schaufeln ausgebildeten Rippen selbstverständlich nicht nur auf ebene Rippen mit einem konstanten Anstellwinkel beschränkt sein, sondern können auch ein hinsichtlich der zu erzielenden Strömung oder Umlenkung angepasstes Profil einschließlich eines über der axialen Erstreckung veränderlichen Anstellwinkels aufweisen.
In Weiterbildung der Erfindung soll das Wälzlager als Nadellager mit einem spanlos hergestellten, dünnwandigen Außenring, einem Käfig und darin geführ- ten Nadeln ausgebildet sein. Ein solches auch als Nadelhülse bezeichnetes Nadellager bietet sich zur besonders kostengünstigen und radial kompakt bauenden Wälzlagerung der Welle an, wobei der Lagerzapfen als innere Laufbahn für die Nadeln dient.
Außerdem kann es vorgesehen sein, dass die Rippen, die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen und dem an diesen angrenzenden einen Wellenabschnitt verlaufen, in Umfangsrichtung der Welle einen bezüglich der Förderrich- tung des Schmierölnebels gleichwirkend orientierten Anstellwinkel aufweisen. Im Falle einer Welle, deren betriebliche Drehrichtung fest vorgegeben und hier als Normaldrehrichtung bezeichnet ist, soll der Schmierölnebel bei dieser Normaldrehrichtung aus Richtung des an den Lagerzapfen angrenzenden Wellen- abschnitts zum Wälzlager hin gefördert werden, so dass sich die vorstehend erläuterte Druckströmung oder Umlenkung des Schmierölnebels aus Richtung der jeweiligen Rippe in das Wälzlager hinein einstellt.
Eine beidseitige Schmierölversorgung des Wälzlagers aus Richtung beider an- grenzender Wellenabschnitte kann zudem dadurch erfolgen, dass ebenfalls die Rippen, die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen und dem an diesen angrenzenden anderen Wellenabschnitt verlaufen, in Umfangshchtung der Welle einen bezüglich der Förderrichtung des Schmierölnebels gleichwirkend orientierten Anstellwinkel aufweisen derart, dass der Schmierölnebel bei vorgegebe- ner Normaldrehrichtung der Welle sowohl aus Richtung des einen Wellenabschnitts als auch aus Richtung des anderen Wellenabschnitts zum Wälzlager hin gefördert wird.
Demgegenüber kann eine von der Drehrichtung der Welle weitgehend unab- hängige Schmierölversorgung des Wälzlagers dadurch sichergestellt werden, dass ebenfalls die Rippen, die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen und dem an diesen angrenzenden anderen Wellenabschnitt verlaufen, in Um- fangsrichtung der Welle einen bezüglich der Förderrichtung des Schmierölnebels gleichwirkend orientierten Anstellwinkel aufweisen derart, dass bei einer ersten Drehrichtung der Welle der Schmierölnebel in Richtung des einen Wellenabschnitts vom Wälzlager weg und aus Richtung des anderen Wellenabschnitts zum Wälzlager hin gefördert wird, und dass bei der entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung der Welle der Schmierölnebel aus Richtung des einen Wellenabschnitts zum Wälzlager hin und in Richtung des anderen Wellenab- Schnitts vom Wälzlager weg gefördert wird. Somit kann der durch das Wälzlager geleitete Schmierölstrom unabhängig von der Drehrichtung der Welle durch Überlagerung der beidseitig des Lagerzapfens erzeugten Druck- bzw. Saugförderung des Schmierölnebels erhöht werden.
Eine weitere, von der Drehrichtung der Welle unabhängige Schmierölversorgung des Wälzlagers kann auch dadurch erzeugt werden, dass die Rippen, die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen und dem einen oder den beiden an diesen angrenzenden Wellenabschnitten verlaufen, in Umfangshchtung der Welle ungleichwirkend orientierte Anstellwinkel mit zum Wälzlager hin und vom Wälzlager weg alternierender Förderrichtung des Schmierölnebels aufweisen.
