DE2539424C3 - Ausgleichsvorrichtung fur das Reaktionsmoment an Antriebsmaschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausgleich der bei wechselnder Drehzahl auftretenden Reaktionsmomente von Antriebsmaschinen mit einer Ausgleichswelle, die parallel zur Kurbelwelle der Maschine im Kurbelgehäuse gelagert ist und eine Ausgleichsmasse mit vorbestimmtem Trägheitsmoment trägt und die von der Kurbelwelle über ein Paar ineinander greifender, auf der Kurbelwelle bzw. Ausgleichswelle angeordneter Zahnräder angetrieben wird, wobei ein Zahnrad fest auf seiner Welle und das andere drehbar auf seiner Welle angeordnet ist und die beiden Zahnräder mit einem

solchen Obersetzungsverhältnis ausgestattet sind, daß die auf das Kurbelgehäuse durch die rotierenden

Massen einschließlich Kurbelwelle und Ausgleichswelle

ausgeübten Reaktionsmomente einander ausgleichen.

Im allgemeinen wird bei einer Beschleunigung oder

Bremsung der Kurbelwelle einer Antriebsmaschine das die Kurbelwelle drehbar lagernde Kurbelgehäuse einem Drehmoment ausgesetzt, das infolge einer Reaktion auf die Geschwindigkeitsänderung der Kurbelwelle auftritt Dieses Reaktionsmoment wirkt auf das Kurbelgehäuse und den zugeordneten Halterungsaufbau wie ein Kippmoment und führt zu Schwingungen der Antriebsmaschine. Insbesondere bei Krafträdern, die eine Antriebsmaschine mit einer in Längsrichtung des Kraftradkörpers angeordneten Kurbelwelle aufweisen, wirkt ein solches Reaktionsmoment derart auf den Kraftradkörper, daß dieser seitliche Schwingungen ausführt und seine Fahrstabilität verliert.

Durch die eingangs beschriebene Anordnung werden Reaktionsmomente ausgeglichen. Eine solche Anordnung ist in »The Motor Cycle*, März 1950, S. 209 beschrieben worden. Darin wird darauf hingewiesen, daß das Gewicht der Ausgleichsmasse dadurch verringert werden kann, daß andere umlaufende Teile der Maschinenanlage wie Nockenwelle, Anker der Lichtmaschine etc. in entgegengesetztem Drehsinn umlaufend angeordnet werden, wie die Kurbelwelle. Diese bekannte Anordnung weist jedoch den Nachteil einer verhältnismäßig starken Geräuschentwicklung auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

so Ausgleichsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei einfachem

Aufbau der Vorrichtung eventuelle Getriebegeräusche

wirkungsvoll gedämpft werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannten Merkmale gelöst.

Zusammenfassend wird gemäß der Erfindung das auf das Kurbelgehäuse einer herkömmlichen Antriebsmaschine bei einer Beschleunigung bzw. Verzögerung der Kurbelwelle einwirkende Reaktionsmoment adf ein

*o Minimum durch eine Ausgleichswelle herabgesetzt, die eine Gewichtsmasse trägt und parallel zur Kurbelwelle angeordnet ist, wobei auf diesen beiden parallelen Wellen Übertragungsmittel mit einem kämmenden Zahnradpaar mit einem geeigneten Übersetzungsverhältnis angeordnet sind. Eines dieser kämmenden Räder ist in zwei Hälften unterteilt und elastisch mit der zugeordneten Welle verbunden, um zur Vermeidung eines Leerhubes eine entsprechende Phasenverschie-

bung zwischen den Zahnrädern zuzulassen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung

ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in

Verbindung mit den Zeichnungen.
F i g. I ist eine Längsschnittansicht durch eine

Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung an einer

Antriebsmaschine für ein Kraftrad;
F i g, 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in

Fig.3 ist eine vergrößerte Teilstimansicht, und zeigt schematisch das Obersetzungsverhältnis der in F i g. 1 gezeigten Übertragungsmittel.

