EP1749157A1 - Umschlingungstrieb für eine brennkraftmaschine - Google Patents
Umschlingungstrieb für eine brennkraftmaschineInfo
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- EP1749157A1 EP1749157A1 EP05737068A EP05737068A EP1749157A1 EP 1749157 A1 EP1749157 A1 EP 1749157A1 EP 05737068 A EP05737068 A EP 05737068A EP 05737068 A EP05737068 A EP 05737068A EP 1749157 A1 EP1749157 A1 EP 1749157A1
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- belt
- drive
- belt drive
- damping device
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- F16H7/10—Means for varying tension of belts, ropes, or chains by adjusting the axis of a pulley
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- F16H—GEARING
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18416—Rotary to alternating rotary
Definitions
- the invention relates to a belt drive for an internal combustion engine, with a belt or chain designed belt which is guided over drive and driven wheels of the crankshaft and at least one camshaft of the internal combustion engine and / or auxiliary units to be driven.
- Belts or chain drives in which a crankshaft drives the camshafts of an internal combustion engine, which open and close the intake and exhaust valves of the engine, are used in particular in motor vehicles with internal combustion engines.
- auxiliary units such as a water pump, a power steering pump, an air conditioning compressor and an electric generator can also be driven with this or a separate belt or chain drive.
- a belt drive for an internal combustion engine is known from DE 195 20 508 A1, which has a driving wheel, at least one driven wheel and a belt means. At least one driven wheel, which is assigned to one of the camshafts, is non-circular. For this purpose, the wheel is provided with depressions distributed over the circumference, the number of depressions corresponding to the dominant order of the rotary movement. The disadvantage here is that essentially only the audible vibration noises are eliminated.
- the invention is based on the object of providing a belt drive for an internal combustion engine which reliably ensures a calming of the belt drive behavior by eliminating vibrations and resonances.
- the invention is based on the knowledge that a phase-shifted vibration superposition of vibrations can lead to the elimination of the same.
- the object is therefore achieved in that at least one of the drive or driven wheels or a deflection wheel is non-circular or eccentric, and / or that at least two tensioning rollers are provided, one of these tensioning rollers being provided with a damping device or by both tensioning rollers a damping device are coupled together.
- the out-of-round or eccentrically manufactured drive, driven or deflection wheel generates counter-vibrations to the mechanical vibrations that occur.
- tensioning rollers are provided which are provided with a damping device, wherein the tensioning rollers can be coupled to one another by the damping device.
- a combination with non-circular drive, output and / or deflection rollers can be preferred.
- the belt drive and the dynamic forces occurring on it calm down and the belt means is less stressed.
- the lifespan of the belt drive is thus increased, while the susceptibility to faults decreases. Particularly at medium speeds, a significant reduction in the non-uniformity of the run of the belt drive caused by the undamped vibrations is achieved. Annoying vibration and resonance noises are eliminated and driving comfort increased, for example in a motor vehicle.
- the drive, driven or deflection wheel has a triangular, polygonal or other geometric shape that deviates from the circular shape.
- a trapezoidal shape of the wheel is possible.
- the choice of the shape of the wheel depends in particular on the expected speeds, the vibrations and resonances that occur, and on the torque fluctuations and angular velocity changes of the belt drive.
- the deviation of the belt or chain pulley geometry from the circular shape is only comparatively small, so that the reliable guiding of the belt means on the mentioned wheels of the drive is guaranteed.
- this deviation is so pronounced that the technical problem on which the invention is based is solved.
- the damping device is designed to be spring-loaded, so that it acts in a vibration-damping manner on the drive, driven or deflection wheel.
- one of the tensioning rollers can be arranged in the load strand and the other tensioning roller in the empty strand of the belt drive in order to achieve a uniform vibration damping.
- the damping device can be arranged inside or outside the belt area of the belt.
- this damping device can be adjusted in such a way that it has the same resonance as the belt means.
- a phase shift of the vibrations is achieved, which eliminates the vibrations and resonances of the belt drive.
- the vibrations and resonances can also be eliminated by tuning the natural frequency of the driven shaft in such a way that it has the same resonance as the belt means.
