DE10023118B4

DE10023118B4 - Bogenzahnkupplung im Antriebsstrang von Nebenaggregaten

Info

Publication number: DE10023118B4
Application number: DE2000123118
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Strusch; Rainer Souschek; Reinhard Rechberg; Rolf-Heinz Bürger; Werner Lemme; Franz-Josef Steffen
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: DE10023118A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder unter Bildung eines Arbeitsraums bewegbar ist und wobei von der Kurbelwelle zumindest ein an einem Geräteträger, der außerhalb eines ölfeuchten Raumes angeordnet ist, befestigtes Nebenaggregat, insbesondere eine Hydraulikpumpe angetrieben ist, und wobei in dem Geräteträger eine von der Kurbelwelle über eine Getriebevorrichtung angetriebene Zapfenwelle gelagert ist, die über eine Steckmuffe mit der Antriebswelle des Nebenaggregats verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Steckmuffe (17) und der Antriebswelle (3) und/oder der Zapfenwelle (12) eine Bogenzahnkupplung (25) eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder unter Bildung eines Arbeitsraums bewegbar ist und wobei von der Kurbelwelle zumindest ein Nebenaggregat, insbesondere eine Hydraulikpumpe angetrieben ist, wobei ein Geräteträger für das Nebenaggregat vorgesehen ist, der außerhalb eines ölfeuchten Raumes angeordnet ist, und in dem eine von der Kurbelwelle über eine Getriebevorrichtung angetriebene Zapfenwelle gelagert ist, die über eine Steckmuffe mit der Antriebswelle des Nebenaggregats verbindbar ist.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 38 09 566 C2 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist ein außerhalb des Kurbelgehäuses liegendes Zahnriemengetriebe auf, das den Antrieb für zumindest ein Nebenaggregat bildet. Um das Nebenaggregat ohne Einflussnahme auf den Zahnriemenantrieb montieren oder demontieren zu können, weist der Aggregateträger für das Nebenaggregat eine Zapfenwelle auf, die in dem Geräteträger gelagert und mit dem entsprechenden Antriebszahnrad des Zahnriemengetriebes verbunden ist. Gekuppelt wird das Nebenaggregat mit der Zapfenwelle über eine lagegesicherte Steckmuffe.

Aus der weiterhin bekannten DE 198 37 382 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der das ein Nebenaggregat antreibende Riemenantriebsrad mit einer Keilwelle über eine Pressverbindung verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine derartig weiterzubilden, dass die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Nebenaggregatesantriebs gesteigert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen der Steckmuffe und der Antriebswelle und/oder der Zapfenwelle eine Bogenzahnkupplung eingesetzt ist. Durch den Einbau der Bogenzahnkupplung werden Fluchtfehler der Antriebswelle des Nebenaggregats gegenüber der Zapfenwelle dauerhaft verschleißfrei ausgeglichen bzw. eine dauerhaft verschleißfreie radiale Ausweichmöglichkeit der beiden Wellen gegeben. Bei der bekannten Lösung führten derartige Fluchtfehler zu erhöhten Verschleiß durch sogenannten Reibrost. Diese Fluchtfehler (Radialtoleranzen) der Antriebswelle des Nebenaggregats gegenüber der Zapfenwelle lassen sich in der Praxis nicht oder nur durch eine aufwendige Einstellvorrichtung ausgleichen, wobei die Einstellvorrichtung und der Einstellvorgang zumindest in der Summe aufwendiger und kostenintensiver sind als die Bogenzahnkupplung.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Bogenzahnkupplung eine Muffe auf, die als zusätzliches Element zwischen der Steckmuffe und der Antriebswelle und/oder der Zapfenwelle angeordnet ist. Dabei wirken die Steckmuffe und die in dieser befindliche Muffe über eine Verzahnung kraftübertragend zusammen. Die Muffe ist zusätzlich zwischen der Antriebswelle und der Steckmuffe angeordnet, um das Zahnprofil der Antriebswelle des Nebenaggregats unverändert gegenüber vorhandenen Ausführungen belassen zu können. Wird die Muffe – wie in weiterer Ausgestaltung vorgesehen – auch zwischen Steckmuffe und Zapfenwelle eingefügt, ist dadurch ein symmetrischer Aufbau der ganzen Einrichtung erzielt. Wenn das Zahnprofil der Antriebswelle nicht unverändert belassen werden muss, kann auf die Muffe(n) im Rahmen der Erfindung verzichtet werden und die Antriebswelle direkt zusammenwirkend mit der Steckmuffe und der Zapfenwelle mit der Bogenzahnkupplung versehen sein.

