DE102004008171A1

DE102004008171A1 - Stirnradtrieb

Info

Publication number: DE102004008171A1
Application number: DE200410008171
Authority: DE
Inventors: Matthias Schwab
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stirnradtrieb mit zumindest zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, insbesondere einen Nockenwellentrieb für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Zahnrad zweiteilig mit einem Festzahnrad und einem durch eine Feder relativ zum Festzahnrad in Umfangsrichtung vorgespannten Spielausgleichs-Zahnrad ausgeführt ist, wobei zur Erzielung einer fertigungstechnisch günstigen und montageleichten Konstruktion die Feder durch zumindest ein in Umfangsrichtung wirkendes Federelement gebildet ist, welches einerseits unmittelbar am Festzahnrad und andererseits unmittelbar oder mittelbar am Spielausgleichs-Zahnrad jeweils in Umfangsrichtung abstützbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stirnradtrieb, insbesondere einen Nockenwellentrieb für Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei einem bekannten, gattungsgemäßen Stirnradtrieb bzw. Nockenwellentrieb mit zwei Zahnrädern zum Antrieb von einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zur anderen Nockenwelle sind an dem auf der antreibenden Nockenwelle sitzenden Festzahnrad drei axial vorragende Rampen angeformt, die mit komplementären Vertiefungen in dem benachbarten, schmäleren Spielausgleichs-Zahnrad zusammenwirken. Das Spielausgleichs-Zahnrad ist von einer axial wirkenden Tellerfeder belastet, die über die besagten Rampen eine Drehverspannung zum Festzahnrad erzeugt. Damit kann eine in Umfangsrichtung wirkende Spielfreiheit gegenüber dem mit dem Festzahnrad und dem Spielausgleichs-Zahnrad kämmenden angetriebenen Zahnrad des Stirnradtriebes hergestellt werden, verbunden mit einer größeren Laufruhe des Zahnradtriebes.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stirnradtrieb der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, der herstellungstechnisch einfacher und montagegünstiger ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung geben die weiteren Patentansprüche an.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Feder durch zumindest ein in Umfangsrichtung wirkendes Federelement gebildet ist, welches einerseits unmittelbar oder mittelbar am Festzahnrad und andererseits unmittelbar oder mittelbar am Spielausgleichs-Zahnrad jeweils in Umfangsrichtung abstützbar ist. Daraus resultiert eine besonders einfache und herstellungstechnisch günstige Gestaltung des Festzahnrades, des Spielausgleichs-Zahnrades sowie des Federelementes, wobei die Federwirkung zur Erzielung der Spielfreiheit unmittelbar anliegt.

Besonders kostengünstig kann das Federelement zumindest ein im wesentlichen linear ausgerichteter Federdraht und oder eine Blattfeder sein, obwohl auch der Einsatz ggf. eine gebogene Formgebung (z.B. spiralförmig) für spezifische Anwendungsfälle möglich ist.

Dabei kann das wenigstens eine Federelement in einer konkreten Ausführungsform in seinem Mittenbereich unmittelbar oder mittelbar am Festzahnrad befestigt sein und unmittelbar an wenigstens einem Anschlag des Spielausgleichs-Zahnrades anliegen. Daraus resultiert eine besonders einfache und herstellungstechnisch günstige Gestaltung insbesondere des Federelementes, das funktionssicher mit dem Mittenbereich befestigt werden kann.

Dabei kann in einfacher Weise das Federelement an seinen radial äußeren Endbereichen an stiftförmigen Anschlägen des Spielausgleichs-Zahnrades anliegen. Die stiftförmigen Anschläge können ferner in entsprechende Bohrungen des Spielausgleichs-Zahnrades eingepresst sein. Dies ergibt eine fertigungstechnisch vorteilhafte Gestaltung des Stirnradtriebes nur aus rotationssymmetrischen Einzelteilen, die problemlos montierbar sind.

Das Federelement kann des weiteren in einer Querbohrung eines das Spielausgleichs-Zahnrad drehbar aufnehmenden Lagerelementes gehalten sein; das Lagerelement kann entweder ein Nabenabschnitt am Festzahnrad oder bevorzugt unmittelbar die das Festzahnrad und das Spielausgleichs-Zahnrad aufnehmende Welle bzw. Nockenwelle sein.

