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Die
Erfindung betrifft eine Gleichteileanordnung bei Brennkraftmaschinen
unterschiedlicher Ausführung,
insbesondere V6- und V8-Motoren, wobei jede Brennkraftmaschine eine
Kurbelwellenanordnung und mindestens eine Ausgleichswellenanordnung
aufweist, die mittels eines Endloszugmittels eines Umschlingungstriebs
verbunden sind.
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Umschlingungstriebe
mittels Endloszugmitteln an Brennkraftmaschinen sind bekannt. Sie
dienen, angetrieben im Regelfall von einer Kurbelwelle oder einer
auf dieser befindlichen Riemenscheibe, zum Antrieb von Nebenaggregaten
und/oder als Steuertriebe, beispielsweise für Nockenwellen. Weiter ist
bekannt, solche Umschlingungstriebe zum Antrieb von Ausgleichswellen
zu verwenden, die freie Massekräfte
und -momente ausgleichen, und die im Wesentlichen die Funktion von
Unwuchtsystemen haben. Der Ausgleich erfolgt für freie Momente erster Ordnung
mit Kurbelwellendrehzahl und für
solche zweiter Ordnung mit doppelter Kurbelwellendrehzahl.
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In
bekannten Anordnungen von Umschlingungstrieben folgt die Geometrie
des Umschlingungstriebes den Anforderungen des jeweiligen Motors,
insbesondere der Anordnung der einzelnen Riemenscheiben und Wellen,
sowie der Anordnung der anzutreibenden Nebenaggregate in dem zu
Verfügung
stehenden Bauraum, insbesondere im Motorraum. Daran ist nachteilig,
dass für
jede Motorisierung unterschiedliche Umschlingungstriebe konstruiert
und ausgeführt
werden müssen,
die sich teilweise sehr erheblich unterscheiden, was in der Herstellung zu
Logistik- und Kostennachteilen führt.
Ferner sind derartige Umschlingungstriebe prinzipbedingt, wenn sie
in einer bestimmten Ausführung
für einen
bestimmten Motor und Motortyp vorliegen, nur an ebensolchen Motortypen
einsetzbar, da sich im Regelfall Anordnung und Ausführung von
Nebenaggregaten und insbesondere Ausgleichswellen unterscheiden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine mit Kurbelwellenanordnung
und mindestens einer Ausgleichswellenanordnung bereitzustellen,
die die genannten Nachteile vermeiden.
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Hierzu
wird eine Gleichteileanordnung bei Brennkraftmaschinen unterschiedlicher
Ausführung, insbesondere
V6- und V8-Motoren, vorgeschlagen, wobei jede Brennkraftma schine
eine Kurbelwellenanordnung und mindestens eine Ausgleichswellenanordnung
aufweist, und wobei an einem bestimmten Einbauort nur eine Nebenaggregat-Antriebsanordnung
bei einer Ausführung
der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und an diesem Einbauort bei
einer anderen Ausführung
der Brennkraftmaschine dort eine weitere Ausgleichswellenanordnung
oder eine Ausgleichswellenanordnung und Nebenaggregat-Antriebsanordnung
angeordnet ist, wobei sämtliche
vorstehend genannten Anordnungen in Abhängigkeit von der jeweiligen
Ausführung
mittels eines Endloszugmittels eines Umschlingungstriebs verbunden
sind. Ein V6-Motor mit einem Bankwinkel von 90° weist beispielsweise freie
Momente erster Ordnung und freie Momente zweiter Ordnung auf. Demzufolge ist
zum Ausgleich der freien Momente erster Ordnung eine Ausgleichswelle
vorzusehen, die mit Kurbelwellendrehzahl läuft, allerdings in entgegengesetzter Richtung.
Zum Ausgleich des freien Momentes zweiter Ordnung ist eine Ausgleichswelle
vorzusehen, die mit doppelter Kurbelwellendrehzahl läuft, und
zwar ebenfalls in gegenläufiger
Richtung. Dies wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass die Ausgleichswellenanordnung
eine Riemenscheibe mit dem Umfang einer Riemenscheibe der Kurbelwellenanordnung
aufweist und überdies
auch als Nebenaggregat-Antrieb dient, beispielsweise für eine Öl- oder Wasserpumpe.
