DE69112071T2

DE69112071T2 - Verbesserungen von antriebsverbindungen zwischen zwei sich drehenden körpern.

Info

Publication number: DE69112071T2
Application number: DE69112071T
Authority: DE
Inventors: Stephen William 93 Lowercroft Road Lancashire Bl8 2Er Mitchell
Original assignee: British Technology Group Ltd
Current assignee: BTG International Ltd
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2011-10-01
Also published as: GB9021270D0; GB2248483A; WO1992006282A1; EP0551339A1; JP3665330B2; GB2248483B; JPH06502466A; GB9120699D0; IN184840B; DE69112071D1; US5417611A; CA2093117A1; RU2068102C1; ES2077868T3; CA2093117C; EP0551339B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Antriebsverbindungen zwischen zwei drehbaren Körpern mit parallelen aber seitlich verschiebbaren Drehachsen, bei denen der erste Körper hohl und der zweite Körper in ihm angeordnet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere Verbindungen, bei denen beide Körper Wellen sind, wobei der erste Körper eine hohle Welle ist und der zweite Körper - der wahrscheinlich aus Vollmaterial und das Antriebselement der Kombination ist - in ihm angeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich somit insbesondere auf Mechanismen der Art, wie sie in den Patentschriften GB-B- 2066361 und GB-A-2206179 beschrieben sind, die die Ventile von Brennkraftmaschinen betätigen, welche die Ventilsteuerung während des Betriebs ändern können, um sich Veränderungen der Betriebsbedingungen anzupassen, und bei denen hohle Nockenwellen durch in ihnen angeordnete Antriebswellen aus Vollmaterial getrieben werden.
Die Verbindungen zwischen den Antriebswellen und Nockenwellen, wie sie anhand eines Beispiels in der GB-B-2066361 beschrieben sind, eignen sich für einen Reihenzylindermotor, wobei jedoch die Einlaßventile der Zylinder in Bezug auf diese Reihe zu den Auslaßventilen versetzt sind. Die der GB- A-2206179 zugrundeliegende Erfindung entstand aus dem Bedürfnis für einen Mechanismus, der für die Verwendung in einem Kompaktmotor, bei dem die Zylinder in Reihe angeordnet sind, geeignet ist und bei dem die Einlaß- und Auslaßventile mit den Mittelpunkten der Zylinder ebenfalls in einer Linie angeordnet sind. Ein weiterer Faktor für diese Erfindung lag in der wachsenden Vorliebe für ventilsteuernde Nocken, welche direkt auf Tassenstößel anstatt auf Kipphebel oder Hebel wie in der GB-B-2066361 wirken.
Bei der anhand eines Beispiels in der GB-A-2206179 gezeigten Konstruktion ist die Antriebsverbindung zwischen einer mittigen Antriebswelle und der sie umgebenden hohlen Nockenwelle durch einen Arm hergestellt, der radial von der Antriebswelle wegragt. Das äußere Ende des Arms hat die Form eines Teils eines Zylinders, dessen Achse parallel zu der der Welle liegt. Somit hat das äußere Ende den Umriß eines Kreissegments und greift drehbar in eine entsprechende Aussparung ein, die in einem Block ausgebildet ist, der so befestigt ist, daß er in einem radialen Schlitz gleitet, der in einem auf der hohlen Nockenwelle befestigten Flansch ausgebildet ist. Eine derartige Verbindung weist den Vorteil auf, daß sie in axialer Richtung sehr kompakt ist, da alle wesentlichen vorstehend genannten Teile in der gleichen Querebene relativ zu den Umdrehungsachsen der antreibenden und getriebenen Teile liegen, im Gegensatz zu den Verbindungen nach der GB-A-2066361 und auch der EP-A-0179581, die beide einen axialen Zwischenraum, der von einem Bolzen oder dergleichen überbrückt wird, innerhalb der Antriebsverbindung zwischen den beiden drehbaren Körpern aufweisen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es hilfreich ist, der axialen Kompaktheit der Konstruktion nach der GB-A-2206179 die Möglichkeit einer größeren radialen Kompaktheit und insbesondere eine Reduzierung des Radius Y zwischen der Achse der Antriebswelle und dem Drehmittelpunkt der Drehverbindung hinzuzufügen. Mit einer derartigen Antriebsverbindung ist der erreichbare Variationsbereich der Ventilsteuerung proportional