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Die
Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für einen Ein-
oder Mehrzylindermotor gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 0 789 166 A1 sind
Ausgleichswellen für einen Mehrzylindermotor bekannt geworden,
welche durch ein Fest- und ein Loslager im Motorgehäuse
gehalten sind. Die Ausgleichswellen weisen jeweils ein Ritzel auf,
um diese Antriebswellen drehbar anzutreiben. Das Ritzel der Ausgleichswelle ist
gemäß einer ersten Ausführungsform auf
einem Rohr befestigt, in welches ein asymmetrisch ausgebildetes
Ausgleichselement eingesteckt wird. Im Anschluss daran werden die
jeweiligen stirnseitigen Enden des Rohres mit dem asymmetrischen
Ausgleichselement verkrimpt, so dass die Ausgleichswelle aus einem
im Wesentlichen geschlossenen Rohr besteht, in welchem ein halbzylindrisches
Ausgleichs element als Unwucht angeordnet ist. Nach einer alternativen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass anstelle eines Rohres eine halbzylindrische
Abdeckung vorgesehen ist, die ein halbzylindrisches Ausgleichselement vollständig
abdeckt.
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Solche
Ausgleichswellen weisen zwar den Vorteil auf, dass ein konstruktiv
einfacher Aufbau und eine einfache Montage gegeben ist, jedoch sind
solche Ausgleichswellen aufgrund deren Gewicht nicht mehr zeitgemäß.
Die Anforderungen an ein reduziertes Gewicht und somit reduzierter
Kraftstoffverbrauch stehen mehr und mehr im Vordergrund, so dass
solche gewichtsaufwändigen Konstruktionen nicht mehr wünschenswert
sind.
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Aus
der
WO 2005/093286
A1 ist eine Ausgleichswelle für einen Mehrzylindermotor
bekannt, welcher wenigstens zwei Unwuchtgewichtsabschnitte und wenigstens
eine Lagerstelle umfasst, wobei die Unwuchtgewichtsabschnitte symmetrisch
zur Lagerstelle angeordnet sind und wenigstens einer der Unwuchtgewichtabschnitte
mit einem von der Lagerstelle abgewandten Ende als antreibbares
Ende für die Ausgleichswelle aufweist. Zwischen den beiden Lagerstellen
mit deren symmetrisch dazu angeordneten Unwuchtgewichtsabschnitten
ist ein biegeelastisches Koppelelement vorgesehen, um die beiden Abschnitte
miteinander zu verbinden. Die Unwuchtgewichtabschnitte sind in etwa
halbkreisförmig ausgebildet. Die Lagerstellen sind als
kreiszylindrische Scheiben vorgesehen, wobei eine Hälfte
der zylinderförmig ausgebildeten Lagerstelle gegenüber
den Unwuchtgewichtsabschnitten frei hervorsteht. Zur Aussteifung
dieser Ausgleichswelle sind in Längsrichtung der Ausgleichswelle
sich erstreckende, T-förmig ausgebildete Streben vorgesehen,
die sich von einer Rotationsachse aus an der Unwucht angreifend
bis zu einem freien äußeren Randbereich der zylinderförmigen
Lagerstelle erstrecken. Dadurch soll die Ausgleichswelle in Längsrichtung
ausgesteift werden. Solche Ausgleichswellen sind teils gewichtsoptimiert
ausgestaltet, jedoch ist aufgrund der immer höheren Drehzahlen
in Mehrzylindermotoren erforderlich, dass die bewegten Massen weiter
reduziert werden. Des Weiteren ist die Gewichtseinsparung in der
Motorenentwickiung von wesentlicher Bedeutung, um verbesserte Leistungswerte
zu erzielen.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ausgleichswelle
zu schaffen, bei der eine Reduzierung des Gesamtgewichtes und der
bewegten Massen unter Beibehaltung des Unwuchtausgleichs bei Ein-
oder Mehrzylindermotoren gegeben ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Ausgleichswelle weist den Vorteil
auf, dass durch die partiell über einen Umfang der Lagerstelle
ausgebildete Lauffläche eine erhebliche Gewichtsreduzierung
an der Lagerstelle erzielt werden kann. Die Lagerstelle ist somit
in Teilbereichen freigeschnitten. Dadurch können ein oder
mehrere Unwuchtgewichtsabschnitte, die benachbart zur Lagerstelle
vorgesehen sind, ebenfalls reduziert werden, so dass insgesamt eine
Gewichtsreduzierung der Ausgleichwelle ermöglicht wird. Durch
die erfindungsgemäße Anordnung eines Laufringsegmentes,
welches die partielle Lauffläche durch die Stützfläche
des Laufringsegmentes komplettiert oder überspannt, ist
ermöglicht, dass solche gewichtsreduzierten Ausgleichswellen
sowohl in konventionellen Motorgehäusen eingesetzt werden
können, bei denen eine Schmierung der Lagerstelle über das
Motorgehäuse erfolgt, als auch in neu entwickelten Motorgehäusen,
die bevorzugt mit einer Wälzlagerung ausgeführt
werden.
