EP1187970A2

EP1187970A2 - Kettentrieb zum antrieb von zwei engstehenden parallelen wellen

Info

Publication number: EP1187970A2
Application number: EP00991593A
Authority: EP
Inventors: Markus Duesmann; Lukas Wagener; Rainer Lach; Jürgen BUCK
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-03-20
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: US20020134336A1; DE50012333D1; JP2003519313A; JP4673536B2; EP1187970B1; ATE318995T1; WO2001049977A2; US6652400B2; WO2001049977A3

Description

Bezeichnung: Kettentrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen Wellen

Beschreibung

Bei Antrieben mit zwei parallelen Wellen, die über eine Antriebsrollenkette und entsprechende Kettenräder angetrieben werden, beispielsweise beim Antrieb von zwei obenliegenden Nockenwellen an einer Kolbenbrennkraftmaschine, stellt sich häufig die Problematik, daß aufgrund des vom übertragenden Drehmoment oder den Laufbedingungen der Antriebswellenkette bedingten Kopfkreisdurchmessers der Kettenräder die beiden Wellen relativ weit auseinander positioniert werden müssen. Bei einem Nockenwellenantrieb an einer Kolbenbrennkraftma- schine kann dies dazu führen, daß die Lage der Nockenwellen zur Lage der Gaswechselventile nicht immer optimal wählbar ist. Die Anordnung eines Zahnradtriebes zwischen den beiden Wellen ist kostspielig und die Anordnung eines Kettenquer- triebes führt wegen des notwendigen Kopfkreisdurchmessers nicht zu dem gewünschten engen Abstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels Kettentrieb die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.

Dies geschieht erfindungsgemäß mit einem Kettentrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen Wellen, insbesondere von zwei obenliegenden Nockenwellen an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei dem eine Antriebskette vorgesehen ist, die über einen Antrieb und über Kettenräder an den Wellen geführt ist und an jeder Welle wenigstens ein Kettenrad angeordnet ist, wobei die Kettenräder zueinander axial versetzt und sich überdeckend angeordnet sind und jeweils dem Kettenrad an der einen Welle an der anderen Welle wenigstens ein Stützrad zugeordnet ist, über das ein Randbereich des an dieser Welle nicht mit einem Kettenrad im Eingriff befindlichen Kettenteils geführt und abgestützt ist. Durch die versetzte und sich überdeckende Anordnung der Kettenräder an den beiden Wellen läßt sich ein Wellenabstand darstellen, der kleiner ist als der vorgesehene Durchmesser der Kettenräder. Jede der beiden Wellen wird gemeinsam über eine Kette angetrieben, wobei der Randbereich des jeweils nicht über ein Kettenrad geführten Kettenteils über ein Stützrad geführt werden. Die Reibungsverluste entsprechen einem normalen Kettentrieb. Das Stützrad kann hierbei an seinem Außenumfang kreisförmig ausgebildet sein. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn das Stützrad an seinem Außenumfang eine Polygonform aufweist, die im wesentlichen der Kontur des anliegenden Bereichs der Kette entspricht. Bei einer Ausführungsform mit einer mehrreihigen Antriebskette (Rollen- oder Hülsenkette) liegen die Kettenlaschen auf dem Stützrad. Bei einer Ausfüh- rungsform mit einer Zahnkette liegt der Rand der Zahnkette auf dem Stützrad auf, so daß die Kontur des Stützrades entsprechend als Zahnrad geformt sein kann.

Die erfindungsgemäße Ausführung bei Verwendung einer zwei- oder mehrreihigen Antriebskette ist durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Ausführung bei Verwendung einer Zahnkette ist durch die Merkmale des Anspruchs 3 sowie der Ansprüche 4 und 5 gekennzeichnet.

