DE102010026484A1

DE102010026484A1 - Abtriebseinheit für einen VCR-Motor mit exzentrisch gelagerter Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102010026484A1
Application number: DE201010026484
Authority: DE
Inventors: Karsten Wittek; Markus Kalenborn; Uwe Schaffrath
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-01-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfassend eine exzentrisch verstellbar gelagerte Kurbelwelle, eine Abtriebswelle, eine Gelenkwelle und eine Kupplung, wobei die Gelenkwelle die Kurbelwelle und die Abtriebswelle miteinander achsversatzausgleichend verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass von der Kurbelwelle aus betrachtet die Kupplung der Gelenkwelle nachfolgend angeordnet ist. Weiterhin wird eine vormontierte Baueinheit für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei eine Ausrückeinheit, ein Getriebe und eine Kupplung zusammengefügt sind und über eine Flanschverbindung mit einer Gelenkwelle des Transmissionsantriebs verbindbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfassend eine exzentrisch verstellbar gelagerte Kurbelwelle, eine Abtriebswelle, eine Gelenkwelle und eine Kupplung, wobei die Gelenkwelle die Kurbelwelle und die Abtriebswelle miteinander Achsversatz ausgleichend verbindet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gelenkwellenabtriebseinheit für einen VCR-Motor, mit exzentrisch gelagerter Kurbelwelle und getriebeseitig angeordneter Kupplung.
Bei einem Motor mit einer exzentrisch gelagerten Kurbelwelle entsteht ein Achsversatz zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle. Zur Überbrückung dieses Achsversatzes wird in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 003 109 A1 der Anmelderin eine Gelenkwelle als Übertragungselement vorgeschlagen, welche sich zwischen einem mit der Kurbelwelle verbundenem Schwungrad und einer Getriebeeingangswelle befindet. In dieser genannten Schrift wird eine Kupplung mit dem Schwungrad verbunden. Diese beschriebene Anordnung weist jedoch die folgenden Nachteile auf:

1. Das Massenträgheitsmoment, abgekürzt MTM, der Getriebeeingangswelle wird um den Betrag des MTM der Gelenkwelle erhöht, was sich im Falle eines nachgeschalteten Handschaltgetriebes, auch als MT: manual transmission bzeichnet, nachteilig auf die Synchronisierung auswirkt.
2. Diese Anordnung kann nur mit Handschaltgetrieben beziehungsweise mit automatisierten Handschaltgetrieben auch als AMT automated manual transmission bezeichnet, kombiniert werden.
3. Der Ausrückmechanismus muss mit der Kurbelwelle beim Verstellen mitschwenken.
4. Das Schwungrad kann nicht in jeder Verdichtungsstellung mit einem Anlasser über einen konventionellen Starterzahnkranz in Eingriff gebracht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile, wie sie sich bei der oben dargestellten Anordnung ergeben, zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor. Die aus den nachfolgenden jeweiligen Ausführungen hervorgehenden Merkmale sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern können auch zu weiteren Ausgestaltungen mit anderen Merkmalen verknüpft werden.
Ein vorgeschlagener Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfasst eine exzentrisch verstellbar gelagerte Kurbelwelle, eine Abtriebswelle, eine Gelenkwelle und eine Kupplung, wobei die Gelenkwelle die Kurbelwelle und die Abtriebswelle miteinander Achsversatz ausgleichend verbindet, wobei von der Kurbelwelle aus betrachtet die Kupplung der Gelenkwelle nachfolgend angeordnet ist. Des Weiteren wird auch eine vormontierte Baueinheit für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, die insbesondere als Gelenkwellenabtriebseinheit für einen VCR-Motor einsetzbar ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Abtriebswelle selbst in ein Ende der Gelenkwelle übergeht und durch dieses gebildet wird. So kann zum Beispiel ein abtriebseitiges Ende einer Kardanwelle genutzt als Gelenkwelle die Abtriebswelle darstellen. Die Gelenkwelle ist gemäß einer Ausgestaltung an einem ihrer Enden die Abtriebswelle. Eine von der Gelenkwelle separate Abtriebswelle kann hierbei entfallen.
Die Überbrückung eines Achsabstandes erfolgt auch bei dieser Erfindung über eine Gelenkwelle, wie sie aus dem oben angegebenen Stand der Technik DE 10 2008 003 109 A1 hervorgeht, auf den diesbezüglich im Rahmen der Offenbarung verwiesen wird, wobei bei der hier vorgeschlagenen Lösung sich zwischen der Kurbelwelle und der Gelenkwelle keine Trennkupplung befindet. Die Gelenkwelle kann einen Längenausgleich aufweisen, sie kann auch ohne einen Längenausgleich konstruiert sein. Beispielsweise kann die Gelenkwelle ein Schiebestück aufweisen, um einen Längenausgleich zu schaffen. Die Gelenkwelle kann ein Parallel-Koppel-Getriebe, abgekürzt PKG, oder auch ein Kardangelenk umfassen. Insbesondere kann die Gelenkwelle auch aus einem Kardangelenk oder einem PKG bestehen.
