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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kettengetriebeeinrichtung mit flexiblem Übersetzungsverhältnis zum
Antrieb von Aggregaten einer Verbrennungskraftmaschine gemäß des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Die
Nockenwelle, Hochdruckpumpe und weitere Nebenaggregate einer Verbrennungskraftmaschine
werden in der Regel von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine
angetrieben, wobei hierzu insbesondere bei einem großen räumlichen
Abstand zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle Kettengetriebe zum
Einsatz kommen, da ein Antrieb der Nockenwelle beispielsweise über Zahnriemen,
Königswelle
oder Zahnradkaskaden nur mit erheblichen technischen Aufwand realisierbar
ist.
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Zum
Erzielen der Drehzahlbereiche, die für den Betrieb der Aggregate
erforderlich sind, sind die Abstufungen in der Getriebeeinrichtung
entsprechend auszulegen. Bei einem Kettentrieb einer Kettengetriebeeinrichtung
werden die gewünschten
Getriebeabstufungen dabei vorzugsweise durch eine Anpassung der
Kettenraddurchmesser erreicht. Der Kettentrieb der Kettengetriebeeinrichtung
umfasst hierbei ein auf der Kurbelwelle angeordnetes Antriebskettenrad
und ein auf der Antriebswelle des Aggregates angeordnetes Abtriebskettenrad,
die von einer umlaufenden Steuerkette antriebsmäßig miteinander verbunden werden.
Die Kurbelwelle und Antriebswelle des jeweiligen Aggregates sind
hierbei parallel zueinander angeordnet. Um bei den in einer Verbrennungskraftmaschine übertragenen
Momenten ein Überspringen
der Kette und damit einen drohenden Motorschaden zu vermeiden, stellen
die Einhaltung eines erforderlichen Kettenumschlingungswinkels um
das Kettenrad und der Eingriff einer erforderlichen Anzahl von Zähnen in
die Steuerkette wichtige Auslegungspunkte bei der Dimensionierung
des Antriebs- und Abtriebskettenrades dar.
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Bei
einem Wechsel von Aggregaten, beispielsweise einer Anbindung einer
Kraftstoffhochdruckpumpe mit erhöhtem
Antriebsmoment, besteht neben der Änderung des Durchmessers der
Kettenräder,
vorzugsweise des Antriebskettenrades, weiterhin die Möglichkeit,
das Aggregat mit einem Getriebe zu versehen, was jedoch einen erhöhten Bauraumbedarf
zur Folge hat.
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In
diesem Zusammenhang ist in der
DE 10 2004 010 801 A1 eine Kettengetriebeinrichtung
einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung gezeigt,
welche die Verwendung unterschiedlicher Einspritz- und Ölpumpen
mit nur einem geringen Konstruktionsaufwand ermöglichen soll. Die Kettengetriebeeinrichtung
wird hierbei von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben
und umfasst in verschiedenen Ebenen angeordnete Kettentriebe.
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Der
erste Kettentrieb treibt dabei die Ölpumpe und der in einer dazu
versetzten Ebene angeordnete zweite Kettentrieb die Einspritzpumpe
der Verbrennungskraftmaschine an. Für eine entsprechende Getriebeabstufung
beim Antrieb der Ölpumpe
und der Einspritzpumpe weisen die den Kettentrieben zugeordneten
an- und abtriebsseitigen Kettenräder
entsprechend abgestimmte Außendurchmesser
auf. Zum Antrieb der Nockenwellen ist ein weiterer Kettentrieb vorgesehen,
der sich in derselben Ebene wie der erste Kettentrieb befindet und
von einem drehfest mit der Antriebswelle der Einspritzpumpe verbundenen
Kettenrad angetrieben wird. Neben den zwei Kettenrädern zum
Antrieb der Öl-
und Einspritzpumpe ist am Ende der Kurbelwelle zusätzlich noch
ein Antriebsrad eines Riementriebes vorgesehen, der zum Antrieb
von Nebenaggregate, wie Lüfter,
Lichtmaschine, oder Klimakompressor, dient.
