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Die
Erfindung betrifft einen Umschlingungstrieb zum Antreiben von mindestens
einer Ausgleichswelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere zum
Antreiben von mindestens einer Ausgleichswelle eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors,
die sich mit der doppelten Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
dreht, mit einem drehfest auf der Kurbelwelle montierten Treibrad,
mit einem angetriebenen Rad, das drehfest auf der Ausgleichswelle
oder einer die Ausgleichswelle treibenden Zwischenwelle montiert
ist, sowie mit einem die beiden Räder umschlingenden Zugmittel.
Die Erfindung betrifft weiter einen Verbrennungsmotor, insbesondere
einen Vierzylinder-Verbrennungsmotors, mit mindestens einer durch
einen solchen Umschlingungstrieb angetriebenen Ausgleichswelle.
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Um
Massenkräfte
zweiter Ordnung eines Verbrennungsmotors auszugleichen, kommen häufig Ausgleichswellen
zum Einsatz, die mit entsprechenden Ausgleichsmassen versehen sind
und sich mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle drehen, wie zum
Beispiel beim sogenannten Lanchester-Ausgleich. Diese Ausgleichswellen
werden von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gegensinnig angetrieben,
wozu in der Regel entweder Zahnradtriebe oder Umschlingungstriebe
oder Kombinationen von Zahnradtrieben und Umschlingungstrieben verwendet
werden.
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Zum
Beispiel offenbart die
DE
42 29 907 A1 einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art
mit zwei Ausgleichswellen, von denen die eine über Zahnräder und die andere über einen
Kettentrieb von der Kurbelwelle angetrieben wird.
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Da
die Zylinder bei den heute mehrheitlich verwendeten Vierzylinder-Viertaktmotoren
im Abstand von 180 Grad Kurbelwellenwinkel zünden, kommt es bei jeder halben
Umdrehung der Kurbelwelle zu einer kurzzeitigen Beschleunigung der
Kurbelwelle, die anschließend
durch Reibung, Verdichtung und Gaswechsel bis zur Zündung des
nächsten Zylinders
wieder abgebremst wird. Dadurch, sowie durch eine in Bezug zur Drehachse
variierende Massenverteilung kommt es bei der Drehung der Kurbelwelle
zum Auftreten von Drehschwankungen oder Drehungleichförmigkeiten,
die über
das drehfest mit der Kurbelwelle verbundene Treibrad in das Zugmittel
des Umschlingungstriebs übertragen
werden, wo sie zu Lastwechseln, zum Beispiel Spannung/Entspannung,
sowie zu Schwingungen führen.
Durch die anhaltenden Lastwechsel wird der Verschleiß des Zugmittels
beschleunigt und dadurch seine Nutzlebensdauer verringert, insbesondere
bei Verwendung von Zahnriementrieben. Kettentriebe besitzen zwar eine
länger
Nutzlebensdauer, jedoch führen
bei diesen unerwünschte
Schwingungen in der Kette zu einer stärkeren Geräuscherzeugung. Darüber hinaus wird
durch ständige
Lastwechsel im Zugmittel auch Energie verbraucht.
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Aus
der
DE 195 20 508
A1 ist es bei einem Umschlingungstrieb zum Antreiben von
Nockenwellen und einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors bereits
an sich bekannt, zur Verminderung von Drehschwingungen im Umschlingungstrieb
und zur Beseitigung von hörbaren
Schwingungsgeräuschen ein
an- und/oder abtreibendes Rad des Umschlingungstriebs, wie beispielsweise
ein Abtriebsrad der Wasserpumpe, unrund auszubilden und/oder exzentrisch
zu lagern. Dem Umschlingungstrieb soll dadurch eine zusätzliche
Ungleichförmigkeit
aufgeprägt werden,
mittels derer ein kritischer Resonanz- bzw. Drehzahlbereich in einen nicht
störenden,
ggf. nicht auftretenden Bereich verschoben wird. Diese zusätzliche
Ungleichförmigkeit
wird jedoch ebenfalls in das Zugmittel übertragen und führt dort
zu weiteren Lastschwankungen, durch die der Verschleiß des Zugmittels
beschleunigt und seine Nutzlebensdauer verringert werden kann.
