DE4412476A1 - Ausgleichswelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle zur Kompensation von Massenkräften und/oder Massenmomenten in Brennkraftmaschinen.

Es ist bekannt, die Ausgleichswellen zu diesem Zweck mit exzentrisch angeordneten Ausgleichsgewichten zu versehen. Für den Ausgleich von Massenkräften wird die Masse der Ausgleichsgewichte meist mit einseitiger Exzentrizität symmetrisch über die Wellenlänge verteilt. Zum Ausgleich von Massenmomenten ist die Masse der Ausgleichsgewichte meist diagonal gegenüberliegend auf der Welle angeordnet. Für die Lagerung im Motorengehäuse weisen die Ausgleichswellen Lagerstellen auf; häufig sind dies Lagerzapfen an beiden Wellenenden. Es ist üblich, neben einer dieser Lagerstellen ein Zahnrad oder Kettenrad als Übertragungselement für den Antrieb der jeweiligen Ausgleichswelle anzuordnen. Je nach Aufgabenstellung werden die Ausgleichswellen mit gleicher oder doppelter Motordrehzahl und mit, zum Motor gleicher oder gegenläufiger Drehrichtung angetrieben. Den Aus­ gleichswellen und ihren Antriebselementen steht meist nur ein beschränkter Bau­ raum im Motorgehäuse zur Verfügung, so daß kompakte Bauformen der Welle ange­ strebt werden. Häufig ist eine Anordnung der Welle unterhalb des Ölbadspiegels erforderlich, mit zusätzlichen Maßnahmen an Welle oder Gehäuse, zur Verringe­ rung von Planschverlusten.

Die Ausgleichswelle ist möglichst steif zu gestalten, um Störungen durch die wellen-eigenen Biegeschwingungen zu vermeiden. Entsprechend hohe Anfor­ derungen sind an die Laufruhe und Übertragungsgüte der Antriebselemente für die Ausgleichswelle zu stellen.

Es sind Bauarten dieser Ausgleichswellen bekannt, die komplizierte Gestaltungen der Welle oder der Koppellungen zwischen Welle und Antriebselement aufweisen, um ausreichende Steifigkeit, sowie Laufruhe und Übertragungsgüte mit normalem Fertigungsaufwand zu gewährleisten. Zur Vermeidung von Planschverlusten durch die umlaufenden Ausgleichsmassen, drehen die Wellen in zusätzlichen öldichten Zwischengehäusen. (DE 31 19 362, DE 32 11 655).

Andere bekannte Bauarten erreichen eine einfache und kompakte Bauweise, indem sie Welle mit Lagerzapfen und Antriebselement einstückig ausbilden. Sie benötigen dabei teilweise aufwendige und teuere Fertigungsmethoden, beispielsweise zur exakten Bearbeitung einer nah an der Welle positionierten Verzahnung mit kleinem Teilkreisdurchmesser, oder sie verzichten auf die hohen Anforderungen an Laufruhe und Übertragungsgüte.

Es sind auch Bauarten bekannt, bei denen die Ausgleichswelle im wesentlichen durch ein dünnwandiges Rohr gebildet wird, in welches Ausgleichsmassen einge­ bracht sind. Hier besteht neben dem Vorteil geringer Planschverluste der Nachteil, daß die Wellenenden durch deckel-bildende Elemente verschlossen werden müssen, mit der Gefahr einer zu geringen Steifigkeit im Übergangsbereich zum rohrförmigen Teil der Welle (G 85 29 184)