In einer nächsten Ausgestaltung kann das wenigstens eine Federelement an den Endbereichen unmittelbar oder mittelbar am Spielausgleichs-Zahnrad gehalten sein und mit dem zwischen den Endbereichen angeordneten Mittenbereich unmittelbar an wenigstens einem unmittelbar oder mittelbar mit dem Festzahnrad verbundenen Anschlag anliegen. Dabei können entsprechende am Spielausgleichs-Zahnrad ausgebildete Aufnahmen vorgesehen sein, an denen beispielsweise ein erster Endbereich des Federelements befestigt ist und an denen ein zweiter Endbereich für eine Abstützung im gespannten Zustand des Federelements anliegt.

Der unmittelbar oder mittelbar mit dem Festzahnrad verbundene Anschlag kann dabei an einem das Spielausgleichs-Zahnrad drehbar aufnehmenden Lagerelement angeordnet sein. Dadurch ist ein insgesamt kompakter Aufbau des Stirnradtriebes möglich. Bevorzugt ist dabei das Lagerelement eine das Festzahnrad und das Spielausgleichs-Zahnrad aufnehmende Welle bzw. Nockenwelle.

Für eine optimale Hebelwirkung zum Spannen des Federelements kann der Anschlag exzentrisch auf der Welle angeordnet sein. Zudem kann an einer Stirnseite der Welle ein Bund ausgebildet sein, mittels dem das Spielausgleichs-Zahnrad und das wenigstens eine Federelement auf der Welle gehalten sind. Dadurch können etwaige zusätzliche Befestigungsmittel beispielsweise für das Spielausgleichs-Zahnrad vorteilhaft entfallen.

Für einen rotationssymmetrisch günstigen Aufbau können zwei Federelemente vorgesehen sein, die zur Drehachse der Welle punktsymmetrisch angeordnet sind.

Schließlich kann zwischen dem Spielausgleichs-Zahnrad und dem Federelement eine in Umfangsrichtung wirkende Dämpfungsscheibe eingebaut sein. Damit kann in einfacher Weise ein möglicher Verschleiß zwischen dem Spielausgleichs-Zahnrad und dem Federelement ausgeschlossen und insbesondere die Laufruhe des Stirnradtriebes weiter verbessert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 eine Draufsicht auf einen Stirnradtrieb in einer ersten Ausführungsform mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, wobei das antreibende Zahnrad ein Festzahnrad und ein in Umfangsrichtung federnd vorgespanntes Spielausgleichszahnrad aufweist;
2 einen Schnitt gemäß Linie II – II der 1 durch das Festzahnrad und das Spielausgleichs-Zahnrads,
3 eine Draufsicht auf einen Stirnradtrieb in einer zweiten Ausführungsform mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, wobei das antreibende Zahnrad ein Festzahnrad und ein in Umfangsrichtung federnd vorgespanntes Spielausgleichszahnrad aufweist; und
4 einen Schnitt gemäß Linie I – I der 3 durch das Festzahnrad und das Spielausgleichs-Zahnrad.
In der 1 ist ein Stirnradtrieb bzw. Nockenwellentrieb in einer ersten Ausführungsform dargestellt und mit 10 bezeichnet, der ein Antriebsmoment von einer ersten Nockenwelle 12 auf eine weitere, parallel dazu angeordnete Nockenwelle 14 einer nicht dargestellten Viertakt – Brennkraftmaschine überträgt. Die erste Nockenwelle 12 kann in nicht dargestellter Weise über einen Kettentrieb angetrieben sein; ferner sind die drehbar in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwellen 12, 14 bekannter Bauart.
Der Stirnradtrieb 10 weist ein erstes antreibendes Antriebselement bestehend aus einem Festzahnrad 16 und einem schmäleren Spielausgleichs-Zahnrad 18 auf der Nockenwelle 12 auf (vgl. auch 2), die mit einem weiteren Zahnrad 20 auf der Nockenwelle 14 kämmen. Das Zahnrad 20 entspricht in seiner Breite der Breite des Festzahnrades 16 und des Spielausgleichs-Zahnrades 18 und ist fest mit der Nockenwelle 14 verbunden. Die besagten Zahnräder können schrägverzahnt oder geradverzahnt in einer herkömmlichen Evolventenverzahnung ausgeführt sein.
Das Festzahnrad 16 ist mit der Nockenwelle 12 drehfest verbunden, z.B. über eine Nut- und Federverbindung 22, 24.
Hingegen ist das Spielausgleichs-Zahnrad 18 auf einem rotationssymmetrischen Abschnitt 12a der Nockenwelle 12 als Lagerelement drehbar gelagert.
Als Mitnehmerelement für das Spielausgleichs-Zahnrad 18 dient ein Federelement bzw, linear ausgeführter Federdraht 26 (Runddraht) aus Stahl, der in eine Querbohrung 28 der Nockenwelle 12 in seinem Mittenbereich mit Presssitz gehalten ist und dessen radial abragende Enden beiderseits an stiftförmigen Anschlägen 30 in Umfangsrichtung angreifen.
Die stiftförmigen Anschläge 30 sind in diametral gegenüber liegende Bohrungen 32 (vgl. 2) ebenfalls mit Presssitz eingesetzt und ragen zum Zusammenwirken mit dem Federdraht 26 axial über das scheibenförmige Spielausgleichs-Zahnrad 18 hinaus.
Ferner ist zwischen dem Federdraht 28 und dem benachbarten Spielausgleichs-Zahnrad 18 eine Dämpfungsscheibe 34 eingelegt, die mit definierter Dämpfungswirkung an der Stirnseite des Spielausgleichs-Zahnrad 18 anliegt; die Dämpfungsscheibe 34 kann ggf. auch eine federnde Wellscheibe oder eine ballig ausgeführte Federscheibe sein.
Das Festzahnrad 16 und das Spielausgleichs-Zahnrad 18 sind wie das angetriebene Zahnrad 20 mit dem gleichen Verzahnungsprofil gefertigt. Jedoch sind die Zuordnung der Verzahnung des Festzahnrades 16 zur Verzahnung des Spielausgleichs-Zahnrades 18 in der Montagestellung so zueinander versetzt, dass bei übereinstimmendem Zahnprofil der an den Anschlägen 30 anliegende Federdraht 26 in der Antriebsrichtung (Pfeil 36) verformt wird und somit ein inneres Rückstellmoment auf das Spielausgleichs-Zahnrad 18 ausübt.
Dieses Rückstellmoment bzw. diese federnde Vorspannung des Spielausgleichs-Zahnrad 18 gegenüber dem Festzahnrad 16 bewirkt, dass sich bei einem Zahnspiel in der besagten Verzahnung des Stirnradtriebes 10 die jeweils rückwärtige Zahnflanke des in Eingriff befindlichen Zahnes des Spielausgleichs-Zahnrades 18 an der korrespondierenden Zahnflanke des angetriebenen Zahnrades 20 anlegt und somit Zahnspiel eliminiert.
Insbesondere bei Nockenwellenantrieben 10 mit den an den Nockenwellen 12, 14 aufgrund des Ventiltriebes auftretenden Wechselmomenten wird eine wesentliche Verbesserung der Laufruhe des Stirnradtriebes 10 erzielt und Verschleiß vermindert.
Anstelle des fertigungstechnisch besonders einfachen, linearen Federdrahtes 26 kann auch eine Blattfeder oder ein in der Formgebung komplizierteres Federelement verwendet sein. Die Anschläge 30 können ggf. unmittelbar an das Spielausgleichs-Zahnrad 18 angeformt sein.
Ferner könnte das Spielausgleichs-Zahnrad 18 nicht unmittelbar auf der Nockenwelle 12, sondern auf einem axial vorstehenden Nabenabschnitt des Festzahnrades 16 drehbar gelagert sein. Dann könnten das Spielausgleichs-Zahnrad 18, das Festzahnrad 16 und das Federelement 26 als eine Montageeinheit auf die Nockenwelle 12 (oder auf die Nockenwelle 14) aufgesetzt sein. Des weiteren könnte das Federelement 26 auch mehrteilig sein, z.B. dann, wenn die Querbohrung 28 in der Nockenwelle 12 oder in dem besagten Nabenabschnitt des Festzahnrades 16 nicht durchgehend hergestellt werden kann.
In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform eines Stirnradtriebes 10' schematisch dargestellt, wobei der grundsätzliche Aufbau dem des Stirnradtriebes 10 von 1 und 2 entspricht, so dass für gleich Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
Im Gegensatz zum Stirnradtrieb 10, bei dem das Federelement 26 in seinem Mittenbereich an der Welle 12 befestigt ist und sich die Endbereiche des Federelements an den Anschlägen 30 des Spielausgleichs-Zahnrad 18 abstützen, ist hier beim Stirnradtrieb 10' das Federelement 26' an Aufnahmen 38 und 38' am Spielausgleichs-Zahnrad 18 gehalten, wobei eine Abstützung an dem Anschlag 30', der exzentrisch an der Welle 12 angeordnet ist, stattfindet. Dabei ist das Federelement 26' an einem ersten Endbereich an der Aufnahme 38 befestigt, wobei ein zweiter Endbereich an der Aufnahme 38' für eine Abstützung anliegt.
Das Federelement 26' ist dabei bevorzugt als Blattfeder ausgeführt. Für einen rotationssymmetrisch günstigen Aufbau des Stirnradtriebes 10' sind zwei Federelemente 26' vorgesehen, die zur Drehachse der Welle 12 punktsymmetrisch angeordnet sind (vgl. 4). An der Stirnseite der Welle 12 ist ein Bund 40 ausgebildet, mittels dem das Spielausgleichs-Zahnrad 18 und das Federelement 26' auf der Welle 12 gehalten sind. Die Antriebsrichtung des Stirnradtriebes 10' ist mit einem Pfeil 42 in 3 eingezeichnet.