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Des
Weiteren weist die erfindungsgemäße Ausgestaltung
den Vorteil auf, dass durch eine solche Lagerung eine hohe Lebensdauer
ermöglicht wird. Unabhängig der Lage der partiell über
ein Umfang der Lagerstelle ausgebildeten Lauffläche ist
ein einfaches Anlaufen der Ausgleichswelle ermöglicht. Darüber
hinaus wird trotz der Ausbildung von freitragenden Seitenkanten
der Stützfläche, welche zu den durch die partiell
ausgebildete Lauffläche weist, eine Ausgleichswelle mit
einer hohen Laufruhe erzielt. Durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung kann somit ein universeller Einsatz und eine erhebliche Gewichtseinsparung
erzielt werden, die zwischen 20% bis 40% gegenüber einer
herkömmlichen Ausgleichswelle liegen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Laufringsegment und die partiell ausgebildete Lauffläche
der Lagerstelle form- und/oder kraftschlüssig miteinander
verbunden sind. Dadurch kann eine einfache Montage des Laufringsegmentes
zur Lauffläche gegeben sein. Durch die formschlüssige
Verbindung kann eine genaue Ausrichtung des Laufringsegmentes zur
Lauffläche ermöglicht sein, wodurch die Montage
erleichtert ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Laufringsegment mit der partiell ausgebildeten Lauffläche stoffschlüssig
verbunden ist. Dabei können insbesondere Schweißverfahren
beziehungsweise Press-Schweiß-Verfahren eingesetzt werden,
die eine dauerhafte Anbindung des Laufringsegmentes zur Ausgleichswelle
sicherstellen. Dadurch kann auch die Herstellung solcher Ausgleichswellen
mit freigestellten Laufringsegmenten kostengünstig und präzise
erfolgen. Alternativ kann ein Induktionsschweißen oder
Löten oder dergleichen vorgesehen sein.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Lauffläche der Lagerstelle einen Umfangswinkel
größer 180° aufweist und vorteilhafterweise
sich innerhalb diesem Umfangswinkel durchgehend erstreckt.
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Nach
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die partiell ausgebildete Lauffläche der Lagerstelle einen
Umfangswinkel aufweist, der gleich oder kleiner als 180° ist
und sich innerhalb diesem Umfangswinkel vorteilhafterweise durchgehend
erstreckt. Durch eine solche Reduzierung im Umfangswinkel kann eine
weitere Gewichtsreduzierung der benachbarten Unwuchtgewichtsabschnitte
und somit des Gesamtgewichtes erzielt werden.
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Das
Laufringsegment weist nach einer bevorzugten Ausgestaltung eine
Stützfläche mit einer konstanten Breite auf. Dadurch
können einfache geometrische Verhältnisse geschaffen
werden. Die Breite der Stützfläche entspricht
bevorzugt der Breite der Lauffläche, so dass eine einheitliche und
durchgehende Gesamtfläche an der beziehungsweise den Lagerstellen
geschaffen ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Stützfläche des Laufringsegmentes ein-
oder beidseitig in der Breite sich verjüngend ausgebildet
ist und vorzugsweise im Scheitelpunkt des Laufringsegmentes den
engsten Querschnitt aufweist. Eine solche Verringerung des Querschnittes
kann zusätzlich zur Massenreduzierung beitragen. Darüber
hinaus kann eine verringerte Lagerreibung erzielt werden. Vorteilhafterweise
ist im Übergangsbereich von der partiell ausgebildeten
Lauffläche zum Laufringsegment eine gleiche Breite vorgesehen,
so dass ein fließender Übergang gegeben ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass im Anschlussbereich zwischen dem Laufringsegment und der Lauffläche
eine Anlagefläche vorgesehen ist, die gegenüber
der Lauffläche zur Rotationsachse hin versetzt ist. Dadurch
kann eine definierte Aufnahme und Positionierung des Laufringsegmentes
zur Ausgleichswelle ermöglicht werden. Es kann eine kraft- und/oder
formschlüssige Vorfixierung gegeben sein. Dadurch kann
die Montage und nachfolgende Fixierung des Laufringsegmentes zur
Ausgleichswelle erleichtert werden.
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Der
Anschlussbereich an der jeweiligen Lagerstelle weist bevorzugt in
Umfangsrichtung sich erstreckende Positionierelemente auf, die das
Laufringsegment axial zur Lauffläche ausrichten. Dadurch kann
eine exakte Positionierung des Laufringsegmentes zur Lagerstelle
sichergestellt werden. Zusätzlich dient diese Vorfixierung
zur vereinfachten Befestigung des Laufringsegmentes durch die insbesondere
stoffschlüssige Verbindung zur Ausgleichswelle.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die partiell ausgebildete Lauffläche und Stützfläche
des Laufringsegmentes in axialer Richtung gesehen ballig ausgebildet
sind. Dadurch können während dem Betrieb auftretende
Biegebeanspruchungen zwischen den Lagerstellen sowie eine Verkantung
oder Verkippung ohne Beschädigungen der Lagerstelle, wie
beispielsweise einer Lager buchse, eines Lagerringes, Nadelrollen
oder Zylinderrollen, aufgenommen werden.
