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Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für einen Massenausgleich einer Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbergriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Ausgleichswelle für einen Massenausgleich eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2009 036 067 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Ausgleichswelle weist zwei in axialer Richtung der Ausgleichswelle voneinander beabstandete Lagerstellen auf, über welche die Ausgleichswelle um eine Drehachse, insbesondere relativ zu einem Gehäuseelement der Hubkolbenmaschine, drehbar, insbesondere an dem Gehäuseelement, zu lagern ist. Die Ausgleichswelle weist außerdem zwei in axialer Richtung der Ausgleichswelle zwischen den Lagerstellen angeordnete und in axialer Richtung der Ausgleichswelle voneinander beabstandete Ausgleichsgewichte auf, welche in radialer Richtung der Ausgleichswelle diesseits der Drehachse, das heißt auf einer ersten Seite der Drehachse, angeordnet sind. Die Ausgleichswelle weist außerdem einen sich in axialer Richtung von einem der Ausgleichsgewichte durchgängig bis zum anderen Ausgleichsgewicht, beziehungsweise umgekehrt erstreckenden Grundkörper auf, von welchem in radialer Richtung der Ausgleichswelle nach außen beidseitig je eine, auch als Querrippe bezeichnete, Rippe absteht. Des Weiteren offenbart die
DE 10 2014 210 366 A1 eine Lageranordnung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausgleichswelle der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Ausgleichswelle eine besonders hohe Robustheit gegen Durchbiegung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ausgleichswelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Ausgleichswelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Robustheit der Ausgleichswelle gegen Durchbiegung realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die auch als Querrippe bezeichnete Rippe einen Stützbogen bildet, das heißt als ein bogenförmiger Stützbogen ausgebildet ist, dessen Scheitelpunkt in radialer Richtung jenseits der Drehachse angeordnet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Ausgleichsgewichte in radialer Richtung der Ausgleichswelle betrachtet, das heißt in eine parallel zur radialen Richtung der Ausgleichswelle verlaufende Richtung betrachtet auf einer ersten Seite der Drehachse angeordnet sind, während der Scheitelpunkt auf einer entlang der Richtung beziehungsweise in radialer Richtung der Ausgleichswelle der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Drehachse angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist am Scheitelpunkt des Stützbogens eine parallel zur radialen Richtung der Ausgleichswelle verlaufende Stützrippe angeordnet, wodurch eine besonders hohe Robustheit gegenüber Durchbiegung geschaffen werden kann. Die Ausgleichswelle weist durch Bildung des Stützbogens in einer insbesondere von der Stützrippe beabstandeten und senkrecht zur axialen Richtung der Ausgleichswelle verlaufenden Schnittebene einen T-förmigen Querschnitt auf, wodurch eine besonders hohe Biegesteifigkeit geschaffen werden kann. Die erfindungsgemäße Ausgleichswelle kann somit als schlanke Ausgleichswelle ausgebildet werden, deren Durchbiegung insbesondere während eines Betriebs des Massenausgleichs besonders gering gehalten werden kann. Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: bei zweifach gelagerten, schlanken Ausgleichswellen kann es, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, zu einer Durchbiegung mit der Folge von Lagerschiefstellung und damit deutlicher Reduzierung der Lagerlebensdauer kommen, insbesondere dann, wenn zur Lagerung der Ausgleichswelle klein bauenden Nadellager verwendet werden. Grundsätzlich ist es denkbar, die auch als Ausgleichsmassen bezeichneten Ausgleichsgewichte in Lagerzapfen der Ausgleichswelle zu integrieren und/oder die Ausgleichsmasse direkt um die Lagerstellen herum anzuordnen. Bei schlanken Ausgleichswellen mit geringen Lagerdurchmessern ist dies jedoch nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Alternativ ist es denkbar, eine Querschnittsvergrößerung und/oder Verrippung zwischen den Lagerstellen vorzusehen. Nachteilig hierbei ist jedoch die begrenzte Wirksamkeit aufgrund eines hinsichtlich Durchbiegung suboptimalen Querschnittsprofiles und einer bauraumbedingt limitierten Profilhöhe.