An einem abtriebseitigen Ende der Gelenkwelle befindet sich vorzugsweise ein Flansch. Dieser Flansch kann ähnlich ausgestaltet sein wie ein Abtriebsflansch an einer konventionellen Kurbelwelle. Auf diese Weise ist es möglich, den Motor mit allen möglichen Getriebegattungen zu kombinieren, wie es bei einem konventionellen Motor auch der Fall ist. So kann ein Automatikgetriebe ebenso wie eine Trockenreibkupplung zum Einsatz gelangen. Auch kann eine Doppelkupplung am Flansch angeordnet werden.
Bevorzugt ist es, wenn die Kupplung in ein Getriebe integriert ist, das an die Abtriebswelle angeschlossen ist. Hierbei kann die Abtriebswelle quasi auch durch das Kardangelenk gebildet sein. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Kupplung auf einer Getriebeeingangswelle gelagert ist. Auf diese Weise können beispielsweise eine Ausrückeinheit, ein Getriebe und eine Kupplung als vormontierte Baueinheit im Antriebsstrang angeordnet sein.
Die Anordnung an der Kupplung auf einer Getriebeeingangswelle erlaubt des Weiteren die Anordnung eines Momentensensors zwischen einer Kupplungsscheibe der Kupplung und einem ersten Getriebelager. Auf diese Weise ist das Drehmoment dort erfassbar und kann an eine zentrale Steuereinheit des Motors weitergeleitet werden.
Zur Reduzierung der Belastung der Gelenkwelle kann zwischen Kurbelwelle und Gelenkwelle ein Schwungrad eingebaut werden. Insbesondere bei Nutzung eines Kardangelenks auf dieser Seite ist das vorteilhaft. Die geringst mögliche Belastung der Gelenkwelle ergibt sich, wenn das Schwungrad ein Zweimassenschwungrad, abgekürzt ZMS, ist. Wird kein Zweimassenschwungrad eingesetzt, wird bevorzugt ein Torsionsdämpfungssystem eingesetzt, vorzugsweise ein Torsionsdämpfer beispielsweise angeordnet in einer Mitnehmerscheibe.
Zwischen dem einen Gelenk der Gelenkwelle und dem Flansch des Abtriebs erfolgt bevorzugt eine Lagerung, insbesondere mit zwei doppelreihigen Lagern. Insbesondere erfolgt dort auch eine Abdichtung.
Soll in einem Antriebsstrang ein Handschaltgetriebe verwendet werden, zum Beispiel in Form eines MT, AMT oder AMT mit Doppelkupplung, abgekürzt DKG, dann kann die Trennkupplung vorzugsweise in das jeweilige Getriebe integriert werden. Das MTM der Gelenkwelle wirkt sich dabei nicht negativ auf den Synchronisiervorgang aus, wie es ansonsten bei der aus der DE 10 2008 003 109 A1 hervorgehenden technischen Lösung der Fall sein kann.
Ein Ausrückmechanismus muss somit nicht „mitschwenken”, was die Betätigung wesentlich erleichtert. Eine kompakte Bauweise ergibt sich, wenn eine Kupplung auf der Getriebeeingangswelle gelagert wird. Getriebe und Kupplung samt Ausrückmechanik bilden damit eine eigenständige und vormontierbare Baueinheit, was den Vorteil hat, dass die Kupplungssteuerung bestmöglich auf das Getriebe abgestimmt werden kann und auch bei Verlassen der Montagelinie zusammen geprüft werden kann, sog. end of line test. Durch das Verlegen der Kupplung in das Getriebe ergibt sich noch als weiterer Vorteil, dass der Wellenbereich zwischen einer Kupplungsscheibe und einem ersten Getriebelager zur Momentenmessung genutzt werden kann. Dazu kann ein spezieller Momentensensor verwendet werden. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, in diesem Bereich eine Verjüngung des Wellenquerschnittes vorzunehmen.
Die nachfolgenden Figuren zeigen weitere Einzelheiten der Erfindung. Die aus jeder Figur hervorgehenden einzelnen Ausgestaltungen und Merkmale sind jedoch nicht auf diese jeweils ausschließlich festgelegt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus einer oder mehreren Ausgestaltungen zu weiteren Ausführungen miteinander verknüpft werden. Gleiches gilt auch für Merkmale, die oben beschrieben sind. Auch sind die aus den Figuren hervorgehenden Ausgestaltungen nicht beschränkend, sondern als beispielhafte Ausführungen zu verstehen. Es zeigen:
1 eine Kupplung auf einer Getriebeeingangswelle,
2 die aus 1 hervorgehende Darstellung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeuges mit weiteren Erläuterungen,
3 eine Variante, bei der der vorgeschlagene Antriebsstrang ohne VCR angewandt,
4 eine erste und eine zweite Aufsicht aus unterschiedlichen Perspektiven auf eine Ausgestaltung einer Gelenkwelle,
5 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung einer speziellen Abdichtung der Kurbelwelle,
6 ein Zusammenhang zwischen einem sich ergebenden Beugewinkel β und einer Wahl einer Position einer Getriebeeingangswelle in Bezug auf einen Exzenterdrehpunkt,
7 eine erste Ansicht eines beispielhaften Antriebsstranges mit Motor,
8 eine zweite Ansicht einer zweiten Ausgestaltungsform eines Antriebsstranges mit Motor, und
9 eine schematische beispielhafte weitere Darstellung des vorgeschlagenen Aufbaus des Antriebsstranges.
