DE10052650A1 - Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften bei Maschinen mit einer Welle, die mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt ist, wird vorgeschlagen, an einem der Welleneneden eine Vorrichtung zur Beaufschlagung der Welle mit einer axial wirkenden Gegenkraft vorzusehen, deren Betrag vorzugsweise gleich dem der Kraft entspricht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kompensation von La­ gerkräften bei Maschinen mit Wellen, die mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt sind. Vorrichtungen der genannten Art werden insbesondere bei Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren, vorzugsweise mit hydraulisch arbeitendem Ausrücklager, eingesetzt.

Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ist zwischen Motor und Getriebe eine Kupplung vorgesehen, die in der Regel als Reibungskupplung ausge­ führt ist. Die Kupplung ermöglicht ein Anhalten des Fahrzeugs oder ein Schalten der Getriebegänge bei laufendem Motor.

Bei den üblichen Reibungskupplungen sind auf der Getriebewelle eine oder auch mehrere Kupplungsscheiben angeordnet, die in axialer Richtung ver­ schiebbar, bezüglich Drehung jedoch kraftschlüssig mit der Welle verbun­ den sind. Der scheibenförmige Teil der Kupplungsscheibe findet in einem Zwischenraum Platz, welcher von der mit der Kurbelwelle verbundenen Schwungscheibe und einer an der Schwungscheibe befestigten Andruck­ scheibe gebildet wird. Im ausgekuppelten Zustand ist die Kupplungsschei­ be in diesem Zwischenraum frei drehbar, während sie im eingekuppelten Zustand zwischen Schwungscheibe und Andruckscheibe durch Federdruck fest eingeklemmt ist. In diesem Zustand überträgt sie die Drehbewegung der Schwungscheibe auf die Getriebewelle, d. h. die Drehung des Motors auf die Räder. Beim Ein- bzw. Auskuppeln ist zur Überwindung des Feder­ drucks vom Kupplungspedal eine Ausrückkraft aufzubringen, die über Seil­ zug, Gestänge oder ein hydraulisches System an das Ausrücklager und von dort über Teile der Kupplung an die entsprechenden Federn weiterge­ leitet wird.

Die Ausrückkraft wird von der Kupplung auf die Schwungscheibe und damit auf die Kurbelwelle übertragen. In der Regel verursacht die Ausrückkraft an der Kurbelwelle eine Druckkraft, die in Richtung zum Motor hin weist. Bei manchen Kraftfahrzeugen werden Kupplungen jedoch auch durch Zugkräf­ te gesteuert. In diesem Fall weisen die auf die Kurbelwelle ausgeübten Kräfte in die Gegenrichtung.

Die in axialer Richtung wirkende Kraft muss durch die Kurbelwellenlager aufgefangen werden. Eines der Hauptlager der Kurbelwellen ist daher als Axiallager ausgebildet. Infolge der axialen Belastung ist dieses Lager ei­ nem relativ hohen Verschleiß ausgesetzt. Bei Motorblöcken aus Aluminium kommt es auch vor, dass sich an den Lagersitzen Risse im Motorblock bil­ den, die zu einer axialen Verschiebung der Kurbelwelle führen. Infolge die­ ser Verschiebung stellt sich auch bei der Antriebskette oder dem Antriebs­ riemen ein hoher Verschließ ein.

Um diesen Schäden vorzubeugen, ist das Axiallager in aller Regel robust ausgeführt. Mit dieser Ausführung sind jedoch höhere Reibungsverluste verbunden, die zu einem höheren Kraftstoffverbrauch bzw. zu verminderter Motorenleistung führen.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften bei Maschinen zu schaf­ fen, deren Wellen mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt sind und durch die Kompensation die Belastung des axialen Lagers erheblich ver­ mindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an einem der Wellenenden ein Gegendrucklager zur Beaufschlagung der Welle mit einer axial wirkenden Gegenkraft vorgesehen ist, deren Betrag vorzugsweise gleich dem der Kraft entspricht.

Das Gegendrucklager wird i. d. R. von außen an der Maschine derart ange­ bracht, dass auf das Wellenende der mit einer axialen Kraft beaufschlagten Welle eine Gegenkraft aufbringbar ist.

Der prinzipielle Aufbau der Maschine bleibt dabei erhalten, es sind keinerlei grundlegende konstruktive Änderungen notwendig. Die Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften ist daher mit einem vergleichsweise gerin­ gen konstruktiven Aufwand einsetzbar. Sie erbringt durch Einsatz einfacher Mittel eine Eliminierung der Axialkräfte. Gegenüber dem Stand der Technik können Axiallager daher einfacher aufgebaut und insbesondere reibungs­ ärmer ausgeführt werden. Als Folge hiervon erzielt man einen geringeren Kraftstoffverbrauch bzw. eine höhere Motorenleistung.

