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Die
Erfindung betrifft eine Zahnradanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Zudem betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur Erzeugung einer Verzahnung zwischen einem Zahnelement
und einer Zahnradanordnung einer Verbrennungskraftmaschine nach
dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
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Gemäß dem Stand
der Technik umfasst eine solche Anordnung ein erstes Zahnrad, insbesondere ein
Stirnrad, und ein zweites Zahnrad, insbesondere ein Ausgleichsrad.
Diese Anordnung findet sich beispielsweise in einer Verbrennungskraftmaschine
in einem Kraftwagen auf einer Nockenwelle. Dabei wird das Stirnrad über ein
Zahnelement, insbesondere eine Steuerkette, von einer Kurbelwelle
der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Das Stirnrad wiederum
ist auf der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine befestigt.
Dieser Verbund wird in der Regel durch Aufschrumpfen des Stirnrades
auf einen Bereich der Nockenwelle realisiert. Somit wird also auch
die Nockenwelle über
das aufgeschrumpfte Stirnrad und die Steuerkette von der Kurbelwelle
der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Das Ausgleichsrad sitzt
auf einem Absatz des Stirnrades und steht mit diesem über ein
kreisförmiges
Federelement in Verbindung. Es hat beispielsweise die Aufgabe, eine
Hochdruckpumpe für
eine Kraftstoffeinspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben. Das
Federelement zwischen Stirnrad und Ausgleichsrad dient dazu, beide
Zahnräder
gegeneinander zu verspannen, um ein etwaiges Spiel der beschriebenen
Verzahnungselemente zu eliminieren.
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Zur
Montage der beschriebenen Zahnradanordnung in der Verbrennungskraftmaschine
müssen das
Stirnrad und das Ausgleichsrad, die über das Federelement in Verbindung
stehen, gegen die Federkraft verdreht und in einer definierten Position
zueinander fixiert werden. Dies geschieht gemäß dem Stand der Technik über einen
Fixierstift. Dieser Fixierstift wird über eine vom Ausgleichsrad
wegweisende Grundseite des Stirnrades in eine das Stirnrad durchdringende
Bohrung eingeführt.
Der Fixierstift wird weitergeschoben, bis er in eine das Ausgleichsrad
ebenfalls durchdringende Bohrung ragt. Es versteht sich, dass die
beiden erwähnten
Bohrungen im gegen die Federkraft verdrehten Zustand der beiden Zahnräder koaxial
liegen. Die beiden Zahnräder
können
sich durch diesen Fixierstift trotz der Federkraft nicht mehr relativ
zueinander bewegen. In diesem Zustand kann die Zahnradanordnung
mitsamt der Nockenwelle in der Verbrennungskraftmaschine verbaut
werden. Es werden dann die erwähnten
Verzahnungen mit der Steuerkette und der Hochdruckpumpe durchgeführt, woraufhin
der Fixierstift entfernt wird und das Federelement für den Spielausgleich der
Verzahnungen sorgen kann.
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Der
Nachteil der beschriebenen Anordnung liegt darin, dass der Fixierstift
die Zahnräder überragt.
Das Problem ist, dass die Verbrennungskraftmaschine in fixiertem
Zustand der beiden Zahnräder durchgedreht
werden muss, etwa um die Steuerzeiten einzustellen. Dies ist aufgrund
des überstehenden
Fixierstiftes allerdings nicht möglich,
da er mit Nachbarbauteilen kollidiert und somit die Drehbewegung
blockiert.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnradanordnung
sowie ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mittels
welchen die beiden Zahnräder
der Zahnradanordnung besonders einfach gegenseitig festlegbar sind.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Zahnradanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben. Zur Erfindung gehört
auch ein Verfahren zur Erzeugung einer Verzahnung zwischen einem
Zahnelement und einer Zahnradanordnung in einer Verbrennungskraftmaschine
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
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Eine
solche Zahnradanordnung für
eine Verbrennungskraftmaschine umfasst ein erstes und ein zweites
Zahnrad welche koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei ist das
erste Zahnrad beispielsweise auf einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine
aufgeschrumpft. Es ist natürlich
aber auch eine anderweitige drehfeste Anbringung des Zahnrades auf
einer anderen Welle denkbar. Durch diese Verbindung kann die Welle,
auf die das Zahnrad aufgebracht ist, über ein weiteres Zahnelement, etwa
eine Steuerkette, von beispielsweise einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine
angetrieben werden. Das zweite Zahnrad liegt koaxial zum ersten
Zahnrad, und beide Zahnräder
können
relativ zueinander gedreht werden. Vorzugsweise sitzt das zweite
Zahnrad auf einem Absatz des ersten Zahnrades. Bei dieser erfindungsgemäßen Zahnradanordnung
ist eine Fixiervorrichtung mit einem Fixierelement vorgesehen, das
an einem der Zahnräder
angeordnet ist. Dieses Fixierelement ist zwischen einer Freigabestellung
und einer Fixierstellung bewegbar. In der Fixierstellung wirkt dieses
Fixierelement mit einer Fixieraufnahme des zweiten Zahnrades zusammen.
Dieses Fixierelement bewirkt, dass, wenn die beiden Zahnräder einmal
in eine definierte Position zueinander verdreht worden sind, diese
definierte Position beibehalten wird. Besonders vorteilig ist diese
Tatsache, wenn die beiden Zahnräder über ein
Federelement in Verbindung stehen, und die erwähnte definierte Position nur
durch ein Verdrehen der Zahnräder
entgegen der Kraft des Federelementes möglich ist. Auch wenn eine andere
Kraftquelle als das Federelement existiert, die die beiden Zahnräder aus ihrer
definierten Position zueinander verdrehen will, sorgt das Fixierelement
dafür,
dass die definierte Position der beiden Zahnräder zueinander beibehalten wird.