In weiterer Ausgestaltung ist die Bogenzahnkupplung dadurch gebildet, dass die zahnförmigen Zapfen der Zapfenwelle im Bereich des Zusammenwirkens mit der Steckmuffe bogenförmig in axialer und radialer Richtung ausgebildet sind und die mit den Zapfen zusammenwirkende Verzahnung der Steckmuffe durchgehend gleichförmig ausgeführt ist. Weiterhin weist die Muffe eine außenseitige Verzahnung auf, deren Zähne in axialer und radialer Richtung zumindest über eine Teillänge bogenförmig ausgebildet sind und gleichzeitig wiederum die Verzahnung der Steckmuffe zumindest in dem mit diesen Zähnen zusammenwirkenden Bereich durchgehend gleichförmig ausgeführt ist. In weiter Ausgestaltung der Erfindung ist hier auch eine genau umgekehrte Anordnung der bogenförmigen und gleichförmigen Verzahnung möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Getriebevorrichtung ein Riemenantriebsrad auf, das mit der Zapfenwelle über eine Pressverbindung verbunden ist. Alternativ weist die Getriebevorrichtung ein Riemenantriebsrad auf, das auf einen kegelförmigen Fortsatz der Zapfenwelle aufsteckbar und mit dieser über eine Schraubverbindung verspannbar ist. Beide Varianten werden entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten eingesetzt. Insbesondere wenn zwei Nebenaggregate auf gegenüberliegenden Seiten des Riemenantriebsrades angeordnet werden, wird zwangsläufig die Pressverbindung zum Einsatz kommen. Zu einer leichteren Montage kann dafür die Zapfenwelle in dem mit dem Riemenantriebsrad über die Pressverbindung zu verbindenden Bereich mit einem gegen den übrigen Bereichen größeren Außendurchmesser gefertigt sein, so dass das Riemenantriebsrad ohne Schädigung in diesen anderen Bereichen aufgepresst werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Steckmuffe in ihren Endbereich gegenüber der Zapfenwelle und der Antriebswelle durch Manschetten schmiermitteldicht abgedichtet, nachdem zuvor der von den Man schetten eingeschlossene Raum der Steckmuffe beispielsweise mit Fett gefüllt worden ist. Dadurch wird eine dauerhafte Schmierung gewährleistet, die mit dem Ausgleich durch die Bogenzahnkupplung hohe Standzeiten gewährleistet.

