DE10339688A1

DE10339688A1 - Ausgleichsvorrichtung für einen Motor mit schwingungsgedämpftem Kettenantrieb

Info

Publication number: DE10339688A1
Application number: DE10339688A
Authority: DE
Inventors: Thomas Alan Holt Slopsema; John Meade Howell Beardmore
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: DE10339688B4; US6959682B2; US20040045520A1

Abstract

Eine kettengetriebene Ausgleichsvorrichtung für einen Motor weist in einem Antriebskettenrad der Ausgleichsvorrichtung einen elastomeren oder nachgiebigen Dämpfungsring auf, um eine zugehörige Ausgleichswelle von Kettenheulschwingungen zu entkoppeln. Durch den Dämpfer wird die Übertragung von Kettenheulgeräuschen auf den Motorrahmen wesentlich verringert. Ein keilverzahnter Dämpfungsring wird zwischen inneren, an einem äußeren Zahnring ausgebildeten und äußeren, an einer Nabe ausgebildeten Keilprofilen des zugehörigen Kettenrads angeordnet. Die Keilprofile sind so gestaltet, dass sie in lockerem Eingriff stehen, so dass bei Ausfall des elastomeren Dämpfungsrings durch das direkte Ineinandergreifen der Keilprofile der Nabe und des Rings die zeitliche Abstimmung der Ausgleichswellen bezüglich der Kurbelwelle des Motors aufrechterhalten wird. In einer besonderen Ausführungsform wird durch den Einsatz eines Dämpfungsrings in lediglich dem am stärksten belasteten Kettenrad der über die Kette in Reihe angetriebenen Kettenräder zweier Antriebswellen der größte Teil der Schwingungsübertragung beseitigt. Gleichwohl könnte die Dämpfung mehrerer Kettenräder erstrebenswert sein.

Description

Diese Erfindung betrifft kettengetriebene Ausgleichsvorrichtungen für einen Motor und insbesondere eine Ausgleichsvorrichtung mit einem schwingungsdämpfenden Ring in wenigstens einem Antriebskettenrad der Ausgleichsvorrichtung.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Verbrennungsmaschine, die eine inhärente Unwucht besitzt, mit einer am Motor befestigten Ausgleichsvorrichtung zu versehen, die durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird und in zeitlich festgelegter Relation zu dieser rotiert, um die Unwucht des Motors teilweise oder ganz auszugleichen. Herkömmliche Ausgleichsvorrichtungen können durch einen Zahnradoder Kettenantrieb angetrieben werden und eine einzige oder mehrere Ausgleichswellen umfassen.

Bei besonderen Ausführungsformen der Ausgleichsvorrichtung, die auf Motoren mit einem inhärenten Nickmoment zweiter Ordnung oder einer vertikalen Rüttelkraft anwendbar sind, ist die Ausgleichsvorrichtung mit zwei Ausgleichswellen versehen, die an gegenüberliegenden Seiten des Motorblocks befestigt sind und sich mit zweifacher Geschwindigkeit der Kurbelwelle in entgegengesetzte Richtung drehen. Die Ausgleichswellen werden durch eine Kette getrieben, in die ein mit der Kurbelwelle des Motors verbundenes Abtriebskettenrad eingreift und die erste und zweite Antriebskettenräder antreibt. Das erste Antriebskettenrad ist an der ersten Ausgleichswelle befestigt und das zweite Antriebskettenrad ist am Motor befestigt und mit einem Antriebszahnrad, das in ein angetriebenes Zahnrad der zweiten Ausgleichswelle eingreift, verbunden, um die zweite Ausgleichswelle in eine der ersten Ausgleichswelle und der Kurbelwelle des Motors entgegengesetzte Richtung zu drehen. In dieser Anwendung wird eine so genannte Zahnkette verwendet, die eine hochfrequente Schwingung oder "Kettenheulen" erzeugt. Die Schwingung wird in die Ausgleichswellen und den zugehörigen Motorblock getragen, der die Kettenheulgeräusche als hörbare Motorgeräusche überträgt.

