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Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einer Kurbelwelle, an welcher wenigstens ein Pleuel für wenigstens einen Hubkolben, der an einem Hubkolbenmaschinengestell der Hubkolbenmaschine geführt ist, angeordnet und welche in wenigstens einem bezüglich des Hubkolbenmaschinengestells verstellbaren Kurbelwellenlager gelagert ist.
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Derartige Hubkolbenmaschinen sind insbesondere als Kolbenbrennkraftmaschinen beispielsweise aus der
DE 198 41 381 A1 bzw. aus der
DE 199 39 210 A1 , aus der
DE 199 26 133 A1 oder aus der
DE 100 08 425 A1 bekannt. Auch die
DE 36 44 721 A1 offenbart eine derartige Kolbenbrennkraftmaschine. Andererseits offenbart die
DE 44 44 555 A1 eine Hubkolbenmaschine mit einer hin- und herschwingenden Antriebswelle, deren Kippbewegung über ein Freilaufgetriebe in eine vollständige Drehbewegung in nur eine Drehrichtung umgewandelt wird.
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Hierbei weisen die Hubkolbenmaschinen eine Anschlusswelle auf, die üblicherweise als Abtriebswelle genutzt wird und welche über einen Ausgleich mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei durch diesen Ausgleich Abweichungen zwischen der Kurbelwelle und der Anschlusswelle ausgeglichen werden können. Derartige Abweichungen entstehen durch die Verlagerung der Kurbelwelle, welche lediglich in einer Position koaxial bezüglich der Anschlusswelle ausgerichtet sein kann. In der Regel werden durch die Verlagerung die beiden Wellen relativ zueinander koaxial verlagert. Es versteht sich andererseits, dass durch einen derartigen Ausgleich auch andere Verlagerarten ausgeglichen werden können.
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Hierbei ist es notwendig, die Anschlusswelle ihrerseits in geeigneter Weise zu lagern. Dieses gilt insbesondere auch für die Teile des Ausgleichs, die anschlusswellenseitig vorgesehen sind und um dieselbe Achse rotieren, wie die Anschlusswelle an sich.
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Es ist nunmehr Aufgabe vorliegender Erfindung, eine gattungsgemäße Hubkolbenmaschine bereitzustellen, bei welcher die Kurbelwellenlagerung verhältnismäßig einfach baut.
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Als Lösung wird eine gattungsgemäße Hubkolbenmaschine vorgeschlagen, welche sich dadurch auszeichnet, dass auf der der Kurbelwelle abgewandten Seite eines Ausgleichs, über welchen eine unabhängig von der Kurbelwelle gelagerte Anschlusswelle mit der Kurbelwelle mittels radial außerhalb des Kurbelwellenlagers angeordneter Ausgleichsteile drehwirksam verbunden ist, an dem Hubkolbenmaschinengestell ein Anschlusswellenlager vorgesehen ist und dass der Ausgleich ein primärseitiges und ein sekundärseitiges Ausgleichsteil umfasst, die über wenigstens ein federelastisches Element miteinander wirkverbunden sind.
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Insofern verzichtet diese Anordnung darauf, die Anschlusswelle bzw. etwaige anschlusswellenseitige Ausgleichsteile, also Teile des Ausgleichs, welche um dieselbe Drehachse rotieren wie die Anschlusswelle, an den Exzentern der Kurbelwelle bzw. an sonstigen Verlagereinrichtungen, mittels welcher die Kurbelwelle verlagerbar gelagert ist, anzubringen. Auf diese Weise können die Exzenter baulich wesentlich einfacher ausgestaltet werden, was insbesondere wegen der üblichen Lagerteilung von Kurbelwellenlagern, welche dem entsprechend auch für ein Anschlusswellenlager notwendig wäre, eine erhebliche Vereinfachung darstellt.
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Es sei hierbei betont, dass vorzugsweise das Anschlusswellenlager kurbelwellenseitig an der Anschlusswelle angeordnet ist, da weitere Lager für die Anschlusswelle, wie beispielsweise etwaige Getriebelager oder ähnliches, für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung sind.
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Wie bereits vorstehend erläutert, weist der Ausgleich ein kurbelwellenseitiges Ausgleichsteil, welches im wesentlichen um dieselbe Drehachse wie die Kurbelwelle rotiert, und ein anschlusswellenseitiges Ausgleichsteil, welches im wesentlichen um die Drehachse der Anschlusswelle rotiert, auf. Dem entsprechend ist es von Vorteil, wenn das anschlusswellenseitige Ausgleichsteil ausschließlich auf der der Kurbelwelle abgewandten Seite des Ausgleichs gelagert ist, wobei es sich versteht, dass eine derartige Lagerung auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung für eine gattungsgemäße Hubkolbenmaschine vorteilhaft dazu genutzt werden kann, die Lagerung der Kurbelwelle entsprechend zu vereinfachen.
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In vorliegendem Zusammenhang sei betont, dass die Anschlusswelle, wenn die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine Bestandteil einer Kolbenbrennkraftmaschine ist, üblicherweise eine Abtriebswelle ist, wie beispielsweise ein Getriebewelle oder die Eingangswelle einer Kupplung oder ähnliches. Es versteht sich jedoch, dass vorliegende Erfindung auch auf andere Anordnungen, bei denen zwei Wellen um verschiedene Drehachsen rotieren und über einen Ausgleich miteinander verbunden sind, vorteilhaft zur Anwendung kommen kann. Im Übrigen versteht es sich, dass vorliegend der Begriff „Welle“ nicht auf geradlinige und massive Stäbe, welche um ihre Längsachse rotieren, beschränkt ist. Die Kurbelwelle an sich stellt schon eine hiervon abweichende Ausgestaltung dar. In vorliegendem Zusammenhang bezeichnet der Begriff „Welle“ jede Baugruppe, welche um eine Achse rotiert und ein Drehmoment überträgt.
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Ganz allgemein besteht ein zwischen zwei Wellen wirksamer Ausgleich aus einem ersten Ausgleichsteil, welches beispielsweise kurbelwellenseitig wirksam ist, und einem zweiten Ausgleichsteil, welches beispielsweise anschlusswellenseitig wirksam ist. Diese Ausgleichsteile werden durch Kopplungselemente miteinander drehwirksam verbunden, wobei die Kopplungselemente einer Relativverlagerung der Ausgleichsteile relativ zueinander, welche durch die Rotation der beiden Wellen bedingt ist, folgen und dennoch einen Übertrag von Drehmoment bewirken können. Je nach konkreter Ausgestaltung kann auf derartige Kopplungselemente auch verzichtet werden, wobei Ausgleichsteile bei einem derartigen Ausgleich in jedem Falle zu finden sein werden.
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Vorliegend sind die Ausgleichsteile radial außerhalb des Kurbelwellenlagers angeordnet, so dass über diese Augleichsteile verhältnismäßig große Drehmomente übertragen werden können. Insofern unterscheidet sich vorliegende Erfindung von der in
6 der
DE 199 39 210 A1 dargestellten Anordnung, bei welcher ein Ausgleich radial innerhalb eines Kurbelwellenlagers beschrieben ist, wobei dieser Ausgleich für den Steuertrieb an einer Kolbenbrennkraftmaschine gedacht ist, bei welchem nur geringe Drehmomente zu übertragen sind.
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Vorzugsweise ist das Hubkolbenmaschinengestell ein Maschinengehäuse. Auf diese Weise ist es ohne weiteres möglich, auch den Ausgleich in die Ölversorgung der Hubkolbenmaschine mit einzubeziehen, so dass diese besonders einfach und betriebssicher gewährleistet werden kann.
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Letzteres ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung für eine gattungsgemäße Hubkolbenmaschine vorteilhaft zu gewährleisten, wenn der Ausgleich, über welchen eine unabhängig von der Kurbelwelle gelagerte Anschlusswelle mit der Kurbelwelle drehwirksam verbunden ist, innerhalb eines ortsfesten Gehäuses angeordnet ist. Eine derartige Anordnung unterscheidet sich insbesondere auch vom Gegenstand der
DE 36 44 721 A1 , bei welcher ein Gehäuse für einen Ausgleich an einem Exzenter für eine Kurbelwellenlagerung angeordnet und mit diesem zu verlagern ist. Andererseits ist auch die Anordnung eines Ausgleichs, über welchen eine unabhängig von der Kurbelwelle gelagerte Anschlusswelle mit der Kurbelwelle drehwirksam verbunden ist, innerhalb eines Ölraumes, dessen Wandung als ein nicht umlaufendes Gehäuse ausgestaltet ist, vorteilhaft. Bei einem derartigen Gehäuse lässt sich vorteilhaft ein Ölsumpf aufbauen, aus welchem die Baugruppen des Ausgleichs mit Öl bzw. einem sonstigen Schmiermittel versorgt werden können, ohne dass sich ein derartiges Schmiermittel in dem Gehäuse im Übermaß anreichert, wie dieses bei umlaufenden Gehäusen der Fall ist. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Leistungsverluste auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung minimieren, da die zu verdrängende Ölmenge stark reduziert werden kann. Auch diese Lösung unterscheidet sich von dem Gegenstand der
DE 36 44 721 A1 , die einen Ölraum für den Ausgleich nicht offenbart.
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Je nach konkreter Ausgestaltung kann der Ölraum ein eigenständiges System darstellen und beispielsweise eine eigene Ölpumpe aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass rotierende Baugruppen des Ausgleichs in den Ölsumpf tauchen um hierdurch eine ausreichende Verteilung des Schmiermittels sicherzustellen. Vorzugsweise weist das Gehäuse für den Ausgleich keinen separaten Ölsumpf auf, vielmehr wird der Ausgleich zentral über die Ölversorgung der Hubkolbenmaschine mit Öl versorgt, wobei das Öl in dem Gehäuse, welches den Ausgleich umgibt, entsprechend gesammelt wird, um dann dem gemeinsamen Ölsumpf zugeführt zu werden. Hingegen ist bei dem Gegenstand der
DE 100 08 425 A1 ein mitdrehendes Gehäuse vorgesehen, aus welchem naturgemäß Öl nicht mehr vollständig abgeführt werden kann. Insofern laufen die Ausgleichsteile und die Kopplungselemente bei diesem Gegenstand in einem Ölbad, was wegen der hiermit verbundenen Verdrängungsarbeit mit erheblichen Verlusten verbunden ist.
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Ist die Kurbelwelle über einen Steuerantrieb mit einem Steuertrieb drehwirksam verbunden, wie dieses beispielsweise in
6 der
DE 199 39 210 A1 offenbart ist, ist es in Abweichung vom Gegenstand dieser Offenbarung vorteilhaft, den Steuerantrieb, beispielsweise ein entsprechendes Zahnrad oder Ritzel, auf der Anschlusswelle bzw. einer entsprechenden Abtriebswelle, anzuordnen. Eine derartige Anordnung spart einen weiteren komplexen Anschluss einer verlagerbaren Kurbelwelle, so dass sich die Baukosten für eine derartige Hubkolbenmaschine weiter reduzieren lassen.
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Dieses gilt insbesondere dann, wenn das Anschlusswellenlager zweigeteilt ausgebildet ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Steuerantrieb zwischen den beiden Teillagern angeordnet werden, so dass für den Steuerantrieb ein separates Lager nicht benötigt wird.
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Die Zweiteilung des Anschlusswellenlagers hat darüber hinaus unabhängig hiervon den Vorteil, dass die beiden Teillager verhältnismäßig gering dimensioniert werden können, da durch den axialen Abstand der beiden Teillager eine verhältnismäßig große Momentaufnahme gewährleistet werden kann.
