EP1187970A2 - Kettentrieb zum antrieb von zwei engstehenden parallelen wellen - Google Patents

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, daB aufgrund des vom übertragenden
Drehmoment oder den Laufbedingungen der Antriebswellenkette bedingten Kopfkreisdurchmessers der Kettenräder die beiden
Wellen relativ weit auseinander positioniert werden   mussen.   



  Bei einem Nockenwellenantrieb an einer Kolbenbrennkraftmaschine kann dies dazu fuhren, daB die Lage der Nockenwellen zur Lage der Gaswechselventile nicht immer optimal wahlbar ist. Die Anordnung eines Zahnradtriebes zwischen den beiden
Wellen ist kostspielig und die Anordnung eines Kettenquertriebes fuhrt wegen des notwendigen Kopfkreisdurchmessers nicht zu dem gewunschten engen Abstand.



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



  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 gefuhrt 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 gefuhrt und abgestutzt ist. 



  Durch die versetzte und sich überdeckende Anordnung der Kettenrader 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   gefuhrten    Kettenteils über ein
Stützrad gefuhrt 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   Ausfuh-    rungsform mit einer Zahnkette liegt der Rand der Zahnkette auf dem Stützrad auf, so daB die Kontur des   Stutzrades    entsprechend als Zahnrad geformt sein kann.



  Die   erfindungsgemässe    Ausführung bei Verwendung einer zweioder 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 Anspruche 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 gegenuber.



  Die Hohe der Reibungsverluste hangt auch davon ab, wie stark der Kettentrum durch das Gleitstück gespannt wird. 



  Die Erfindung ist nicht auf Antriebsketten, insbesondere Antriebs-Rollen-oder Antriebs-Hülsenketten oder Zahnketten beschrankt. Neben einer"Antriebskette"im Wortsinne wird auch ein Zahnriemen und entsprechend eine Zahnriemenscheibe von den   Begriffen"Antriebskette"und"Kettenrad"umfaBt.    Dementsprechend umfasst der Begriff"Kettentrieb"im Sinne der Erfindung auch einen Zahnriementrieb.



  Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines
Ausführungsbeispiels   erlautert.    Es zeigen:
Fig. 1 einen herkömmlichen Nockenwellenantrieb
 mit einer Steuerkette,
Fig. 2 einen Nockenwellenantrieb mit Ketten
 quertrieb,
Fig. 3 einen Nockenwellenantrieb mit Zahnrad
 getriebe,
Fig. 4 einen   erfindungsgemässen    Nockenwellen
 antrieb 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 fur 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   ubertra-    gen, die entsprechend dem vorgesehenen   Ubersetzungsverhaltnis      nRurbelwelle : nNockenwelle von 2 : 1    entsprechend entsprechend doppelten
Durchmesser des Antriebskettenrades 1 aufweisen. Der Durchmesser der beiden   Abtriebskettenrader    3 und 4, die jeweils mit einer hier nicht naher 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   Ausführungs-    form die Drehung des Kettenrades 1 über eine erste Antriebskette 2.1 und das die   Ubersetzung    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.

   Diese Antriebsanordnung hat jedoch den Nachteil, daB zum einen zwei getrennte Steuerketten vorgesehen werden mussen, die jeweils über eigene Kettenspanner gefuhrt werden   mussen.    Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Reibung sowie eine erhöhte Ge  rauschentwicklung.   



  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 gefuhrt ist.



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



  Um dies zu erreichen sind, wie die Aufsicht gem. Fig. 5 zeigt, fur 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   erwahnt,    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, daB sie jeweils die AuBenlaschen 15 der
Kettenspur fuhren, 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 flache als Polygon ausgebildet und   zweckmässigerweise    so geformt, daB sie der durch die anliegenden AuBenlaschen definierten Kontur entspricht.



  Das zugeordnete Antriebskettenrad 1 ist als Doppelkettenrad ausgebildet, so daB 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, tragt die polygonale Struktur der
Umfangsfläche der beiden   Stützräder    13 und 14 in Verbindung mit der entsprechenden Kontur der anliegenden AuBenlaschen 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, daB 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. Ober das Kettenrad 3.2 wird dann die mittlere Kettenspur 2.5   gefuhrt.   



  Der anderen Welle, beispielsweise der Welle 12, sind dann zwei Kettenräder 9.3 und 9.4 zugeordnet, deren axialer Abstand so bemessen ist, daB die beiden   äusseren    Kettenspuren 2.6 und 2.7 der Antriebskette über diese Kettenräder 4.3 und 4.4 gefuhrt werden können. Auf die Anordnung eines   Stutzrades    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 AuBenlaschen der an dieser Welle 11 nicht mit dem mittleren Kettenrad 3.2 im 
Eingriff befindlichen Kettenspuren 2.6 und 2.7 gefuhrt und   abgestutzt.    Während bei der Ausführungsform gem. Fig. 5 mit einer zweireihigen Antriebskette die beiden Kettenspuren einem gewissen Kippmoment unterworfen sind, ist die zuletzt beschriebene Ausführungsform mit einer dreireihigen Antriebskette in sich momentenfrei.



  Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Verwendung von Antriebsketten beschränkt. Insbesondere die Anordnung 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   Kettenradern    4.3 und 4.4 entsprechenden Zahnriemenscheiben zu verhindern oder zu vermindern.



  In Fig. 7 ist in   grösserem    MaBstab in einer Stirnansicht ein
Nockenwellenantrieb entsprechend der Ausführungsform gem.



  Fig. 4 mit einer Zahnkette 2.11 als Antriebskette dargestellt, die über zwei   Kettenrader    3.11 und 4.11 gefuhrt 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 daB die beiden anzutreibenden Wellen 11 und 12 in entsprechend geringem Abstand b zueinander angeordnet sein können.



  Um nun die Zahnkette 2.11 zuverlassig und möglichst kippfrei abstutzen zu können, sind wiederum Kombinationen von Zahnrad und Stützrad möglich. Der Vorteil besteht jedoch bei der Verwendung einer Zahnkette 2.11 als Antriebskette darin, daBdiese 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 daB 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 Stützrader in ihrer Konturierung auf dem Aussenumfang sowie in ihrem Durchmesser die   Stützräder    als Kettenräder ausgebildet sein konnen.



  Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei der ein breites Kettenrad 3.11 von zwei jeweils halb so breiten Kettenrad und Stützrad bildenden   Kettenradern    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 Kettenrader 4.11 zusammen der geforderten Breite zur   Ubertragung    des gewunschten Drehmomentes genugen 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 daB die gesamte Breite im   Uberdeckungsbereich    wiederum der Breite der Zahnkette entspricht, andererseits aber die Kettenräder beider Wellen in ihrer tragenden Breite wiederum gleich breit sind, so daB 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, daB jeweils bei jedem zweiten Laschenpaket jeweils zwei mit Abstand zueinander angeordnete Laschen ohne Zahnprofil ausgebildet sind, so daB diese Laschen im Umschlingungsbereich die An triebskette jeweils zu beiden Seiten der Zähne in axialer
Richtung fuhren. Bei der Anordnung gem. Fig. 8   entsprache    der
Querabstand dieser beiden   Fuhrungslaschen    der Breite des Kettenrades 3.11, so dass im Umschligungsbereich die Verzahnung des Kettenrades 3.11 auf beiden Seiten überdeckt ware und so die Antriebskette in axialer Richtung auf diesem Kettenrad 3.11 gefuhrt wurde.

   An den beiden parallelen Kettenrädern 4.11 wurde die axiale Führung der Antriebskette jeweils von den einander zugekehrten Seiten der Verzahnung dieses Kettenrades erfolgen, so daB 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 Fuhrungslaschen 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   geringfu-    gig ausgelenkt, so daB die Einlaufbedingungen der Kette auf das Kettenrad 4, bei einer Laufrichtung in Richtung des Pfeiles 18, verbessert werden. Zugleich werden Schwingungen des
Kettentrums in der Artikulationsebene unterbunden. Hierdurch werden die Reibungsverluste nur geringfugig erhöht, da selbst bei hoher Zugkraft in der Kette die fur eine Auslenkung notwendige Normalkraft, die auch die GroBe der Reibungskraft bestimmt, sehr gering ist.

   Diese Anordnung kann fur alle Formen von Antriebsketten verwendet werden.



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



  Anspruche 1. Kettentrieb zum Antrieb von zwei engstehenden parallelen
Wellen (11,12), insbesondere von zwei obenliegenden Nockenwellen 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) gefuhrt ist und daB an jeder Welle (11,12) wenigstens ein Kettenrad (3,4) angeordnet ist, wobei die Kettenräder (3,4) zueinander 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) gefuhrt und abgestutzt ist.



  2. Kettentrieb nach Anspruch   1,    dadurch gekennzeichnet, daB eine wenigstens zweireihige Antriebskette (2) vorgesehen ist, die über den Antrieb (1) und über die Kettenräder (3,4) an den Wellen (11,12) gefuhrt ist, daB die an jeder Welle (11, 12) angeordneten, sich überdeckenden Kettenräder (3,4) etwa um den Abstand der Kettenspuren zueinander axial versetzt sind und daB 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) fuhrt und abstutzt.



  3. Kettentrieb nach Anspruch   1,    dadurch gekennzeichnet, daB 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) gefuhrt ist, und daB 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 abstutzende Stützrad ebenfalls als Kettenrad (13.1,14.1) ausgebildet ist. 



  4. Kettentrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Gesamtbreite der Kettenräder (3,4) mit zugeordneten   Stutzradern    im   Uberdeckungsbereich    der Breite der Zahnkette (2.11) entspricht.



  5. Kettentrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daB 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 Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daB dem die beiden Kettenräder (3,4) verbindenden Kettentrum (16) ein auslenkendes Gleitstück (17) zugeordnet ist.