DE10042041A1 - Kettentrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen Wellen - Google Patents
Kettentrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen WellenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kettenantrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen Wellen (11, 12), insbesondere von zwei obenliegenden Nockenwellen an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei dem eine Antriebskette (2) vorgesehen ist, die über einen Antrieb (1) und über Kettenräder (3, 4) an den Wellen (11, 12) geführt ist und daß an jeder Welle (11, 12) wenigstens ein Kettenrad (3, 4) angeordnet ist, wobei die Kettenräder (3, 4) zueinander axial versetzt und sich überdeckend angeordnet sind und jeweils dem Kettenrad (3.2, 4.2) an der einen Welle (11, 12) an der anderen Welle (11, 12) wenigstens ein Stützrad (13, 14) zugeordnet ist, über das ein Randbereich (15) des an dieser Welle (11, 12) nicht mit einem Kettenrad (3.2, 4.2) im Eingriff befindlichen Kettenteils (2.3, 2.4) geführt und abgestützt ist.
Description
Bei Antrieben mit zwei parallelen Wellen, die über eine An
triebsrollenkette und entsprechende Kettenräder angetrieben
werden, beispielsweise beim Antrieb von zwei obenliegenden
Nockenwellen an einer Kolbenbrennkraftmaschine, stellt sich
häufig die Problematik, daß aufgrund des vom übertragenden
Drehmoment oder den Laufbedingungen der Antriebswellenkette
bedingten Kopfkreisdurchmessers der Kettenräder die beiden
Wellen relativ weit auseinander positioniert werden müssen.
Bei einem Nockenwellenantrieb an einer Kolbenbrennkraftma
schine kann dies dazu führen, daß die Lage der Nockenwellen
zur Lage der Gaswechselventile nicht immer optimal wählbar
ist. Die Anordnung eines Zahnradtriebes zwischen den beiden
Wellen ist kostspielig und die Anordnung eines Kettenquer
triebes führt wegen des notwendigen Kopfkreisdurchmessers
nicht zu dem gewünschten engen Abstand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels Kettentrieb
die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.
Dies geschieht erfindungsgemäß mit einem Kettentrieb zum An
trieb von zwei engstehenden parallelen Wellen, insbesondere
von zwei obenliegenden Nockenwellen an einer Kolbenbrenn
kraftmaschine, bei dem eine Antriebskette vorgesehen ist, die
über einen Antrieb und über Kettenräder an den Wellen geführt
ist und an jeder Welle wenigstens ein Kettenrad angeordnet
ist, wobei die Kettenräder zueinander axial versetzt und sich
überdeckend angeordnet sind und jeweils dem Kettenrad an der
einen Welle an der anderen Welle wenigstens ein Stützrad zu
geordnet ist, über das ein Randbereich des an dieser Welle
nicht mit einem Kettenrad im Eingriff befindlichen Ketten
teils geführt und abgestützt ist.
Durch die versetzte und sich überdeckende Anordnung der Ket
tenräder an den beiden Wellen läßt sich ein Wellenabstand
darstellen, der kleiner ist als der vorgesehene Durchmesser
der Kettenräder. Jede der beiden Wellen wird gemeinsam über
eine Kette angetrieben, wobei der Randbereich des jeweils
nicht über ein Kettenrad geführten Kettenteils über ein
Stützrad geführt werden. Die Reibungsverluste entsprechen ei
nem normalen Kettentrieb. Das Stützrad kann hierbei an seinem
Außenumfang kreisförmig ausgebildet sein. Zweckmäßig ist es
jedoch, wenn das Stützrad an seinem Außenumfang eine Polygon
form aufweist, die im wesentlichen der Kontur des anliegenden
Bereichs der Kette entspricht. Bei einer Ausführungsform mit
einer mehrreihigen Antriebskette (Rollen- oder Hülsenkette)
liegen die Kettenlaschen auf dem Stützrad. Bei einer Ausfüh
rungsform mit einer Zahnkette liegt der Rand der Zahnkette
auf dem Stützrad auf, so daß die Kontur des Stützrades ent
sprechend als Zahnrad geformt sein kann.
