DE102006052410A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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Eckhard Osterloff
Manfred Sulzmann
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/026Gear drive
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    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
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Abstract

Für eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, mit mindestens einem Zwischenrad zur Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle auf ein Antriebszahnrad (3) und mit einer Nockenwelle (4), welche über eine Steckwelle (5) vom Antriebszahnrad (3) angetrieben wird, schlägt die Erfindung in einer ersten Ausführung vor, dass die Steckwelle (5) über eine doppelt-ballige Bogenverzahnung (6.1, 6.2) im Antriebszahnrad (3) und der Nockenwelle (4) gelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 7.
  • Bei Brennkraftmaschinen wird die Nockenwelle von der Kurbelwelle angetrieben. Dies erfolgt entweder über eine Steuerkette, einen Zahnriemen oder mindestens ein Zwischenrad, welches mit der Kurbelwelle und einem Antriebszahnrad der Nockenwelle kämmt. Bei der letztgenannten Anordnung sind üblicherweise die Nockenwelle in einem Nockenwellen-Gehäuse und das Antriebszahnrad sowie das Zwischenrad in einem Räderkasten gelagert. Auf Grund der unterschiedlichen Lagerung der Bauteile ist ein koaxialer Versatz möglich. Dieselbe Problematik tritt auf, wenn das Antriebszahnrad einer Ölpumpe im Räderkasten gelagert ist und die Ölpumpe sich am Kurbelgehäuse abstützt. Ein koaxialer Versatz bewirkt einen Verzahnungsfehler der miteinander kämmenden Zahnräder. Verschärft wird diese Problematik bei einer Anordnung mit mehreren Zwischenrädern, beispielsweise wenn ein weiteres Zwischenrad zum Antrieb einer Wasserpumpe vorgesehen ist.
  • Aus der DE 30 26 079 A1 ist eine Massenausgleichswelle bekannt, welche von der Kurbelwelle angetrieben wird. Die Massenausgleichswelle ist aus drei Einzelwellen komplettiert, welche in unterschiedlichen Gehäuseteilen gelagert sind. Die erste Einzelwelle trägt ein Kettenrad und eine Ausgleichsmasse. Die zweite Einzelwelle ist als Steckwelle über eine Kerbverzahnung in die erste und die dritte Einzelwelle eingesetzt. Die dritte Einzelwelle trägt ebenfalls eine Ausgleichsmasse. Über die Kerbverzahnung der zweiten Einzelwelle in der ersten bzw. dritten Einzelwelle ist eine Winkelbeweglichkeit möglich, so dass kleinere Abweichungen der ersten und dritten Einzelwelle von der gemeinsamen Mittelachse ausgeglichen werden. Kritisch ist bei dieser Anordnung, dass ein größerer Versatz nicht ausgeglichen werden kann und bei diesem Versatz an den Kontaktflächen hohe Kantenpressungen auftreten, die zu Verschleiß führen. Eine längere zweite Einzelwelle kommt wegen der axialen Bauraumzunahme nicht in Betracht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, für eine Brennkraftmaschine Maßnahmen aufzuzeigen, welche einen größeren koaxialen Versatz oder Winkelversatz einer Antriebszu einer Abtriebsseite, die über eine Steckwelle verbunden sind, erlauben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten und siebten Anspruchs gelöst. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Zur Überbrückung eines größeren koaxialen Versatzes oder Winkelversatzes zwischen einem Antriebszahnrad und einer davon angetriebenen Nockenwelle, sieht die Erfindung in einer ersten Ausführungsform vor, dass die Steckwelle über eine doppelt-ballige Bogenverzahnung im Antriebszahnrad und der Nockenwelle gelagert ist. Doppelt-ballig bedeutet, dass die Zahnflanke und der Zahnkopf der Steckwelle ballig sind. Durch diese Maßnahme wird der Vorteil erzielt, dass trotz großem Versatz des Antriebszahnrads zur Nockenwelle eine kurze Steckwelle verwendet werden kann.
  • Als weitere Maßnahme sind die Stirnseiten der Steckwelle ballig ausgeführt, wodurch auch im schräggestellten Zustand ein axiales Anlaufen der Steckwelle ermöglicht wird. Die Steckwelle ist dadurch axial fixiert.
  • Zur Ölführung ist in die Steckwelle ein Steckrohr eingesetzt. Das Steckrohr ist auf der einen Seite öldicht in die Nockenwelle und auf der anderen Seite öldicht in einem Verschlussdeckel eingesetzt, wobei der Verschlussdeckel im Antriebszahnrad angeordnet ist. Ergänzend besitzt die Steckwelle an den Stirnseiten eine radiale Nut zur Ölführung vom Steckrohr zur doppelt-balligen Bogenverzahnung.
