DE4329284A1 - Nockenwellenantriebsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenantriebs­ vorrichtung mit einer Kurbelwelle, einer ersten Nockenwelle, einer zweiten Nockenwelle, einem auf der Kurbelwelle angeordne­ ten ersten Kurbelwellenzahnrad, einem ebenfalls auf der Kurbel­ welle angeordneten zweiten Kurbelwellenzahnrad, einem Paar Nockenwellenzahnräder und einer Antriebseinrichtung zum Antrei­ ben der Nockenwellen über die Kurbelwelle, wobei jeweils eines der Nockenwellenzahnräder auf einer der Nockenwellen angeordnet ist, wobei die Antriebseinrichtung ein erstes und ein zweites endloses, flexibles und gezahntes Antriebselement aufweist, wo­ bei das erste Antriebselement zum Antrieb der ersten Nocken­ welle auf dem ersten Kurbelwellenzahnrad und dem Nockenwellen­ zahnrad der ersten Nockenwelle und das zweite Antriebselement zum Antrieb der zweiten Nockenwelle auf dem zweiten Kur­ belwellenzahnrad und dem Nockenwellenzahnrad der zweiten Nockenwelle angeordnet ist, wobei die Antriebselemente eine Spannseite und eine Schlaffseite aufweisen und wobei die Kurbelwellenzahnräder als Zahnräder mit Zahnkopf- und Zahn­ lückenflächen ausgebildet sind.

Genauergesagt betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen an Nockenwellenantriebsvorrichtungen, die mit endlosen und fle­ xiblen Antriebselementen wie bspw. Ketten, Zahnriemen oder dgl. arbeiten. Die Erfindung findet insbesondere beim Antrieb von mehreren Nockenwellen über eine einzelne Kurbelwelle in einem V- oder Boxer-Motor Anwendung.

Bei einem typischen V- oder Boxer-Motor mit oben liegender Nockenwelle weist jede Zylinderreihe eine oder mehrere Nocken­ wellen auf. Jede Nockenwelle weist ein Nockenwellenzahnrad auf, so daß sie durch eine Kette oder einen Zahnriemen angetrieben werden kann. Auf der Kurbelwelle des Motors sind zwei Kurbel­ wellenzahnräder angeordnet und jedes Kurbelwellenzahnrad befin­ det sich mittels einer Kette oder eines Riemens in Antriebsver­ bindung mit dem Nockenwellenzahnrad oder den Nockenwellenzahn­ rädern, die einer Zylinderreihe zugeordnet sind. Aus Gründen der Bequemlichkeit bei der Motorenherstellung sind die beiden Kurbelwellenzahnräder bei einem herkömmlichen Motor phasen­ gleich mit der Kurbelwelle wirkverbunden. Deshalb bleibt die Beziehung zwischen den Zahneingriffszeitpunkten der beiden Kur­ belwellenzahnräder mit ihren jeweiligen Ketten oder Riemen un­ berücksichtigt. Wenn sich die Kurbelwelle dreht, interferieren Stoßgeräusche der Kurbelwellenzahnräder und ihrer jeweiligen Ketten oder Riemen additiv, und folglich ist das gesamte Moto­ rengeräusch vergrößert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenantriebsvorrichtung zu realisieren, die das gesamte Motorengeräusch verringert.

Die erfindungsgemäße Nockenwellenantriebsvorrichtung löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des einzigen Patent­ anspruches. Danach ist die in Rede stehende Nockenwellenan­ triebsvorrichtung derart ausgestaltet, daß die Kurbelwellen­ zahnräder derart auf der Kurbelwelle zueinander angeordnet sind, daß dann, wenn sich der Anfangspunkt des Zahneingriffs des ersten Kurbelwellenzahnrads und der Spannseite des ersten Antriebselements an einer Zahnkopffläche des ersten Kurbelwel­ lenzahnrads befindet, sich der Anfangspunkt des Zahneingriffs des zweiten Kurbelwellenzahnrads und der Spannseite des zweiten Antriebselements an einer Zahnlückenfläche des zweiten Kurbel­ wellenzahnrads befindet.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß das gesamte Motorenge­ räusch durch Verschieben des Zahneingriffszeitpunkts eines Kur­ belwellenzahnrads und einer Kette bezüglich des Zahneingriffs­ zeitpunkts des anderen Kurbelwellenzahnrads und der anderen Kette verringert ist. Dies ist durch ein besonderes Verhältnis zwischen den Anfangspunkten des Zahneingriffs an den Spannsei­ ten der Kurbelwellenzahnräder erreicht. Der Anfangspunkt des Zahneingriffs an der Spannseite eines Zahnrads ist der Punkt, an dem eine sich entlang der Länge der Spannseite der Kette er­ streckende gerade Linie einen Radius des Zahnrads senkrecht schneidet. Basierend auf dem Umfangswinkel der Kette auf dem Kurbelwellenzahnrad kann die Position des Anfangspunkts des Zahneingriffs einfach bestimmt werden.