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Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass der Steuertrieb bzw. der Steuerantrieb auch für andere Nebenaggregate der Hubkolbenmaschine genutzt werden können.
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Der Ausgleich kann ein primärseitiges und sekundärseitiges Ausgleichsteil umfassen, die über wenigstens ein federelastisches Element miteinander wirkverbunden sind. Durch eine derartige Anordnung lässt sich insbesondere gegenüber der
DE 199 39 210 A1 und der
DE 100 08 425 A1 eine wesentlich verlustärmere Kopplung der beiden Ausgleichsteile - auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung - realisieren. Insbesondere jedoch im Zusammenspiel mit einer Kolbenbrennkraftmaschine lässt sich durch ein federelastisches Element eine verlustarme Kopplung gewährleisten, die zudem auch Axialschwingungen sowie Achsabweichungen zweiter Ordnung, welche häufig bei Kolbenbrennkraftmaschinen zu finden sind, ausgangsseitig entkoppelt, so dass derartige Schwingungen nicht in den weiteren Antriebsstrang gelangen. Hierzu sind insbesondere die Lösungen der
DE 199 39 210 A1 und der
DE 100 08 425 A1 nicht in der Lage, welche starre Kopplungselemente vorsehen, die zudem äußerst präzise gefertigt werden müssen, damit Positionierungsfehler nicht zum Ausfall führen.
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Vorzugsweise umfasst das federelastische Element eine Feder bzw. eine Spiralfeder. Federn zeichnen sich dadurch aus, dass die Verlustleistung, welche durch innere Walkarbeit der Federn bedingt ist, äußerst gering ist, was beispielsweise bei gummielastischen Elementen, welche wesentlich höhere Verluste aufweisen, nicht der Fall ist. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Ausgleich nicht zu unnötigen Verlusten führt, die etwaige energetische Vorteile durch die Verlagerbarkeit der beiden Wellen wieder zunichte machen.
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Die Verwendung von Spiralfedern hat den Vorteil, dass derartige Federn in Torsionsschwingungsdämpfern für Kraftfahrzeuge bereits in vielen Bereichen bekannt und erprobt sind, so dass die Verwendung von Spiralfedern zwischen primärseitigem und sekundärseitigem Ausgleichsteil ohne weiteres zu realisieren ist.
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Wenigstens ein Federende kann in einem Federschuh angeordnet sein, der vorzugsweise entsprechend an einem der Ausgleichsteile angeordnet ist. Durch einen derartigen Federschuh wird der Sitz des entsprechenden Federendes an dem Ausgleichsteil verbessert, so dass Drehmomente über diesen Ausgleich besser übertragen werden können. Vorzugsweise weist der Federschuh eine Radialsicherung für die Feder auf, welche verhindert, dass die Feder den Federschuh fliehkraftbedingt bei hohen Drehzahlen der Gesamtanordnung verlässt. Dem entsprechend ist es auch vorteilhaft, wenn der Federschuh zumindest gegen Fliehkräfte an dem entsprechenden Ausgleichsteil gesichert ist.
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Es versteht sich, dass die Radialsicherung des Federendes durch den Federschuh in jeder geeigneten Weise erfolgen kann. Dieses kann insbesondere ein das Federende radial umgreifender äußerer Rand sein. Ebenso kann der Federschuh einen innerhalb der Feder angeordneten, dem entsprechend wirksamen Rand aufweisen.
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Je nach Erfordernissen können die radialen Sicherungen der Federschuhe einander überlappend ausgebildet sein, so dass ein radiales Auswandern der Federn auch in der Federmitte verhindert werden kann. Hierbei liegt es in der genauen Auslegung der Gesamtanordnung, ob derartige Ausnahmen notwendig oder ob bereits kürzer ausgestaltete Federschuhe eine ausreichende Radialführung der Federn gewährleisten können.
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Die Federschuhe können gelenkig an dem jeweiligen Ausgleichsteil angeordnet sein, so dass die Federn einer Relativbewegung zwischen den beiden Ausgleichsteilen einfacher folgen können. Hierdurch lässt sich insbesondere die Walkarbeit der Federn, die an sich lediglich zu erhöhten Verlusten führt, minimieren. Je nach konkreter Ausgestaltung können insbesondere bei einer gelenkigen Anordnung der Federschuhe an ihrem jeweiligen Ausgleichsteil auch doppelt wirksame Federschuhe, das heißt Federschuhe, die in beiden Umlaufrichtungen jeweils eine Feder tragen, vorgesehen sein.
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Es versteht sich, dass die vorliegend dargestellten, konkreten Ausgestaltungen der Federschuhe auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung entsprechend für einen Ausgleich zwischen einer verlagerbaren Kurbelwelle und einer Anschlusswelle vorteilhaft sind.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das federelastische Element umlaufend, insbesondere umlaufend um eine Primärachse des Ausgleichs und/oder umlaufend um eine Sekundärachse des Ausgleichs, wobei die Primär- bzw. Sekundärachse jeweils die Drehachse des primärseitigen Ausgleichsteils bzw. des sekundärseitigen Ausgleichsteils darstellen, angeordnet sein. Ein derartiges federelastisches Element ist bereits in sich eigenstabil, so dass es ohne großen Aufwand montiert werden kann.
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Vorzugsweise ist die Kurbelwelle über wenigstens ein Wälzlager gelagert, dessen gestellseitige Lauffläche auf einem selbsttragenden Lagerring ausgebildet ist, der seinerseits in einem Gestell, vorzugsweise in dem Maschinengehäuse der Hubkolbenmaschine, gelagert ist. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff „selbsttragend“ einen Laufring, dessen Stärke derart ausgelegt ist, dass seine Verformung unter Betriebsbedingungen, unabhängig von auf ihn von außen wirkenden Lagerkräften, lediglich bedingt durch die Kurbelwellenkräfte im zulässigen Rahmen liegt. Durch einen derartigen, selbsttragenden Lagerring können Laufgeräusche des Wälzlagers, welche ansonsten als störend empfunden werden, minimiert werden, so dass Wälzlager auch unabhängig von den übrigen Merkmalen insbesondere bei Kolbenbrennkraftmaschinen erstmals zur Anwendung kommen können. Hierbei führt die Verwendung von Wälzlagern zu einer vorteilhaften Reduktion von Reibungsverlusten, wobei der selbsttragende Lagerring die Laufgeräusche, welche bis dato einen Einsatz von Wälzlagern verhindert haben, reduziert.
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In vorliegendem Zusammenhang wird insbesondere ein Lagerring, dessen Stärke größer als der Durchmesser der Wälzkörper des Wälzlagers ist, als selbsttragend angesehen, da davon auszugehen ist, dass die Dimensionierung der Wälzkörper entsprechend der erwarteten Lagerkräfte gewählt ist.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Stärke des Lagerrings zumindest um 20 % bzw. um 30 % größer ist als der Durchmesser der Wälzkörper.
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Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann die Kurbelwelle über wenigstens ein Wälzlager gelagert sein, dessen gestellseitige Lauffläche auf einem geteilten Lagerring ausgebildet ist. Durch die Teilung des Lagerrings kann dieser ohne weiteres nachträglich um die Kurbelwelle positioniert werden, auch wenn die Lagerstelle axial nicht zugängig ist. Allerdings lässt sich eine derartige Teilung eines Lagerrings und mithin der entsprechenden Lauffläche bei Wälzlagern wesentlich schwieriger umsetzen, als dieses bei Gleitlagern der Fall ist, so dass insbesondere aus akustischen Überlegungen bei leistungsstärkeren Motoren Wälzlager für Kurbelwellen nicht in Erwägung gezogen worden sind. Überraschender Weise hat sich jedoch herausgestellt, dass durch das in einem Kraftfahrzeugmotor in ausreichendem Maße vorhandene Schmiermittel, diese Probleme von nur untergeordneter Bedeutung sind.
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Insbesondere kann die Teilung des Lagerrings axial einen Versatz aufweisen. Durch diesen Versatz lässt sich die Laufruhe des Wälzlagers sowie dessen Lebensdauer erhöhen, da die Wälzkörper bei ihrem Umlauf an der Teilung keinen rechtwinklig zu ihrer Laufbahn aufgerichteten Grat überwinden müssen. Vielmehr bedingt der axiale Versatz, dass die Wälzkörper den durch die Teilung bedingten Grat schräg auflaufend überwinden können.
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Der Versatz kann beispielsweise als Bruchtrennung bzw. gezahnt ausgebildet werden, so dass hierdurch insbesondere eine gerade Trennfuge vermieden werden kann. Es versteht sich, dass je nach konkreter Ausgestaltung dieser Anordnung auch eine gerade Trennfuge, die jedoch bezüglich der Umlaufbahn der Wälzkörper nicht senkrecht ausgerichtet ist, als entsprechender Versatz ausreicht.
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Weist der Lagerring in Umfangsrichtung eine variable Stärke auf, so kann hierdurch die in vorliegender Erfindung im Vordergrund stehende Verlagerung der Kurbelwellenachse ohne weiteres realisiert werden. Eine derartige in Umfangsrichtung variierende Stärke kann insbesondere dadurch umgesetzt werden, dass die radial äußere Umfangsfläche des Lagerrings bezüglich der Lauffläche eine versetzte Mittelachse aufweist. Hierbei versteht es sich, dass ein derartig exzentrisch ausgestalteter Lagerring für ein Wälzlager auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung dem entsprechend vorteilhaft ist.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Teilung des Lagerrings außerhalb der niedrigsten Stärke desselben vorgesehen ist, so dass etwaige Verbindungselemente, welche die Teile des Lagerringes miteinander verbinden, über ausreichende Angriffsfläche verfügen.
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Vorzugsweise ist die Lauffläche des Wälzlagers einstückig auf dem Lagerring ausgebildet, so dass auf separate Baugruppen verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann ein Laufring, dessen Materialeigenschaften diesem ermöglichen, als Lauffläche eines Wälzlagers zu dienen, verhältnismäßig klein ausgelegt werden, so dass die größere Materialmenge, die für eine einstückige Ausbildung notwendig ist, den ersparten Aufwand, welcher durch das Einsetzen einer separaten Baugruppe mit der Lauffläche bedingt ist, rechtfertigt.
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Der Lagerring kann radial außen einen Schmiermitteleinlass und radial innen einen Schmiermittelauslass aufweisen, so dass das Wälzlager unmittelbar mit Schmiermittel versorgt werden kann. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Schmiermitteleinlass eine Ausnehmung aufweist, die von einer Dichtung umgeben ist, so dass das Schmiermittel auch unter Druck dem Wälzlager aufgegeben werden kann. Die vorgenannten Vorteile sind auch bei Gleitlagern zu finden, so dass die entsprechenden Merkmale auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft bei Lagerringen, insbesondere bei exzentrischen Lageringen, die für Kurbelwellen genutzt werden, zur Anwendung kommen können.
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Hierbei kann die Ausnehmung auch verhältnismäßig groß gewählt werden, so dass der Lagerring verdreht werden kann, um beispielsweise die Exzentrizität der Kurbelwelle zu variieren. Durch eine entsprechend groß gewählte Ausnehmung verbleibt nach wie vor die Möglichkeit, das Schmiermittel aus einer entsprechenden Austrittsöffnung am Gestell in die Ausnehmung und mithin in den Schmiermitteleinlass gelangt.