1 zeigt in beispielhafter Ausgestaltung einen Ausschnitt eines Antriebstrangs in Form einer Konstruktion, aus der verschiedenste Einzelheiten im Detail schon entnehmbar sind. Die dargestellte wie auch die nachfolgenden, mit einem CAD-Programm erstellten Konstruktionen sind dimensionsmasstäblich. Die in dieser wie auch in der zugehörigen nachfolgenden 2 vorgenommenen Bezugnahmen mit Bezugszeichen finden sich auch in den nachfolgenden Figuren wieder, ohne dass aber dadurch eine Beschränkung der dadurch bezeichneten einzelnen Komponenten vorgegeben ist. Die aus 1 und 2 hervorgehende Anordnung einer Kupplung auf einer Getriebeeingangswelle bietet den Vorteil, dass eine geringe Baulänge des Motors erzielt werden kann. Hierfür ist beispielsweise vorgesehen, dass die Abtriebswelle quasi zusammengeschrumpft ist auf das abtriebseitige Ende der Kardanwelle, die damit die Abtriebswelle ist.
Eine geringe Baulänge des Motors kann weiterhin erreicht werden, wenn ein als ZMS ausgeführte Schwungrad wie folgt ausgestaltet wird: Das ZMS 6 besteht im Wesentlichen aus einer Primärscheibe 6.1, einem Mitnehmer 6.2 und einer Dichtplatte 6.3. Zwischen dem Mitnehmer und entsprechenden Ausnehmungen in der Primärscheibe befindet sich eine Schlauchfeder bzw. mehrere Federn, was nicht in 1. dargestellt ist. Die Primärscheibe 6.1 wird mittels einer Schwungradverschraubung mit der Kurbelwelle 1 verschraubt. Der Mitnehmer 6.2 wird nicht direkt gegenüber der Primärscheibe gelagert, sondern der Mitnehmer 6.2 wird über eine Zentrierung 7.1.1 und die Verschraubung 7.1.3 mit einer antriebsseitigen Gelenkgabel 7.1 verbunden. Diese Gelenkgabel weist einen Zapfen 7.1.2 auf, welcher über die beiden Lager 7.6 und 7.7 gegenüber der Kurbelwelle gelagert ist. Auf diese Weise wird auch der Mitnehmer 6.2 gegenüber der Kurbelwelle 1 und damit auch gegenüber der Primärscheibe 6.1 gelagert. Dadurch dass die beiden Lager 7.6, 7.7 in einem bestimmtem Abstand zueinander angeordnet werden, kann auch ein unvermeidbares Kippmoment – bezeichnet hier ein Moment dessen Richtung zumindest teilweise senkrecht zur Drehachse gerichtet ist – aufgenommen werden, welches sich durch die Kinematik der Gelenkwelle ergibt. Wird, wie in 1 gezeigt, eine Ölverbindungsleitung zwischen dem letzten Hubzapfen und dem letzten Hauptlagerzapfen geschaffen, zum Beispiel zur Darstellung einer Zentralölversorgung, kann eine Lagerhülse 1.3 eingesetzt werden. Als Lager werden vorzugsweise fettgefüllte Nadellager verwendet. Das andere Ende der Gelenkwelle bildet die abtriebsseitige Gelenkgabel 7.2. An dieser Stelle ist eine Lagerung vorgesehen, die neben Radialkräften auch Kippmomente aufnehmen kann. Dazu können vorzugsweise zwei fettgefüllte Rillenkugellager 8.1 und 8.2 in einem bestimmten Abstand zueinander verwendet werden. Um möglichst kurz zu bauen, werden die Innendurchmesser dieser Lager so bemessen, dass sowohl ein Gelenkkreuz 7.4 im Falle einer Kardanwelle als auch die Verschraubung 12 radial umschlossen werden. Diese Lager 8.1, 8.2 werden von einem Lagerträger aufgenommen, welcher vorzugsweise mit dem Zylinderkurbelgehäuse 2, abgekürzt ZKG verbunden ist. Die Mittenachse dieser Lager soll sich in Flucht mit der Getriebeeingangswelle befinden. Vorzugsweise wird die Gelenkwelle als Kardanwelle ausgeführt, wobei ein Zwischengelenkstück 7.3 ohne Längenausgleich verwendet wird. Die Gelenkkreuze sind über Gelenklager 7.5 mit den jeweiligen Gelenkgabeln bzw. dem Zwischengelenkstück verbunden, welche vorzugsweise als fettgefüllte und gedichtete Nadellager ausgeführt sind.