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Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Zwischen den beiden Lagerstellen ist, insbesondere ausgehend von den Ausgleichsgewichten, ein Stützbogen eingezogen, welcher somit vorzugsweise an seinen jeweiligen Enden direkt in die Ausgleichsgewichte übergeht beziehungsweise mündet. Ist die Ausgleichswelle beispielsweise derart angeordnet, dass sich die Ausgleichsgewichte in radialer Richtung der Ausgleichswelle und dabei in vertikaler Richtung unten, das heißt unterhalb der Drehachse befinden, so liegt der Scheitelpunkt des Stützbogens in vertikaler Richtung oberhalb der Drehachse und vorzugsweise auch der neutralen Biegelinie, wobei vorzugsweise die Ausgleichsgewichte in vertikaler Richtung unterhalb der neutralen Biegelinie angeordnet sind. Der Stützbogen ist vorzugsweise durch die aufrecht stehende Stützrippe verstärkt, sodass sich in der genannten Schnittebene, welche vorzugsweise bezogen auf die axiale Richtung der Ausgleichswelle durch die Mitte der Ausgleichswelle hindurch verläuft. Somit ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Scheitelpunkt in der axialen Mitte der Ausgleichswelle, das heißt in der Mitte der in axialer Richtung der Ausgleichswelle verlaufenden Länge der Ausgleichswelle angeordnet ist.
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Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass der Stützbogen im Bereich der höchsten Biegebeanspruchung und insbesondere durch den T-förmigen Querschnitt und mithin durch eine T-Profilform der Ausgleichswelle ein erhöhtes Widerstandsmoment gegen Durchbiegung aufweist. Zudem liegt der Massenschwerpunkt vorzugsweise auf der den Ausgleichsgewichten gegenüberliegenden, zweiten Seite der Drehachse. Somit wirkt im Mittelteil der Ausgleichswelle eine Kraft entgegen den auch als Ausgleichsmassen bezeichneten Ausgleichsgewichten der Durchbiegung aktiv entgegen. Aufgrund der deutlich größeren Hebellänge zu den Lagerstellen kann auch die verhältnismäßig kleine Gegenunwucht des Stützbogens der Durchbiegung effektiv entgegenwirken, ohne die Unwucht der Ausgleichswelle als Ganzes übermäßig stark zu vermindern. Somit kann Material und Gewicht der Ausgleichswelle eingespart werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausgleichswelle für einen Massenausgleich einer Hubkolbenmaschine;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht der Ausgleichswelle entlang einer in 1 mit A-A bezeichneten Schnittebene.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausgleichswelle 10 für einen Massenausgleich einer Hubkolbenmaschine. Die Hubkolbenmaschine wird auch als Hubkolbenmotor bezeichnet und ist vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher beispielsweise ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftwagen antreibbar ist. Die Ausgleichswelle 10 weist genau zwei in axialer Richtung der Ausgleichswelle 10 voneinander beabstandete Lagerstellen 12 und 14 auf. Dabei ist die axiale Richtung der Ausgleichswelle 10 durch einen Doppelpfeil 16 veranschaulicht. An den Lagerstellen 12 und 14 sind jeweilige Lager 18 und 20 angeordnet, über welche die Ausgleichswelle 10 an einem Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse 22 relativ zu dem Gehäuseelement drehbar zu lagern ist. Die Lager 18 und 20 sind vorliegend Wälzlager, insbesondere Nadellager. Es ist somit erkennbar, dass die Ausgleichswelle 10 über ihre Lagerstellen 12 und 14 um die Drehachse 22 relativ zu dem Gehäuseelement drehbar an dem Gehäuseelement zu lagern beziehungsweise gelagert ist. Wenn im Folgenden die Rede von der axialen Richtung ist, so ist darunter - falls nichts Anderes angegeben ist - die axiale Richtung der Ausgleichswelle 10 zu verstehen.
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Die Ausgleichswelle 10 weist außerdem zwei in axialer Richtung zwischen den Lagerstellen 12 und 14 angeordnete und in axialer Richtung voneinander beabstandete Ausgleichsgewichte 24 und 26 auf, welche sich vorzugsweise in axialer Richtung nach innen hin jeweils direkt an die Lagerstellen 12 und 14 anschließen. Die Ausgleichsgewichte 24 und 26 sind in radialer Richtung der Ausgleichswelle 10 diesseits der Drehachse 22, mithin auf einer ersten Seite S1 der Drehachse 22 angeordnet. Die radiale Richtung der Ausgleichswelle 10 ist durch einen Doppelpfeil 28 veranschaulicht. Wenn im Folgenden von der radialen Richtung die Rede ist, so ist darunter - falls nichts Anderes angegeben ist - die radiale Richtung der Ausgleichswelle 10 zu verstehen.