  • In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird für eine Pumpe, welche von einem Antriebszahnrad über eine Steckwelle angetrieben wird, vorgeschlagen, dass die Steckwelle über eine doppelt-ballige Bogenverzahnung im Antriebszahnrad und in der Pumpenwelle gelagert ist. Auch bei dieser Ausführung sind die Stirnseiten der Steckwelle ballig. In einer Ausgestaltung hierzu ist die Steckwelle pumpenseitig in einer Hülse gelagert, welche das Antriebsmoment von der Steckwelle auf die Pumpenwelle überträgt.
  • In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
  • 1 eine Brennkraftmaschine mit Rädertrieb,
  • 2 ein Schnittbild der Steckwelle als Nockenwellenantrieb und
  • 3 ein Schnittbild der Steckwelle als Pumpenantrieb.
  • In 1 ist eine Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit jeweils einer obenliegenden Nockenwelle 4 auf der A-Seite und der B-Seite dargestellt. Die Ansicht zeigt die Brennkraftmaschine mit Blick auf die Kraftgegenseite bei demontiertem Räderkastendeckel, d.h. vom Räderkasten 11 ist lediglich eine umlaufende Wandung ersichtlich. Die Kurbelwelle ist mit dem Bezugszeichen 1 dargestellt. Die Drehbewegung der Kurbelwelle 1 wird über Zwischenräder 2, 2.1, 2.2 und 2.3 auf ein Antriebszahnrad 3 übertragen. Das Antriebszahnrad 3 ist über eine Steckwelle 5 mit der Nockenwelle 4 der A-Seite kraftschlüssig verbunden. Der Antrieb der Nockenwelle 4 auf der B-Seite erfolgt analog hierzu.
  • Die 2 zeigt ein Schnittbild aus 1 im Bereich der Nockenwelle, beispielsweise der Nockenwelle 4 auf der A-Seite. Das Antriebszahnrad 3 stützt sich über ein Lager 12 an einem Lagerdeckel 14 und über ein Lager 13 am Räderkasten 11 ab. Die Nockenwelle 4 ist über ein Lager 15 in einem Nockenwellen-Gehäuse 16 drehbar gelagert. Der Räderkasten 11 und das Nockenwellen-Gehäuse 16 sind über einen Flansch 20 miteinander verbunden.
  • Die Steckwelle 5 ist über eine doppelt-ballige Bogen-Verzahnung 6.1 im Antriebszahnrad 3 und über eine doppelt-ballige Bogenverzahnung 6.2 in der Nockenwelle 4 gelagert. Doppelt-ballige Bogenverzahnung bedeutet, dass bei der Außenverzahnung der Steckwelle 5 sowohl die Zahnflanke als auch der Zahnkopf ballig sind. Die Steckwelle 5 liegt daher an der Innenverzahnung des Antriebszahnrads 3 und an der Innenverzahnung der Nockenwelle 4 punktuell an.
  • An ihren Stirnseiten 7.1 und 7.2 ist die Steckwelle 5 ballig ausgeführt. Bei schräggestellter Steckwelle 5 kommt die Stirnseite 7.1 an einem Verschlussdeckel 8 zur Anlage. Der Verschlussdeckel 8 ist innerhalb des Antriebszahnrads 3 angeordnet. Auf der gegenüber liegenden Seite kommt die Stirnseite 7.2 an der Nockenwelle 4 zur Anlage. Durch die Balligkeit der Stirnseiten 7.1 und 7.2 wird sichergestellt, dass auch im schräggestellten Zustand ein axiales Anlaufen der Steckwelle 5 am Verschlussdeckel 8 und der Nockenwelle 4 möglich ist.
  • In die Steckwelle 5 ist ein Steckrohr 9 für die Ölführung eingesetzt. Das Steckrohr 9 ist öldicht in den Verschlussdeckel 8 und in die Nockenwelle 4 eingesetzt. Über einen Zulauf 17 in der Nockenwelle 4 gelangt das Öl in das Steckrohr 9 und über einen Kanal 18.1 zum Lager 12 sowie über einen Kanal 18.2 zum Lager 13. Im Steckrohr 9 sind Öffnungen 19 zur Ölzufuhr zur doppelt-balligen Bogenverzahnung 6.1 und 6.2 angeordnet. Ergänzend ist in der Stirnseite 7.1 und in der Stirnseite 7.2 der Steckwelle 5 jeweils eine Nut 10 zur Ölführung vorgesehen.