Die Drehrichtung von Kurbelwellenanordnung und Ausgleichswellenanordnung
ist hierbei gegensinnig. Sowohl Kurbelwellenanordnung als auch Ausgleichswellenanordnung
sind, bei Sicht auf die Brennkraftmaschine von vorn, übereinander
angeordnet. Die Drehrichtungsumkehr ergibt sich durch eine entsprechende
Anordnung des Endloszugmittels im Umschlingungstrieb. Zur Ausbildung
des Umschlingungstriebs ist unterseitig beispielsweise noch eine
Spannschiene oder eine Umlenkrolle vorgesehen. Bei Blick auf die
Brennkraftmaschine von vorn, also auf die stirnseitig angeordneten,
genannten Anordnungen und auf den Umschlingungstrieb, ist weiter
linksseitig unten eine weitere Ausgleichswellenanordnung zum Ausgleich
von Momenten zweiter Ordnung vorgesehen, die mit doppelter Kurbelwellendrehzahl
läuft,
und zwar mit entgegengesetzter Laufrichtung relativ zur Kurbelwellenanordnung.
Ein V8-Motor mit
einer üblichen
Kurbelwelle mit vier Kröpfungen
weist dem gegenüber
nur Momente erster Ordnung auf, die positiv umlaufend sind, der
negative Anteil beträgt
null. Dieser positiv umlaufende Anteil lässt sich mit Gegengewichten
allerdings vollständig
ausgleichen, so dass der Ausgleich von Momenten erster Ordnung bei
geläufigen
V8-Motoren mit gekröpfter Kurbelwelle
keine Rolle spielt. Die im vorstehend beschriebenen Beispiel eines
V6-Motors erforderliche Ausgleichswelle für Momente erster Ordnung ist
in der Ausgestaltung für
einen solchen V8-Motor mit gekröpfter
Kurbelwelle als Welle zum Antrieb von Nebenaggregaten vorgesehen,
also als Nebenaggregat-Antriebsanordnung,
ohne jedoch eine Ausgleichswellenfunktion aufzuweisen. Die geometrische
Anordnung ist indes dieselbe wie im vorstehend beschriebenen Beispiel
für den
V6-Motor; die zugeordnete Riemenscheibe ist lediglich nicht mit einer
Ausgleichswelle für
Momente erster Ordnung, sondern mit einer Welle zum Antrieb von
mindestens einem Nebenaggregat verbunden. Die Anordnung der Ausgleichswelle
für Momente
zweiter Ordnung ist an derselben Stelle, also an demselben Einbauort, vorgesehen
wie im vorstehend beschriebenen Beispiel für den V6-Motor. Insofern lässt sich
ein gleichartig ausgebildeter Umschlingungstrieb und eine gleichartig
ausgebildete Anordndung der Riemenscheiben der Ausgleichswellenanordnung
und Kurbelwellenanordnung sowohl für den V6- als auch für den V8-Motor
erzielen. Hieran ist eine erhebliche Kosteneinsparung durch das
hierdurch bewirkte Gleichteilekonzept möglich. Es ist nämlich realisierbar,
die Motorfront (Stirnseite), nämlich
insbesondere Wellendurchtritte, Lagerstellen und Anordnung von Riemenscheiben
ebenso wie den Umschlingungstrieb für V6- und V8-Motoren identisch
auszuführen.
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In
einer Ausführung
werden die beiden Ausgleichswellen zur Reduktion von Schwingungen
der ersten Motorordnung gleichsinnig angetrieben. Wie vorstehend
beschrieben, sind beim V6-Motor wie auch beim V8-Motor mit gekröpfter Kurbelwelle
die beiden Ausgleichswellen, nämlich
die Ausgleichswelle für
Momente erster Ordnung und die Ausgleichswelle für Momente zweiter Ordnung,
gegenläufig
zur Kurbelwelle angetrieben, untereinander jedoch gleichsinnig.
Beide Ausgleichswellen laufen also jeweils entgegen der Kurbelwellendrehrichtung.