Schließlich soll es sich bei der Hubkolben-Brennkraftmaschine um eine Vierzylinder-Reihenmaschine mit zwei gegenläufig rotierenden Ausgleichswellen han- dein, wobei die Ausgleichswellen parallel zur Längsachse der Kurbelwelle der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet und zumindest mittelbar von der Kurbelwelle mit doppelter Kurbelwellendrehzahl angetrieben sind. Diese dem Fachmann auch als Lancaster-Ausgleich bekannte Anordnung dient zum Ausgleich der freien Massenkräfte zweiter Ordnung bei einer Vierzylinder- Reihenmaschine, die weltweit in erheblichen Stückzahlen und unter beträchtlichem Kostendruck produziert wird. Dabei trägt die erfindungsgemäße Gestaltung der Ausgleichswelle aufgrund der zumindest aufwandsarmen Schmierölversorgung der Wellenlagerung zu einer beträchtlichen Reduzierung von deren Herstellkosten bei. Unter Berücksichtigung von sich auch weltweit verschärfen- den Kraftstoffverbrauchsvorschriften für Hubkolben-Brennkraftmaschinen kann gleichzeitig auf einen von der Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine zu fördernden und deren Kraftstoffverbrauch erhöhenden Schmierölstrom zur Wellenlagerung verzichtet werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen eine erfindungsgemäße Welle mit unterschiedlichen Ausgestaltungen der als Schaufeln ausgebildeten Rippen sowie eine Ausgleichswelle einer Vorrichtung zum Massenausgleich einer Hubkolben-Brennkraftmaschine als Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Welle vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 einen Abschnitt einer Welle mit drehrichtungsunabhängig orientierten Rippen;
Figur 2 einen Abschnitt einer Welle mit drehrichtungsabhängig orientierten Rippen;
Figur 3 einen Abschnitt einer Welle mit kombinierter, drehrichtungsunab- hängiger Orientierung der Rippen;
Figur 4 eine Vorrichtung zum Massenausgleich einer Hubkolben- Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung und
Figur 5 eine der Ausgleichswellen aus Figur 4 in vereinfachter Längsdarstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren 1 bis 3 ist jeweils ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher Abschnitt erfindungsgemäßer Wellen 1 a, 1 b und 1 c, die jeweils an einem Lagerzapfen 2 mittels eines Wälzlagers 3 in einem mit Schmierölnebel beauf- schlagten Gehäuse 4 drehbar gelagert sind, veranschaulicht. Den Wellen 1 a, 1 b, 1 c ist gemeinsam, dass beidseitig an den Lagerzapfen 2 angrenzende Wellenabschnitte 5a und 5b an ihrem gesamten Umfang vom Lagerzapfen 2 radial überragt werden und dass zwischen dem Lagerzapfen 2 und den angrenzenden Wellenabschnitten 5a und 5b mehrere, gleichmäßig über deren Umfang verteilte und sich radial auswärts erstreckende Rippen 6 verlaufen. Eine weitere Gemeinsamkeit besteht in dem jeweils als Nadellager 7 ausgebildeten Wälzla- ger 3, das hier als radialen Bauraum sparende Nadelhülse, bestehend aus einem spanlos hergestellten dünnwandigen Außenring 8, einem Käfig 9 und darin geführten Nadeln 10, zwischen dem Gehäuse 4 und dem Lagerzapfen 2 angeordnet und lediglich mit dem im Gehäuse 4 anfallenden Schmierölnebel versorgt ist. Zu diesem Zweck haben die hier einstückig mit den Wellen 1 a, 1 b, 1 c ausgebildeten Rippen 6 nicht nur versteifende Funktion, sondern dienen auch als Schaufeln zur Erzeugung einer Strömung oder Umlenkung des Schmierölnebels, indem die Rippen 6 jeweils unter einem Anstellwinkel 1 1 bzw. 12 geneigt zu den Drehachsen der Wellen 1 a, 1 b, 1 c verlaufen und in Abhängigkeit der auf die Drehrichtung der Wellen 1 a, 1 b, 1 c bezogenen Orientierung der An- Stellwinkel 11 , 12 den Schmierölnebel in das Nadellager 7 hineinfördern und/oder durch das Nadellager 7 hindurchsaugen.
Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Wellen 1 a, 1 b weisen sowohl die Rippen 6, die zwischen dem Lagerzapfen 2 und dem einen Wellenabschnitt 5a verlaufen, als auch die Rippen 6, die zwischen dem Lagerzapfen 2 und dem anderen Wellenabschnitt 5b verlaufen, in Umfangsrichtung der Wellen 1 a, 1 b bezüglich der Förderrichtung des Schmierölnebels jeweils gleichwirkend orientierte Anstellwinkel 1 1 und 12 auf.
Bei der Welle 1 a erfolgt die Schmierölversorgung des Nadellagers 7 drehrich- tungsunabhängig. Bei einer ersten Drehrichtung der Welle 1 a gemäß dem in Figur 1 nach oben weisenden Pfeil auf dem Lagerzapfen erzeugen die auf dem einen Wellenabschnitt 5a verlaufenden Rippen 6 eine Saugströmung und die auf dem anderen Wellenabschnitt 5b verlaufenden Rippen 6 eine Druckströ- mung, jeweils bezogen auf das Nadellager 7. Folglich wird der Schmierölnebel gemäß dem durch die Pfeilschar symbolisierten Strömungsfeld von rechts nach links durch das Nadellager 7 gefördert. Umgekehrt wird bei der zweiten, entge- gengesetzten Drehrichtung der Welle 1 a gemäß dem nach unten weisenden Pfeil auf dem Lagerzapfen von den auf dem einen Wellenabschnitt 5a verlaufenden Rippen 6 eine Druckströmung und von den auf dem anderen Wellenabschnitt 5b verlaufenden Rippen 6 eine Saugströmung erzeugt. In diesem Fall wird der Schmierölnebel von links nach rechts durch das Nadellager 7 gefördert.