Die erfindungsgemäße Ausführung bei Verwendung einer zwei-
oder mehrreihigen Antriebskette ist durch die Merkmale des
Anspruchs 2 gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Ausführung bei Verwendung einer Zahnket
te ist durch die Merkmale des Anspruchs 3 sowie der Ansprüche
4 und 5 gekennzeichnet.
Zur Verminderung der Geräuschentwicklung ist es zweckmäßig,
wenn auf den die beiden Kettenräder verbindenden Kettentrum
ein vorzugsweise ortsfest angeordnetes Gleitstück einwirkt,
das eine vorzugsweise geringe Auslenkung verursacht und so
Schwingungen des Kettentrums und damit ein "Schlagen" der
Kettenglieder bei Einlauf in das Kettenrad vermindert. Den
hierdurch entstehenden geringen Erhöhungen der Reibungsverlu
ste steht eine Reduzierung der Geräuschentwicklung gegenüber.
Die Höhe der Reibungsverluste hängt auch davon ab, wie stark
der Kettentrum durch das Gleitstück gespannt wird.
Die Erfindung ist nicht auf Antriebsketten, insbesondere An
triebs-Rollen- oder Antriebs-Hülsenketten oder Zahnketten be
schränkt. Neben einer "Antriebskette" im Wortsinne wird auch
ein Zahnriemen und entsprechend eine Zahnriemenscheibe von
den Begriffen "Antriebskette" und "Kettenrad" umfaßt. Dement
sprechend umfaßt der Begriff "Kettentrieb" im Sinne der Er
findung auch einen Zahnriementrieb.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines
Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen herkömmlichen Nockenwellenantrieb
mit einer Steuerkette,
Fig. 2 einen Nockenwellenantrieb mit Ketten
quertrieb,
Fig. 3 einen Nockenwellenantrieb mit Zahnrad
getriebe,
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Nockenwellen
antrieb mit Rollenkette,
Fig. 5 eine Aufsicht auf den Antrieb gemäß
Fig. 4,
Fig. 6 eine Aufsicht entsprechend Fig. 5
mit dreireihiger Steuerkette,
Fig. 7 einen Nockenwellenantrieb mit Zahnkette,
Fig. 8 eine Aufsicht gem. Fig. 4 für eine
Ausführungsform mit Zahnkette,
Fig. 9 und 10 Abwandlungen zur Ausführungsform gem.
Fig. 8,
Fig. 11 eine Ausführungsform gemäß Fig. 4 mit
auslenkendem Gleitstück.
Bei einem herkömmlichen Nockenwellenantrieb gem. Fig. 1 wird
die Kurbelwellendrehzahl über ein Kettenrad 1 als Antrieb ab
genommen und mit Hilfe einer Antriebskette 2 in Form einer
Rollen- oder Hülsenkette auf zwei Kettenräder 3, 4 übertra
gen, die entsprechend dem vorgesehenen Übersetzungsverhältnis
nKurbelwelle : nNockenwelle von 2 : 1 entsprechend den doppelten
Durchmesser des Antriebskettenrades 1 aufweisen. Der Durch
messer der beiden Abtriebskettenräder 3 und 4, die jeweils
mit einer hier nicht näher dargestellten Nockenwelle verbun
den sind, bestimmt den kleinstmöglichen Abstand a zwischen
den beiden Nockenwellen.