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Die Dichtung kann des Weiteren als Schwingungsdämpfung genutzt werden, so dass Laufgeräusche, die durch das Wälzlager bedingt sind, zwischen Lagerring und Gestell entsprechend gedämpft werden können. Hierbei versteht es sich, dass derartige Mittel zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Lagerring und dem Gestell auch unabhängig von etwaigen Schmiermitteln vorteilhaft sind, um den Einsatz von Wälzlagern, insbesondere bei Kurbelwellen für Kolbenbrennkraftmaschinen zu ermöglichen. Hierbei muss der Lagerring nicht zwingend selbsttragend ausgebildet sein, da ein gewisser Anteil an Stützkräften auch über die Schwingungsdämpfungsmittel von dem Gestell auf den Lagerring übertragen werden kann. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein selbsttragender Lagerring eine wesentlich bessere Entkopplung gewährleistet, insbesondere da dann die Schwingungsdämpfungsmittel ihrer Aufgabe besser gerecht werden können.
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In einem Spalt zwischen Gestell und Lagerring, sei dieser exzentrisch ausgebildet oder nicht, kann kumulativ bzw. alternativ hierzu Schmiermittel oder ein anderes schwingungsdämpfend wirksames bzw. akustisch entkoppelndes Fluid vorgesehen sein. Ein derartig genutztes Fluid bzw. Schmiermittel ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung an dieser Stelle entsprechend vorteilhaft, wenn eine Kurbelwelle über separate Lagerringe an einem Gestell gelagert werden soll. Hierbei können in der Umgebung des Spaltes zwischen Lagerring und Gestell Fluidzufuhrmittel, wie beispielsweise geeignete Fangtaschen, Leitvorrichtungen, Leitbleche o.ä „vorgesehen sein‟.
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Insbesondere aus Gründen der Materialersparnis kann die Lauffläche des Wälzlagers in axialer Richtung breiter ausgestaltet sein als die radial äußere Umfangsfläche des Lagerrings. Neben einer entsprechenden Materialersparnis - und mithin einer proportionalen Gewichtsersparnis - verringert die axial außen dünne Abstützung der Kurbelwelle durch das Lager auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung ein Kantentragen der Kurbelwelle.
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Im Übrigen versteht es sich, dass die vorstehend geäußerten Überlegungen zu einem Wälzlager auch unabhängig von einer etwaigen Exzentrizität vorteilhaft für eine Kurbelwellenlagerung sind, so dass der Laufring beispielsweise zylinderförmig bzw. im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein kann.
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Vorzugsweise weist der exzentrische Lagerring einen angesetzten Verstellhebel auf. Eine derartige Anordnung ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorteilhaft, um eine möglichst einfach aufgebaute Ansteuerbarkeit des exzentrischen Lagerrings zu gewährleisten.
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Insbesondere in der
DE 100 51 271 A1 und in der
DE 198 41 381 A1 sind derartige exzentrische Lagerringe offenbart, an welchen jedoch ein Verstellhebel einstückig ausgearbeitet ist. Ein derartiges Ausarbeiten, was beispielsweise durch Schmieden oder ähnliches erfolgen kann, ist verhältnismäßig aufwendig und kostenintensiv.
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Insbesondere braucht ein derartiger angesetzter Verstellhebel in der Regel nicht derart massiv ausgebildet sein, wie dieses die Verstellhebel nach dem Stand der Technik sind, was zudem auch den erheblichen axialen Bauraum benötigt. Ein entsprechend angesetzter Verstellhebel kann außerordentlich flach ausgebildet sein.
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Insbesondere ist es auch denkbar, den Verstellhebel aus einem Blechteil zu bilden. Auf diese Weise braucht der Verstellhebel verhältnismäßig wenig axialen Bauraum.
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Die Montage des Verstellhebels kann erheblich vereinfacht werden, wenn dieser in einer Ausnehmung des exzentrischen Lagerrings angeordnet ist. Auf diese Weise kann insbesondere sehr einfach sichergestellt werden, dass der Verstellhebel richtig positioniert wird. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die entsprechende Ausnehmung als Flachpassung ausgelegt ist.
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Der Verstellhebel kann hierbei in jeder beliebigen Art und Weise an dem exzentrischen Lagerring befestigt werden. Dieses kann beispielsweise durch Nieten oder Schrauben beziehungsweise durch Löten bzw. Schweißen geschehen.
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Es versteht sich hierbei, dass der Verstellhebel nicht zwingend zentrisch an dem exzentrischen Lagerring angeordnet sein muss. Vielmehr können auch winklige bzw. außerzentrische Anordnungen vorgesehen sein.
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Umfasst die Hubkolbenmaschine bzw. die Kurbelwellenlagerung zwei exzentrische Lagerringe, so können diese jeweils einen angesetzten Verstellhebel aufweisen, die jeweils über ein jeweils separat an jedem Verstellhebel angebrachtes Zwischenstück miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann baulich besonders einfach eine Synchronisation zwischen zwei exzentrischen Lagerringen realisiert werden, wobei vorzugsweise die beiden Verstellhebel und das Zwischenstück einstückig miteinander ausgebildet sind. So können die beiden Verstellhebel und das Zwischenstück beispielsweise durch ein u-förmig gebogenes Blechteil realisiert werden.
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An einem exzentrischen Lagerring können in axialer Richtung beidseits jeweils Verstellhebel angeordnet sein, so dass sich über jeweils zwei exzentrisch angeordneten Brücken aus jeweils zwei Verstellhebeln und einem Zwischenstück auch mehr als zwei exzentrische Lagerringe synchronisieren lassen. Eine derartige Ausgestaltung baut insbesondere erheblich flexibler als die Gegenstände der
DE 198 41 381 A1 bzw.
DE 100 51 271 A1 , bei welchen jeweils äußerst lange durchgehende Gestänge vorgesehen sein müssen, so dass axial durchgehend auch ein entsprechender Bauraum vorhanden sein muss. Durch die hier vorgeschlagene Brücke zwischen jeweils lediglich zwei exzentrischen Lagerringen, die gegebenenfalls in Umfangsrichtung jeweils versetzt angeordnet werden können, kann eine wesentlich flexiblere Synchronisation der exzentrischen Lagerringe erfolgen. Insbesondere können zur Synchronisation verhältnismäßig einfach ausgebildete Baugruppen, wie beispielsweise u-förmig gebogene Bleche, genutzt werden.
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Es versteht sich, dass an jedem Verstellhebel in beliebiger Weise ein entsprechender Verstelltrieb angreifen kann. Bei der vorstehenden Synchronisation reicht jedoch der Angriff lediglich an einem Verstellhebel bzw. an einem Zwischenstück aus. Insbesondere wenn das Zwischenstück bzw. der Verstellhebel als Blechteil ausgebildet ist, kann in dem Blechteil beispielsweise eine Stanzung in Form einer Verzahnung vorgesehen sein, in welche ein entsprechendes Ritzel eines Verstelltriebs eingreifen kann.
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Ein Verstelltrieb, mit welchem die Kurbelwellenachse einstellbar ist, kann eine Baugruppe umfassen, die in einem Hauptlagerdeckel des Maschinengehäuses gelagert ist. Durch eine derartige Lagerung lassen sich Toleranzprobleme in Bezug auf diese Baugruppe minimieren. Dieses gilt in Abgrenzung vom Gegenstand der
DE 198 41 381 A1 bzw. der
DE 100 51 271 A1 insbesondere auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung für Baugruppen eines Verstelltriebes, mittels dessen eine Kurbelwellenachse einstellbar ist.
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Hierbei versteht es sich, dass einer, zwei oder mehrere Hauptlagerdeckel als entsprechende Lagerstützstellen genutzt werden können. Um eine Montage zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, kann es erforderlich sein, die Lagerbohrung im Hauptlagerdeckel geteilt auszuführen, wobei gegebenenfalls auch der Hauptlagerdeckel baulich zur Aufnahme eines Lagers erweitert werden muss. Diesbezüglich kann insbesondere auch eine Lagerung seitlich vorgesehen sein.
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Die vorstehend erläuterten Vorteile gelten insbesondere dann, wenn die Baugruppe des Verstelltriebs, welche in einem Hauptlagerdeckel des Maschinengehäuses gelagert ist, eine Verstellwelle ist.
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In letzterem Fall kann in dem Verstelltriebstrang, welcher die Verstellwelle umfasst, ein selbsthemmendes Getriebe vorgesehen sein. Auf diese Weise lassen sich Haltekräfte, die während des Getriebes zum Fixieren der Kurbelwellenachse in einer gewählten Einstellposition notwendig sind, vermeiden, da das selbsthemmende Getriebe genau in derartigen Fällen diese Haltekräfte aufbringt. Mit Betätigen des entsprechenden Verstelltriebs bedingt das selbsthemmende Getriebe eine entsprechende Verlagerung, die wieder gehemmt wird, wenn der Verstelltrieb an sich nicht weiter mit einer Kraft bzw. mit einem Drehmoment beaufschlagt wird. Eine derartige Anordnung ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung energetisch äußerst sparsam.
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Andererseits kann der Verstelltrieb, mit welchem die Kurbelwellenachse einstellbar ist, ein Gestänge mit wenigstens zwei Gelenken umfassen. Ein derartiges Gestänge lässt sich derart auslegen, dass in zwei bestimmten Lagen, beispielsweise in Endlagen, der Hebelarm zu null wird, so dass keine Verstell- bzw. Haltemomente insbesondere auf eine Verstellwelle wirken. In diesen Positionen entfällt somit die Halteenergie im Wesentlichen. Für Positionen nahe diesen Lagen sind die Haltemomente entsprechend gering, da die Hebelarme verhältnismäßig klein sind. Insbesondere die Betriebszustände „Stadtverkehr“ und „Autobahnfahrt“ können dementsprechend als Lagen gewählt werden, um den Energieverbrauch zu senken. Insofern versteht es sich, dass eine derartige Ausgestaltung insbesondere auch in Abgrenzung zu der
DE 36 44 721 A1 auch unabhängig von den übrigen Merkmalen für den Verstelltrieb, mit welchem eine Kurbelwellenachse einstellbar ist, vorteilhaft genutzt werden kann. Hierbei offenbart die
DE 36 44 721 A1 lediglich ein einfaches Kniegelenk, welches mithin lediglich eine besonders energiearme Lage aufweist.
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Darüber hinaus kann der Verstelltrieb kumulativ bzw. alternativ die Rotationsenergie der Hubkolbenmaschine für die Verstellung nutzen. Auf diese Weise kann eine Anpassung des elektrischen bzw. hydraulischen Bordnetzes an diesen zusätzlichen Verstelltrieb bei bestehenden Hubkolbenmaschinen vermieden werden, da die Energie unmittelbar aus der Rotation gezogen wird. Vorzugsweise umfasst der Verstelltrieb ein Reibrad, mittels dessen die Rotationsenergie der Hubkolbenmaschine wahlweise bzw. nach Bedarf abgegriffen werden kann. Der Energieabgriff mittels eines Reibrades kann besonders einfach gestaltet werden, wobei eine Richtungsumkehr wahlweise mittels eines Umkehrgetriebes bzw. über ein zweites Reibrad ohne weiteres realisiert werden kann. Für die Verstellung ist lediglich ein Aktuator zur Bewegung des Reibrades notwendig, welcher in der Regel äußerst wenig Energie benötigt.
