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Title:
PISTON ENGINE WITH INTEGRATED COMPENSATION SHAFTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/054643
Kind Code:
A1
Abstract:
A piston engine with a compensation shaft unit, wherein a window (36) surrounded by a flange (16,17) is provided on the crankcase (2) thereof. The flange forms a separating surface to which the housing (20;20,21) of the compensation shaft unit (18;18,19) is fixed by means of screws (70). In order to ensure clean, toothed-wheel engagement for the compensation shafts, which are integrated into the housing, and easy assembly, the compensation shaft (22,23) is provided with a toothed wheel (24,25) ,which protrudes through the window (36) inside the crankcase (2) and which is driven by a toothed wheel (10) which is arranged on the crankshaft (6), and the housing (20,21) of the compensation shaft unit (18,19) has a separating surface (40,41) which can be displaced in order to adjust the amount of engagement clearance on the separating surface (40,41) of the crankcase (2) before the screws (70) are tightened.

Inventors:
Messing, Michael (Ennserstrasse 54c/6, Steyr, A-4407, AT)
Marzy, Roland (Kulstrunkstrasse 5, Steyr, A-4400, AT)
Penzinger, Ronald (Franz-Enge-Strasse 17, Steyr, A-4400, AT)
Application Number:
PCT/AT2004/000425
Publication Date:
June 16, 2005
Filing Date:
December 02, 2004
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA DRIVETRAIN AG & CO KG (Industriestrasse 35, Lannach, A-8502, AT)
Messing, Michael (Ennserstrasse 54c/6, Steyr, A-4407, AT)
Marzy, Roland (Kulstrunkstrasse 5, Steyr, A-4400, AT)
Penzinger, Ronald (Franz-Enge-Strasse 17, Steyr, A-4400, AT)
International Classes:
B23P11/00; B60S11/00; B62D25/20; F02B67/04; F02B77/14; F16F15/26; F02F7/00; (IPC1-7): F02B67/04; F02B77/14; F16F15/26
Attorney, Agent or Firm:
Kovac, Werner (Magna Steyr Fahrzeugtechnik AG & Co KG, Liebenauer Hauptstrasse 317, Graz, A-8041, AT)
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Claims:
Ansprüche
1. Kolbenmaschine mit mindestens einer Ausgleichswelleneinheit, in deren Kurbelgehäuse eine Kurbelwelle gelagert ist, und an deren Kurbel gehäuse (2) seitlich ein von einem Flansch (16 ; 16,17) umgebenes Fenster (36) vorgesehen ist, wobei der Flansch eine Trennfläche bildet, an der das Gehäuse (20 ; 20, 21) der Ausgleichswelleneinheit (18 ; 18,19) mittels Schrauben (70) befestigt ist, und in welchem Gehäuse eine Ausgleichs welle gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Ausgleichswelle (22 ; 22,23) ein durch das Fenster (36) ins Innere des Kurbelgehäuses (2) ragendes Zahnrad (24 ; 24,25) besitzt, welches von einem auf der Kurbelwelle (6) sitzenden Zahnrad (10) angetrieben ist, b) dass das Gehäuse (20 ; 20, 21) der Ausgleichswelleneinheit (18 ; 18, 19) eine Trennfläche (40 ; 40,41) hat, die zur Einstellung des Verzah nungsspieles auf der Trennfläche (40 ; 40,41) des Kurbelgehäuses (2) verschiebbar ist, bevor die Schrauben (70) festgezogen werden.