- FIG. 1 shows a diagram of the speed fluctuation, for example of a camshaft, and the speed fluctuation of an drive wheel in a belt drive according to the invention
- FIG. 2 shows a schematic representation of a belt drive with a non-circular drive wheel
- FIG. 6 a schematic representation of a belt drive with a damping device
- FIG. 7 shows a schematic representation of a belt drive with a damping device according to FIG. 6 in a further embodiment
- Fig. 8 is a schematic representation of a belt drive with a damping device in a third embodiment.
- FIG. 1 shows with the solid line the course of the speed oscillation, for example of a camshaft, and with the dashed line the course of the speed oscillation of a non-circular drive wheel during the operation of an internal combustion engine. These vibrations overlap in such a way that they are eliminated and the belt drive is thus calmed during operation.
- the belt drive 1 according to FIGS. 2 and 6 to 8 of an internal combustion engine comprises a belt means 2 designed as an endless belt. This belt loops around a drive wheel 3 of the crankshaft 4 and two driven wheels 5 and 6 of two mutually spaced camshafts 7 and 8 of the internal combustion engine.
- a deflection wheel 9 is arranged between the crankshaft 4 and the camshaft 7, which is partially wrapped around by the belt 2. Furthermore, the drive wheel 3 of the crankshaft 4 is non-circular and here has an elliptical shape. Their out-of-round running during the operation of the belt drive causes the occurring vibrations to be superimposed according to the operating principle shown in FIG. 1 and eliminates them.
- FIG. 3 shows the elliptical shape of the drive wheel 3 of the crankshaft 4, while FIG. 4 shows an essentially triangular shape of the drive wheel 3. Finally, in FIG. 5 the drive wheel 3 is essentially square. The deviations of the circumferential geometry of such a drive wheel from the circular geometry are, however, only so large that the desired elimination of the vibrations mentioned takes place.
- a first tensioning roller 11 is arranged in the load strand 10 of the belt drive 1, that is to say between the crankshaft 4 and the first camshaft 7, and a further tensioning roller 13 is arranged in the empty strand 12, that is to say between the second camshaft 8 and the crankshaft 4.
- Both tensioning rollers 11 and 13 are coupled to one another by a spring-loaded damping device 14.
- the spring 15 of the damping device 14 thus ensures a uniform tension of both tensioning rollers 11 and 13 during the operation of the belt drive 1 in order to eliminate vibrations and resonances that occur.
- the damping device 14 is arranged outside the wrapping area of the wrapping means 2.
- Fig. 8 shows an embodiment of the belt drive 1 with two tensioning rollers 11 and 13, only the tensioning roller 13 being spring-loaded by a spring 15, while the axis of rotation of the tensioning roller 11 is fixed in relation to the axes of rotation of the drive wheels 4, 5, 6.
- Such a configuration of the belt drive can also be suitable, alone or in combination with a non-circular drive or driven wheel 3, 4, 5 or deflection wheel 13, 14, in order to superimpose, minimize or cancel out vibrations of the belt drive.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel (2), welches über Antriebs- und Abtriebsräder (3, 5, 6) der Kurbelwelle (4) und mindestens einer Nockenwelle (7, 8) der Brennkraftmaschine und/oder anzutreibender Nebenaggregate geführt ist. Um eine zuverlässige Beruhigung des Triebs durch Eliminierung von Schwingungen und Resonanzen zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass zumindest eines der An- bzw. Abtriebsräder (3, 5, 6) oder ein Umlenkrad (9) unrund bzw. exzentrisch ausgebildet ist, und/oder dass mindestens zwei Spannrollen (11,13) vorgesehen sind, wobei eine dieser Spannrollen (13) mit einer Dämpfungseinrichtung (14) versehen ist oder beide Spannrollen (11, 13) durch eine Dämpfungseinrichtung (14) miteinander gekoppelt sind.