Eine Drehmomentübertragung zwischen der Gelenkwelle und einer Kupplung kann über eine formschlüssige Verbindung erfolgen. In der dargestellten Ausgestaltung aus 1 und 2 wird eine Abtriebsscheibe 11 über eine Verschraubung 12 mit der Gelenkgabel 7.2 verbunden. Die Abtriebsscheibe 11 weist eine Verzahnung auf, z. B. an ihrer äußeren Mantelfläche, mit welcher sie in eine Gegenverzahnung in der Primärscheibe 13.1 eingreift. Auf diese Weise ist es möglich, Motor und Getriebe ohne größeren Montageaufwand zu fügen bzw. zu trennen. Zur Vermeidung einer unzulässig hohen Durchbiegung einer herauskragenden Getriebeeingangswelle 14 ist es vorteilhaft, dass das freie Ende der Getriebeeingangswelle am Ende radial abgestützt wird. Dazu weist die Primärscheibe 13.1 eine Zentrierung 13.1.2 auf, welche in die Zentrierung 7.2.2 der Gelenkgabel 7.2 eingreift. Auf diese Weise muss die Verzahnung zwischen der Abtriebsscheibe 11 und der Primärscheibe 13.1 keine Zentrierfunktion übernehmen, sondern lediglich Momente übertragen.
Zur Abdichtung des Motors wird beispielsweise ein Dichtelement 5 eingesetzt, welches zwei Dichtstellen aufweist. Näheres geht auch aus 5 hervor, auf die bezüglich des folgenden Zusammenhangs ebenfalls verweisen wird. Zur Abdichtung gegenüber dem rotierenden Kurbelwellenflansch 1.1 weist das Dichtelement 5 innen eine Dichtlippe 5.2 auf, wie bei einem Radialwellendichtring, abgekürzt RWDR. Zur Abdichtung gegenüber dem stehenden ZKG weist das Dichtelement einen Dichtring 5.1 auf. An dieser Dichtstelle treten nur während einer Verstellung Relativbewegungen auf, welche eine wesentlich geringere Geschwindigkeit aufweisen als an der inneren Dichtstelle. Die tribologischen Anforderungen an dieses Dichtelement sind daher vergleichsweise gering. Das Dichtelement soll exzentrisch ausgestaltet sein, wobei vorzugsweise die Exzentrizität der Exzentrizität des Exzenters 3 entspricht. Das Dichtelement wird, wie in 5 dargestellt, mit dem Exzenter verbunden, zum Beispiel über einen Schiebesitz. Um eine Verklemmung zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass das Dichtelement eine bestimmte Winkellage gegenüber dem Exzenter einnimmt und auch beibehält. Dies kann z. B. durch eine Verschraubung bzw. Verstiftung oder sonst wie geartete formschlüssige Verbindung zum Exzenter erfolgen. In einer anderen Ausgestaltung, die nicht dargestellt ist, kann auch ein konventioneller RWDR in die RWDR-Aufnahme 3.1 eingepresst werden. Dabei muss die RWDR-Aufnahme eine zur Kurbelwellenachse konzentrische Zylinderfläche aufweisen, in die der RWDR eingepresst wird. In diesem Fall muss keine Winkellage eingehalten werden. Die Aussenfläche der RWDR-Aufnahme 3.1 ist in diesem Fall konzentrisch zur Schwenkachse des Exzenters. Eine sehr kurze Baulänge ergibt sich wenn wie dargestellt, die Schwungradverschraubung 1.2 um die Gelenkgabel 7.1 herumgebaut wird. Dies hat eventuell jedoch den Nachteil, dass das Dichtelement 5 unter Umständen einen größeren Durchmesser aufweist als bei einem konventionellen Motor. Diese Durchmesserzunahme kann allerdings beispielsweise vermieden werden, wenn die Gelenkgabel entsprechend weit vom Motor wegwandert, was wiederum Baulänge kosten würde.
Alternativ kann auch auf eine Abdichtung der Kurbelwelle gegenüber dem Exzenter bzw. dem ZKG verzichtet werden. In diesem Fall gelangt gemäß einer Ausgestaltung das aus dem Hauptlager austretende Öl in den Schwungradraum. Um die Kupplung trocken zu halten, wird beispielsweise dann der Flansch 7.2.1 gegenüber dem Lagerträger 9 mittels eines RWDR abgedichtet. Der Lagerträger kann als ein geschlossener Deckel ausgeführt werden. Der RWDR wird zum Beispiel gegebenenfalls im Durchmesser kleiner ausgeführt, was hinsichtlich Reibung Vorteile mitbringt. Allerdings kann es auch zu Reibungsverlusten zum Beispiel infolge eines Pantschens des Schwungrades im Öl kommen.