2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Ausgleichswelleneinheit (19) vorgesehen ist, in deren Gehäu se (21) zusätzlich zu der zweiten Ausgleichswelle (23) noch eine Zwi schenwelle (35) mit einem Zwischenzahnrad (34) gelagert ist, welches einerseits mit dem Zahnrad (25) der Ausgleichswelle (23) und anderer seits mit dem auf der Kurbelwelle (6) sitzenden Zahnrad (10) kämmt.
3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem normal zur Kurbelwellenachse (6') gedachten Schnitt die Trennfläche (40 ; 40,41) mit der Verbindungsgeraden der Achsen von Kurbelwelle und Ausgleichswelle einen stumpfen Winkel (44) ein schließt.
4. Kolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflächen (40 ; 40, 41) parallel zur Symmetrieebene der Maschine sind.
5. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Trennflächen (40 ; 40,41) des Kurbelgehäuses (2) und des Gehäu ses (20 ; 20, 21) der Ausgleichswelleneinheit (18 ; 18,19) mindestens eine Schiebeführung (65,66, 67) vorgesehen ist, die eine Verschiebung in ei ner zur Kurbelwelle (6) normalen Ebene erlaubt.
6. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeführung (65,66, 67) aus einer geraden Nut (66) in Schieberich tung in der Trennfläche ( (40 ; 40,41) und aus einer in der Trennfläche eingelassenen Passfeder (65) besteht.
7. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (22 ; 22,23) in ihrem Gehäuse (20 ; 20,21) in geteilten Lagern umläuft, wobei die eine Lagerhälfte (28 ; 28,29) im Gehäuse (20 ; 20, 21) der Ausgleichswelleneinheit (18 ; 18,19) und die andere als mit der ersten Lagerhälfte (28 ; 28,29) verbundener Lagerdeckel (30) ausgebildet ist.
8. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (22 ; 22,23) in ihrem Gehäuse (20 ; 20,21) in unge teilten Lagern (28*) umläuft.
9. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (24 ; 24,25) der Ausgleichswelle in deren Mitte angeordnet ist.
10. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (24) der ersten Ausgleichswelleneinheit (18) und das Zwi schenzahnrad (34) der zweiten Ausgleichswelleneinheit (19) mit dem auf der Kurbelwelle (6) sitzenden Zahnrad (10) an um 180 Grad gegeneinan der versetzen Stellen (42,43) kämmen.
Description:
KOLBENMASCHINE MIT INTEGRIERTEN AUSGLEICHSWELLEN Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit mindestens einer Aus- gleichswelleneinheit, in deren Kurbelgehäuse eine Kurbelwelle gelagert ist, und an deren Kurbelgehäuse seitlich ein von einem Flansch umgebe- nes Fenster vorgesehen ist, wobei der Flansch eine Trennfläche bildet, an der das Gehäuse der Ausgleichswelleneinheit Schrauben befestigt ist, in welchem eine Ausgleichswelle gelagert ist. Bei der Kolbenmaschine ist vor allem an eine Verbrennungskraftmaschine gedacht.