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Die vorstehend beschriebenen Ausgleiche zwischen Kurbelwelle und Anschlusswelle umfassen jeweils ein Kopplungselement. Umfasst der Ausgleich ein Hohlrad und ein mit dem Hohlrad in Drehschluss stehendes Sonnenrad, wobei eines der beiden Räder koaxial zur Kurbelwelle auf der Kurbelwelle und das andere der beiden Rädern koaxial zur Anschlusswelle auf der Anschlusswelle angeordnet ist, so kann auf diese Weise unmittelbar ein Ausgleich zwischen verlagerbarer Kurbelwelle und Anschlusswelle erfolgen. Insofern kann dann auf weitere Kopplungselemente verzichtet werden.
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Vorzugsweise sind Hohlrad und Sonnenrad als Zahnräder ausgebildet, so dass auch sehr hohe Drehmomente ohne weiteres übertragen werden können. Ebenso können sich Hohlrad und Sonnenrad auch in einem Reibeingriff zueinander befinden. Letzteres ermöglicht es insbesondere, Hohlrad und Sonnenrad kegelig auszubilden, so dass diese Anordnung auch als Kupplung genutzt werden kann. Es versteht sich, dass ein derartiger Ausgleich zwischen einer verlagerbaren Kurbelwelle und einer Anschlusswelle bzw. zwischen einer konventionellen Kurbelwelle und einer Anschlusswelle auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft ist, um mit möglichst wenig Baugruppen betriebssicher Kurbelwelle und Anschlusswelle miteinander zu koppeln.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen ersten Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle;
- 2 den prinzipiellen Aufbau einer Hubkolbenmaschine mit verlagerbarer Kurbelwellenlagerung;
- 3 einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle im Schnitt;
- 4 eine schematische Darstellung der Anordnung nach 3 hinsichtlich des Antriebs von Nebenaggregaten im Schnitt entlang der Linie IV in 3;
- 5 eine alternative Anordnung eines Ausgleichs in einem Antriebsstrang;
- 6 einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle;
- 7 einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle;
- 8 einen Schnitt durch den Ausgleich nach 1 mit Blick auf Primärscheibe;
- 9 einen Teilschnitt in Umfangsrichtung durch die Spiralfedern der Anordnung nach 1 und 8;
- 10 eine Vergrößerung der 9;
- 11 eine Teilansicht eines Schnitts entlang der Linie XI-XI in 10;
- 12 einen alternative Federschuh in einer Darstellung ähnlich 10;
- 13 den Federschuh nach 12 in einer ähnlichen Darstellung wie 11;
- 14 einen weiteren alternativen Federschuh in ähnlicher Darstellung wie 10 und 12;
- 15 den Federschuh nach 14 in einer ähnlichen Darstellung wie 11 und 13;
- 16 einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle in schematischer Ansicht;
- 17 eine schematische Schnittdarstellung des Ausgleichs nach 16;
- 18 einen weitere alternativen Ausgleich in ähnlicher Darstellung wie 17;
- 19 einen weiteren alternativen Ausgleich in ähnlicher Darstellung wie 17 und 18;
- 20 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausgleichs zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle;
- 21 den Ausgleich nach 20 in einer schematischen Schnittdarstellung;
- 22 einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle in ähnlicher Darstellung wie 1;
- 23 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausgleichs zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle;
- 24 den Ausgleich nach 23 in einem anderen Betriebszustand;
- 25 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausgleichs zwischen einer Kurbelwelle und Anschlusswelle;
- 26 den Ausgleich nach 25 in einem schematischen Schnitt in Umfangsrichtung;
- 27 eine Detailansicht eines alternativen Kurbelwellenlagers;
- 28 das Kurbelwellenlager nach 27 in einem schematischen Schnitt;
- 29 ein weiteres alternatives Lager in einer ähnlichen Darstellung wie 28;
- 30 ein weiteres alternatives Lager in einer ähnlichen Darstellung wie 28;
- 31 weitere Details der Lagerschale nach 27 und 28;
- 32 eine Aufsicht auf die Anordnung nach 31;
- 33 eine Seitenansicht der Anordnung nach 31 und 32;
- 34 eine alternative Ausgestaltung einer Lagerschale;
- 35 eine weitere alternative Ausgestaltung einer Lagerschale;
- 36 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternativen Lagerschale;
- 37 die Lagerschale nach 36 in einer Seitenansicht;
- 38 die Lagerschale des Ausführungsbeispiels nach 1 mit angesetztem Verstellhebel;
- 39 die Lagerschale nach 38 mit abgenommenen Verstellhebeln;
- 40 einen Schnitt durch die Darstellung nach 39 entlang der Linie XL-XL in 39;
- 41 schematisch die Synchronisation mehrerer Lagerschalen;
- 42 einen alternativen Verstellmechanismus für eine Lagerschale;
- 43 eine Verstellwellenlagerung;
- 44 die Lagerung nach 43 in einer schematischen Seitenansicht;
- 45 eine alternative Verstellwellenlagerung;
- 46 einen alternativen Verstelltrieb in einem ersten Betriebszustand;
- 47 den Verstelltrieb nach 48 in einem zweiten Betriebszustand;
- 48 den Verstelltrieb nach 46 und 47 in einem dritten Betriebszustand;
- 49 einen Verstelltrieb für die Verstellung einer verlagerbaren Kurbelwelle;
- 50 den Verstelltrieb nach 49 in einem anderen Betriebszustand;
- 51 einen zu der Ausführungsform nach den 49 und 50 alternativen Verstelltrieb;
- 52 den Verstelltrieb nach 51 in einem anderen Betriebszustand;
- 53 einen zu den Verstelltrieben nach 49 bis 52 alternativen Verstelltrieb;
- 54 den Verstelltrieb nach 53 in einem anderen Betriebszustand;
- 55 eine Zugtriebanpassung bei einer verlagerbaren Kurbelwelle;
- 56 die Anpassung nach 55 bei verlagerter Kurbelwelle;
- 57 eine zu dem Ausführungsbeispiel nach 55 und 56 alternative Anpassung;
- 58 die Anordnung nach 57 in einem anderen Betriebszustand;
- 59 eine zu den Ausführungsbeispielen nach 55 bis 58 alternative Anpassung;
- 60 die Anordnung nach 59 in einem alternativen Betriebszustand;
- 61 eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen Ausgleichs zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle;
- 62 eine Detailansicht eines Ausgleichs zwischen einer Kurbelwelle und einer Nebenabtriebswelle;
- 63 schematisch einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle in ähnlicher Darstellung wie 5;
- 64 schematisch einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle in ähnlicher Darstellung wie 5 und 63;
- 65 schematisch einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle in ähnlicher Darstellung wie 5, 63 und 64;
- 66 schematisch einen weiteren Ausgleich zwischen einer Kurbelwelle und einer Anschlusswelle in ähnlicher Darstellung wie 5 und 63 bis 65;
- 67 die Detailansicht LXVI aus 66;
- 68 eine alternative exzentrische Lagerschale im Schnitt;
- 69 die Detailansicht LXIX aus 68; und
- 70 einen Ausschnitt für einen alternativen Verstelltrieb zum Verstellen exzentrischer Lagerschalen.
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Die in den 1 und 2 schematisch dargestellte Anordnung umfasst eine Kurbelwelle 1, an welcher Pleuel 2 für Hubkolben 3 angeordnet sind, wobei die Hubkolben in nicht näher erläuterter aber an sich bekannter Weise in Zylindern geführt sind, die in einem Motorgehäuse eines Kolbenverbrennungsmotors ausgebildet sind. Dem entsprechend sind die Zylinder mit einem Motorgestell fest verbunden, welches durch ein Motorgehäuse 4 gebildet ist, dessen Bestandteil die Zylinder sind.
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Die Kurbelwelle ist über Exzenter 5 an dem Gehäuse 4 gelagert, wobei zwischen den Exzentern 5 und der Kurbelwelle bei diesem Ausführungsbeispiel ein an sich für Kraftfahrzeugmotoren bekanntes Gleitlager 6 vorgesehen ist. Über einen für dieses Ausführungsbeispiel nicht näher erläuternden Stelltrieb 7 können die Exzenter 5 gleitend in ihrem Gehäusesitz 8 verlagert werden, wodurch sich die Exzentrizität e der Kurbelwelle 1 entsprechend ändern lässt. Dieses wird vorliegend dadurch gewährleistet, dass die Lager 6 bezüglich der Lagersitze 8 exzentrisch ausgebildet sind.
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Durch die Exzentrizität e und ein Verdrehen der Exzenter 5 kann der Weg der Kolben 3 innerhalb der Zylinder verändert werden, wodurch bei diesem Ausführungsbeispiel die Verdichtung an bestimmte Betriebsparameter angepasst werden kann.
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Auf der Kurbelwelle 1 ist eine Primärscheibe 9 über Schrauben 10 angebracht, welche gemeinsam mit der Kurbelwelle 1 rotiert. Des Weiteren ist eine Sekundärscheibe 11 vorgesehen, welche bei diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit einer Abtriebswelle 12, welche bei diesem Ausführungsbeispiel die Anschlusswelle darstellt, verbunden ist. Die beiden Scheiben 9, 11 tragen jeweils Ausgleichsteile 13, 14, welche über Kopplungselemente 15 drehwirksam miteinander verbunden sind, so dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle 1 auf die Anschlusswelle 12 übertragen werden kann.
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Wie unmittelbar ersichtlich laufen die beiden Wellen 1, 12 um unterschiedliche Drehachsen 16, 17, wobei diese Drehachsen 16, 17 je nach konkreter Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels sowie je nach Position der Exzenter 5 auch übereinander liegen können.
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Wie unmittelbar ersichtlich lassen sich durch diese Anordnungen verhältnismäßig große Drehmomente zwischen Kurbelwelle 1 und Anschlusswelle 12 übertragen, da die Ausgleichsteile 13, 14 und insbesondere die Kopplungselemente 15 radial weit außerhalb des Kurbelwellenlagers 6 angeordnet sind. Diese Anordnung eignet sich demnach insbesondere für Antriebsstränge eines Kraftfahrzeugs.
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Die Anschlusswelle 12 umfasst darüber hinaus weitere Baugruppen, von welchen lediglich eine Massescheibe 18 in 1 beispielhaft dargestellt ist, wobei diese Baugruppen letztlich den Abtriebsstrang des entsprechenden Motors darstellen. Die Anschlusswelle 12 ist, wie anhand der 1 unmittelbar ersichtlich, über ein geteiltes Anschlusswellenlager 19, welches aus zwei Teillagern 20 und 21 besteht, kurbelwellenseitig, also an der der Kurbelwelle 1 zugewandten Seite der Anschlusswelle, gelagert. Dieses Anschlusswellenlager 19 ist an einem Gehäusedeckel 22 angeordnet, welcher seinerseits mit dem Motorgehäuse 4 öldicht über eine Verschraubung 23 verbunden ist. Im Bereich des Anschlusswellenlagers 19 ist der Gehäusedeckel 22 gegenüber der Anschlusswelle 12 mit einer Dichtung 24 abgedichtet.
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Wie unmittelbar ersichtlich, ist das Anschlusswellenlager 19 über den Gehäusedeckel 22 an dem Hubkolbenmaschinengestell, welches durch das Motorgehäuse 4 gebildet wird, vorgesehen. Durch die Teilung des Anschlusswellenlagers 19 lässt sich die Momentaufnahme dieses Lagers wesentlich erhöhen, so dass die beiden Teillager 20, 21 verhältnismäßig klein ausgebildet werde können.
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Bei dieser Ausgestaltung kann auf eine Lagerung des Ausgleichs bzw. auf eine Lagerung der Sekundärseite des Ausgleichs an den Exzentern 5 verzichtet werden, so dass die Exzenter 5 verhältnismäßig einfach bauen.