Description
Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel, welches über Antriebs- und Abtriebsräder der Kurbelwelle und mindestens einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine und/oder anzutreibender Nebenaggregate geführt ist. Hintergrund der Erfindung
Insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren werden Riemenoder Kettentriebe verwendet, bei denen eine Kurbelwelle die Nockenwellen einer Brennkraftmaschine antreibt, welche die Einlass- bzw. Auslassventile des Motors öffnen und schließen. Darüber hinaus sind mit diesem oder einem gesonderten Riemen- oder Kettentrieb auch Nebenaggregate, wie beispielsweise eine Wasserpumpe, eine Lenkhilfspumpe, einen Klimakompressor und ein elektrischer Generator antreibbar.
Solche Riemen- oder Kettentriebe sind auf Grund von Drehmomentschwankungen bzw. Winkelgeschwindigkeits- und Drehzahländerungen während des Betriebes mechanischen Schwingungsanregungen unterworfen, die ihrerseits den Riemen- bzw. Kettentrieb belasten. Diese Schwingungen bzw. Anregungen führen in Resonanzbereichen unvorteilhaft zu hörbaren Geräuschen. Damit verbunden sind erhöhte Reibungskräfte, welche die Lebensdauer des Um- schlingungstriebes sowie dessen Wirkungsgrad negativ beeinträchtigen. Darüber hinaus steigt die Fehleranfälligkeit an und der Fahrkomfort z.B. in einem Kraftfahrzeug nimmt ab.
Aus der DE 195 20 508 A1 ist ein Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, der ein antreibendes Rad, zumindest ein getriebenes Rad und ein Umschlingungsmittel aufweist. Dabei ist zumindest ein abtreibendes Rad, welches einer der Nockenwellen zugeordnet ist, unrund ausgebildet. Hierfür ist das Rad mit über den Umfang verteilten Vertiefungen versehen, wobei die Anzahl der Vertiefungen der dominanten Ordnung der Drehbewegung entspricht. Nachteilig hierbei ist, dass im wesentlichen nur die hörbaren Schwingungsgeräusche eliminiert werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der zuverlässig eine Beruhigung des Um- schlingungstriebverhaltens durch Eliminierung von Schwingungen und Resonanzen gewährleistet.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine phasenverschobene Schwingungsüberlagerung von Schwingungen zu einer Beseitigung derselben führen kann.
Die gestellte Aufgabe wird demnach dadurch gelöst, dass zumindest eines der An- bzw. Abtriebsräder oder ein Umlenkrad unrund bzw. exzentrisch ausgebildet ist, und/oder dass mindestens zwei Spannrollen vorgesehen sind, wobei eine dieser Spannrollen mit einer Dämpfungseinrichtung versehen ist oder beide Spannrollen durch eine Dämpfungseinrichtung miteinander gekoppelt sind.
Durch das unrund bzw. exzentrisch gefertigte Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad werden zu den auftretenden mechanischen Schwingungen Gegenschwingungen erzeugt. Diese überlagern sich so mit den von der Kurbelwelle oder Nockenwelle oder den sonstigen angetriebenen Nebenaggregaten, wie bei-
spielsweise Wasserpumpe, Lenkhilfspumpe, Kraftstoffpumpe, Klimakompressor usw., ausgehenden Schwingungen, dass die Schwingungen des Umschlin- gungstriebes eliminiert werden.
Weiterhin wird ein Eliminieren der auftretenden Schwingungen erreicht, wenn Spannrollen vorgesehen werden, die mit einer Dämpfungseinrichtung versehen sind, wobei die Spannrollen durch die Dämpfungseinrichtung miteinander gekoppelt sein können. Eine Kombination mit unrunden Antriebs- Abtriebsund/oder Umlenkrollen kann bevorzugt sein.