Wie in den Zeichnungen und insbesondere in F i g. 1 gezeigt, sind in einem Kurbelgehäuse 1 der Antriebsmaschine eines Kraftrades drehbar eine Kurbelwelle 2 und dazu parallel beabstandet eine Ausgleichswelle 3 gelagert Diese beiden Wellen 2 und 3 sind untereinander antriebsmäßig verbunden durch Übertragungsmittel 6, umfassend ein Paar kämmender freier Zahnräder mit einem treibenden und einem getriebenen Rad 4 bzw. 5, die jeweils auf der Kurbelwelle 2 bzw. der Ausgleichswelle 3 angeordnet sind, so daß die beiden Wellen miteinander in einer gegenläufigen Antriebsverbindung stehen. Die Ausgleichswelle 3 trägt eine Gewichtsmasse 7a in Form eines Rotors eines Generators 7, der in bekannter Bauart zur Aufladung der Batterie des Fahrzeuges dien L

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen dem treibenden und getriebenen Zahnrad 4 bzw. 5 und der Masse 7a des auf der Ausgleichswelle 3 angeordneten Rotors so auszulegen, daß das Reaktionsmoment oder das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelbeschleunigung (positiv oder negativ) des Rotationssystems der Kurbelwelle 2 dasjenige des Rotationssystems der Ausgleichswelle 3 ausgleicht. Da das Trägheitsmoment des Rotationssystems mit der Ausgleichswelle 3 und dem darauf angeordneten Rotor Ta nicht ausreichend ist, um den notwendigen Ausgleich mit der Kurbelwelle 2 und dem dieser zugeordneten System zu schaffen, sind gemäß finer Ausführungsform der Erfindung die Zahnräder 4 und 5 so gestaltet, daß sie ein geeignetes Verhältnis einer Geschwindigkeitszunahme zwischen ihnen aufweisen.

Das getriebene Zahnrad 5 ist, wie in F i g. 1 gezeigt, geteilt ausgebildet, mit einer rechten und linken Zahnradhälfte, die beide drehbar vnd axial verschieblich auf der Ausgleichswelle 3 mit einer ersten Kraftübertragungsscheibe 81 angeordnet sind, die zwischen den sich gegenüberliegenden Seiten der beiden Hälften des so Zahnrades 5 eingespannt und auf der Ausgleichswelle 3 über eine Keilnutführung längsverschieblich gelagert ist. Die Kraftübertragungsscheibe 81 trägt eine Vielzahl von Mitnehmerzapfen 9, die auf einem Umfangskreis mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind und von der Kraftübertragungsscheibe 8g axial in entgegengesetzte Richtungen abstehen. Die Hälften des Zahnrades 5 weisen ihrerseits in ihren einander zugekehrten Flächen und somit in ihren der Kraftübertragungsscheibe 81 zugekehrten Flächen Ausnehmungen 10 mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der der Mitnehmer* zapfen 9, wobei diese in die Ausnehmungen 10 eingreifen. Die Mitnehmerzapfen 9 und die Ausnehmungen 10 wirken wie ein Phasenbegrenzungsmittel 11 zusammen, um die Verschiebung zwischen der Kraft-Übertragungsscheibe 81 und den Hälften des Zahnrades 5 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu begrenzen.

