DE19624074A1 - Zahnradgetriebe mit exzentrisch gelagerter Welle, beispielsweise für den Ausgleichswellen-Antrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnradgetriebe mit zumindest einer ein Zahnrad tragenden Welle (oder Achse), die zur Optimierung des Zahnflankenspieles zwischen diesem sowie einem weiteren Zahnrad über zumindest eine hin­ sichtlich ihrer Exzentrizität einstellbare Exzenterbuchse in einem Gehäuse gelagert ist, und geht aus von dem deutschen Gebrauchsmuster 83 09 116. Ein bevorzugter Anwendungsfall für ein derartiges Zahnradgetriebe ist der Antrieb einer Ausgleichswelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, da ne­ ben ist die Erfindung aber bei sämtlichen Zahnradgetrieben einsetzbar.

Beispielsweise aus der oben genannten Schrift ist es bekannt, zur Erzielung eines möglichst geringen Verdrehflankenspiels bzw. Zahnflankenspieles in einem Zahnradgetriebe zumindest eine Achse oder Welle, auf der ein mit einem anderen Zahnrad kämmendes Zahnrad sitzt, in zwei Exzenterbuchsen zu halten, die in der gleichen Richtung die gleiche Exzentrizität aufweisen und verdreh- und arretierbar in jeweils einer der dieser Achse oder Welle zugeordneten Gehäusebohrungen sitzen. Dabei wird das Verdrehflanken­ spiel bzw. Zahnflankenspiel beim Zusammenbau des Getriebes ein einziges Mal optimiert, d. h. die Exzenterbuchsen werden im Hinblick auf ein derarti­ ges optimales Flankenspiel einmal fest eingestellt und dementsprechend arretiert.

Nun treten aber in Getrieben an den einzelnen Bauelementen unterschiedli­ che Wärmedehnungen auf. Dies kann insbesondere bei betriebswarmem Getriebe zu störenden Rasselgeräuschen führen. Insbesondere bei Schalt­ getrieben von Kraftfahrzeugen, die an eine Brennkraftmaschine angekoppelt sind, werden dabei die lastlos mitdrehenden Zahnräder auch durch die un­ gleichförmige Drehbewegung dieser Brennkraftmaschine zu Schwingungen innerhalb der möglichen Zahnflankenspiele angeregt, wodurch Klapperge­ räusche, die als sog. Leerlaufrasseln oder auch Beschleunigungsrasseln bekannt sind, erzeugt werden. Gleiches gilt beim Antrieb von Ausgleichswel­ len von Brennkraftmaschinen, wobei ebenfalls aufgrund der vorhandenen Zahnflankenspiele zwischen dem antreibenden Zahnrad der Brennkraftma­ schinen-Kurbelwelle und den angetriebenen Zahnrädern der Ausgleichswelle - ausgelöst durch die Drehunförmigkeit der Brennkraftmaschine - die Zahn­ rad-Wellen zu Schwingungen angeregt werden können, die zu störenden Rasselgeräuschen führen. Stets ist eine einmalige Einstellung im Hinblick auf ein optimales bzw. minimales Verdrehflankenspiel bzw. Zahnflankenspiel nicht ausreichend.

Abhilfemaßnahmen für die geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Exzentrizität der Ex­ zenterbuchse in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen laufend ein­ stellbar ist oder daß diese Exzentrizität selbsttätig - bevorzugt abermals fort­ laufend - einstellbar ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung im Hinblick auf ein optimales Zahn­ flankenspiel mit Hilfe der verdrehbaren Exzenterbuchse nicht einmalig, son­ dern fortlaufend. Die Exzenterbuchse wird somit abweichend vom bekannten Stand der Technik nicht arretiert, sondern kann fortlaufend an aktuelle Randbedingungen angepaßt werden. Unter diesen aktuellen Randbedingun­ gen ist insbesondere das aktuelle Zahnflankenspiel bzw. der aktuelle Achs­ abstand der einzelnen Zahnräder zu verstehen, wobei das Zahnflankenspiel nicht nur aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen, sondern auch auf­ grund von Verschleiß einer Veränderung unterliegt.

Die selbsttätige Einstellung der Exzentrizität kann dabei bevorzugt mit Hilfe eines Federelementes erfolgen, das bevorzugt über einen Verstellhebel an der Exzenterbuchse bzw. am Exzenterring derselben angreift. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch Verstellelemente vorgesehen sein, die ebenfalls am Verstellhebel angreifen und basierend auf dem Bimetall-Effekt oder dem Memorymetall-Effekt arbeiten, d. h. die die aktuelle Temperatur erkennen und dementsprechend - wegen der bekannten unterschiedlichen Wärmedehnungen - die Exzentrizität der Exzenterbuchse verstellen. Dane­ ben ist jedoch auch eine elektromagnetische, elektromotorische oder hydraulische Betätigung des Verstellelementes möglich, wobei eine Sensor­ steuerung dafür Sorge trägt, daß eine optimale selbsttätige Exzentrizi­ tätseinstellung erfolgt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung, insbesondere für einen besonderen Anwendungsfall, wird auch auf die beigefügten Prinzipskizzen verwiesen, wobei

Fig. 1 ein Zahnradgetriebe bzw. eine Getriebeanordnung für die Aus­ gleichswelle einer Brennkraftmaschine zeigt und in den

Fig. 2a, 2b für zwei verschiedene Stellungen der Exzenterbuchse die An­ sicht X aus Fig. 1 dargestellt ist.

