DE102004025936A1

DE102004025936A1 - Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004025936A1
Application number: DE102004025936A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Pflug (FH); Rainer BAUMÜLLER; Thomas Dipl.-Ing. Bertelshofer (FH); Peter Dipl.-Ing. Kelm; Tino Dipl.-Ing. Hänsel; Martin Dipl.-.Ing. Assel
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-12-22
Also published as: KR20070026527A; EP1749157A1; WO2005119090A1; US20070232426A1; BRPI0511595A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel (2), welches über Antriebs- und Abtriebsräder (3, 5, 6) der Kurbelwelle (4) und mindestens einer Nockenwelle (7, 8) der Brennkraftmaschine und/oder anzutreibender Nebenaggregate geführt ist. DOLLAR A Um eine zuverlässige Beruhigung des Triebs durch Eliminierung von Schwingungen und Resonanzen zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass zumindest eines der An- bzw. Abtriebsräder (3, 5, 6) oder ein Umlenkrad (9) unrund bzw. exzentrisch ausgebildet ist und/oder dass mindestens zwei Spannrollen (11, 13) vorgesehen sind, wobei eine dieser Spannrollen (13) mit einer Dämpfungseinrichtung (14) versehen ist oder beide Spannrollen (11, 13) durch eine Dämpfungseinrichtung (14) miteinander gekoppelt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel, welches über Antriebs- und Abtriebsräder der Kurbelwelle und mindestens einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine und/oder anzutreibender Nebenaggregate geführt ist.

Hintergrund der Erfindung

Insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren werden Riemenoder Kettentriebe verwendet, bei denen eine Kurbelwelle die Nockenwellen einer Brennkraftmaschine antreibt, welche die Einlass- bzw. Auslassventile des Motors öffnen und schließen. Darüber hinaus sind mit diesem oder einem gesonderten Riemen- oder Kettentrieb auch Nebenaggregate, wie beispielsweise eine Wasserpumpe, eine Lenkhilfspumpe, einen Klimakompressor und ein elektrischer Generator antreibbar.

Solche Riemen- oder Kettentriebe sind auf Grund von Drehmomentschwankungen bzw. Winkelgeschwindigkeits- und Drehzahländerungen während des Betriebes mechanischen Schwingungsanregungen unterworfen, die ihrerseits den Riemen- bzw. Kettentrieb belasten. Diese Schwingungen bzw. Anregungen führen in Resonanzbereichen unvorteilhaft zu hörbaren Geräuschen. Damit verbunden sind erhöhte Reibungskräfte, welche die Lebensdauer des Umschlingungstriebes sowie dessen Wirkungsgrad negativ beeinträchtigen. Darüber hinaus steigt die Fehleranfälligkeit an und der Fahrkomfort z.B. in einem Kraftfahrzeug nimmt ab.

Aus der DE 195 20 508 A1 ist ein Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, der ein antreibendes Rad, zumindest ein getriebenes Rad und ein Umschlingungsmittel aufweist. Dabei ist zumindest ein abtreibendes Rad, welches einer der Nockenwellen zugeordnet ist, unrund ausgebildet. Hierfür ist das Rad mit über den Umfang verteilten Vertiefungen versehen, wobei die Anzahl der Vertiefungen der dominanten Ordnung der Drehbewegung entspricht. Nachteilig hierbei ist, dass im wesentlichen nur die hörbaren Schwingungsgeräusche eliminiert werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der zuverlässig eine Beruhigung des Umschlingungstriebverhaltens durch Eliminierung von Schwingungen und Resonanzen gewährleistet.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine phasenverschobene Schwingungsüberlagerung von Schwingungen zu einer Beseitigung derselben führen kann.

Die gestellte Aufgabe wird demnach dadurch gelöst, dass zumindest eines der An- bzw. Abtriebsräder oder ein Umlenkrad unrund bzw. exzentrisch ausgebildet ist, und/oder dass mindestens zwei Spannrollen vorgesehen sind, wobei eine dieser Spannrollen mit einer Dämpfungseinrichtung versehen ist oder beide Spannrollen durch eine Dämpfungseinrichtung miteinander gekoppelt sind.

Durch das unrund bzw. exzentrisch gefertigte Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad werden zu den auftretenden mechanischen Schwingungen Gegenschwingungen erzeugt. Diese überlagern sich so mit den von der Kurbelwelle oder Nockenwelle oder den sonstigen angetriebenen Nebenaggregaten, wie beispielsweise Wasserpumpe, Lenkhilfspumpe, Kraftstoffpumpe, Klimakompressor usw., ausgehenden Schwingungen, dass die Schwingungen des Umschlingungstriebes eliminiert werden.

