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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung, insbesondere für einen Kraftwagen, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 36 19 577 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit am Motorgehäuse angeflanschten Aggregaten, wie Wasserpumpe, Lichtmaschine, Kühlgebläse und Ölpumpe sowie mindestens einer Nockenwelle. Die Nockenwelle ist von der Kurbelwelle ausgehend über einen Riemen- oder Kettentrieb antreibbar. Dabei ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Ölpumpe drehbar am Motorgehäuse befestigt ist und dass das mit dem Riemen- oder Kettentrieb im Eingriff befindliche Antriebsrad der Ölpumpe als Spannrad ausgebildet und seine Achse exzentrisch zum Drehpunkt des Gehäuses der Ölpumpe angeordnet ist. Durch Drehen des Gehäuses der Ölpumpe um den zugeordneten Drehpunkt wird auch das Antriebsrad der Ölpumpe um den Drehpunkt verschwenkt, so dass der Riemen- oder Kettentrieb gespannt wird. Diese Integration des Spannens des Riemen- oder Kettentriebs in den Antrieb der Ölpumpe ist sehr speziell und nur sehr eingeschränkt verwendbar.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinrichtung, insbesondere für einen Kraftwagen, bereitzustellen, bei welcher ein besonders flexibel verwendbares, einfaches und äußerst bauraumgünstiges Spannen eines Riementriebs, Kettentriebs oder dergleichen Umschlingungstriebs ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Eine solche Antriebseinrichtung, insbesondere für einen Kraftwagen, umfasst ein um eine erste Drehachse drehbares Rotationselement sowie ein um eine zweite Drehachse drehbares, zweites Rotationselement. Bei den Rotationselementen kann es sich um jeweilige Wellen der Antriebseinrichtung handeln.
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Das zweite Rotationselement ist dabei über ein dem zweiten Rotationselement zugeordnetes und um die zweite Drehachse drehbares Antriebsrad sowie über ein Umschlingungsmittel eines Umschlingungstriebs der Antriebseinrichtung antreibbar.
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Der Umschlingungstrieb weist wenigstens ein zumindest teilweise von dem Umschlingungsmittel umschlungenes und um eine Schwenkachse schwenkbares Spannelement auf, welches über das Umschlingungsmittel antreibbar und mittels welchem das Umschlingungsmittel zu spannen ist.
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Erfindungsgemäß ist das Spannelement als ein um eine dritte Drehachse drehbares, innenverzahntes Hohlrad ausgebildet, welches über seine Innenverzahnung mit dem als außenverzahntes Zahnrad ausgebildeten und exzentrisch zum Hohlrad angeordneten Antriebsrad über die Außenverzahnung des Antriebsrads im Eingriff steht. Dadurch ist der Antrieb des zweiten Rotationselements in das Spannelement besonders kompakt integriert, so dass der Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung besonders gering ist. Ferner ist dadurch ein besonders effizienter und insbesondere reibleistungsarmer Antrieb des zweiten Rotationselements ermöglicht.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist die Schwenkachse, um welche zum Spannen des Umschlingungsmittels das Spannelement schwenkbar ist, die zweite Drehachse. Mit anderen Worten fallen die Schwenkachse und die zweite Drehachse zusammen. Dadurch ist ein besonders kompakter und somit bauraumgünstiger Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung realisiert.
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Ein vorgebbares Übersetzungsverhältnis vom ersten Rotationselement zum zweiten Rotationselement kann auf einfache Weise durch entsprechende Ausgestaltung des Hohlrads und des Zahnrads bzw. deren Zähnezahlen erfolgen, so dass sich eine entsprechend vorgebbare Drehzahl des zweiten Rotationselements in Abhängigkeit von der Drehzahl des ersten Rotationselements einstellt.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann als Verbrennungskraftmaschine, insbesondere als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, ausgebildet sein, wobei das erste Rotationselement beispielsweise eine Abtriebswelle, insbesondere eine Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine ist. Das zweite Rotationselement ist beispielsweise eine Ausgleichswelle eines Massenausgleichs zum zumindest teilweisen Ausgleichen von Massenkräften der Verbrennungskraftmaschine. Dabei ist die Ausgleichswelle reibleistungsarm und mit einem nur geringen Bauraumbedarf antreibbar.