Um den Abstand zwischen den beiden Nockenwellen verringern zu
können, hat man mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs
form die Drehung des Kettenrades 1 über eine erste Antriebs
kette 2.1 und das die Übersetzung bestimmende Kettenrad 3,
das mit einer der Nockenwellen in Drehverbindung steht, sowie
mit Hilfe eines Kettenquertriebes 5 auf die anderen Nocken
welle übertragen. So ist mit dem Kettenrad 3 ein Kettenrad 6
verbunden, das mit einem Kettenrad 7 an der anderen Nocken
welle über eine weitere Antriebskette 2.2 verbunden ist. Die
se Antriebsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß zum einen
zwei getrennte Steuerketten vorgesehen werden müssen, die je
weils über eigene Kettenspanner geführt werden müssen. Hier
durch ergibt sich eine erhöhte Reibung sowie eine erhöhte Ge
räuschentwicklung.
Alternativ hierzu ist die in Fig. 3 dargestellte Lösung ge
wählt worden, bei der wiederum über das Kettenrad 1 und eine
erste Antriebskette 2.1 ein Kettenrad 3 angetrieben wird, das
mit einer Nockenwelle in Verbindung steht. Dem Kettenrad 3
ist ein Zahnrad 9 zugeordnet, das mit einem entsprechenden
Zahnrad 10 an der anderen Nockenwelle in Verbindung steht und
für den Quertrieb ein Zahnradgetriebe bildet. Mit dieser Lösung
ist zwar eine Verminderung des Abstandes der beiden Noc
kenwellen möglich, aber ein erhöhter Fertigungs- und Monta
geaufwand verbunden.
Die Erfindung geht von dem Antrieb gemäß Fig. 1 aus. Wie aus
Fig. 4 ersichtlich, ist auch hier der Antrieb von dem mit der
Kurbelwelle verbundenen Kettenrad 1 abgenommen und über eine
zentrale Antriebskette 2 auf eine erste Kettenradanordnung
3.1 und eine zweite Kettenradanordnung 4.1 übertragen. Bei
diesem System ist wiederum nur eine Antriebskette vorgesehen,
die über beiden Kettenradanordnungen 3.1 und 4.1 geführt ist.
Wie aus der Stirnansicht gem. Fig. 4, insbesondere aber aus
der Aufsicht gem. Fig. 5 ersichtlich, sind die beiden Ketten
radanordnungen 3.1 und 4.1 so angeordnet, daß sie sich über
decken, so daß beide Nockenwellen in einem engeren Abstand b
zueinander angeordnet werden können.
Um dies zu erreichen sind, wie die Aufsicht gem. Fig. 5
zeigt, für die beiden Kettenradanordnungen jeweils ein Ket
tenrad 3.2 und ein Kettenrad 4.2 vorgesehen, die jeweils mit
der zugehörigen Welle 11 und 12 fest verbunden sind. Die bei
den Kettenräder 3.2 und 4.2 sind, wie erwähnt, überdeckend
und damit auch axial versetzt zueinander angeordnet, wie aus
Fig. 5 ersichtlich. Die Antriebskette 2 wird durch eine zwei
reihige Rollen- oder Hülsenkette gebildet. Der Abstand der
beiden Kettenspuren 2.3 und 2.4 zueinander bestimmt auch den
axialen Abstand der beiden Kettenräder 3.2 und 4.2 zueinan
der.
Jedem der beiden Kettenräder 3.2 und 4.2 der Kettenanordnun
gen 3.1 und 4.1 ist ein Stützrad 13 und 14 zugeordnet. Die
Steuerräder 13 und 14 sind wiederum axial versetzt und so zu
einander angeordnet, daß sie jeweils die Außenlaschen 15 der
Kettenspur führen, die an der betreffenden Kettenradanordnung
3.1 bzw. 4.1 nicht mit einem Kettenrad im Eingriff befindlich
sind. Die beiden Stützräder 13 und 14 sind auf ihrer Umfangsfläche
als Polygon ausgebildet und zweckmäßigerweise so ge
formt, daß sie der durch die anliegenden Außenlaschen defi
nierten Kontur entspricht.