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Die
Lagerstelle der Ausgleichswelle umfasst im Querschnitt zu deren
Längsrichtung gesehen eine Vertiefung, die beispielsweise
V-förmig, W-förmig, wannenförmig oder
topfförmig ausgebildet ist. Solche Vertiefungen können
unmittelbar bei der Herstellung der Ausgleichswelle durch Gießen,
Schmieden, Pressen oder dergleichen als auch durch eine spanabhebende
Bearbeitung eingebracht werden, so dass eine kostengünstige
Herstellung solcher Lagerstellen bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung
ermöglicht ist.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die Vertiefung der Lagerstelle symmetrisch
zur Längsrichtung der Ausgleichswelle ausgebildet ist.
Dadurch ist ein konstruktiv einfacher Ausbau der Ausgleichswelle und
insbesondere die Auslegung der Unwuchtgewichtsabschnitte ermöglicht.
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Nach
einer alternativen Ausgestaltung der Vertiefung ist vorgesehen,
dass diese zusammen mit der nur teilweise über den Umfang
sich erstreckenden Lauffläche der Lagerstelle eine Querschnittsfläche
bilden, bei der die Rotationsachse im Querschnitt der Lagerstelle
liegt. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass
eine Versteifung der Ausgleichswelle ermöglicht ist und
somit die Ausgleichswelle für besondere Belastungen einsetzbar
ist. In einem solchen Fall wird die etwas verringerte Gewichtseinsparung
untergeordnet.
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Nach
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Vertiefung in der Lagerstelle im Querschnitt gesehen zumindest
einen mittleren Abschnitt aufweist, der in der Rotationsachse der
Ausgleichswelle liegt. Dadurch kann die Rotationsachse ausgesteift
werden, wobei benachbart zu dem mittleren Abschnitt zumindest ein
weiterer Vertiefungsabschnitt zur Gewichtseinsparung ausgebildet
sein kann.
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Eine
weitere alternative Ausgestaltung der Lagerstelle sieht vor, dass
die Lauffläche der Lagerstelle und die sich daran anschließende
Vertiefung eine Querschnittsfläche bilden, bei der die
Rotationsachse außerhalb der Querschnittsfläche
liegt. Dadurch kann beispielsweise ein sichelförmiger Querschnitt
der Lagerstelle erzielt werden. Ein solcher Querschnitt weist den
Vorteil auf, dass dieser gleichzeitig als Schöpfer für
die Schmierflüssigkeit wirkt und eingesetzt werden kann.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform der Lagerstelle sieht
vor, dass eine Vertiefung mit der partiell über den Umfang
der Lagerstelle sich erstreckenden Lauffläche einen turbinenradförmigen
oder asymmetrischen Querschnitt bilden. Dadurch ist die Förderung
der Schmierflüssigkeit stark begünstigt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Lagerstelle für
die Ausgleichswelle sieht vor, dass die partiell sich über
den Umfang erstreckenden Laufflächen symmetrisch zur resultierenden
Zentrifugalkraft bei Rotation der Ausgleichswelle ausgebildet sind. Dadurch
wirken die Lagerstellen selbst wie Unwuchtgewichtsabschnitte und
können bei deren Berechnung für die Auslegung
der Ausgleichswelle mit einbezogen werden.
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Des
Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Laufflächenbreite
der partiell sich über den Umfang erstreckenden Lauffläche
der Lagerstelle sich zu den Endabschnitten der Lauffläche
zumindest abschnittsweise verjüngen. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass die Lauffläche im Wirkungsbereich der resultierenden
Zentrifugalkraft eine größte Breite beziehungsweise
Erstreckung in Achslängsrichtung der Ausgleichswelle aufweist
und sich im und entgegen dem Uhrzeigersinn zu den freien Endabschnitten
der Lauffläche in deren Breite zumindest abschnittsweise
verjüngt. Dadurch kann eine zusätzliche Gewichtseinsparung
und Verringerung der Lagerreibung erzielt werden. Die Breite der
Lauffläche kann sich entlang des Umfangswinkels auch mehrfach ändern,
so dass eine Verjüngung und eine Verbreiterung abwechselnd
vorgesehen ist. Die verjüngte Breite der Lauffläche
kann als Anschlussbreite für das Laufringsegment dienen,
so dass die verjüngte Laufflächenbreite als Stützflächenbreite
für das Laufringsegment übernommen und fortgesetzt
wird.