Folglich ist ein Mittel erwünscht, das die Übertragung der Kettenheulschwingungen oder -geräusche von der Antriebskette auf die am Motor befestigten Ausgleichswellen unterbricht oder entkoppelt, um diese Ursache hörbarer Motorgeräusche zu vermindern.

Die vorliegende Erfindung versieht eine Ausgleichsvorrichtung für einen Motor mit einem nachgiebigen oder elastomeren Dämpfungsring, der in wenigstens einem der Antriebskettenräder der Ausgleichsvorrichtung befestigt ist, um die Kettenheulschwingungen von der zugehörigen Ausgleichswelle zu entkoppeln. Durch den Dämpfungsring im Kettenrad werden die hörbar übertragenen Kettenheulgeräusche des Motorrahmens wesentlich verringert. Die Erfindung verwendet einen keilverzahnten Dämpfungsring, der zwischen inneren, an dem äußeren Zahnring ausgebildeten und äußeren, an der Nabe ausgebildeten Keilprofilen des zugehö- rigen Kettenrads angeordnet ist. Die Keilprofile an der Nabe und dem äußeren Ring sind so gestaltet, dass sie im lockeren Eingriff stehen, so dass bei Ausfall des elastomeren Dämpfungsrings das direkte Ineinandergreifen der Keilprofile der Nabe und des Rings die zeitliche Abstimmung der Ausgleichswellen bezüglich der Kurbelwelle des Motors aufrechterhält, so dass das Ausgleichen der Motorschwingungen durch die Ausgleichswellen in allen Fällen aufrechterhalten wird.

