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Dokumentenidentifikation DE19620745A1 12.12.1996
Titel Vorrichtung zur Absorption von Drehmomentspitzen zwischen zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen
Anmelder Volkswagen AG, 38440 Wolfsburg, DE
Erfinder Faust, Hartmut, 77815 Bühl, DE;
Biener, Martin, 38173 Veltheim, DE
DE-Anmeldedatum 23.05.1996
DE-Aktenzeichen 19620745
Offenlegungstag 12.12.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.12.1996
IPC-Hauptklasse F16D 3/58
IPC-Nebenklasse F16H 55/36   F16F 15/12   
Zusammenfassung Zur Erhöhung der Lebensdauer eines Zahnriemens (2) durch Reduktion der auf ihn wirkenden Belastungen wird vorgeschlagen, auf einer impulsartige Drehmomentspitzen abgebenden Eingangswelle (4) eine Zusatzdrehmasse (11) starr anzuordnen, welche mittels eines drehelastischen, einen Dämpfer (18) beinhaltenden Absorbers (19) an das von dem Zahnriemen (2) umschlungene Rad (6) gekoppelt ist, welches von einer weiteren Welle aus angetrieben ist (Figur 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist ein allgemein bekanntes Problem, daß bei zwei mittels eines Endlostriebes, beispielsweise einem Riemen oder einer Kette, verbundenen und in Antriebsverbindung miteinander stehenden Wellen durch eine ungleichmäßige Drehanregung dieser Endlostrieb hoch beansprucht wird.

Dieses Problem tritt insbesondere bei mit Zähnen versehenen Endlostrieben auf, beispielsweise Kettentriebe oder Zahnriemen, da hier durch den Zahneingriff ein fester Drehwinkelverlauf erzwungen ist und die durch die ungleichmäßige Drehanregung eingeleiteten Drehmomentspitzen diesen Endlostrieb stark beanspruchen. Diese Beanspruchung führt zu einer deutlichen Verringerung der Lebensdauer eines solchen Endlostriebes. Dieses Problem ist z. B. in DE-Z "MTZ - Motortechnische Zeitschrift" 56, 1995, Nr. 3 beschrieben.

Zur Vermeidung dieser Probleme ist es bei Zahnriemen denkbar, deren Längssteifigkeit zu verringern. Aufgrund der Drehmomentspitzen kommt es jedoch zu Trumkraftänderungen, welches zu einer Änderung der Riementeilung und zu einer ungleichmäßigen Umfangskraftverteilung auf den mit dem Riemen in Eingriff stehenden Rädern führt.

Es ist ebenfalls möglich, den Zahneingriff nachgiebiger zu gestalten, was jedoch zu einem vergrößerten Versatz zwischen Riemen und Rad und einem gestörten Eingriff des nächsten, nachfolgenden und noch unverformten Riemenzahnes führt.

Beide Maßnahmen führen insgesamt zu einer größeren Verformung des Endlostriebes im allgemeinen und damit zu einer unerwünschten Erhöhung der Werkstoffbeanspruchung.

Zur Dämpfung von Drehmomentspitzen zwischen zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen ist es aus der DE-34 02 001 A1 bereits bekannt, eine auf einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angeordnete Riemenscheibe mittels eines Gummiringes an diese Kurbelwelle anzubinden.

Innerhalb dieses Gummiringes sollen die von der Kurbelwelle in die Riemenscheibe übertragenen Schwingungen gedämpft werden, so daß auf die von der Riemenscheibe angetriebenen Nebenaggregate und den Steuertrieb nur schwingungsfreie Momente übertragen werden sollen.

Desweiteren ist es aus DE-37 39 336 C2 für eine Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen und einer von der Kurbelwelle angetriebenen Zwischenwelle bekannt, daß diese Zwischenwelle ein elastisches, drehschwingungsdämpfendes Element aufweist, welches zwischen einem angetriebenen und einem treibenden Glied dieser Zwischenwelle angeordnet ist.

Eine solche Anordnung kann zu Problemen führen, da in die Zwischenwelle einerseits eine ungleichförmige Drehanregung durch die Kurbelwelle eingebracht wird, andererseits von den Nockenwellen wechselnde Drehmomente eingeleitet werden. Hierbei kann es über den Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu unerwünschten Überlagerungen kommen, welche aufgrund des drehschwingungsdämpfenden Elementes zu Fehlern in den Steuerzeiten führen können.