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ausgleichswelle zur Kom­ pensation von Massenkräften und/oder Massenmomenten in Brennkraftmaschinen zu schaffen, die preiswert und dennoch mit der erforderlichen hohen Genauigkeit gefertigt werden kann. Ihre Gestaltung soll auf einfache Weise den unter­ schiedlichen Aufgabenstellungen anzupassen sein und dennoch eine kompakte, steife Bauform ermöglichen. Auch muß die Welle einfach zu montieren sein. Falls erforderlich, sollen mit einfachen Mitteln und unabhängig vom Motorengehäuse Planschverluste an der Ausgleichswelle vermieden werden.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß mit einer Ausgleichswelle nach An­ spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Anordnungen oder Ausgestaltungen sind in den Unter­ ansprüchen genannt.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß eine der Aufgabenstellung entsprechende Ausgleichswelle derart gestaltet sein muß, daß sie an einem oder bei­ den Wellenenden Achszapfen aufweist und daß einer dieser Achszapfen das An­ triebselement für die Ausgleichswelle trägt. Weiterhin müssen die Achszapfen und das Antriebselement einerseits, sowie die Welle andererseits, unabhängig vonein­ ander bearbeitet werden können. Im fertig montierten Zustand müssen Achszapfen, Antriebselement und Welle fest und mit hoher Steifigkeit miteinander verbunden sein, sehr geringe Rundlauffehler aufweisen und in ihren Achsen mit hoher Genauigkeit zueinander fluchten. Außerdem muß die Ausgleichswelle, wenn sie im Ölbad des Motors angeordnet ist, eine drehsymmetrisch angeordnete, über die Ausgleichsgewichte hinweg geschlossene Außenkontur aufweisen um Plansch­ verluste zu vermeiden.

Diese erfindungsgemäßen Bedingungen werden durch eine Ausgleichswelle erfüllt, die separat bearbeitete Achszapfen aufweist, die in achsgleich fluchtende Bohrungen am jeweiligen Wellenende fest eingefügt, beispielsweise eingepreßt oder eingeklebt sind, wobei das Wellenteil im Fügesitz der Zapfen eine Wanddicke S von mindestens ca. 0,3 × gefügtem Zapfendurchmesser aufweist.

Das zugehörige wellenseitige Antriebselement kann einstückig mit dem, das Element tragenden Achszapfen verbunden oder achsgleich auf den Achszapfen gefügt, bei­ spielsweise aufgepreßt oder aufgeklebt sein.

Erfindungsgemäß weist das wellenseitige Antriebselement eine formschlüssige Kraftübertragung auf und ist dazu beispielsweise als Zahnrad, Kettenrad oder Zahnriemenscheibe ausgebildet.

Falls erforderlich, ist die Welle mit einer drehsymmetrisch sie umschließenden Hülle versehen, die einstückig mit ihr verbunden oder auf vorbearbeitete Andrehun­ gen an den Wellenenden fest gefügt, beispielsweise aufgepreßt oder aufgeklebt ist. Im ersteren Fall ist die Ausgleichswelle dabei teilweise als Hohlwelle ausgeführt.

In einer weiteren Ausführung sind die Massen der Ausgleichsgewichte einstückig als Teil der Ausgleichswelle ausgebildet oder als separate Teile fest mit ihr verbun­ den, beispielsweise verschraubt oder verklebt. Die Ausgleichsgewichte können auch fest mit der inneren Hüllenwand verbunden, beispielsweise an sie angeschraubt sein.

Erfindungsgemäß kann das Wellenteil aus leichtem Material, beispielsweise Leichtmetall ausgeführt sein, beispielsweise gegossen, gepreßt oder gesintert. In dieses leichte Wellenteil sind Ausgleichsgewichte aus schwerem Material eingebracht, beispielsweise mit dem Fertigungsprozeß des Wellenteiles oder nachträglich in entsprechende Freiräume oder Hohlräume der Welle.

Als weitere Ausgestaltung kann die Ausgleichswelle über die Länge gesehen geteilt ausgeführt werden. Die Wellenteile sind dabei aneinander fluchtend zentriert und beispielsweise in Längsrichtung fest miteinander verspannt.

Selbstverständlich können die einzelnen Elemente der Ausgleichswelle aus zweck­ entsprechenden, unterschiedlichen Materialien bestehen.