Einem wesentlichen Gedanken der Erfindung entsprechend, ist eine Ver­ wendung der vorgeschlagenen Vorrichtung bei Kurbelwellen von Verbren­ nungsmotoren, vorzugsweise mit hydraulisch arbeitendem Ausrücklager, einem Geber- und einem Nehmerzylinder, vorgesehen. Bei Motoren dieser Art wird durch die Betätigung des Ausrücklagers eine axiale Kraft auf die Kurbelwelle ausgeübt. Diese Kraft wird gemäß vorliegender Erfindung durch Anbringen eines Gegenlagers und eine Beaufschlagung dieses La­ gers mit einer Gegenkraft eliminiert.

Je nach Ausbildung der Kupplung kann die axial wirkende Kraft dabei eine am kupplungsseitigen Wellenende angreifende Druck- oder Zugkraft sein. Im ersten Fall ist es von Vorteil, wenn das Gegendrucklager an dem der Kupplung gegenüber liegenden Ende der Kurbelwelle angebracht ist, im zweiten Fall an dem kupplungsseitigen Ende. Bei dieser Anordnung lassen sich die Gegendrucklager einfach gestalten und als Druck erzeugende La­ ger ausbilden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung weist das Gegendrucklager ein Axiallager - vorzugsweise als Kugellager ausgebildet - auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen konstruktiv einfa­ chen Kraftschluss zwischen dem Teil des Gegenlagers, welches die Ge­ genkraft erzeugt bzw. an das Wellenende heranführt und dem Wellenende selbst. Der Kraftschluss wird dadurch herbeigeführt, dass einer der Lager­ ringe mit der Welle fest verbunden ist und dementsprechend die Drehbe­ wegungen der Welle mitmacht, während der zweite Lagerring mit dem sta­ tionären Teil des Gegendrucklagers verbunden ist und mit der Gegenkraft beaufschlagt wird.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Axiallager des Ge­ gendrucklagers als Ausrücklager ausgebildet. Dieses Lager wird, wie das Ausrücklager der Kupplung, nur temporär mit dem Wellenende verbunden. Die Verbindung erfolgt immer dann, wenn eine axiale Kraft an der Welle anliegt. Im Falle der Kurbelwelle bedeutet dies, dass das Gegendrucklager nur während des Kupplungsvorgangs mittels seines Ausrücklagers mit dem Wellenende verbunden ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in einer Verringerung des Verschleisses des Axiallagers.

Bei neueren Fahrzeugen ist die Kupplung i. d. R. als hydraulisches System ausgebildet. Dabei ist am Kupplungspedal ein Geberzylinder angebracht, während dessen Pendant, der Nehmerzylinder, außen am Getriebegehäu­ se befestigt und über einen Hebel mit dem Ausrücklager verbunden ist. Beide Zylinder sind durch eine hydraulische Leitung miteinander verbun­ den. Bei Betätigung des Kupplungspedals wird die hydraulische Flüssigkeit des Systems durch den Kolben des Geberzylinders in den Nehmerzylinder gedrückt und dadurch der Kolben des Nehmerzylinders gegen das Aus­ rücklager bzw. den zum Ausrücklager führenden Hebel gepresst.

Um das Gegendrucklager in dieses Hydrauliksystem einzubinden, ist es gemäß einem Merkmal der Erfindung mit einem Hydraulikzylinder ausges­ tattet. Die vom Geberzylinder am Kupplungspedal wegführende Hydraulik­ leitung ist bei dieser Ausführung sowohl mit dem Nehmerzylinder der Kupp­ lung als auch mit dem Hydraulikzylinder des Gegendrucklagers verbunden. Die Beaufschlagung des Hydraulikzylinders erfolgt dann in vorteilhafter Weise durch den Geberzylinder des Kupplungssystems. Sowohl Lager als auch Gegenlager sind dann hydraulisch betätigt und können konkret als Ringzylinder ausgebildet sein, die konzentrisch zur Welle angeordnet sind. Sowohl drückendes als aus ziehendes Arbeiten ist möglich.

Durch diese konstruktive Maßnahme erreicht man, dass stets gleichzeitig mit der Betätigung der Kupplung und damit der Beaufschlagung der Kur­ belwelle mit einer Axialkraft auch die Gegenkraft am anderen Ende der Kurbelwelle anliegt.