Zur Verminderung der Geräuschentwicklung ist es zweckmäßig, wenn auf den die beiden Kettenräder verbindenden Kettentrum ein vorzugsweise ortsfest angeordnetes Gleitstück einwirkt, das eine vorzugsweise geringe Auslenkung verursacht und so Schwingungen des Kettentrums und damit ein "Schlagen" der Kettenglieder bei Einlauf in das Kettenrad vermindert. Den hierdurch entstehenden geringen Erhöhungen der Reibungsverluste steht eine Reduzierung der Geräuschentwicklung gegenüber. Die Höhe der Reibungsverluste hängt auch davon ab, wie stark der Kettentrum durch das Gleitstück gespannt wird. Die Erfindung ist nicht auf Antriebsketten, insbesondere Antriebs-Rollen- oder Antriebs-Hulsenketten oder Zahnketten beschränkt. Neben einer "Antriebskette" im Wortsinne wird auch ein Zahnriemen und entsprechend eine Zahnriemenscheibe von den Begriffen "Antriebskette" und "Kettenrad" umfaßt. Dementsprechend umfaßt der Begriff "Kettentrieb" im Sinne der Erfindung auch einen Zahnriementrieb.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen herkömmlichen Nockenwellenantrieb mit einer Steuerkette, Fig. 2 einen Nockenwellenantrieb mit Ketten- quertrieb,

Fig. 3 einen Nockenwellenantrieb mit Zahnradgetriebe,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenantrieb mit Rollenkette,

Fig. 5 eine Aufsicht auf den Antrieb gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine Aufsicht entsprechend Fig. 5 mit dreireihiger Steuerkette,

Fig. 7 einen Nockenwellenantrieb mit Zahnkette,

Fig. 8 eine Aufsicht gem. Fig. 4 für eine Ausführungsform mit Zahnkette,

Fig. 9 und 10 Abwandlungen zur Ausführungsform gem. Fig. 8, Fig. 11 eine Ausführungsform gemäß Fig. 4 mit auslenkendem Gleitstück.

Bei einem herkömmlichen Nockenwellenantrieb gem. Fig. 1 wird die Kurbelwellendrehzahl über ein Kettenrad 1 als Antrieb abgenommen und mit Hilfe einer Antriebskette 2 in Form einer Rollen- oder Hülsenkette auf zwei Kettenräder 3, 4 übertragen, die entsprechend dem vorgesehenen Übersetzungsverhältnis i _bei_weii_e = n_Nockenwelle von 2 : 1 entsprechend den doppelten Durchmesser des Antriebskettenrades 1 aufweisen. Der Durchmesser der beiden Abtriebskettenräder 3 und 4, die jeweils mit einer hier nicht näher dargestellten Nockenwelle verbunden sind, bestimmt den kleinstmöglichen Abstand a zwischen den beiden Nockenwellen.

Um den Abstand zwischen den beiden Nockenwellen verringern zu können, hat man mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform die Drehung des Kettenrades 1 über eine erste Antriebskette 2.1 und das die Übersetzung bestimmende Kettenrad 3, das mit einer der Nockenwellen in Drehverbindung steht, sowie mit Hilfe eines Kettenquertriebes 5 auf die anderen Nockenwelle übertragen. So ist mit dem Kettenrad 3 ein Kettenrad 6 verbunden, das mit einem Kettenrad 7 an der anderen Nockenwelle über eine weitere Antriebskette 2.2 verbunden ist. Die- se Antriebsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß zum einen zwei getrennte Steuerketten vorgesehen werden müssen, die jeweils über eigene Kettenspanner geführt werden müssen. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Reibung sowie eine erhöhte Geräuschentwicklung.

Alternativ hierzu ist die in Fig. 3 dargestellte Lösung gewählt worden, bei der wiederum über das Kettenrad 1 und eine erste Antriebskette 2.1 ein Kettenrad 3 angetrieben wird, das mit einer Nockenwelle in Verbindung steht. Dem Kettenrad 3 ist ein Zahnrad 9 zugeordnet, das mit einem entsprechenden

Zahnrad 10 an der anderen Nockenwelle in Verbindung steht und für den Quertrieb ein Zahnradgetriebe bildet. Mit dieser Lö- sung ist zwar eine Verminderung des Abstandes der beiden Nokkenwellen möglich, aber ein erhöhter Fertigungs- und Montageaufwand verbunden.

Die Erfindung geht von dem Antrieb gemäß Fig. 1 aus. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist auch hier der Antrieb von dem mit der Kurbelwelle verbundenen Kettenrad 1 abgenommen und über eine zentrale Antriebskette 2 auf eine erste Kettenradanordnung 3.1 und eine zweite Kettenradanordnung 4.1 übertragen. Bei diesem System ist wiederum nur eine Antriebskette vorgesehen, die über beiden Kettenradanordnungen 3.1 und 4.1 geführt ist.