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Weiter
ist aus der
DE 198
07 180 A1 bereits eine Vorrichtung zum Massenausgleich
an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei gegenläufig rotierenden,
mit exzentrischen Ausgleichsgewichten versehenen Ausgleichswellen
bekannt, bei der die Ausgleichswellen in Gleitlagern gelagert sind
und derart über
einen Zahnradtrieb von der Kurbelwelle angetrieben werden, dass
ein Zahnrad auf einer der beiden Ausgleichswellen mit einem Zahnrad
auf der Kurbelwelle und mit einem Zahnrad auf der anderen Ausgleichswelle
kämmt,
wodurch eine der beiden Ausgleichswellen direkt von der Kurbelwelle
angetrieben wird und selbst wiederum die andere der beiden Ausgleichswellen
treibt. Bei der bekannten Vorrichtung sind die beiden drehfest auf den
Ausgleichswellen montierten und miteinander kämmenden Zahnräder des
Zahnradtriebs zur Vermeidung eines variierenden Zahnflankenspiels
und einer dadurch hervorgerufenen Geräuschentwicklung exzentrisch
zu den Rotationsachsen der Ausgleichswellen angeordnet. Die Richtung
der Exzentrizität
entspricht der Richtung, in der die Ausgleichsgewichte über die
Ausgleichswellen überstehen.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Umschlingungstrieb
bzw. einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass ein gleichmäßigerer
runderer Lauf der Ausgleichswellen und dadurch eine Reduzierung
der Belastung des Zugmittels ermöglicht
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das angetriebene Rad exzentrisch auf der Ausgleichswelle bzw.
der Zwischenwelle montiert ist.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass sich die Laufruhe der
Ausgleichswelle verbessern lässt,
indem man die von der Kurbelwelle in das Zugmittel und von diesem
auf die Ausgleichswelle bzw. auf die Zwischenwelle übertragene
Drehungleichförmigkeit
zumindest in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors
teilweise oder vollständig
durch eine andere, aufgrund der Exzentrizität des angetriebenen Rades auf
der Ausgleichswelle bzw. der Zwischenwelle erzeugte Drehungleichförmigkeit
kompensiert. Dies ist möglich,
weil das exzentrisch auf der Ausgleichswelle bzw. der Zwischenwelle
montierte angetriebene Rad eine Veränderung der Drehungleichförmigkeit
der Ausgleichswelle bzw. der Zwischenwelle in der ersten Ordnung
der Ausgleichswellen- bzw.
Zwischenwellendrehzahl zur Folge hat, und diese wegen des Übersetzungs-
oder Drehzahlverhältnisses
von 1:2 zwischen der Kurbelwelle und der Ausgleichswelle bzw. der
Zwischenwelle der zweiten Ordnung der Kurbelwellendrehzahl entspricht.
Sie kann daher zum Ausgleich von Dreh-ungleichförmigkeiten dieser Ordnung ausgenutzt
werden, die vom Zugmittel in die Ausgleichswelle bzw. die Zwischenwelle übertragen werden.
Die dadurch bewirkte größere Laufruhe
der Ausgleichswelle bzw. Zwischenwelle wiederum führt zu einer
geringeren Belastung des Zugmittels, was hinsichtlich Verschleiß, Akustik,
Haltbarkeit und Reibungsminderung Vorteile bringt oder den Einsatz
einfacherer und/oder preiswerterer Zugmittel gestattet.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die über das
Zugmittel in die Ausgleichswelle bzw. in die Zwischenwelle eingeleiteten
Drehungleichförmigkeiten
zweiter Ordnung der Kurbelwelle durch eine geeignete Wahl der Richtung der
Exzentrizität
und/oder der Größe der Exzentrizität so weit
wie möglich
kompensiert werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht von Teilen eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors
mit einem als Kettentrieb ausgebildeten Umschlingungstrieb zum Antreiben
zweier Ausgleichswellen gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
schematische Stirnseitenansicht eines Umschlingungstriebs zwischen
einer Kurbelwelle und einer von zwei Ausgleichswellen eines Verbrennungsmotors
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung.