Mit der Bezugsziffer 1 ist die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bezeich­ net, die stirnseitig ein Zahnrad 2 trägt, welches mit einem weiteren Zahnrad 3 kämmt, das auf einer somit von der Kurbelwelle 1 angetriebenen Welle 4 - hierbei handelt es sich um eine sog. Ausgleichswelle 4 - sitzt. Diese Brenn­ kraftmaschinen-Kurbelwelle 1 sowie die Ausgleichswelle 4, deren Funktion dem Fachmann bekannt ist und die an Brennkraftmaschinen zum Ausgleich der freien Massenkräfte vorgesehen ist, bilden zusammen mit den zugeord­ neten Zahnrädern 2, 3 somit ein Zahnradgetriebe.

Die Kurbelwelle 1 ist wie üblich in mehreren nicht gezeigten Gleitlagern ge­ lagert, ebenso sind für die Ausgleichswelle zwei Wellenlager 5a, 5b im nicht gezeigten Gehäuse der Brennkraftmaschine vorgesehen. Während das Wellenlager 5b als übliches Gleitlager ausgebildet ist bzw. ausgebildet sein kann, ist am Wellenlager 5a eine Exzenterbuchse 6 vorgesehen. Diese Ex­ zenterbuchse 6 besteht im wesentlichen aus einem Exzenterring 6a (vgl. Fig. 2a, 2b), der seinerseits auf nicht gezeigte Weise um die Achse 7a verdreh­ bar im Gehäuse 8 der Brennkraftmaschine gelagert ist. Exzentrisch zur Achse 7a ist in der Exzenterbuchse 6 eine Aufnahme 9 für die Welle 4 vor­ gesehen, wobei zwischen der Wellenachse 4a bzw. der Achse 4a der Auf­ nahme 9 und der Achse 7a die Exzentrizität e vorliegt.

Wird der Exzenterring 6a bzw. die Exzenterbuchse 6 um seine/ihre Achse 7a verdreht, so wie dies in Fig. 2b durch den Pfeil 10 dargestellt ist, so ergibt sich eine gegenüber Fig. 2a andere Lage der Welle 4 gegenüber der Kur­ belwelle 1. Die Lage der Wellenachse 4a gegenüber der Kurbelwellen-Achse 1a wird somit verändert. Dies hat zur Folge, daß auch das Zahnrad 3 der Welle 4 gegenüber dem Zahnrad 2 der Kurbelwelle 1 geringfügig verscho­ ben wird, so daß sich bei der Position gemäß Fig. 2b ein gegenüber derjeni­ gen bei Fig. 2a verändertes Zahnflankenspiel zwischen diesen beiden Zahn­ rädern 3, 2 ergibt. Dabei liegt in den beiden verschiedenen Positionen ge­ mäß den Fig. 2a, 2b auch eine unterschiedliche Exzentrizität e vor.

Die Einstellung dieser Exzentrizität e bzw. des daraus resultierenden Zahn­ flankenspieles zwischen den Zahnrädern 3, 2 erfolgt quasi selbsttätig, und zwar fortlaufend in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen. Hierzu greift am Verstellhebel 6b ein Federelement 11 an, welches sich mit seinem anderen Ende am Gehäuse 8 abstützt. Durch geeignete Auslegung der Federkonstanten dieses Federelementes 11 wird sich stets zwischen den beiden Zahnrädern 2, 3 das jeweils optimale Zahnflankenspiel selbsttätig einstellen, d. h. es wird sich ein derartiger Wert für die Exzentrizität e bzw. eine derartige Position für die Wellenachse 4a ergeben, daß die Zahnflanken der beiden Zahnräder optimal miteinander in Eingriff stehen und kein Ras­ seln einerseits durch zu großes Zahnflankenspiel auftritt und sich anderer­ seits auch keine übermäßig großen Reibungsverluste zwischen diesen Zahnflanken ergeben. Unabhängig von aktuellen Wärmedehnungen oder Verschleißerscheinungen wird sich somit bei geeigneter Auslegung des Federelementes 11 stets das optimale Zahnflankenspiel einstellen.