Aus dem SAE-Paper 90 00 12 ist es bekannt, zur Bekämpfung von Geräuschen im Rädertrieb einer Diesel-Brennkraftmaschine entweder eine Zahnspielverringerung vorzunehmen oder Trägheitsmomente zu erhöhen und eine zusätzliche Dämpfung zu installieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Absorption von Drehmomentspitzen zwischen zwei mittels eines Endlostriebes in Antriebsverbindung stehenden Wellen zu schaffen, welche die Belastungen im Endlostrieb deutlich absenkt, so daß eine erhöhte Lebensdauer erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen benannt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es durch die starre Ankopplung einer Zusatzdrehmasse an die angetriebene Welle und durch die Anordnung des drehelastischen Elementes zwischen dieser angetriebenen Welle und dem dieser Welle zugeordneten Rad, auf welchem der Endlostrieb läuft, und der Parallelschaltung eines Dämpfers möglich, den Drehwinkelverlauf des Rades und den der Zusatzdrehmasse durch die Einbringung des drehelastischen Elementes weitgehend zu entkoppeln. Hierdurch kann die Winkelbeschleunigung der Zusatzdrehmasse deutlich größere Werte annehmen als die des Rades, die über den angreifenden Endlostrieb stark an den von der antreibenden Welle vorgegebenen Drehwinkelverlauf gebunden ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft bei Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzpumpe für Kraftstoff anwendbar, wobei die antreibende Welle eine Kurbelwelle ist und die angetriebene Welle eine Eingangswelle einer Einspritzpumpe für Kraftstoff. Besonders bei für eine Kraftstoffdirekteinspritzung vorgesehenen Einspritzpumpen kommt es durch das Abfordern von extrem hohen Einspritzdrücken zu einer starken Belastung der Einspritzpumpe, welche infolgedessen für kurze Zeiten stark verzögert wird. Dieser Verzögerung überlagert sich die ungleichförmige Drehanregung durch die Kurbelwelle. Die störenden Anregungen gehen in diesem Falle also von der angetriebenen Eingangswelle der Einspritzpumpe aus.

Weiterhin ist diese Vorrichtung vorteilhaft im Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine anwendbar, wobei die antreibende Welle die Kurbelwelle und die angetriebene Welle eine Nockenwelle für den Ventiltrieb ist.

Die Einbringung einer elastischen Drehnachgiebigkeit allein führt aus den eingangs bereits erläuterten Gründen zu keinem Erfolg, sondern führt gegebenenfalls zu einem unerwünschten Verschleppen der Einspritzzeiten.

Bei Einspritzpumpen stellt die Kombination mit der Zusatzdrehmasse, welche starr mit der Eingangswelle der Einspritzpumpe verbunden ist, durch das zusätzliche Trägheitsmoment einen weitgehend von den abgeforderten Einspritzdrücken unabhängigen Drehverlauf der Eingangswelle sicher.

Die durch die Eigenfrequenz des aus der antreibenden Kurbelwelle, der Einspritzpumpe und des Endlostriebes gebildeten Systemes verursachten Relativverdrehungen werden durch den der Drehelastizität parallel geschalteten Dämpfer erfolgreich unterdrückt.

Im Falle der Resonanz schwingt die Eingangswelle der Einspritzpumpe gemeinsam mit der starr angekoppelten Zusatzdrehmasse gegen den gesamten Rest des Systemes, zu dem bereits das entkoppelte Rad gehört. Hier greift der Dämpfer ein, wodurch das Verhalten in der Resonanz derart beeinflußbar ist, daß diese unschädlich für das gesamte System ist.

Hieraus resultiert eine deutlich abgesenkte Beanspruchung des Endlostriebes, was wiederum dessen Lebensdauer deutlich erhöht.

Im Falle des zuvor beschriebenen Antriebes einer Kraftstoffeinspritzpumpe bedeutet dieses beispielsweise ein deutlich verlängertes Wechselintervall für den Endlostrieb.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches anhand einer Zeichnung näher erläutert wird.

Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine modifizierte Vorrichtung,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 einen Vergleich von Schwingungen im Endlostrieb einer bekannten Vorrichtung mit denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine Einspritzpumpe 1 für Kraftstoff einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine wird von einer als Kurbelwelle ausgebildeten antreibenden Welle aus mittels eines einen Zahnriemen 2 aufweisenden Endlostriebes 3 angetrieben.