Das zugeordnete Antriebskettenrad 1 ist als Doppelkettenrad
ausgebildet, so daß die beiden Kettenspuren 2.3 und 2.4 vom
Antriebskettenrad 1 angetrieben werden und dementsprechend
jede der beiden Kettenspuren jeweils ein Kettenrad antreibt,
also die Kettenspur 2.3 das Kettenrad 3.2 und die Kettenspur
2.4 das Kettenrad 4.2. Da die Antriebskette 2 über einen Ket
tenspanner gestrafft wird, trägt die polygonale Struktur der
Umfangsfläche der beiden Stützräder 13 und 14 in Verbindung
mit der entsprechenden Kontur der anliegenden Außenlaschen 15
jeweils zu einem geringen Teil ebenfalls zur Übertragung des
Drehmomentes auf die zugeordnete Welle 11 bzw. 12 bei.
Aus Fig. 5 ist ohne weiteres abzuleiten, daß dieses Prinzip
auch mit einer dreireihigen Antriebskette verwirklicht werden
kann. Bei Verwendung einer dreireihigen Antriebskette wird
entsprechend Fig. 6 an einer der Wellen, beispielsweise der
welle 11, nur ein Kettenrad 3.2 angeordnet, dem zu beiden
Seiten ein entsprechendes Stützrad 13.1 und 13.2 zugeordnet
ist. Über das Kettenrad 3.2 wird dann die mittlere Kettenspur
2.5 geführt.
Der anderen Welle, beispielsweise der Welle 12, sind dann
zwei Kettenräder 9.3 und 9.4 zugeordnet, deren axialer Ab
stand so bemessen ist, daß die beiden äußeren Kettenspuren
2.6 und 2.7 der Antriebskette über diese Kettenräder 4.3 und
4.4 geführt werden können. Auf die Anordnung eines Stützrades
zwischen diesen beiden parallelen Kettenrädern 4.3 und 4.4
kann dann verzichtet werden.
Mit dieser Anordnung sind den beiden Kettenrädern 4.3 und 4.4
an der einen Welle 12 zwei Stützräder 13.1 und 13.2 an der
anderen Welle 11 zugeordnet, die jeweils die Außenlaschen der
an dieser Welle 11 nicht mit dem mittleren Kettenrad 3.2 im
Eingriff befindlichen Kettenspuren 2.6 und 2.7 geführt und
abgestützt. Während bei der Ausführungsform gem. Fig. 5 mit
einer zweireihigen Antriebskette die beiden Kettenspuren ei
nem gewissen Kippmoment unterworfen sind, ist die zuletzt be
schriebene Ausführungsform mit einer dreireihigen Antriebs
kette in sich momentenfrei.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ver
wendung von Antriebsketten beschränkt. Insbesondere die An
ordnung gem. Fig. 6 ist auch zur Verwendung von Zehnriemen
geeignet. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Zahnriemen mit
quer zur Laufrichtung angeordneten Verstärkungselementen ver
sehen sind, um eine Durchbiegung im Bereich zwischen den bei
den Kettenrädern 4.3 und 4.4 entsprechenden Zahnriemenschei
ben zu verhindern oder zu vermindern.
In Fig. 7 ist in größerem Maßstab in einer Stirnansicht ein
Nockenwellenantrieb entsprechend der Ausführungsform gem.
Fig. 4 mit einer Zahnkette 2.11 als Antriebskette darge
stellt, die über zwei Kettenräder 3.11 und 4.11 geführt ist,
die mit den Wellen 11 und 12 drehfest verbunden sind.
Die beiden Kettenräder 3.11 und 4.11 überdecken sich, wie in
Fig. 4 schematisch dargestellt, so daß die beiden anzutrei
benden Wellen 11 und 12 in entsprechend geringem Abstand b
zueinander angeordnet sein können.
