DE102006054498A1

DE102006054498A1 - Leichtverschiebeteil für Wellenlängsausgleich

Info

Publication number: DE102006054498A1
Application number: DE200610054498
Authority: DE
Inventors: Thomas Marchner
Original assignee: Deutz Power Systems GmbH
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 2006-11-18
Filing date: 2006-11-18
Publication date: 2008-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung für die Verbindung zweier Arbeitsmaschinen, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit einer Leistungsbrems eines Prüfstands, wobei die Verbindungseinrichtung zwei über eine Längenausgleichsvorrichtung 4 miteinander verbundene Wellenteile 3a, 3b mit zwei endseitigen Befestigungseinrichtungen aufweist.
Erfindungsgemäß wird eine solche Verbindungseinrichtung mit einer Längenausgleichsvorrichtung verbessert. Dies wird dadurch erreicht, dass die Längenausgleichsvorrichtung 4 wälzkörpergelagerte Linearführungen 5 aufweist. Dabei sind mehrere Linearführungen 5 auf den Umfang der Längenausgleichsvorrichtung 4 verteilt angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung für die Verbindung zweier Arbeitsmaschinen, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit einer Leistungsbremse eines Prüfstands, wobei die Verbindungseinrichtung zwei über eine Längenausgleichsvorrichtung miteinander verbundene Wellenteile mit zwei endseitigen Befestigungseinrichtungen aufweist.
Eine derartige Verbindungseinrichtung ist aus der DE 41 24 367 A1 bekannt. Bei dieser Verbindungseinrichtung handelt es sich um eine Einrichtung, die ein Schaltgetriebe eines Nutzkraftfahrzeugs mit einer Messeinheit verbindet. Diese Einrichtung weist zwei endseitige Befestigungseinrichtungen, zwei Kreuzgelenke und zwei über eine Keilverzahnung miteinander verbundene Wellenteile auf. Die Keilverzahnung der Wellenteile soll ein Ineinanderschieben und ein Auseinanderschieben der Wellenteile ermöglichen. Ein solcher Längenausgleich ist bei dem dargestellten Leistungsprüfstand notwendig, weil die Messeinheit ortsfest angeordnet ist und das Nutzkraftfahrzeug schon alleine durch das Fahrwerk und die elastisch in dem Fahrzeugrahmen befestigte Brennkraftmaschinen-Getriebeeinheit axial beweglich zu der Messeinheit ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Verbindungseinrichtung mit einer Längenausgleichsvorrichtung zu verbessern.
Dabei liegt der Erfindung zunächst einmal die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere bei Prüfstandsaufbauten, bei denen eine Brennkraftmaschine mit einer Leistungsbremse über eine Verbindungseinrichtung verbunden sind, trotz einer Längenausgleichsvorrichtung in der Verbindungseinrichtung axiale Kräfte auf die Welle der Leistungsbremse und die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine während des Prüfstandslaufes einwirken, die Beschädigungen verursachen können. Zunächst einmal ist festzustellen, dass die auszugleichenden Längenänderungen insbesondere durch die beim Prüfstandsbetrieb auftretende Erwärmung der Bauteile hervorgerufen werden. Bei einer Temperaturerhöhung von beispielsweise ca. 40 °C und einer Entfernung von einer Axiallagerung der Kurbelwelle bis zu einem Festlager der Leistungsbremse von 3 m tritt eine Längenänderung im Bereich bis zu 1,5 mm auf. Diese Längenänderung muss von der Längenausgleichsvorrichtung aufgenommen werden. Setzt man als solche Längenausgleichsvorrichtung eine Welle mit einer ineinander greifende Keilverzahnung ein, wurde beobachtet, dass bei hohen auf die Verbindungseinrichtung einwirkenden und von dieser zu übertragenden Drehmomente und Leistungen kein Längenausgleich erfolgt. Dem entsprechend ist die Längenausgleichsvorrichtung erfindungsgemäß insbesondere bei hohen einwirkenden und zu übertragenden Drehmomenten blockierungsfrei längenausgleichend ausgebildet. Dadurch werden unter anderem Beschädigungen an der Axiallagerung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vermieden.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Längenausgleichsvorrichtung zumindest ein Leichtverschiebeteil auf. Dabei ist in weiterer Ausgestaltung das Leichtverschiebeteil so ausgebildet, dass die zu verschiebenden Bauteile zueinander einen Reibwert von < 0,01 aufweisen. Wiederum in weiterer Ausgestaltung kann ein solch geringer Reibwert erreicht werden, wenn das Leichtverschiebeteil eine wälzkörpergelagerte Linearführung aufweist. Dabei sind dann in weiterer Ausgestaltung mehrere Leichtverschiebeteile auf den Umfang der Längenausgleichsvorrichtung verteilt angeordnet.