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Durch
die Anordnung von Kettentrieben in zueinander versetzten Ebene ergibt
sich das Problem, dass aufgrund des geringen Abstandes zwischen
der Kurbelwelle und den Antriebswellen der Aggregate und der damit
zusammenhängenden
kurzen Kettenlänge
Getriebeabstufungen nur unter erhöhten Bauraumbedarf und unter
einer Änderung
der Kettenlinie zu realisieren sind. Um ein Überspringen der Steuerkette
zu verhindern ist weiterhin ein erforderlicher Umschlingungswinkel
der Steuerkette um die jeweiligen Kettenräder einzuhalten.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kettengetriebeeinrichtung
zum Antrieb von Aggregaten einer Verbrennungskraftmaschine mit einer flexiblen
Getriebeübersetzung bereitzustellen,
die nur einen geringen Bauraum benötigt und bei welcher das gewünschte Übersetzungsverhältnis ohne Änderung
der Kettenlinie auf einfache Weise zu realisieren ist.
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Gemäß der Erfindung
umfasst die Kettengetriebeinrichtung wenigstens einen Kettentrieb,
der aus einem Antriebskettenrad, wenigstens einem Abtriebskettenrad
sowie eine die Kettenräder
miteinander verbindende umlaufende Steuerkette gebildet wird. Das
Antriebskettenrad ist dabei drehfest am Ende der Kurbelwelle einer
Verbrennungskraftmaschine angeordnet, wohingegen das wenigstens
eine Abtriebskettenrad einem jeweiligen Aggregat der Verbrennungskraftmaschine
zugeordnet ist. Ausgehend vom Antriebskettenrad wird das Drehmoment der
Kurbelwelle dabei über
die Steuerkette auf das Abtriebskettenrad übertragen, welches antriebsmäßig mit der Antriebswelle des jeweiligen Aggregates verbunden
ist. Hierbei greift die Steuerkette zur Übertragung des Antriebsmoments
formschlüssig
in die Kettenräder
ein.
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Bei
den Aggregaten handelt es sich um für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
notwendige Bauelemente, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, Ölpumpe oder
Nockenwelle, wobei jedoch auch Nebenaggregate wie beispielsweise
ein Klimakompressor oder eine Lenkhilfepumpe vom dem wenigstens
einen Kettentrieb angetrieben werden können. Es kann jedoch auch vorgesehen
sein, dass die einzelnen Aggregate von unterschiedlichen Kettentrieben
angetrieben werden.
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Erfindungsgemäß ist das
wenigstens eine Abtriebskettenrad des zugeordneten jeweiligen Aggregates
als Hohlrad ausgestaltet. Das Hohlrad weist am Außenumfang
eine Außenverzahnung
auf, in welche die Steuerkette formschlüssig eingreift. Am Innenumfang
des Hohlrades ist eine Innenverzahnung vorgesehen, die mit einem
Antriebszahnrad zusammenwirkt, das auf der Antriebswelle des jeweiligen
Aggregates drehfest angeordnet ist. Die Zähne des Antriebszahnrades greifen
in die Innenverzahnung des Hohlrades ein, wodurch das von der Steuerkette
auf das Hohlrad übertragende
Moment auf das Antriebszahnrad und dementsprechend auch auf die
Antriebswelle des jeweiligen Aggregates übertragen werden kann. Die
Zähne der
Innenverzahnung des Hohlrades und der Außenverzahnung des Antriebszahnrades
des jeweiligen Aggregates können jeweils
als Grad-, Schräg-
oder Doppelschrägverzahnung
ausgeführt
sein.
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Zur
Positionierung des Hohlrades relativ zur Drehachse des Antriebszahnrades
des jeweiligen Aggregates, kann eine Lagerung vorgesehen sein, die
das Hohlrad in radialer und axialer Richtung zu dessen Drehachse
fixiert. Die Lagerung kann hierzu beispielsweise als Wälz- oder
Gleitlager ausgeführt sein.
Das Antriebszahnrad, das auf der Antriebswelle des jeweiligen Aggregates
angeordnet ist, ist hingegen vorzugsweise fliegend gelagert.
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Insbesondere
in der KFZ-Technik ergibt sich durch die erfindungsgemäße Kettengetriebeeinrichtung
der Vorteil, dass das Übersetzungsverhältnis des
Kettentriebes in Abhängigkeit
der Größe des Antriebszahnrades
des jeweiligen Aggregates flexibel einstellbar ist. So kann beispielsweise
bei Anbindung eines Aggregates mit erhöhtem Antriebsmoment das erforderliche Übersetzungsverhältnis durch
die Wahl einer entsprechenden Größe für das Antriebszahnrades
erreicht werden, ohne dass hierbei sich die Kettenlinie der Steuerkette ändert und
aufwendige konstruktive Maßnahmen
beim Austausch des jeweiligen Aggregates erforderlich sind.