zu der Funktion X/Y, bei der X der Abstand ist, um den sich die Achsen der treibenden und getriebenen Wellen auseinanderbewegen können, und Y ist wie vorstehend definiert. Bei jeder praktischen Konstruktion wird der Höchstwert von X durch die Bohrung der getriebenen hohlen Nockenwelle begrenzt, da jegliche Vergrößerung dieses Maßes auch zu einer Zunahme der Reibungsverluste bei den Lagern der hohlen Nockenwelle sowie der Flächengeschwindigkeit und der Reibungsverluste bei den Flächen der getriebenen Nocken führen kann, da der Grundkreisdurchmesser der Nocken sich im Verhältnis vergrößern muß. Es ist daher vorteilhaft, den Wert der Funktion X/Y durch Minimierung des Wertes von Y zu maximieren.
Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert, deren Offenbarung als in der Offenbarung dieser Beschreibung eingeschlossen gelesen werden soll, und umfaßt Antriebsverbindungen und Ventilsteuermechanismen, wie sie anhand eines Beispiels mit Bezug auf die begleitenden schematischen Zeichnungen beschrieben sind, in denen:
Figur 1 ein Querschnitt durch eine treibende und eine getriebene Welle und die dazwischenliegende Antriebsverbindung ist;
Figur 2 eine Draufsicht in die Richtung des Pfeils II in Figur 1 ist;
Figur 3 ein Detail einer alternativen Konstruktion im Querschnitt zeigt; und
Figur 4 einen Aufriß der Antriebswelle von Figur 3 zeigt.
Eine hohle Nockenwelle 1, die wenigstens eine ventilsteuernde Nocke 2 trägt, dreht sich um eine feste Achse 3 und wird durch eine allgemein mit 4 bezeichnete Antriebsverbindung über eine Antriebswelle 5 aus Vollmaterial getrieben, die selbst typischerweise von einer Motorkurbelwelle 6 durch eine Kette 7 getrieben wird, wobei die letztgenannten beiden Teile in Figur 2 nur schematisch dargestellt sind. Die Achse 8 der Welle 5 ist immer parallel zur Achse 3 der Welle 1, und in Figur 1 stimmen die beiden Achsen überein, die Achse 8 kann jedoch durch einen nur schematisch bei 9 dargestellten Mechanismus quer bewegt werden, der im Stand der Technik gut bekannt ist und zum Beispiel in der GB-B-2066361 genau beschrieben ist, um das Drehmuster der Nockenwelle 1 als Reaktion auf die Antriebswelle 5 zu variieren und so die Steuerung der Öffnung und Schließung der Motorventile durch die Nocken 2 zu variieren. Die Welle 5 und die Nockenwelle 1 entsprechen dem ersten beziehungsweise zweiten in den Ansprüchen genannten Körper.
Die Nockenwelle 1 trägt einen Flansch 10, der mit einem radialen Schlitz 11 ausgebildet ist, in dem ein Schieber 12 gleiten kann. Der Schieber 12 weist einen teilzylindrischen Hohlraum 13 auf, dessen Achse parallel zu den Achsen 3 und 8 liegt. Ein passendes teilzylindrisches Teil 15, dessen axiale Länge der des Schiebers 12 entspricht, weist einen konvexen Flächenbereich 16 auf, dessen Radius (17) dem des Hohlraums 13 des Schiebers 12 gleich ist, so daß die Teile 12 und 15 als die beiden Hälften einer Drehverbindung mit Drehmittelpunkt und Drehachse 18 wirken. Die Krümmung des konkaven Flächenbereichs 19 des Teils 15 paßt zur Fläche der Welle 5 und ist mit dieser ausgerichtet, und bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel sind die Welle 5 und das Teil 15 durch eine Innensechskantschraube 21 zusammengehalten und in ihrer Lage zueinander durch einen hohlen Paßstift 22 angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform könnte das Teil 15 dauerhafter an der Welle 5 befestigt sein, zum Beispiel durch Vernieten, oder könnte sogar einstückig mit ihr sein.