Weiterhin wird ein Eliminieren der auftretenden Schwingungen erreicht, wenn Spannrollen vorgesehen werden, die mit einer Dämpfungseinrichtung versehen sind, wobei die Spannrollen durch die Dämpfungseinrichtung miteinander gekoppelt sein können. Eine Kombination mit unrunden Antriebs- Abtriebsund/oder Umlenkrollen kann bevorzugt sein.

Von Vorteil ist, dass der Umschlingungstrieb und die an diesem auftretenden dynamischen Kräfte dadurch beruhigt sowie das Umschlingungsmittel weniger belastet wird. Die Lebensdauer des Umschlingungstriebes wird somit erhöht, während die Störanfälligkeit sinkt. Insbesondere bei mittleren Drehzahlen wird eine signifikante Absenkung der durch die ungedämpften Schwingungen verursachten Ungleichförmigkeit des Laufes des Umschlingungstriebes erreicht. Dabei werden störende Vibrations- und Resonanzgeräusche beseitigt und der Fahrkomfort etwa in einem Kraftfahrzeug erhöht.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad eine dreieckige, vieleckige oder andere von der Kreisform abweichende geometrische Form aufweist. Möglich ist beispielsweise eine Trapez-Form des Rades. Die Auswahl der Form des Rades ist insbesondere abhängig von den zu erwartenden Drehzahlen, den auftretenden Schwingungen und Resonanzen sowie von den Drehmomentschwankungen und Winkelgeschwindigkeitsänderungen des Umschlingungstriebes. Selbstverständlich ist die Ab weichung der Riemen- oder Kettenscheibengeometrie von der Kreisform nur vergleichsweise gering, so dass die sichere Führung des Umschlingungsmittels auf den genannten Rädern des Triebs gewährleistet ist. Diese Abweichung ist aber derart stark ausgeprägt, dass das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem gelöst wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Dämpfungseinrichtung federbelastet ausgebildet, so dass diese schwingungsdämpfend auf das Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad einwirkt.

Des Weiteren kann eine der Spannrollen im Lasttrum und die andere Spannrolle im Leertrum des Umschlingungstriebes angeordnet sein, um eine gleichmäßige Schwingungsdämpfung zu erreichen.

In Abhängigkeit insbesondere von den baulichen Gegebenheiten und den vorhandenen Platzverhältnissen des Umschlingungstriebs kann die Dämpfungseinrichtung innerhalb oder außerhalb des Umschlingungsbereiches des Umschlingungsmittels angeordnet werden.

Wird ein Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad mit einer Feder belastet, kann die Eigenfrequenz dieser Dämpfungseinrichtung derart abgestimmt werden, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel aufweist. Durch eine geschickte Abstimmung der Dämpfung wird eine Phasenverschiebung der Schwingungen erreicht, welche die Schwingungen und Resonanzen des Umschlingungstriebes beseitigt.