An der Ausgleichswelle 3 ist ferner eine zweite Kraftübertragungsscheibe 82 drehmomentschlüssig an der Außenseite der rechten Hälfte des Zahnrads 5 des getriebenen Zahnrades befestigt, während eine dritte und vierte Kraftübertragungsscheibe 83 und 84 mittels einer Keilnutenführung längsverschieblich an der Außenseite der linken Zahnradhälfte des getriebenen Zahnrades S auf der Ausgleichswelle 3 angeordnet sind Die Kraftübertragungsscheiben 82 und 83 weisen jeweils an ihrer einander zugekehrten Seite eine Vielzahl von sich radial erstreckenden axialen Ansätzen 12 auf, die auf einem Kreisbogen in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind. Die Hälften des getriebenen Zahnrades 5 weisen ihrerseits in ihrer Außenfläche eine entsprechende Anzahl gekrümmter Ausnehmungen 13 zur Aufnahme der jeweiligen Ansätze 12 an den anliegenden Kraftübertragungsscheiben 82 und 83 auf. Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind aus Gummi oder anderem geeigneten Werkstoff gebildete Kissen 14 in jeder gekrümmten Ausnehmung 13 eingelegt, um die sich radial erstreckenden, axialen Ansätze elastisch zu fassen. Die axialen Ansätze Ya ^nd die Kissen 14 arbeiten zur Ausgestaltung von Dän-pfungsmitteln 15 zusammen, die einen Stoß bei der Drehmomentübertragung zwischen den zugeordneten Zahnradhälften des getriebenen Rades 5 und der zweiten und dritten Krafräbertragungsscheibe 82 und 83 dämpfen.

Im zusammengebauten Zustand des getriebenen Zahnrades 5 mit den den jeweiligen Zahnradhälften zugeordneten Dämpfungsmitteln 315 tritt normalerweise eine mehr oder minder große Phasenverschiebung zwischen der linken und rechten Hälfte des getriebenen Zahnrades 5 auf, wie in F i g. 3 veranschaulicht, weil die Bestandteile der rechten und linken Dämpfungsmittel 15 mit Fertigungstoleranzen behaftet sind und weil u. a. Unterschiede in der Härte und Fertigteilgröße der elastischen Kissen 14 auftreten können. Auf diese Weise werden die Zahnhälften des getriebenen Rades 5 in Eingriff mit dem treibenden Zahnrad 4 stets in Anlage mit den entsprechenden Flanken gehalten, so daß jeglicher Leerhub zwischen treibendem und getriebenem Rad 4 bzw. 5 vermieden wird. Die in Fig.3 gezeigte radiale Versetzung zwischen den beiden Zahnradhälften ist übertrieben, um sie klarer darzustellen, während sie in Wirklichkeit vernachfässigbar klein ist.

Jeweils an den Innenseiten der zweiten und vierten Kraftübertragungsscheibe 82 und 84 sind ringförmige Reibscheiben 16 aus Kork oder ähnlichem Reibmaterial angeordnet und dort verklebt Diese Reibscheiben 16 werden durch die Kraft einer Schraubendruckfeder 17 in Druckanlage mit den gegenüberliegenden Flächen des getriebenen Rades 5 gehalten. Die Feder 17 ist zwischen der vierten Kraftübertragungsscheibe 84 und eiiierti an der Ausgleichswellt-3 vorgesehenen Federsitz 19 derart angeordnet, daß sie die vierte Kraftübertragungsscheibe 84 über die beiden betriebenen Zahnradhälften 5 und die zwischen diesen liegende Kraftübertragungsscheibe 81 gegen die zweite Kraftübertragungsscheibe 82 drückt Die Rsibscheiben 16 und die Druckfeder 17 bilden also eine Schlupfkupplung 18 für einen Reibungsschluß zwischen der zweiten und vierten Kraftübertragungsscheibe 82 und 8« und der jeweiligen Hälfte des Zahnrads 5, so daß zwischen diesen nur solche Drehmomente übertragen werden können, die einen vorgegebenen Wert nicht übersteigen. Springringe 20 und 21 begrenzen dabei die Axialverschiebung der jeweils dritten und vierten Kraftübertragungsscheibe 83

und 84 nach außen.