Aus dem Hauptteil der Figur 1 ist somit offensichtlich, daß die Verbindung von Welle 5 und Teil 15 einen um die Wellenachse 8 drehbaren Arm bildet. Der Antriebsmechanismus, von dem dieser Arm ein Teil ist, kann eindeutig, wenn der Abstand zwischen den Achsen 3 und 8 variiert, den auf die Nockenwelle 1 ausgeübten Antrieb im wesentlichen in gleicher Weise wie bei den in der GB-A-2206179 beschriebenen Verbindungen variieren. Der Umfang der Welle 5 weist kleine Ausnehmungen 23 in der Nähe des Schiebers 12 auf, die einen Freiraum für die zunehmende Kippbewegung des Schiebers relativ zur Achse 5 während jeder Umdrehung darstellen, während die Trennung der Achsen 3 und 8 auf einen Höchstwert ansteigt. Figur 1 stellt das Merkmal der vorliegenden Erfindung am besten dar, daß der Querschnittsbereich des gerade genannten Armes im wesentlichen die Summe der Querschnittsbereiche der Welle 5 und des Teils 15 ist. Durch die jeweils kovexen und konkaven Formen der Flächenbereiche 16 und 19 des Teils 15 wird der Abstand - in Figur 1 mit 24 dargestellt - zwischen der Achse 8 und dem Krümmungsmittelpunkt 18 verringert. Dies ist hilfreich für eine Minderung des Wertes der Funktion X/Y mit den bereits beschriebenen Auswirkungen und Vorteilen. Wie in Figur 1 gezeigt, liegt, wenn das Teil 15 so konstruiert und befestigt ist, der Drehmittelpunkt 18 der Drehverbindung 12/15 innerhalb der Außenlinie des Umrisses der Welle 5 bei Betrachtung entlang ihrer Achse, und der Abstand zwischen dem Mittelpunkt 18 und der Achse 8 ist somit geringer als der Radius der Welle 5: ein derart niedriger Wert könnte bei keiner der beispielhaft in der GB-A-2206179 beschriebenen Konstruktionen erreicht werden, bei der die ganz unterschiedliche Form des Antriebsteils (2) zur Folge hat, daß der Abstand zwischen der Wellenachse (20) und dem Krümmungsmittelpunkt (33) der Drehverbindung den Wellenradius immer übersteigen muß.
Bei der bereits genannten alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der die Welle 5 und das Teil 15 einstückig ausgebildet sind, ist die imaginäre Grenze zwischen den beiden, entsprechend der konkaven Fläche 19 in Figur 1, selbstverständlich durch die imaginäre Projektion des Umrisses der Welle definiert. Wenn die Welle, wie gezeigt, einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist dieser Umriß kreisförmig, die Erfindung umfaßt jedoch Mechanismen, bei denen die Antriebswelle eine nichtkreisförmige Außenlinie aufweist, und die tatsächliche oder imaginäre Grenze zwischen der Welle und dem Teil 15 ist die Projektion einer derartigen nichtkreisförmigen Außenlinie.
Bei der alternativen Konstruktion von Figur 3 und 4 weist das Teil 15a anstelle eines mondsichelförmigen Querschnitts wie das entsprechende Teil 15 in Figur 1 und 2 den Querschnitt eines unvollständigen Kreises auf, der durch den Umfang 30 und eine Sehne 31 begrenzt ist, die in den Boden 32 eines in der Welle 5 ausgebildeten Querschlitzes 33 eingreift. Wie bei den vorherigen Figuren sind die Welle und das Teil 15a durch einen Paßstift 22 und eine Schraube 21 plaziert und zusammengehalten. Es ist offenbar, daß der Umfang 30 des Teils 15a die erforderliche konvexe Fläche (16) für eine Drehverbindung aufweist, wie vorher dargestellt, und daß der Abstand 24 zwischen Mittelpunkt 18 und Achse 8 wieder geringer ist als der Radius der Welle 5. Ferner ist festzustellen, daß, obwohl sich die Form der Teile 5, 15a, wie im Schnitt in Figur 3 gezeigt, von der Form der entsprechenden Teile (5, 15), wie in einem ähnlichen Schnitt in Figur 1 dargestellt, unterscheidet, der Querschnittsbereich des durch die Kombination der beiden Teile gebildeten "Armes" der gleiche wie vorher ist und der Summe der beiden Teile gleicht. Das erste dieser Teile ist der Querschnitt der Welle 5, wie er im Umfang dieser Welle eingeschlossen ist, wobei die Bezugsziffer 34, welche das Fortlaufen der Umrißlinie dieses Umfangs bezeichnet, durch das Teil 15a verdeckt ist. Das zweite Teil des Bereiches ist, wie in Figur 1, mondsichelförmig und wird auf der einen Seite durch dem Umfang 30 (16) und auf der anderen durch die Linie 34 begrenzt.
Schließlich ist festzustellen, daß, obwohl es in der Praxis oft angebracht ist, daß die Teile 15, 15a den gleichen Radius wie die Welle 5 aufweisen, wie in Figur 1 und 3 gezeigt, die Erfindung auch Antriebsverbindungen umfaßt, bei denen eine kreisförmige Antriebswelle einen entweder größeren oder kleineren Radius aufweist als die Drehverbindung, die der Arm mit dem Schieber eingeht.

