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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur antriebsseitigen Kupplung
eines Nebenaggregats mit einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine.
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In
Kraftfahrzeugen werden Nebenaggregate, wie Pumpen zur Erzeugung
von Unterdruck für
Nebenaggregate der Brennkraftmaschine oder für das Kraftfahrzeug verwendet.
Angetrieben werden solche Nebenaggregate üblicherweise von einer Welle der
Brennkraftmaschine, wie Nockenwelle, Kurbelwelle, Ölpumpenwelle,
Zwischenwelle etc., in deren axialen Verlängerung sie angeordnet sind.
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Zur
antriebsseitigen Kupplung des Nebenaggregats mit der Welle wurden
bisher vergleichsweise starre Axialkupplungen, insbesondere Klauenkupplungen
verwendet. Diese benötigen
jedoch einen großen
Bauraum und beeinflussen die Baulänge der Brennkraftmaschine
nachteilig. Außerdem
verursachen diese Kupplungen aufgrund ihres vergleichsweise großen Durchmessers
Probleme bei der Zugänglichkeit
anderer Bauteile, wie Zylinderkopfschrauben.
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Starre
Axialkupplungen, wie Klauenkupplungen, können nur eine geringe Abweichung
von Exzentrizität
und Winkel der zu kuppelnden Weilen ausgleichen. Aufgrund ihrer
hohen Kerbempfindlichkeit müssen
sie sehr massiv ausgeführt
werden, sodass sich bewegte Masse und Fahrzeuggewicht erhöhen. Sie
sind teuer und aufwändig
herzustellen.
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Aufgabe
ist es daher, eine eingangs genannte Kupplungseinrichtung bereit
zu stellen, die eine flexiblere Bauraumausnutzung gestattet, die
einen Ausgleich von Exzentrizität
und Winkel der zu kuppelnden Wellen ermöglicht und die einfach und
leicht ist.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt mit einer Kupplungseinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, indem zur Kupplung eine Welle mit endseitigen Gelenken
verwendet wird, wobei ein erstes Gelenk der Nockenwelle und ein
zweites Gelenk dem Nebenaggregat zugeordnet ist.
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Besonders
vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorzugsweise
sind wellenseitige außenprofilierte
Rundköpfe
und nockenwellen- sowie nebenaggregatseitige komplementär innenprofilierte
Aufnahmen für
die Rundköpfe
vorgesehen. Dabei hat es sich als sehr günstig erwiesen, wenn die Rundköpfe ein
einfaches Profil, wie Kerb-, Polygon-, Außensechsrund-, Außensechskant-
oder Torxprofil, aufweisen. Insbesondere ein Außensechsrundprofil bietet einen
günstigen
Kraftangriff, sodass bei geringem Durchmesser ein hohes Moment übertragbar
ist.
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Einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
zufolge ist die Welle der Kupplungseinrichtung aus dem Vollen oder
aus einem dickwandigen Rohr hergestellt. Wenn die Welle aus einem
Rohr hergestellt ist, kann dieses Rohr als Kanal für ein Schmierfluid
zur Schmierung der Gelenke und Ölversorgung
des Nebenaggregats/der Pumpe dienen und ein gesonderter Bearbeitungsschritt
zur Schmierkanalherstellung, beispielsweise durch Bohren, kann entfallen.
Eine Schmierung der Gelenke kann auch aus der Brennkraftmaschinenwelle
erfolgen oder von außen
ohne Hohlbohrung der Brennkraftmaschinenwelle.
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Zweckmäßigerweise
sind die Außenprofile durch
Kaltverformen und die Innenprofile durch Stoßen, Räumen oder Hämmerrollieren hergestellt.
Diese Herstellungsweisen sind sehr kostengünstig.
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Besonders
vorteilhaft ist es, zumindest eines der Gelenke durch eine axiale
Sicherung bei der Montage zu sichern, indem in der Brennkraftmaschinenwelle
oder in der Nebenaggregatwelle eine axiale Sicherung, wie Stift,
Ring, Blech oder ähnliches,
vorgesehen ist.
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Nachfolgend
wird ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf Figuren näher
erläutert,
dabei zeigen schematisch und beispielhaft
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1 eine
Unterdruckpumpe an einer Nockenwelle, gekuppelt gemäß dem Stand
der Technik mit Klauenkupplung,
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2 eine
Unterdruckpumpe an einer Nockenwelle, gekuppelt mit Gelenkwelle
und
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3 eine
Gelenkwelle.
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1 zeigt
eine Unterdruckpumpe 110 an einer Nockenwelle 106,
gekuppelt gemäß dem Stand der
Technik mit einer Klauenkupplung 100. Die Klauenkupplung 100 weist
zwei Kupplungsteile 102, 104 auf, wobei ein Kupplungsteil 102 mit
der Nockenwelle 106 und ein Kupplungsteil 104 mit der
Antriebswelle 108 der Unterdruckpumpe 110 drehfest
verbunden ist. Ein Kupplungsteil weist Klauen auf, die mit korrespondierenden
komplementären
Lücken
des anderen Kupplungsteils in kraftübertragender Verbindung stehen,
sodass bei einer Drehung der Nockenwelle 106 die Antriebswelle 108 der
Unterdruckpumpe 110 angetrieben wird.