Die in Figur 2 dargestellte Welle 1 b weist eine fest vorgegebene Normaldrehrichtung auf, die dem auf dem Lagerzapfen eingezeichneten Pfeil entspricht. Dabei sind die Anstellwinkel 11 , 12 der beidseitig des Lagerzapfens 2 verlaufenden Rippen 6 bezüglich der Förderrichtung des Schmierölnebels so orientiert, dass der Schmierölnebel sowohl aus Richtung des einen Wellenabschnitts 5a als auch aus Richtung des anderen Wellenabschnitts 5b entweder unter Ausbildung einer Druckströmung oder durch Umlenkung zum Nadellager 7 hin gefördert wird.
Die in Figur 3 dargestellte Welle 1 c ist eine weitere Variante mit drehrichtungs- unabhängig orientierten Anstellwinkeln 11 und 12 der Rippen 6. In diesem Fall weisen die Rippen 6, die zwischen dem Lagerzapfen 2 und den beiden angren- zenden Wellenabschnitten 5a, 5b verlaufen, in Umfangshchtung der Welle ungleichwirkend orientierte Anstellwinkel 1 1 , 12 mit jeweils zum Nadellager 7 hin und vom Nadellager 7 weg alternierender Förderrichtung des Schmierölnebels auf. Zweckmäßigerweise sind dabei das jeweilige Profil und der Verlauf der Anstellwinkel 1 1 , 12 über der axialen Erstreckung der vereinfacht dargestellten Rippen 6 so anzupassen, dass unabhängig von der Drehrichtung der Welle 1 c entweder gemäß Figur 1 eine von beiden Wellenabschnitten 5a, 5b generierte Druck-Saug-Förderung des Schmierölnebels durch das Nadellager 7 hindurch oder gemäß Figur 2 eine von beiden Wellenabschnitten 5a, 5b generierte Druckförderung oder Umlenkung des Schmierölnebels in das Nadellager 7 hin- ein erzeugt wird. Ein bevorzugter Anwendungsfall der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 offenbart. Eine erfindungsgemäße Welle 1d ist hier als Ausgleichswelle 13 einer Vorrichtung 14 zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine 15 ausgebildet. Bei dieser handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Vierzylinder-Reihenmaschine, wobei die auch als Massenausgleichsgetriebe bezeichnete Vorrichtung 14 zum Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung dient (Lancaster-Ausgleich). Die Vorrichtung 14 umfasst gemäß dem in Figur 4 dargestellten Getriebeschema zwei gegenläufig rotierende und definierte Unwuchten 16 aufweisende Ausgleichswellen 13, die parallel zur Längsachse der Kurbelwelle 17 der Hubkolben- Brennkraftmaschine 15 angeordnet und über ein Zwischenrad 18 von der Kurbelwelle 17 mit doppelter Kurbelwellendrehzahl angetrieben sind.
Die Lagerung einer dieser Ausgleichswellen 13 geht detaillierter aus deren Längsdarstellung gemäß Figur 5 hervor. Die hier an zwei Lagerzapfen 2 mittels Nadellagern 7 in einem Gehäuse 4 der Hubkolben-Brennkraftmaschine 15 gelagerte Ausgleichswelle 13 weist einen in Figur 5 unterhalb ihrer Mittellinie befindlichen Massenschwerpunkt 19 zur Erzeugung der Unwucht 16 auf, während auf einem diametral gegenüberliegenden Teilumfang 20 der Ausgleichswelle 13 beidseitig jedes Lagerzapfens 2 eine oder mehrere der anhand der Figuren 1 bis 3 erläuterten Rippen 6 verlaufen. Unter Berücksichtigung der fest vorgegebenen Normaldrehrichtung der Ausgleichswelle 13 in der Vorrichtung 14 können die Profile und die Anstellwinkel über der axialen Erstreckung der hier ebenfalls vereinfacht dargestellten Rippen 6, wie bereits erläutert, so gewählt werden, dass die Nadellager 7 optimal mit Schmierölnebel, das während des Betriebs der Hubkolben-Brennkraftmaschine 15 im Gehäuse 4 anfällt, versorgt werden. Liste der Bezugszahlen
1 a-d Welle
2 Lagerzapfen
3 Wälzlager
4 Gehäuse
5a, b Wellenabschnitt
6 Rippe
7 Nadellager
8 Außenring
9 Käfig
10 Nadel
11 Anstellwinkel
12 Anstellwinkel
13 Ausgleichswelle
14 Vorrichtung zum Massenausgleich
15 Hubkolben-Brennkraftmaschine
16 Unwucht
17 Kurbelwelle
18 Zwischen rad
19 Massenschwerpunkt
20 Teilumfang

Claims

Patentansprüche