3 zeigt eine Variante ohne Kurbelwellenverstellung. Zur Darstellung einer Motorvariante ohne VCR kann die in 3 vorgeschlagene Anordnung verwendet werden. Vorzugsweise weisen beide Motorderivate (mit und ohne VCR) die gleichen Getriebeflanschbilder auf. Zudem sollten auch die Flanschbilder 7.2.1 beim VCR-Motor und das Flanschbild 18.2 beim Nicht-VCR-Motor identisch ausgestaltet sein. Auf diese Weise können beide Motorvarianten beliebig mit andern Getriebetypen und Fahrzeugeinbauräumen kombiniert werden. Zur Überbrückung des Abstandes zwischen ZMS und Abtriebsflansch 18.2 wird eine Adapterwelle 18 vorgeschlagen. Diese Adapterwelle übernimmt dabei auch die Zentrierung des Mitnehmers 6.2 des ZMS. Das Lager 20 wird vorzugsweise als Festlager ausgeführt.
4 zeigt in einer ersten und einer zweiten Aufsicht aus verschiedenen Perspektiven die Gelenkwelle 7, wie sie aus 1 und 2 hervorgeht. Die Gelenkwelle 7 weist eine Zentrierung 7.1.1 auf. Über den Zapfen 7.1.2 besteht die Möglichkeit, die eine Zentrierung einer anderen Komponente zu erzielen. So ist beispielsweise der Mitnehmer 6.2 durch den Zapfen gegenüber der Kurbelwelle zentriert. Zum anderen dient das Gelenkwellenende 7.1 zur Lagerung, um eventuelle Kippmomente hervorgerufen durch zum Beispiel die Kardanwelle aufzufangen.
5 betreffend die Abdichtung der Kurbelwelle ist oben schon im Zusammenhang mit 1 und 2 erläutert worden. Darauf wird verwiesen.
In 6 ist der Zusammenhang zwischen einem sich ergebenden Beugewinkel β und der Wahl der Position der Getriebeeingangswelle in Bezug auf den Exzenterdrehpunkt dargestellt. Der dargestellte Fall stellt einen Sonderfall dar, genannt Sonderfall A. Dabei befindet sich die Achse der Getriebeeingangswelle genau auf der Mitte der Verbindungslinie zwischen den beiden Extrempositionen der Kurbelwelle. Für diesen Fall sind ist der Beugwinkel in beiden Stellungen gleich groß. Der Vorteil dieser „Vermittlung” der Beugewinkel ist, dass unter Einhaltung eines maximal zulässigen Beugewinkels ein minimaler Abstand der Gelenkkreuzmitten erzielt werden kann.
Ein weiterer Sonderfall, genannt Sonderfall B liegt vor, wenn der Exzenterdrehpunkt mit der Achse der Getriebeeingangswelle zusammenfällt. Für diesen Fall ergibt sich ein konstanter Beugewinkel für alle Verdichtungsstellungen.
Zu einer hinsichtlich Lebensdauer optimalen Anordnung gelangt man, wenn sich bei Verdichtungsstellungen bei denen große Momente übertragen werden müssen ein möglichst geringer Beugewinkel ergibt. Vor dem Hintergrund dieser Überlegung kann die optimale Position auch von der Mitte der Verbindungslinie abweichen.
Wird die Getriebeeingangswelle auf die Verlagerungsbahn der Kurbelwelle gelegt, genannt Sonderfall C, so gibt es Verdichtungsstellungen bei denen ein Beugewinkel von 0° auftritt, was hinsichtlich Lebensdauer der Wälzkörper zu vermeiden ist (Gefahr des Einhämmerns).
Bei PKW Motoren mit Einzelzylinderhubvolumen von üblicherweise 0,25 bis 0,6 L beträgt die Exzentrizität vorzugsweise zwischen 4 und 6 mm. Der maximale Schwenkwinkelbereich φ beträgt gemäß einer Ausgestaltung höchstens 90°, wobei dieser vorzugsweise symmetrisch zur Horizontalebene liegen soll. Für den in 6 dargestellten Sonderfall errechnet sich der maximal zu überbrückende Höhenunterschied Δh zu: Δh = e·sin( φ / 2)
Bei einer Exzentrizität von 5,5 mm und einem Schwenkwinkel von 45° zu jeder Seite muss damit ein Höhenunterschied von 3,89 mm überbrückt werden.
Der Abstand der Gelenkkreuzmittelpunkte, bezeichnet mit „l”, errechnet sich unter Einhaltung eines zulässigen Beugewinkels zu: l = Δh / tanβ
Soll z. B. der Beugewinkel nicht größer als 4° betragen ergäbe sich ein erforderlicher Abstand der Gelenkkreuzmittelpunkte von 55,630 mm.
Die dabei erforderliche Länge des Zwischengelenkstückes 7.3, bezeichnet mit „g”, errechnet sich zu: g = Δh / sinβ
Soll z. B. der Beugewinkel nicht größer als 4° betragen ergäbe sich eine erforderliche Länge des Zwischengelenkstückes von 55,765 mm.