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Ein
wichtiger Punkt bei der Auslegung der Getriebeabstufung in einem
Kettentrieb stellt der Kettenumschlingungswinkel dar, der den Kontaktbereich der
Steuerkette in Winkelgraden angibt, mit dem die Steuerkette den
Außenumfang
eines Kettenrades umschließt.
In diesem Zusammenhang ist für
eine sichere Momentenübertragung
von einer Steuerkette auf ein Kettenrad weiterhin die Anzahl der
mit der Kette in Eingriff befindlichen Zähne maßgeblich.
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Da
bei einem Wechsel des Übersetzungsverhältnisses
im erfindungsgemäßen Kettentrieb
sich lediglich der Außendurchmesser
des Antriebszahnrades eines jeweiligen Aggregates ändert, muss
das Hohlrad und das Antriebskettenrad der Kurbelwelle nicht verändert werden.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass infolge des unveränderten
Kettenumschlingungswinkel um die Außenfläche des Hohlrades die Übertragung
des erforderlichen Moments auch bei einem Wechsel des Übersetzungsverhältnisses
in vorteilhafter Weise gewährleistet
bleibt, so dass ein Überspringen
der Steuerkette vermieden wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist daher der Außendurchmesser des Hohlrades
eine Größe auf,
die einen ausreichenden Umschlingungswinkel der Steuerkette um das
Hohlrad gewährleistet,
wobei die Steuerkette in eine ausreichende Anzahl von Zähnen des
Hohlrades eingreifen kann.
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Erfindungsgemäß sind das
Hohlrad mit seinem Außen-
und Innendurchmesser sowie das Antriebszahnrad bezüglich der
Getriebeabstufung des Kettentriebes auf das jeweilige anzutreibende
Aggregat abgestimmt, so dass dieses mit der erforderlichen Drehzahl
und dem erforderlichen Moment betrieben werden kann.
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Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Hohlrad, insbesondere dessen Innendurchmesser- und -verzahnnung,
mit Antriebszahnrädern
verschiedener Größe kombinierbar. Hierdurch
ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Anbindung eines Aggre gates
mit einem veränderten Antriebsmoment
an den wenigstens einen Kettentrieb der erforderliche Wechsel des Übersetzungsverhältnisses
ohne einen Austausch des Hohlrades erfolgen kann und lediglich das
Antriebszahnrad bezüglich
der Größe zu verändern ist.
Der Innendurchmesser und die Innenverzahnung des Hohlrades ist dabei
in derart gestaltet, dass die Zähne
von Antriebszahnräder
mit unterschiedlichen Außendurchmessern
in die Innenverzahnung des Hohlrades eingreifen, ohne hierbei zu
verklemmen.
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Um
eine Beschädigung
der Kettengetriebeinrichtung bei der Übertragung von hohen Antriebsspitzenmomenten
auszuschließen,
ist die Steuerkette erfindungsgemäß verstärkt und für höhere Lasten als herkömmliche
Steuerketten in Kettentrieben ausgelegt. Hierdurch erhöht sich
in vorteilhafter Weise die Lebensdauer der Kettengetriebeeinrichtung
insbesondere bei wechselnder Anbindung unterschiedlicher Aggregate.
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Erfindungsgemäß weist
die Kettengetriebeeinrichtung eine kurze freie Lauflänge zwischen
dem Antriebskettenrad der Kurbelwelle und dem als Hohlrad ausgebildeten
Abtriebskettenrad des jeweiligen Aggregates auf. Hierdurch wird
in vorteilhafter Weise ein Aufschwingen der Steuerkette insbesondere beim
Rücklauf
verhindert, so dass nur wenige bzw. keine Elemente zur Führung der
Steuerkette notwendig sind.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
verbindet die Steuerkette antriebsmäßig mehrere Aggregate mit dem
Antriebskettenrad der Kurbelwelle, wodurch sich eine kompakte Bauform der
Kettengetriebeeinrichtung ergibt und die Anzahl der bewegbaren Bauelemente
auf ein Mindestmaß beschränkt wird.