Die Arbeitsweise der Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung ist folgende:

Bei einer Beschleunigung oder Bremsung der Antriebsmaschine wird die Kurbelwelle 2 ebenfalls beschleunigt oder gebremst. Solange die Winkelbeschleunigung (oder -verzögerung) der Kurbelwelle 2 relativ klein bleibt, wird ihre Umdrehung unmittelbar auf die Ausgleichswelle 3 spielfrei durch das treibende und getriebene Zahnrad 4 bzw. S übertragen, und die zweite und vierte Kraftübertragungsscheibe 8₂ und 84, die durch Reibung kraftschlüssig mit den jeweiligen Hälften des getriebenen Zahnrades 5 verbunden sind, lassen keine Verzögerung einer Drehgeschwindigkeitszunahme an der Ausgleichswelle 3 verglichen mit derjenigen der Kurbelwelle 2 zu. Die Rotationssysteme, umfassend jeweils die Kurbelwelle 2 und die Ausgleichswelle 3, üben also auf das Kurbelgehäuse I je ein \caK;;or;3rr.G~c"; gic;cncr

!\caK;;or;3rr.G~c"; gic;cncr L; rc lic sccr entgegengesetzter Richtung aus, so daß kein das Kurbelgehäuse 1 in Schwingungen versetzendes unausgewogenes Moment entstehen kann. Steigt jedoch die Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle 2 über ein bestimmtes Maß, entsteht ein Schlupf in der Schlupfkupplung 18, so daß die zweite und vierte Kraftübertragungsscheibe 8₂ und 84 von der jeweiligen Hälfte des Zahnrads 5 gelöst werden. Das Drehmoment wird dann von dem treibenden Zahnrad 4 und dem getriebenen Zahnrad 5 auf die Ausgleichswelle 3 durch die Dämpfungsglieder 14, die Ansätze 12 und die zweite und dritte Kraftübertragungsscheibe 82 und 8j übertragen. Dabei werden die Dämpfungskissen 14 elastisch verformt, um den durch die plötzliche Zunahme der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 in der Übertragung hervorgerufenen Stoß zu dämpfen. Gleichzeitig wird die zwischen den beiden Hälften des Zahnrads 5 normalerweise bestehende Phasenverschiebung (F i g. 3) aufgehoben, so daß die beiden Hälften des Zahnrades 5 gemeinsam von dem treibenden Zahnrad 4 angetrieben werden, wobei nunmehr die Zähne des getriebenen Rades 5 mit der gleichen Flanke der Zähne des treibenden Rades 4 in Antriebsberührung kommen. Auf diese Weise werden der Aufschlag und Druck der Zahnberührung zwischen den beiden Zahnrädern 4 und 5 und somit das Betriebsgeräusch sowie der Verschleiß und die Beschädigung der Zahnflanken ganz wesentlich herabgesetzt.

Dabei bewirkt jede Verzögerung in der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Ausgleichswelle 3 eine entsprechende Verzögerung im Aufbau des gewünschten Reaktionsmomentes des die Ausgleichswelle 3 umfassenden Rotationssystems. Da jedoch die Phasenverschiebung zwischen der jeweiligen getriebenen Zahnradhälfte 5 und der zweiten und dritten Kraftübertragungsscheibe 82 und 83 über einen bestimmten Betrag hinausgeht, kommen die Mitnehmerstifte 9 an der ersten Kraftübertragungsscheibe 81 in Anlage mit der Wandung der jeweiligen Ausnehmung 10 in den getriebenen Hälften des Zahnrades 5, um jede weitere Zunahme einer Phasenverschiebung zu unterbinden. Dabei wird das an die getriebenen Hälften des Zahnrades S angelegte Drehmoment auf die Ausgleichswelle 3 übertragen durch die Mitnehmerstifte 9 und die erste Kraftübertragungsscheibe 8|. Dadurch wird die Verzögerung der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Ausgleichswelle 3 begrenzt und dies tritt so unverzüglich ein, daß die entstehende Verzögerung im Auftreten des Reaktionsmomentes des die Ausgleichswelle 3 umfassenden Rotationssystems praktisch vernachlässigbar ist, so daß am Kurbelgehäuse 1 im wesentlichen keine Schwingungen entstehen.