In einer besonderen Ausführungsform treibt die Kette die erste Ausgleichswelle direkt von dem Abtriebskettenrad des Motors an und die zweite Ausgleichswelle wird von dem Antriebskettenrad der ersten Ausgleichswelle zu dem Antriebskettenrad der zweiten Ausgleichswelle angetrieben. In dieser Ausführungsform ist zur Beseitigung des größten Teils der durch die Anordnung übertragenen Kettenheulgeräusche bereits der Einsatz eines kerbverzahnten Dämpfungsrings in lediglich dem Antriebskettenrad der ersten Ausgleichswelle wirkungsvoll. Der Einsatz eines zusätzlichen Dämpfungsringes in dem Antriebskettenrad der zweiten Ausgleichswelle, die zum Teil durch einen ergänzenden Zahnradantrieb getrieben wird, führt zu keiner wesentlichen weiteren Abnahme der abgestrahlten, vom Motor übertragenen Kettenheulgeräusche. Es wird jedoch erwartet, dass in anderen Kettenanwendungen oder Antriebsanordnungen für Ausgleichsvorrichtungen der Einsatz eines zweiten Dämpfungsringes zu einer beträchtlichen Geräuschabnahme führen kann.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich gemacht.
1 ist eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Ausgleichsvorrichtung für einen Motor mit schwinungsgedämpftem Kettenantrieb gemäß der Erfindung; und
2 ist eine unvollständige Querschnittsansicht durch das Antriebskettenrad der ersten Ausgleichswelle der Ausführungsform von 1, die den zwischen den inneren und äußeren Keilprofilen der Kettenradanordnung befestigten elastomeren Dämpfungsring veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 1 im Detail bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein eine Ausgleichsvorrichtung für einen Motor zur Anwendung an einem Motor mit einem Nickmoment zweiter Ordnung oder allgemeiner, eine kettengetriebene Ausgleichsvorrichtung für einen Motor, um inhärente Unwuchten in verschiedenen Motortypen auszugleichen.
Die Ausgleichsvorrichtung 10 umfasst ein Abtriebskettenrad 12 des Motors, das in zusammengebautem Zustand an der Kurbelwelle 13 des Motors neben einem hinteren Ende derselben befestigt und mit dieser drehbar ist. Das Kettenrad 12 greift in eine Antriebskette 14 ein, die entlang von Führungen 16 und 18 läuft und durch einen Feder-Kettenspanner 20 gespannt wird. Die Kette erstreckt sich seitlich in beide Richtungen von dem Kettenrad 12 aus und greift in ein erstes Antriebskettenrad 22 und ein zweites Antriebskettenrad 24 ein.
Das erste Antriebskettenrad 22 ist direkt mit einer ersten Ausgleichswelle 26 verbunden, welche Lagerzapfen 28 umfasst, die in nicht dargestellten Lagern gelagert sind, die an der linken Seitenwand des nicht dargestellten Motors befestigt sind. Die Welle 26 umfasst vordere und hintere Ausgleichsgewichte 30, 32, die von der Wellenachse so in entgegengesetzte Richtungen versetzt sind, dass ein Unwuchtmomentenpaar erzeugt wird, das in die Richtung der Kurbelwellendrehung und durch Auslegung des Antriebskettenrads 22 mit dem halben Durchmesser des Abtriebkettenrades 12 bei einer Geschwindigkeit dreht, die der zweifachen Geschwindigkeit der Kurbelwelle entspricht. Die Ausgleichswelle 26 und das verbundene Antriebskettenrad 22 werden an dem hinteren Ende durch eine Halterung 34 getragen, die in zusammengebautem Zustand an eine nicht dargestellte Rückwand des Motorrahmens geschraubt ist.
Das zweite Antriebskettenrad 24 ist mit einem Antriebszahnrad 38 verbunden, das mit dem zweiten Antriebskettenrad an einer Welle 40 drehbar ist, welche von einer Befestigungshalterung 42 getragen wird. Das Antriebszahnrad 38 greift in ein angetriebenes Zahnrad 44 ein, das ebenfalls von der Halterung 42 mit einem festen Abstand von dem Antriebszahnrad 38 getragen wird. Das Zahnrad 44 ist direkt mit einer zweiten Ausgleichswelle 46 verbunden, die ebenfalls Lagerzapfen 48 umfasst, die in nicht dargestellten Lagern gelagert sind, die an der rechten Seite des Motorrahmens befestigt sind. Die zweite Ausgleichswelle 46 trägt ebenfalls vordere und hintere Ausgleichsgewichte 50, 52, die sich in entgegengesetzte Richtungen von der Ausgleichswellenachse erstrecken und so, wenn sie gedreht werden, ein drehendes Unwuchtmomentenpaar schaffen, das bei einer Drehzahl, die der zweifachen Drehzahl der Kurbelwelle entspricht, in eine der Drehung der Kurbelwelle entgegengesetzte Richtung dreht.