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Darüber hinaus wird durch das Gehäuse 4 und den Gehäusedeckel 22 ein Ölraum 25 gebildet, in welchem der Ausgleich umläuft, wobei dieser Ölraum 25 ortsfest bzw. nicht umlaufend ausgebildet ist, so dass er ohne weiteres mit dem ohnehin vorhandenen Ölsystem des Motors verbunden werden kann.
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Das in 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2, so dass identisch wirksame Baugruppen auch identisch beziffert sind und auf eine erneute Erläuterung an dieser Stelle verzichtet wird. In Abweichung zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 weist das in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einen Steuerantrieb 26 auf, welcher axial zwischen den Anschlusswellenteillagern 20 und 21 angeordnet ist. Vorliegend ist der Steuerantrieb 26 als Zahnrad ausgebildet, welches über eine Kette 28 (siehe schematische Darstellung der 4) in einem Kettenraum 27 ein Steuerrad 29 in an sich bekannter Weise antreibt. Über das Steuerrad 29 kann ein Zwischentrieb 30, 31 für weitere Nebenaggregate (nicht dargestellt) angetrieben werden, wobei dieses letztlich in an sich bekannter Weise geschieht und lediglich die Anordnung des Steuerantriebs 26 auf der Antriebsseite des Kraftfahrzeugsmotors, insbesondere in Verbindung mit den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung, Vorteile bringt. Letzteres gilt insbesondere deshalb, weil der Kettenraum 27 in unmittelbarer Nähe des Ölraums 25 angeordnet ist und ohne weiteres mit diesem Fluid technisch verbunden werden kann, so dass auch der Kettenraum 27 ohne weiteres mit Öl versorgt werden kann.
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Wie anhand 5 schematisch erläutert, muss die Primärscheibe 9 nicht zwingend unmittelbar mit der Kurbelwelle 1 verbunden sein. Vielmehr können weitere Baugruppen, insbesondere auch aktive Baugruppen, hierzwischen vorgesehen sein. Bei dem in 5 skizzierten Ausführungsbeispiel ist ein an sich bekanntes Zweimassenschwungrad 32 zwischen Kurbelwelle 1 und Primärscheibe 9 angeordnet, wobei - je nach konkreter Umsetzung - die Ausgangsseite des Zweimassenschwungrades 32 auch unmittelbar zur Bildung bzw. Aufnahme der kurbelwellenseitigen Ausgleichsteile 13 (hier nicht explizit dargestellt) genutzt werden kann. Im übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel den in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen, so dass auf eine Detailerörterung an dieser Stelle verzichtet wird und identisch wirksame Baugruppen auch mit identischer Bezifferung versehen sind. Die in 5 exemplarisch dargestellte Anordnung hat insbesondere den Vorteil, dass die Primärseite 9 des Ausgleichs durch das Schwungrad bereits erheblich gedämpft ist, so dass eine derartige Anordnung eines Ausgleichs zwischen zwei um verschiedene Achsen umlaufenden Wellen innerhalb des Antriebsstranges auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft ist.
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Wie anhand der in 6 dargestellten Ausführungsform unmittelbar ersichtlich, ist vorliegende Erfindung nicht auf eine besondere Ausgestaltung der Ausgleichsteile 13, 14 sowie der Kopplungselemente 15 beschränkt. So reicht es beispielsweise, wenn die Ausgleichsteile durch Öffnungen 13A bzw. 14A in den Scheiben 9, 11 realisiert sind, während die Kopplungselemente durch gummi- bzw. federelastische Elemente 15A gebildet werden. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kopplungselemente 15A zylinderförmige Gummizapfen, die in entsprechenden Öffnungen 13A bzw. 14A der beiden Scheiben 9, 11 eingepasst sind.
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Ebenso ist vorliegende Erfindung nicht zwingend auf ein geteiltes Anschlusswellenlager 19 beschränkt, wie das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, wobei auch in 7 gleichwirkende Baugruppen gleich beziffert sind, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Kopplungselemente 15B durch exzentrische Scheiben gebildet sind, welche auf sekundärseitigen Zapfen 14B sitzen und in Öffnungen 13B der Primärscheibe 9 angeordnet sind, und wobei die Exzentrizität der Zapfen 14B bezüglich der Öffnungen 13B der Exzentrizität durch die Exzenter 5 entspricht.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus die Sekundärseite des Ausgleichs und mithin die Anschlusswelle kurbelwellenseitig über zwei Teillager 20B und 21B gelagert, die beidseits der Primärscheibe 9 angeordnet sind. Auch bei diesem geteilten Lager kann eine hohe Momentaufnahme gewährleistet werden, wobei auch hier ein feststehender Ölraum 25 realisiert ist. Jedoch ist für das Teillager 21B eine separate Lagerplatte 33 an dem Gehäuse 4 angebracht.
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Wie anhand der 8 bis 11 erläutert, umfasst die in 1 und 2 dargestellte Ausführungsform einen Ausgleich, bei welchem die Ausgleichsteile 13, 14, welche ein primärseitiges Ausgleichsteil 13 bzw. ein sekundärseitiges Ausgleichsteil 14 darstellen, über Spiralfedern, welche das Koppelelement 15 darstellen, miteinander verbunden sind. Hierbei sind die Spiralfedern an ihren Enden 35 (in 10 exemplarisch beziffert) jeweils in Federschuhen 34 angeordnet, welche ihrerseits auf den Ausgleichsteilen 13 bzw. 14, welche als zylinderförmige Zapfen ausgestaltet sind, drehbar gelagert sind. Auf diese Weise kann besonders verlustarm ein Drehmoment zwischen den Ausgleichsteilen 13, 14 bzw. zwischen der primärseitigen Scheibe 9 und der sekundärseitigen Scheibe 11 übertragen werden. Durch die gelenkige Lagerung der Federschuhe 34 können die Federenden 35 entlastet werden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Federn im wesentlichen ohne Vorspannung zwischen den Federschuhen 34 angeordnet und über Bolzen 36 (in 10 exemplarisch beziffert) in den Federschuhen 34 fixiert, so dass über die Federn 15 sowohl Druck- als auch Zugkräfte übertragen werden können. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen die Fixierung der Federn auf beliebige Weise, beispielsweise durch einen Press-Sitz oder durch eine Verpressung bzw. durch Verschraubungen, Lötverbindungen oder ähnliches, fixiert werden können.
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Ein Press-Sitz ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 12 und 13 beispielhaft realisiert, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel je Federende 35 ein separater Federschuh 34A, 34B zur Anwendung kommt und die Federschuhe 34A, 34B jeweils identisch ausgestaltet und spiegelsymmetrisch an dem zylinderförmigen Ausgleichsteil 14 angeordnet sind.
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Auch das in 14 und 15 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 10 und 11 im Detail erläuterten Ausführungsbeispiel. Auch hier sorgt ein Federschuh 34C, an welchem beidseits Federn 15 angreifen, für einen ordnungsgemäßen Sitz dieser Federn an dem Augleichsteil 14 und sichert die Federenden 35 gegen ein radiales Auswandern der Federn 15, insbesondere bei hohen Drehzahlen. Jedoch weist der Federschuh 34C statt einer Öffnung 37 mit entsprechend wirksamen Schultern jeweils einen Zapfen 38 auf, welcher innerhalb der Spiralfedern 15 angeordnet ist. Darüber hinaus sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Federn 15 unter Vorspannung eingesetzt, so dass auf eine Fixierung verzichtet werden kann. Dem entsprechend erfolgt die Drehmomentsübertragung bei diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich über Druck - und nicht auch über Zug, wie dieses bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich ist.
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Während die bis hierhin dargestellten Ausführungsbeispiele nahezu über den gesamten Umfang verteilt Federn als Kopplungselemente aufweisen, sind bei den Ausführungsbeispielen nach 16 bis 21 wesentlich weniger Federn über den Umfang verteilt vorgesehen.
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So weist das in den 16 und 17 dargestellte Ausführungsbeispiel lediglich vier Spiralfedern 15 auf, welche in einander überlappenden Federschuhen 34D und 34E geführt sind. Auf diese Weise sind die Federn ohne weiteres geradlinig ausgerichtet und bestmöglich geführt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass sie verhältnismäßig starr ist, so dass äußert exakt gearbeitet werden muss und insbesondere auch Axialbewegungen bzw. Bewegung zweiter Ordnung nur sehr schwer ausgeglichen werden können. Gegenüber den aus dem Stand der Technik vorgesehenen Anordnungen arbeitet diese Anordnung jedoch immer noch wesentlich verlustärmer.
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Wie die in den 18 und 19 dargestellten Ausführungsformen belegen, müssen die Federschuhe nicht zwingend überlappend angeordnet sein, wobei die Ausführungsform nach 19 Federschuhe zeigt, die lediglich an einem Federende angreifen, ansonsten aber den in 8 bis 11 erläuterten Ausführungsbeispielen entsprechen. Selbiges gilt für den primärseitigen Federschuh 34F des Ausführungsbeispiels nach 18, wobei der sekundärseitige Federschuh 34G auf Stoß an der anschlusswellenseitigen Scheibe 11 über ein sekundärseitiges Ausgleichsteil 14C drehbar gelagert ist. Eine derartige Anordnung baut insbesondere äußerst schmal, wie unmittelbar aus einem Vergleich der 18 und 19 folgt.
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Ähnliches gilt für das Ausführungsbeispiel nach 20 und 21, bei welchem eine anschlusswellenseitige Scheibe 11A ein Fenster 14D aufweist, innerhalb dessen eine Feder 15 angeordnet ist. In die Feder 15 greift eine Hülse 34H, welche auf dem Ausgleichsteil 13 sitzt, als Federschuh ein. Die radiale Sicherung der Feder 15 erfolgt hierbei ausschließlich durch das Fenster 14D.
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Bei dem in 22 bis 24 dargestellten Ausführungsbeispiel, welches im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 sowie 8 bis 11 entspricht, ist - in Abweichung zu dem letztgenannten Ausführungsbeispiel - ein umlaufendes federelastisches Element 15C genutzt. Hierbei weisen die Scheiben 9, 11 jeweils winklige Bereiche 13E, 14E auf, die in an sich beliebiger Weise drehfest als Ausgleichsteile mit der umlaufenden Spiralfeder 15C verbunden sind. Wie insbesondere die 23 und 24 zeigen, kann auf diese Weise baulich sehr einfach ein Ausgleich zwischen den auf der Achse 16 und den auf der Achse 17 rotierenden Baugruppen erfolgen. Darüber hinaus baut diese Anordnung außerordentlich schmal. Dieses gilt dem entsprechend auch für die Anordnung nach 25 und 26, die jedoch mit geteilten Federn arbeitet, welche in starren Federschuhen 34I, die jeweils auf abgewinkelten Bereichen 13E und 14E der Scheiben 9, 11 angeordnet sind, arbeitet.
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In Abweichung zu den vorstehend erläuterten Kurbelwellenlagerungen ist die in den 27 und 28 dargestellte Kurbelwelle 1 in einem Wälzlager aus Zylinderwalzen 6A gelagert, welche in einem Lagerring 5A umlaufen, welcher seinerseits an dem Motorgehäuse 4 mittels eines an sich bekannten Hauptlagerdeckels 40 gelagert ist. Hierbei laufen die Zylinderwalzen 6A auf einer kurbelwellenseitigen Lauffläche 41 und auf einer gestellseitigen Lauffläche 42. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die gestellseitige Lauffläche einstückig auf dem Lagerring 5A ausgebildet und der Lagerring 5A mit einer verhältnismäßig geringen Stärke ausgebildet, da das Gehäuse 4, 40 ausreichend Stützkräfte einbringen kann. Je nach konkreter Auslegung ist es jedoch von Vorteil, wenn die mittlere Stärke des Lagerrings - und insbesondere nach Möglichkeit die geringste Stärke des Lagerrings - 20 % größer ist als der Durchmesser der Wälzkörper 6A.