Je nach gewählter Position der Achse der Getriebeeingangswelle in Bezug auf den Exzenterdrehpunkt wird sich der Beugewinkel beim Verstellen mehr oder wenig stark ändern, was eine wenn auch geringe Veränderung des Abstandes der Gelenkkreuzmittelpunkte zur Folge hat. Nur beim Sonderfall C tritt keine Abstandsänderung ein. Für den Sonderfall A berechnet sich die Veränderung des Abstandes der Gelenkkreuzmittelpunkte zu:
Unter Bezugnahme auf die bisher angenommenen Werte ergibt sich eine Abstandsänderung von 0,113 mm.
Die Kompensation dieser Abstandsänderung kann zum Beispiel bei einer Lösung, wie sie aus 1 und 2 hervorgeht, dadurch erfolgen, dass der Mitnehmer 6.2 innerhalb des ZMS ein erforderliches Längsspiel erhält. Eines der beiden Lager 8.1 oder 8.2 muss dabei als Festlager ausgelegt werden.
Alternativ kann eines der Lager 7.6 oder 7.7 als Festlager ausgeführt werden, wobei dann die beiden Lager 8.1 und 8.2 schwimmend ausgeführt werden müssen. Zwischen der Abtriebsscheibe 11 und der Primärscheibe 13.1 muss dann ein entsprechendes Spiel vorgesehen werden. Alternativ kann die Abtriebsscheibe 11 in axialer Richtung mit einer entsprechenden elastischen Nachgiebigkeit versehen werden, das heißt, eine Biegung ermöglichen. Eine derartige Biegung kann zum Beispiel ausgeführt sein, wie es ähnlich bei einer Flex-plate bei Automatikgetrieben schon bekannt ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin den Mitnehmer axial im ZMS zu führen. Dann sollten die Lager 7.6, 7.7, 8.1 und 8.2 schwimmend ausgeführt sein.
7 zeigt eine mögliche Anordnung der Nebenaggregate sowie einen dazugehörigen Riemenverlauf. Ein Zuwachs an Motorbaulänge kann zum Beispiel durch eine in 1 dargestellte Anordnung eines Riemenrades zum Teil wieder kompensiert werden. Die Riemenscheibe 10 wird zusammen mit der Abtriebsscheibe 11 verschraubt. Über die Riemenscheibe 10 werden die Nebenaggregate des Motors wie zum Beispiel Generator, Klimakompressor, Wasserpumpe, Aufladeaggregate, Vakuumpumpe, Lenkhilfepumpe, etc. angetrieben. Wie durch den Pfeil dargestellt, ist im dargestellten Beispiel eine Drehrichtung entgegen des Uhrzeigersinns. Dadurch ergibt sich eine Anordnung, bei der im Lasttrum des Riemens zuerst der Klimakompressor 32 angeordnet ist. Sodann wird der Trum weitergeführt zu einer Umlenkung. Dieses kann beispielsweise eine Spannrolle 34 wie dargestellt sein. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, das eine Leerrolle oder auch eine Wasserpumpe als Umlenkung genutzt wird. Beispielsweise danach kann eine Spannrolle, eine Leerrolle oder auch die Wasserpumpe angeordnet sein. In diesem Beispiel ist es eine Leerrolle, d. h. Umlenkrolle 33.1 ohne weitere zugeordnete Funktion. Anschließend folgt bevorzugt eine Lichtmaschine 31, die aber auch ein Generator für andere Aufgaben als die Lichtmaschine, insbesondere ein Generator/Motor sein kann.
Um einen Wechsel des Riemens zu ermöglichen, ohne Motor und Getriebe trennen zu müssen, muss der Riemen 35 sowohl auf seiner Vorder- als auch auf seiner Riemenrückseite Kräfte übertragen. Der Riemen 35 weist insbesondere ein Rillenprofil auf beiden Seiten auf. Vorzugsweise ist der Riemen als Poly-V-Riemen ausgeführt mit Rillenprofil auf beiden Seiten. Der Flansch 2.1 muss Öffnungen 2.1.1 aufweisen zur Riemendurchführung. Vorzugsweise befindet sich die Trennebene zwischen ZKG und Getriebegehäuse in der Nähe der Riemenscheibe 10. Dadurch ist es möglich die Öffnungen entweder sowohl im ZKG als auch im Getriebegehäuse oder nur jeweils in einem der beiden Teile im Guss hinterschneidungsfrei darzustellen. Zum Verhindern eines Eindringens von Schmutz in den Riemenraum können Staubschutzkappen vorgesehen werden, die nach Montage des Riemens montiert werden können, die jedoch nicht dargestellt sind. Der Generator 31 kann vorzugsweise als Starter/Generator ausgeführt werden. In diesem Fall kann auf einen konventionellen Starter verzichtet werden. Für den Startvorgang stellt die dargestellte Anordnung eine vorteilhafte Lösung dar, weil zwischen dem Generator, welcher in dem Fall als Starter fungiert, und der Riemenscheibe 10 nur ein Trumabschnitt liegt.