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Der
in 1 teilweise dargestellte Verbrennungsmotor 1 eines
Kraftfahrzeugs ist als Vierzylinder-Reihenmotor ausgebildet und
umfasst in bekannter Weise eine über
Pleuelstangen 2 mit den Kolben 3 verbundene Kurbelwelle 4 sowie
zwei Ausgleichswellen 5, 6 zum Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung
des Motors 1, die von der Kurbelwelle 4 durch
einen als Kettentrieb 8 ausgebildeten Umschlingungstrieb
angetrieben werden und sich gegenläufig mit der doppelten Drehzahl
der Kurbelwelle 4 drehen.
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Die
beiden parallel zur Kurbelwelle 4 ausgerichteten Ausgleichswellen 5, 6 weisen
entlang ihrer Länge
jeweils bei 7 eine Massenverteilung auf, die in Bezug zu
ihrer jeweiligen Drehachse nicht rotationssymmetrisch ist, um die
Massenkräfte
zweiter Ordnung des Verbrennungsmotors 1 auszugleichen,
und sind in Bezug zueinander höhenversetzt
angeordnet, um einen Teil der drehzahl- und lastabhängigen Kippmomente
zweiter Ordnung um die Längsachse
des Verbrennungsmotors 1 auszugleichen.
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Um
die beiden Ausgleichswellen 5, 6 mit entgegengesetzter
Drehrichtung zu drehen, wird die eine Ausgleichswelle 5 direkt
vom Kettentrieb 8 angetrieben, so dass sie sich mit derselben
Drehrichtung wie die Kurbelwelle 4 dreht, während die
andere Ausgleichswelle 6 mit dem Kettentrieb 8 über eine Zwischenwelle 9 und
ein Zahnradgetriebe 10 verbunden ist und indirekt angetrieben
wird.
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Der
Kettentrieb 8 umfasst als Zugmittel eine Rollenkette 11,
die mit einem Kettenrad 12 an einem Stirnende der Kurbelwelle 4,
einem Kettenrad 13 am benachbarten Stirnende der Ausgleichswelle 5 und mit
einem Kettenrad 14 am benachbarten Stirnende der Zwischenwelle 9 im
Zahneingriff steht, wobei die Kette 11 die Kettenräder 12, 13, 14 zum
Teil umschlingt. Der Durchmesser bzw. die Zähnezahl des Kettenrades 12 auf
der Kurbelwelle 4 beträgt
bei gleicher Teilung das Doppelte des Durchmessers bzw. der Zähne zahl
der beiden Kettenräder 13 und 14 auf der
Ausgleichswelle 5 bzw. der Zwischenwelle 9, so dass
eine Umdrehung der Kurbelwelle 4 zwei Umdrehungen der Ausgleichswelle 5 bzw.
der Zwischenwelle 9 entspricht.
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Das
Zahnradgetriebe 10 zwischen der Zwischenwelle 9 und
der anderen Ausgleichswelle 6 umfasst zwei schrägverzahnte
Stirnräder 15, 16,
deren Übersetzungsverhältnis 1:1
beträgt,
so dass sich die beiden Ausgleichswellen 5 und 6 mit
derselben Drehzahl drehen, jedoch mit entgegengesetzter Drehrichtung.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ebenfalls
eine (18) von zwei Ausgleichswellen 17, 18 über einen
als Kettentrieb oder Zahnriementrieb ausgebildeten, schematisch
dargestellten Umschlingungstrieb 19 direkt von der Kurbelwelle angetrieben,
während
die andere Ausgleichswelle 17 wegen des geringen Abstands
zwischen den beiden Wellen 17, 18 über einen
Zahnradtrieb mit einem Übersetzungsverhältnis von
1:1 mit der angetriebenen Ausgleichswelle 18 gekoppelt
ist, so dass sich die beiden Ausgleichswellen 17, 18 ebenfalls
mit umgekehrter Drehrichtung und mit der doppelten Drehzahl der
Kurbelwelle 4 drehen.