Die Kupplung, bestehend aus der Steckmuffe und einer oder zwei Muffen ist vorzugsweise komplett vormontiert, dass heißt mit einem Anlagering in etwa in der Mitte der Steckmuffe zur Lagefixierung der Muffe(n) und mit den Manschetten. Das Innere der Kupplung ist mit einer Dauerfettfüllung versehen. Für Lager- und Transportzwecke ist die Kupplung auf beiden Seiten mit einer Schutzfolie oder einer Schutzkappe verschlossen, um Verschmutzungen fern zu halten. Vor Einbau der Kupplung werden diese entfernt. Wird die Steckmuffe anstatt aus Stahl aus für Trockenlauf geeignetem Kunststoff hergestellt (bei geringeren Anforderungen) können die Fettfüllung und die Manschetten entfallen. Neben der innen gleichförmig hergestellten Steckhülse, deren Verzahnung spanabhebend hergestellt werden muss, bietet sich eine sich nach beiden Seiten kegelförmig vergrößernde, im Formverfahren hergestellte Steckhülse an. Die zwangsläufige geringe Entformungsschräge hat folgenden Nutzen: Die Steckhülse wird durch die axiale Kraftkomponente zwischen den beiden Kupplungsteilen zentriert. Die Entformungsschräge muss nicht stetig sein. Durch eine unstetige Schräge entsteht eine Tonnenform, deren Zähne besser den hiermit zusammenwirkenden Bogenzähnen angepasst sind und einen höheren Traganteil ergeben. Hier ist auch die Zentriereignung günstiger als bei den kegeligen Steckhülsen. Wird die im Formverfahren hergestellte Steckhülse nach beiden Seite entformt, so kann in der Mitte ein Anlagesteg verbleiben. Für Antriebe mit geringem Mittenversatz reicht bei allen zuvor beschriebenen Varianten eine parallele Verzahnung aus. Das Spiel in den einzelnen Verzahnungspaaren ermöglicht dann eine radialkraftlose Momentübertragung.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Riemenantriebsrad über ein Wälzlager auf der Nabe des Geräteträgers gelagert. Der Geräteträger ist aus Aluminium-Druckguss gefertigt. Montiert wird das Riemenantriebsrad mit dem Wälzlager auf der Nabe in der Form, dass das Riemenantriebsrad eine kreiszylindrische Ausnehmung aufweist, in die das Wälzlager gegen einen Anschlag eingesetzt und mit einem Klemmring festgelegt wird. Das so vormontierte Riemenantriebsrad wird mit einem Kombinationswerkzeug, das als Dreibein ausgeführt und durch drei Öffnungen des Riemenantriebsrades eingesteckt ist, auf die Nabe des Geräteträgers aufgeschoben. Dabei stützt sich das Montagewerkzeug bzw. dessen drei Montagearme mit einem ersten Endbereich an dem Innenring des Wälzlagers ab. Im Endbereich des Aufschiebevorgangs erfasst ein zweiter Endbereich der drei Montagearme einen Bördelkragen der Nabe und formt diesen so um, dass der Innenring des Wälzlagers auf der Nabe festgelegt ist. Das Ergebnis ist eine formschlüssige, prozesssichere Axialsicherung des Wälzlagers ohne kritische Laufbahndeformation. Durch diese axiale Sicherung ist auch bei Einsatz der so ausgebildeten Brennkraftmaschine in großer Kälte bei ca. –30°C ein Lossitz des Stahl-Wälzlagerrings auf der Aluminium-Nabe vermieden. Insgesamt ist diese Axialsicherung bauraumreduzierend in Axialrichtung, kostengünstig durch Verzicht auf mehrere Arbeitsgänge und Bauteile. Sie bewirkt weiterhin in der Montage eine deutliche Verkürzung der Arbeitstakte und ist prozesssicher.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.

Es zeigen:

1–6: verschiedene Ausführungsformen der Bogenzahnkupplungen und
7: die Befestigung des Wälzlagers der Zapfenwelle auf dem Geräteträger sowie
7a: eine Detailansicht der Befestigung.
Eine übliche insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, von der beispielsweise bei einem Einbau in Arbeitsmaschinen, Nebenaggregate angetrieben werden, die zur Bedienung und Funktion der Arbeitsmaschine nötig sind, wird (werden) von der Kurbelwelle ein oder mehrere Nebenaggregate, beispielsweise eine Hydraulikpumpe 1 angetrieben. Diese Hydraulikpumpe 1 ist an einem Geräteträger 2 befestigt und weist eine Antriebswelle 3 auf, die endseitig mit einem Keilprofil 4 versehen ist. Der Geräteträger 2 weist koaxial zu der Antriebswelle 3 eine Ausnehmung und eine diese Ausnehmung umgebende tonnenförmige Nabe 5 auf. Diese Nabe 5 weist einen Anschlag 6 auf, gegen den ein Wälzlager 7, das auf die Nabe 5 aufgesetzt ist, mit seinem Innenring anliegt: Auf den Außenring des Wälzlagers 7 ist vor der Montage auf die Nabe 5 ein Riemenantriebsrad 8 aufgesetzt und mit einem Sicherungsring 9 festgelegt. Das Riemenantriebsrad 8 wird von einem Zahnriemen 10 angetrieben. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist in die Zahnriemenradnabe 11 eine Zapfenwelle 12, die eine Außenverzahnung 13 aufweist, eingepreßt. Der aus der Zahnriemenradnabe 11 in Richtung zu der Antriebswelle 3 hinausragende Bereich der Zapfenwelle 12 weist eine Verzahnung mit bogenförmig ausgebildeten Zähnen 16 auf (Erstreckung gekennzeichnet durch Pfeile). Auf diese bogenförmige Verzahnung ist eine Steckmuffe 17 aufgeschoben, die gegenüber der Zapfenwelle 12 mit der Manschette 15a und gegenüber der Antriebswelle 3 über die Manschette 15b abgedichtet ist. Die Steckmuffe 17 weist eine durchgehend gleichförmige Verzahnung auf. Mit dem Keilprofil 4 der Antriebswelle 3 wirkt eine Muffe 18 zusammen, die außenseitig eine Verzahnung mit in axialer und radialer Richtung bogenförmig ausgebildeten Zäh nen 16b aufweist. Durch diese bogenförmige Verzahnung werden kleinere Fluchtfehler zwischen der Antriebswelle 3 und der Zapfenwelle 12 problemlos ausgeglichen.
Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich von dem gemäß 1 dadurch, dass hier das Riemenantriebsrad 8 über eine zylindrische Schrumpfpassung 19 auf der Zapfenwelle 12 aufgesetzt und festgelegt ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 weist die Zapfenwelle 12 einen kegelförmigen Fortsatz 20 auf, auf den das Riemenantriebsrad 8 aufsteckbar und mit einer Mutter 21 festlegbar ist. Als zusätzliche Verdrehsicherung ist in den Fortsatz 20 ein Keil oder ein Stift 22 eingesetzt, der mit einer entsprechenden Ausnehmung des Riemenantriebsrades 8 zusammenwirkt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 weist die Zapfenwelle 12 das gleiche Keilprofil 4 wie die Antriebswelle 3 auf. Dadurch kann die gesamte Kupplung symmetrisch aufgebaut sein, in dem hier auf dem Keilprofil 4 der Zapfenwelle 12 eine zu der auf dem Keilprofil 4 der Antriebswelle 3 identische Muffe 18 aufgesetzt ist, die über die bogenförmige Verzahnung mit der Steckmuffe 17 zusammenwirkt. Dadurch können auch die Manschetten 15a, 15b gleich ausgebildet sein. Auch ist es hier gleichgültig, mit welcher Seite voraus die Kupplung montiert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 ist die Steckmuffe 17 mit einer kegelförmigen Verzahnung ausgebildet und die Außenverzahnung der beiden Muffen 18 ist – wie zuvor beschrieben – bogenförmig.
Demgegenüber ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 die Innenverzahnung der Steckmuffe 17 tonnenförmig und die Außenverzahnung der Muffen 18 – wie zuvor beschrieben – bogenförmig.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist das Montagewerkzeug 23, das als Dreibein (siehe auch 7a) ausgeführt durch drei Öffnungen 26 des Riemenantriebsrad 8 eingesteckt ist, dargestellt. Mit diesem Montagewerkzeug 23 wird das komplett montierte Riemenantriebsrad 8 mit dem montierten Wälzlager 7 auf die Nabe 5 des Geräteträgers 2 aufgeschoben, indem sich das Montagewerkzeug 23, bzw. dessen drei Montagearme mit einem ersten Endbereich an dem Innenring des Wälzlagers 7 abstützen. Im Endbereich des Aufschiebevorgangs erfasst ein zweiter Endbereich der drei Montagearme einen Bördelkragen 24 der Nabe 5 und formt diesen so um, dass der Innenring des Wälzlagers 7 auf der Nabe 5 festgelegt ist.