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Der
Umfangswinkel der Laufflächen der ersten Lagerstelle ist
gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
gleich zum Umfangswinkel der Lauffläche der zumindest einen
weiteren Lagerstelle. Dadurch werden gleiche Lagerbedingungen an
jeder Lagerstelle geschaffen. Analoges gilt für die Stützfläche
des Teillaufringsegmentes.
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Des
Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste und zumindest
eine weitere Lauffläche der zumindest einen weiteren Lagerstelle
in Achslängsrichtung der Ausgleichswelle betrachtet bezüglich
deren Umfangswinkel gleich ausgerichtet sind. Dadurch kann insbesondere
eine Ausgleichswelle für die statische Unwucht im Motorengehäuse
geschaffen werden. Gleichzeitig wird dadurch auch eine im Wesentlichen
spiegelsymmetrische Anordnung zur Mittelebene der Ausgleichswelle
ermöglicht. Ebenso gelten diese Ausführungen für
das Laufringsegment.
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Nach
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Laufflächen der Lagerstellen in Achslängsrichtung
zueinander verdreht vorgesehen sind. Dadurch kann eine sogenannte
Momentenunwucht ausgeglichen werden. Solche Ausgleichswellen werden
insbesondere bei Motoren mit einer V-förmigen Zylinderanordnung oder
einer ungeraden Zylinderanzahl eingesetzt. Beispielsweise können
bei einer Ausgleichswelle von mit zwei Lagerstellen die Laufflächen
dieser Lagerstellen um 180° zueinander verdreht vorgesehen sein.
Sofern mehr als zwei Lagerstellen vorgesehen sind, wird die Ausrichtung
der Laufflächen an die zu erzielende Momentenunwucht angepasst
und entsprechend zur Mittelebene der Ausgleichswelle in radialer
Wirkrichtung gegeneinander versetzt oder verdreht angeordnet, so
dass die entsprechenden Momentenunwuchten erzeugt werden können.
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Bevorzugt
ist für eine Ausgleichwelle für die Momentenunwucht
vorgesehen, dass diese im Wesentlichen punktsymmetrisch zur Mittelebene
ausgebildet ist. Dadurch können definierte Kräfte
entsprechend dem jeweiligen Hebelarm zur Mittelebene wirken, wodurch
die Momentenunwucht exakt auf die entgegenzuwirkenden Kräfte
anpassbar ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei
wenigstens zwei gegeneinander um die X-Achse beziehungsweise Längsachse
der Ausgleichswelle verdreht zueinander angeordneten Laufflächen
der Lagerstelle ein Überschneidungsbereich der Laufflächen
vorgesehen ist. Die Endbereiche der Lauffläche überlagern sich
bei einer Blickrichtung entlang der Längsachse bevorzugt
geringfügig. Dadurch kann eine verlustarme Lagerung vorgesehen
sein. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann vorgesehen
sein, dass ein Überschneidungsbereich zwischen dem Laufringsegment
der einen Lagerstelle und der partiell ausgebildeten Lauffläche
der weiteren Lagerstelle vorgesehen ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass zumindest ein Unwuchtabschnitt einen Außenumfangsabschnitt aufweist,
der mit einem größeren Durchmesser als derjenige
der zumindest einen Lauffläche der Lagerstelle ausgebildet
ist. Solche über den Außenumfang der Lauffläche
hinausstehenden Unwuchtabschnitte sind bevorzugt an einem äußeren
Endabschnitt der Ausgleichswelle vorgesehen, so dass eine einfache Montage
erhalten bleibt. Solche Ausgleichswellen dienen ebenfalls zum Ausgleich
der Momentenunwucht.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in
den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben
und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen
zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder
zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt
werden. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer Ausgleichswelle,
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2 eine
schematische Seitenansicht der Ausgleichswelle gemäß 1,
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3 eine
schematische Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 2,
-
4 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer Ausgleichswelle,
-
5 eine
schematische Seitenansicht der Ausgleichswelle gemäß 4,
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6a eine
schematische Schnittdarstellung entlang der Linie V-V in 5,
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6b eine
schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform
zu 5,
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7 eine
perspektivische Ansicht einer dritten erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer Ausgleichswelle,
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8 eine
schematische Schnittdarstellung entlang der Linie VII-VII in 7,
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9 eine
perspektivische Ansicht einer vierten erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer Ausgleichswelle,
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10 eine
schematische Seitenansicht der Ausgleichswelle gemäß 9,
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11 eine
weitere schematische Seitenansicht der Ausgleichswelle gemäß 9,
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12 eine
perspektivische Ansicht einer fünften erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer Ausgleichswelle und
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13 eine
schematische Seitenansicht der Ausgleichswelle gemäß 12.
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In 1 ist
perspektivisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Ausgleichswelle 11 dargestellt. Eine solche Ausgleichswelle 11 ist
für einen Mehrzylindermotor vorgesehen und dient dem Ausgleich
von Massenkräften zweiter Ordnung. Üblicherweise
werden zwei Ausgleichswellen versetzt zueinander angeordnet, die
dann in doppelter Motordrehzahl gegenläufig rotieren.