Von Vorteil ist, dass der Umschlingungstrieb und die an diesem auftretenden dynamischen Kräfte dadurch beruhigt sowie das Umschlingungsmittel weniger belastet wird. Die Lebensdauer des Umschlingungstriebes wird somit erhöht, während die Störanfälligkeit sinkt. Insbesondere bei mittleren Drehzahlen wird eine signifikante Absenkung der durch die ungedämpften Schwingungen verursachten Ungleichförmigkeit des Laufes des Umschlingungstriebes erreicht. Dabei werden störende Vibrations- und Resonanzgeräusche beseitigt und der Fahrkomfort etwa in einem Kraftfahrzeug erhöht.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad eine dreieckige, vieleckige oder andere von der Kreisform abweichende geometrische Form aufweist. Möglich ist beispielsweise eine Trapez- Form des Rades. Die Auswahl der Form des Rades ist insbesondere abhängig von den zu erwartenden Drehzahlen, den auftretenden Schwingungen und Resonanzen sowie von den Drehmomentschwankungen und Winkelgeschwindigkeitsänderungen des Umschlingungstriebes. Selbstverständlich ist die Abweichung der Riemen- oder Kettenscheibengeometrie von der Kreisform nur vergleichsweise gering, so dass die sichere Führung des Umschlingungsmittels auf den genannten Rädern des Triebs gewährleistet ist. Diese Abweichung ist aber derart stark ausgeprägt, dass das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem gelöst wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Dämpfungseinrichtung federbelastet ausgebildet, so dass diese schwingungsdämpfend auf das Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad einwirkt.
Des Weiteren kann eine der Spannrollen im Lasttrum und die andere Spannrolle im Leertrum des Umschlingungstriebes angeordnet sein, um eine gleichmäßige Schwingungsdämpfung zu erreichen.
In Abhängigkeit insbesondere von den baulichen Gegebenheiten und den vor- handenen Platzverhältnissen des Umschlingungstriebs kann die Dämpfungseinrichtung innerhalb oder außerhalb des Umschlingungsbereiches des Um- schlingungsmittels angeordnet werden.
Wird ein Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad mit einer Feder belastet, kann die Eigenfrequenz dieser Dämpfungseinrichtung derart abgestimmt werden, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel aufweist. Durch eine geschickte Abstimmung der Dämpfung wird eine Phasenverschiebung der Schwingungen erreicht, welche die Schwingungen und Resonanzen des Umschlingungstriebes beseitigt.
Eine Eliminierung der Schwingungen und Resonanzen kann auch dadurch erreicht werden, dass die Eigenfrequenz der angetriebenen Welle derart abgestimmt ist, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 ein Diagramm der Drehzahlschwankung beispielsweise einer Nockenwelle und der Drehzahlschwingung eines An-
triebsrades bei einem erfindungsgemäßen Umschlingungstrieb,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstrie- bes mit einem unrunden Antriebsrad,
Fig. 3 bis 5 verschiedene Formen eines Antriebsrades zur Beseitigung von Schwingungen im Umschlingungstrieb, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstriebes mit einer Dämpfungseinrichtung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstriebes mit einer Dämpfungseinrichtung gemäß Fig. 6 in einer weiteren Ausführungsform, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Umschlingungstriebes mit einer Dämpfungseinrichtung in einer dritten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm zeigt mit der durchgezogenen Linie den Verlauf der Drehzahlschwingung beispielsweise einer Nockenwelle, und mit der gestrichelten Linie den Verlauf der Drehzahlschwingung eines unrunden Antriebsrades während des Betriebs einer Brennkraftmaschine. Diese Schwingungen überlagern sich derart, dass sich diese eliminieren und somit während des Betriebes der Umschlingungstrieb beruhigt wird.
Der Umschlingungstrieb 1 gemäß Fig. 2 und Fig. 6 bis Fig. 8 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine umfasst ein als endloser Riemen ausgebildetes Umschlingungsmittel 2. Dieses umschlingt ein Antriebsrad 3 der Kurbelwelle 4
und zwei Abtriebsräder 5 und 6 zweier zueinander beabstandeter Nockenwellen 7 und 8 der Brennkraftmaschine.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist zwischen der Kurbelwelle 4 und der Nockenwelle 7 ein Umlenkrad 9 angeordnet, welches teilweise vom Umschlingungsmittel 2 umschlungen wird. Weiterhin ist das Antriebsrad 3 der Kurbelwelle 4 unrund ausgebildet und besitzt hier eine elliptische Form. Deren unrunder Lauf während des Betriebs des Umschlingungstriebes bewirkt eine Überlagerung der auftretenden Schwingungen nach dem in Fig. 1 dargestellten Wirk- prinzip und beseitigt diese.