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Bei dem zweiten Rotationselement kann es sich auch um eine anderweitige Welle eines Nebenaggregats wie beispielsweise einer Wasserpumpe, einer Schmiermittelpumpe, eines Kältemittelverdichters oder dergleichen handeln. Über das zweite Rotationselement (Welle) wird dabei das Nebenaggregat von der Kurbelwelle angetrieben.
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Ein weiterer Vorteil des Antriebs des zweiten Rotationselements bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist, dass er flexibel für eine Vielzahl von Rotationselementen verwendbar ist. Der hochkompakte Antrieb des zweiten Rotationselements wird dabei insbesondere durch das Spannelement mit dem integrierten Hohlrad und dem integrierten Zahnrad bereitgestellt. Dadurch können zeit- und kostenintensive Umkonstruktionen des zweiten Rotationselements bzw. der Nebenaggregate und daraus resultierend beispielsweise eines Gehäuseteils, insbesondere eines Kurbelgehäuses, der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Vorderansicht einer Spanneinrichtung zum Spannen einer Kette eines Kettentriebs für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei in ein Spannelement der Spanneinrichtung ein Antriebsrad zum Antreiben eines Rotationselements integriert ist;
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2 eine schematische Rückansicht der Spanneinrichtung gemäß 1 mit einer schematischen Darstellung eines mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten Kettenrads, mittels welchem die Kette und über die Kette das Spannelement der Spanneinrichtung antreibbar ist;
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3 eine schematische Seitenansicht der Spanneinrichtung gemäß 1 und 2 und des Rotationselements, welches über das Spannelement antreibbar ist;
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4 eine schematische und perspektivische Rückansicht der Spanneinrichtung mit dem Rotationselement gemäß 3;
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5 eine schematische und perspektivische Vorderansicht der Spanneinrichtung gemäß 4;
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6 eine schematische, perspektivische und geschnittene Vorderansicht der Spanneinrichtung mit dem Rotationselement gemäß 4 und 5; und
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7 eine schematische, perspektivische und geschnittene Vorderansicht der Spanneinrichtung mit dem Rotationselement gemäß 6.
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1 bis 7 zeigen eine Spanneinrichtung 10 zum Spannen eines Umschlingungsmittels vorliegend in Form einer Kette 12 für eine Antriebseinrichtung, die beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine, insbesondere als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst als erstes Rotationselement eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle. Mit der Kurbelwelle ist ein erstes Antriebsrad in Form eines Kettenrads 14 drehfest verbunden. Das Kettenrad 14 und die Kette 12 sind einem in 2 sehr schematisch dargestellten Umschlingungstrieb in Form eines Kettentriebs 16 zugeordnet.
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Der Kettentrieb 16 dient beispielsweise zum Antreiben von Nockenwellen der Verbrennungskraftmaschine, mittels welchen Gaswechselventile der Verbrennungskraftmaschine betätigbar sind. Der Kettentrieb 16 dient zumindest mittelbar auch zum Antrieb eines zweiten Rotationselements der Verbrennungskraftmaschine, welches vorliegend als Ausgleichswelle 18 (3) ausgebildet ist. Die Ausgleichswelle 18 dient zum zumindest teilweisen Ausgleichen von Massenkräften der Verbrennungskraftmaschine.
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Zur Realisierung eines effizienten Antriebs der Nockenwellen und der Ausgleichswelle 18 und zur Vermeidung von unerwünscht starken Schwingungen der Kette 12 ist die Spanneinrichtung 10 vorgesehen, mittels welcher die Kette 12 zu spannen ist.
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Die Spanneinrichtung 10 umfasst ein Spannelement 20, welches vorliegend als innenverzahntes Hohlrad 22 ausgebildet ist. Das innenverzahnte Hohlrad 22 weist eine insbesondere 5 zu entnehmende Innenverzahnung 24 auf. Das innenverzahnte Hohlrad 22 ist auch außenverzahnt und weist eine erste Außenverzahnung 26 auf.