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder unter Bildung eines Arbeitsraums bewegbar ist und wobei von der Kurbelwelle zumindest ein an einem Geräteträger, der außerhalb eines ölfeuchten Raumes angeordnet ist, befestigtes Nebenaggregat, insbesondere eine Hydraulikpumpe angetrieben ist, und wobei in dem Geräteträger eine von der Kurbelwelle über eine Getriebevorrichtung angetriebene Zapfenwelle gelagert ist, die über eine Steckmuffe mit der Antriebswelle des Nebenaggregats verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Steckmuffe (17) und der Antriebswelle (3) und/oder der Zapfenwelle (12) eine Bogenzahnkupplung (25) eingesetzt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenzahnkupplung (25) eine Muffe (18) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zahnförmigen Zapfen der Zapfenwelle (12) im Bereich des Zusammenwirkens mit der Steckmuffe (17) bogenförmig in axialer und radialer Richtung ausgebildet sind und die mit den Zapfen zusammenwirkende Verzahnung der Steckmuffe (17) durchgehend gleichförmig ausgeführt ist und dass die Muffe (18) zwischen Steckmuffe (17) und Antriebswelle (3) eingesetzt eine außenseitige Verzahnung aufweist, deren Zähne (16) in axialer und radialer Richtung bogenförmig ausgebildet sind und die Verzahnung der Steckmuffe (17) in dem mit diesen Zähnen (16) zusammenwirkenden Bereich durchgehend gleichförmig ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. dass eine erste Muffe (18) zwischen Steckmuffe (17) und Antriebswelle (3) und eine zweite Muffe (18) zwischen Steckmuffe (17) und Zapfenwelle (12) eingesetzt ist, dass jede der Muffen (18) eine außenseitige Verzahnung aufweist, deren Zähne (16) in axialer und radialer Richtung bogenförmig ausgebildet sind und die Verzahnung der Steckmuffe (17) zumindest in dem mit diesen Zähnen (16) zusammenwirkenden Bereichen durchgehend gleichförmig ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung ein Riemenantriebsrad (8) aufweist, das mit der Zapfenwelle (12) über eine Pressverbindung verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung ein Riemenantriebsrad (8) aufweist, das auf einen kegelförmigen Fortsatz der Zapfenwelle (12) aufsteckbar und mit dieser über eine Schraubverbindung verspannbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) und/oder die Zapfenwelle (12) eine Außenverzahnung aufweist, die mit einer Innenverzahnung der Muffe (18) zusammenwirkt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfenwelle (12) eine Außenverzahnung aufweist, die in eine zylindrische Ausnehmung der Zahnriemenradnabe (11) eingepresst ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckmuffe (17) in ihren Endbereichen gegenüber der Zapfenwelle (12) und der Antriebswelle (3) durch Manschetten (15a, 15b) schmiermitteldicht abgedichtet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenantriebsrad (8) über ein Wälzlager (7) auf der Nabe (5) des Geräteträgers (2) gelagert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Geräteträger (2) aus Aluminium-Druckguss gefertigt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenantriebsrad (8) eine kreiszylindrische Ausnehmung aufweist, in die das Wälzlager (7) gegen einen Anschlag eingesetzt und mit einem Klemmring festgelegt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenantriebsrad (8) mit dem montierten Wälzlager (7) auf die Nabe (5) des Geräteträgers (2) aufgesetzt und formschlüssig festgelegt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsetzvorgang und die formschlüssige Festlegung in einem Arbeitsgang mit einem Kombinationswerkzeug (23) erfolgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationswerkzeug (23) eine Druckschulter (25a) und eine Verformnase (25b) aufweist, wobei mit der Verformnase (25b) während des Endes des Aufpressvorgangs ein Bördelkragen (25) der Nabe (5) umgeformt wird.