-
Die
Erfindung betrifft einen Stirnradtrieb für eine Brennkraftmaschine.
-
Aus
der Praxis sind zum Antrieb von Nockenwellen und Motorhilfsaggregaten
Stirnradtriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt. Solche aus der Praxis bekannten Stirnradtriebe werden
insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einem großen Hubraum
verwendet, wie sie beispielsweise in Nutzkraftfahrzeugen eingesetzt
werden.
-
Ein
Stirnradtrieb für eine Brennkraftmaschine ist ferner aus
der
DE 25 02 033 A1 bekannt,
wobei bei diesem Stirnradtrieb ein Nockenwellenrad über
ein als Doppelrad ausgeführtes Zwischenrad von einem Kurbelwellenrad
angetrieben wird.
-
Die
Räder des Stirnradtriebes haben neben der Leistungsübertragung
die Aufgabe, für die Hilfsaggregate sowie eine erste und
gegebenenfalls eine zweite Nockenwelle die entsprechenden Drehzahlanpassungen
vorzunehmen. Das für eine Viertakt-Brennkraftmaschine notwendige Übersetzungsverhältnis
zwischen Kurbelwelle und Nockenwellen von 1:0,5 wird im Allgemeinen
mittels eines Doppelrades realisiert.
-
Doppelräder
sind jedoch in der Herstellung verhältnismäßig
aufwendig, und sie benötigen zudem einen großen
Bauraum.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Stirnradtrieb
für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen.
-
Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Gemäß der
Erfindung ist bei einem Stirnradtrieb für eine Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein drittes
Zwischenrad vorgesehen. Dieses dritte Zwischenrad ermöglicht
es, das gewünschte Drehzahlverhältnis zwischen
der Kurbelwelle und der oder den Nockenwellen mit insgesamt kleinen
Rädern herzustellen, so dass der Stirnradtrieb insgesamt
kleiner und leichter wird.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
eine Ölpumpe zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit
Schmiermittel in Richtung der Kurbelwellenachse gesehen unterhalb
derselben und damit bezüglich der Kurbelwellenachse der
oder den Nockenwellen gegenüberliegend anzuordnen. Dementsprechend
ist der Stirnradtrieb gemäß dieser bevorzugten
Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass ein Ölpumpenrad
bezüglich der Kurbelwellenachse dem Nockenwellenrad gegenüberliegend
angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, den Stirnradtrieb
schmal auszuführen.
-
Grundsätzlich
ist es möglich, dass das Ölpumpenrad direkt von
dem Kurbelwellenrad angetrieben ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ölpumpenrad
jedoch über einen Ölpumpenzwischenrad von dem
Kurbelwellenrad angetrieben, da sich bei einer solchen Ausgestaltung
die gewünschte Übersetzung mit besonders kleinen
und leichten Rädern realisieren lässt.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kraftstoffpumpenrad
vorgesehen, um über den Stirnradtrieb auch die Kraftstoffversorgung
der Brennkraftmaschine sicherstellen zu können. Das Kraftstoffpumpenrad
ist vorzugsweise über das erste und das zweite Zwischenrad
angetrieben, so dass die Lage der Kraftstoffpumpe unter dem Gesichtspunkt
einer möglichst kompakten Bauform der Brennkraftmaschine
günstig gewählt werden kann. Entsprechendes gilt
für den Antrieb eines Turbocompounds, für welches gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Turbocompound-Rad und – weiter
bevorzugt – ein Turbocompound-Zwischenrad vorgesehen sind.
Das Turbocompound-Rad kann im Rahmen der Erfindung auch zum optionalen
Antrieb eines Nebenabtriebes verwendet werden. Im Rahmen der Erfindung
ist es ferner möglich, das Turbocompound-Rad sowohl zur Übertragung
der Turbocompound-Leistung als auch zur Übertragung für
die Leistung eines optionalen Nebenabtriebes zu verwenden.
-
Gemäß weiteren
bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, für
einen Kompressor ein Kompressorrad vorzusehen, um auch einen Kompressor
mit dem Stirnradtrieb antreiben zu können. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn das Kompressorrad von dem ersten Zwischenrad angetrieben
ist.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das erste Zwischenrad ist als Einfachrad mit nur einer Verzahnung
ausgebildet. Dies reduziert nicht nur den erforderlichen Bauraum
und das Gewicht, sondern auch den Herstellungsaufwand.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Turbocompound-Zwischenrad
als Einfachrad mit nur einer Verzahnung ausgebildet. Auch dadurch
werden der erforderliche Bauraum, das Gewicht und der Herstellungsaufwand
reduziert.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Zwischenrad
als Doppelrad mit zwei Verzahnungen ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung
ist es möglich, die gewünschte Übersetzung
zwischen der Kurbelwelle einerseits und der oder den Nockenwellen
andererseits von 1:0,5 bei geringem Gewicht und geringem erforderlichen
Bauraum zu realisieren. Dabei kann das als Einfachrad ausgeführte
erste Zwischenrad mit einem verhältnismäßig
kleinen Durchmesser ausgeführt sein.