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Der
Umschlingungstrieb 19 umfasst dort ein als Kettenrad oder
Zahnrad ausgebildetes Treibrad 20 auf der Kurbelwelle 4 und
ein entsprechend als Kettenrad oder Zahnrad ausgebildetes angetriebenes
Rad 21 auf der Ausgleichswelle 18, um die sich ein
als Rollenkette bzw. Zahnriemen ausgebildetes Zugmittel 22 des
Umschlingungstriebs 19 erstreckt und jeweils mit den Rädern 20 und 21 im
Zahneingriff steht.
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Um
die Laufruhe der Ausgleichswellen 5, 6, bzw. 17, 18 zu
verbessern, werden die von der Kurbelwelle 4 in das Zugmittel 11 bzw. 22 und
von diesen auf die direkt angetriebenen Wellen 5, 9 und 18 übertragenen
Drehungleichförmigkeiten
zweiter Motorordnung zumindest in bestimmten Betriebszuständen des
Motors 1 teilweise oder vollständig kompensiert. Dazu sind
die direkt mit dem Zugmittel 11 bzw. 22 im Zahneingriff
stehenden angetriebenen Räder 13, 14 und 21 so
auf der jeweiligen Welle 5, 9 und 18 montiert,
dass ihre Mittelachse M nicht mit der Drehachse D der Welle 5, 9 bzw. 18 zusammenfällt, sondern
mit einer Exzentrizität ε außerhalb
der Drehachse D liegt, wie in 2 in unterbrochenen
Linien am Beispiel des Rades 21 und der Welle 18 dargestellt.
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Die
Richtung und die Größe der Exzentrizität ε sind so
gewählt,
dass die Drehungleichförmigkeit der
Ausgleichswellen 5 bzw. 18 und der Zwischenwelle 9 infolge
der von der Kurbelwelle 4 über das Triebrad 12 bzw. 20 in
das Zugmittel 11 bzw. 22 eingeleiteten Drehschwankungen
oder Drehschwingungen, der daraus resultierenden Lastschwankungen im
Zugmittel 11 bzw. 22 und deren Übertragung
auf die Ausgleichswellen 5 bzw. 18 und auf die
Zwischenwelle 9 durch eine entgegenwirkenden Drehungleichförmigkeit
der Ausgleichswellen 5 bzw. 18 und der Zwischenwelle 9 infolge
der Exzentrizität ε der angetriebenen
Räder 13 und 14 bzw. 21 in
Bezug zur Welle 5 und 9 bzw. 18 kompensiert
werden, um durch einen ruhigeren Lauf der Ausgleichswellen 5 bzw. 18 und
der Zwischenwelle 9 für
eine geringere Belastung im Zugmittel 11 bzw. 22 zu
sorgen und damit zum Beispiel einfachere und preiswertere Zugmittel 11 bzw. 22 einsetzen
zu können.
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Pleuelstange
- 3
- Kolben
- 4
- Kurbelwelle
- 5
- Ausgleichswelle
- 6
- Ausgleichswelle
- 7
- Ausgleichsmassen
- 8
- Kettenrad
- 9
- Zwischenwelle
- 10
- Zahnradgetriebe
- 11
- Rollenkette
- 12
- Kettenrad
- 13
- Kettenrad
- 14
- Kettenrad
- 15
- Zahnrad
- 16
- Zahnrad
- 17
- Ausgleichswelle
- 18
- Ausgleichswelle
- 19
- Umschlingungstrieb
- 20
- Treibrad
- 21
- angetriebenes
Rad
- 22
- Zugmittel
- ε
- Exzentrizität