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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum möglichst schwingungsarmen Betrieb
eines Umschlingungstriebes durch Überlagerung einer Schwingung mit
einer Gegenschwingung, wobei ein Endlosumschlingungsmittel um mindestens
zwei mit Abstand zueinander liegende, auf rotierenden Wellen drehfest angeordnete
Bauteile geführt
ist, wovon mindestens ein Bauteil zur Ausbildung der Gegenschwingung
als Bauteil mit nicht-kreisförmigem Umfangsprofil
ausgebildet ist.
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Ferner
betrifft die Erfindung einen Umschlingungstrieb mit einem Endlosumschlingungsmittel, das
um mindestens zwei mit Abstand zueinander liegende, auf rotierenden
Wellen drehfest angeordnete Bauteile geführt ist, wovon mindestens ein
Bauteil zur Ausbildung einer eine Schwingung überlagernden Gegenschwingung
als Bauteil mit nicht-kreisförmigem Umfangsprofil
ausgebildet ist.
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Ein
derartiges Verfahren zum möglichst schwingungsarmen
Betrieb eines Umschlingungstriebes ist bekannt. Ein Bauteil mit
nicht-kreisförmigem
Umfangsprofil bringt eine zusätzliche
Gegenschwingung in den Umschlingungstrieb ein, der eine dort vorhandene,
unerwünschte
Schwingung, die sogenannte Ausgangsschwingung, aufweist.
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Diese
Gegenschwingung interferiert mit der Ausgangsschwingung. Ist die
Interferenz destruktiv, so ergibt sich eine geringe Schwingungsamplitude der
resultierenden Schwingung und damit auch eine geringe dynamische
Belastung des Endlosumschlingungsmittels. Ein weiterer Vorteil kann
eine reduzierte Winkelschwingung auf der angetriebenen Welle beziehungsweise
den angetriebenen Wellen sein.
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Zur
Reduzierung der Schwingung müssen die
Frequenzen der beiden Schwingungen gleich, ihre Amplituden ähnlich und
ihre Phasen etwa entgegengesetzt (Differenz der Phasenwinkel circa
180°) sein.
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Dem
Phasenunterschied der Schwingungen kann ein Phasenunterschied der
Wellen der Bauteile zugeordnet werden. Die "Unrundheit" des Umfangs mit nicht-kreisförmigem Profil
wird im einfachsten Fall so ausgerichtet, dass die Phasenwinkeldifferenz
an einem Betriebspunkt des Umschlingungstriebes, an dem die Ausgangsschwingung
eine hohe Amplitude aufweist, 180° beträgt. An diesem
Betriebspunkt ist damit eine optimale Wirksamkeit der destruktiven
Interferenz gegeben.
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An
anderen Betriebspunkten – das
heißt
für andere
Drehzahlen und dynamische Belastungen – ist diese Bedingung normalerweise
nicht mehr erfüllt, weil
die Phase der Ausgangsschwingung betriebspunktabhängig ist.
Sind Ausgangsschwingung und Gegenschwingung in diesen anderen Betriebspunkten
nicht mehr in Gegenphase, so kann der abschwächende Effekt der Ausrichtung
der Unrundheit des nicht-kreisförmigen
Umfangsprofils verloren gehen oder sich sogar ins Gegenteil umkehren,
in eine unerwünschte Überhöhung der
Ausgangsschwingung der konstruktive Interferenz.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
bei dem die Ausgangsschwingung und die Gegenschwingung über einen
großen
Betriebsbereich in Gegenphase oder in etwa in Gegenphase sind.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Phasenunterschied der rotierenden Wellen zueinander in
Abhängigkeit
einer Rotationsgeschwindigkeit und/oder einer insbesondere dynamischen
Belastung des Umschlingungstriebes eingestellt wird. Dem Phasenunterschied
der Wellen der Bauteile kann ein Phasenunterschied von Ausgangsschwingung
und Gegenschwingung zugeordnet werden. Durch eine Einstellung des
Phasenunterschieds wird die Phase beziehungsweise Phasenlage des
Bauteils mit nicht-kreisförmigem
Umfangsprofil der Phase der Ausgangsschwingung in Abhängigkeit
von der Rotationsgeschwindigkeit und/oder der Belastung des Umschlingungstriebes
um 180° versetzt
nachgeführt, so
dass in einem möglichst
großen
Betriebsbereich eine destruktive Interferenz und damit eine Absenkung
der Schwingungsamplitude der resultierenden Schwingung erreicht
wird. Der Betriebsbereich mit den Betriebspunkten ist insbesondere
durch die Größe von Übertragungs-
und Belastungsmomenten und der Drehzahl eines der Bauteile beziehungsweise der
Wellen gekennzeichnet. Der Umschlingungstrieb ist insbesondere ein
Umschlingungstrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem ein als Kurbelwellenrad
ausgebildetes Bauteil ein als Nockenwellenrad ausgebildetes Bauteil
mittels des Endlosumschlingungsmittels antreibt. Die zugeordneten
Wellen sind dabei Kurbelwelle und Nockenwelle.
