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Antrieb der Steuerwelle von Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft
einen Antrieb der Steuerwelle von Brennkraftmaschinen mittels schrägverzahnter Räder.
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Bei großen, langsam laufenden Dieselmotoren werden infolge der gesteigerten
Motorleistung auch die von der Steuerwelle zu übertragenden Leistungen immer größer.
Außerdem ist bei Großmotoren der Abstand zwischen der treibenden Kurbelwelle und
der getriebenen Steuerwelle so groß, daß bei Verwendung eines Stirnradantriebs mehrere
Zwischenräder erforderlich sind. Wegen des hohen zu übertragenden Drehmomentes müssen
die Zahnräder überdies eine relativ große tragende Breite aufweisen, weshalb zum
Erzielen eines guten Tragbildes der Zahnräder ein genau achsparalleles Laufen der
Räder Bedingung ist, da sonst durch einseitiges Tragen der Zähne schwere Schäden
auftreten können. Zahnräder mit Geradverzahnung, die dieser Forderung genügen, weisen
aber eine starke Geräuschentwicklung auf, so daß man auch wegen der bei gleicher
Radbreite größeren Tragfähigkeit Schrägverzahnung vorzieht. Bei der üblichen Anordnung
solcher schrägverzahnten Räder treten jedoch unter dem Einfluß der Zahnkräfte zwangläufig
Momente auf, welche die Räder aus ihrer Laufebene zu kippen versuchen. Dies führt
zu ungleichem Tragen der Zähne und zu örtlicher Überbeanspruchung, welche eine Pittingbildung
und ein Anreißen oder gar Ausbrechen der Zähne nach sich zieht. Wenn überdies die
Achsen eines mehrrädrigen Zahnradtriebes nicht in einer Ebene angeordnet sind, treten
neben der vorgenannten Beanspruchung noch Schränkungsmomente auf, welche durch die
Wirkung der Axialkräfte um die Vertikalachse entstehen und die gleichen Nachteile
verursachen.
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Der bisher für diesen Zweck ebenfalls übliche durchgehende Räderzug,
bei dem jedes Zwischenrad mit zwei anderen Zahnrädern im Eingriff steht, führt außerdem
zu Biegewechselbeanspruchung der Zähne, wodurch deren Lebensdauer wesentlich beeinträchtigt
wird.
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Zur Behebung der erwähnten Mängel wird bei einem Steuerwellenantrieb
von Brennkraftmaschinen mittels schrägverzahnter Räder erfindungsgemäß vorgeschlagen,
zwischen dem getriebenen Rad auf der Steuerwelle und dem Antriebsrad auf der Kurbelwelle
mehrere Doppelzahnräder vorzusehen, wobei jeweils die eine Hälfte eines Doppelzahnrades
eine zur anderen Häfte entgegengesetzte Zahnschräge aufweist und ferner die Achsen
aller Zahnräder annähernd in einer gemeinsamen durch die Antriebs-und Abtriebswelle
gelegten Ebene, und in an sich bekannter Weise die Doppelzahnradhälften insgesamt
in zwei Ebenen anzuordnen, wobei jeweils die eine Hälfte eines Doppelzahnrades mit
dem vorhergehenden und die andere Hälfte mit dem nachfolgenden (Doppel)-Zahnrad
im Eingriff steht.
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Zweckmäßigerweise werden dabei die beiden Hälften eines Doppelrades
mit unterschiedlichem Durchmesser so ausgeführt, daß zwischen den nicht miteinander
kämmenden Hälften ein gewisser, aus konstruktiven Gründen möglichst nur geringer
Abstand vorhanden ist. Weil auf diese Weise zwischen zwei Doppelradhälften nur ein
einfacher Eingriff vorhanden ist, werden Biegewechselbeanspruchungen der Zähne vermieden,
da die Umfangskraft in Laufrichtung des Antriebs nur noch einseitig an den Zähnen
angreift. Andererseits werden durch die entgegengesetzte Zahnschräge der beiden
Hälften eines Doppalzahnrades sowie durch die Anordnung der Achsen aller Radpaare
in einer Ebene die Kippmomente ausgeschaltet. Überdies entsteht bei der erfindungsgemäßen
Anordnung ein definierter Axialschub, der ein einseitiges Anliegen der Stirnseiten
der Radnaben bewirkt und somit ein ruhiges Laufen der Zahnräder ohne seitliches
Pendeln auf der Achse gewährleistet.
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Es ist bereits bekannt, die Steuerwelle von Brennkraftmaschinen mittels
Zahnrädern von der Kurbelwelle aus anzutreiben, wobei der Antrieb ein koaxiales
Zahnradpaar aufweist, von denen nur ein Rad mit dem folgenden im Eingriff steht.