Die spannseitigen Anfangspunkte des Zahneingriffs der beiden Kurbelwellenzahnräder sind derart zueinander angeordnet, daß dann, wenn sich der den Anfangspunkt des Zahneingriffs eines Zahnrads schneidende Radius durch eine Zahnkopffläche des einen Zahnrads erstreckt, sich der den Anfangspunkt des Zahneingriffs des anderen Zahnrads schneidende Radius durch eine Zahnlücken­ fläche des anderen Zahnrads erstreckt. Mit anderen Worten be­ finden sich die spannseitigen Anfangspunkte des Zahneingriffs der beiden Zahnräder relativ zueinander um einen halben Teilungsabstand der Zahnräder versetzt außer Phase.

Ein Stoß zwischen dem Kurbelwellenzahnrad und der Kette findet an oder nahe dem Anfangspunkt des Zahneingriffs an der Spann­ seite statt. Wenn ein Stoß zwischen einem Kurbelwellenzahnrad und einer Kette an dem Anfangspunkt des Zahneingriffs dieses Kurbelwellenzahnrads stattfindet, findet erfindungsgemäß kein entsprechender Stoß an dem Anfangspunkt des Zahneingriffs der anderen Kette und des anderen Kurbelwellenzahnrads statt. Dem­ zufolge ist eine additive oder konstruktive Interferenz von Stoßgeräuschen vermieden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf den einzigen Patent­ anspruch, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und dreier Anwendungsbei­ spiele anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und der Anwendungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer Vorderansicht, ausschnittsweise und teil­ weise weggebrochen ein erfindungsgemäßes Ausführungs­ beispiel einer Nockenwellenantriebsvorrichtung und

Fig. 2, 3, 4 in einer schematischen Darstellung die Anordnungen dreier typischer Nockenwellenantriebsvorrichtungen nach der Erfindung.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Anordnungen der Kurbelwellen 12, 12′ und 12′′ und Nockenwellen 20, 22, 20′, 21′, 22′, 23′, 20′′, 21′′, 22′′ und 23′′ in mehreren alternativen V-Motoren.

In Fig. 3 treibt die Kurbelwelle 12 die Nockenwellen 20 und 22 über die Ketten 30 bzw. 32 an. Die Kette 30 befindet sich mit dem Kurbelwellenzahnrad 14 und dem auf der Nockenwelle 20 ange­ ordneten Nockenwellenzahnrad 24 in Eingriff. Die Kette 32 be­ findet sich mit dem Kurbelwellenzahnrad 16 und dem Nockenwel­ lenzahnrad 26 in Eingriff.

In Fig. 3, die einen Motor mit doppelter obenliegender Nocken­ welle darstellt, treibt die Kurbelwelle 12′ die Nockenwellen 20′ und 22′ über die Kette 30′ und die Nockenwellen 21′ und 23′ über die Kette 32′ an.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Motor mit doppelter obenliegender Nockenwelle sind Zwischenwellen 40′′ und 41′′ in dem An­ triebsstrang zwischen der Kurbelwelle 12′′ und den Nockenwellen 20′′, 22′′, 21′′ und 23′′ angeordnet. Die Kurbelwelle 12′′ treibt die Zwischenwelle 40′′ über die Kette 30′′ und die Zwi­ schenwelle 41′′ über die Kette 32′′ an. Die Kette 31′′ treibt dann wieder die Nockenwellen 20′′ und 22′′ und die Kette 33′′ die Nockenwellen 21′′ und 23′′ an.