Um nun die Zahnkette 2.11 zuverlässig und möglichst kippfrei
abstützen zu können, sind wiederum Kombinationen von Zahnrad
und Stützrad möglich. Der Vorteil besteht jedoch bei der Ver
wendung einer Zahnkette 2.11 als Antriebskette darin, daß -
diese nach Art einer Flyer-Kette aus einer Vielzahl versetzt
und überlappend durch Bolzen miteinander verbundener Laschen
gebildet wird, die auf einer Laufseite als Zähne geformt
sind, so daß die Kette insgesamt eine durchlaufende Verzah
nung bildet. Die Laschen liegen in Gleit- oder Wälzgelenken
auf den Bolzen. Durch die dichte Anordnung der Laschen nebeneinander
ist die Zahnkette außer in ihrer auslenkrichtung in
sich relativ steif. Dementsprechend kann die Zuordnung der
Kettenräder und der Stützräder zueinander ziemlich frei ge
wählt werden, wobei hier der Vorteil besteht, daß die Stütz
räder in ihrer Konturierung auf dem Außenumfang sowie in ih
rem Durchmesser die Stützräder als Kettenräder ausgebildet
sein können.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei der ein breites Kettenrad
3.11 von zwei jeweils halb so breiten Kettenrad und Stützrad
bildenden Kettenrädern 4.11 auf beiden Seiten überdeckt ist.
Die Gesamtbreite der das Kettenrad 3.11 übergreifenden schma
len Kettenräder 4.11 entspricht der Breite der eingesetzten
hier nur angedeuteten Antriebskette 2.11, wobei die jeweils
tragende Breite des Kettenrades 3.11 und der beiden Kettenrä
der 4.11 zusammen der geforderten Breite zur Übertragung des
gewünschten Drehmomentes genügen muß.
Fig. 9 zeigt eine abgewandelte Anordnung, bei der sowohl der
Welle 11 als auch der Welle 12 jeweils ein breites Kettenrad
3.12 und ein schmales Kettenrad 3.13 einerseits und der Welle
12.1 ein breites Kettenrad 4.12 und ein schmales Kettenrad
4.13 angeordnet ist, die sich in der dargestellten Weise
überlappen, so daß die gesamte Breite im Überdeckungsbereich
wiederum der Breite der Zahnkette entspricht, andererseits
aber die Kettenräder beider Wellen in ihrer tragenden Breite
wiederum gleich breit sind, so daß das geforderte Drehmoment
übertragen werden kann.
Fig. 10 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß 9, bei der
jeweils auf jeder Welle zwei gleich breite Kettenräder 3.12,
3.13 bzw. 4.12, 4.13 angeordnet sind.
Ein weiterer Vorteil der Zahnketten besteht darin, daß je
weils bei jedem zweiten Laschenpaket jeweils zwei mit Abstand
zueinander angeordnete Laschen ohne Zahnprofil ausgebildet
sind, so daß diese Laschen im Umschlingungsbereich die Antriebskette
jeweils zu beiden Seiten der Zähne in axialer
Richtung führen. Bei der Anordnung gem. Fig. 8 entspräche der
Querabstand dieser beiden Führungslaschen der Breite des Ket
tenrades 3.11, so daß im Umschligungsbereich die Verzahnung
des Kettenrades 3.11 auf beiden Seiten überdeckt wäre und so
die Antriebskette in axialer Richtung auf diesem Kettenrad
3.11 geführt würde. An den beiden parallelen Kettenrädern
4.11 würde die axiale Führung der Antriebskette jeweils von
den einander zugekehrten Seiten der Verzahnung dieses Ketten
rades erfolgen, so daß die Antriebskette auch an diesem Ket
tenrad in ihrer Spur gehalten wird.
Bei den Anordnungen gem. Fig. 9 und 10 muß die Kette hin
sichtlich der Anordnung ihrer Führungslaschen entsprechend
gestaltet werden.