-
Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind das erste
und das dritte Zwischenrad als Doppelräder mit zwei Verzahnungen
ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung erlaubt es, die gewünschte Übersetzung
zwischen der Kurbelwelle einerseits und der oder den Nockenwellen
andererseits von 1:0,5 zu realisieren und gleichzeitig mit einem
besonders kleinen Durchmesser für das Kompressorrad, das zweite
Zwischenrad und das Kraftstoffpumpenrad zu arbeiten.
-
Wenn – wie
gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen – das Turbocompound-Zwischenrad
als Doppelrad mit zwei Verzahnungen ausgebildet ist, ist es möglich,
die Achse des Turbocompound-Rades näher zur Kurbelwellenachse
hin zu orientieren, wodurch der Stirnradtrieb sehr kompakt wird.
Darüber hinaus kann dann auch das Turbocompound-Rad einen
sehr kleinen Durchmesser aufweisen.
-
Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist neben
einem ersten Nockenwellenrad ein zweites Nockenwellenrad vorgesehen,
wobei das erste Nockenwellenrad mindestens ein erstes Einlassventil
und das zweite Nockenwellenrad mindestens ein erstes Auslassventil
ansteuert. Bei einer solchen Ausgestaltung lassen sich die aus der
Mehrventiltechnik bekannten Vorteile mit denen der Erfindung kombinieren.
-
Wenn
für zwei Nockenwellen zwei Nockenwellenräder vorgesehen
sind, wie gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, ist es vorteilhaft, als ein viertes Zwischenrad
ein Verteilerrad vorzusehen, über welches das erste und
das zweite Nockenwellenrad von dem dritten Zwischenrad angetrieben
werden. Das erste und das zweite Nockenwellenrad sowie das vierte
Zwischenrad sind dann vorzugsweise an einem Zylinderkopf angeordnet,
so dass bei einer Montage der Zylinderkopfes auf einem Zylinderblock
nur das vierte Zwischenrad mit dem dritten Zwischenrad in Eingriff
zu bringen ist, was die Montage erleichtert.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das dritte Zwischenrad
verlagerbar angeordnet ist, um eine Variation des Achsabstandes
zwischen dem Nockenwellenrad und gegebenenfalls den zweiten Nockenwellenrad
gegenüber dem zweiten Zwischenrad zu kompensieren. Eine
solche Variation des Achsabstandes tritt insbesondere dann auf,
wenn die Planflächen des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblockes
nachbearbeitet werden, was im Rahmen der Überholung einer
Brennkraftmaschine häufig der Fall ist. Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung wird eine Möglichkeit geschaffen,
dieser Variation Rechnung zu tragen, so dass insgesamt mit kleineren
Toleranzen gearbeitet werden kann, was zu einer Reduzierung des
Bauraumes beiträgt.
-
Vorzugsweise
ist zu der zuvor genannten Variation des Achsabstandes das dritte
Zwischenrad auf einem verstellbaren Lagerzapfen gelagert. Eine solche
Ausgestaltung ist besonders einfach und platzsparend.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
-
Dabei
zeigen:
-
1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Stirnradtriebes,
-
2 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Stirnradtriebes sowie
-
3 einen
Ausschnitt aus 2.
-
Die
in 1 gezeigte bevorzugte erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stirnradtriebes 100 ist
für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die als Dieselaggregat
mit 10,6 l Hubraum ausgelegt ist. Der Stirnradtrieb 100 umfasst
ein Kurbelwellenrad 102, welches über ein erstes
Zwischenrad 104, ein zweites Zwischenrad 106,
ein drittes Zwischenrad und ein viertes Zwischenrad 110 ein
erstes Nockenwellenrad 112 sowie ein zweites Nockenwellenrad 114 antreibt.
Das erste Nockenwellenrad 112 dient der Steuerung der Einlassventile,
und das zweite Nockenwellenrad 114 dient der Steuerung
der Auslassventile, sodass anhand der 1 erkennbar
ist, dass die Brennkraftmaschine eine so genannte DOHC-Maschine
ist.