Bei den hydraulischen Kupplungssystemen ist in der Regel zwischen Neh­ merzylinder und Ausrücklager eine Hebel vorgesehen. Dieser Hebel dient vornehmlich der einfacheren Heranführung der Ausrückkraft an das Aus­ rücklager. Durch die Übersetzung dieses Hebels werden die am Hebelan­ fang bzw. -ende angreifenden Kräfte im Verhältnis der Hebellängen transformiert. Eine Weiterbildung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen des Hydraulikzylinders und des Nehmerzylinders sich so verhalten, wie die Länge des Hebelarms auf der Seite des Nehmerzylinders zu der Länge des Hebelarms auf der Seite des Ausrücklagers. Durch diese Vorgabe ist sichergestellt, dass die von der Kupplung auf die Kurbelwelle übertragene axiale Kraft und die vom Gegenlager eingebrachte Gegenkraft einander gleich groß sind. Sie heben sich in ihrer Wirkung daher auf und befreien das Axiallager der Kurbelwelle von axial wirkenden Kräften.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen. In diesem Teil wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Anwendung auf einen Verbrennungsmotor anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Der Zeichnung ist ein Verbrennungsmotor zugrunde gelegt, dessen Kupp­ lung mit einem hydraulisch arbeitendem Ausrücklager und einem Geber- und einem Nehmerzylinder arbeitet. Dargestellt ist eine Ausführungsform, bei welcher der Nehmerzylinder am Getriebegehäuse befestigt ist. Daneben sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen dieser Zylinder als Ringzylinder ausgebildet ist und direkt am Ausrücklager angebracht ist.

Es zeigt

Fig. 1 Blockdiagramm der wesentlichen Komponenten einer bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen (1) der Verbrennungsmotor und mit (2) dessen Kurbelwelle bezeichnet. Die Kupplung (3) ist an einem Ende des Motors bzw. dessen Kurbelwelle angebracht, während das erfindungs­ gemäße Gegendrucklager (4) an dem anderen Ende der Kurbelwelle sei­ nen Sitz hat.

Zum hydraulischen Kupplungssystem gehört der Nehmerzylinder (5), der über einen Hebel (6) mit der Kupplung (3) bzw. deren (nicht dargestellten) Ausrücklager verbunden ist. Der Nehmerzylinder (5) ist mit dem (ebenfalls nicht dargestellten) Geberzylinder am Kupplungspedal über die Leitung (7) verbunden. Über die Leitung (8) hat der im Gegendrucklager vorgesehene (nicht dargestellte) Hydraulikzylinder Verbindung zum Geberzylinder. Bei Betätigung der Kupplung werden sowohl der Nehmerzylinder der Kupplung als auch der Hydraulikzylinder des Gegendrucklagers hydraulisch beauf­ schlagt. Hierdurch werden über die Kolben in beiden Zylindern Kupplung bzw. Kurbelwelle und das der Kupplung gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle mit zueinander entgegen gerichteten axialen Kräften beauf­ schlagt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Größen der Flächen des Hydraulikzylinders und des Nehmerzylinders so gewählt, daß sie sich wie die Länge des Hebelarms (9) auf der Seite des Nehmerzylinders zu der Länge des Hebelarms (10) auf der Seite des Ausrücklagers verhalten. Hierdurch ist sichergestellt, dass die von der Kupplung auf die Kurbelwelle übertragene axiale Kraft und die vom Gegenlager erzeugte Gegenkraft einander gleich groß sind. Sie heben sich in ihrer Wirkung daher auf und befreien das Axiallager der Kurbelwelle von axial wirkenden Kräften.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften bei Maschinen mit einer Welle, die mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an einem der Wellenenden ein Gegendrucklager zur Beaufschlagung der Welle mit einer axial wirkenden Gegenkraft vorgesehen ist, deren Betrag vorzugsweise gleich dem der Kraft entspricht.

2. Verwendung der Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren, vorzugsweise mit hydraulisch arbeitendem Aus­ rücklager, einem Geber- und einem Nehmerzylinder und einer zwischen Ausrücklager und Nehmerzylinder wirksamen Hebelübersetzung, einge­ setzt wird.

3. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axial wirkende Kraft eine an einem Wellenende angreifende Druckkraft ist und das Gegendrucklager an dem anderen Wellenende angebracht ist.

4. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axial wirkende Kraft eine an einem Wellenende angreifende Zugkraft ist und das Gegendrucklager an dem einen Wellenende angebracht ist.

5. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach einem der Ansprü­ che 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendrucklager ein Axial­ lager aufweist.

6. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, dass das Axiallager als Ausrücklager ausgebildet ist.

7. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach einem der Ansprü­ che 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager einen Hydrau­ likzylinder aufweist.

8. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach einem der Ansprü­ che 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Hyd­ raulikzylinders durch den Geberzylinder erfolgt.

9. Vorrichtung zur Kompensation von Lagerkräften nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, dass die Flächen des Hydraulikzylinders und des Nehmerzylinders sich so verhalten wie die Länge des Hebelarms auf der Seite des Nehmerzylinders zu der Länge des Hebelarms auf der Seite des Ausrücklagers.