Unter Bezugnahme auf wiederum Fig. 2 sind bei einem herkömmli­ chen Motor aus Gründen der Bequemlichkeit bei der Motorenher­ stellung die beiden Kurbelwellenzahnräder 14 und 16 auf der Kurbelwelle 12 relativ zueinander in Phase angeordnet. Deshalb bleibt die Beziehung einerseits zwischen dem Zahneingriffszeit­ punkt des Kurbelwellenzahnrads 14 und der Kette 30 und anderer­ seits dem Zahneingriffszeitpunkt des Kurbelwellenzahnrads 16 und der Kette 32 unberücksichtigt. Wenn sich die Kurbelwelle 12 dreht, sind die durch die Kurbelwellenzahnräder 14 und 16 und Ketten 30 und 32 erzeugten Stoßgeräusche relativ zueinander in Phase, so daß sie sich addieren. Das Ergebnis der additiven oder konstruktiven Interferenz der Stoßgeräusche ist ein er­ höhtes insgesamtes Motorengeräusch.

Fig. 1 stellt in einer vergrößerten Vorderansicht die Randbe­ reiche der Kurbelwellenzahnräder 2 und 4 dar und zeigt dabei die Kurbelwelle 2, auf der ein Paar von Kurbelwellenzahnrädern 4 und 6 koaxial angeordnet ist. Eine Kette C1 ist zwischen dem Kurbelwellenzahnrad 4 und einem hier nicht gezeigten Nockenwellenzahnrad angeordnet. Eine Kette C2 ist zwischen dem Kurbelwellenzahnrad 6 und einem anderen hier nicht gezeigten Nockenwellenzahnrad angeordnet. Ausschließlich die Spannseiten der beiden Ketten C1 und C2 sind gezeigt, d. h., die Seiten, die durch die Kurbelwellenzahnräder unter Spannung gehalten werden, wenn sich die Kurbelwelle dreht.

Der Anfangspunkt P1 des Zahneingriffs auf der Spannseite des Kurbelwellenzahnrads 4 und der Kette C1 ist durch den Umfangs­ winkel R1 der auf dem Kurbelwellenzahnrad 4 angeordneten Kette C1 bestimmt. Der Umfangswinkel R1 ist von dem Mittelpunktsab­ stand zwischen der Kurbelwelle 2 und der hier nicht gezeigten, über die Kette C1 angetriebenen Nockenwelle und den Durch­ messern der beiden mit der Kette C1 in Eingriff befindlichen Zahnrädern abhängig. Der Anfangspunkt P2 des Zahneingriffs an der Spannseite des Kurbelwellenzahnrads 6 und der Kette C2 ist in gleicher Weise durch den Umfangswinkel R2 bestimmt. Die An­ fangspunkte P1 und P2 des Zahneingriffs sind nicht veränderbar und an den Orten dieser Anfangspunkte P1 und P2 des Zahnein­ griffs treten Stöße zwischen den Kurbelwellenzahnrädern 4 und 6 und den Ketten C1 und C2 auf.

Bei einer wie in Fig. 1 gezeigten Anordnung der beiden Kurbel­ wellenzahnräder 4 und 6 zueinander fluchtet der Anfangspunkt P1 des Zahneingriffs des Kurbelwellenzahnrads 4 und der Kette C1 radial mit einer Zahnkopffläche des Kurbelwellenzahnrads 4, während der Anfangspunkt P2 des Zahneingriffs des Kurbelwellenzahnrads 6 und der Kette C2 mit einer Zahnlücken­ fläche des Kurbelwellenzahnrads 6 radial fluchtet. Wenn sich das Kurbelwellenzahnrad 4 um einen einer halben Kettenteilung entsprechenden Winkel von der in Fig. 1 dargestellten Position weggedreht hat, fluchtet der Anfangspunkt P1 des Zahneingriff s des Kurbelwellenzahnrads 4 und der Kette C1 radial mit einer Zahnlückenfläche des Kurbelwellenzahnrads 4 und der Anfangs­ punkt P2 des Zahneingriff s des Kurbelwellenzahnrads 6 und der Kette C2 fluchtet mit einer Zahnkopffläche des Kurbelwellen­ zahnrads 6.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die im we­ sentlichen identischen Kurbelwellenzahnräder 4 und 6 derart auf der Kurbelwelle 2 angeordnet, daß sie relativ zueinander um eine halbe Zahnteilung im Winkel versetzt sind. Dies legt die Umfangswinkel R1 und R2 der Ketten C1 und C2 in solcher Weise fest, daß sich die Stöße zwischen dem Kurbelwellenzahnrad 4 und der Kette C1 bezüglich der entsprechenden Stöße zwischen dem Kurbelwellenzahnrad 6 und der Kette C2 außer Phase befinden. Demzufolge liegt keine additive Interferenz zwischen den Stoßgeräuschen vor und das gesamte Motorengeräusch ist verrin­ gert.