Wie aus der Stirnansicht gem. Fig. 4, insbesondere aber aus der Aufsicht gem. Fig. 5 ersichtlich, sind die beiden Ketten- radanordnungen 3.1 und 4.1 so angeordnet, daß sie sich überdecken, so daß beide Nockenwellen in einem engeren Abstand b zueinander angeordnet werden können.

Um dies zu erreichen sind, wie die Aufsicht gem. Fig. 5 zeigt, für die beiden Kettenradanordnungen jeweils ein Kettenrad 3.2 und ein Kettenrad 4.2 vorgesehen, die jeweils mit der zugehörigen Welle 11 und 12 fest verbunden sind. Die beiden Kettenräder 3.2 und 4.2 sind, wie erwähnt, überdeckend und damit auch axial versetzt zueinander angeordnet, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Die Antriebskette 2 wird durch eine zweireihige Rollen- oder Hülsenkette gebildet. Der Abstand der beiden Kettenspuren 2.3 und 2.4 zueinander bestimmt auch den axialen Abstand der beiden Kettenräder 3.2 und 4.2 zueinander.

Jedem der beiden Kettenräder 3.2 und 4.2 der Kettenanordnungen 3.1 und 4.1 ist ein Stützrad 13 und 14 zugeordnet. Die Steuerräder 13 und 14 sind wiederum axial versetzt und so zueinander angeordnet, daß sie jeweils die Außenlaschen 15 der Kettenspur führen, die an der betreffenden Kettenradanordnung 3.1 bzw. 4.1 nicht mit einem Kettenrad im Eingriff befindlich sind. Die beiden Stützräder 13 und 14 sind auf ihrer Umfangs- fläche als Polygon ausgebildet und zweckmäßigerweise so geformt, daß sie der durch die anliegenden Außenlaschen definierten Kontur entspricht.

Das zugeordnete Antriebskettenrad 1 ist als Doppelkettenrad ausgebildet, so daß die beiden Kettenspuren 2.3 und 2.4 vom Antriebskettenrad 1 angetrieben werden und dementsprechend jede der beiden Kettenspuren jeweils ein Kettenrad antreibt, also die Kettenspur 2.3 das Kettenrad 3.2 und die Kettenspur 2.4 das Kettenrad 4.2. Da die Antriebskette 2 über einen Kettenspanner gestrafft wird, trägt die polygonale Struktur der Umfangsflache der beiden Stützräder 13 und 14 in Verbindung mit der entsprechenden Kontur der anliegenden Außenlaschen 15 jeweils zu einem geringen Teil ebenfalls zur Übertragung des Drehmomentes auf die zugeordnete Welle 11 bzw. 12 bei.

Aus Fig. 5 ist ohne weiteres abzuleiten, daß dieses Prinzip auch mit einer dreireihigen Antriebskette verwirklicht werden kann. Bei Verwendung einer dreireihigen Antriebskette wird entsprechend Fig. 6 an einer der Wellen, beispielsweise der Welle 11, nur ein Kettenrad 3.2 angeordnet, dem zu beiden Seiten ein entsprechendes Stützrad 13.1 und 13.2 zugeordnet ist. Über das Kettenrad 3.2 wird dann die mittlere Kettenspur

2.5 geführt.

Der anderen Welle, beispielsweise der Welle 12, sind dann zwei Kettenräder 9.3 und 9.4 zugeordnet, deren axialer Abstand so bemessen ist, daß die beiden äußeren Kettenspuren

2.6 und 2.7 der Antriebskette über diese Kettenräder 4.3 und 4.4 geführt werden können. Auf die Anordnung eines Stützrades zwischen diesen beiden parallelen Kettenrädern 4.3 und 4.4 kann dann verzichtet werden.

Mit dieser Anordnung sind den beiden Kettenrädern 4.3 und 4.4 an der einen Welle 12 zwei Stützräder 13.1 und 13.2 an der anderen Welle 11 zugeordnet, die jeweils die Außenlaschen der an dieser Welle 11 nicht mit dem mittleren Kettenrad 3.2 im Eingriff befindlichen Kettenspuren 2.6 und 2.7 geführt und abgestützt. Während bei der Ausführungsform gem. Fig. 5 mit einer zweireihigen Antriebskette die beiden Kettenspuren einem gewissen Kippmoment unterworfen sind, ist die zuletzt be- schriebene Ausführungsform mit einer dreireihigen Antriebskette in sich momentenfrei.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Verwendung von Antriebsketten beschränkt. Insbesondere die An- Ordnung gem. Fig. 6 ist auch zur Verwendung von Zehnriemen geeignet. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Zahnriemen mit quer zur Laufrichtung angeordneten Verstärkungselementen versehen sind, um eine Durchbiegung im Bereich zwischen den beiden Kettenrädern 4.3 und 4.4 entsprechenden Zahnriemenschei- ben zu verhindern oder zu vermindern.