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Weiterhin
ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Einstellung des Phasenunterschieds
durch eine Verstelleinrichtung bewirkt wird. Diese Verstelleinrichtung
wirkt entweder auf eines der vom Endlosumschlingungsmittel umschlungenen
Bauteile oder auf das Endlosum schlingungsmittel selbst. Zum Beispiel ändert eine
auf das Endlosumschlingungsmittel wirkende Verstelleinrichtung mittels
einer Spannvorrichtung einstellbar die Länge eines Zugtrums zwischen den
Bauteilen und ändert
dabei den Phasenunterschied zwischen den rotierenden Wellen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens
eines der Bauteile einen die Verstelleinrichtung bildenden Winkelversteller
zum Verstellen der Winkellage zwischen dem Umfang und der zugeordneten
Welle des Bauteils bildet oder aufweist. Derartige Winkelversteller
sind zum Beispiel für
Nockenwellenräder
zur Nockenwellenverstellung bei Brennkraftmaschinen bekannt. Dabei werden
variable Steuerzeiten der Gaswechselventile durch eine Phasenverstellung
am Nockenwellenrad erreicht. Ein derartiger Winkelversteller weist
zum Beispiel einen Außenumfang
und einen Innenumfang auf, deren Winkellage relativ zueinander verstellt werden
kann.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass die Einstellung des Phasenunterschieds
durch Vorgabe der Winkellage in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit
und/oder der (dynamischen) Belastung des Umschlingungstriebes erfolgt.
Dazu wird vorteilhafterweise die Rotationsgeschwindigkeit und/oder
die Belastung des Umschlingungstriebes gemessen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Vorgabe der Winkellage durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung erfolgt.
Dabei erfolgt die Vorgabe der Winkellage entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit
und/oder der (dynamischen) Belastung des Umschlingungstriebes.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Winkelversteller
ein hydraulisch und/oder elektrisch betätigbarer Winkelversteller ist.
Derartige Versteller sind als Nockenwellenverstelleinrichtungen
(VCT: Variable Cam Timing) von Brennkraftmaschinen bekannt.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass das Bauteil mit nicht-kreisförmigem Umfangsprofil
den Winkelversteller bildet oder aufweist. Die Einstellung des Phasenunterschieds
und das Erzeugen der Gegenschwingung sind mit Vorteil in einem Bauteil
zusammengefasst. Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, den Winkelversteller
und das Bauteil mit nicht-kreisförmigem Umfangsprofil
und die entsprechenden Funktionen räumlich voneinander zu trennen.
Dabei kann das Bauteil mit nicht-kreisförmigem Umfangsprofil zum Beispiel
mit einem Antrieb und der Winkelversteller in einem mit einem Abtrieb
verbundenen Bauteil angeordnet sein. Bei dieser Anordnung wirken das
Bauteil mit nicht-kreisförmigem Umfangsprofil und
das Bauteil mit Winkelversteller über einen breiten Bereich schwingungsdämpfend zusammen.
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Der
erfindungsgemäße Umschlingungstrieb ist
dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung derart auf
den Umschlingungstrieb wirkt, dass der Phasenunterschied der rotierenden
Wellen in Abhängigkeit
einer Rotationsgeschwindigkeit und/oder einer Belastung des Umschlingungstriebes eingestellt
ist. Die Verstelleinrichtung kann dabei in einem der Bauteile angeordnet
sein oder auf das Endlosumschlingungsmittel wirken.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass mindestens eines der Bauteile einen die Verstelleinrichtung bildenden
Winkelversteller zum Verstellen der Winkellage zwischen dem Umfang
und der zugeordneten Welle des Bauteils bildet oder aufweist. Dabei
ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Einstellung des Phasenunterschieds
durch Vorgabe der Winkellage in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit
und/oder einer Belastung, insbesondere einer dynamischen Belastung,
des Umschlingungstriebes erfolgt. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass
die Vorgabe der Winkellage durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung
erfolgt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Winkelversteller
ein hydraulisch und/oder elektrisch betätigbarer Winkelversteller ist.
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Schließlich ist
mit Vorteil vorgesehen, dass das Bauteil mit nicht-kreisförmigem Umfangsprofil den
Winkelversteller bildet oder aufweist. Dabei sind die Funktionen
der Einstellung des Phasenunterschieds und der Ausbildung der Gegenschwingung
in einem Bauteil konzentriert. Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen,
dass die Funktion der Einstellung des Phasenunterschieds und der
Ausbildung der Gegenschwingung räumlich
voneinander getrennt werden.