-
Den
Nockenwellenrädern 112, 114 zum Antrieb
einer ersten und einer zweiten Nockenwelle weist der Stirnradtrieb 100 unterhalb
des Kurbelwellenrades 102 und damit bezüglich
der Kurbelwellenachse (nicht gezeigt) den Nockenwellenrädern 112, 114 gegenüberliegend
ist ein Ölpumpenrad 116 angeordnet, welches über ein Ölpumpenzwischenrad 118 von
dem Kurbelwellenrad 102 angetrieben ist.
-
Ein
Kompressorrad 120 wird von dem ersten Zwischenrad 104 angetrieben.
Ein Kraftstoffpumpenrad 122 wird von dem zweiten Zwischenrad 106 angetrieben.
Ein Turbocompound-Rad 124 wird über ein Turbocompound-Zwischenrad 126 angetrieben.
-
Während
das erste Nockenwellenrad 112, das zweite Nockenwellenrad 114 und
das vierte Zwischenrad 110, welches als Verteilerrad ausgebildet
ist, an einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) gelagert sind, sind die übrigen
Räder an einem Rädergetriebegehäuse 128 gelagert,
welches vorzugsweise einstückig mit dem Motorblock ausgebildet
ist.
-
Hinsichtlich
der einzelnen Räder haben sich folgende Raddaten als besonders
vorteilhaft ergeben, sodass diese Daten als besonders bevorzugte
Ausgestaltung der Erfindung besonderen Schutz genießen:
| Kurbelwellenrad 102: | t
= 60 (60); n = 2,5; width = 31 |
| Erstes
Zwischenrad 104: | t
= 79 (81); n = 2,5; width = 51,5 |
| Zweites
Zwischenrad 106: | t
= 80 (80); n = 2,5; width = 20 (groß) |
| (Doppelrad) | t
= 52 (52); n = 1,9; width = 10 (klein) |
| Drittes
Zwischenrad 108: | t
= 71 (73); n = 1,9; width = 10 |
| Viertes
Zwischenrad 110: | t
= 69 (67); n = 1,9; width = 9 |
| Erstes
Nockenwellenrad 112: | t
= 78 (78); n = 1,9; width = 9 |
| Zweites
Nockenwellenrad 114: | t
= 78 (78); n = 1,9; width = 9 |
| Ölpumpenrad 116: | t
= 45 (42); n = 2,5; width = 8 |
| Ölpumpenzwischenrad 118: | t
= 28 (34); n = 2,5; width = 8 |
| Kompressorrad 120: | t
= 45 (45); n = 2,5; width = 15 |
| Kraftstoffpumpenrad 122: | t
= 40 (40); n = 2,5; width = 20 |
| Turbocompound-Rad 124: | t
= 47 (47); n = 2,5; width = 29 |
| Turbocompound-Zwischenrad 126: | t
= 83 (86); n = 2,5; width = 29 |
-
In
der vorstehenden Tabelle steht die Variable t für die Anzahl
der Zähne des betreffenden Rades, wobei in Klammern eine
weitere Ausführungsform angegeben ist.
-
Gemäß der
Erfindung und insbesondere gemäß der zuvor beschriebenen
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergibt sich der
Vorteil eines verhältnismäßig kleinen
ersten Zwischenrades 104. Ferner ist das erste Zwischenrad 104 innerhalb
der Kontur des Motorblockes angeordnet. Gegenüber vergleichbaren Stirnradtrieben
wird ein Rad weniger benötigt. Alle Räder können
und sind vorzugsweise gerade verzahnt, was die Montage erleichtert.
Ferner kann der Schwungradgehäuseflansch auf dem Motorblock
verkleinert werden. Die Ölpumpenrotationsrichtung ist umgekehrt.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform kann auch für
größere Brennkraftmaschinen, beispielsweise für
ein 12,8 l Dieselaggregat verwendet werden.
-
Die
in 2 gezeigte zweite bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stirnradtriebes 200 ist
wie die erste Ausführungsform für eine Brennkraftmaschine
vorgesehen, die als Dieselaggregat ausgelegt ist, wobei der vorgesehene
Hubraum 12,8 l oder 14,8 l beträgt. Der Stirnradtrieb 200 umfasst
ein Kurbelwellenrad 202, welches über ein erstes
Zwischenrad 204, ein zweites Zwischenrad 206,
ein drittes Zwischenrad 208 und ein viertes Zwischenrad 210 ein
erstes Nockenwellenrad 212 sowie ein zweites Nockenwellenrad 214 antreibt.
Das erste Nockenwellenrad dient der Steuerung der Einlassventile,
und das zweite Nockenwellenrad 214 dient der Steuerung
der Auslassventile. Das vierte Zwischenrad 210 ist als
Verteilerrad ausgebildet.