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In
einer anderen Ausführungsform
weist, wie beschrieben, der Umschlingungstrieb zur Umlenkung eine
Umlenkrolle auf. Diese ist bevorzugt, bei Blick auf die Motorfront,
also auf den Umschlingungstrieb, unten rechts angeordnet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
treibt die Umlenkrolle, beispielsweise über eine Anordnung kämmender
Zahnräder,
die einerseits auf oder an der Umlenkwelle und andererseits an der
weiteren Ausgleichswelle angetrieben sind, eine weitere Ausgleichswelle
an, die gegensinnig zur Umlenkwelle läuft. Eine solche Anordnung
ist bei V8-Motoren mit sogenannter ebener Kurbelwelle wünschenswert. Die
Bauart der ebenen Kurbelwelle kommt bei sportlich orientierten Fahrzeugen
zum Einsatz, hat aber den Nachteil, dass sie freie Kräfte zweiter
Ordnung erzeugt. Diese werden über
eine Ausgleichswelle zweiter Ordnung ausgeglichen, die gleichsinnig
zur Kurbelwelle und damit gegensinnig zur bei V8-Konstruktionen üblichen
Ausgleichswelle für
Momente zweiter Ordnung dreht, da letztere gegensinnig zur Kurbelwelle
dreht. Diese Drehrichtungsumkehr lässt sich einfach über an den
Wellen angeordnete Zahnräder
gleichen Umfangs, beziehungsweise eines solchen Umfangs, dass sich
eine doppelte Kurbelwellendrehzahl bei der weiteren Ausgleichswelle
ergibt, erreichen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Drehrichtungsumkehr dadurch erreicht, dass die weitere
Ausgleichswelle den Umschlingungstrieb von außen im Bereich der Spannwelle
beaufschlagt, wodurch sie ebenfalls gegensinnig zur Umlenkwelle
umläuft.
Damit hat sie wieder die Laufrichtung der Kurbelwelle.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
Gleichteileanordnung eines V6-Motors,
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2 eine
Gleichteileanordnung eines V8-Motors und
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3 eine
Gleichteileanordnung eines V8-Motors mit ebener Kurbelwelle.
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1 zeigt
eine Gleichteileanordnung 1 bei einer Brennkraftmaschine 2,
nämlich
einem V6-Motor 3. Die Gleichteileanordnung 1 umfasst
eine Kurbelwellenanordnung 4 und Ausgleichswellenanordnungen 5,
wobei diese Ausgleichswellenanordnungen 5 aus einer ersten
Ausgleichswelle 6 zum Ausgleich von Momenten erster Ordnung
und aus einer zweiten Ausgleichswelle 7 zum Ausgleich von
Momenten zweiter Ordnung bestehen. Weiter ist eine Umlenkrolle 8 vorgesehen,
die ein die Kurbelwellenanordnung 4 und die Ausgleichswellenanordnungen 5 zur
Ausbildung eines Umschlingungstriebs 9 verbindendes Endloszugmittel 10 umlenkt.
Die Anordnung 4, Ausgleichswellenanordnungen 5 sowie
die Umlenkrolle 8 sind in einer Stirnseite 11 der
Brennkraftmaschine 2 gelagert, wobei die Kurbelwellenanordnung 4 ein
Kurbelwellenriemenrad 12, die Ausgleichswellenanordnung 5 auf
der ersten Ausgleichswelle 6 ein erstes Ausgleichswellenriemenrad 13, und
auf der zweiten Ausgleichswelle 7 ein zweites Ausgleichswellenriemenrad 14 aufweisen,
auf denen das Endloszugmittel 10 läuft. Das Kurbelwellenriemenrad 12 läuft in Kurbelwellendrehrichtung
R1, wohingegen das erste Ausgleichswellenriemenrad 13 und
die erste Ausgleichswelle 6 entgegengesetzt hierzu in Umkehrrichtung
R2 laufen. Ebenfalls in Umkehrrichtung R2 läuft
die zweite Ausgleichswelle 7. Die Umlenkrolle 8 läuft ebenfalls
in Umkehrrichtung R2. Die zweite Ausgleichswelle 7 läuft aufgrund
der Dimensionierung des zweiten Ausgleichswellenriemenrads 14 relativ
zum Kurbelwellenriemenrad 12 mit doppelter Kurbelwellendrehzahl,
wie zum Ausgleich von Momenten zweiter Ordnung erforderlich. Das
erste Ausgleichswellenriemenrad 13 ist dimensioniert wie
das Kurbelwellenriemenrad 12 und läuft demzufolge mit Kurbelwellendrehzahl,
wie zum Ausgleich für
Momente erster Ordnung erforderlich. Dem ersten Ausgleichswellenriemenrad 13 ist
gleichzeitig ein Nebenaggregat 15, hier nur ganz schematisch und
nicht maßgeblich
für die
tatsächliche
Einbaulage, zugeordnet, das über
das erste Ausgleichswellenriemenrad 13 angetrieben wird;
das Ausgleichswellenriemenrad 13 und das Nebenaggregat 15 bilden
hierbei eine Nebenaggregatantriebsanordnung 16 aus.