8 zeigt eine weitere mögliche Aggregatanordnung, bei der die Führung des Riemens auch bei ähnlicher Aggregatordnung wie bei 7 trotzdem anders verlaufen kann. Hierbei wird von der gleichen Drehrichtung ausgegangen, wie sie auch in 7 dargestellt ist. Dann ist im Lasttrum zuerst die Lichtmaschine oder ein sonstiger Generator angeordnet, bevor anschließend bevorzugt der Klimakompressor angetrieben wird. Dann kann wiederum eine Spannrolle, Umlenkrolle oder auch Wasserpumpe folgen, bevor wiederum eine Spannrolle, Umlenkrolle oder Wasserpumpe für ein Rückführen des Leertrums zum Treibrad führt. Bevorzugt ist die vorgeschlagene Anordnung des Riementriebs sowie in 7 und 8 da sich dadurch ein vereinfachtes Wechselns des Riemens ermöglicht. Der Riemen ist zwischen Motor und Getriebe angeordnet. Dadurch kann er insbesondere bei Queranordnung des Motors gut gewechselt werden. Das Riemenrad ist gemäß eienr Ausgestaltung hierfür mit der Abtriebswelle verschraubt.
9 zeigt eine schematische Ansicht einer Abtriebseinheit insbesondere für einen VCR-Motor mit exzentrisch gelagerter Kurbelwelle. Dargestellt ist eine Kurbelwelle 20, die in einem Kurbelgehäuse 21 angeordnet ist. Die Kurbelwelle 20 ragt durch das Kurbelgehäuse 21 hinaus und ist dort über einen Flanschverbinder 22 mit einem Schwungrad 23 verbunden. Das Schwungrad 23 ist in einem Schwungradgehäuse 24 angeordnet. Das Schwungradgehäuse 24 kann gemäß einer Ausgestaltung an das Kurbelgehäuse 21 angeordnet und dort befestigt sein, so wie dargestellt. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Schwungradgehäuse 24 in das Kurbelgehäuse 21 direkt übergeht, d. h. eine analoge Trennung mit dem Kurbelgehäuse 21 in eine Oberschale und eine Unterschale aufweist. Auf diese Weise kann das Schwungradgehäuse mit dem Kurbelgehäuse zusammen integriert gegossen werden. Im Schwungradgehäuse 24 ist des Weiteren eine Lagerung 25 angeordnet. Vorzugsweise wird ein erstes Lager 26 und ein zweites Lager 27 genutzt, um eine Abtriebswelle 28 radial abzustützen. Die beiden Lager 26, 27 sind vorzugsweise ein einziges, zweireihiges Wälzlager. Die Abtriebswelle ist über ein Verbindungselement 29 mit dem Schwungrad 23 verbunden. Das Verbindungselement 29 kann eine Gelenkwelle und/oder ein Parallelkurbelgetriebe sein, insbesondere auch eine Verbindung, wie sie aus dem oben angeführten, schon bekannten Stand der Technik der Anmelderin hervorgeht und auf den im Rahmen der Offenbarung diesbezüglich verwiesen wird. Im Schwungradgehäuse 24 besteht des Weiteren die Möglichkeit, dass darin befindliche Öl zur Schmierung genutzt wird. Hierbei ist es bevorzugt, wenn das Schwungrad 23 einen Durchmesser aufweist, der im Verhältnis zum Ölspiegel im Motor einen Freiraum belässt. Vorzugsweise ist ein Ölspiegel 30 im nicht näher dargestellten Motor 31 auf einem Niveau, welches tiefer liegt als ein äußeres Abmaß des Schwungrades 23. Auf diese Weise kann das Schwungrad 23 nicht im Betrieb in das Öl eintauchen. Eine Reibung wird dadurch vermieden. Ein Austritt von Öl aus dem Schwungradgehäuse 24 wie aber auch ein Eindringen von Flüssigkeit in dasselbe wird beispielsweise durch Anordnung einer umlaufenden Dichtung 32 zwischen der Lagerung 25 einerseits und einer Abtriebsscheibe 33 andererseits verhindert. Die Dichtung 32 ist vorzugsweise ein Radialwellendichtring. Anstelle einer Abtriebsscheibe 33, die mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist, kann auch ein nachfolgendes Getriebe bzw. eine nachfolgende Kupplung direkt mit der Abtriebswelle 28 verbunden sein. Hierzu kann die Abtriebswelle 28 eine form- wie auch kraftschlüssige Verbindung vorsehen. Das Schwungradgehäuse kann des Weiteren auch insgesamt ölfrei sein. Auch besteht die Möglichkeit, dass bei Nutzung von Wälzlagern diese fettgefüllt sind und entweder eine zusätzliche Abdichtung gegenüber dem Schwungradgehäuse 24 aufweist oder aber bei Nutzung einer anderen Lagerung, zum Beispiel einer Gleitlagerung, beispielsweise über entsprechende Kanäle, die im Schwungradgehäuse verlaufen, diese in Verbindung mit einer Ölschmierung steht. Diese Ölschmierungsleitungen in Form einer Zu- wie auch Ableitung sind schematisch als strichpunktierte Linien angedeutet. Das Schwungradgehäuse 24 kann des Weiteren einen Verbindungsflansch 34 aufweisen. Der Verbindungsflansch 34 ermöglicht beispielsweise, dass ein Getriebe darüber mit dem Schwungradgehäuse 24 verbunden wird, wobei insbesondere Biegekräfte und Ähnliches aufgenommen werden. Eine Drehmomentübertragung hingegen kann sodann durch die Verbindung mit der Abtriebsscheibe 33 übertragen werden, wobei diese Verbindung mit dem Getriebe sodann insbesondere gegenüber Biegemomenten aufgrund des Gewichts nicht weiter beaufschlagt wird.