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Wie insbesondere anhand von 2 erkennbar ist, ist das Kettenrad 14 teilweise von der Kette 12 umschlungen. Auch das Kettenrad 14 weist eine in 2 nicht dargestellte, zweite Außenverzahnung auf, welche mit der Kette 12 im Eingriff steht. Dadurch wird die Kette 12 über das Kettenrad 14 von der an einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine um eine erste Drehachse relativ zum Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle angetrieben.
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Auch das Hohlrad 22 ist teilweise von der Kette 12 umschlungen und steht mit der Kette 12 über die erste Außenverzahnung 26 im Eingriff. Da das Kettenrad 14 auf einer ersten Seite 28 der Kette 12 von der Kette 12 umschlungen ist und das Hohlrad 22 auf einer der ersten Seite 28 abgewandten, zweiten Seite 30 der Kette 12 von der Kette 12 umschlungen ist, dreht sich das Hohlrad 22 um eine dritte Drehachse relativ zum Kurbelgehäuse entgegengesetzt zur Kurbelwelle bzw. zum Kettenrad 14. Mit anderen Worten ist das Hohlrad 22 von der Kette 12 rückumschlungen, wodurch im Vergleich zur Kurbelwelle bzw. zum Kettenrad 14 eine Drehrichtungsumkehr realisiert ist.
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Zum Antreiben der Ausgleichswelle 18 um eine zweite Drehachse 32 relativ zum Kurbelgehäuse ist ein Antriebsrad 34 vorgesehen, welches als außenverzahntes Zahnrad 36 ausgebildet ist und eine zweite Außenverzahnung 38 aufweist. Wie in Zusammenschau mit 5 bis 7 erkennbar ist, ist das Zahnrad 36 mittels einer Zentralschraube 39 drehfest mit der Ausgleichswelle 18 verbunden, so dass sich auch das als Stirnrad ausgebildete Zahnrad 36 um die zweite Drehachse 32 dreht.
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Wie insbesondere den 1 und 2 zu entnehmen ist, ist das außenverzahnte Zahnrad 36 bezogen auf die zweite Drehachse 32 und die dritte Drehachse des Hohlrads 22 exzentrisch zum Hohlrad 22 angeordnet. Mit anderen Worten sind die dritte Drehachse und die zweite Drehachse 32 voneinander beabstandet. Dabei stehen das Hohlrad 22 und das Zahnrad 36 über die Innenverzahnung 24 und die Außenverzahnung 38 miteinander im Eingriff, so dass das Hohlrad 22 das Zahnrad 36 mitnimmt und dadurch antreibt. Das Zahnrad 36 treibt infolge seiner drehfesten Verbindung mit der Ausgleichswelle 18 diese an. Das Zahnrad 36 zum Antreiben der Ausgleichswelle 18 ist somit in das Spannelement 20 integriert, so dass die Ausgleichswelle besonders bauraumgünstig und reibleistungsarm antreibbar ist.
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Aufgrund der Ausgestaltung des Spannelements 20 als Hohlrad 22 mit der Innenverzahnung 24 und des Antriebsrads 34 als außenverzahntes Zahnrad 36 erfolgt zwischen dem Hohlrad 22 und dem Zahnrad 36 keine Drehrichtungsumkehr, so dass sich das Zahnrad 36 gleichsinnig zu dem Hohlrad 22 dreht.
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Das Hohlrad 22 ist über ein äußeres Wälzlager 40 an einer Exzenterscheibe 42 der Spanneinrichtung 10 um die dritte Drehachse drehbar gelagert. Vorliegend ist das äußere Wälzlager 40 als Kugellager ausgebildet. Dadurch ist eine besonders reibungsarme Lagerung des Hohlrads 22 realisiert.
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Die Exzenterscheibe 42 ist über ein inneres Wälzlager 44 an der Ausgleichswelle 18 gelagert, so dass die Exzenterscheibe 42 und mit dieser das Hohlrad 22 um die zweite Drehachse 32 verschwenkt werden können. Mit anderen Worten stellt die zweite Drehachse 32 eine Schwenkachse für das Spannelement 20 dar.