Bei den zur Zeit gebräuchlichen Verbrennungskraftmaschinen mit paar- weisen Ausgleichswellen ist eine beide Ausgleichswellen enthaltende Einheit von unten an die Kurbelwellenlager angeschlossen. Das hat den Vorteil, konventionelle Grundmotoren ohne größere konstruktive Ein- griffe mit Ausgleichswellen ausstatten zu können, vergrößert jedoch die Bauhöhe des Motors. Das ist bei schräg abfallender Motorhaube uner- wünscht. Bei der vollständigen Neukonstruktion einer Verbrennungs- kraftmaschine trachtet man daher danach, die Ausgleichswellen in den Motor zu integrieren, sie seitlich in beziehungsweise an das Kurbelge- häuse oder den Motorblock (welche sowieso meist einstückig sind) zu integrieren.

Was dabei Schwierigkeiten bereitet, ist der Einbau und der Antrieb der Ausgleichswelleneinheit. Aus der DE-A-29 3 5 3 84 ist es bekannt, eine Ausgleichswelle seitlich in einem Deckel zu lagern und sie mittels einer Kette anzutreiben. Dank eines Kettenspanners ist ein spielfreier Antrieb möglich, jedoch erschwert die Kette den Einbau erheblich.

Wird eine Ausgleichswelle mittels Zahnrädern angetrieben, so erfordert der für Ausgleichswellen typische Belastungsfall (kleines aber pulsieren- des übertragenes Drehmoment bei sehr hoher Drehzahl) besondere Maß- nahmen zur Vermeidung von störenden Geräuschen. Eine bewährte Maßnahme ist die Verringerung des Zahnspieles, insbesondere des Ver- drehflankenspieles, was eine sehr genaue Einstellung der Wellenlage er- fordert. Für unter der Kurbelwelle paarweise angeordnete Ausgleichswel- len mit Zahnradantrieb ist es aus der EP-B-916 833 bekannt, die gesamte Ausgleichswelleneinheit mittels verdrehbarer Exzenter einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch für ins Gehäuse integ- rierte Ausgleichswellen bei einfachster Montage einen Weg zur genauen Einstellung des Zahnradeingriffes anzugeben. Erfindungsgemäß besteht dieser in den kennzeichnenden Merkmalen a) und b) des 1. Anspruches.

Der Antrieb mittels Zahnrädern erlaubt es, die Einheit mit wenigen Handgriffen von aussen anzubauen, soferne eine Einstellung des Zahn- spieles von aussen gelingt. Das gelingt dank der aufeinander verschiebba- ren ebenen Trennflächen. Das Fenster ins Innere des Kurbelgehäuses braucht nur etwas größer zu sein als das Zahnrad, wodurch die struktur- elle Schwächung des Kurbelgehäuses minimiert werden kann.

Wenn zum Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung an jeder Seite des Kurbelgehäuses eine Ausgleichswelleneinheit vorgesehen ist und die Wellen sich in entgegengesetztem Sinn mit doppelter Kurbelwellendreh- zahl drehen sollen, so ist im Gehäuse der zweiten Ausgleichswellenein- heit zusätzlich noch eine Zwischenwelle mit einem Zwischenzahnrad ge- lagert, welches einerseits mit dem Zahnrad der Ausgleichswelle und an- dererseits mit einem auf der Kurbelwelle sitzenden Zahnrad kämmt (An- spruch 2). So kämmt auf der einen Seite das Zahnrad der Ausgleichswel- le und auf der anderen das der Zwischenwelle, und beide mit demselben Zahnrad auf der Kurbelwelle.

In einer bevorzugten Anordnung schließt in einem normal zur Kurbelwellenachse gedachten Schnitt die Trennfläche mit der Verbindungsgeraden der Achsen von Kurbelwelle und Ausgleichswelle einen stumpfen Winkel ein (Anspruch 3). Der Winkel darf kein rechter Winkel sein, weil eine Verschiebung der Ausgleichswelleneinheit dann keine Veränderung des Zahnspieles bewirken würde. Der stumpfe Winkel aber ergibt eine Übersetzung", wodurch das Zahnspiel mit einer großen Verschiebung der Ausgleichswelleneinheit sehr genau einstellbar ist und auch beim Anziehen der Schrauben nach der Einstellung nicht mehr verfälscht wird. Weiters sind die Trennflächen vorzugsweise parallel zur Symmetrieebene des Kurbelgehäuses (Anspruch 4), das vereinfacht ausserdem die Bearbeitung.

In Weiterbildung der Erfindung ist in den Trennflächen des Kurbelge- häuses und des Gehäuses der Ausgleichswelleneinheit mindestens eine Schiebeführung vorgesehen, die eine Verschiebung in einer zur Kurbel- welle normalen Ebene erlaubt (Anspruch 5). Das erleichtert das Einstel- len und bietet die Gewähr, dass die Achsen der beiden miteinander käm- menden Zahnräder parallel bleiben. So ist zusätzlich zum genau einge- stellten Verdrehflankenspiel auch noch sauberer Eingriff über die ganze Zahnbreite sichergestellt.

Vorzugsweise besteht die Schiebeführung aus einer geraden Nut in Schieberichtung in einer der beiden Trennflächen und aus einer in die andere Trennfläche eingelassenen Passfeder (Anspruch 6). Das verbindet hohe Präzision mit einfacher Fertigung.