In Fig. 7 ist in größerem Maßstab in einer Stirnansicht ein Nockenwellenantrieb entsprechend der Ausführungsform gem. Fig. 4 mit einer Zahnkette 2.11 als Antriebskette darge- stellt, die über zwei Kettenräder 3.11 und 4.11 geführt ist, die mit den Wellen 11 und 12 drehfest verbunden sind.

Die beiden Kettenräder 3.11 und 4.11 überdecken sich, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, so daß die beiden anzutrei- benden Wellen 11 und 12 in entsprechend geringem Abstand b zueinander angeordnet sein können.

Um nun die Zahnkette 2.11 zuverlässig und möglichst kippfrei abstützen zu können, sind wiederum Kombinationen von Zahnrad und Stützrad möglich. Der Vorteil besteht jedoch bei der Verwendung einer Zahnkette 2.11 als Antriebskette darin, daß — diese nach Art einer Flyer-Kette aus einer Vielzahl versetzt und überlappend durch Bolzen miteinander verbundener Laschen gebildet wird, die auf einer Laufseite als Zähne geformt sind, so daß die Kette insgesamt eine durchlaufende Verzahnung bildet. Die Laschen liegen in Gleit- oder Wälzgelenken auf den Bolzen. Durch die dichte Anordnung der Laschen neben- einander ist die Zahnkette außer in ihrer auslenkrichtung in sich relativ steif. Dementsprechend kann die Zuordnung der Kettenräder und der Stützräder zueinander ziemlich frei gewählt werden, wobei hier der Vorteil besteht, daß die Stütz- räder in ihrer Konturierung auf dem Außenumfang sowie in ihrem Durchmesser die Stützräder als Kettenräder ausgebildet sein können.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei der ein breites Kettenrad 3.11 von zwei jeweils halb so breiten Kettenrad und Stützrad bildenden Kettenrädern 4.11 auf beiden Seiten überdeckt ist. Die Gesamtbreite der das Kettenrad 3.11 übergreifenden schmalen Kettenräder 4.11 entspricht der Breite der eingesetzten hier nur angedeutetenAntriebskette 2.11, wobei die jeweils tragende Breite des Kettenrades 3.11 und der beiden Kettenräder 4.11 zusammen der geforderten Breite zur Übertragung des gewünschten Drehmomentes genügen muß.

Fig. 9 zeigt eine abgewandelte Anordnung, bei der sowohl der Welle 11 als auch der Welle 12 jeweils ein breites Kettenrad

3.12 und ein schmales Kettenrad 3.13 einerseits und der Welle 12.1 ein breites Kettenrad 4.12 und ein schmales Kettenrad

4.13 angeordnet ist, die sich in der dargestellten Weise überlappen, so daß die gesamte Breite im Überdeckungsbereich wiederum der Breite der Zahnkette entspricht, andererseits aber die Kettenräder beider Wellen in ihrer tragenden Breite wiederum gleich breit sind, so daß das geforderte Drehmoment übertragen werden kann.

Fig. 10 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß 9, bei der jeweils auf jeder Welle zwei gleich breite Kettenräder 3.12, 3.13 bzw. 4.12, 4.13 angeordnet sind.

Ein weiterer Vorteil der Zahnketten besteht darin, daß je- weils bei jedem zweiten Laschenpaket jeweils zwei mit Abstand zueinander angeordnete Laschen ohne Zahnprofil ausgebildet sind, so daß diese Laschen im Umschlingungsbereich die An- triebskette jeweils zu beiden Seiten der Zähne in axialer Richtung führen. Bei der Anordnung gem. Fig. 8 entspräche der Querabstand dieser beiden Führungslaschen der Breite des Kettenrades 3.11, so daß im Umschligungsbereich die Verzahnung des Kettenrades 3.11 auf beiden Seiten überdeckt wäre und so die Antriebskette in axialer Richtung auf diesem Kettenrad 3.11 geführt würde. An den beiden parallelen Kettenrädern 4.11 würde die axiale Führung der Antriebskette jeweils von den einander zugekehrten Seiten der Verzahnung dieses Ketten- rades erfolgen, so daß die Antriebskette auch an diesem Kettenrad in ihrer Spur gehalten wird.