Eine derartige Anordnung verfolgt jedoch nur den Zweck, durch eine gedrängte Bauweise
die durch längere Wellenenden hervorgerufene Gefahr von Drehschwingungen zu verhindern.
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Man hat auch bereits beim Steuerwellenantrieb von Brennkraftmaschinen
die Antriebsräder als in Achsrichtung auf einer Zwischenwelle verschiebbare Schrägzahnräder
ausgebildet. Diese Maßnahme dient jedoch lediglich dazu, die Einstellung der Steuerwelle
gegenüber der Kurbelwelle genau vorzunehmen.
Bei einem weiteren
bekannten Ventilantrieb von Brennkraftmaschinen werden zwischen der An- und Abtriebswelle
mehrere Doppelzahnräder als Zwischenräder verwendet, wobei die eine Hälfte des Doppelrades
mit dem vorhergehenden und die andere Hälfte mit dem nachfolgenden Zahnrad im Eingriff
ist. Abgesehen davon, daß dabei alle Räder nur Geradverzahnung aufweisen, ist dabei
die Verwendung von Doppelzahnrädern notwendig, weil jeweils die eine Hälfte jedes
Doppelrades zur Änderung der Umfangsgeschwindigkeit während einer Umdrehung als
Ellipsenrad ausgebildet ist. Das erfindungsgemäß zu lösende Problem der Verhinderung
einer einseitigen Überlastung der Zähne eines mehrteiligen schrägverzahnten Räderzuges
liegt dort jedoch nicht vor.
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Bei großen Übersetzungsgetrieben ist auch die Verwendung von Doppelzahnrädern
mit entgegengesetzter Zahnschräge in Form von Pfeilrädern bekannt, und zwar zum
Verhindern von Axialschüben. Derartige Räder sind daher nicht für den erfindungsgemäßen
Zweck geeignet, weil bei dem erfindungsgemäßen Antrieb die bei Großmotoren auftretenden
und unvermeidlichen axialen Verschiebungen der Kurbelwelle während des Betriebes
aufgenommen werden müssen, indem die Räder auf der Kurbelwelle und der Steuerwelle
als einfache Schrägzahnräder ausgebildet sind. Eine Ausbildung des Antriebs mit
pfeilverzahnten Zwischenrädern würde zudem wieder Biegewechselbeanspruchung der
Zähne verursachen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht des Steuerwellenantriebs schematisch, F i g.
2 eine Ansicht in einer um 90° verdrehten Ebene, F i g. 3 eine Einzelheit.
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Der Antrieb der Steuerwelle erfolgt von dem auf der Kurbelwelle angebrachten
Rad 1 aus über die Räderpaare 2, 3, 4 zum Rad 5 auf der Steuerwelle.
Alle Räder haben Schrägverzahnung, wobei alle Räderpaare aus Rädern mit entgegengesetzt
gerichteter Schrägverzahnung bestehen. Die Achsen der Räder sind so zueinander angeordnet,
daß jeweils nur ein Rad des Paares im Eingriff mit einem des nächsten Paares steht,
und zwar abwechselnd, wie die gestrichelte Linie darstellt. Somit steht das Rad
1 mit dem Rad 2', das Rad 2" mit dem Rad 3", das Rad 3' mit dem Rad 4' und
das Rad 4" mit dem Rad 5 im Eingriff. Die Achsen aller Räder des Antriebs liegen
zudem in einer einzigen Ebene E. Die Ausbildung der Radpaare 2, 3, 4 ist aus der
F i g. 3 ersichtlich, wo beispielsweise mit einem gemeinsamen Radkörper 6 und einer
Radscheibe 7 zu beiden Seiten Zahnkränze 2', 2" verschraubt sind. Die Zahnräderpaare
können selbstverständlich auch in anderer Weise ausgebildet sein.
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Die Räder eines Paares sind jeweils nur mit geringen Unterschieden
im Durchmesser ausgebildet, so daß sich bei beiden Rädern eines Paares annähernd
gleiche Kräfteverhältnisse ergeben. Zur Aufnahme der auftretenden Axialkräfte werden
die Radpaare zweckmäßigerweise mit einer entsprechenden Stirnlagerung versehen.
Statt in einer Ebene können die Achsen aller Radpaare auch auf einer schwach gekrümmten
oder abgewinkelten Fläche angeordnet sein, vorausgesetzt, daß die Resultierenden
der an einem Radkörper wirksamen Axialkomponenten im Zahneingriff innerhalb des
Spurkreises der stirnseitigen Lagerung der Radnabe liegen.