Wenn dann die Kurbelwelle 2, die Ausgleichswelle 3 ί und die zugeordneten Teile bei den gewünschten Geschwindigkeiten wieder gleichmäßig umlaufen, werden die rechte und linke Hälfte des getriebenen Zahnrades 5 und die Kraftübertragungsscheiben 81, 82, 83 und 84 wieder in ihre Normallage relativ zueinander zurückgestellt.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß gemäß der Erfindung jedes durch eine Beschleunigung oder Bremsung der Kurbelwelle auf das Kurbelgehäuse einer Antriebsmaschine ausgeübte Reaktionsmoment ganz wesentlich herabgesetzt oder durch einen einfachen Aufbau ganz verhindert werden kann, bei dem eine mit einem Gewicht versehene Ausgleichswelle 3. die in einem Kurbelgehäuse 1 parallel zur Kurbelwelle 2 gelagert ist. und die beiden WpMmI 2

und 3 antriebsmäßig verbindende Übertragungsmittel 6 mit einem treibenden Zahnrad 4 auf der Kurbelwelle 2 und einem getriebenen Zahnrad 5 auf der Ausgleichswelle 3 vorgesehen sind, die mit einem geeigneten Übersetzungsverhältnis miteinander kämmen. Auf diese

.'"> Weise kann gemäß der Erfindung eine Antriebsmaschine geschaffen werden, die im wesentlichen frei von jeglichem Kippmoment ist, welches bei einer Beschleunigung c«ier Bremsung der Antriebsmaschine auf das Kurbelgehäuse einwirkt. Eine solche stabile Laufeigenschaft ist besonders vorteilhaft bei Antriebsmaschinen für Krafträder, da das Kraftrad dadurch jederzeit stabile Fahreigenschaften beibehält. Darüberhinaus macht es die Verwendung der Dämpfungsmittel 15 und Phasenbegrenzungsmittel 11 in Verbindung mit den Übertra-

r> gungsmitteln 6 möglich, jeden mechanischen Stoß in der Übertragung zu dämpfen und somit das Getriebegeräusch herabzusetzen, ohne daß dadurch die Ansprache der Ausgleichswelle 3 auf eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 wesentlich beein- trächtigt wird, und zwar trotz des einfachen Aufbaues der Übertragungsmittel, die im wesentlichen ein Paar kämmender Zahnräder 4 und 5 aufweisen. Daher wird jede Minderung der Ansprache der Ausgleichswelle 3 infolge einer Flankenabnützung der kämmenden Zahnräder nachhaltig vermieden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Schlupfkupplung 18 in Verbindung mit den Übertragungsmitteln 6 so angeordnet daß die Dämpfungsglieder 15 in einem unwirksamen Zustand solange nicht beansprucht werden, wie das zwischen der Kurbelwelle und der Ausgleichswelle übertr^ene Drehmoment unter einem vorgegebenen Betrag bleibt. Das bedeutet eine relativ hohe Ansprechempfindlichkeit der Ausgleichswelle 3 auf gemäßigte Beschleunigungen und Bremsungen der Antriebsmaschine, wodurch die Übertragungsmittel 6 nur geringfügig beaufschlagt werden.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist eines der beiden kämmenden Zahnräder 4 oder 5 der Übertragungsmittel 6 zweigeteilt, wobei beide Zahnradhälften mit dem jeweils anderen Zahnrad 4 oder 5 kämmen, und mit den beiden Zahnradhälften wirken Dämpfungsglieder zusammen, um zwischen ihnen eine mehr oder weniger große Phasenverschiebung zuzulassen und gleichzeitig jeden Leerhub zwischen den kämmenden Zahnrädern auszuschalten, so daß es infolge eines Leerhubes nicht zu einer Herabsetzung der Ansprechempfindlichkeit der Ausgleichswelle kommt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung trägt die Ausgleichswelle 3 ein Gewicht in Form eines Rotors la eines Generators 7, der für den Betrieb der Antriebsmaschine unerläßlich ist. Dadurch wird die gesamte Trägheitsmasse in Verbindung mit der