Die Einspritzpumpe 1 weist eine Eingangswelle 4 auf, auf welche ein mit Zähnen 5 versehenes Rad 6 wirkt, das von dem Zahnriemen 2 angetrieben ist.

Eine als Konus 7 ausgebildete, endseitige Nabe der Eingangswelle 4 trägt eine mittels einer Federnutverbindung 8 und einer Schraubverbindung 9 festgelegte, bezüglich ihrer Drehachse 10 rotationssymmetrische Zusatzdrehmasse 11.

Ausgehend von einem auf dem Konus 7 angeordneten Hülsenbereich 12 weist die Zusatzdrehmasse 11 einen radial dazu außenliegenden Scheibenbereich 13 und einen sich radial daran anschließenden Massenbereich 14 auf. Zwischen Scheibenbereich 13 und Einspritzpumpe 1 ist das Rad 6 radial auf einem Bund 15 der Zusatzdrehmasse 11 mittels eines Zwischenringes 16 gleitend abgestützt.

Zwischen dem Rad 6 und dem Scheibenbereich 13 ist ein drehelastisches Element 17 angeordnet, welches das über den Zahnriemen 2 eingeleitete Antriebsmoment auf die Einspritzpumpe 1 überträgt.

Das Element 17 stellt aufgrund seiner elastomeren Werkstoffeigenschaften gleichzeitig und materialeinheitlich einen Dämpfer 18 bereit, welcher gemeinsam mit diesem Element 17 einen Absorber 19 bildet.

Gemäß der Ausführung, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, besteht der Absorber 19 aus mehreren auf einem Kreis angeordneten Teilabsorbern 19a, 19b, 19c . . . .

Diese Teilabsorber 19a, 19b . . . sind als zylindrische Scheiben 20 ausgebildet, deren flache Seiten 21 bzw. 22 dem Rad 6 bzw. der Zusatzdrehmasse 11 zugewandt sind.

Die Seiten 21 und 22 sind um eine Höhe H beabstandet und jeweils mit einer Verschraubung 23 bzw. 24 am Rad 6 bzw. an der Zusatzdrehmasse 11 festgelegt.

In Abstimmung auf die jeweilige Brennkraftmaschine können an der Zusatzdrehmasse 11 mittels weiterer Verschraubungen 25 oder 26 zusätzliche, das Trägheitsmoment erhöhende Massen 27 oder 28 angeordnet werden. Oberhalb der Drehachse 10 ist in Fig. 1 eine vergleichsweise geringe zusätzliche Masse 27 dargestellt, während unterhalb dieser Drehachse 10 eine vergleichsweise große zusätzliche Masse 28 erkennbar ist.

In Abhängigkeit der auftretenden Relativverdrehungen kann es vorteilhaft sein, eine modifizierte Ausführung gemäß der Fig. 3 und 4 zu verwenden.

Hierbei sind in einer Ausnehmung 29 der Zusatzdrehmasse 11 Töpfe 30 angeordnet, welche die eine flache Seite 22 der Scheiben 20 und einen Teil von deren Höhe H umgreifen.

Für eine bauraumoptimierte, axial kurzbauende Anordnung weisen zylindrische Wandungen 31 dieser Töpfe 30 einen sekantenartigen Anschnitt 32 zur Bildung eines Freiganges für das Rad 6 auf. Desweiteren sind die Wandungen 31 an ihrem oberen, dem Rad 6 zugewandten Rand innen mit einer Ausrundung 33 versehen. Diese ermöglicht bei Relativverdrehungen zwischen Zusatzdrehmasse 11 und Rad 6 ein Ausweichen der auf Scherung beanspruchten Scheiben 20.

Alternativ zu den anhand der Figuren beschriebenen Ausführungen der Erfindung kann der Absorber 19 einstückig ringartig ausgebildet sein.

Bevorzugt ist dieser Ring dabei unmittelbar an das Rad 6 und die Zusatzmasse 11 vulkanisiert, wobei gegebenenfalls auf die aus dem Bund 15 und dem Zwischenring 16 gebildete Lagerung verzichtet werden kann.

