AUSGLEICHSWELLE MIT DREHSCHWINGUNGSDÄMPFUNG Die Erfindung betrifft eine Ausgleichswelle für Hubkolbenmaschinen mit mindestens einem mit dieser drehfest verbundenem Ausgleichsgewicht mit exzentrischem Schwerpunkt. Bei modernen Verbremmngskraft- maschinen werden zur Verminderung von Schwingungen und Laufge- räuschen Ausgleichswellen verwendet. Deren Wirkung und Erfolg ist aber nur dann zufriedenstellend, wenn die Ausgleichswelleneinheit selbst auch ruhig und schwingungsfrei läuft. Bekannte Ausgleichswellen neigen-zu- mindest in gewissen Drehzahlbereichen-zum Klappern und Rasseln.

Schwingungen der Ausgleichswelleneinheit können angeregt werden durch die bewegten Massen des Motors und durch dessen Drehun- gleichförmigkeit. Letztere ist wegen der Spiele im Antrieb der Ausgleichs- welleneinheit und dem kleinen über diesen übertragenen Drehmoment ei- ne besonders schwer beherrschbare Geräuschquelle. Außerdem wird durch die Drehungleichfbrmigkeit auf die Zähne eine große Belastung mit wech- selndem Vorzeichen ausgeübt. Eine Minimierung der Zahnspiele, insbe- sondere des Verdrehflankenspieles, ist wegen der auftretenden Tem- peraturdifferenzen problematisch und verteuert die Fertigung außeror- dentlich.

Es ist bekannt, das Antriebszahnrad auf der Kurbelwelle des Motors mit einer elastischen Verbindung zwischen Zahnkranz und Radkörper zu ver- sehen, etwa aus der US 3,667, 317, doch lässt diese Entkoppelung von der Erregung durch die Kurbelwelle den Massen der ganzen Ausgleichs- welleneinheit die Freiheit zu schwingen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Reduktion der Schwingenergie und damit eine wirksame Geräuschreduktion einer Ausgleichswellenein- heit zu erzielen. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass das Ausgleichsgewicht eine Sekundärmasse aufweist, welche im Ausgleichs- gewicht in Umfangsrichtung beweglich unterstützt ist. So ist zunächst die Sekundärmasse, die die eigentliche Ausgleichsmasse ist, von den Dreh- schwingungen der Ausgleichswelle entkoppelt. Weiters ist dadurch das Massenträgheitsmoment der Ausgleichswelle mit dem wellenfesten Teil des Ausgleichsgewichtes-der sehr leicht sein kann, weil die Sekundär- masse den Hauptteil der Unwuchtmasse bildet-derart reduziert, dass im Antrieb der Ausgleichswelle die Stöße zwischen den kämmenden Zähnen an Energie verlieren. Dadurch sinkt deren dynamische Beanspruchung- was der Lebensdauer zugute kommt-und auch der Schallpegel erheblich.

Bei schrägverzahnten Antriebsrädern wird so auch eine weitere erhebliche Geräuschquelle weitgehend beseitigt : die axialen Stöße zwischen Aus- gleichswelle und ihren Lagern.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Sekundärmasse auf ei- ner Führung des Ausgleichsgewichtes beweglich, welche eine Kurve ist, deren Punkte von der Achse der Ausgleichswelle einen vom Zentriwinkel abhängigen Abstand haben (Anspruch 2). Mit anderen Worten : die Füh- rungsbahn ist keine Kreisbahn mit dem Achspunkt der Ausgleichswelle als Zentrum ; oder : einer Bewegung der Sekundärmasse in Umfangs- richtung aus ihrer Ruhelage entspricht zwangsläufig einer Bewegung in

radialer Richtung gegen die Fliehkraft. Dadurch wirken auf die Sekundär- masse Rückstellkräfte, die proportional der Zentripedalbeschleunigung und damit dem Quadrat der Drehzahl sind. Das Schwingungssystem wird daher mit steigender Drehzahl steifer, wodurch sich die Wirkung der er- findungsgemäßen Maßnahme über den gesamten Drehzahlbereich des Motors erstrecken lässt. Dazu sind die Größe der Sekundärmasse, die Ge- stalt der Führungsbahn entsprechend dem Verhalten des Motors (drehzahl- und lastabhängige Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle) auszulegen.

Die Sekundärmasse könnte auf der Führung gleiten, was eine gewisse (und erwünschte) Dämpfung erzeugt. Vorzugsweise hat die Sekundär- masse aber eine Zylinderfläche, die auf der Führung des Ausgleichs- gewichtes rollbar ist (Anspruch 3). Dadurch tritt die erfindungsgemäße Wirkung bereits bei sehr kleinen Auslenkungen ein und die Führung ist verschleißfrei.