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An
einem in 1 gezeigten hinteren Endabschnitt 12 ist
der Ausgleichswelle 11 ein nicht näher dargestellter
Antrieb, wie beispielsweise ein Kettenrad, vorgesehen, welches die
Ausgleichswelle 11 antreibt. Die Ausgleichswelle 11 umfasst
einen Grundkörper 14, an dem eine erste und zweite
Lagerstelle 16, 17 vorgesehen sind. Diese dienen
zur Lagerung der Ausgleichswelle 11 in einem Motorblock. Diese
Lagerstellen 16, 17 weisen eine Lauffläche 18 auf,
deren Umfang größer als ein Umfang der übrigen Abschnitte
des Grundkörpers 14 ausgebildet sind. Dadurch
kann die Ausgleichswelle 11 in die Lager beziehungsweise
Lagerbuchsen im Motorblock eingeschoben werden, und zwar mit einem
Endabschnitt 13 voraus.
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Symmetrisch
zur ersten und zweiten Lagerstelle 16, 17 sind
Unwuchtgewichtsabschnitte 21 bis 24 vorgesehen,
wobei die Unwuchtgewichtsabschnitte 22 und 23 fließend
ineinander übergehen. Bei deren Dimensionierung sind die
Endabschnitte 12 und 13 berücksichtigt.
Der Grundkörper 14 weist Wandabschnitte 26 auf,
die derart außerhalb einer Rotationsachse 27 der
Ausgleichswelle 11 liegen, dass die Rotationsachse 27 in
einer Querschnittsfläche der Lagerstelle 16, 17 liegt
(3).
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Die
erste und zweite Lagerstelle 16, 17 weist eine
partiell über den Umfang einer Lagerstelle 16, 17 sich
erstreckende Lauffläche 18 auf, wobei die Lauffläche 18 einen
Umfangswinkel von 180° bis 359° umfasst. Durch
diese Ausgestaltung wird dem Grunde nach ein sogenanntes Partiallager
gebildet. Dieses Partiallager wird im Umfang durch ein Laufringsegment 51 komplettiert,
welches eine Stützfläche 52 umfasst.
Die Stützfläche 52 und Lauffläche 18 bilden
eine gesamte Lauffläche 20, die einen Umfangswinkel
von 360° aufweisen. Die Lauffläche 18 und
Stütz fläche 52 gehen bevorzugt stufenlos
in Umfangsrichtung gesehen ineinander über.
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Das
Laufringsegment 51 ist in dessen Breite bevorzugt an die
Lauffläche 18 angepasst. Die radial außenliegende
Seitenkante 53 des Laufringsegmentes 51 geht bevorzugt
bündig in die Lauffläche 18 über.
Die radial innenliegende Seitenkante 54 des Laufringsegmentes 51 stützt
sich auf einem Wandabschnitt 32 des Partiallagers ab. Das
Laufringsegment 51 weist eine dünne Wandstärke
auf, so dass das Laufringsegment 51 das Partiallager bogenförmig überspannt
und im Umfang komplettiert. Bevorzugt ist die Wandstärke
des Laufringsegmentes 51 gering gewählt, um einerseits
eine maximale Gewichtsreduzierung zu erzielen und andererseits noch
eine hinreichende Eigensteifigkeit aufzuweisen. Die Seitenkanten 53 und 54 können
bei einem kreisbogenförmigen Randbereich zusammenfallen
und einen äußersten Punkt als radial innere Seitenkante 54 bilden.
Die Seitenkante 54 weist bevorzugt einen geradlinigen Verlauf
auf. Alternativ kann die Seitenkante auch in axialer Richtung gewellt
oder dergleichen ausgebildet sein. Die radial innere Seitenkante 54 des
Laufringsegmentes 51 ist freitragend ausgebildet, das heißt,
dass sich diese Seitenkante 54 an keinem weiteren Körperabschnitt
der Ausgleichswelle 11 abstützt mit Ausnahme im
Anschlussbereich 56 zur Lauffläche 18.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 ist
die Breite der Stützfläche 52 konstant über
den Umfangswinkel des Laufringsegmentes 51 ausgebildet.
Der Anschlussbereich 56 zwischen der Lauffläche 18 und
dem Laufringsegment 51 ist als eine Art Stumpf-Stoßstelle
ausgebildet. Bevorzugt wird das Laufringsegment 51 durch
eine Schweißverbindung, insbesondere durch eine Press-Schweiß-Verbindung,
zur partial ausgebildeten Lauffläche fixiert und nach dem
Schweißvorgang nochmals auf Maß geschliffen, sofern
dies erforderlich ist.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 3 liegt der
Umfangswinkel der Lauffläche 18 beispielsweise in
einem Bereich zwischen 190° und 220°. Der weitere
Bereich wird durch das Laufringsegment 51 komplettiert.