Nachfolgend wird der besseren Übersichtlichkeit aber auch zur Hervorhebung einzelner aber nicht aller offenbarten Merkmale eine Bezugszeichenliste für einzelne Figuren angegeben.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

1: Kurbelwelle
1.1: Flansch
1.2: Schwungradverschraubung
1.3: Lagerhülse
1.3.1: Dichtring
2: Zylinderkurbelgehäuse ZKG
3: Exzenter
3.1: RDWR-Aufnahme
4: Hauptlagerschale
5: Dichtelement
5.1: Dichtring
5.2: Dichtlippe
6: Zweimassenschwungrad ZMS
6.1: ZMS-Primärscheibe
6.2: ZMS-Mitnehmer
6.3: ZMS-Dichtplatte
7: Gelenkwelle
7.1: Gelenkgabel antriebsseitig
7.1.1: Zentrierung
7.1.2: Zapfen
7.1.3: Verschraubung
7.2: Gelenkgabel abtriebsseitig
7.2.1: Flansch
7.2.2: Zentrierung
7.3: Zwischengelenkstück
7.4: Gelenkkreuz
7.5: Gelenklager
7.6: Lager
7.7: Lager
8.1: Lager
8.2: Lager
9: Lagerträger
10: Riemenscheibe
11: Abtriebsscheibe
12: Verschraubung

13: Kupplung
13.1: Primärscheibe
13.1.1: Verzahnung
13.1.2: Zentrierung
13.2: Lager
13.3: Kupplungsscheibe
14: Getriebeeingangswelle
14.1: Messbereich
15: Kupplungsglocke

18: Adapterwelle
18.1: Zentrierung
18.2: Flansch
18.3: Zapfen
19: Lager
20: Lager
21: Lagerträger

7: Gelenkwelle
7.1.1: Zentrierung
7.1.2: Zapfen
7.2.1: Flansch

1: Kurbelwelle
1.3: Lagerhülse
2: Zylinderkurbelgehäuse ZKG
3: Exzenter
3.1: RDWR-Aufnahme
4: Hauptlagerschale
5: Dichtelement
5.1: Dichtring
5.2: Dichtlippe

2: Zylinderkurbelgehäuse
2.1: Getriebeflansch
2.1.1: Öffnung
30: Poly-V-Riemen
31: Generator
32: Klimakompressor
33: Riemenspanner
33.1: Spannrolle
34: Umlenkrolle
35: Riemen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008003109 A1 [0002, 0007, 0013]

Claims

Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfassend eine exzentrisch verstellbar gelagerte Kurbelwelle, eine Abtriebswelle, eine Gelenkwelle und eine Kupplung, wobei die Gelenkwelle die Kurbelwelle und die Abtriebswelle miteinander achsversatzausgleichend verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass von der Kurbelwelle aus betrachtet die Kupplung der Gelenkwelle nachfolgend angeordnet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle einen Flansch aufweist, an den unterschiedliche Getriebe anschließbar sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung in ein Getriebe integriert ist, das an die Abtriebswelle angeschlossen ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung auf einer Getriebeeingangswelle gelagert ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrückeinheit, ein Getriebe und eine Kupplung als vormontierte Baueinheit im Transmissionstrieb angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Momentensensor zwischen einer Kupplungsscheibe und einem ersten Getriebelager angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebsscheibe mit einer Gelenkgabel verbunden ist, die Abtriebsscheibe eine erste Verzahnung aufweist und eine Primärscheibe eine an die erste Verzahnung angepasste zweite Verzahnung hat, wobei die Primärscheibe eine Zentrierung aufweist, die in eine Zentrierung der Gelenkgabel eingreift.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an die Kurbelwelle angeschlossenes Schwungrad ein Zwei-Massen-Schwungrad ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an die Kurbelwelle angeschlossenes Schwungrad in einem Schwungradgehäuse angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Riemen zwischen einem Motor und einem Getriebe angeordnet ist, wobei vorzugsweise in einem Lastrum des Riemens ein Klimakompressor angeordnet ist.
Vormontierte Baueinheit für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrückeinheit, ein Getriebe und eine Kupplung zusammengefügt sind und über eine Flanschverbindung mit einer Gelenkwelle des Antriebsstrangs verbindbar sind.