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform hat das Ausgleichsgewicht zwei Führungen und dazwischen einen Freiraum, in dem sich die Sekun- därmasse bewegen kann, und weist die Sekundärmasse an ihren achsialen Enden jeweils eine Zylinderfläche reduzierten Durchmessers auf, die mit der Führung zusammenwirkt (Anspruch 4). Dadurch kann die Sekundär- masse bei beschränktem lichten Raum sehr groß ausgebildet und trotzdem in der Führung des leicht ausgebildeten Ausgleichsgewichtes, das ja fast nur der Führung der Sekundärmasse und der Aufnahme der Fliehkraft dient, ausreichend unterstützt sein.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform bildet das Ausgleichs- gewicht in seinem Inneren einen geschlossenen Raum, in dem die Sekun- därmasse bewegbar ist (Anspruch 5). Hier ist die Führung der Sekundär-

masse leichter so zu gestalten, dass kein Schrägstellen oder Verklemmen der Sekundärmasse vorkommen kann. Außerdem gewinnt man dadurch die Möglichkeit, den geschlossenen Raum im Ausgleichsgewicht mit einer Flüssigkeit zu füllen (Anspruch 6). Die Flüssigkeit erhöht die Gesamtun- wucht und die auf die Sekundärmasse wirkende Rückstellkraft, dient vor allem aber der Dämpfung. Diese Wirkung kann hydrodynamisch oder durch einen geeigneten ausgebildeten Drosselspalt, oder durch den Luftan- teil an der Füllmenge in mannigfacher Weise moduliert und den Erforder- nissen angepasst werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Ausgleichsgewicht mehrere Sekundärmassen aufnehmen (Anspruch 7), wodurch mit gerin- gerer Gesamtmasse eine größere Unwucht zu erzielen ist. Die Sekundär- masse ist vorzugsweise ein Zylinder (Anspruch 8), wobei allerdings auf eine saubere Führung zu achten ist ; oder die Sekundärmasse ist von einer Kugel beziehungsweise von einer Anzahl Kugeln gebildet (Anspruch 9).

Weiters ist es fertigungstechnisch günstig, wenn das Ausgleichsgewicht ein getrennt gefertigter und auf der Ausgleichswelle drehfest montierter Bauteil ist (Anspruch 10).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar : Fig. 1 : ein Schema einer beliebigen Ausgleichswelleneinheit, Fig. 2 : einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgleichswelle, Fig. 3 : eine Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 : eine Ansicht nach IV in Fig. 3, Fig. 5 : eine teilweise geschnittene Ansicht einer Variante der ersten Ausführungsfbrm, Fig. 6 : einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 7 : einen Schnitt nach VII-VII in Fig. 6, Fig. 8 : einen Querschnitt durch eine Variante der zweiten Ausfüh- rungsform, Fig. 9 : eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Variante der zweiten Ausführungsform, Fig. 10 : Ansicht/Schnitt nach X in Fig. 9.

In Fig. 1 ist das Motorengehäuse 1 strichliert angedeutet, es enthält eine Kurbelwelle 2, eine erste Ausgleichswelle 5 und eine zweite Ausgleichs- welle 8. Zum Antrieb der Ausgleichswellen ist ein erstes Antriebszahnrad 3 auf der Kurbelwelle und ein zweites Antriebszahnrad 4 auf der ersten Ausgleichswelle 5 vorgesehen. Zur Synchronisierung der beiden Aus- gleichswellen 5, 8 sind Synchronzahnräder 6,7 vorgesehen. Auf den Aus- gleichswellen 5,8 ist jeweils zumindest ein Ausgleichsgewicht 9,10 ange- bracht, was hier nur mit einem exzentrischen Schwerpunkt angedeutet ist.

Auf einer Ausgleichswelle können auch mehrere Ausgleichsgewichte vor- handen und auch mehrere erfindungsgemäß ausgebildet sein.

Fig. 2 zeigt den Grundgedanken der Erfindung schematisch. Die erste Ausgleichswelle 5 ist hier im Normalschnitt an der Stelle zu sehen, an der sich das erste Ausgleichsgewicht 9 befindet. Dieses bildet innen eine Füh- rung 12 auf welcher eine Sekundärmasse 11 hin und her rollen kann. Die Führung 12 folgt einer Kurve, deren ein Punkt durch einen Zentriwinkel 13 und durch einen Abstand 15 von der Achse 14 der Ausgleichswelle 5 beschrieben ist. Dieser Abstand 15 ist mit dem Zentriwinkel veränderlich, sodass bei rotierender Ausgleichswelle 5 eine Auslenkung der Sekundär- masse aus der gezeigten Grundstellung gegen die Zentripedalkraft erfolgt.