Die Phasenlage der Ausgleichsgewichte an den Ausgleichswellen 26 und 46 ist derart, dass die vertikalen Kräfte der beiden Ausgleichswellen einander verstärken und die Querkräfte der beiden Wellen einander ausgleichen. Die resultierende Unwuchtskraft ist ein vertikales Schwingmoment, das an dem Motorrahmen angreift und zeitlich entgegen dem Schwingmoment, das durch die inneren Motorbauteile erzeugt wird, abgestimmt ist, so dass das inhärente Motormoment durch die Ausgleichsvorrichtung 10 ausgeglichen wird.
Werden die Positionen der Ausgleichsgewichte so geändert, dass sie sich auf der jeweiligen Welle in die gleiche Richtung erstrecken, könnte die Ausgleichsvorrichtung verändert werden, um eine vertikale Rüttelkraft zum Ausgleichen einer inhärenten vertikalen Rüttelkraft einer anderen Motoranordnung bereitzustellen.
Um Variationen in dem Flankenspiel der treibenden und angetriebenen Zahnräder 38, 44 zu minimieren, ist die Halterung 42 aus einem eisenhaltigen Material mit einem ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie jenem der Zahnräder hergestellt. Die Achsmittelpunktabstände der Zahnräder werden dadurch über einen weiten Betriebstemperaturbereich des Motors im Wesentlichen konstant gehalten.
Unter Bezugnahme auf die beiden 1 und 2 ist das erste Antriebskettenrad 22 zu einer Baugruppe zusammengesetzt, die einen äußeren Zahnring 54 und eine innere Nabe 56 umfasst. Die Nabe weist einen Innendurchmesser 58 auf, der mit einem Winkelfeststeller versehen ist, wie z.B. einer D-Anflächung oder einer Keilnut 60, um eine Antriebsverbindung auszubilden und den Phasenwinkel zwischen der Nabe 56 und der ersten Ausgleichswelle 26 aufrechtzuerhalten. An ihrer Außenseite ist die Nabe mit verhältnismäßig breiten und flachen Keilen 62 versehen.
Die Innenseite des äußeren Zahnrings 54 ist mit gegenstückig ausgebildeten Keilnuten 64 versehen, die locker mit den Keilen 62 der inneren Nabe 56 im Eingriff stehen. Die flachen Keilprofile stehen über einen erheblichen Zwischenraum zwischen diesen in Eingriff, besitzen aber eine ausreichende Höhe, so dass die Keilprofile ineinander eingreifen, um die Antriebsstellung der Nabe und des äußeren Rings mit einer lediglich geringen Änderung der Winkelstellung aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Winkelzwischenraum zwischen den Keilprofilen geschlossen ist.
Der Zwischenraum zwischen den Keilprofilen ist mit einem keilverzahnten Dämpfungsring 66 ausgefüllt, der derart gestaltet ist, dass er in den Zwischenraum gezwungen wird, um den Raum zwischen den inneren und äußeren Keilprofilen der Anordnung auszufüllen. Der Innen umfang des Dämpfungsrings 66 ist derart gestaltet, dass er in Zahneingriff mit den Keilen 62 der keilverzahnten Nabe 56 steht. Wie in 2 gezeigt, ist der Außenumfang des Dämpfungsrings 66 durch Radialwände 68 und Bogenwände 70, 72 festgelegt, die sich zwischen den Radialwänden erstrecken, und steht mit den keilverzahnten Innenflächen des äußeren Zahnrings 54 über Presssitz damit im Eingriff.
Das für den keilverzahnten Dämpfungsring ausgewählte Material ist bevorzugt ein nachgiebiges oder elastomeres Material, wie z.B. Nitrilgummi oder Nitrilkautschuk. Alternativ kann in manchen Fällen weniger nachgiebiges Material wie Nylon, Teflon oder ein Phenolharz verwendet werden. Es ist notwendig, dass das ausgewählte Material gute Ölbeständigkeitseigenschaften aufweist. Ein bevorzugter elastomerer Gummiring sollte zwischen den Keilprofilen unter Druck gehalten werden, um eine maximale Lebensdauer des Gummimaterials in seiner schwingungsdämpfenden Funktion zu gewährleisten.