1. Welle, insbesondere Ausgleichswelle (13) einer Vorrichtung (14) zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine (15), welche Welle (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) an einem o- der mehreren Lagerzapfen (2) in einem mit Schmierölnebel beaufschlagten Gehäuse (4) drehbar gelagert ist, wobei wenigstens einer der Lagerzapfen (2) einen oder beide an diesen angrenzende Wellenabschnitte (5a, 5b) zumindest innerhalb eines Teilumfangs (20) radial überragt und wobei innerhalb des Teilumfangs (20) zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen (2) und dem einen oder den beiden angrenzenden Wellenabschnitten (5a, 5b) jeweils eine oder mehrere, sich radial auswärts erstreckende Rippen (6) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) an dem wenigstens einen Lagerzapfen (2) über ein lediglich durch den Schmierölnebel geschmiertes Wälzlager (3) im Gehäuse (4) gelagert ist, wobei zumindest eine der zu dem wenigstens einen Lagerzapfen (2) zugehörigen Rippen (6) unter einem Anstellwinkel (1 1 , 12) geneigt zur Drehachse der Welle (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) verläuft und als Schaufel zur Förde- rung des Schmierölnebels in das Wälzlager (3) dient.
2. Welle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (3) als Nadellager (7) mit einem spanlos hergestellten, dünnwandigen Außenring (8), einem Käfig (9) und darin geführten Nadeln (10) ausgebildet ist.
3. Welle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (6), die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen (2) und dem an diesen angrenzenden einen Wellenabschnitt (5a) verlaufen, in Umfangsrichtung der Welle (1 a, 1 b) einen bezüglich der Förderrichtung des Schmierölnebels gleichwirkend orientierten Anstellwinkel (11 ) aufweisen.
4. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierölnebel bei vorgegebener Normaldrehrichtung der Welle (1 b) aus Richtung des an den wenigstens einen Lagerzapfen (2) angrenzenden einen Wellenabschnitts (5a) zum Wälzlager (3) hin gefördert wird.
5. Welle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ebenfalls die Rippen (6), die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen (2) und dem an diesen angrenzenden anderen Wellenabschnitt (5b) verlaufen, in Um- fangshchtung der Welle (1 b) einen bezüglich der Förderrichtung des Schmierölnebels gleichwirkend orientierten Anstellwinkel (12) aufweisen derart, dass der Schmierölnebel bei vorgegebener Normaldrehrichtung der Welle (1 b) sowohl aus Richtung des einen Wellenabschnitts (5a) als auch aus Richtung des anderen Wellenabschnitts (5b) zum Wälzlager (3) hin gefördert wird.
6. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ebenfalls die Rippen (6), die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen (2) und dem an diesen angrenzenden anderen Wellenabschnitt (5b) verlaufen, in Um- fangshchtung der Welle (1 a) einen bezüglich der Förderrichtung des Schmierölnebels gleichwirkend orientierten Anstellwinkel (12) aufweisen derart, dass bei einer ersten Drehrichtung der Welle (1 a) der Schmierölnebel in Richtung des einen Wellenabschnitts (5a) vom Wälzlager (3) weg und aus Richtung des anderen Wellenabschnitts (5b) zum Wälzlager (3) hin gefördert wird, und dass bei der entgegengesetzten, zweiten Drehrich- tung der Welle (1 a) der Schmierölnebel aus Richtung des einen Wellenabschnitts (5a) zum Wälzlager (3) hin und in Richtung des anderen Wellenabschnitts (5b) vom Wälzlager (3) weg gefördert wird.
7. Welle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (6), die zwischen dem wenigstens einen Lagerzapfen (2) und dem einen oder den beiden an diesen angrenzenden Wellenabschnitten (5a, 5b) verlaufen, in Umfangsrichtung der Welle (1 c) ungleichwirkend orientierte Anstellwin- kel (1 1 , 12) mit zum Wälzlager (3) hin und vom Wälzlager (3) weg alternierender Förderrichtung des Schmierölnebels aufweisen.
8. Welle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Hubkolben-Brennkraftmaschine (15) um eine Vierzylinder-
Reihenmaschine mit zwei gegenläufig rotierenden Ausgleichswellen (13) handelt, wobei die Ausgleichswellen (13) parallel zur Längsachse der Kurbelwelle (17) der Hubkolben-Brennkraftmaschine (15) angeordnet und zumindest mittelbar von der Kurbelwelle (17) mit doppelter Kurbelwellen- drehzahl angetrieben sind.
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