  • In der 3 ist ein Schnittbild der Steckwelle als Antrieb für eine Ölpumpe dargestellt. Für diejenigen Bauteile, welche mit der 2 übereinstimmen, wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Antriebszahnrad 3 ist im Räderkasten 11 gelagert. Eine Pumpenwelle 22 stützt sich in einem Pumpengehäuse 21 ab, welches wiederum im Kurbelgehäuse gelagert ist. Das Antriebsmoment des Antriebszahnrads 3 wird über die doppelt-ballige Bogenverzahnung 6.1 auf die Steckwelle 5 übertragen. Die Steckwelle 5 überträgt das Antriebsmoment über die doppelt-ballige Bogenverzahnung 6.2 entweder direkt auf die Pumpenwelle 22, wenn die Steckwelle 5 in der Pumpenwelle gelagert ist, oder auf eine Hülse 23, welche dann das Antriebsmoment auf die Pumpenwelle 22 überträgt. In der Figur ist die Ausführungsform mit der Hülse 23 dargestellt. Entsprechend der Beschreibung zur 2 sind die Stirnseiten der Steckwelle ballig ausgeführt und kann innerhalb der Steckwelle 5 ein Steckrohr zur Ölführung vorgesehen sein.
  • Die Erfindung wurde zwar an Hand eines Nockenwellen- oder eines Pumpenantriebs beschrieben, die Erfindung lässt sich jedoch ganz allgemein immer dann verwenden, wenn auf Grund der unterschiedlichen Lagerung der Bauteile ein größerer Versatz auftritt, also auch beispielsweise beim Antrieb von Nebenabtrieben.
  • Die Erfindung bietet folgende Vorteile:
    • – über die Doppelballigkeit der Steckwelle kann auch ein großer koaxialer Versatz oder ein Winkelversatz der Nockenwelle oder Pumpenwelle zum Antriebszahnrad in zwei Ebenen überbrückt werden, bei gleichzeitig kurzer axialer Baulänge;
    • – die balligen Stirnseiten der Steckwelle erlauben ein axiales Anlaufen der Steckwelle auch im schräggestellten Zustand;
    • – eine Demontage der Nockenwelle oder Pumpenwelle ist einfach, weil das Antriebszahnrad unmittelbar abziehbar ist;
    • – bei koaxialem Versatz oder Winkelversatz werden durch den punktuellen Kontakt an den Zahnflanken der doppelt-balligen Bogenverzahnung Kantenpressungen in der Verzahnung vermieden, woraus ein nahezu verschleißfreier Betrieb resultiert.
  • 1
    Kurbelwelle
    2
    Zwischenrad
    2.1
    Zwischenrad
    2.2
    Zwischenrad
    2.3
    Zwischenrad
    3
    Antriebszahnrad
    4
    Nockenwelle
    5
    Steckwelle
    6.1
    Bogenverzahnung, doppelt-ballig
    6.2
    Bogenverzahnung, doppelt-ballig
    7.1
    Stirnseite
    7.2
    Stirnseite
    8
    Verschlussdeckel
    9
    Steckrohr
    10
    Nut
    11
    Räderkasten
    12
    Lager
    13
    Lager
    14
    Lagerdeckel
    15
    Lager
    16
    Nockenwellen-Gehäuse
    17
    Zulauf
    18.1
    Kanal
    18.2
    Kanal
    19
    Öffnung
    20
    Flansch
    21
    Pumpengehäuse
    22
    Pumpenwelle
    23
    Hülse

Claims (9)

  1. Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1), mit mindestens einem Zwischenrad (2) zur Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle (1) auf ein Antriebszahnrad (3) und mit einer Nockenwelle (4), welche über eine Steckwelle (5) vom Antriebszahnrad (3) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckwelle (5) über eine doppelt-ballige Bogenverzahnung (6.1, 6.2) im Antriebszahnrad (3) und der Nockenwelle (4) gelagert ist.
  2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (7.1, 7.2) der Steckwelle (5) ballig sind.
  3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steckwelle (5) ein Steckrohr (9) zur Ölführung eingesetzt ist.
  4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Antriebszahnrad (3) ein Verschlussdeckel (8) angeordnet ist.
  5. Brennkraftmaschine (1) nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckrohr (9) in die Nockenwelle (4) und in den Verschlussdeckel (8) öldicht eingesetzt ist.
  6. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckwelle (5) an den Stirnseiten (7.1, 7.2) eine radiale Nut (10) zur Ölführung vom Steckrohr (9) zur doppelt-balligen Bogenverzahnung (6.1, 6.2) aufweist.
  7. Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1), mit einem von der Kurbelwelle (1) angetriebenen Antriebszahnrad (3) und mit einer Pumpenwelle (22) als Pumpenantrieb, welche über eine Steckwelle (5) vom Antriebszahnrad (3) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckwelle (5) über eine doppelt-ballige Bogenverzahnung (6.1, 6.2) im Antriebszahnrad (3) und der Pumpenwelle (22) gelagert ist.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckwelle (5) nach den Ansprüchen 2 und 3 ausgeführt ist.
  9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckwelle (5) pumpenseitig in einer Hülse (23) gelagert ist, welche das Antriebsmoment von der Steckwelle (5) auf die Pumpenwelle (22) überträgt.
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