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Zum bedarfsgerechten Spannen der Kette 12 ist ein Stellglied 46 vorgesehen, welches ein Gehäuse 48 und einen relativ zum Gehäuse 48 translatorisch verschiebbaren Kolben umfasst. Wird der Kolben aus dem Gehäuse 48 gemäß einem Richtungspfeil in 1 bewegt, so drückt er auf einen Spannbügel 50 der Spanneinrichtung 10, welcher mittels Schrauben 52 an der Exzenterscheibe 42 befestigt ist. Dadurch wird die Exzenterscheibe 42 und mit dieser das Spannelement 20 (Hohlrad 22) beispielsweise bezogen auf die Bildebene von 2 nach links um die als Schwenkachse fungierende, zweite Drehachse 32 auf die Kette 12 zu gedrückt, so dass die Kette 12 gespannt wird. Dabei dreht sich die Exzenterscheibe 42 auf die Ausgleichswelle 18 relativ zu dieser. Durch diese Lagerung ist eine separate Lagerung der Exzenterscheibe 42 vermieden, so dass eine sehr kompakte Anordnung geschaffen ist. Die Ausgleichswelle 18 ist dabei separat an einem Gehäuseteil, beispielsweise dem Kurbelgehäuse, der Verbrennungskraftmaschine gelagert.
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Wie insbesondere 6 und 7 zu entnehmen ist, fungiert die Exzenterscheibe 42 für das innere Wälzlager 44 als Lageraußenring. Das innere Wälzlager 44 umfasst einen Lagerinnenring 54, welcher auf der Ausgleichswelle 18 angeordnet ist.
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Die Exzenterscheibe 42 fungiert ferner für das äußere Wälzlager 40 als Lagerinnenring. Das äußere Wälzlager 40 umfasst einen Lageraußenring 56, welcher im Hohlrad 22 angeordnet ist. Dadurch ist eine sehr hohe Kompaktheit realisiert.
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Im Vergleich zu einer gleitreibungsbehafteten Spannschiene ermöglicht die Spanneinrichtung 10 ein besonders reibleistungsarmes Spannen des Kettentriebs 16 mittels des abrollenden und als Spannrad fungierenden Spannelements 20 bzw. Hohlrads 22.
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Durch entsprechende Wahl der jeweiligen Zähnezahl der Innenverzahnung 24 und der Außenverzahnung 38 kann eine vorgebbare Übersetzung von der Kurbelwelle bzw. dem Kettenrad 14 zur Ausgleichswelle 18 bzw. dem Zahnrad 36 eingestellt werden. Die Übersetzung von der Kurbelwelle zur Ausgleichswelle 18 beträgt beispielsweise 1, so dass sich die Kurbelwelle und die Ausgleichswelle 18 mit gleicher Drehzahl, jedoch gegensinnig zueinander drehen.
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Das zur Ausgleichswelle 18 Geschilderte kann ohne weiteres auch auf eine anderweitige Welle übertragen werden. Bei dieser anderweitigen Welle handelt es sich beispielsweise um eine Antriebswelle eines Nebenaggregats der Verbrennungskraftmaschine, welches auf die beschriebene Weise über das Zahnrad 36, das Hohlrad 22, die Kette 12 und das Kettenrad 14 von der Kurbelwelle antreibbar ist. Mit anderen Worten ist der in Bezug zur Ausgleichswelle 18 geschilderte, in das Spannelement 20 integrierte Antrieb der Ausgleichswelle 18 sehr flexibel verwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spanneinrichtung
- 12
- Kette
- 14
- Kettenrad
- 16
- Kettentrieb
- 18
- Ausgleichswelle
- 20
- Spannelement
- 22
- Hohlrad
- 24
- Innenverzahnung
- 26
- erste Außenverzahnung
- 28
- erste Seite
- 30
- zweite Seite
- 32
- zweite Drehachse
- 34
- Antriebsrad
- 36
- Zahnrad
- 38
- zweite Außenverzahnung
- 39
- Zentralschraube
- 40
- äußeres Wälzlager
- 42
- Exzenterscheibe
- 44
- inneres Wälzlager
- 46
- Stellglied
- 48
- Gehäuse
- 50
- Spannbügel
- 52
- Schraube
- 54
- Lagerinnenring
- 56
- Lageraußenring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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