Optional kann auch das zweite Antriebskettenrad 24 mit einem Dämpfungsring 66 versehen sein, der wie der in 2 dargestellte Dämpfungsring des ersten Antriebskettenrads 22 gestaltet und befestigt sein kann. Alternativ könnte ein keilverzahnter Dämpfungsring der gleichen Gestaltung zwischen der Welle 40 und dem Antriebszahnrad 38 oder innerhalb des Antriebszahnrades 38, das zu einer Baugruppe mit inneren und äußeren Keilprofilen zusammengesetzt ist, angeordnet sein, wie es für das erste Antriebskettenrad 22 gezeigt ist. Es wird erwartet, dass in manchen Anwendungen mit zwei Ausgleichswellen das Einsetzen eines Dämpfungsrings in das Antriebskettenrad oder den Antriebsmechanismus für eine zweite Ausgleichswelle wirkungsvoll sein kann. In der veranschaulichten Ausführungsform konnte die zusätzliche Verringerung der durch den Motor übertragenen Kettengeräusche den Einsatz des zweiten Dämp fungsrings in der gegenwärtig vorgesehenen Anordnung jedoch nicht rechtfertigen.
Während des Betriebs der beschriebenen Ausgleichsvorrichtung des Motors treibt die Drehung der Kurbelwelle 13 des Motors das Abtriebskettenrad 12 an und zieht die Kette 14 um die ersten und zweiten Antriebskettenräder 22, 24, um deren verbundene Ausgleichswellen 26 bzw. 46 zu drehen. Es wird angenommen, dass die hauptsächliche Quelle für Kettengeräusche der Anordnung von dem Eingreifen der Kettenzähne in die stark belasteten Zähne des ersten Antriebskettenrads 22 stammt, da die Kettenlast auf das erste Antriebskettenrad 22 größer ist als auf das zweite Kettenrad 24 und die Kettenumschlingung um die Antriebskettenräder 22, 24 größer ist und unter einem spitzeren Winkel erfolgt als um das Abtriebskettenrad 12.
Die Übertragung der Schwingungen von dem Kettenrad 22 zu der verbundenen ersten Ausgleichswelle 26, die durch diese Zahneingriffe verursacht werden, ist durch den elastomeren Dämpfungsring 66, der innerhalb des ersten Antriebskettenrads 22 befestigt ist, im wesentlichen unterbrochen oder gedämpft. Entsprechend ist die Heulschwingung der Kette, die gewöhnlich in die erste Ausgleichswelle übertragen wird, und die damit einhergehende resultierende Schwingung der Motorwand, an der die Ausgleichswelle befestigt ist, signifikant verringert oder entkoppelt. Folglich wird eine wesentliche Verringerung der in den und von dem Motor übertragenen Kettengeräusche erreicht.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Verringerung von Kettengeräuschen als wirkungsvoll erwiesen, indem ein keilverzahnter Dämpfungsring auf das am stärksten belastete Kettenrad einer kettengetriebenen, mit zwei Ausgleichswellen versehenen Ausgleichsvorrichtung eines Motors angewendet wird, wo die Kettengeräusche an eine Wand eines Kurbelgehäuses übertragen wurden, was eine hörbare Übertragung von Kettengeräuschen zur Folge hatte. Es wird deshalb erwartet, dass der Einsatz eines ähnlichen kerbverzahnten Dämpfers in anderen Kettenrädern von mit einer oder mehreren Ausgleichswellen versehenen Ausgleichsvorrichtungen zur Verringerung der Übertragung der Kettengeräusche von den Kettenrädern in die zugehörige Motoranordnung wirkungsvoll sein kann. Dies führt zu einer Dämpfung der durch die Anordnung übertragenen Geräusche, während gleichzeitig jegliche Gefährdung der Funktion der Ausgleichsvorrichtung im Falle einer Degradation oder eines Ausfalls des keilverzahnten Dämpfungsmaterials gering gehalten wird.
Zusammenfassend weist eine kettengetriebene Ausgleichsvorrichtung für einen Motor in einem Antriebskettenrad der Ausgleichsvorrichtung einen elastomeren oder nachgiebigen Dämpfungsring auf, um eine zugehörige Ausgleichswelle von Kettenheulschwingungen zu entkoppeln. Durch den Dämpfer wird die Übertragung von Kettenheulgeräuschen auf den Motorrahmen wesentlich verringert. Ein keilverzahnter Dämpfungsring wird zwischen inneren, an einem äußeren Zahnring ausgebildeten und äußeren, an einer Nabe ausgebildeten Keilprofilen des zugehörigen Kettenrads angeordnet. Die Keilprofile sind so gestaltet, dass sie in lockerem Eingriff stehen, so dass bei Ausfall des elastomeren Dämpfungsrings durch das direkte Ineinandergreifen der Keilprofile der Nabe und des Rings die zeitliche Abstimmung der Ausgleichswellen bezüglich der Kurbelwelle des Motors aufrechterhalten wird. In einer besonderen Ausführungsform wird durch den Einsatz eines Dämpfungsrings in lediglich dem am stärksten belasteten Kettenrad der über die Kette in Reihe angetriebenen Kettenräder zweier Antriebswellen der größte Teil der Schwingungsübertragung beseitigt. Gleichwohl könnte die Dämpfung mehrerer Kettenräder erstrebenswert sein.