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Die
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispielen
und zwar zeigen:
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1 einen
Umschlingungstrieb nach einem ersten Ausführungsbeispiel und
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2 einen
Umschlingungstrieb nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die 1 zeigt
einen Umschlingungstrieb 1 mit einem Endlosumschlingungsmittel 2,
das um zwei mit Abstand zueinander liegende, drehbar gelagerte Bauteile 3, 4 geführt ist.
Eines der beiden Bauteile 3, 4 – zum Beispiel
das zweite Bauteil 4 – treibt das
andere Bauteil – das
erste Bauteil 3 – über das Endlosumschlingungsmittel 2 drehend
an.
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Das
erste Bauteil 3 ist zur Ausbildung einer eine Ausgangsschwingung
des Umschlingungstriebes 1 überlagernden Gegenschwingung
als Bauteil 3 mit einem Umfang 5 ausgebildet,
dessen Umfangsprofil ein nicht-kreisförmiges Umfangsprofil ist. Zusätzlich ist
zur besseren Darstellung der Unrundheit ein kreisförmiges Umfangsprofil
dargestellt. Die Bauteile 3, 4 sind jeweils auf
einer rotierenden Welle 6, 7 drehfest angeordnet.
Dabei ist das Bauteil 3 der Welle 6 und das Bauteil 4 der
Welle 7 zugeordnet. Das zweite Bauteil 4 weist
eine als Winkelversteller 8 ausgebildete Verstelleinrichtung 9 auf.
Der Winkelversteller 8 weist einerseits einen Außenumfang 10 und einen
Innenumfang 11 auf, wobei die Winkellage Δ des Außenumfangs 10 gegenüber der
Winkellage des Innenumfangs 11 in einem Winkelbereich verstellt
werden kann. Durch das Verstellen der Winkellage Δ von Außen- zu
Innenumfang 10, 11 des Winkelverstellers 8 wird
die Winkellage Δ der
zugeordneten Welle 7 des zweiten Bauteils 4 gegenüber der Winkellage
seines Umfangs 12 verstellt. Der Winkelversteller 8 ist
dabei als hydraulisch verstellbarer Winkelversteller 13 ausgebildet.
Derartige Winkelversteller sind zum Beispiel bei Nockenwellenrädern zur Nockenwellenverstellung
bekannt und werden hydraulisch von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 14 betätigt. Dabei
gibt die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 14 die Winkellage
zwischen dem Umfang 12 und der Welle 7 in Abhängigkeit
einer durch einen Drehzahlmesser 15 am zweiten Bauteil 4 gemessenen
Rotationsgeschwindigkeit ω vor.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
sind der Winkelversteller 8 und das Bauteil 3 mit
nicht-kreisförmigem
Umfangsprofil sowie die entsprechenden Funktionen (Einstellen des
Phasenunterschieds und Erzeugen der Gegenschwingung) räumlich voneinander
getrennt. In dieser Anordnung wirken das Bauteil 3 mit
nicht-kreisförmigem
Umfangsprofil und das Bauteil 4 mit Winkelversteller 8 über einen
breiten Betriebsbereich schwingungsdämpfend zusammen.
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Die 2 zeigt
einen Umschlingungstrieb 1, der im Wesentlichen dem Umschlingungstrieb 1 der 1 entspricht,
so dass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Beim Umschlingungstrieb 1 der 2 weist
das erste Bauteil 3 mit Umfang 5, der ein nicht-kreisförmiges Umfangsprofil
aufweist, die als Winkelversteller 8 ausgebildete Verstelleinrichtung 9 auf.
Der Winkelversteller 8 verstellt die Winkellage Δ zwischen
dem nicht-kreisförmigen
Umfang 5 und der zugeordneten Welle 6 des ersten
Bauteils 3. Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel die Erzeugung
der Gegenschwingung und die Einstellung des Phasenunterschieds in
dem Bauteil 3 vereinigt.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur dargestellten Einstellung in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit ω kann auch
eine Einstellung in Abhängigkeit eines
Belastungsmoments (einer Belastung) des Umschlingungstriebes erfolgen.
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- 1
- Umschlingungstrieb
- 2
- Endlosumschlingungsmittel
- 3
- Bauteil
- 4
- Bauteil
- 5
- Umfang,
nicht-kreisförmige
Umfangskontur
- 6
- Welle
- 7
- Welle
- 8
- Winkelversteller
- 9
- Verstelleinrichtung
- 10
- Außenumfang
- 11
- Innenumfang
- 12
- Umfang
- 13
- Winkelversteller,
hydraulisch verstellbar
- 14
- Steuer-
und/oder Regeleinrichtung
- 15
- Drehzahlmesser