DE10325993B4

DE10325993B4 - Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Ausgleichswelle

Info

Publication number: DE10325993B4
Application number: DE10325993.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Freiburg; José Calasan Benitez Luna
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-06-07
Filing date: 2003-06-07
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2023-06-08
Also published as: DE10325993A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer Ausgleichswelle (5), die mittels eines zwischen einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) und der Ausgleichswelle (5) angeordneten, endlosen Kraftübertragungsmittels (4) antreibbar und mit einer Einrichtung (6, 7) zur Dämpfung mittels des Kraftübertragungsmittels (4) übertragbarer Spitzenlasten oder Schwingungen ausgestattet ist, wobei die Einrichtung (6, 7) zur Dämpfung von Spitzenlasten oder Schwingungen zwei auf das Kraftübertragungsmittel (4) wirkende Spannelemente (10, 11) aufweist, wobei ein Spannelement (10) auf einen zugseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels (4) und ein anderes Spannelement (11) auf einen losseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels (4) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des einen Spannelements (10) eine auf das Kraftübertragungsmittel (4) wirkende nach außen gerichtete Druckkraft (F) aufbringbar ist und mittels des anderen Spannelements (11) eine auf das Kraftübertragungsmittel (4) wirkende nach außen gerichtete Zugkraft (F) aufbringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Ausgleichswelle, die mittels eines zwischen einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der Ausgleichswelle angeordneten, endlosen Kraftübertragungsmittels, insbesondere einer Kette antreibbar und mit einer Einrichtung zur Dämpfung mittels des Kraftübertragungsmittels übertragbarer Spitzenlasten oder Schwingungen ausgestattet ist, die zwei Spannelemente aufweist.
Eine solche Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Ausgleichswelle ist beispielsweise durch die DE 100 58 885 A1 bekannt. Derartige Ausgleichwellen dienen dabei zum Kompensieren von freien Massenmomenten, insbesondere der ersten oder zweiten Ordnung, die insbesondere bei Hubkolbenmotoren auftreten. Die Antriebsverbindung zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und den Ausgleichswellen erfolgt dabei über das endlose Antriebsmittel, wie beispielsweise über eine Kette oder über einen Riemen, insbesondere Zahnriemen.
Um die von den Brennvorgängen in den Zylindern erzeugten Kolbenbeschleunigungen und -verzögerungen zumindest teilweise zu kompensieren, wird an der Kurbelwelle ein Schwungrad und zusätzliche Massen in Form der rotierenden Ausgleichswellen vorgesehen, mittels derer zumindest die freien Massenmomente erster und zweiter Ordnung teilweise ausgeglichen werden können. Derartige Ausgleichswellen werden über das endlose Kraftübertragungsmittel angetrieben, welches dabei erheblichen Kräftebeanspruchungen ausgesetzt ist, die insbesondere beim Auftreten von Resonanzfrequenzen extreme Spitzenwerte erreichen. Das Schwungrad weist daher einen integrierten Schwingungsdämpfer auf, der jedoch das Gesamtgewicht des Schwungrades wesentlich erhöht.
Durch die DE 35 35 859 A1 ist weiterhin eine Riemenscheibe insbesondere für den Antrieb von Nebenaggregaten von Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit einem Dämpfungselement bekannt, welches die Übertragung von Drehschwingungen verhindert. Die Riemenscheibe besteht aus einem die Lauffläche für den Riemen tragenden äußeren Kranz und einer konzentrisch in diesem angeordneten Nabe sowie dem drehfest mit beiden verbundenen Dämpfungselement. Der Kranz ist in radialer und axialer Richtung gegenüber der Nabe starr abgestützt ist, während er in Umfangsrichtung gegenüber der Nabe winkelbeweglich ist. Der Kranz und die Nabe bestehen hierzu aus einem harten und das Dämpfungselement aus einem weicheren polymeren Werkstoff. Der Kranz ist durch blattfederartige Rippen einstückig mit der Nabe verbunden.
Die DE 43 28 596 C 2 offenbart bereits eine Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen mit einer auf der Kurbelwelle aufgesetzten Nabe und einer außenliegenden Riemenscheibe. Zur gleichzeitigen Dämpfung von niederfrequenten Schwingungen der Riemenscheibe und hochfrequenten Schwingungen der Kurbelwelle sind ein Drehschwingungsdämpfer und ein Riemenscheibendämpfer derart hintereinander- oder parallelgeschaltet, dass der Schwungring des Drehschwingungsdämpfers über eine Gummispur mit der Nabe verbunden ist. Der Schwungring oder die Nabe bildet das Gehäuse der über eine viskose oder viskoelastische Flüssigkeit angekoppelten Riemenscheibe.
Ferner betrifft auch die EP 0 987 470 A2 eine Brennkraftmaschine mit einer endlosen Kette zur Kraftübertragung zwischen einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und weiteren Komponenten der Brennkraftmaschine. Ein integrierter Torsionsdämpfer vermindert dabei die Übertragung von Kurbelwellenvibrationen auf die weiteren Komponenten.
