DE102014216460B4

DE102014216460B4 - Stirnzahnrad

Info

Publication number: DE102014216460B4
Application number: DE102014216460.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: DE102014216460A1

Abstract

Vorrichtung zur Veränderung eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle, und mit einem Stirnzahnrad (1), welches um einen Hubzapfen der Kurbelwelle montiert ist und eine erste axiale Bohrung (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnzahnrad (1) axial diametral hälftig geteilt ist und eine Schrägverzahnung aufweist, wobei die erste Bohrung (2) exzentrisch gestaltet und das Stirnzahnrad (1) eine Lagerschale ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 09 036 A1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem zusammensetzbaren Zahnrad bekannt. Das Zahnrad ist in zwei umfangsseitig um die Nabe anordenbare Zahnradsegmente unterteilt, wobei das Zahnrad eine Öffnung für die Nabe aufweist. Weiter weist das Zahnrad radial außen ein Zahnprofil und innerhalb der Öffnung eine Anzahl von Kerben auf. Jede Kerbe ist an festgelegten Sollbruchstellen an einem Zahnfuß des Zahnprofils zugeordnet. Das Zahnrad ist weiter mittels Bruchtrennung an den Sollbruchstellen in die Zahnradsegmente trennbar, so dass nach der Bruchtrennung die Sollbruchstellen formschlüssig ineinandergreifende Fügeflächen aufweisen. Desweiteren sind die Zahnradsegmente mittels Verbindungselementen lösbar formschlüssig verbindbar und auf der Welle-Nabe-Verbindung anordenbar.
Nachteilig an diesem bekannten zusammensetzbaren Stirnzahnrad ist die Geradverzahnung, welche schlechte akustische Eigenschaften aufweist.
Derartige zusammensetzbare Zahnräder finden beispielsweise in Vorrichtungen zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine Verwendung. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungs-Nummer WO 2012/143078 A1 bekannt. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine weist einen Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle mit zumindest einem, beiderseits drehbeweglich gelagerten Hubzapfen auf, der mit einem Pleuel und einem in einem Zylinder schiebebeweglich angeordneten Kolben in Wirkverbindung steht. Der Kurbeltrieb dient zur Wandlung einer rotatorischen Bewegung der Kurbelwelle in eine bidirektionale, translatorische Bewegung des Kolbens mit einer definierten Hubhöhe. Zwischen dem Hubzapfen und dem Pleuelauge des Pleuels ist ein drehbeweglicher, außen verzahnter Exzenter angeordnet, zur Veränderung der Hubhöhe des Kolbens. Zur Verdrehung des Exzenters ist ein außenverzahntes erstes Zahnrad vorgesehen, das axial mit einem zweiten Zahnrad über eine zur Kurbelwelle parallel angeordnete Welle drehfest verbunden ist, welches auf einem, von einem Stellelement verdrehbaren dritten Zahnrad kämmend angeordnet ist. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Welle parallel und radial nach außen beabstandet zur Kurbelwelle angeordnet ist.
Auch bei dieser bekannten Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine kommen geradverzahnte Stirnzahnräder zum Einsatz, die akustisch auffällig sein können.
Eine weitere Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 959 112 A1 bekannt.
Auch in dieser Vorrichtung kommen ausschließlich akustisch nachteilige, geradverzahnte Stirnzahnräder zum Einsatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit deutlich besseren akustischen Eigenschaften aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird die Flächenpressung an den Spannflächen radial nach außen in die Zähne geleitet, und somit das Risiko des Klaffens der Trennfuge minimiert.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist die Teilung des Stirnzahnrades möglich ohne die Wälzoberflächen der Zähne zu beeinträchtigen.
Die Fertigungsmethoden gemäß den Patentansprüchen 4 bis 6 sind besonders bevorzugte Fertigungsmethoden.
Im Folgenden wird ein Stirnzahnrad anhand von zwei Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine axiale Aufsicht auf ein Stirnzahnrad.
2 zeigt eine Seitenansicht des Stirnzahnrades.