Eine größere Brennkraftmaschine erzeugt beispielsweise bei einer Drehzahl von 1.500/min eine Leistung von beispielsweise 2000 kW und ein Drehmoment von ca. 13.000 Nm. Eine längsverzahnte Verbindungswelle lässt aber bei einer vorgegebenen maximal zulässigen Axialkraft auf die Längsverzahnung einen Längenausgleich nur bis zu einem bestimmten zu übertragenden Drehmoment zu. Wird die maximal zulässige Axialkraft überschritten, blockiert die Längsverzahnung. Es gilt die Beziehung F_RL = T·μ/r_m·cos β. Hierbei bezeichnet F_RL die Axialkraft, T das übertragende Moment, μ die Reibzahl/Reibwert des eingesetzten Materials, r den Radius der längsverzahnten Verbindungswelle und β den Beugewinkel der Verbindungswelle. Ohne auf die Beziehung näher einzugehen, ist ersichtlich, dass die Axialkraft und das zu übertragende Moment proportional zueinander sind und ab einem bestimmten Moment kein Längenausgleich mehr stattfindet. Einflussgrößen auf die Proportionalität sind insbesondere der Radius r und der Reibwert μ. Durch den Einsatz des Leichtverschiebeteils kann der Reibwert, der bei einer normalen Keilverzahnung im Bereich von 0,1 liegt, auf einen Wert < 0,01 heruntergesetzt werden, können auch die angegebenen hohen Drehmomente von der Längenausgleichvorrichtung ohne Blockade übertragen werden. Je nach Ausbildung des Leichtverschiebeteils können Werte von bis zu 0,003 erreicht werden. Dies ist beispielsweise durch eine wälzkörpergelagerte Linearführung möglich. Aus der zuvor aufgeführten Beziehung ist ersichtlich, dass alternativ der Radius erhöht werden könnte, um höhere Drehmomente ohne Blockade übertragen zu können. Dies ist aber praktisch nicht realisierbar, da dann der Durchmesser der Wellenteile nicht realisierbare Werte größer 1 m erreichen würde.
Der Einsatz der Längenausgleichsvorrichtung mit dem Leichtverschiebeteil ist zuvor im Zusammenhang mit einem Prüfstandsaufbau, bei dem eine Brennkraftmaschine mit einer Leistungsbremse über eine derartige Verbindungseinrichtung verbunden ist, beschrieben worden. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Einsätze beschränkt, sondern kann generell dort eingesetzt werden, wo hohe Drehmomente auftreten und Längsbewegungen auftreten können bzw. ein entsprechender Ausgleich möglich sein muss. Dies kann beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen wie Pumpen sein oder aber auch bei verbrennungsmotorisch angetriebenen Arbeitsmaschinen wie beispielsweise Generatoren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Verbindungseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Längenausgleichsvorrichtung und
2 einen Querschnitt durch die Längenausgleichsvorrichtung.
Die Verbindungseinrichtung weist zwei endseitige Befestigungseinrichtungen 1a, 1b auf, die über Kreuzgelenke 2a, 2b mit zwei Wellenteilen 3a, 3b verbunden sind. Die Wellenteile 3a, 3b sind ihrerseits über die Längenausgleichsvorrichtung 4 miteinander verbunden.
Die Längenausgleichsvorrichtung 4 weist auf deren Umfang verteilt angeordnete Leichtverschiebeteile 5 mit insgesamt sechs wälzkörpergelagerten Linearführungen 6 auf, die die beiden Wellenteile 3a, 3b miteinander verbinden. Die Leichtverschiebeteile 5 beinhalten neben den Linearführungen die erforderlichen Befestigungseinrichtungen. Dies sind unter anderem an dem einen rohrförmigen Mantel 7 aufweisenden Wellenteil 3a festgeschraubte sechs Wiederlager 8, wobei jedes Wiederlager 8 mit einer an dem Wellenteil 3b angeordneten Gegenlager 9 über die wälzkörpergelagerte Linearführung 5 zusam menwirkt. Die Linearführung 5 weist ein U-förmig ausgebildetes Profil 10a auf, in das ein im Wesentlichen rechteckig ausgebildetes Profil 10b eingreift. Zwischen den Profilen 10a, 10b sind Wälzkörper, beispielsweise in Form von mehreren entlang dem Profil ausgerichteten Kugelketten, angeordnet. Die Profile 10a, 10b sind zusammen mit den Kugelketten so ausgebildet, dass diese miteinander eine bauliche Einheit bilden.

1a, 1b: Befestigungseinrichtungen
2a, 2b: Kreuzgelenke
3a, 3b: Wellenteile
4: Längenausgleichsvorrichtung
5: Leichtverschiebeteil
6: Linearführung
7: Mantel
8: Wiederlager
9: Gegenlager
10a, 10b: Profil

Claims

Verbindungseinrichtung für die Verbindung zweier Arbeitsmaschinen, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit einer Leistungsbremse eines Prüfstands, wobei die Verbindungseinrichtung zwei über eine Längenausgleichsvorrichtung miteinander verbundene Wellenteile mit zwei endseitigen Befestigungseinrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenausgleichsvorrichtung (4) bei hohen einwirkenden und zu übertragenden Drehmomenten blockierungsfrei längenausgleichend ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenausgleichsvorrichtung (4) zumindest ein Leichtverschiebeteil (5) aufweist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtverschiebebauteil (5) einen Reibwert von kleiner als 0,01 aufweist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtverschiebeteil (5) eine wälzkörpergelagerte Linearführung (6) aufweist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leichtverschiebeteile (5) auf den Umfang der Längenausgleichsvorrichtung (4) verteilt angeordnet sind.