Im Betrieb einer mit dieser Vorrichtung versehenen Brennkraftmaschine wird die Eingangswelle 4 von der Kurbelwelle aus mittels Zahnriemen 2 angetrieben. Im Falle der Abforderung von Kraftstoffeinspritzimpulsen tendiert die Eingangswelle 4 dazu, kurzfristig ihre Drehzahl deutlich zu verringern. Hierdurch werden impulsartige Drehmomentspitzen von der Einspritzpumpe 1 abgegeben. Daher kommt es kurzzeitig zu Relativverdrehungen zwischen der Zusatzdrehmasse 11 und dem Rad 6, wobei die rotierende Zusatzdrehmasse 11 der Eingangswelle 4 dazu verhilft, ihre Drehzahl im wesentlichen stabil beizubehalten und der Absorber 19 für eine Entkopplung dieser Relativverdrehung gegenüber dem Zahnriemen 2 führt. Infolgedessen sind die in den Zahnriemen 2 eingeleiteten Störkräfte wesentlich gemindert, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Hierin sind in einem oberen Diagramm auf der Ordinate Trumschwingungen eines Zahnriemens über der auf der Abzisse aufgetragenen Drehzahl einer Kurbelwelle einer bekannten Vorrichtung dargestellt. Erkennbar sind deutliche Auslenkungen um eine mittlere Nullage, wobei in weiten Bereichen der Drehzahl positive wie negative Auslenkungen in der Größenordnung von drei bis fünf Millimeter erkennbar sind. Im unteren Diagramm der Fig. 5 sind die Trumschwingungen für eine Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Deutlich wird eine signifikante Verringerung der Auslenkungen über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Absorption von Drehmomentspitzen zwischen zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen, mit einem diese Wellen verbindenden Endlostrieb (3), welcher auf entsprechenden Rädern der Wellen läuft und mit einem drehelastischen Element (17), welches im Zuge des Endlostriebes (3) zwischen den beiden Wellen drehmomentübertragend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß der angetriebenen Welle (4) eine starr angekoppelte Zusatzdrehmasse (11) zugeordnet ist, und
    2. - daß das drehelastische Element (17) zwischen dieser angetriebenen Welle und dem dieser Welle (4) zugeordneten Rad (6) angeordnet ist, und
    3. - daß dieses Element (17) einen der Drehelastizität parallel geschalteten Dämpfer (18) aufweist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (17) und der Dämpfer (18) materialeinheitlich in Form eines aus einem Elastomer bestehenden Absorbers (19) ausgebildet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, für eine in einem Kraftfahrzeug verbaute Brennkraftmaschine, wobei eine der über den Endlostrieb (3) miteinander verbundenen Wellen eine antreibende Kurbelwelle und die angetriebene Welle eine Eingangswelle (4) einer Einspritzpumpe (1) für Kraftstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Nabe (7) der Eingangswelle (4) die Zusatzdrehmasse (11) angeordnet ist, und daß das mittels des Absorbers (19) angekoppelte Rad (6) zwischen der Einspritzpumpe (1) und dieser Zusatzdrehmasse (11) angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (6) radial auf einem Bund (15) der Zusatzdrehmasse (11) gleitend abgestützt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (19) aus mehreren auf einem Kreis angeordneten Teilabsorbern (19a, 19b, 19c, . . . ) besteht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabsorber (19a, 19b, 19c, . . . ) als zylindrische Scheiben (20) ausgebildet sind, deren flache, um eine Höhe (H) beabstandete Seiten (22 bzw. 21) der Zusatzdrehmasse (11) bzw. dem Rad (6) zugewandt sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (20) in Töpfen (30) angeordnet sind, welche eine flache Seite (22) und die Höhe (H) teilweise umgreifen.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Wandung (31) des Topfes (30) sekantenartig zur Bildung eines Freiganges für das Rad (6) angeschnitten ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (19) einstückig ringartig ausgebildet und unmittelbar an die Zusatzdrehmasse (11) bzw. das Rad (6) vulkanisiert ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung an einer kraftstoffeinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei die eine Welle als Kurbelwelle und die andere Welle als Eingangswelle (4) einer Einspritzpumpe (1) für Kraftstoff ausgebildet ist und der Endlostrieb (3) durch einen Zahnriemen (2) gebildet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung an einer kraftstoffeinspritzenden Brennkraftmaschine, wobei die eine Welle als Kurbelwelle und die andere Welle als Nockenwelle eines Ventiltriebes ausgebildet ist und der Endlostrieb (3) durch einen Zahnriemen (2) gebildet ist.






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