Diese neuartige Gestaltung hat den Vorteil, daß sowohl der Wellenteil als auch die Achszapfen der Ausgleichswelle in stabilen, kurzen Werkstückaufspannungen mit hoher Genauigkeit separat gefertigt werden können. Dies ist bei Serienfertigung mit hohen Stückzahlen von erheblicher Bedeutung. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß das wellenseitige Antriebselement ebenfalls separat, d. h. unab­ hängig von der Welle entsprechend genau gefertigt werden kann, insbesondere dann, wenn beispielsweise der Teilkreisdurchmesser kleiner als der Durchmesser der Ausgleichswelle gewählt werden muß.

Die erfindungsgemäß vorgegebene Mindestwanddicke im Fügesitz der Achszapfen ermöglicht für diese eine sehr steife, biege- und drehfeste Einbindung und damit auch eine größere Freiheit und Vielfalt in der weiteren, den unterschiedlichen Auf­ gaben oder Anforderungen entsprechenden Gestaltung der Ausgleichswelle, mit dem Vorteil eines ebenfalls steifen Übergangs zur restlichen Welle und der Verringerung eigener störender Biegeschwingungen. Insbesondere ermöglicht diese Mindestwand­ dicke den Einsatz einer gegossenen, gepreßten oder gesinterten Welle aus leichtem Material, ohne Verlust an Stabilität im Fügesitz der Achszapfen. Mit den in ein­ facher Weise eingebrachten schweren Ausgleichsmassen entsteht eine besonders einfach zu fertigende, leichte Ausgleichswelle.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Ausgleichswelle anhand einiger Ausfüh­ rungsformen in den Fig. 1 bis 5 beispielhaft dargestellt und näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine solche Ausgleichswelle (1), beispielsweise zum Ausgleich von Massenmomenten. Sie weist separat bearbeitete Achszapfen (2, 3,) auf, die in achs­ gleich fluchtende Bohrungen (4) am jeweiligen Wellenende fest eingefügt sind. Sie weist diagonal gegenüberliegende Massen der Ausgleichsgewichte (5, 6) auf, die einstückig als Teil der Ausgleichswelle ausgebildet sind. Der rechte eingefügte Achszapfen (2) ist als einfacher separat gefertigter Lagerzapfen ausgebildet. Der linke eingefügte Achszapfen (3) trägt neben der Lagerstelle, ein Zahnrad als einstückig mit ihm verbundenes, wellenseitiges Antriebselement (7), welches separat zusammen mit dem Achszapfen gefertigt wurde. Die vorgegebene Mindestwanddicke S des Wellenteils im Fügesitz der Achszapfen erbringt für diese eine steife Einbindung. Zusätzlich ist an vorgearbeiteten Andrehungen (31) des Wellenteils eine drehsymmetrische separate Hülle (8) fest aufgefügt.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle (9) dargestellt, die im Unter­ schied zu Fig. 1 ohne drehsymmetrische Hülle auskommt, da sie beispielsweise nicht im Ölbad des Motors läuft. Sie dient zum Ausgleich von Massenkräften und ist daher mit einer einseitig exzentrischen, symmetrisch über die Wellenlänge verteilten Masse des Ausgleichsgewichtes (10) versehen, die ebenfalls einstückig als Teil der Welle ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt den linken Teil einer Ausgleichswelle (11), die als teilweise hohle Welle ausgeführt ist und dabei eine drehsymmetrische Hülle (12) ausbildet, die ein­ stückig mit ihr verbunden ist. Die Masse des Ausgleichsgewichtes (13) ist ebenfalls einstückig ein Teil der Welle. Der gefügte Achszapfen (14) ist mit einem separat gefertigten, fest aufgefügten Zahnrad (15) versehen.

Fig. 4 zeigt den rechten Teil einer Ausgleichswelle (16), deren Wellenteil (17) aus leichtem Material ausgeführt ist, beispielsweise gegossen, gepreßt oder gesintert. Ein Ausgleichsgewicht (18) aus schwerem Material ist beim Fertigungsprozeß eingebracht.

In Fig. 5 ist der Querschnitt durch den Wellenteil einer Ausgleichswelle (19) darge­ stellt, deren drehsymmetrisches Wellenteil (20) eine Ausbuchtung (21) aufweist. Das Wellenteil besteht aus leichtem Material und die Ausbuchtung ist mit schwerem Material ausgegossen.