Bei den Anordnungen gem. Fig. 9 und 10 muß die Kette hinsichtlich der Anordnung ihrer Führungslaschen entsprechend gestaltet werden.

In Fig. 11 ist eine Abwandlung der in Fig. 4 dargestellten Grundanordnung wiedergegeben. Hierbei ist zur Verminderung der Geräuschentwicklung ein Gleitstück 17 vorgesehen, das an dem die beiden Kettenräder 3.1 und 4.1 verbindenden Kettentrum 16 anliegt. Durch das Gleitstück 17, das starr oder auch federnd gelagert sein kann, wird der Kettentrum 16 geringfügig ausgelenkt, so daß die Einlaufbedingungen der Kette auf das Kettenrad 4, bei einer Laufrichtung in Richtung des Pfei- les 18, verbessert werden. Zugleich werden Schwingungen des Kettentrums in der Artikulationsebene unterbunden. Hierdurch werden die Reibungsverluste nur geringfügig erhöht, da selbst bei hoher Zugkraft in der Kette die für eine Auslenkung notwendige Normalkraft, die auch die Größe der Reibungskraft be- stimmt, sehr gering ist. Diese Anordnung kann für alle Formen von Antriebsketten verwendet werden.

Je nach den gegebenen Raumverhältnissen kann das Gleitstück 17 bei Rollen- oder Hülsenketten auch zwischen den Kettenrä- dern angeordnet sein und den Kettentrum 16 in entgegengesetzter Richtung auslenken. Ansprüche

1. Kettentrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen Wellen (11, 12), insbesondere von zwei obenliegenden Nocken- wellen an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei dem eine Antriebskette (2) vorgesehen ist, die über einen Antrieb (1) und über Kettenräder (3, 4) an den Wellen (11, 12) geführt ist und daß an jeder Welle (11, 12) wenigstens ein Kettenrad (3, 4) angeordnet ist, wobei die Kettenräder (3, 4) zueinan- der axial versetzt und sich überdeckend angeordnet sind und jeweils dem Kettenrad (3.2, 4.2) an der einen Welle (11, 12) an der anderen Welle (11, 12) wenigstens ein Stützrad (13, 14) zugeordnet ist, über das ein Randbereich (15) des an dieser Welle (11, 12) nicht mit einem Kettenrad (3.2, 4.2) im Eingriff befindlichen Kettenteils (2.3, 2.4) geführt und abgestützt ist.

2. Kettentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wenigstens zweireihige Antriebskette (2) vorgesehen ist, die über den Antrieb (1) und über die Kettenräder (3, 4) an den Wellen (11, 12) geführt ist, daß die an jeder Welle (11, 12) angeordneten, sich überdeckenden Kettenräder (3, 4) etwa um den Abstand der Kettenspuren zueinander axial versetzt sind und daß das jeweilige Stützrad (13, 14) die Außenlaschen (15) der an dieser Welle (11, 12) nicht mit einem Kettenrad (3.2, 4.2) im Eingriff befindlichen Kettenspur (2.3, 2.4) führt und abstützt.

3. Kettentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebskette eine Zahnkette (2.1) vorgesehen ist, die über den Antrieb und über die mit Abstand zueinander axial versetzt und sich überdeckenden Kettenräder (3, 4) an den Wellen (11, 12) geführt ist, und daß das jeweils dem Kettenrad (3.11, 4.11) an der einen Welle (11, 12) an der anderen Welle (11, 12) zugeordnete, den Randbereich der Zahnkette an dieser Welle abstützende Stützrad ebenfalls als Kettenrad (13.1, 14.1) ausgebildet ist. 4. Kettentrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite der Kettenräder (3, 4) mit zugeordneten Stützrädern im Überdeckungsbereich der Breite der Zahnkette (2.11) entspricht.

5. Kettentrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die tragende Gesamtbreite von Kettenrad und Stützrad an der einen Welle der tragenden Gesamtbreite an der anderen Welle entspricht.

6. Kettentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem die beiden Kettenräder (3, 4) verbindenden Kettentrum (16) ein auslenkendes Gleitstück (17) zuge- ordnet ist.