In einer bevorzugten Ausführungsform läuft die Ausgleichswelle in ih- rem Gehäuse in geteilten Lagern um, wobei die eine Lagerhälfte im Ge- häuse der Ausgleichswelleneinheit und die andere als mit der ersten La- gerhälfte verbundener Lagerdeckel ausgebildet ist (Anspruch 7). So kann die Ausgleichswelleneinheit komplett vormontiert und vor dem Einbau auch noch probegelaufen werden. Eine Alternative besteht bei einer ge- bauten Ausgleichswelle darin, dass sie in ihrem Gehäuse in ungeteilten Lagern umläuft (Anspruch 8). Dann werden Zahnrad und Ausgleichsge- wichte beim Einbau der Welle in das Gehäuse gewissermaßen"aufgefä- delt".

Eine Verfeinerung der Erfindung besteht darin, dass das Zahnrad der Ausgleichswelle in deren Mitte angeordnet ist (Anspruch 9). Entspre- chend ist dann auch das auf der Kurbelwelle sitzende Zahnrad in der Mit- te. Bei mittigem Antrieb ist die Torsionseigenfrequenz der Ausgleichs- welle höher und die Ausgleichswelleneinheit kann in Längsmitte des Mo- tors, nahe dessen Schwerpunkt, angeordnet sein. Ähnlich günstige Aus- wirkungen hat die Wahl der Lage der Ausgleichswelleneinheiten so, dass das Zahnrad der Ausgleichswelleneinheit und das Zwischenzahnrad der zweiten Ausgleichswelleneinheit mit dem auf der Kurbelwelle sitzenden Zahnrad an um 180 Grad gegeneinander versetzen Stellen kämmen (An- spruch 10).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen einer bevor- zugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben und erläutert. Es stellen dar : Fig. 1 : Eine axonometrische Ansicht der Verbrennungskraftma- schine von links hinten oben, Fig. 2 : wie Fig. 1, von rechts hinten unten, Fig. 3 : eine Ansicht von vorne, Fig. 4 : eine Ansicht von hinten, Fig. 5 : einen Schnitt nach EE in Fig. 2, Fig. 6 : Schnitt nach AA in Fig. 5, Fig. 7 : Detail B in Fig. 5, Fig. 8 : Schnitt nach CC in Fig. 7, Fig. 9 : Variante zu Fig. 6.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine vierzylindrige Verbrennungskraftmaschine in verschiedenen Ansichten gezeigt. In allen ist der Zylinderblock mit 1, das Kurbelgehäuse summarisch mit 2 und das Schwungradgehäuse mit 3 be- zeichnet, obwohl diese hier einstückig ausgeführt sind. Im Kurbelgehäuse 2 sind fünf Kurbelwellenlager 4 vorgesehen, derer über einer Teilungs- ebene 5 gelegene Lagerhälften im Kurbelgehäuse 2 sind. In diesen ist eine Kurbelwelle 6 (deren Mittenachse ist in Fig. 3 mit 6'bezeichnet) gelagert, zwischen derer Kurbelwangen 7 anderen Endes mit Kolben 9 verbundene Pleuelstangen 8 sind. Zwischen einem der Kurbelwellenlager 4 und einer Kurbelwange 7 ist ein Zahnrad 10 drehfest angeordnet, wel- ches dem Antrieb der Ausgleichswellen dient.

An dem Kurbelgehäuse 2 ist von hinten (vom Schwungradgehäuse 3 her) betrachtet links ein Flansch 16 und rechts ein Flansch 17 angegossen, an welchen links eine Ausgleichswelleneinheit 18 und rechts eine Aus- gleichswelleneinheit 19 angeschraubt sind (Schrauben 70 in Fig. 1).

In Fig. 5 sind die beiden Ausgleichswelleneinheiten 18,19 genauer in einem horizontalen Schnitt dargestellt. Die linke Ausgleichswelleneinheit 18 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 20 und einer darin gela- gerten Ausgleichswelle 22. Auf dieser sind zwei Ausgleichsgewichte 26 und dazwischen ist ein Zahnrad 24 drehfest angebracht oder einstückig mit der Ausgleichswelle 22 ausgeführt. Die Ausgleichswelle 22 ist in dem Gehäuse 20 dreifach gelagert, wobei die gehäusefesten Lagerhälften mit 28, 28'und 28"bezeichnet sind und Lagerdeckel 30 auf die gehäuse- feste Lagerhälfte mittels Lagerschrauben 32 aufgeschraubt sind (Fig. 6).