-
Wie
bei der ersten Ausführungsform ist ein Ölpumpenrad 216 vorgesehen,
welches bezüglich der Kurbelwellenachse (nicht gezeigt)
den Nockenwellenrädern 212, 214 gegenüberliegend
angeordnet ist. Allerdings wird das Ölpumpenrad 216 direkt
von dem Kurbelwellenrad 202 angetrieben.
-
Ein
Kompressorrad 220 wird von dem ersten Zwischenrad 204 angetrieben.
Ein Kraftstoffpumpenrad 222 wird von dem zweiten Zwischenrad 206 angetrieben.
Ein Turbocompound-Rad 224 wird von einem Turbocompound-Zwischenrad 226 angetrieben.
-
Abweichend
von der ersten Ausführungsform ist bei dem Stirnradtrieb 200 das
erste Zwischenrad 204 ein Doppelrad, wobei die größere
Verzahnung mit dem Kurbelwellenrad 202 in Eingriff steht
und wobei die kleinere Verzahnung das zweite Zwischenrad 206 sowie
das Kompressorrad 220 antreibt. Das zweite Zwischenrad 206 ist
ein Einfachrad, welches mit dem Kraftstoffpumpenrad 222 und
dem dritten Zwischenrad 208 in Eingriff steht. Das dritte
Zwischenrad 208 ist wiederum ein Doppelrad, dessen größere
Verzahnung mit dem zweiten Zwischenrad 206 kämmt,
wobei die kleinere Verzahnung des dritten Zwischenrades 208 das
vierte Zwischenrad 210 antreibt.
-
Ferner
ist das Turbocompound-Zwischenrad 226 als Doppelrad ausgebildet,
wobei die größere Verzahnung mit dem Kurbelwellenrad 202 in
Eingriff steht und die kleinere Verzahnung mit der Verzahnung des Turbocompound-Rades 224 kämmt.
-
Während
das erste Nockenwellenrad 212, das zweite Nockenwellenrad 214 und
das vierte Zwischenrad 210 an einem Zylinderkopf (nicht
gezeigt) gelagert sind, sind die übrigen Räder
an einem Rädergetriebegehäuse 228 gelagert,
wobei dieses Rädergetriebegehäuse 228 vorzugsweise
einstückig mit dem Motorblock ausgebildet ist.
-
In 3 ist
gezeigt, wie ein drittes Zwischenrad 208 bezüglich
einer Oberkante 230 eines Motorblockes verlagerbar angeordnet
werden kann, wobei dies insbesondere bei dem Stirnradtrieb 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform der Fall ist.
-
Das
dritte Zwischenrad 208 ist auf einem Lagerzapfen 232 gelagert,
welcher um einen Zylinderstift 234 verdreht werden kann.
Der Lagerzapfen 232 ist mittels zweier Befestigungsschrauben 236 am
nicht gezeigten Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine
befestigt. Die Befestigungsschrauben 236 greifen in Langlöcher
ein, die in dem Lagerzapfen 232 ausgebildet sind. Durch
ein Verdrehen um den Zylinderstift 234 wird bei der Montage
oder bei einer Reparatur der Achsabstand und damit das Zahnflankespiel
des dritten Zwischenrades 208 zu dem vierten Zwischenrad 210 an
dem Zylinderkopf eingestellt.
-
- 100
- Stirnradtrieb
- 102
- Kurbelwellenrad
- 104
- erstes
Zwischenrad
- 106
- zweites
Zwischenrad
- 108
- drittes
Zwischenrad
- 110
- viertes
Zwischenrad
- 112
- erstes
Nockenwellenrad
- 114
- zweites
Nockenwellenrad
- 116
- Ölpumpenrad
- 118
- Ölpumpenzwischenrad
- 120
- Kompressorrad
- 122
- Kraftstoffpumpenrad
- 124
- Turbocompound-Rad
- 126
- Turbocompound-Zwischenrad
- 128
- Rädergetriebegehäuse
- 130
- Oberkante
- 142
- Verzahnung
- 200
- Stirnradtrieb
- 202
- Kurbelwellenrad
- 204
- erstes
Zwischenrad
- 206
- zweites
Zwischenrad
- 208
- drittes
Zwischenrad
- 210
- viertes
Zwischenrad
- 212
- erstes
Nockenwellenrad
- 214
- zweites
Nockenwellenrad
- 216
- Ölpumpenrad
- 218
- Ölpumpenzwischenrad
- 220
- Kompressorrad
- 222
- Kraftstoffpumpenrad
- 224
- Turbocompound-Rad
- 226
- Turbocompound-Zwischenrad
- 228
- Rädergetriebegehäuse
- 230
- Oberkante
- 232
- Lagerzapfen
- 234
- Zylinderstift
- 236
- Befestigungsschrauben
- 238
- Langlöcher
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-