Kurbelwelle sehr viel kleiner als wenn ein solches Gewicht nur ausschließlich für die Ausgleichswelle verwendet würde. Dadurch hat die Antriebsmaschine auch eine hohe Beschleunigungsleistung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   J, Vorrichtung ?um Ausgleich der bei wechselnder Drehzahl auftretenden Reaktionsmomente von Antriebsmaschinen mit einer Ausgleichswelle, die parallel zur Kurbelwelle der Maschine im Kurbelgehäuse gelagert ist und eine Ausgleichsmasse mit vorbestimmtem Trägheitsmoment trägt und die von der Kurbelwelle Ober ein Paar ineinander greifender, auf der Kurbelwelle bzw. Ausgleichswelle angeordneter Zahnräder angetrieben wird, wobei ein Zahnrad fest auf seiner Welle und das andere drehbar auf seiner Welle angeordnet ist und die beiden Zahnräder mit einem solchen Obersetzungsverhältnis ausgestattet sind, daß die auf das Kurbelgehäuse durch die rotierenden Massen einschließlich Kurbelwelle und Ausgleichswelle ausgeübten Reaktionsmomente einander ausgleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Zahnrad (4 oder 5) mit seiner Welle (2 x»der 3) durch eiBt Rutschkupplung (18) verbunden ist, deren Reibung eine feste Verbindung aufrecht erhält, solange das zwischen Kurbelwelle (2) und Ausgleichswelle (3) zu übertragende Drehmoment unter einem vorbestimmten Wert bleibt, daß Begrenzungsmittel (11) zur Begrenzung der Phasenverschiebung zwischen dem freien Zahnrad (4 oder 5) und seiner Welle (2 oder 3) vorgesehen sind, so daß zwischen diesen beiden Teilen eine drehfeste Verbindung hergestellt wird, wenn die Rutschkupplung (18) rutscht, und daß in dem Getriebe zwischen Kurbelwelle^) und Ausgleichswelle (3) Dämpfungsmittel (15) vorgesehen sind zur Dämpfung von beim Ansprechen der Begrenztngsmittel auftretenden Stößen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (18) Kraftübertragungsscheiben (8i, S₂,83,84) enthält, die auf der Welle (2 oder 3), die das freie Zahnrad (4 oder 5) trägt, angeordnet sind, und Federungsmittel (17) umfaßt, die die Kraftübertragungsscheiben (81, 82, 83, 84) gegen das freie Zahnrad (4 oder S) drücken.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Zahnrad (4 oder S) in zwei Zahnradteile (5) geteilt ist, die beide in das feste Zahnrad (4 bzw. 5) eingreifen, daß eine der Kraftübertragungsscheiben (81) zwischen den beiden Zahnradteilen (5) angeordnet ist und daß die Begrenzungsmittel (11) einen oder mehrere Mitnehmerzapfen (9) aufweisen, die axial von der Scheibe (81) abstehen und in Ausnehmungen (10) in den angrenzenden Flächen des Zahnrads (4 bzw. 5) eingreifen, wobei der Durchmesser der Ausnehmungen (10) größer als der der Mitnehmerzapfen (9) ist, so daß die Zahnradteile (5) gegenüber ihrer Welle (2 bzw. 3) um einen vorbestimmten Wert winkelverschiebbar sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (15) zwischen jedem der beiden Zahnradteile (5) und ihren Wellen (2 bzw. 3) angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (15) aus elastischen Kissen (14) bestehen, die in einer Mehrzahl von gewölbten Ausnehmungen (13) in jedem der Zahnradteile (5) angeordnet sind, und daß axiale Vorsprünge (12) vorhanden sind, die von den Kraftübertragungsscheiben (83, 83) ausgehen und in eine zugehörige bogenförmige Ausnehmung (13) hineinragen, so daß sie von den darin angeordneten Dämpfungselementen elastisch umgeben sind,