DE202011002132U1

DE202011002132U1 - Getriebeexzenter

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Publication number: DE202011002132U1
Application number: DE202011002132U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2021-02-02

Abstract

Antriebsanordnung aus einem Kolben-Zylinder-Antrieb mit einer zu sich selbst sowie zu Zylindern des Kolben-Zylinder-Antriebes radial verlegerbaren Antriebswelle und einem dem Kolben-Zylinder-Antrieb nachgeschalteten Getriebe mit einer Getriebewelle, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Punkt innerhalb einer Umhüllenden des Getriebes relativ zu den Zylindern wenigstens translatorisch verlagerbar sind. (Getriebe beliebig zum Antrieb, außer rotatorisch, verlagerbar)

Description

Stand der Technik:
Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis ermöglichen, gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Verbrauchswerte im Teillastbetrieb und bieten darüber hinaus, auch die Möglichkeit einer Mitteldrucksteigerung durch Hochaufladung. Es sind verschiedene Bauweisen erfunden und zum Patent angemeldet worden, wobei das Prinzip der Lagerung der Kurbelwelle in verdrehbahren Exzentern, wie in DE 100 08 425 beschrieben, aus mehreren Gründen das vorteilhafteste ist (kein Eingriff in die Kinematik des Kurbeltriebs, wenig Bauraum, großer Verstellbereich). Nachteilig an diesem Prinzip ist, dass sich hierbei die Lage der Kurbelwellenachse ändert, und man einen Mechanismus benötigt, um weiterhin Fahrzeuggetriebe konventioneller Bauweise einsetzen zu können. Hierzu kann wie in Anmeldung ( DE100 08 425 ) beschrieben, eine besondere Kupplung eingesetzt werden. Diese Kupplung ist allerdings mit einem zusätzlichen Bauaufwand verbunden und erzeugt, wenn auch in geringen Maß, zusätzliche Reibung.
Aufgabe der Erfindung ist es den Bauaufwand gegenüber der Kupplung nach ( DE100 08 425 ) oder vergleichbaren Lösungen zu minimieren, die Verlustleistung zu eliminieren und darüber hinaus Bauraum, insbesondere Baulänge in axialer Richtung (Bezogen auf die Kurbelwellenachse) einzusparen.
Erfindungsgemäß gelöst wird dies, indem wie in konventionellen Motoren immer eine Achsflucht zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle eingehalten wird. Es ist ersichtlich, dass hierfür eine Relativbewegung zwischen Motor und Getriebegehäuse stattfinden muss. Es spielt hierbei keine Rolle, ob sich der Motor relativ zum Getriebe, das Getriebe relativ zum Motor oder beide zueinander bewegen. Zum Zweck einer einfachen Beschreibung wird im Folgenden die Bewegung des Getriebes zum Motor beschrieben. Die Bewegung ist eine rein translatorische Bewegung, senkrecht zur Kurbelwellenachse. Dabei bewegt sich jeder Punkt des Getriebes gleichermaßen auf einer Kreisbahn. Der Durchmesser der Kreisbahn entspricht der Exzentrizität der Kurbewellenexzenter und die Bogenlänge entspricht dem Verstellwinkel der Kurbelwellenexzenter.
Um diese Relativbewegung des Getriebes gegenüber dem Motor zu ermöglichen, werden der Motor (1) und das Getriebe (2) über mehrere Exenterlager (3) miteinander verbunden ( ). Die Exenterlager nach weisen dieselbe Exzentrizität auf wie die Kurbewellenexzenter (4) ( ). Für die Exenterlager sind verschiedene Bauweisen denkbar, beispielsweise können sie, wie in , axial ineinander geschachtelt sein um Bauraum einzusparen und Biegemomente zu verhindern. Es ist auch denkbar, mehrere Lagerflächen zu verwenden, wobei sich die Lagerflächen beider Exzentrizitäten miteinander abwechseln um Biegemomente zu vermeiden. Dabei kann z. B. eine vorteilhafte Ausführung wie in gezeigt, so aussehen, dass auf einem kleinen Durchmesser die Lagerung der einen Achslage beidseitig symmetrisch zu einer mittigen Lagerung mit größerem Durchmesser der anderen Achslage geschieht. Es ist ersichtlich, dass es hierfür eine Vielzahl von Lagerungsmöglichkeiten gibt, die an dieser Stelle nicht alle beschrieben werden können.
Es ist denkbar, die Bewegung des Getriebes alleine über die Kurbelwelle zu steuern. Durch eine Lagerung der Getriebeeingangswelle in der Kurbelwelle, kann eine Querkraft in das Getriebe eingeleitet werden, wodurch die Bewegung des Getriebes zum Motor sichergestellt ist. Es kann aber auch Gründe dafür geben, zu diesem Zweck nicht die Getriebeeingangswelle nutzen zu wollen, z. B. wenn eine zwischen dem Motor und Getriebe angeordnete Kupplung oder Drehmomentwandler keine biegesteife Ausführung der Getriebewelle zulässt. In diesem Fall ist eine Fremdbetätigung vorzusehen, die vorzugsweise mechanisch in die Verstellung der Kurbelwellenexzenter integriert ist.
Eine Möglichkeit die Kurbewellenexzenter zu betätigen, ist die Verwendung einer Stellwelle (5), welche parallel zur Kurbewelle (6) liegt ( ). Diese Stellwelle verfügt über einen oder mehrere Lagerpunkte (7), mit einem gegebenen Abstand zur Stellwellenachse, die zur Betätigung der Exzenter genutzt werden. Hierzu besitzen die Kurbewellenexzenter Anlenkhebel (8), welche über Koppelstangen (9) mit der beschriebenen Lagerpunkten der Stellwelle verbunden werden. Wenn die Exzenter mechanisch miteinander verbunden sind (10), dann kann eine gemeinsame Koppelstange für die Exzenter verwendet werden. Eine besonders vorteilhafte Synchronisierung der Getriebebewegung mit der Kurbelwellenverstellung wird möglich, wenn der Abstand zwischen der Stellwellenachse und den stellwellenseitigen Lagerpunkten der Koppelstangen, gleich dem Abstand zwischen dem äußeren Lager der Kurbewellenexzenter und den exzenterseitigen Lagerpunkten der Koppelstangen ist. Zudem müssen hierfür die Lagermittelpunkte der Stellwellenachse mit den Betätigungsachsen der Stellwelle auf einer Ebene liegen, welche parallel zu einer Ebene angeordnet ist, die durch die Achse der äußeren Lager der Kurbelwellenexzenter und den exzenterseitigen Lagern der Koppelstangen liegt. Diese Bedingungen ermöglichen es, dass die Stellwelle stets die gleichen Winkeländerungen vollzieht wie die Kurbelwellenexcenter. An dem getriebeseitigen Ende der Stellwelle kann dann ein fest mit der Welle verbundener Exzenter (11) vorgesehen werden, der getriebeseitig drehbar gelagert ist. Die Exzentrizität dieses Exzenters entspricht der Exzentrizität der Kurbelwellenexzenter.
Wenn eine andere Hebelgeometrie gewählt werden soll, z. B. weil der Bauraum einen kleineren Abstand zwischen der Lagerung der Stellwelle und den Koppelstangen erfordert, dann kann die Synchronisierung der Getriebebewegung ebenfalls mithilfe der Stellwelle erfolgen. Eine vorteilhafte Betätigung in diesem Fall ist gegeben, wenn an einem gehäuseseitigen Exzenter ein Betätigungshebel angebracht ist, welcher mit einer Koppelstange von der Stellwelle betätigt wird, entsprechend der Betätigung der Kurbelwellenexzenter.
Der äußerste, dem Getriebe zugewandte Kurbelwellenexzenter, kann ebenfalls zur Darstellung der Getriebebewegung verwendet werden. Hierzu muss dieser eine zusätzliche, zur Kurbelwellenachse konzentrische, Lagerung aufweisen, die drehbar aber achsfest zum Getriebegehäuse gelagert ist.
Selbstverständlich sind auch andere Betätigungen denkbar, so könnte auch eine völlig unabhängige Betätigung gewählt werden, welche durch eine geeignete Synchronisierung für ein Fluchten der Wellen sorgt.
Bei modernen Motoraufhängungen von frontangetriebenen Fahrzeugen sind zwei Motorlager auf der Hauptträgheitsachse der Motor Getriebeverbunds angeordnet, während das Motordrehmoment von einer Drehmomentstütze aufgenommen wird. Diese Lagerung kann auch bei der erfindungsgemäßen Ausführung beibehalten werden, da sich der Abstand der beschrieben auf Lagerpunkte auf der Hauptträgheitsachse durch die Relativbewegung von Getriebe und Motor kaum ändert.
Bedingt durch die freien Massenkräfte und Momente müssen erhebliche Kräfte und Momente zwischen Motor und Getriebegehäuse übertragen werden. Die beschriebenen Stützexzenter zwischen Motor und Getriebegehäuse können hierbei die radialen Kräfte problemlos übertragen.
Um in axialer Richtung eine Bewegung zwischen Motor und Getriebe auszuschließen, können die beiden Teile mittels Federn gegeneinander gepresst werden. In diesem Fall ist für die Berührungsflächen zwischen Motor und Getriebegehäuse eine entsprechende Oberfläche (z. B. PTFE-Beschichtung, DLC-Beschichtung o. Ä.) vorzusehen welche ein verschleißarmes Gleiten ermöglicht.
Ebenfalls währe es möglich die Lagerungen der Exzenter im Gehäuse mit einer axialen Lagerfunktion zu kombinieren, hierbei ist darauf zu achten, dass axiales Lagerspiel weitestgehend verhindert werden muss, z. B. durch axiales Vorspannen der Lagerung.
Eine andere Möglichkeit eine hochbelastbare Verbindung zwischen Getriebe und Motor sicherzustellen ist die Verwendung von Bolzen (12), die an beiden Enden sphärische Lagerungen besitzen, wobei jeweils ein Ende motorseitig (13) und das andere getriebeseitig (14) befestigt ist ( ). In Kurbelwellenachsrichtung projiziert, entsprechen die Abstände der Lagerpunkte eines jeden Bolzens idealerweise der Exzentrizität der Kurbelwellenexzenter. Der Abstand zwischen Motor und Getriebe bleibt dadurch in jeder Stellung des Mechanismus Kurbelwellenachsrichtung konstant.
Im Unterschied zu der zuvor genannten Lösung, bei der die Anlageflächen von Motor und Getriebe aufeinander reiben, lässt sich die Betätigungsenergie des Mechanismus verringern, da die Relativbewegung zwischen den Reibflächen kleiner ist. Die Bolzen können auch in Kombination mit den zuvor beschriebenen Reibflächen eingesetzt werden. Anstelle der zuvor beschriebenen sphärischen Lagerung können die Enden der Bolzen auch in Drehlagern gelagert sein, die Drehachsen sind hierbei parallel zur Kurbelwellenachse. Alternativ kann eine Lagerung der Bolzen an den Enden auch durch Kardangelenke realisiert werden.
Die axiale Abstützung kann neben den erwähnten Maßnahmen auch durch die Verwendung von Kugeln (15) nach realisiert werden. Während einer Betätigung des Mechanismus, wälzen diese Kugeln zum einen auf einer motorseitig festen Fläche (16) und zum andern auf einer getriebeseitig festen Fläche (17) ab. Um die Flächenpressung zu verringern, können die Flächen auf denen die Kugeln abwälzen als Rotationsflächen ausgebildet sein, welche an den Berührflächen zu den Kugeln einen konkaven Radius aufweisen. Der zwischen der Rotationsachse der Berührflächen und dem Kugelmittelpunkt bestehende Abstand entspricht der Exzentrizität der Kurbelwellenexzenter.
Es kann gewünscht sein, die Steifigkeit der Übertragung der Drehbewegung zwischen den Exentern die den Motor und das Getriebe verbinden weiter zu erhöhen, als es durch die Kopplung von Motor und Getriebe möglich ist. Insbesondere bei kleinen Exzentrizitäten und großen Lagerdurchmessern könnte ein Klemmen des Mechanismus die Funktionsfähigkeit beeinflussen. Um eine drehsteife Kopplung alter der genannten Exzenter zu erreichen, können diese zumindest teilweise, mit einem zusätzlichen Exzenterlager (18) versehen werden, welche mit einer vergrößerten Exzentrizität ausgeführt sind ( ). Diese zusätzlichen Exzenterlager sind in einem gemeinsamen zusätzlichen Bauteil (19) gelagert, um die Drehbewegung zuverlässig zu synchronisieren. Dieses Bauteil kann zwischen Motor und Getriebe angeordnet sein und dabei eine Öffnung (20) in der Mitte besitzen, durch die die drehmomentübertragenden Teile hindurchgeführt werden. Die Orientierung dieser zusätzlichen Exenterlagers zu den übrigen Exzentern kann frei gewählt werden.
Eine andere Möglichkeit um das zuvor beschriebene Ziel zu erreichen ist die Koppelung der gehäuseseitigen Exzenter durch ein gemeinsames Zahnrad welches die Drehung der Exzenter synchronisiert. Die Exzenter besitzen hierzu eine Verzahnung und sind alle auf einem Durchmesser angeordnet. Das gemeinsame Zahnrad ist entweder als Holrad ausgeführt welches die Exzenter umfasst und indem sie mit ihrer Verzahnung kämmen, oder als Stirnrad welches sich innerhalb der Exzenter befindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10008425 [0001, 0001, 0002]

Claims

Antriebsanordnung aus einem Kolben-Zylinder-Antrieb mit einer zu sich selbst sowie zu Zylindern des Kolben-Zylinder-Antriebes radial verlegerbaren Antriebswelle und einem dem Kolben-Zylinder-Antrieb nachgeschalteten Getriebe mit einer Getriebewelle, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Punkt innerhalb einer Umhüllenden des Getriebes relativ zu den Zylindern wenigstens translatorisch verlagerbar sind. (Getriebe beliebig zum Antrieb, außer rotatorisch, verlagerbar)
Antriebsanordnung aus einem Kolben-Zylinder-Antrieb mit einer zu sich selbst sowie zu Zylindern des Kolben-Zylinder-Antriebes radial verlagerbaren Antriebswelle und einem dem Kolben-Zylinder-Antrieb nachgeschalteten Getriebe mit einer Getriebewelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle und die Getriebewelle koaxial zueinander ausgerichtet sind und die Getriebewelle sowie das Getriebe relativ zu den Zylindern verlagerbar angeordnet ist. (Achsversatz des Kurbelwellenexzenters wird über Verlagerung des Getriebes ausgeglichen)
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle, die Getriebewelle und das Getriebe auf einer Kreisbahn verlagerbar angeordnet sind. (exzentrisch)
Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mit dem Kolben-Zylinder-Antrieb über wenigstens drei Getriebeexzentern wirkverbunden ist. (stabile Lagerung)
Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeexzenter relativ zum Kolben-Zylinder-Antrieb und relativ zum Getriebe drehbar gelagert sind, wobei eine Drehung des Getriebes um eine der Getriebewelle parallelen Getriebeachse geringer ist als eine Drehung der Getriebeexzenter um eine der Getriebewelle parallelen Exzenterachse der Getriebeexzenter. (annähernd translatorische Bewegung des Getriebes unter Berücksichtigung einer Rotation des Getriebes)
Antriebsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle mit dem Kolben-Zylinder-Antrieb über wenigstens zwei Antriebswellenexzenter mit gleichen Exzentrizitäten wirkverbunden ist und Exzentrizitäten der Getriebeexzenter den Exzentrizitäten der Antriebswellenexzenter entsprechen. (Translation, Parallelführung des Getriebes)
Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit den Antriebswellenexzentern wirkverbundene Stellwelle mittels eines Stellexzenters mit dem Getriebe wirkverbunden ist, wobei eine Exzentrizität des Stellexzenters den Exzentrizitäten der Antriebswellenexzenter entspricht. (Verstellung der gesamten Antriebsanordnung über eine einzige Welle)
Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle eine mm Getriebe koaxiale Getriebelagerung aufweist, an welchem das Getriebe drehbar gelagert ist. (zusätzliche Abstützung des Getriebes an der Kurbelwelle)
Antriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebelagerung an einer Antriebswellenlagerung angeordnet ist. (zusätzliche Abstützung des Getriebes am Kurbelwellenexzenter)
Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebeoberfläche des Getriebes an einer der Getriebeoberfläche komplementären Antriebsoberfläche des Antriebes anliegt. (Gleitfläche zwischen Antrieb und Getriebe)
Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben-Zylinder-Antrieb und das Getriebe axial zur Antriebswelle gegeneinander verspannt sind. (Versteifung der Antriebsanordnung)
Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben-Zylinder-Antrieb und das Getriebe mittels wenigstens drei Koppelstangen miteinander gekoppelt sind. (stabile Abstützung des Getriebes; die Koppelstangen können auch die Vorspannung aufbringen)
Antriebsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass antriebsseitige Lagerpunkte der Koppelstangen zu komplementären getriebeseitigen Lagerpunkten der Koppelstangen in einer Ebene senkrecht zur Antriebswelle einen Abstand aufweisen, welcher einem Achsversatz einer Rotationsachse der Antriebswelle m einer Lagerachse der Antriebswelle entspricht. (Paralleführung des Getriebes zum Motor; Lagerpunkte der Koppelstange folgen der Kreisbahn des Exzenters)
Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Axiallager zwischen dem Kolben-Zylinder-Antrieb und dem Getriebe, wobei eine rotationssymmetrische antriebseitige Lagerfläche parallel zur Antriebswelle und eine rotationssymmetrische getriebeseitige Lagerfläche parallel zur Getriebewelle ausgerichtet ist und wobei Symmetrieachsen der beiden Lagerflächen einen Abstand aufweisen, welcher einem Abstand der Antriebswelle zur Getriebewelle entspricht.
Antriebsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager ein Wälzlager mit einem Wälzkörper ist und der Wälzkörper zwischen den beiden Lagerflächen angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach den Ansprüchen 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerflächen als Rillen eines Rillenkugellagers ausgebildet sind, in welchen Kugeln des Rillenkugellagers abwälzen, wobei Abstände zwischen Kugelmittelpunkten der Kugeln zu den Symmetrieachsen der beiden Lagerflächen dem halben Abstand der Symmetrieachsen der beiden Laufflächen zueinander entsprechen.
Antriebsanordnung nach den Ansprüchen 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellexzenter sowie mindestens ein weiterer Getriebeexzenter über eine zusätzliche exzentrische Lagerstelle verfügt, deren Achslage von den übrigen Lagerstellen der betreffenden Exzenters abweicht. Diese zusätzlichen Lagerstellen sind mit einem zusätzlichen Bauteil wirkverbunden (sichere Übertragung der Drehbewegung)
Antriebsanordnung nach den Ansprüchen 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellexzenter sowie mindestens zwei weitere Getriebeexzenter über eine Verzahnung verfügen, welche in einem gemeinsamen Bauteil kämmen. (Sichere Übertragung der Drehbewegung)