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Um
das Hohlrad in seiner Position am Antriebszahnrad zu fixieren und
ein Überspringen
der Steuerkette an den Kettenrädern
zu vermeiden, kann es erfindungsgemäß zweckdienlich sein, Kettenspann-
und Kettenführungselemente
im Kettentrieb der Steuerkette anzuordnen, welche die Steuerkette unter
Spannung halten und das Hohlrad mit der Innenverzahnung in die Außenverzahnung
des Antriebszahnrades des jeweiligen Aggregates pressen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weisen die Innenverzahnung des Hohlrades und die damit
zusammenwirkende Außenverzahnung
des Antriebszahnrades des jeweiligen Aggregates ineinander eingreifende
konkav und konvex geformte Zahnflanken auf, wobei die konkav geformte
Zahnflankenform entweder der Innenverzahnung des Hohlrades oder
der Außenverzahnung
des Antriebszahnrades zugeordnet sein kann. Hierdurch ergibt sich
der Vorteil, dass durch das Ineinandergreifen der konvex und konkav
geformten Zahnflanken das Hohlrad über seine Innenverzahnung auf
dem Antriebszahnrad des jeweiligen Aggregates positioniert und in
Richtung der Drehachse der Antriebswelle des Aggregates gehalten
wird. Weiterhin folgt aus der Anschmiegung der konvex und konkav
geformten Zahnflanken der Innenverzahnung des Hohlrades und der
Außenverzahnung
des Antriebszahnrades eine geringe Pressung der bei der Kraftübertragung
zusammen wirkenden Zahnflanken, wodurch diese in vorteilhafter Weise
eine höhere
Tragfähigkeit aufweisen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung anhand von
bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht eines Kettentriebes einer Verbrennungskraftmaschine
zum Antrieb von Aggregaten einer Verbrennungskraftmaschine, und
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2:
eine schematische Darstellung eines Hohlrades mit Außen- und
Innenverzahnung sowie ein mit der Innenverzahnung zusammenwirkendes Antriebszahnrad
eines jeweiligen Aggregates.
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Ausführungsbeispiele
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Der
Darstellung in 1 ist in schematischer Weise
ein Kettentrieb 2 einer Kettengetriebeeinrichtung 1 zum
Antrieb von Aggregaten 4, 6, 8 einer
in 1 nicht näher
dargestellten Verbrennungskraftmaschine zu entnehmen.
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Der
Kettentrieb 2 umfasst eine umlaufende geschlossen Steuerkette 20,
welche die Antriebswellen der Nockenwelle 4, der Hochdruckpumpe 6 und der Ölpumpe 8 antriebsmäßig mit
der Kurbelwelle 10 der Verbrennungskraftmaschine verbindet.
Hierzu ist auf den Antriebswellen der Aggregate 4, 6, 8 jeweils ein
Abtriebskettenrad 14, 16, 18 drehfest
angeordnet, welche über
die Steuerkette 20 von einem am Ende der Kurbelwelle 10 ebenfalls
drehfest angeordnetes Antriebskettenrad 12 in Drehung versetzt
werden können.
Um ein Durchrutschen der Steuerkette 20 über die
Zähne der
Kettenräder 12, 14, 16, 18 zu verhindern,
werden die Kettenräder 12, 14, 16, 18 mit einem
erforderlichen Umschlingungswinkel von der Steuerkette 20 umschlossen,
so dass eine ausreichende Anzahl von Zähnen der Kettenräder 12, 14, 16, 18 mit
der Steuerkette 20 in Eingriff stehen. Für die Einhaltung
eines erforderliche Kettenumschlingungswinkels um die jeweiligen
Kettenräder 12, 14, 16, 18 umfasst
der Kettentrieb 2 eine erste schwenkbare Kettenführung 22,
die zwischen dem Antriebskettenrad 12 der Kurbelwelle 10 und
dem Abtriebskettenrad 14 der Nockenwelle 4 angeordnet
ist und mit der die Spannung der Steuerkette 20 und deren Umschlingung
um die Kettenräder 12, 14 reguliert werden
kann. Weiterhin ist eine Umlenkrolle 28 zwischen dem Abtriebskettenrad 14 der
Nockenwelle 4 und dem Abtriebskettenrad 16 der
Hochdruckpumpe 6, eine feststehende Kettenführung 26 zwischen
dem Abtriebskettenrad 16 und dem Antriebskettenrad 12 der
Kurbelwelle 10 sowie eine zweite schwenkbare Kettenführung 24 zwischen
dem Antriebskettenrad 12 und dem Abtriebskettenrad 18 der Ölpumpe 8 vorgesehen,
die jeweils eine ausreichende Spannung der Steuerkette 20 und
eine ausreichende Kettenumschlingung der Kettenräder 12, 14, 16, 18 gewährleisten.