Claims

1. Antriebsverbindung zwischen einem ersten (5) und einem zweiten (1) drehbaren Körper mit parallelen aber seitlich verschiebbaren Drehachsen (8, 3), bei der der zweite Körper hohl und der erste Körper in ihm angeordnet ist und der erste Körper einen Dreharm (15) und der zweite Körper eine Gleitbahn (11) aufweist, in der ein Schieber (12) zum Gleiten in der Gleitbahn angeordnet ist und eine Drehverbindung zwischen einer gekrümmten Fläche (13) des Schiebers und einer entsprechenden gekrümmten, passenden Fläche (16) des Armes besteht, und bei der der erste Körper an jeder axialen Seite der Drehverbindung und benachbart zu dieser den gleichen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmittelpunkt (18) der Drehverbindung bei Betrachtung entlang der Drehachse des ersten Körpers innerhalb der Projektion (34, Fig.3) des Querschnitts des ersten Körpers liegt.

2. Antriebsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper eine Welle ist.

3. Antriebsverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche eines in einer Ebene quer zur Drehachse des Armes gelegten Schnitts durch den Arm die Summe zweier Teile umfaßt, wobei ein erster dieser Teile die vom Querschnitt der Welle eingeschlossene Fläche aufweist und ein zweiter dieser Teile eine Grenze aufweist, die zwei Bereiche enthält, nämlich einen ersten und konvexen Bereich, der der passenden bogenförmigen Fläche (16) entspricht, und einen zweiten und konkaven Bereich, der dem Querschnitt der Welle nahe der Drehverbindung entspricht.

4. Antriebsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm mit dem ersten Körper einstückig ausgebildet ist.

5. Antriebsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm und der erste Körper getrennt, aber aneinander befestigt sind (durch 21).

6. Antriebsverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlitz (33) im ersten Körper ausgebildet ist und die Basis (31) des Arms in den Schlitz paßt.

7. Antriebsverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil der Fläche des Schnitts durch den Arm mondsichelförmig ist.

8. Ventilsteuermechanismus für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine Antriebsverbindung nach Anspruch 2, bei der der zweite Körper (1) eine hohle Nockenwelle ist und vom ersten Körper (5) über die Antriebsverbindung angetrieben wird.