Die oben unter Bezugnahme auf einen V-Motor der in Fig. 2 dar­ gestellten Art beschriebene erfindungsgemäße Lehre ist bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten V-Motoren mit doppelter oben­ liegender Nockenwelle, bei Boxer-Motoren und bei verschiedenen anderen Vorrichtungen verwendbar, bei denen zwei Wellen über getrennte Ketten von einer einzelnen Antriebswelle angetrieben sind. Die erfindungsgemäße Lehre ist nicht nur bei Vorrichtun­ gen einsetzbar, die mit Ketten arbeiten, sondern auch bei Vor­ richtungen, die mit Zahnriemen oder anderen Arten von flexi­ blen, endlosen und gezahnten Antriebselementen arbeiten. Ohne von der erfindungsgemäßen Lehre abzuweichen lassen sich auch weitere, von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen abwei­ chende Ausführungen realisieren.

Claims (1)

1. Nockenwellenantriebsvorrichtung mit einer Kurbelwelle (2, 12, 12′, 12′′), einer ersten Nockenwelle (20, 20′, 20′′, 22′, 22′′), einer zweiten Nockenwelle (21′, 21′′, 22, 23′, 23′′), einem auf der Kurbelwelle (2, 12, 12′, 12′′) angeordneten er­ sten Kurbelwellenzahnrad (4, 14), einem ebenfalls auf der Kur­ belwelle (2, 12, 12′, 12′′) angeordneten zweiten Kurbelwellen­ zahnrad (6, 16), einem Paar Nockenwellenzahnräder (24; 26) und einer Antriebseinrichtung zum Antreiben der Nockenwellen (20, 20′, 20′′, 22′, 22′′; 21′, 21′′, 22, 23′, 23′′) über die Kur­ belwelle (2, 12, 12′, 12′′), wobei jeweils eines der Nockenwel­ lenzahnräder (24; 26) auf einer der Nockenwellen (20, 20′, 20′′, 22′, 22′′; 21′, 21′′, 22, 23′, 23′′) angeordnet ist, wobei die Antriebseinrichtung ein erstes und ein zweites endloses, flexibles und gezahntes Antriebselement (30, 30′, 30′′ bzw. 31′′, C1; 32, 32′, 32′′ bzw. 33′′, C2) aufweist, wobei das erste Antriebselement (30, 30′, 30′′ bzw. 31′′, C1) zum Antrieb der ersten Nockenwelle (20, 20′, 20′′, 22′, 22′′) auf dem ersten Kurbelwellenzahnrad (4, 14) und dem Nockenwellenzahnrad (24) der ersten Nockenwelle (20, 20′, 20′′, 22′, 22′′′) und das zweite Antriebselement (32, 32′, 32′′ bzw. 33′′, C2 zum Antrieb der zweiten Nockenwelle (21′, 21′′, 22, 23′, 23′′′) auf dem zweiten Kurbelwellenzahnrad (6, 16) und dem Nockenwellenzahnrad (26) der zweiten Nockenwelle (21′, 21′′, 22, 23′, 23′′) angeordnet ist, wobei die Antriebselemente (30, 30′, 30′′ bzw. 31′′, C1; 32, 32′, 32′′ bzw. 33′′, C2) eine Spannseite und eine Schlaffseite aufweisen und wobei die Kurbelwellenzahnräder (4, 14; 6, 16) als Zahnräder mit Zahnkopf- und Zahnlückenflächen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwel­ lenzahnräder (4, 14; 6, 16) derart auf der Kurbelwelle (2, 12, 12′, 12′′) zueinander angeordnet sind, daß dann, wenn sich der Anfangspunkt (P1) des Zahneingriffs der ersten Kurbelwellen­ zahnrads (4, 14) und der Spannseite des ersten Antriebselements (30, 30′, 30′′ bzw. 31′′, C1) an einer Zahnkopffläche des er­ sten Kurbelwellenzahnrads (4, 14) befindet, sich der Anfangs­ punkt (P2) des Zahneingriffs des zweiten Kurbelwellenzahnrads (6, 16) und der Spannseite des zweiten Antriebselements (32, 32′, 32′′ bzw. 33′′, C2) an einer Zahnlückenfläche des zweiten Kurbelwellenzahnrads (6, 16) befindet.