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Die Ausgleichswelle 10 weist außerdem einen sich in axialer Richtung von einem der Ausgleichsgewichte 24 und 26 durchgängig bis zu dem jeweils anderen Ausgleichsgewicht 26 beziehungsweise 24 erstreckenden Grundkörper 30 auf, über welchen die Lagerstellen 12 und 14 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Ausgleichswelle 10 an sich, da heißt für sich alleine betrachtet, einstückig ausgebildet ist, sodass vorzugsweise die Lagerstellen 12 und 14 an sich, das heißt für sich alleine und somit ohne die Lager 18 und 20 betrachtet, einstückig mit dem Grundkörper 30 ausgebildet sind. Von dem Grundkörper steht - wie besonders gut aus 2 erkennbar ist - in radialer Richtung der Ausgleichswelle 10 nach außen beidseitig je eine Rippe 32 beziehungsweise 34 ab. Dabei sind die Rippen 32 und 34 einstückig mit dem Grundkörper 30 und einstückig miteinander ausgebildet.
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Um nun eine besonders hohe Robustheit der Ausgleichswelle 10 gegen Durchbiegung realisieren zu können, bildet oder ist die jeweilige Rippe 32 einem jeweiligen Stützbogen 36 beziehungsweise 38 dessen Scheitelpunkt S in radialer Richtung jenseits der Drehachse 22, das heißt auf einer der ersten Seite S1 in radialer Richtung der Ausgleichswelle 10 gegenüberliegenden, zweiten Seite S2 der Drehachse 22 angeordnet. Mit anderen Worten, im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen wird zwischen den beiden Lagerstellen 12 und 14 ausgehend von den Ausgleichsgewichten 24 und 26, in die der jeweilige Stützbogen 36 beziehungsweise 38 an beiden Enden mündet beziehungsweise übergeht, der jeweilige Stützbogen 36 beziehungsweise 38 eingezogen. Befinden sich die Ausgleichsgewichte 24 und 26 - wie es in 1 und 2 dargestellt ist - unten, so liegt der Scheitelpunkt S des Stützbogens 36 beziehungsweise 38 oberhalb der Drehachse 22 und der neutralen Biegelinie. Der jeweilige Stützbogen 36 und 38 wird durch eine aufrecht stehende Stützrippe 40 verstärkt, die am Scheitelpunkt S angeordnet ist und beispielsweise zumindest im Wesentlichen ring- oder scheibenförmig in Umfangsrichtung der Ausgleichswelle 10 vollständig umläuft. Hierdurch weist die Ausgleichswelle 10 in einer senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden und beispielsweise in axialer Richtung der Ausgleichswelle 10 von dem Scheitelpunkt S und von der Stützrippe 40 beabstandeten Schnittebene A-A einen zumindest im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt Q auf, welcher besonders gut aus 2 erkennbar ist.
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Die Ausgleichswelle 10 weist insbesondere den Vorteil auf, dass der jeweilige Stützbogen 36 beziehungsweise 38 im Bereich der höchsten Biegebeanspruchung und dabei insbesondere durch den T-förmigen Querschnitt Q und durch eine daraus resultierende T-förmige Profilform ein erhöhtes Widerstandsmoment gegen Durchbiegung aufweist. Zudem liegt der Massenschwerpunkt hier auf der den Ausgleichsgewichten 24 und 26 gegenüberliegenden, zweiten Seite S2. Somit wirkt im Mittelteil der Ausgleichswelle 10 eine Kraft entgegen den Ausgleichsgewichten 24 und 26 der Durchbiegung aktiv entgegen. Aufgrund der deutlich größeren Hebellänge zu den Lagerstellern 12 und 14 kann auch die verhältnismäßig keine Unwucht des Stützbogens 36 beziehungsweise 38 der Durchbiegung effektiv entgegenwirken, ohne die Unwucht der Ausgleichswelle 10 als Ganzes übermäßig stark zu vermindern. Des Weiteren kann die Ausgleichswelle 10 besonders material- und somit gewichtsgünstig ausgestaltet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausgleichswelle
- 12
- Lagerstelle
- 14
- Lagerstelle
- 16
- Doppelpfeil
- 18
- Lager
- 20
- Lager
- 22
- Drehachse
- 24
- Ausgleichsgewicht
- 26
- Ausgleichsgewicht
- 28
- Doppelpfeil
- 30
- Grundkörper
- 32
- Rippe
- 34
- Rippe
- 36
- Stützbogen
- 38
- Stützbogen
- 40
- Stützrippe
- Q
- Querschnitt
- S
- Scheitelpunkt
- S1
- erste Seite
- S2
- zweite Seite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009036067 A1 [0002]
- DE 102014210366 A1 [0002]