Die in den 1 bis 3 dargestellte
erfindungsgemäße erste und zweite gerstelle 16, 17 ermöglicht,
dass im Vergleich zu kreiszylindrischen beziehungsweise scheibenförmigen
Lagerstellen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, eine Lagerstelle 16, 17 mit
einer erheblichen Gewichtseinsparung ausgestaltet ist. Gleichzeitig
kann durch die über einen Umschlingungswinkel von 180° darüber hinaus
ragenden Endbereiche 29 sichergestellt werden, dass ein
einfacher Anlauf einer stillstehenden Ausgleichswelle 11 in
einem Lager im Motorblock ermöglicht ist und dass insbesondere
bei einem Stillstand der Ausgleichswelle in einer Position, in der
die Unwuchtgewichtsabschnitte 21 bis 24 vertikal
nach oben weisen, ein sicheres Anlaufen ohne Verkanten ermöglicht
ist.
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Die
Lagerstelle 16, 17 weist im Querschnitt gemäß 3 gesehen
eine Vertiefung 31 auf, die V-, topf- oder wannenförmig
ausgebildet ist. Die Geometrie kann an die erforderliche Steifigkeit,
an das Maß der Unwucht und an die Anschlussstelle für
das Laufringsegment 51 angepasst werden. Ein mittlerer Wandabschnitt 32 der
Vertiefung 31 liegt oberhalb der Rotationsachse 27.
An den mittleren Wandabschnitt 32 angrenzend sind Abflachungen vorgesehen,
welche nach und nach in einem Kreisbogen übergehen, die
den Unwuchtgewichtsabschnitt 21, 22, 23 und 24 begrenzen.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass ein mittlerer Wandabschnitt 32 in
der Rotationsachse 27 des Grundkörpers 14 liegt.
Die Lauffläche 18 kann dabei sowohl einen Umfangswinkel
von 180°, von größer 180° als
auch kleiner 180° aufweisen. Diese Variation des Umschlingungswinkels
kann auch bei der in 3 dargestellten Ausführungsform
bezüglich der Anordnung des Wandabschnittes 32 zur
Rotationsachse 27 vorgesehen sein.
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Die
Lagerstellen 16, 17 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel
in 1 durch einen sogenannten Lünettenangriffsabschnitt 36 miteinander
verbunden. Zur Reduzierung der Unwucht sind fließende Übergänge
von den Unwuchtgewichtsabschnitten 22 und 23 zu
einem Lünettenangriffsabschnitt 36 gegeben, der
während der Herstellung solcher Ausgleichswellen 11 eine
Stütze bildet, da die Ausgleichswelle 11 zur Bearbeitung
zwischen Spitzen gelagert ist.
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Bei
der in den 1 bis 3 dargestellten Ausgleichswelle 11 sind
die Lagerstellen 16 und 17 zur Bildung eines Gleitlagers,
insbesondere bei einer gehäuseseitigen Schmierung, ausgebildet.
Diese Lagerstellen 16 und 17 können auch
zur Bildung eines Wälzlagers in dem Motorblock ausgebildet
sein. Die Lagerstellen am Motorblock können beispielsweise Zylinderrollen
oder Rollen mit einer Nadelhülse umfassen.
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Durch
die in den 1 bis 3 dargestellte Ausgleichswelle
werden insbesondere Massenkräfte, die eine statische Unwucht
erzeugen, ausgeglichen, wie diese beispielsweise bei Vierzylinder-Reihenmotoren
auftreten. Dadurch kann eine statische Unwucht ausgeglichen, welche
beispielsweise in einer Y-Achse wirkt, welche senkrecht zur Z-Achse steht,
wobei die X-Achse die Längsachse der Ausgleichswelle 11 bildet.
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In
den 4 bis 6 ist eine
alternative Ausführungsform einer Ausgleichswelle 11 zu 1 dargestellt.
Bei dieser Ausgleichswelle 11 ist der Grundkörper 14 modifiziert
und wie in 6a dargestellt, die Lagerstelle 16, 17 abweichend
von 3 ausgebildet.
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Die
Lagerstelle 16, 17 umfasst eine Vertiefung 31,
die beispielsweise wannenförmig ausgebildet ist, wobei
ein mittlerer Wandabschnitt 32, der zusammen mit der Vertiefung 31 und
der partiell über den Umfang der Lagerstelle 16, 17 sich
erstreckende Lauffläche 18 eine Querschnittsfläche
bildet, die außerhalb der Rotationsachse 27 liegt.