Fig. 6 stellt eine Ausgleichswelle (22) dar, die über die Länge gesehen geteilt aus­ geführt ist, wobei die Wellenteile (23, 24) über einen mittleren Ring (25) aneinan­ der fluchtend zentriert sind. Über einen inneren Zuganker (26) sind beide Wellen­ teile in Längsrichtung fest mit einander verspannt. Die Wellenteile sind von der Trennfuge (27) ausgehend, zum jeweiligen Wellenende hin hohl ausgebildet, so daß in diesem Bereich eine drehsymmetrische hüllenförmige Gestaltung (28) entsteht. Die Ausgleichsgewichte (29) sind über Schrauben (30) fest mit der inneren Hüllen­ wand verbunden.

Im Rahmen der Erfindung sind auch noch andere Ausführungsformen der Aus­ gleichswellen möglich, die den in der Beschreibung, in den Figuren und in den An­ sprüchen offenbarten Merkmalen entsprechen. So kann eine erfindungsgemäße Welle beispielsweise auch eine zusätzliche dritte, mittig angeordnete Lagerstelle aufweisen. Auch können die erfindungsgemäßen Merkmale vielfach weiter kombiniert werden.

Claims (9)

1. Ausgleichswelle zur Kompensation von Massenkräften und/oder Massen­ momenten in Brennkraftmaschinen, die an einem oder beiden Wellenenden Achs­ zapfen zur Lagerung der Welle aufweist, wobei einer dieser Achszapfen neben der Lagerstelle das Antriebselement für die Ausgleichswelle trägt, dadurch gekennzeichnet, daß sie separat bearbeitete Achszapfen (2, 3, 14) aufweist, die in achsgleich fluchtende Bohrungen (4) am jeweiligen Wellenende fest eingefügt, beispielsweise eingepreßt oder eingeklebt sind, wobei sie im Fügesitz der Zapfen eine Wanddicke S von mindestens ca. 0,3 × gefügtem Zapfendurchmesser aufweist.

2. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenseitige Antriebselement (7) einstückig mit dem, das Element tragenden Achszapfen (3) verbunden ist.

3. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenseitige Antriebselement (15) achsgleich fluchtend auf den, das Element tragenden Achszapfen (14) fest aufgefügt, bei­ spielsweise gepreßt oder geklebt ist.

4. Ausgleichswelle nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenseitige Antriebselement (7, 15) eine form­ schlüssige Kraftübertragung aufweist und dazu beispielsweise als Zahnrad, Ketten­ rad oder Zahnriemenscheibe ausgebildet ist.

5. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als teilweise hohle Welle (11, 22) ausgeführt ist, wobei sie eine, die Masse der Ausgleichsgewichte (13, 29) drehsymmetrisch um­ schließende Hülle (12, 28) aufweist, die einstückig mit ihr verbunden ist.

6. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie an den Wellenenden vorbearbeitete Andrehungen (31) aufweist, auf die eine, die Welle drehsymmetrisch umschließende Hülle (8) fest aufgefügt, beispielsweise gepreßt oder geklebt ist.

7. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen der Ausgleichsgewichte (5, 6, 10, 13) einstückig als Teil der Ausgleichswelle (1, 9, 11) ausgebildet sind oder als einzelne Teile (29) fest mit ihr verbunden, beispielsweise verschraubt oder verklebt sind.

8. Ausgleichswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenteil (17, 20) aus leichtem Material beispielsweise Leichtmetall ausgeführt ist, beispielsweise gegossen, gepreßt oder gesintert, in welches die Ausgleichsgewichte (18, 21) aus schwerem Material eingebracht sind, beispielsweise mit dem Fertigungsprozeß des Wellenteiles oder nachträglich in entsprechende Freiräume oder Hohlräume der Welle.

9. Ausgleichswelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie über die Länge gesehen geteilt ausgeführt ist, wo­ bei die Wellenteile (23, 24) aneinander fluchtend zentriert und beispielsweise in Längsrichtung fest mit einander verspannt sind.