Claims

Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor mit einer drehbaren, in zeitlich festgelegter Relation zur Drehung einer Motorabtriebswelle (13) getriebenen Ausgleichswelle (26), wobei die Ausgleichsvorrichtung (10) umfasst: ein drehbares durch die Abtriebswelle (13) antreibbares Abtriebselement (12); ein drehbares Antriebselement (22), das dazu dient, die Ausgleichswelle (26) anzutreiben; eine die Abtriebs- und Antriebselemente (12, 22) verbindende und während des Betriebs in dem Antriebselement (22) Schwingungen erzeugende Antriebskette (14), die potentiell in der die Ausgleichswelle (26) tragenden zugehörigen Motoranordnung ein hörbares Kettenheulen verursachen kann; wobei das Antriebselement (22) über ineinander greifende innere und äußere Keilprofile (62, 64) mit der Ausgleichswelle (26) verbunden ist und die Keilprofile (62, 64) jeweils mit dem Antriebselement (22) bzw. der Ausgleichswelle (26) verbunden und in lockerem Eingriff angeordnet sind, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Antriebselement (22) und der Ausgleichswelle (26) auszubilden; und einen keilverzahnten Dämpfungsring (66), der zwischen den inneren und äußeren Keilprofilen (62, 64) und mit den inneren und äußeren Keilprofilen (62, 64) im Eingriff stehend angeordnet ist, wobei der Dämpfungsring (66) aus einem nachgiebigen Material gebildet ist, um eine Schwingungsübertragung zwischen dem Antriebselement (22) und der Ausgleichswelle (26) zu minimieren.
Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor nach Anspruch 1, wobei die Ausgleichsvorrichtung (10) eine erste und eine entgegengesetzt drehbare zweite Ausgleichswelle (26, 46) umfasst, die jeweils mit einem Antriebselement (22, 24) verbunden sind, wobei ein erstes Antriebselement (22), das durch die Kette (14) von dem Abtriebselement (12) direkt angetrieben wird und die erste Ausgleichswelle (26) antreibt, und ein zweites Antriebselement (24) vorgesehen ist, das durch die Kette (14) von dem ersten Antriebselement (22) angetrieben wird und die zweite Ausgleichswelle (46) antreibt, wobei der Dämpfungsring (66) zwischen der Kette (14) und der ersten Ausgleichswelle (26) angeordnet ist.
Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor nach Anspruch 2, wobei der Dämpfungsring (66) in dem ersten Antriebselement (22) angeordnet ist.
Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor nach Anspruch 2, mit Keilprofilen und einem zweiten Dämpfungsring, die zwischen der Kette (14) und der zweiten Ausgleichswelle (46) angeordnet sind.
Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor nach Anspruch 2, wobei die Keilprofile und der Dämpfungsring für die zweite Ausgleichswelle (46) in dem zweiten Antriebselement (24) angeordnet sind.
Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor nach Anspruch 4, wobei das zweite Antriebselement (24) mit einem Antriebszahnrad (38) verbunden ist, das in ein die zweite Ausgleichswelle (46) treibendes angetriebenes Zahnrad (44) eingreift und der Dämpfungsring für die zweite Ausgleichswelle (46) zwischen der Kette (14) und dem Antriebszahnrad (38) angeordnet ist.
Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor nach Anspruch 6, mit einem Verbinderelement zwischen dem zweiten Antriebselement (24) und dem Antriebszahnrad (38), wobei der Dämpfungsring für die zweite Ausgleichswelle (46) zwischen dem Verbinderelement und dem Antriebszahnrad (38) angeordnet ist.
Ausgleichsvorrichtung (10) für einen Motor nach Anspruch 1, wobei das nachgiebige Material ein elastomerer Kautschuk oder Gummi ist, der druckbeaufschlagt zwischen den inneren und äußeren Keil-profilen (62, 64) befestigt ist.