Bei einer solchen Ausführungsform wird das Gewicht der
Lagerstelle 16, 17 gegenüber der Ausführungsform
in 3 noch weiter reduziert. Die damit verbundene Reduzierung
der Unwucht wird dadurch kompensiert, dass im Vergleich an einer
oder mehreren Stellen weniger Masse vorgesehen wird, die einen größeren Abstand
zur Rotationsachse hat. Dieses Prinzip ermöglicht eine
weitere Reduzierung der Gesamtmasse. Dabei ist bevorzugt vorgesehen,
dass fließend weiche Übergänge von den
Endabschnitten 12, 13 jeweils zum mittleren Wandabschnitt 32 der
Lagerstelle 16, 17 vorgesehen sind. Solche weichen Übergänge
sind ebenfalls zur Mitte der Ausgleichswelle 11 vorgesehen,
welche einen Lünettenangriffsabschnitt 36 umfasst.
Während der Herstellung solcher Ausgleichswellen 11,
die zwischen Spitzen an den Endabschnitten 12 und 13 drehbar
gelagert ist, greift eine Haltevorrichtung beziehungsweise Lünette
zusätzlich an dem Lünettenangriffsabschnitt 36 an,
um eine präzise Ausgestaltung der Lauffläche 18 während
der Bearbeitung der Ausgleichswelle zu ermöglichen.
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Eine
in den 4 bis 6a dargestellte Ausgleichswelle 11 ist
auf einem maximalen Leichtbau ausgelegt. In Abhängigkeit
der verwendeten Materialien kann ein Mindestmaß an Steifigkeit
und Biegefestigkeit in Längsrichtung der Ausgleichswelle 11 erzielt
werden. Die Unwuchtgewichtsabschnitte 21, 22 sowie 23 und 24 sind
symmetrisch zur Lagerstelle 16, 17 angeordnet,
wobei jeweils deren weiterer Verlauf des Grundkörpers 14,
wie beispielsweise der der Endabschnitte 12, 13 sowie
der des Lünettenangriffsabschnitt 36, in die Auslegung
der Masse der Unwuchtgewichtsabschnitte 21, 22, 23, 24 einfließt. Der
kreissegmentförmige Querschnitt der Unwuchtgewichtsabschnitte 21, 22, 23, 24 weist
den Vorteil auf, dass dadurch das Unwuchtgewicht weit exzentrisch
außerhalb der Rotationsachse 27 positioniert werden
kann.
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In 6b ist
eine alternative Ausführungsform zu 6a dargestellt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Lauffläche 18 asymmetrisch
zu dem weiteren Aufbau der Ausgleichswelle ausgebildet und dementsprechend
angepasst die Stützfläche 52 des Laufringsegmentes 51 ebenfalls
asymmetrisch ausgebildet ist. Dadurch kann die Kraftresultierende der
Zentrifugalkraft in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet werden.
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In
den 7 und 8 ist eine weitere alternative
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen. Der Anschlussbereich 56 ist
dabei derart ausgebildet, dass eine Stirnseite 58 des Laufringsegmentes 51 bündig
an der durch die eine gegenüber der Lauffläche 18 zurückversetzten
Anlagefläche 57 ausgebildeten Stufe anliegt und
somit einen stufenlosen Übergang zwischen der Lauffläche 18 und
der Stützfläche 51 ermöglicht
ist. Gleichzeitig wird in diesem Übergangsbereich das Laufringsegment 51 durch
die partielle Lauffläche 18 unterstützt,
so dass eine stabile Anordnung gegeben ist. Darüber hinaus
wird für eine solche Anordnung bevorzugt eine erleichterte Fixierung
des Laufringsegmentes 52 zur partiell ausgebildeten Lauffläche 18 ermöglicht.
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Im
Anschlussbereich 56 sind des Weiteren Positionierelemente 59 vorgesehen,
die eine dazwischen liegende Vertiefung ausbilden, in welche eine Nase 61 des
Laufringsegmentes 51 eingreift. Dadurch kann eine lagerichtige
Vorfixierung des Laufringsegmentes 51 in axialer Richtung
zur Lauffläche 18 gegeben sein. Gleichzeitig wird
die lagerichtige Anordnung in Umfangsrichtung unterstützt.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in radialer Richtung zur
Rotationsachse hin eine Vertiefung vorgesehen ist, in welche ein
radial zur Rotationsachse weisender Vorsprung an einer Innenseite
des Laufringsegmentes 51 eingreift. Die vorbeschriebenen
Ausführungsformen zur Positionierung des Laufringsegmentes 51 in
axialer, radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung können
auch nur einzeln oder beliebig miteinander kombinierbar vorgesehen
sein.
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In
den 9 bis 11 ist eine weitere alternative
Ausführungsform der Ausgleichswelle 11 dargestellt.
Bei dieser Ausgleichswelle 11, die beispielsweise zwei
Lagerstellen 16, 17 umfasst, sind die Laufringsegmente 51 in
der Geometrie voneinander abweichend ausgebildet. Beispielsweise
weist das Laufringsegment 51 der Lagerstelle 17 eine
nur einseitige Verjüngung 55 des Querschnittes
auf. Das Laufringsegment 51 der Lagerstelle 16 hingegen weist
eine beidseitige Verjüngung 55 in der Breite des Laufringsegmentes 51,
insbesondere zum Scheitelpunkt hin, auf. Solche Verjüngungen 55 können
beispielsweise durch fließende Übergänge
in Form von Kreissegmenten oder Bogensegmenten vorgesehen sein.