In Fig. 11 ist eine Abwandlung der in Fig. 4 dargestellten
Grundanordnung wiedergegeben. Hierbei ist zur Verminderung
der Geräuschentwicklung ein Gleitstück 17 vorgesehen, das an
dem die beiden Kettenräder 3.1 und 4.1 verbindenden Ketten
trum 16 anliegt. Durch das Gleitstück 17, das starr oder auch
federnd gelagert sein kann, wird der Kettentrum 16 geringfü
gig ausgelenkt, so daß die Einlaufbedingungen der Kette auf
das Kettenrad 4, bei einer Laufrichtung in Richtung des Pfei
les 18, verbessert werden. Zugleich werden Schwingungen des
Kettentrums in der Artikulationsebene unterbunden. Hierdurch
werden die Reibungsverluste nur geringfügig erhöht, da selbst
bei hoher Zugkraft in der Kette die für eine Auslenkung not
wendige Normalkraft, die auch die Größe der Reibungskraft be
stimmt, sehr gering ist. Diese Anordnung kann für alle Formen
von Antriebsketten verwendet werden.
Je nach den gegebenen Raumverhältnissen kann das Gleitstück
17 bei Rollen- oder Hülsenketten auch zwischen den Kettenrä
dern angeordnet sein und den Kettentrum 16 in entgegengesetz
ter Richtung auslenken.
Claims (6)
1. Kettentrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen
Wellen (11, 12), insbesondere von zwei obenliegenden Nocken
wellen an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei dem eine An
triebskette (2) vorgesehen ist, die über einen Antrieb (1)
und über Kettenräder (3, 4) an den Wellen (11, 12) geführt
ist und daß an jeder Welle (11, 12) wenigstens ein Kettenrad
(3, 4) angeordnet ist, wobei die Kettenräder (3, 4) zueinan
der axial versetzt und sich überdeckend angeordnet sind und
jeweils dem Kettenrad (3.2, 4.2) an der einen Welle (11, 12)
an der anderen Welle (11, 12) wenigstens ein Stützrad (13,
14) zugeordnet ist, über das ein Randbereich (15) des an die
ser Welle (11, 12) nicht mit einem Kettenrad (3.2, 4.2) im
Eingriff befindlichen Kettenteils (2.3, 2.4) geführt und ab
gestützt ist.
2. Kettentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine wenigstens zweireihige Antriebskette (2) vorgesehen ist,
die über den Antrieb (1) und über die Kettenräder (3, 4) an
den Wellen (11, 12) geführt ist, daß die an jeder Welle (11,
12) angeordneten, sich überdeckenden Kettenräder (3, 4) etwa
um den Abstand der Kettenspuren zueinander axial versetzt
sind und daß das jeweilige Stützrad (13, 14) die Außenlaschen
(15) der an dieser Welle (11, 12) nicht mit einem Kettenrad
(3.2, 4.2) im Eingriff befindlichen Kettenspur (2.3, 2.4)
führt und abstützt.
3. Kettentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Antriebskette eine Zahnkette (2.1) vorgesehen ist, die
über den Antrieb und über die mit Abstand zueinander axial
versetzt und sich überdeckenden Kettenräder (3, 4) an den
Wellen (11, 12) geführt ist, und daß das jeweils dem Ketten
rad (3.11, 4.11) an der einen Welle (11, 12) an der anderen
Welle (11, 12) zugeordnete, den Randbereich der Zahnkette an
dieser Welle abstützende Stützrad ebenfalls als Kettenrad
(13.1, 14.1) ausgebildet ist.
4. Kettentrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gesamtbreite der Kettenräder (3, 4) mit zugeordneten
Stützrädern im Überdeckungsbereich der Breite der Zahnkette
(2.11) entspricht.
5. Kettentrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich
net, daß jeweils die tragende Gesamtbreite von Kettenrad und
Stützrad an der einen Welle der tragenden Gesamtbreite an der
anderen Welle entspricht.
6. Kettentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß dem die beiden Kettenräder (3, 4) verbin
denden Kettentrum (16) ein auslenkendes Gleitstück (17) zuge
ordnet ist.
Priority Applications (7)
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- 2000-08-26 DE DE10042041A patent/DE10042041A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |