DE19520508A1

DE19520508A1 - Umschlingungstrieb

Info

Publication number: DE19520508A1
Application number: DE19520508A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Huber; Michael Dipl Ing Jung
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1995-06-03
Filing date: 1995-06-03
Publication date: 1996-12-05

Description

Die Erfindung betrifft einen Umschlingungstrieb, insbesondere einen Steue rungsantrieb für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 1.

Insbesondere Steuerungsantriebe von Brennkraftmaschinen mit einem Kur belwellen-Antriebsrad, zumindest einem Nockenwellen-Abtriebsrad und einer Kette oder Zahnriemen, aber auch andere an Brennkraftmaschinen vorhandene Aggregateantriebe, sind aufgrund von Drehmomentschwankun gen bzw. Winkelgeschwindigkeitsänderungen Schwingungsanregungen unterworfen, die in Resonanzbereichen zu hörbaren Geräuschen führen können. Damit verbunden sind erhöhte Reibungskräfte, die die Lebensdauer des Umschlingungstriebes sowie dessen Wirkungsgrad beeinträchtigen können.

Bekannt ist es, diesen Drehschwingungen durch den Einsatz eines Schwin gungsdämpfers entgegenzuwirken (z. B. DE 37 39 336 C2), jedoch bedingt diese Maßnahme einen nicht unbeträchtlichen zusätzlichen Aufwand; ferner ist der erforderliche Bauraum dafür oft nicht vorhanden. Durch die DE 39 20 528 C1 wird vorgeschlagen, den von der Nockenwelle ausgehenden Wech selmomenten aufgrund der Ventilfederkräfte durch eine hydraulische Bremseinrichtung entgegenzuwirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, den in gattungsgemäßen Umschlingungstrie ben auftretenden Drehschwingungen mit einfachen Mitteln entgegenzuwir ken, insbesondere hörbare Schwingungsgeräusche zu eliminieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere wesentliche Merkmale der Erfin dung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Entgegen den bekannten Maßnahmen, die auf eine Vernichtung der Schwingungsenergie abzielen, wird eine Verstimmung des Umschlingungs triebes mit einer zusätzlichen Umgleichförmigkeit vorgeschlagen, mittels der der kritische Resonanz- bzw. Drehzahlbereich in einen nicht störenden ggf. nicht auftretenden Bereich verschoben wird.

Die die Ungleichförmigkeit erzeugenden Mittel können bevorzugt ein "unrundes" An- oder Abtriebsrad, unterschiedliche Elastizitäten oder Dicken in Längsrichtung des Umschlingungsmittels oder ein oder mehrere federnd vorgespannte Reaktionselemente sein, die in einer definierten Frequenz und Phasenlage betrieben die gegebene Ungleichförmigkeit des Umschlingungs triebes überlagern und damit eine Resonanzverschiebung bewirken.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung mit wesentlichen weiteren Merkmalen sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar. Die schema tische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Umschlingungstrieb als Steuerungsantrieb einer Hubkolben- Brennkraftmaschine;

Fig. 2 eine Grafik der Schwingungsamplituden in Grad Nockenwelle des Umschlingungstriebes über der Drehzahl der Kurbelwelle;

Fig. 3 ein mit Vertiefungen versehenes Nockenwellen-Abtriebsrad des Um schlingungstriebes nach Fig. 1;

Fig. 4 abschnittsweise einen in Umfangsrichtung unterschiedliche Elastizitä ten aufweisenden Zahnriemens eines Umschlingungstriebes; und

Fig. 5 einen teilweisen Querschnitt durch einen Zylinderkopf und eine Nok kenwelle einer Brennkraftmaschine mit einem auf die Nockenwelle wir kenden Reaktionselement.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Umschlingungstrieb bzw. Steuerungsan trieb 10 einer nicht dargestellten Vierzylinder-Reihen-Hubkolben-Brenn kraftmaschine, mit einem endlosen Zahnriemen 12, der über ein auf der Kurbelwelle 14 der Brennkraftmaschine angeordnetes Antriebsrad 16 das Abtriebsrad 18 einer Wasserpumpe und die Abtriebsräder 20, 22 zweier oben liegender Nockenwellen 24, 26 antriebt. Ein Riemenspanner 28 mit einem Spannrad 29 schließlich sorgt für die erforderliche Riemenvorspan nung des im Uhrzeigersinn umlaufenden Umschlingungstriebes.