Schließlich ist aus der DE 196 20 233 A eine Vorrichtung zum Ausgleich von Massenmomenten an Hubkolben-Brennkraftmaschinen offenbart. Auf den losseitigen Abschnitt eines Kettentriebs zwischen Kurbel- und Ausgleichswelle wirkt ein hydraulischer Kettenspanner.
Zudem ist in DE 199 29 417 C1 eine Brennkraftmaschine mit Ausgleichswellen für die Kurbelwelle beschrieben. Ein Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer wirkt auf die Ausgleichswellen; eine Spannschine auf ein Kraftübertragungsmittel in Form einer Kette.
Aus DE 39 39 821 A1 ist eine Spannvorrichtung für endlose Antriebsmittel bekannt, wobei ein erstes Spannmittel vorgesehen ist, welches auf eine zugentlastete Seite des Antriebsmittels wirkt und ein zweites Spannmittel, weches auf eine Zugseite wirkt. Die Spannmittel üben jeweils eine nach innen gerichtete Druckkraft auf das Antriebsmittel aus.
Aus US 2 963 918 A ist ein hydraulischer Kettenspanner bekannt, der zwei hydraulisch verbundene Spannelemente aufweist, die auf eine Kette oder Riemen wirken. Die Spannelemente üben dabei jeweils eine nach innen gerichtete Druckkraft auf die Kette oder den Riemen aus.
Aus DE 198 05 878 A1 ist eine Vorrichtung zum Reduzieren der Kettenspannung einer Kette bekannt, wobei die Vorrichtung mindestens einen Gleitschuh umfasst, mittels welchem eine nach innen gerichtete Druckkraft auf die Kette ausgeübt werden kann.
Als nachteilig erweist sich bei allen bekannten Brennkraftmaschinen, dass die Einrichtung zur Dämpfung von Spitzenlasten oder Schwingungen zu einer Erhöhung der rotierenden Massen führt und damit unerwünschte Nebenwirkungen, insbesondere eine Beeinträchtigung der Drehfreudigkeit bzw. der Laufruhe der Brennkraftmaschine unvermeidbar sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln eine ausreichende Dämpfung von Spitzenlasten oder Schwingungen zu realisieren. Insbesondere sollen dadurch die rotierenden Massen nicht erhöht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei der die Einrichtung zur Dämpfung von Spitzenlasten oder Schwingungen zwei auf das Kraftübertragungsmittel wirkende Spannelemente aufweist. Hierdurch können die auftretenden Spitzenlasten oder Schwingungen in einfacher Weise durch ein hierzu ortsfestes Spannelement ausgeglichen werden, so dass die rotierenden Massen gegenüber ungedämpften Brennkraftmaschinen nicht erhöht sind. Der Wirkungsgrad der Ausgleichswelle kann zugleich mittels der Einrichtung wesentlich gesteigert werden. Außerdem kann die derart ausgeführte Einrichtung mit einem geringen Aufwand auch bei bereits vorhandenen Brennkraftmaschinen nachgerüstet werden. Dabei können ferner auch an sich bekannte Kettenspannvorrichtungen eingesetzt werden, so dass der wirtschaftliche Aufwand vergleichsweise gering ist.
Die Einrichtung könnte eine Rolle oder ein Kettenrad aufweisen, welches gegen das Kraftübertragungsmittel anliegt. Eine besonders einfache Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hingegen dann erreicht, wenn das Spannelement einen Gleitkörper aufweist.
Erfindungsgemäß wirkt ein Spannelement auf einen zugseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels. Hierdurch können die insbesondere in dem zugseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels auftretenden Schwingungen und Zugkräfte zuverlässig vermindert bzw. gedämpft werden.
Erfindungsgemäß ist ebenfalls vorgesehen, dass das zumindest eine Spannelement auf einen zugseitigen und das andere Spannelement auf den losseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels wirkt. Hierdurch kann eine relative Drehwinkeldifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Ausgleichswelle vermieden werden, wodurch der Wirkungsrad hinsichtlich der Schwingungsdämpfung weiter verbessert werden kann. In der Praxis kann zudem ein einziges, zugleich auf den zugseitigen und auf den losseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels wirkendes Spannelement oder zwei unabhängige Spannelemente eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß ist mittels des einen Spannelementes eine auf das Kraftübertragungsmittel wirkende nach außen gerichtete Zugkraft und mittels des anderen Spannelements eine nach außen gerichtete Druckkraft aufbringbar, um dadurch den Einbau unter beengten räumlichen Verhältnissen im Motorenraum des Kraftfahrzeuges zu erleichtern.