In der Ausführungsform der Fig. 3 und Fig. 4 ist der Grundkörper des Ausgleichsgewichtes 19 ein getrennt gefertigter und in geeigneter Weise

mit der Ausgleichswelle 5 verbundener Gussteil. Die Verbindung könnte etwa nach dem Österreichischen Gebrauchsmuster 5.144 der Anmelderin ausgeführt sein. Das Ausgleichsgewicht 19 bildet auf der Seite der Un- wucht zwei Führungen 20,21 mit einem Freiraum dazwischen. Die Sekun- därmasse 11 besteht aus einem Sekundärmassenkörper 23 und beiderseits Zylinderflächen 24. Der Sekundärmassenkörper 23 ist ein relativ flacher Zylinder großen Durchmessers, der den Querschnitt des Freiraumes 22 in Anspruch nimmt ; die Zylinderflächen 24 mit kleineren Durchmessern sind koaxial mit dem Sekundärmassenkörper 23 angeordnet und rollen bzw. gleiten auf den Führungen 20, 21. Diese Führungen 20,21 bilden jeweils mit einem oberen Rand 25 eine Nut, in der die Zylinderflächen 24 geführt werden. Ihre Bewegung in diesen Nuten wird durch Anschläge 26 be- grenzt.

In der Variante der Fig. 5 tritt an die Stelle der Führungen 20,21 eine von einer Seite in das Ausgleichsgewicht 32 eingefräste Nut 27, in der die Zy- linderflächen 24 der Sekundärmasse 23 geführt sind. Der in dem Aus- gleichsgewicht 32 für die Aufnahme der Sekundärmasse 23 geschaffene Raum ist auf der Bearbeitungsseite durch einen eingepressten Deckel 29 abgeschlossen. Zur Schmierung erfolgt eine Ölzufuhr 30 aus der Aus- gleichswelle 5 durch geeignete Bohrungen zu den Führungen 21. Durch eine Abflussbohrung 31 kann das Öl abfließen, soferne es sich nicht einen anderen Weg ins Freie bahnt.

In der Ausführungeform der Fig. 6 und Fig. 7 besteht das Ausgleichs- gewicht 40 aus einem Blechmantel 42 mit an den axialen Seiten ange- schweissten Deckeln 44 und einer hier walzenförmigen Sekundärmasse 41. Der Blechmantel 42 ist so geformt, dass er die Ausgleichswelle 5 auf einem Teil ihres Umfanges umfasst, dort mit ihr durch eine Schweissung

43 verbunden ist, und sein sich von der Welle entfernender Teil einen Raum bildet, dessen Innenkontur wieder die Führung und einen mit Öl gefüllten Raum 45 bildet. Die Ölfüllung dient hier der Schmierung und Dämpfung.

Die Variante der Fig. 8 unterscheidet sich von der vorhergehenden da- durch, dass der Raum 55 im Ausgleichsgewicht 50 mehrere Sekundär- massen enthält, und zwar einen ersten Sekundärkörper 51 und mehrere kleinere Sekundärkörper 52. Auf diese Weise kann ohne Vergrößerung des erforderlichen lichten Radius der Schwerpunkt der Sekundärmassen weiter nach außen verlegt werden. Die Sekundärmassen könnten auch Kugeln 51*, 52* sein.

In der Variante der Fig. 9 und Fig. 10 ist das Ausgleichsgewicht 60 wie- der ein Gusskörper, in dem ein sichelförmiger Raum 65 gebildet ist. Des- sen der Drehachse abgewandte Begrenzungsfläche 64 dient als Führung für eine Sekundärmasse 61, die hier einfach als Walze ausgebildet ist. Da der Raum 65 in radialer Richtung nicht wesentlich höher als der Durch- messer der Sekundärmasse 61 ist, wirkt die Ölfüllung in dem Raum 65 in hohem Maße dämpfend, weil das Öl ja durch den zwischen der Sekun- därmasse 61 und der Wand des Raumes 65 gebildeten Spalt hin- durchgepresst werden muss. Schließlich ist der Raum 65 noch mit einem angeschweissten Deckel 63 oder einem Stopfen versehen. Das Innere des Ausgleichsgewichtes ist somit hermetisch abgeschlossen.

Insgesamt ist bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen das Ausgleichs- gewicht im Extremfall zu einer Führung oder zu einem Gehäuse degene- riert, in dem sich die Sekundärmasse bewegt, die die eigentliche Aus- gleichsmasse ist. Durch geeignete Wahl der Form der Führungen der Mas- 5 sen und Maße sowie der Eigenschaften der Ölfüllung lässt sich das ganze Ausgleichswellensystem einem gegebenen Motor in sehr weiten Grenzen nahezu vollständig anpassen.