Beim hier gezeigten Anwendungsfall eines Zahnradgetriebes, bei welchem die das Zahnrad 3 tragende Welle 4 über eine Exzenterbuchse 6, deren Ex­ zentrizität e in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen laufend selbsttätig einstellbar ist, ist lediglich das nahe der miteinander kämmenden Zahnräder 2, 3 vorgesehene Wellen-Lager 5a mit einer derartigen einstellba­ ren Exzenterbuchse 6 versehen. Dies ist auch vollkommen ausreichend, da es gilt, lediglich das Zahnflankenspiel dieser beiden Zahnräder 2, 3 zu opti­ mieren. Eine sich durch die Verstellung der Exzenterbuchse 6 und damit durch eine geringfügige Verschiebung der Wellenachse 4a ergebende Kip­ pung der Ausgleichswelle 4 gegenüber dem Wellen-Lager 5b ist minimal und daher unerheblich. Bei anderen Anwendungsfällen kann es jedoch erforder­ lich sein, die beiden Wellen-Lager 5a, 5b mit parallel zueinander verstellba­ ren Exzenterbuchsen 6 zu versehen, insbesondere wenn es sich beim Zahn­ radgetriebe um ein Schaltgetriebe handelt, wobei auf der Welle 4 sowie auf der zweiten Welle (hier Welle 1) hintereinander mehrere miteinander käm­ mende Zahnräder vorgesehen sind. Ebenfalls nicht gezeigt ist eine Aus­ gleichswellen-Anordnung für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise nach dem sog. Lanchester-Ausgleich, bei welchem zwei gegeneinander laufende Ausgleichswellen vorgesehen sind, wobei die erste Ausgleichswelle von der Kurbelwelle angetrieben wird und ihrerseits über ein Zahnrad auch die zweite Ausgleichswelle antreibt. Hier ist es durch geeignete Anordnung der beiden Ausgleichswellen zueinander möglich, lediglich an der ersten Aus­ gleichswelle (hier Welle 4) eine Exzenterbuchse an einem Wellen-Lager 5a vorzusehen, deren Exzentrizität in Abhängigkeit von aktuellen Randbedin­ gungen laufend einstellbar ist und/oder selbsttätig einstellbar ist.

Ebenfalls nicht gezeigt sind weitere Abwandlungen, bei denen am Verstell­ hebel 6b der Exzenterbuchse 6 ein irgendwie geartetes Verstellelement an­ greift, welches sensorgesteuert arbeiten kann. Im übrigen können für den Verstellhebel 6b Endanschläge 12 vorgesehen sein, die den maximalen Verstellweg dieses Verstellhebels 6b begrenzen. Jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend vom gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlas­ sen. Stets erhält man ein optimales Zahnflankenspiel zwischen den mitein­ ander kämmenden Zahnrädern 2, 3 und daraus resultierend eine Minimie­ rung der Getriebe-Rasselgeräusche, wobei eine selbsttätige Verstellung er­ folgt u. a. in Abhängigkeit vom Temperaturgang, vom Verschleiß der Ver­ zahnung sowie bei Vergrößerung der Lagerluft durch Verschleiß.

Claims (7)

1. Zahnradgetriebe mit zumindest einer ein Zahnrad (3) tragenden Welle (4), die zur Optimierung des Zahnflankenspieles zwischen diesem sowie einem weiteren Zahnrad (2) über zumindest eine hinsichtlich ihrer Exzentrizität (e) einstellbare Exzenterbuchse (6) in einem Ge­ häuse (8) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (e) in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen laufend einstellbar ist.

2. Zahnradgetriebe mit zumindest einer ein Zahnrad (3) tragenden Welle (4), die zur Optimierung des Zahnflankenspieles zwischen diesem sowie einem weiteren Zahnrad (2) über zumindest eine hinsichtlich ihrer Exzentrizität (e) einstellbare Exzenterbuchse (6) in einem Ge­ häuse (8) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (e) selbsttätig einstell­ bar ist.

3. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem am Exzenterring (6a) der Ex­ zenterbuchse (6) angreifenden Verstellhebel (6b) ein Verstellelement angreift.

4. Zahnradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement als Federelement (11) ausgebildet ist oder auf dem Bimetall-Effekt oder Memorymetall- Effekt basierend arbeitet.

5. Zahnradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement sensorgesteuert elektromagnetisch oder elektromotorisch oder hydraulisch betätigt ar­ beitet.

6. Zahnradgetriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche für den Antrieb einer Ausgleichswelle (4) einer Hubkolben-Brennkraftma­ schine, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich das nahe der miteinander kämmenden Zahnräder (2, 3) vorgesehene Wellen-Lager (5a) mit einer einstellbaren Exzenterbuchse (6) versehen ist.

7. Zahnradgetriebe nach Anspruch 6, mit einem Paar von Ausgleichswellen, wobei ein Zahnrad (3) der ersten Ausgleichswelle (4) sowohl mit einem Zahnrad (2) der Brenn­ kraftmaschinen-Kurbelwelle (1) als auch mit einem Zahnrad der zweiten Ausgleichswelle kämmt, dadurch gekennzeichnet, daß nur die erste Ausgleichswelle (4) in le­ diglich einer einstellbaren Exzenterbuchse (6) gelagert ist.