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Die
Pumpe 110 dient zur Erzeugung von Unterdruck für Nebenaggregate
der Brennkraftmaschine oder für
das Kraftfahrzeug und ist beispielsweise eine Einflügelunterdruckpumpe
mit einem topfförmigen
Stator 1 mit konchoidenförmiger Innenkontur, in dem
ein Rotor drehbar gelagert ist. In dem Rotor ist orthogonal zu dessen
Drehachse ein Flügel
verschieblich gelagert, der mit seinen Flügelspitzen an der einen Arbeitsraum
begrenzenden Umfangsfläche anliegt
und dabei den Arbeitsraum in einen Saugraum und einen Druckraum
unterteilt. Der Saugraum ist mit einer Einlassöffnung und der Druckraum ist
mit einer Auslassöffnung
versehen, wobei die Auslassöffnung
in der den Druckraum umgebenden Umfangsfläche angeordnet ist. Gegebenenfalls kann
die Pumpe 110 auch eine Flügelzellenpumpe, eine innen-
oder außenverzahnte
Zahnradpumpe, eine Hubkolbenpumpe oder eine innen- oder außenbeaufschlagte
Radialkolbenpumpe sein. Die Pumpe dient zur Förderung eines Fluids, insbesondere
eines Betriebs- und/oder Schmierfluids, wie Öl oder Kraftstoff. Eine bevorzugte
Anwendung ist die Erzeugung von Unterdruck zur Verstärkung von
Bremspedalkräften.
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Der
Rotor der Pumpe 110 ist mittels einer Antriebswelle 108 mit
der Nockenwelle 106 verbunden, während der Stator der Pumpe 110 mit
dem Brennkraftmaschinengehäuse,
beispielsweise mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, verbunden
ist. Die Pumpe 110 ist am Ende der Nockenwelle 106 in deren
axialen Verlängerung
angeordnet.
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2 zeigt
eine wie oben beschriebene Unterdruckpumpe an einer Brennkraftmaschinenwelle 212,
wie Nockenwelle, Kurbelwelle, Ölpumpenwelle, Zwischenwelle
etc., erfindungsgemäß gekuppelt
mittels einer Gelenkwelle 200. Vorliegend ist die Brennkraftmaschinenwelle 212 hohl
ausgeführt
und an Lagerstellen 214, 216 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine
drehbar gelagert. Endseitig ist die Brennkraftmaschinenwelle 212 mit
einem stopfenartigen Einsatz versehen, der eine Aufnahme 208 für einen
Rundkopf 204 einer Gelenkwelle 202 bildet. Ebenso
weist die Antriebswelle 212 der Unterdruckpumpe endseitig
eine Aufnahme 210 für
einen weiteren Rundkopf 206 der Gelenkwelle 202 auf.
Die Aufnahmen 208, 210 bilden mit den Rundköpfen 204, 206 jeweils
ein Gelenk.
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In 3 ist
die Gelenkwelle 202 mit ihren Rundköpfen 204, 206 dargestellt,
dabei entsprechen die Bezugsziffern denjenigen der 2.
Die Rundköpfe 204, 206 sind
jeweils mit einem Außenprofil 220, 222 versehen,
das sich in Gelenkwellenlängsrichtung
erstreckt und radial umlaufend am jeweiligen Rundkopf 204, 206 ausgebildet
ist. Das Profil 220, 222 ist ein einfaches Profil,
wie Kerb-, Polygon-, Außensechsrund-,
Außensechskant-
oder Torxprofil, und ist vorzugsweise durch Kaltverformen hergestellt.
Die Gelenkwelle 202 selbst ist aus dem Vollen oder aus
einem dickwandigen Rohr hergestellt.
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Die
Aufnahmen 208, 210 sind weisen innenseitig ein
zum Profil des jeweiligen Rundkopfes 204, 206 komplementäres Profil
auf. Damit ist zwischen Aufnahme 208, 210 und
Rundkopf 204, 206 die Übertragung einer Drehbewegung
auch bei einer winkligen Stellung zwischen Aufnahmen- und Gelenkwellenachse
ermöglicht.
Mit den beiden Gelenken 204, 206, 208, 210 kann
eine Drehbewegung sowohl bei einer winkligen Stellung zwischen den
Aufnahmeachsen entsprechend einer winkligen Stellung zwischen Brennkraftmaschinenwelle 212 und
Antriebswelle 212 der Unterdruckpumpe als auch bei einem Achsversatz
zwischen Brennkraftmaschinenwelle 212 und Antriebswelle 212 der
Unterdruckpumpe übertragen
werden. Die innenseitige Profilierung der Aufnahmen 208, 210 erfolgt
vorzugsweise durch Stoßen,
Räumen
oder Hämmerrollieren.
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Die
Brennkraftmaschinenwelle 212 weist einen inneren Durchgangskanal 224 auf,
durch den Schmiermittel zur Schmierung der Gelenke 204, 206, 208, 210 geleitet
werden kann. Jedoch kann eine Schmiermittelzuführung zu den Gelenken 204, 206, 208, 210 auch
durch die Brennkraftmaschinenwelle 212 oder die Antriebswelle 212 der
Unterdruckpumpe erfolgen oder ohne Kanal in einer Welle von außen. Wenn
die Pumpe zur Ölförderung
dient, kann wie vorliegend ein Teil des von der Pumpe umgesetzten Ölstromes
gedrosselt abgezweigt und zur Gelenkschmierung verwendet werden, 218.
Dadurch kann zugleich der Pumpenkreislauf entlüftet und die Ölmange beim
Abstellen begrenzt werden. Hierfür sind
Kanäle 216, 214 vorgesehen.
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Um
die Montage der Gelenke 204, 206, 208, 210 und
damit der Unterdruckpumpe an der Brennkraftmaschine zu erleichtern,
ist an zumindest einem Gelenk eine axiale Montagesicherung, vorzugsweise mittels
Stift, Ring, Blech oder ähnlichem,
vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich
ist eine Einrichtung zur axialen Spieleinstellung vorgesehen.