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2 zeigt
die Gleichteileanordnung 1 an einer weiteren Brennkraftmaschine 2,
nämlich
einem V8-Motor 17, der eine aus dem Stand der Technik bekannte,
in zwei zueinander senkrecht liegenden Ebenen gekröpfte Kurbelwelle
(Kreuzkurbelwelle) aufweist. Die Stirnseite 11 der Brennkraftmaschine 2 weist
hierbei für
den V8-Motor dieselbe Gleichteileanordnung 1 auf wie für den in 1 beschriebenen V6-Motor 3.
Insbesondere ist die Anordnung des Umschlingungstriebs 9 identisch,
mit der Maßgabe,
dass aufgrund des Umstandes, dass ein solcher V8-Motor 17 lediglich
einen Ausgleich von Momenten zweiter Ordnung benötigt, das erste Ausgleichswellenriemenrad 13 lediglich
dem Antrieb des Nebenaggregats 15 dient, jedoch keine Ausgleichswelle
erster Ordnung vorhanden ist. Das erste Ausgleichswellenriemenrad 13 indes
ist exakt identisch zur Anordnung beim V6-Motor 3 aus 1 angeordnet.
Auch hier läuft
das erste Ausgleichswellenriemenrad 13 in Umkehrrichtung
R2 relativ zur Kurbelwellendrehrichtung R1, wie am Kurbelwellenriemenrad 12 ersichtlich. Ebenfalls
in Umkehrrichtung R2 verläuft das
zweite Ausgleichswellenriemenrad 14, dem aber keine angeschlossen
ist. Ebenfalls vorhanden und an identischer Stelle wie bei der Anordnung
des in 1 beschriebenen V6-Motors 3 ist die Umlenkrolle 8,
die das Endloszugmittel 10 umlenkt. Der Unterschied zwischen
dem in 1 beschriebenen V6-Motor, beispielsweise einem
solchen mit einem Bankwinkel von 90°, und dem in 2 beschriebenen
V8-Motor mit gekröpfter
Kurbelwelle ist hinsichtlich der Anordnung der Elemente des Umschlingungstriebs 9 lediglich
der, dass das erste Ausgleichwelienriemenrad 13 beim V6-Motor 3 aus 1 tatsächlich eine
erste Ausgleichswelle zum Ausgleich von Momenten erster Ordnung
mit Kurbelwellendrehzahl in Umkehrrichtung R2 antreibt,
und daneben noch als Nebenaggregatsantriebsanordnung 16 dient,
wohingegen beim in 2 dargestellten V8-Motor 17 das
erste Ausgleichswellenriemenrad 13 lediglich als Antrieb
der Nebenaggregatsantriebsanordnung 16 dient, da beim V8-Motor 17 mit
gekröpfter
Kurbelwelle auszugleichende Momente erster Ordnung nicht vorhanden
sind. Zwar liegt ein Moment erster Ordnung vor, das positiv umläuft. Das
positiv umlaufende Moment erster Ordnung kann aber durch Gegengewichte
vollständig
ausgeglichen werden; der negativ umlaufende Anteil ist null.
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3 zeigt
eine Gleichteileanordnung 1 einer weiteren Brennkraftmaschine 2,
nämlich
eines V8-Motors 17 mit ebener Kurbelwelle, also einer solchen,
die keine kreuzweisen Kröpfungen
aufweist, wie in 2 beschrieben, sondern die analog
einem Vierzylinder-Reihenmotor
nur in einer Ebene gekröpft ist.