Die Fig. 2 zeigt grafisch die dynamische Ungleichförmigkeit bzw. die We chselschwingungen des Steuerungsantriebes 10 in Grad Nockenwelle über der Drehzahl n der Kurbelwelle. Dabei gibt die ausgezogene Kurve die ge messene Gesamtamplitude, die gestrichelte Linie die dominierende Schwin gung zweiter Ordnung und die gepunktete Linie die weniger relevante Schwingung vierter Ordnung wieder. Wie ersichtlich ist, ergibt sich bei der vorgenannten Vierzylinder-Brennkraftmaschine ein kritischer Resonanzbe reich bei einer Drehzahl n von ca. 2500 min^-1, bei dem die Schwin gungsamplitude ca. 1° erreicht. Die Schwingungsanregung ergibt sich dabei aus dem Gas- und Massenkräften des Kurbeltriebes über die Kurbelwelle 14 und aus dem Wechselmomenten der Nockenwellen 24, 26 aufgrund der Spannung und Entlastung der Ventilfedern der von den Nockenwellen ange triebenen Gaswechselventile.

Da der kritische Drehzahlbereich von ca. 2500 min^-1 bei Brennkraftmaschi nen in Kraftfahrzeugen, also im instationären Betrieb, häufig auftritt, können sowohl störende Geräusche auftreten als auch die Lebensdauer des Um schlingungstriebs und dessen Wirkungsgrad (erhöhte Reibungskräfte) be einträchtigt werden.

Um diese erhöhte Ungleichförmigkeit bzw. den angesprochenen Resonanz bereich zu vermeiden, sind die Abtriebsräder 20, 22 auf den Nockenwellen 24, 26 "unrund" ausgeführt. Wie in der Fig. 3 anhand des Abtriebsrades 20 übertrieben dargestellt, sind die Abtriebsräder an vier gleichmäßig über de ren Umfang verteilten Bereichen mit Vertiefungen (Einbauchungen) 30, 32, 34, 36 versehen, wobei diese Vertiefungen sich jeweils über einen Umfangsbereich β von 60° erstrecken, in der Winkelhalbierenden bei einem Durchmesser des Abtriebsrades von 100 mm 0,3% bzw. 0,3 mm vertieft sind und schließlich wieder in den Originaldurchmesser übergehen.

Diese Vertiefungen 30, 32, 34, 36 prägen dem Zahnriemen 12 am Riemen- Einlauf bzw. Auslauf der Abtriebsräder eine Ungleichförmigkeit auf, die sich der durch die Bauart der Brennkraftmaschine gegebenen dynamischen Un gleichförmigkeit überlagert und dadurch den kritischen Resonanzbereich verschiebt bzw. eliminiert.

Alternativ oder zusätzlich ist das abtreibende Rad 18 im Zugtrum des Zahn riemens 12 (vgl. Fig. 1) um ein Maß e exzentrisch gelagert, wodurch ab hängig vom Durchmesser des Rades 18 dem Steuerungstrieb 10 Kraftände rungen bzw. Schwingungen höherer Ordnung (bevorzugt der zweiten Ord nung) überlagert werden, die eine Resonanzverschiebung bewirken. Ggf. könnte auch das Spannrad 29 im Lostrum des Zahnriemens 12 unrund aus geführt und/oder exzentrisch gelagert sein.

Alternativ oder zusätzlich kann ferner gemäß Fig. 4 der Zahnriemen 12′ in Umfangsrichtung mit Bereichen I größerer Dicke und verringerter bzw. unter schiedlicher Elastizität versehen sein, um ebenfalls eine "Verstimmung" der dynamischen Ungleichförmigkeit des Steuerungsantriebes 10 zu bewirken. Die Längselastizität des Zahnriemens 12′ kann z. B. durch die Geometrie oder Verlegung der die Zugkraft bestimmenden, in den Zahnriemen einge betteten Fasern 38 beeinflußt werden. Die Anzahl der Bereiche bestimmt wiederum die Ordnung der Störkräfte.