Weiterhin erweist es sich als besonders günstig, wenn das Spannelement um eine Achse schwenkbeweglich ausgeführt ist, um damit einen durch den Schwenkwinkel des Hebelarms bestimmten, an das Schwingungsverhalten der Brennkraftmaschine angepassten Verlauf der Krafteinleitung auf das Kraftübertragungsmittel zu ermöglichen. Insbesondere ist dabei ein progressiver Spannungsverlauf mit geringem Aufwand, beispielsweise mittels einer auf den Hebelarm wirkenden Spiral- oder Torsionsfeder möglich.
Weitere besonders geeignete Federelemente werden insbesondere dann erreicht, wenn das Spannelement eine Druckfeder oder eine Blattfeder aufweist, deren Federkennlinien an die jeweiligen Einsatzbedingungen optimal anpassbar sind. Eine zusätzliche Dämpfung von Spitzenlasten und Schwingungen wird dabei auch durch einen ergänzenden Elastomerdämpfer erreicht.
Bei einer anderen Ausgestaltung, bei der das Spannelement einen auf den Gleitkörper wirkenden, mittels des Federelementes vorbelasteten Kolben aufweist, ist auch ein linearer Verlauf der auf das Kraftübertragungsmittel wirkenden Vorspannkraft realisierbar.
Als besonders praxisnah erweist es sich zudem, wenn das Spannelement zwischen dem Gleitkörper und einem Widerlager gegenüber Umwelteinflüssen geschützt angeordnet ist, um so einen weitgehend wartungsfreie und verschleißfreie Einrichtung zur Dämpfung von Spitzenlasten oder Schwingungen zu ermöglichen.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Ausgleichswelle;
2 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Dämpfung von Spitzenlasten der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein mit einer Kurbelwelle 2 verbundenes Kettenrad 3 auf, durch welches mittels eines als Kette ausgeführten Kraftübertragungsmittels 4 eine Ausgleichswelle 5 in Rotation versetzbar ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit jeweils einer Einrichtung 6, 7 zur Dämpfung von Spitzenlasten oder Schwingungen an einem zugseitigen Abschnitt 8 und an einem losseitigen Abschnitt 9 des Kraftübertragungsmittels 4 ausgestattet. Beide Einrichtungen 6, 7 sind hierzu jeweils mit einem auf das Kraftübertragungsmittel 4 wirkenden Spannelement 10, 11 ausgestattet, welches jeweils mittels eines Gleitkörpers 12, 13 gegen das Kraftübertragungsmittel 4 anliegt, um so eine nach außen gerichtete Zugkraft F_z bzw. Druckkraft F_D aufbringen zu können. Das Spannelement 11 ist hierzu um eine Achse 14 schwenkbeweglich angeordnet.
2 zeigt in einer vergrößerten Schnittdarstellung die Einrichtung 6 zur Dämpfung von Spitzenlasten der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine 1. Der als Gleitschiene ausgeführte Gleitkörper 12 des Spannelementes 10 ist mittels einer Blattfeder 15 gegen ein als ortsfester Befestigungsarm ausgeführtes Widerlager 16 abgestützt. Der Gleitkörper 12 liegt dabei gegen das in 1 gezeigte Kraftübertragungsmittel 4 an, wobei zugleich eine sehr kompakte Bauform realisiert ist. Die Blattfeder 15 ist zudem im Inneren des hohlkörperförmigen Gleitkörpers 12 vor äußeren Einflüssen optimal geschützt.

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer Ausgleichswelle (5), die mittels eines zwischen einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) und der Ausgleichswelle (5) angeordneten, endlosen Kraftübertragungsmittels (4) antreibbar und mit einer Einrichtung (6, 7) zur Dämpfung mittels des Kraftübertragungsmittels (4) übertragbarer Spitzenlasten oder Schwingungen ausgestattet ist, wobei die Einrichtung (6, 7) zur Dämpfung von Spitzenlasten oder Schwingungen zwei auf das Kraftübertragungsmittel (4) wirkende Spannelemente (10, 11) aufweist, wobei ein Spannelement (10) auf einen zugseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels (4) und ein anderes Spannelement (11) auf einen losseitigen Abschnitt des Kraftübertragungsmittels (4) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des einen Spannelements (10) eine auf das Kraftübertragungsmittel (4) wirkende nach außen gerichtete Druckkraft (F_D) aufbringbar ist und mittels des anderen Spannelements (11) eine auf das Kraftübertragungsmittel (4) wirkende nach außen gerichtete Zugkraft (F_z) aufbringbar ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10, 11) einen Gleitkörper (12, 13) aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (11) um eine Achse (14) schwenkbeweglich ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (11) eine Druckfeder aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (11) eine Blattfeder (15) aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement einen auf den Gleitkörper wirkenden, mittels des Federelementes vorbelasteten Kolben aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) zwischen dem Gleitkörper (12) und einem Widerlager (16) gegenüber Umwelteinflüssen geschützt angeordnet ist.