Eine Eliminierung der Schwingungen und Resonanzen kann auch dadurch erreicht werden, dass die Eigenfrequenz der angetriebenen Welle derart abgestimmt ist, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 ein Diagramm der Drehzahlschwankung beispielsweise einer Nockenwelle und der Drehzahlschwingung eines Antriebsrades bei einem erfindungsgemäßen Umschlingungstrieb,
2 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstriebes mit einem unrunden Antriebsrad,
3 bis 5 verschiedene Formen eines Antriebsrades zur Beseitigung von Schwingungen im Umschlingungstrieb,
6 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstriebes mit einer Dämpfungseinrichtung,
7 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstriebes mit einer Dämpfungseinrichtung gemäß 6 in einer weiteren Ausführungsform, und
8 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstriebes mit einer Dämpfungseinrichtung in einer dritten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 dargestellte Diagramm zeigt mit der durchgezogenen Linie den Verlauf der Drehzahlschwingung beispielsweise einer Nockenwelle, und mit der gestrichelten Linie den Verlauf der Drehzahlschwingung eines unrunden Antriebsrades während des Betriebs einer Brennkraftmaschine. Diese Schwingungen überlagern sich derart, dass sich diese eliminieren und somit während des Betriebes der Umschlingungstrieb beruhigt wird.
Der Umschlingungstrieb 1 gemäß 2 und 6 bis 8 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine umfasst ein als endloser Riemen ausgebildetes Umschlingungsmittel 2. Dieses umschlingt ein Antriebsrad 3 der Kurbelwelle 4 und zwei Abtriebsräder 5 und 6 zweier zueinander beabstandeter Nockenwellen 7 und 8 der Brennkraftmaschine.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist zwischen der Kurbelwelle 4 und der Nockenwelle 7 ein Umlenkrad 9 angeordnet, welches teilweise vom Umschlingungsmittel 2 umschlungen wird. Weiterhin ist das Antriebsrad 3 der Kurbelwelle 4 unrund ausgebildet und besitzt hier eine elliptische Form. Deren unrunder Lauf während des Betriebs des Umschlingungstriebes bewirkt eine Überlagerung der auftretenden Schwingungen nach dem in 1 dargestellten Wirkprinzip und beseitigt diese.
3 zeigt die elliptische Form des Antriebsrades 3 der Kurbelwelle 4, während 4 eine im wesentlichen dreieckige Form des Antriebsrades 3 wiedergibt. Schließlich ist in 5 das Antriebsrad 3 im wesentlichen viereckig ausgebildet. Die Abweichungen der Umfangsgeometrie eines solchen Antriebsrades von der Kreisgeometrie sind dabei jedoch nur so groß, dass die angestrebte Beseitigung der genannten Schwingungen erfolgt.
Gemäß 6 sind im Lasttrum 10 des Umschlingungstriebes 1, also zwischen der Kurbelwelle 4 und der ersten Nockenwelle 7, eine erste Spannrolle 11, sowie im Leertrum 12, also zwischen der zweiten Nockenwelle 8 und der Kurbelwelle 4, eine weitere Spannrolle 13 angeordnet. Beide Spannrollen 11 und 13 sind durch eine federbelastete Dämpfungseinrichtung 14 miteinander gekoppelt. Die Feder 15 der Dämpfungseinrichtung 14 sorgt somit für eine gleichmäßige Spannung beider Spannrollen 11 und 13 während des Betriebs des Umschlingungstriebes 1, um auftretende Schwingungen und Resonanzen zu beseitigen. Die Dämpfungseinrichtung 14 ist dabei außerhalb des Umschlingungsbereiches des Umschlingungsmittels 2 angeordnet.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ist die Dämpfungseinrichtung 14 innerhalb des Umschlingungsbereiches des Umschlingungsmittels 2 platziert, wenn das die Platzverhältnisse im Umschlingungstrieb 1 dies gestatten.
8 zeigt eine Ausführung des Umschlingungstriebs 1 mit zwei Spannrollen 11 und 13, wobei nur die Spannrolle 13 durch eine Feder 15 federbelastet ist, während die Drehachse der Spannrolle 11 in bezug zu den Drehachsen der Antriebsräder 4, 5, 6 festgelegt ist. Auch eine solche Ausgestaltung des Umschlingungstriebs kann in Alleinstellung oder in Kombination mit einem unrunden Antriebs- oder Abtriebsrad 3, 4, 5 bzw. Umlenkrad 13, 14 geeignet sein, um Schwingungen des Umschlingungstriebes zu überlagern, zu minimieren oder auszulöschen.

1: Umschlingungstrieb
2: Umschlingungsmittel
3: Antriebsrad
4: Kurbelwelle
5: Abtriebsrad
6: Abtriebsrad
7: Nockenwelle
8: Nockenwelle
9: Umlenkrad
10: Lasttrum
11: Spannrolle
12: Leertrum
13: Spannrolle
14: Dämpfungseinrichtung
15: Feder

Claims

Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel (2), welches über Antriebs- und Abtriebsräder (3, 5, 6) der Kurbelwelle (4) und mindestens einer Nockenwelle (7, 8) der Brennkraftmaschine und/oder anzutreibender Nebenaggregate geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der An- bzw. Abtriebsräder (3, 5, 6) oder ein Umlenkrad (9) unrund oder exzentrisch ausgebildet ist, und/oder dass mindestens zwei Spannrollen (11,13) vorgesehen sind, wobei eine dieser Spannrollen (13) mit einer Dämpfungseinrichtung (14) versehen ist oder beide Spannrollen (11, 13) durch eine Dämpfungseinrichtung (14) miteinander gekoppelt sind.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad (3, 5, 6) eine elliptische, mehreckige oder andere von der Kreisform abweichende Umfangsgeometrie aufweist.
Umschlingungstrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (14) federbelastet ausgebildet ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Spannrollen (11) im Lasttrum (10) und die andere Spannrolle (13) im Leertrum (12) des Umschlingungstriebes (1) angeordnet ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (14) innerhalb oder außerhalb des Umschlingungsbereiches des Umschlingungsmittels (2) angeordnet ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz der Dämpfungseinrichtung (14) derart abgestimmt ist, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel (2) aufweist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz der angetriebenen Welle (7, 8) derart abgestimmt ist, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel (2) aufweist.