Fig. 3 zeigt die elliptische Form des Antriebsrades 3 der Kurbelwelle 4, während Fig. 4 eine im wesentlichen dreieckige Form des Antriebsrades 3 wiedergibt. Schließlich ist in Fig. 5 das Antriebsrad 3 im wesentlichen viereckig aus- gebildet. Die Abweichungen der Umfangsgeometrie eines solchen Antriebsrades von der Kreisgeometrie sind dabei jedoch nur so groß, dass die angestrebte Beseitigung der genannten Schwingungen erfolgt.
Gemäß Fig. 6 sind im Lasttrum 10 des Umschlingungstriebes 1 , also zwischen der Kurbelwelle 4 und der ersten Nockenwelle 7, eine erste Spannrolle 11 , sowie im Leertrum 12, also zwischen der zweiten Nockenwelle 8 und der Kurbelwelle 4, eine weitere Spannrolle 13 angeordnet. Beide Spannrollen 11 und 13 sind durch eine federbelastete Dämpfungseinrichtung 14 miteinander gekoppelt. Die Feder 15 der Dämpfungseinrichtung 14 sorgt somit für eine gleichmäßige Spannung beider Spannrollen 11 und 13 während des Betriebs des Umschlingungstriebes 1, um auftretende Schwingungen und Resonanzen zu beseitigen. Die Dämpfungseinrichtung 14 ist dabei außerhalb des Um- schlingungsbereiches des Umschlingungsmittels 2 angeordnet.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist die Dämpfungseinrichtung 14 innerhalb des Umschlingungsbereiches des Umschlingungsmittels 2 platziert, wenn das die Platzverhältnisse im Umschlingungstrieb 1 dies gestatten.
Fig. 8 zeigt eine Ausführung des Umschlingungstriebs 1 mit zwei Spannrollen 11 und 13, wobei nur die Spannrolle 13 durch eine Feder 15 federbelastet ist, während die Drehachse der Spannrolle 11 in bezug zu den Drehachsen der Antriebsräder 4, 5, 6 festgelegt ist. Auch eine solche Ausgestaltung des Umschlingungstriebs kann in Alleinstellung oder in Kombination mit einem unrunden Antriebs- oder Abtriebsrad 3, 4, 5 bzw. Umlenkrad 13, 14 geeignet sein, um Schwingungen des Umschlingungstriebes zu überlagern, zu minimieren oder auszulöschen.
Bezugszeichenliste
Umschlingungstrieb
Umschlingungsmittel
Antriebsrad
Kurbelwelle
Abtriebs rad
Abtriebsrad
Nockenwelle
Nockenwelle
Umlenkrad
Lasttrum
Spannrolle
Leertrum
Spannrolle
Dämpfungseinrichtung
Feder
Claims
1. Umschlingungstrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel (2), welches über Antriebs- und Abtriebsräder (3, 5, 6) der Kurbelwelle (4) und mindestens einer Nockenwelle (7, 8) der Brennkraftmaschine und/oder anzutreiben- der Nebenaggregate geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der An- bzw. Abtriebsräder (3, 5, 6) oder ein Umlenkrad (9) unrund oder exzentrisch ausgebildet ist, und/oder dass mindestens zwei Spannrollen (11 ,13) vorgesehen sind, wobei eine dieser Spannrollen (13) mit einer Dämpfungseinrichtung (14) versehen ist oder beide Spannrollen (11 , 13) durch eine Dämpfungseinrichtung (14) miteinander gekoppelt sind.
2. Umschlingungstrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrad (3, 5, 6) eine elliptische, mehr- eckige oder andere von der Kreisform abweichende Umfangsgeometrie aufweist.
3. Umschlingungstrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (14) federbelastet ausgebildet ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Spannrollen (11) im Lasttrum (10) und die andere Spannrolle (13) im Leertrum (12) des Umschlingungstriebes (1) angeordnet ist.
Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (14) inner- halb oder außerhalb des Umschlingungsbereiches des Umschlingungsmittels (2) angeordnet ist.
6. Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz der Dämpfungseinrichtung (14) derart abgestimmt ist, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel (2) aufweist.
7. Umschlingungstrieb nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz der angetriebenen Welle (7, 8) derart abgestimmt ist, dass diese dieselbe Resonanz wie das Umschlingungsmittel (2) aufweist.
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