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Wie unmittelbar aus 28 ersichtlich, ist die radial äußere Umfangsfläche 43 des Lagerrings 5A mit einer gegenüber der Kurbelwellenachse 16 versetzten Mittelachse 44 ausgebildet. Auf diese Weise ist der Lagerring 5A exzentrisch ausgestaltet, so dass durch eine Rotation des Lagerrings innerhalb des Gestells aus Maschinengehäuse 4 und Hauptlagerdeckel 40 eine Verlagerung der Kurbelwellenachse 16 ohne weiteres realisiert werden kann.
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Darüber hinaus ist der Lagerring 5A an einer Teilungsfläche 45 geteilt, die bei vorliegendem Ausführungsbeispiel axial einen Versatz aufweist, wie aus 27 ersichtlich.
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Eine Alternative für eine derartige Teilung des Lagerrings zeigt 29, bei welcher die Teilungsfläche 45A die Richtung mehrfach ändert.
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Durch einen derartigen Versatz der Teilungsflächen 45 bzw. 45A lässt sich Laufruhe des Wälzlagers weiter erhöhen, da die Wälzkörper 6A die entsprechende Trennkante, welche durch die Teilungsfläche 45, 45A bedingt ist, nicht in einem rechten Winkel und somit schlagartig überlaufen. Dieses führt darüber hinaus zu einer vorteilhaften Schonung des Lagers an sich.
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Das in 30 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 27 und 28, wobei jedoch die radial äußere Umfangsfläche 43 des Lagerrings 5B konzentrisch zur Kurbelwellenachse 16 bzw. zur Lauffläche 42 der Wälzkörper 6A ausgebildet ist.
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Wie die Detailansicht der 31 bis 33 des in 27 und 28 dargestellten Lagerrings 5A zeigt, ist der Lagerring an seiner Teilung über Schrauben 46 miteinander verbunden, so dass er in sich eigensteif ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Teilfläche auch in einem rechten Winkel zu der Exzentrizität ausgebildet sein, so dass die Schrauben nicht zwingend im Bereich der niedrigsten Stärke des Lagerrings angeordnet sein müssen.
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Der Lagerring 5A weist darüber hinaus einen Schmiermitteleinlass 47 auf, der innerhalb einer Ausnehmung 48 der radial äußeren Umfangsfläche 43 ausgebildet und mit einem Schmiermittelauslass 49 verbunden ist. Auf diese Weise kann Schmiermittel an das Wälzlager herangeführt werden, wobei durch die Ausnehmung 48 der Lagerring 5A in Bezug auf das Gestell aus Maschinengehäuse 4 und Hauptlagerdeckel 40 gedreht werden kann und dennoch bei einer feststehenden Schmiermittelzufuhr gewährleistet ist, dass Schmiermittel aus der Schmiermittelzufuhr in die Ausnehmung 48 und somit in den Schmiermitteleinlass 47 gelangt. Es versteht sich, dass eine derartige Anordnung auch für Gleitlager vorteilhaft genutzt werden kann.
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Um die Ausnehmung 48 herum ist eine Dichtung 50 angeordnet, so dass das Schmiermittel auch unter Druck der Ausnehmung 48 aufgegeben werden kann. Des Weiteren ist auf der dem Dichtring 50 gegenüberliegenden Seite der radial äußeren Umfangsfläche 43 ein weiterer Dichtring 51 eingelassen, der an sich eine dichtende Funktion nicht zu erfüllen braucht. Dieser Dichtring 51 dient gemeinsam mit dem Dichtring 50 einer schwingungsdämpfenden Lagerung des Lagerrings 5A an dem Gestell aus Maschinengehäuse 4 und Hauptlagerdeckel 40.
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Alternativ können auch andere Schwingungsdämpfungsmittel vorgesehen sein, wie beispielsweise anhand 34 mittels umlaufender Gummilippen 52 oder 35 mittels eines Stahlgeflechts 53 beispielhaft verdeutlicht ist. Bei letztere Ausführungsform kann statt eines Stahlgeflechts auch ein anderes flächiges Schwingungsdämpfungsmittel zur Anwendung kommen. Vorzugsweise kann dieses auch zur Wärmeableitung von Wärme, welche in dem Wälzlager entsteht, genutzt werden, so dass je nach konkreter Umsetzung statt eines Stahlgeflechts auch andere Wärme ableitende Mittel zwischen Lagerring und Gestell vorgesehen sein können, die insbesondere auch weniger schwingungsdämpfend sein können, wenn dieses bei der entsprechenden Ausführungsform konkret nicht erforderlich ist.
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Insbesondere kann bei dem Ausführungsbeispiel nach 34 zwischen den Gummilippen ein äußerst stabiler Schmiermittelfilm aufgebaut werden, welcher zur Schwingungsdämpfung genutzt werden kann. Auch das Stahlgeflecht 53 kann mit Schmiermittel oder einem sonstigen entsprechend wirksamen Fluid durchsetzt sein, so dass die schwingungsdämpfende bzw. Wärme ab- oder durchleitende Wirkung dieser Anordnung weiter erhöht werden kann. Diese Vorteile gelten sowohl für Gleitlager- als auch für Wälzlageranordnungen, und zwar auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung für Lager mit selbsttragenden Lagerringen.
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Auch der Lagerring 5C nach 36 und 37 entspricht im Wesentlichen dem Lagerring 5A. Jedoch ist, wie unmittelbar ersichtlich, die Lauffläche 42 des Wälzlagers in axialer Richtung breiter als die radial äußere Umfangsfläche 43 des Lagerrings 5C ausgestaltet. Hierdurch lässt sich ein Kantentragen der Kurbelwelle verringern und Material einsparen. Hierbei ist es nicht zwingend notwendig, dass diese Verringerung über den gesamten Umfang des Lagerrings vorliegt, wie insbesondere auch anhand dieses Ausführungsbeispiels ersichtlich ist. Es versteht sich allerdings, dass insbesondere in einem breiteren Bereich des eigentlichen Lagerrings Verbindungseinrichtungen, wie die Schrauben 46, angeordnet sein können, dieses gilt insbesondere dann, wenn die Verbindung in einem verhältnismäßig schwachen Bereich des Lagerrings 5C vorgesehen ist. Die hierdurch gebildete hervorkragende Schulter 55 kann zudem durch ihre leichte Nachgiebigkeit das Laufverhalten des Wälzlagers vorteilhaft beeinflussen, was auch für Gleitlager entsprechend vorteilhaft gilt.
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Der in 38 bis 41 dargestellte Lagerring 5, welcher in dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 beispielhaft zur Anwendung kommt, entspricht in seinem wesentlichen Aufbau dem in 27 bis 28 dargestellten Lagerring, wobei jedoch der Lagerring 5 bei diesem Ausführungsbeispiel ein Gleitlager 6 aufweist, wie bereits erläutert wurde, und wobei hier auch ohne Weiteres ein Wälzlager einsetzbar ist. Zur Verstellung des Lagerrings 5 ist an dem selben ein Verstellhebel 60 angesetzt, der vorliegend, wie insbesondere 41 zeigt, Bestandteil eines u-förmig gebogenen Blechteils 61 ist, welches einstückig jeweils zwei Verstellhebel 60 sowie ein Zwischenstück 62 darstellt. Hierbei versteht es sich, dass in alternativen Ausführungsformen eine derartige Anordnung auch mehrteilig ausgebildet sein kann, indem ein Zwischenstück beidseits mit einem Verstellhebel verbunden wird.
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Wie insbesondere aus 41 ersichtlich, kann auf diese Weise eine äußerst einfach aufgebaute Synchronisation zwischen mehreren Lagerringen 5 realisiert werden.
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Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel sind die Verstellhebel 60 jeweils über Nieten 63 an den Lagerringen 5 befestigt, wobei die Lagerringe jeweils in als Flachpassungen aufgelegten Ausnehmungen 64 angeordnet sind, sodass ein äußerst stabiler Sitz gewährleistet sein kann. Es versteht sich jedoch, dass je nach konkreter Ausgestaltung andere Verbindungsarten beziehungsweise ein Verzicht auf eine derartige Ausnehmung vorgesehen sein können.
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In Abweichung zu dem in 27 und 28 erläuterten Ausführungsbeispiel ist der exzentrische Lagerring und das in diesem Lagerring eingesetzte Gleitlager entlang einer Ebene 45B geteilt, da Gleitlager einer versetzten Trennfläche nur schwer zugänglich erscheinen.
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Das in 42 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 38 bis 41, wobei jedoch der Verstellhebel 60A seitlich angesetzt ist und das Zwischenstück 62A Ausstanzungen 65 aufweist, in welche ein Ritzel einer Verstellwelle eingreifen kann.
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Einen derartigen Eingriff zeigen beispielhaft die Ausführungsformen nach 43 und 44 bzw. 45. Hier kämmt ein Ritzel 66, welches auf einer Verstellwelle 67 befestigt ist mit einer entsprechend aufgeprägten Struktur 65A an einem Zwischenstück 62B. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Zahnverbindung derart ausgestaltet, dass die Anordnung bei einem Kraftfluss von den Verstellhebeln 60B, welche bei diesem Ausführungsbeispiel etwas kürzer als bei dem Ausführungsbeispiel nach 38 bis 41 ausgebildet sind, zu der Verstellwelle 67 hemmt, während eine Verstellung möglich ist, wenn die Verstellwelle 67 durch einen bei diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellten Verstelltrieb gedreht wird.
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Darüber hinaus ist die Verstellwelle 67 bei den Ausführungsbeispielen nach 43 und 44 bzw. 45 in dem Hauptlagerdeckel 40A, 40B des Maschinengehäuses 4 gelagert, welche hierfür in geeigneter Weise entsprechende Ansätze aufweisen, wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich. Auf diese Weise können diese Anordnungen verhältnismäßig exakt gefertigt werden, sodass Toleranzen, die insbesondere bei einem selbsthemmenden Getriebe zu einem unnötigen Spiel führen würden, minimiert werden können.
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Eine derartige Lagerung könnte bei dem Ausführungsbeispiel nach 46 bis 48 für die Verstellwelle 67A ebenfalls realisiert werden, was jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel nicht geschehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Verstellwelle 67A in an sich bekannter Weise sonstwie in dem Motorgehäuse 4 gelagert. Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel weitgehend dem Ausführungsbeispiel nach 38 bis 41, wobei jedoch in Abweichung von diesem Ausführungsbeispiel der Verstellhebel 60D einstückig an dem Lagerring 5E ausgebildet ist und der Verstelltriebstrang ein Gestänge 68, 69, 60D mit zwei Gelenken 70, 71 umfasst. Wie anhand der 47 und 48 unmittelbar ersichtlich, weist dieses Gestänge 68, 69, 60D zwei Todpunkte auf, in welchem der exzentrische Lagerring 5E ohne große Kräfte über die Verstellwelle 67A gehalten werden kann. Durch geeignete Auslegung der Gestängeanordnung können die Todpunkte derart gewählt werden, dass diese zwei Hauptbetriebspunkte einer Hubkolbenmaschine, beispielsweise einer Hubkolbenmaschine ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2, darstellen.