Die Kurbelwelle ist nicht dargestellt. Auch hier weist die Gleichteileanordnung 1 das
Kurbelwellenriemenrad 12 auf, das in Kurbelwellendrehrichtung R1 läuft,
das erste Ausgleichwellenriemenrad 13, dem wie schon in 2 jedoch
durch die Gegebenheiten des V8-Motors keine Ausgleichswelle für Momente
erster Ordnung zugeordnet ist, sondern das zum Antrieb des Nebenaggregats 15 in
der Nebenaggregatsantriebsanordnung 16 dient und das in
Umkehrrichtung R2 läuft. Das zweite Ausgleichswellenriemenrad 14 treibt
die zweite Ausgleichswelle 7 zum Ausgleich von Kräften (und
gegebenenfalls Momenten) zweiter Ordnung und läuft in Umkehrrichtung R2. Weiter umfasst ist die Umlenkrolle 8,
die ebenfalls in Umkehrrichtung R2 läuft. Die
Anordnung des Endloszugmittels 10 zur Ausbildung des Umschlingungstriebs 9 ist
identisch mit den in 1 und 2 beschriebenen
Anordnungen des V6-Motors 17 aus 1 und des
V8-Motors 17 mit gekröpfter
Kurbelwelle aus 2. Anders als in 2 gezeigt,
ist dem V8-Motor 17 mit ebener Kurbelwelle eine weitere Ausgleichswelle 18 zugeordnet,
die zum Ausgleich von Kräften
und ggf. Momenten zweiter Ordnung, wie sie Brennkraftmaschinen mit
ebener Kurbelwelle in V8-Anordnung eigen sind, dient, und die in
Kurbelwellendrehrichtung R1 läuft. Hierzu
kann die weitere Ausgleichswelle 18 mit einem weiteren
Ausgleichswellenriemenrad 19 versehen sein, dass das Endloszugmittel 10 beziehungsweise
den Umschlingungstrieb von außen
beaufschlagt, wodurch es die Kurbelwellendrehrichtung annimmt, oder,
wie hier dargestellt, mittels eines Zahntriebs 20, der
derart ausgebildet ist, dass sowohl der Umlenkrolle 8 als
auch der weiteren Ausgleichswelle 18 jeweils ein zum anderen umfangsgleiches
Zahnrad zugeordnet ist, das jeweils drehfest verbunden ist, und
das mit dem jeweils anderen Zahnrad kämmt. Hierdurch ergibt sich
eine Drehrichtungsumkehr zwischen der Umlenkrolle 8 und
der weiteren Ausgleichswelle 18, so dass die weitere Ausgleichswelle 18 mit
der Drehzahl der Umlenkrolle 8 umläuft, allerdings entgegengesetzt
zu deren Umkehrrichtung R2 in Kurbelwellendrehrichtung
R1. Sie läuft demzufolge gegensinnig
zur in Umkehrrichtung R2 umlaufenden zweiten
Ausgleichswelle 7; hierdurch ist ein (vollständiger)
Ausgleich der bei Verwendung einer ebenen Kurbelwelle in V8-Motoren 17 auftretenden
Momente und Kräfte
möglich. Selbstverständlich kann
die Drehzahlgleichheit zwischen weiterer Ausgleichswelle 18 und
Umlenkrolle 8 beziehungsweise die doppelte Kurbelwellendrehzahl an
der weiteren Ausgleichswelle 18 auch durch entsprechend
abweichende Umfangsverhältnisse
der hier nicht dargestellten Zahnräder des Zahntriebs 20 erreicht
werden, wesentlich ist hierbei lediglich, dass die weitere Ausgleichswelle 18 mit
doppelter Kurbelwellendrehzahl rotiert. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
das weitere Ausgleichswellenriemenrad 19 etwa in der hier
dargestellten Position oder beispielsweise etwas oberhalb der hier
dargestellten Position von außen
den Umschlingungstrieb 9 beaufschlagen zu lassen; hierbei
soll das weitere Ausgleichswellenriemenrad 19 bevorzugt
denselben Durchmesser aufweisen wie das zweite Ausgleichswellenriemenrad 14.
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- 1
- Gleichteileanordnung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- V6-Motor
- 4
- Kurbelwellenanordnung
- 5
- Ausgleichswellenanordnung
- 6
- erste
Ausgleichswelle
- 7
- zweite
Ausgleichswelle
- 8
- Umlenkrolle
- 9
- Umschlingungstrieb
- 10
- Endloszugmittel
- 11
- Stirnseite
- 12
- Kurbelwellenriemenrad
- 13
- erstes
Ausgleichswellenriemenrad
- 14
- zweites
Ausgleichswellenriemenrad
- 15
- Nebenaggregat
- 16
- Nebenaggregatantriebsanordnung
- 17
- V8-Motor
- 18
- weitere
Ausgleichswelle
- 19
- weiteres
Ausgleichswellenriemenrad
- 20
- Zahntrieb
- R1
- Kurbelwellendrehrichtung
- R2
- Umkehrrichtung