Alternativ können die Lager als geschlossene Lager 28* ausgeführt sein, wenn die Ausgleichswelleneinheit mehrteilig ist und Ausgleichsgewichte und Zahnrad beim Einschieben der Ausgleichswelle (22*)"aufgefädelt" werden können (Fig. 9).

Die rechte Ausgleichswelleneinheit 19 besteht im wesentlichen aus ei- nem Gehäuse 21 und einer darin gelagerten Ausgleichswelle 23. Auf die- ser sind zwei Ausgleichsgewichte 27 und dazwischen ist ein Zahnrad 25 drehfest angebracht beziehungsweise einstückig mit der Ausgleichswelle 23. Die Ausgleichswelle 23 ist in dem Gehäuse 21 dreifach gelagert, wo- bei die gehäusefesten Lagerhälften mit 29,29'und 29"bezeichnet sind und Lagerdeckel 31 auf die gehäusefeste Lagerhälfte aufgeschraubt sind.

Die Zahnräder 24,25 und 34 ragen durch Fenster 36 in das Innere des Kurbelgehäuses 2 hinein, wo sie mit dem kurbelwellenfesten Zahnrad 20 kämmen. Diese Fenster lassen sich auch so klein ausführen, dass die Zahnräder gerade hindurchragen können, so wird die Struktur des Kur- belgehäuses 2 praktisch nicht geschwächt.

In Fig. 3 sind die Zahnräder 24,25 auf den Ausgleichswellen 22,23 mit ihren Teilkreisen dargestellt. Das linke Zahnrad 24 kämmt direkt mit dem kurbelwellenfesten Zahnrad 10. Das rechte Zahnrad 25 kämmt mit einem Zwischenzahnrad 34 auf einer Zwischenwelle 35, und dieses mit dem kurbelwellenfesten Zahnrad 10. Dabei sind die Eingriffspunkte 42,43 mit dem kurbelwellenfesten Zahnrad 10 angedeutet. Deren Verbindungs- linie läuft ungefähr durch die Achse 6'der Kurbelwelle 6 ; die Eingriffs- punkte 42,43 liegen einander also gegenüber, das heißt in einem Zentri- winkel von ungefähr 180 Graden. Zur genauen Einstellung der Eingriffs- verhältnisse in diesen Eingriffspunkten 42,43 sind die Ausgleichswel- leneinheiten in hier vertikaler Richtung auf den Flanschen 16,17 des Kurbelgehäuses 2 verschiebbar. Die Gehäuse 20,21 der Ausgleichswel- leneinheiten 18,19 sind dazu auf den ebenen Trennflächen 40,41 in die- sen Trennflächen verschiebbar.

Wenn die Eingriffsverhältnisse so mit der erwünschten Genauigkeit ein- gestellt sind, werden die Gehäuse 20,21 mittels Schrauben 70 (Fig. l) am Kurbelgehäuse 2 festgezogen. Um das unabhängig von der genauen Lage der Gehäuse 20,21 tun zu können, sind die für den Durchtritt der Schrauben 70 an den Gehäusen 20,21 vorgesehenen Durchtritte als Langlöcher 71 ausgebildet.

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine konstruktive Maßnahme, die das Einstellen der Eingriffsverhältnisse erleichtert. Sie stellt sicher, dass die Gehäuse 20,21 nur in einer bestimmten Richtung, die in der Normalebene durch die Kurbelwellenachse liegt, verschoben werden können. Dazu ist im Kurbelgehäuse 2 eine Nut 66 für eine Passfeder 65 vorgesehen, welche letztere in einer Ausnehmung 67 des Gehäuses 21 der Ausgleichswellen- einheit eingesenkt ist. In Umkehrung könnte die Nut 66 ebensogut im Gehäuse 21 vorgesehen sein. Derartige Führungen sind vorzugsweise an beiden Stirnwänden der Gehäuse 20,21 vorgesehen.