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Wie anhand der 49 und 50 ersichtlich, kann die Rotationsenergie der Hubkolbenmaschine als Antriebsenergie für einen Verstelltrieb, mit welchem eine Kurbelwellenachse einstellbar ist, genutzt werden, wie in diesen Figuren anhand des in 43 und 44 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei sitzt auf der Verstellwelle 67 ein Reibrad 72, welches mit zwei weiteren Reibrädern 73, 74 in Eingriff ist. Die beiden Reibräder 73, 74 sind hierbei an einer Steuerscheibe 75 um eine Hauptachse 76 der Verstellwelle 67 kippbar gelagert. Durch die Kippbewegung können die Reibräder 73, 74 wahlweise mit einem Reibring 77 reibend in Eingriff gebracht werden, welcher bei diesem Ausführungsbeispiel an einem Schwungrad 78 angebracht ist. Da das Reibrad 73 von außen an dem Reibring 77 angreift und das Reibrad 74 von innen an dem Reibring 77 angreift, kann hierdurch ein Drehrichtungswechsel hinsichtlich der Verstellwelle 67 unmittelbar realisiert werden.
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Das Kippen kann beispielsweise mit einem kleinen und äußerst energiearm betreibbaren Linearaktuator realisiert werden. Ebenso kann in an sich bekannter Weise ein Reduziergetriebe vorgesehen sein, um die Verstellgeschwindigkeiten geeignet anpassen zu können. Es versteht sich, dass auf diese Weise ein Verstelltrieb realisiert werden kann, welcher äußerst wenig Energie aus Drittsystemen benötigt.
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Die Drehrichtungsumkehr des Reibrades 72 und mithin der Verstellwelle 67 ist in 49 bzw. 50 bei gleichsinnig umlaufendem Schwungrad 78 (siehe Pfeil 79) durch den Pfeil 80 dargestellt.
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Eine alternative Lösung zu dem Ausführungsbeispiel nach 49 und 50 zeigen 51 und 52, bei welcher der Energieabgriff ausschließlich radial innen an dem Reibring 77 erfolgt. Hierzu wurde zwischen ein Reibrad 73A und dem Reibrad 72 ein ergänzendes Zwischenrad 81 eingesetzt, welches entsprechend eine Drehrichtungsumkehr bewirkt. Das in den 53 und 54 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 51 und 52 dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der Abgriff radial außen an dem Reibring 77 erfolgt.
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Wie bereits in dem in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich, arbeiten Kurbelwellen häufig mit Zugmitteltrieben, wie beispielsweise Kettentrieben zusammen, wobei derartige Triebe bei Kolbenbrennkraftmaschinen in der Regel zum Antrieb von Nebenaggregaten genutzt werden. Die in den 55 bis 60 dargestellten Anordnungen erlauben einen Verzicht auf komplexe Ausgleiche, welche Drehmomente bzw. Antriebskräfte übertragen müssen, in dem die Zugmittel entsprechend angepasst werden, wenn ein Antriebsrad 81 eines Kettentriebes 82 exzentrisch um eine Achse 83 (lediglich exemplarisch beziffert) geschwenkt wird. Es versteht sich hierbei, dass das Antriebsrad 81 beispielsweise unmittelbar auf einer verlagerbaren Kurbelwelle angeordnet sein kann.
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Bei den in 55 bis 60 dargestellten Ausführungsbeispielen, ist ein mit der Kurbelwelle schwenkbares Antriebsrad 81 jeweils über eine Kette 82 mit einem ortsfest gelagerten Abtriebsrad 84 verbunden. Von dem Abtriebsrad 84 aus werden bei den Ausführungsbeispielen nach 55 und 56 bzw. 59 und 60 in bekannter Weise Nebenaggregate bzw. Steuertriebe über ein weiteres Zugmittel 85 bedient, wie dieses schon anhand des Ausführungsbeispiels nach 3 und 4 angedeutet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 57 und 58, welches an sich einer vertikalen Anordnung eines Zugmitteltriebes in einem Kraftfahrzeug entspricht, wird lediglich der Steuertrieb für die Nockenwelle über das Abtriebsrad 84 unmittelbar angetrieben.
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Durch die Verlagerung des Antriebsrades 81 verändert sich die Kettenspannung in der Kette 82, was einerseits zu unmittelbaren Funktionsstörungen führen und andererseits eine Veränderung der Phase zwischen dem rotierenden Antriebsrad 81 und dem rotierenden Abtriebsrad 84 bedingen kann, wobei letzteres insbesondere bei Steuertrieben für die Nockenwelle fatale Folgen haben kann.
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Um dieses zu vermeiden, werden bei den Ausführungsbeispielen nach 55 bis 58 die beiden Trumms 82A und 82B (lediglich in den 55, 57 und 59 exemplarisch beziffert) mittels Schienen 86 eingeschwenkt. Hierzu sind die Schienen 86 einerseits auf einem Zapfen 87 (exemplarisch beziffert) gelenkig gelagert und andererseits über ein zwei Gelenken 89, 90 aufweisendes Gestänge 88 mit einer Steuerscheibe 91 verbunden, welche ihrerseits mit einer Stellscheibe 92 kämmt, die beispielsweise auf einem exzentrischen Lagerring sitzt oder sonstwie konzentrisch zur Achse 83 angeordnet ist.
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Das durch die Räder 92, 91 und das Gestänge 89, 88, 90, 86, 87 gebildete Getriebe ist hierbei derart ausgelegt, dass bei einer Verlagerung des Antriebsrades 81 einerseits die Spannung in den Ketten 82 beibehalten wird und andererseits eine Phase zwischen Antriebsrad 81 und Abtriebsrad 84 entweder beibehalten oder aber um die gewünschten Werte modifiziert wird.
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Das in den 59 und 60 dargestellte Ausführungsbeispiel erfüllt diese Anforderung ebenfalls, wobei hierzu eine Kopplung der Zugmittelnachführvorrichtung, die bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Umlenkrädern 93, die an einem Balken 94 gelagert sind, realisiert ist, unmittelbar über zwei Stellstangen 95 erfolgt. Auch hier ist einem Fachmann unmittelbar ersichtlich, dass das Maß, mit welchem die Räder 93 einschwenken ohne Weiteres in gewünschter Weise gewählt werden kann, so dass bei einem Schwenken des Antriebsrades 81 die gewünschte Kettenspannung einerseits und die gewünschte Phase zwischen Antriebsrad 81 und Abtriebsrad 84 andererseits beibehalten bzw. eingestellt werden kann.
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Es versteht sich, dass ein derartiger Zugmitteltrieb, bei welchem wenigstens ein Rad exzentrisch schwenkt und bei welchem beide Trumms des Zugmitteltriebes, also das auf das Rad zulaufende Trumm und das von dem Rad weglaufende Trumm, mit einer zur Schwenkbewegung proportional angesteuerten Zugmittelnachführvorrichtung wechselwirken, auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft ist. Selbiges gilt für einen Zugmitteltrieb, bei welchem die Zugmittelnachführvorrichtung über ein Getriebe angesteuert wird, da hierdurch in Abweichung beispielsweise von federnden Kettenspannern, eine Einschwenkung erfolgen kann, die unmittelbar proportional zur Verlagerung des entsprechenden Rades ist. Vorzugsweise ist das Getriebe unmittelbar proportional zur Verlagerung der Kurbelwelle angesteuert und/oder gibt diese Verlagerung eineindeutig an die Zugmittelnachführvorrichtung weiter.
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Die bereits eingangs erwähnte
DE 199 39 210 A1 offenbart für einen Steuerantrieb einen verhältnismäßig kleinen Ausgleich, der jedoch verhältnismäßig aufwendig baut. Eine hierzu alternative Ausgestaltung zeigen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele, bei denen ein Hohlrad mit einem Sonnenrad in Drehschluss steht, wobei die Achsen dieser beiden Räder entsprechend versetzt sind. Insofern bildet das eine dieser Räder das erste Ausgleichsteil und das andere dieser Räder das zweite Ausgleichsteil, über welche dann der entsprechende Ausgleich zwischen den beiden axial versetzt angeordneten Wellen erfolgt. Die beiden Achsen können dann relativ zueinander verlagert werden, indem das Sonnenrad entsprechend kreisförmig bezüglich des Hohlrades bewegt wird.
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In einer konkreten Umsetzung nach 62 wird auf einer Kurbelwelle 1 ein Sonnenrad 101 angesetzt, welches bei diesem Ausführungsbeispiel als Zahnrad ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Hohlrad 100, welches achsversetzt angeordnet ist, kämmt. Dieses Hohlrad 100, welches die Sekundärseite bildet und diverse Antriebsritzel 102, 103 für Steuertrieb und Ölpumpe und die Aufnahme 106 eines Torsionsschwingungsdämpfers mit dem Riemenrad für den Antrieb der Nebenaggregate trägt, ist separat in einem Wälzlager 104 auf der Gehäuseseite 4 und einem weiteren Wälzlager 105 dazu versetzt gelagert. Die Befestigung 106 für den vorstehend genannten Torsionsschwingungsdämpfer wird demnach von der Sekundärseite aufgenommen, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Gesamtanordnung in einem separatem Gehäuse gelagert ist, während sie ohne Weiteres auch an dem Gehäuse 4 in einer alternativen Ausführungsform gelagert werden kann.
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Wie unmittelbar anhand der 61 ersichtlich, weisen die beiden Räder 100, 101 aufgrund ihrer unterschiedlichen Radii d1 und d2 und der Exzentrizität e, also ihrem Abstand, einen eindeutigen Haupteingriffspunkt 107 auf, welcher bei einer Drehung des Lagerringes 5, der an seiner äußeren Oberfläche konzentrisch zum Hohlrad 100 gelagert ist, dementsprechend wandert.
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Eine derartige Ausgestaltung muss nicht zwingend lediglich für einen Sekundärabtrieb bzw. Nebenabtrieb an einer Kurbelwelle 1 vorgesehen sein. Vielmehr ist eine derartige Anordnung auch bei einem Hauptabtrieb denkbar, wie dieses beispielhaft 63 zeigt. Hierbei entspricht die Darstellungsart der 5. Ebenso entspricht auch dieses Ausführungsbeispiel weitgehend dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der Ausgleich durch ein Hohlrad 100A und ein Sonnenrad 101A gebildet ist, welche miteinander verzahnt und auf versetzten Achsen angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Räder 100A, 101A entsprechend stärker als bei dem Ausführungsbeispiel nach 62 ausgelegt, so dass diese Anordnung auch für einen Hauptabtrieb zur Anwendung kommen kann.
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Statt verzahnten Rädern 100A, 101A können, wie das Ausführungsbeispiel nach 64 zeigt, auch in Reibeingriff zueinander stehende Räder 100B, 101B zur Anwendung kommen. Eine geeignete Auswahl und Dimensionierung erschließt sich hierbei einem Fachmann unmittelbar aus den an die jeweilige Anordnung gestellten Erfordernissen.
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In einer weiteren Alternative können Hohlrad und Sonnenrad hinsichtlich des Kraft- bzw. Drehmomentflusses vertauscht vorgesehen sein, wie dieses das Ausführungsbeispiel nach 65 exemplarisch dargstellt. Hierbei dient ein Torsionsschwingungsdämpfer 32A, welcher unmittelbar in an sich bekannter Weise mit der exzentrisch gelagerten Kurbelwelle 1 verbunden ist, mit seiner Ausgangsseite als Sonnenrad 100C, welches das kurbelwellenseitige Ausgleichsteil darstellt. Dieses Sonnenrad 100C wird von einem Hohlrad 101C umgriffen, welches hierzu axial versetzt angeordnet ist. Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiel nach 64, wobei bei den Ausführungsbeispielen nach 63 bis 65 ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 die Vorteile eines kurbelwellenseitig angeordneten Torsionsschwingungsdämpfers 32, 32A für den jeweiligen Ausgleich, der dann wesentlich weniger Schwingungen zu verkraften hat, identisch sind.