Claims

Stirnradtrieb mit zumindest zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, insbesondere Nockenwellentrieb für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Zahnrad zweiteilig mit einem Festzahnrad und einem durch eine Feder relativ zum Festzahnrad in Umfangsrichtung vorgespannten Spielausgleichs-Zahnrad ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder durch zumindest ein in Umfangsrichtung wirkendes Federelement (26; 26') gebildet ist, welches einerseits unmittelbar oder mittelbar am Festzahnrad (16) und andererseits unmittelbar oder mittelbar am Spielausgleichs-Zahnrad (18) jeweils in Umfangsrichtung abstützbar ist.
Stirnradtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Federelement zumindest ein im wesentlichen linear ausgerichteter Federdraht (26) und/oder eine Blattfeder (26') ist.
Stirnradtrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Federelement (26) in seinem Mittenbereich unmittelbar oder mittelbar am Festzahnrad (16) befestigt ist und unmittelbar an wenigstens einem Anschlag (30) des Spielausgleichs-Zahnrades (18) anliegt.
Stirnradtrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Federelement (26) an seinen radial äußeren Endbereichen an stiftförmigen Anschlägen (30) des Spielausgleichs-Zahnrades (18) anliegt.
Stirnradantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stiftförmigen Anschläge (30) in entsprechende Bohrungen (32) des Spielausgleichs-Zahnrades (18) eingepresst sind.
Stirnradtrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) in einer Querbohrung (28) eines das Spielausgleichs-Zahnrad (18) drehbar aufnehmenden Lagerelementes (12a) gehalten ist.
Stirnradtrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement eine das Festzahnrad (16) und das Spielausgleichs-Zahnrad (18) aufnehmende Welle (12) ist.
Stirnradtrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Federelement (26') an den Endbereichen unmittelbar oder mittelbar am Spielausgleichs-Zahnrad (18) gehalten ist und mit dem zwischen den Endbereichen angeordneten Mittenbereich unmittelbar an wenigstens einem unmittelbar oder mittelbar mit dem Festzahnrad (16) verbundenen Anschlag (30') anliegt.
Stirnradtrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anschlag (30') an einem das Spielausgleichs-Zahnrad (18) drehbar aufnehmenden Lagerelement (12a) angeordnet ist.
Stirnradtrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (12a) eine das Festzahnrad (16) und das Spielausgleichs-Zahnrad (18) aufnehmende Welle (12) ist.
Stirnradtrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anschlag (30') exzentrisch auf der Welle (12) angeordnet ist.
Stirnradtrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnseite der Welle (12) ein Bund (40) ausgebildet ist, mittels dem das Spielausgleichs-Zahnrad (18) und das wenigstens eine Federelement (26') auf der Welle (12) gehalten sind.
Stirnradtrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Federelemente (26') vorgesehen sind, die zur Drehachse der Welle (12) punktsymmetrisch angeordnet sind.
Stirnradtrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spielausgleichs-Zahnrad (18) und dem Federelement (26) eine in Umfangsrichtung wirkende Dämpfungsscheibe (34) eingebaut ist.