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Bei
einer Anbindung eines neuen Aggregates mit einem von dem zu ersetzenden
Aggregat abweichenden Antriebsmoment ist es erforderlich, das bestehende Übersetzungsverhältnis dem
Antriebsmoment und Drehzahlbereich des neue Aggregates anzupassen.
Um beispielsweise ohne eine Veränderung
des Antriebskettenrades 10 und der Kettenlinie die Drehzahl
der Hochdruckpumpe 6 an die für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
erforderliche Drehzahl für
eine ausreichende Pumpenleistung anzupassen, ist das Abtriebskettenrad 16 der
Hochdruckpumpe 6 als Hohlrad ausgestaltet, wie es in 2 dargestellt
wird. Neben dem Abtriebskettenrad 16 der Hochdruckpumpe 6 kann
es nach weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen
sein, dass eines oder mehrere der weiteren Abtriebskettenräder 14, 18 ebenfalls
als Hohlräder
ausgestaltet sind.
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In 2 ist
eine schematische Darstellung eines Hohlrades 30 mit einer
Außen-
und Innenverzahnung 32, 34 sowie ein mit einer
Außenverzahnung 38 versehenes
Antriebszahnrad 36 der in 1 dargestellten
Hochdruckpumpe 6 dargestellt.
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Die
in 2 nicht dargestellten Drehachsen des Hohlrades 30 und
des Antriebszahnrades 36 sind hierbei zueinander parallel
angeordnet. Das Hohlrad 30 ist mit einer Außenverzahnung 32 versehen,
in welche die in 1 dargestellte Steuerkette 20 formschlüssig eingreift.
Für die
größtmögliche Umschlingung
der Steuerkette 20 um das Hohlrad 30 weist dieses
einen Außendurchmesser
und eine Anzahl von Zähnen
auf, wie sie wenigstens auch bei nach dem Stand der Technik verwendeten
Abtriebskettenrädern
für Hochdruckpumpen
zu finden sind.
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Das
Antriebszahnrad 36, das auf der in 2 nicht
dargestellten Antriebswelle der Hochdruckpumpe 6 drehfest
angeordnet ist, ist mit einer Außenverzahnung 38 versehen,
die in die Innverzahnung 34 des Hohlrades 30 eingreift.
Das von der in 1 gezeigten Steuerkette 20 auf
das in 2 dargestellte Hohlrad 30 übertragene
Moment wird somit über die
Innverzahnung 34 auf das Antriebszahnrad 36 übertragen,
wodurch die Hochdruckpumpe 6 mit einer gegenüber dem
Hohlrad erhöhten
Drehzahl angetrieben werden kann.
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Zur
Veränderung
des Übersetzungsverhältnisses
zwischen der in 1 gezeigten Kurbelwelle 10 und
der Antriebswelle der Hochdruckpumpe 6 ist das in 2 gezeigte
Antriebszahnrad 36 lösbar
auf der Antriebswelle der Hochdruckpumpe 6 befestigt. Hierdurch
ist das Antriebszahnrad 36 auf einfache Weise gegen ein
Antriebszahnrad mit verändertem Außendurchmesser
austauschbar, wobei die Außenverzahnung
des ausgetauschten Antriebszahnrades auf die Innenverzahnung 34 und
den Innendurchmesser des Hohlrades 30 abgestimmt ist.
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Die
in 2 dargestellte Hohlradanwendung ist beispielsweise
bei Versuchsfahrzeugen einsetzbar, um Hochdruckpumpen mit einer
unterschiedlichen Anzahl von Nocken an die erforderliche Drehzahl
anzupassen, ohne hierbei die Kettenlinie der in 1 gezeigten
Steuerkette 20 zu verändern.