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Es versteht sich, dass zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad ein Zwischenrad, wie beispielsweise ein Planetenrad, angeordnet sein kann, ohne dass hierdurch die vorstehend beschriebene Vorteil nicht genutzt werden könnten. Durch ein derartiges Zwischenrad können insbesondere die Drehrichtung und Reibverhältnisse schnell und einfach angepasst werden.
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Das in den 66 und 67 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 64, wobei auf einen Torsionsschwingungsdämpfer verzichtet wurde. Darüber hinaus sind bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl das Hohlrad 100D als auch das Sonnenrad 101D kegelig ausgebildet, wie in 67 exemplarisch angedeutet, so dass dieses Ausführungsbeispiel auch als Kupplung genutzt werden kann, indem Hohlrad 100D und Sonnenrad 101D entlang des Doppelpfeils 120 relativ zueinander bewegt werden.
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Wie bereits vorstehend im Detail erläutert, können die Lagerringe, die wegen der komplexen Ausgestaltung einer Kurbelwelle geteilt ausgebildet sein müssen, auf verschiedenste Weise miteinander verbunden werden, wobei vorstehend insbesondere Schraubverbindungen erläutert wurden. Das in den 68 und 69 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen exzentrischen Lagerring 5F dessen eine Lagerringhälfte 121 Laschen 122 aufweist. Dementsprechende Laschen 123 weist die hierzu komplementäre Lagerringhälfte auf (siehe 69). Die Laschen 122 und 123 weisen konzentrisch angeordnete Öffnungen auf, in welche ein Bolzen 124 gepresst ist. Eine derartige Anordnung baut auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung, auch bei kleinen Räumen, äußerst stabil, so dass diese Anordnung auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung insbesondere für exzentrische Lagerringe geeignet ist, die in einem verhältnismäßig schmalen Bereich geteilt sind.
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Das in den 68 und 69 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst darüber hinaus ein eingesetztes Gleitlager 6. In einer alternativen Ausführungsform, in welcher ein Wälzlager zur Anwendung kommt, können die Wälzkörper ohne Weiteres unmittelbar über die Laschen laufen, wobei durch die Laschen eine versetzte Teilungsfläche direkt realisiert ist. Bei letzterem Ausführungsbeispiel ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Laschen nicht rechtwinklig ausgebildet sind. Vorteilhaft wäre beispielsweise eine Ausgestaltung der Laschen entsprechend des Ausführungsbeispiels nach 29 und der dort dargestellten Teilungsfläche 45A.
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Um die exzentrischen Lagerringe möglichst genau positionieren und in ihrer Position fixieren zu können, sollte ein Verstelltrieb möglichst wenig Spiel aufweisen. Hierzu wurde bereits vorstehend als Lösungsmöglichkeit beispielsweise ein selbsthemmendes Getriebe vorschlagen. Sollte dieses jedoch nicht ausreichen, kann über zwei koaxial angeordnete, gegeneinander verspannte Zahnräder ein Spielausgleich innerhalb eines Verstelltriebs, mit welchem eine Kurbelwellenachse verstellt und in Ihrer Position fixiert werden soll, realisiert werden. Durch das Verspannen der beiden Zahnräder lässt sich ein entsprechendes Spiel auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung ohne weiteres ausgleichen bzw. minimieren.
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Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt 70, bei welchem eine Verstellwelle 67 ein Verstellritzel 125 trägt, welches dazu dienen soll, ein u-förmig gebogenes Blechteil 61B, mittels dessen eine Kurbelwelle in hier nicht näher dargestellter aber im Übrigen vorliegend ausreichend erläuterter Weise verlagert werden soll, zu verlagern bzw. positionieren. Hierzu kämmt das Ritzel 125 mit einem Zwischenrad 126, welches seinerseits mit einer Verzahnung 65 kämmt, die in das Blechteil 61 eingeprägt ist. Um ein Spiel zu vermeiden, sind beidseits des Zwischenrades 126 Spannritzel 127, 128 angeordnet, wobei das Spannritzel 127 lediglich mit der Verzahnung 65 und das Spannritzel 128 lediglich mit dem Ritzel 125 kämmt. Um nun das Spiel zwischen den Verzahnungen 125 und 126 zu minimieren, kann das Spannritzel 128 gegenüber dem Zwischenrad 126 verdreht werden, was bei dieser Ausführungsform über eine Drehfeder geschieht. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel erfolgt dieses bei der Montage durch Öffnen einer entsprechenden Verschraubung, die nach einem Beseitigen des Spiels entsprechend wieder geschlossen wird. In entsprechender Weise erfolgt ein Verdrehen des Spannritzels 127 bezüglich des Zwischenrades 126 um ein Spiel zu den Zähnen 65 zu minimieren.
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Es versteht sich, dass eine derartige Verminderung eines Spiels auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung, insbesondere im Antriebsstrang eines Verstelltriebs für das Positionieren einer verlagerbaren Kurbelwelle, vorteilhaft ist.
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Bei der vorliegenden Beschreibung anliegender Zeichnung wurden gleich wirkende Baugruppen identisch beziffert. Weichen die Baugruppen voneinander ab, so sind die Bezugsziffern durch nachgestellte Buchstaben unterschieden, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen teilweise auf eine erneute Erläuterung der abweichenden Baugruppen verzichtet wurde, wenn die Abweichungen unmittelbar aus der Zeichnung ersichtlich und für einen Fachmann ohne Weiteres nachvollziehbar erscheinen.
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Es versteht sich, dass vorliegende Figurenbeschreibung die Erfindung nicht beschränkend erläutert sondern dass vielmehr noch weitere Alternativen hierzu einen Fachmann anhand der vorliegenden Beschreibung unmittelbar zugänglich werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Pleuel
- 3
- Hubkolben/Kolben
- 4
- Maschinengehäuse
- 5
- Exzenter
- 5A
- Lagerring
- 5B
- Lagerring
- 5C
- Lagerring
- 5D
- Lagerring
- 5E
- Lagerring
- 5F
- exzentrischer Lagerring
- 6
- Gleitlager/Lager/Kurbelwellenlager
- 6A
- Zylinderwalzen/Walzkörper
- 7
- Stelltrieb
- 8
- Gehäusesitz/Lagersitze
- 9
- Primärscheibe
- 10
- Schrauben
- 11
- Sekundärscheibe
- 11A
- anschlusswellenseitige Scheibe
- 12
- Anschlusswelle
- 13
- primärseitiges Ausgleichsteile
- 13A
- Öffnungen
- 13B
- Öffnungen
- 13E
- winklige Bereiche
- 14
- sekundärseitiges Ausgleichsteile
- 14A
- Öffnungen
- 14B
- Zapfen
- 14C
- sekundärseitiges Ausgleichsteil
- 14D
- Fenster
- 14E
- winklige Bereiche
- 15
- Federn
- 15A
- Elemente
- 15B
- Kopplungselemente
- 15C
- federelastisches Element
- 16
- Kurbelwellenachse
- 17
- Drehachse
- 18
- Massescheibe
- 19
- Anschlusswellenlager
- 20
- Teillager/Anschlusswellenteillager
- 20B
- Teillager
- 21
- Teillager/Anschlusswellenteillager
- 21B
- Teillager
- 22
- Gehäusedeckel
- 23
- Verschraubung
- 24
- Dichtung
- 25
- Ölraum
- 26
- Steuerantrieb
- 27
- Kettenraum
- 28
- Kette
- 29
- Steuerrad
- 30
- Zwischentrieb
- 31
- Zwischentrieb
- 32
- Zweimassenschwungrad
- 32A
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 33
- Lagerplatte
- 34
- Federschuh
- 34A
- Federschuh
- 34B
- Federschuh
- 34C
- Federschuh
- 34D
- Federschuh
- 34E
- Federschuh
- 34F
- Federschuh
- 34G
- Federschuh
- 34H
- Hülse
- 341
- starren Federschuh
- 35
- Federenden
- 36
- Bolzen
- 37
- Öffnung
- 38
- Zapfen
- 40
- Hauptlagerdeckel
- 40A
- Hauptlagerdeckel
- 40B
- Hauptlagerdeckel
- 41
- kurbelwellenseitige Lauffläche
- 42
- gestellseitigen Lauffläche
- 43
- Umfangsfläche
- 44
- Mittelachse
- 45
- Teilungsfläche
- 45A
- Teilungsfläche
- 45B
- Ebene
- 46
- Schrauben
- 47
- Schmiermitteleinlass
- 48
- Ausnehmung
- 49
- Schmiermittelauslass
- 50
- Dichtring
- 51
- Dichtring
- 52
- Gummilippen
- 53
- Stahlgeflecht
- 55
- Schulter
- 60
- Verstellhebel
- 60A
- Verstellhebel
- 60B
- Verstellhebel
- 60C
- Verstellhebel
- 60D
- Verstellhebel/Gestänge
- 61
- Blechteil
- 61B
- Blechteil
- 62
- Zwischenstück
- 62A
- Zwischenstück
- 62B
- Zwischenstück
- 63
- Nieten
- 64
- Ausnehmung
- 65
- Ausstanzung/Verzahnung
- 65A
- Struktur
- 66
- Ritzel
- 67
- Verstellwelle
- 67A
- Verstellwelle
- 68
- Gestänge
- 69
- Gestänge
- 70
- Gelenke
- 71
- Gelenke
- 72
- Reibrad
- 73
- Reibrad
- 73A
- Reibrad
- 74
- Reibrad
- 74A
- Reibrad
- 75
- Steuerscheibe
- 76
- Hauptachse
- 77
- Reibring
- 78
- Schwungrad
- 79
- Pfeil
- 80
- Pfeil
- 81
- Zwischenrad
- 81A
- Zwischenrad
- 82
- Kettentrieb/Kette
- 82A
- Trumms
- 82B
- Trumms
- 83
- Achse
- 84
- Abtriebsrad
- 85
- Zugmittel
- 86
- Schienen/Gestänge
- 87
- Zapfen/Gestänge
- 88
- Gestänge
- 89
- Gelenke/Gestänge
- 90
- Gelenke/Gestänge
- 91
- Steuerscheibe/Räder
- 92
- Stellscheibe/Räder
- 93
- Umlenkräder
- 94
- Balken
- 95
- Stellstange
- 100
- Hohlrad/Räder
- 100A
- Hohlrad
- 100B
- Räder
- 100C
- Sonnenrad
- 100D
- Hohlrad
- 101
- Sonnenrad/Räder
- 101A
- Sonnenrad
- 101B
- Räder
- 101C
- Hohlrad
- 101D
- Sonnenrad
- 102
- Antriebsritzel
- 103
- Antriebsritzel
- 104
- Wälzlager
- 105
- Wälzlager
- 106
- Aufnahme/Befestigung
- 107
- Haupteingriffspunkt
- 120
- Doppelpfeil
- 121
- Lagerringhälfte
- 122
- Laschen
- 123
- Laschen
- 124
- Bolzen
- 125
- Verstellritzel
- 126
- Zwischenrad
- 127
- Spannritzel
- 128
- Spannritzel
- e
- Exzentrizität