Die Fig. 5 zeigt schließlich ein Reaktionselement in Form eines Stößels 40, der in einer Bohrung 42 im Zylinderkopf 44 der Brennkraftmaschine ver schiebbar gelagert ist und auf den eine Schraubendruckfeder 46 wirkt. Die Feder 46 spannt den Stößel 40 gegen einen Nocken 48, der jeweils auf den Nockenwellen 24, 26 (hier Nockenwelle 24) als zusätzlicher Nocken ausge bildet ist.

Durch eine geeignete Positionierung der Phasenlage und Abstimmung der ausgeübten Wechselmomente (Federkräfte, Hub, Masse, etc.) auf die Nok kenwellen 24, 26 wird dem Umschlingungstrieb bzw. Steuerungstrieb 10 eine zusätzliche Ungleichförmigkeit aufgeprägt, die wie vorbeschrieben den kriti schen Resonanzbereich vermeidet oder zumindest vermindert.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel be schränkt. Die Mittel gemäß den Fig. 1, 3-5 können einzeln oder kombiniert miteinander eingesetzt werden. Der Umschlingungstrieb kann auch ein Ket tentrieb oder ein einfacher (nicht formschlüssiger) Riementrieb sein. Es können auch andere Aggregate, z. B. eine Einspritzpumpe, ein Kompressor, etc. angetrieben sein. Anstelle eines Reaktionselementes 40 können auch mehrere, und diese ggf. nicht als Stößel, sondern als federnd vorgespannte Schwing- oder Kipphebel ausgeführte Reaktionselemente verwendet sein, die ggf. sogar vorhandene Nocken an den Nockenwellen zusätzlich beauf schlagen. Die Reaktionselemente könnten aus baulichen Gründen über der Nockenwelle im Zylinderkopfdeckel gelagert sein.

Claims

1. Umschlingungstrieb, insbesondere Steuerungsantrieb für eine Brenn kraftmaschine, mit einem antreibenden Rad, zumindest einem getriebe nen Rad und einem Umschlingungsmittel, gekennzeichnet durch dem Trieb (10) eine zusätzliche Ungleichförmigkeit aufprägende Mittel.

2. Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein an- und/oder abtreibendes Rad (20, 22) unrund ausgebil det und/oder exzentrisch gelagert ist.

3. Umschlingungstrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein an- oder abtreibendes Rad (20, 22) mit über den Um fang verteilten Vertiefungen (30, 32, 34, 36) versehen ist, wobei die Anzahl der Vertiefungen der dominanten Ordnung der Drehbewegung entspricht.

4. Umschlingungstrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 das Abtriebsrad (20, 22) mit vier über den Umfang verteilten Vertiefungen (30, 32, 34, 36) versehen ist.

5. Umschlingungstrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (30, 32, 34, 36) jeweils über einen Umfangsbereich β von ca. 30°-60° erstrecken.

6. Umschlingungstrieb nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefungen (30, 32, 34, 36) < 1% des Raddurchmes sers, insbesondere zwischen 0,1% und 0,5% betragen.

7. Umschlingungsgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß am Zug- oder Lostrum des Umschlingungsmittels (12) ein Rad (18′) anläuft, daß dem Trieb (10) Kraftänderungen höherer Ordnung aufprägt.

8. Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschlingungsmittel ein Riemen, insbesondere Zahnriemen (12′), mit unterschiedlicher Längselastizität ist.

9. Umschlingungstrieb nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschlingungsmittel (12′) in seiner Längserstreckung peri odisch eine unterschiedliche Dicke und/oder Zahnhöhe aufweist.

10. Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Antriebsrad (20, 22) tragende Welle (24, 26) zumindest einen nicht rotationssymmetrischen Abschnitt (Nocken 48) aufweist, der mit zumindest einem federnd vorgespannten Reaktionselement (40) zusammenwirkt.

11. Umschlingungstrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (24, 26) zumindest ein Nocken (48) vorgesehen ist, der ei nen in einer Gehäusebohrung (42) geführten, federnd vorgespannte Stößel (40) betätigt.

12. Verwendung eines Umschlingungstriebes nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche an einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zum Antrieb einer oder mehrerer Nockenwellen (24, 26).