Durch solche Verjüngungen 55 wird eine Reduzierung
in der Reibung als auch eine Gewichtsreduzierung erzielt.
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Bei
einer alternativen, nicht näher dargestellten Ausführungsform
ist die Vertiefung mit einem turbinenradförmigen oder asymmetrischen
Querschnitt ausgebildet.
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Die
Ausgestaltung der Vertiefung beziehungsweise der Freischnitt der
partiell ausgebildeten Lagestelle ist in der Form, Größe
und/oder Geometrie an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar, wobei
eine Vielzahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten vorgesehen
sein können.
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In
den 12 und 13 ist
eine weitere alternative Ausführungsform einer Ausgleichswelle 11 dargestellt.
Diese Ausgleichswelle 11 unterscheidet sich zu denjenigen
in den vorstehenden Figuren dadurch, dass die Unwuchtgewichtsabschnitte 21, 22, 23, 24 und
Lagerstellen 16, 17 zur Mittelebene 44 im Wesentlichen
punktsymmetrisch ausgebildet sind. Die Mittelebene 44 steht
senkrecht zur X-Achse beziehungsweise Rotations- oder Längsachse
der Ausgleichswelle 11. Eine solche Ausgleichswelle 11 wird im
Unterschied zu den vorstehenden Ausgleichswellen 11 gemäß den 1 bis 11 zum
Momentenunwuchtsausgleich eingesetzt. Eine solcher Momentenunwuchtsausgleich
ist bei Motoren mit beispielsweise einer V-förmigen Zylinderanordnung,
wie bei V3- oder V6-Motoren oder Reihenmotoren mit ungerader Zylinderanzahl,
vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt der
Umfangswinkel der Lauffläche 18 jeder Lagerstelle 16, 17 derart
ausgebildet, dass in der Rotationsachse der Ausgleichswelle 11 gesehen
zumindest ein Endbereich 29 der Lauffläche 18 sich überlappt.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den vorstehenden
Figuren.
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Bei
einer weiteren alternativen, nicht näher dargestellten
Ausführungsform als Alternative zu der Ausgleichswelle 11 gemäß den 12 und 13 ist
an einem Ende der Ausgleichswelle 11 ein Unwuchtgewichtsabschnitt 46 vorgesehen,
der zumindest abschnittsweise einen Außenumfang aufweist, welcher
im Durchmesser größer als der Durchmesser der
Lauffläche 18 ausgebildet ist. Dieser Unwuchtgewichtsabschnitt 46 ist
als scheibenförmige Unwuchtmasse beziehungsweise als Teilsegment
einer scheibenförmigen Unwuchtmasse ausgebildet. Die Anordnung
einer solchen Unwuchtmasse an einem äußeren Ende
der Ausgleichswelle 11 weist den Vorteil auf, dass eine
einfache Montage der Ausgleichswelle 11 erhalten bleibt.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den vorstehenden
Figuren. Der Unwuchtgewichtsabschnitt 46 kann zusätzlich
zu den am äußeren Ende liegenden Unwuchtgewichtsabschnitten 21, 24 ausgebildet
sein oder diese umfassen.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausgleichswellen 11 können
auch beliebig miteinander in einem Motor kombiniert werden. Dies
ist abhängig von der Motorenkonstruktion, so dass die Auslegung
der Ausgleichswelle oder der Ausgleichswellen an die auszugleichende
statische Unwucht und/oder Momentenunwucht anpassbar ist. Ebenso
können einzelne Merkmale von einzelnen Ausgleichswellen 11 miteinander
kombiniert werden.
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Alle
vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele haben gemeinsam,
dass der Schwerpunkt der Ausgleichswelle 11 spätestens
im montieren Zustand einen Schwerpunkt in einer Mitte des Ein- oder
Mehrzylindermotors bezogen auf dessen Längsrichtung umfasst.
Des Weiteren ist allen Ausführungsformen gemeinsam, dass
das Laufringsegment 51 zumindest eine frei tragende Seitenkante 54 umfasst,
welche die Vertiefung 31 der partial ausgebildeten Lauffläche 18 überspannt.
Dadurch ist die gesamte Lauffläche 20, bestehend
aus der Stützfläche 52 und partiell ausgebildeten
Lauffläche 18, unabhängig von einer benachbarten
Lagerstelle bei einer gleichzeitigen Maximierung der Gewichtsreduzierung.
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Alle
vorbeschriebenen Merkmale sind jeweils für sich erfindungswesentlich
und können beliebig miteinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0789166
A1 [0002]
- - WO 2005/093286 A1 [0004]