1 zeigt eine axiale Aufsicht auf ein Stirnzahnrad 1, das axial diametral hälftig geteilt ist und eine erste axiale Bohrung 2 für eine Montage auf einer nicht dargestellten Welle aufweist. Das Stirnzahnrad 1 eignet sich insbesondere für eine Montage um einen Hubzapfen einer Kurbelwelle, beispielsweise für eine Vorrichtung zur Veränderung eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Um eine möglichst große Laufruhe zu erzielen, weist das Stirnzahnrad 1 eine Schrägverzahnung auf. Ein Zahnkranz des Stirnzahnrades 1 ist mit 3 beziffert.
Darüber hinaus weist das Stirnzahnrad 1 eine zweite und eine dritte, diametral zueinander, zwischen der ersten Bohrung 2 und dem Zahnkranz 3 angeordnete axiale Bohrung 4, 5 auf. Die zweite und die dritte Bohrung 4, 5 dienen dazu, um die Flächenpressung an den Spannflächen radial nach außen in die Zähne zu leiten, und somit das Risiko des Klaffens der Trennfuge zu minimieren.
Damit eine möglichst große Laufruhe des geteilten Stirnzahnrades 1 erzielt werden kann, ist dieses in einer axialen Ebene E von der ersten Bohrung 2 bis an die zweite und die dritte Bohrung 4, 5 und von der zweiten und der dritten Bohrung 4, 5 durch den Zahnkranz 3 hindurch in die jeweiligen Ebenen der Schrägverzahnung S, S' getrennt. Durch diese Ausgestaltung wird eine äußerst präzise Passung erzielt.
Bevorzugt ist die erste Bohrung 2 exzentrisch gestaltet, so dass das Stirnzahnrad 1 als exzentrische Lagerschale, beispielsweise für eine Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann.
Bevorzugt erfolgt eine Trennung des Stirnzahnrades 1 in Einzelsegmente spanend oder spanlos. Die spanende Trennung kann beispielsweise durch Sägen oder Fräsen erfolgen, während eine spanlose Trennung beispielsweise durch Gießen, z. B. Druckgruß, erfolgen kann.
Als Materialien für das Stirnzahnrad 1 können Metalle, wie z. B. Stahl oder Messing oder Kunststoffe, wie z. B. glasfaserverstärktes Polyamid zum Einsatz kommen.
Das Verspannen der Einzelsegmente des Stirnzahnrades 1 kann wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt erfolgen und wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht weiter erläutert.
Es wird somit eine Teilung des Stirnzahnrades 1 vorgeschlagen, bei der ein radial innen liegender Schnitt E mittig und eben erfolgt und die Stirnzahnradhälften somit um beispielsweise einen Hubzapfen einer Kurbelwelle montierbar sind. An der schrägen Verzahnung folgen zwei radial äußere Schnitte S, S' in Richtung der Schrägungsrichtung der Verzahnung. Der äußere und der innere Schnitt treffen sich jeweils in einer axialen Bohrung 4, 5, deren Durchmesser so gewählt ist, dass der schräge äußere Schnitt S über die Breite der Verzahnung hinweg im Inneren der Bohrung 4, 5 bleibt. Der ebene Schnitt E ist im Inneren des Stirnzahnrades 1 strichliert dargestellt, die schrägen Schnitte S, S' gemäß der Schrägverzahnung sind als strichliertes Rechteck im äußeren Bereich des Zahnkranzes 3 dargestellt. Bei Verwendung des Stirnzahnrades 1 in einer Vorrichtung zur Veränderung des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine können die Akustikvorteile der Schrägverzahnung vorteilhaft genutzt werden. Weiter ist das Erschließen des Potentials einer so realisierten Verdichtungsverstellung der Hubkolben-Brennkraftmaschine möglich, wodurch Verbrauchs- und Emissionsvorteile erzielt werden.
2 zeigt eine Seitenansicht des Stirnzahnrades 1. In 2 gelten für gleiche Elemente die gleichen Bezugsziffern wie in 1. Die Schnittebenen E und S sind, ebenso wie der Zahnkranz 3, strichliert dargestellt und zeigen den Schnittverlauf innerhalb der Bohrung 5.
Bezugszeichenliste

1: Stirnzahnrad
2: erste Bohrung
3: Zahnkranz
4: zweite Bohrung
5: dritte Bohrung
E: axiale Ebene
S: Ebene Schrägverzahnung
S': Ebene Schrägverzahnung

Claims

Vorrichtung zur Veränderung eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle, und mit einem Stirnzahnrad (1), welches um einen Hubzapfen der Kurbelwelle montiert ist und eine erste axiale Bohrung (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnzahnrad (1) axial diametral hälftig geteilt ist und eine Schrägverzahnung aufweist, wobei die erste Bohrung (2) exzentrisch gestaltet und das Stirnzahnrad (1) eine Lagerschale ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnzahnrad (1) eine zweite und eine dritte, diametral zueinander, zwischen der ersten Bohrung (2) und einem Zahnkranz (3) angeordnete axiale Bohrung (4, 5) aufweist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnzahnrad (1) in einer Ebene (E) von der ersten Bohrung (2) bis in die zweite und die dritte Bohrung (4, 5) diametral hälftig getrennt und von der zweiten und der dritten Bohrung (4, 5) durch den Zahnkranz (3) hindurch in jeweiligen Ebenen der Schrägverzahnung (S, S') getrennt ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung des Stirnzahnrades (1) spanend oder spanlos dargestellt ist.
Vorrichtung nach Patenanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung durch Sägen oder Fräsen dargestellt ist.
Vorrichtung nach Patenanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung durch Gießen dargestellt ist.