Befindet sich die erfindungsgemäße Zahnradanordnung
beispielsweise auf einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine,
so kann dieser Verbund aus den beschriebenen Komponenten im Laufe
des Montageprozesses beliebig bewegt werden. Die definierte Position
der Zahnräder
zueinander geht selbst beim Einstellen der Steuerzeit nicht verloren. Ein
Durchdrehen einer Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Zahnradanordnung
auf einer Nockenwelle ist ohne Weiteres möglich, da das Fixierelement
gemäß der Erfindung
die Zahnräder nicht überragt
und somit nicht mit Nachbarbauteilen kollidieren kann. Natürlich existieren
auch andere Anwendungsbereiche, in denen eine derartige Zahnradanordnung
vorteilhaft ist.
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Die
Gestaltung des Fixierelements als Schraubelement und seine Aufnahme
in einer Gewindeöffnung
des entsprechenden Zahnrades birgt den Vorteil, dass das Fixierelement
durch einfache Drehbewegungen zwischen seiner Fixier- und Freigabestellung
verbringbar ist. Dabei kann das Verdrehen unmittelbar von Hand oder
mittelbar beispielsweise über
einen Innensechskant erfolgen. Teure Werkzeug- bzw. Verbringungsvorrichtungen
sind nicht nötig.
Alternativ können
natürlich
auch andere Verdrehungsvorrichtungen vorgesehen sein, so z. B. eine
Torxaufnahme. Lässt
es die Konstruktion zu, sind auch außenliegende Verdrehungsvorrichtungen realisierbar,
so z. B. ein Außensechskant.
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Ist
das Fixierelement als Schraubelement gestaltet, so erweist es sich
als vorteilhaft, die Gewindeöffnung
im korrespondierenden Zahnrad als Durchgangsöffnung auszubilden, die die
Breitseite des Zahnrades komplett durchsetzt. Dadurch ist es möglich, das
Fixierelement durch eine Breitseite des Zahnrads hindurch zwischen
seinen Stellungen zu verbringen. Komplizierte Verbringungsmechanismen,
etwa über
die Stirnseite des Zahnrades, sind denkbar, falls dies die Konstruktion
zulässt,
erweisen sich aber als nachteilig gegenüber der beschriebenen Durchgangsöffnung.
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Somit
ergibt sich eine bevorzugte Ausführungsform
des Fixierelements und der Fixiervorrichtung als einerseits ein
Schraubelement mit einem Außengewinde,
das ein Innensechskant in sich trägt. Dieses Fixierelement ist
in einem Gewinde in einem Zahnrad aufgenommen, wobei das Gewinde
als Durchgangsöffnung
ausgebildet ist und somit das Fixierelement über die Breitseite des Zahnrades
durch den Innensechskant verdrehbar und damit in der axialen Richtung
verbringbar ist.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform weist
das Fixierelement auch einen Anschlag auf, welcher zur Bestimmung
der Freigabestellung an einer für
den Anschlag vorgesehenen Fläche
des entsprechenden Zahnrades anliegt. Das bedeutet, dass das Fixierelement
in eine Richtung so lange drehbar ist, bis der Anschlag an der entsprechenden
Fläche des
entsprechenden Zahnrades anliegt. Dann ist das Fixierelement nicht
mehr drehbar und die Freigabestellung erreicht. Dadurch ist die
Gefahr eliminiert, dass das Fixierelement zu weit in die Richtung
der Freigabestellung gedreht wird und etwa aus dem Zahnrad herausfällt.
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Dementsprechend
ist es von großem
Vorteil, auch die Fixierstellung des Fixierelements so zu definieren,
dass ein weiterer Absatz oder die dem ersten Absatz gegenüberliegende
Seite an einer dafür vorgesehenen
Fläche
im zweiten Zahnrad anliegt. Dann ist das Fixierelement auch in die
Richtung der Fixierstellung nur soweit drehbar bis die definierte
Fixierstellung tatsächlich
erreicht ist. Die Gefahr der zu weiten Bewegung ist nun auch in
diese Richtung eliminiert.
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Optimalerweise
ist das Fixierelement so gestaltet, dass das Fixierelement in seiner
Fixierstellung die Zahnräder
nicht überragt.
Dadurch ist das Durchdrehen der Verbrennungskraftmaschine möglich, ohne
dass das Fixierelement mit einem Nachbarbauteil zu kollidieren droht.
Auch andere Möglichkeiten
zur Definition der Freigabe bzw. Fixierstellung des Fixierelements
sind denkbar. So könnten
sich z. B. das Gewinde bzw. die Fixieraufnahme verjüngen. Jedwede
Realisierung der Festlegung der Fixier- bzw. Freigabestellung bewirkt
Zeiteinsparungen im Montageprozess und gestalten diese für einen
Monteur wesentlich komfortabler.
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Soll
die Fixierung der beiden Zahnräder
zueinander aufgehoben werden, also das Fixierelement von seiner
Fixierstellung in die Freigabestellung verbracht werden, so erweist
es sich als besonders vorteilhaft, wenn das Fixierelement in seiner
Freigabestellung am Zahnrad gehalten ist.
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Der
Vorteil liegt darin, dass nach beispielsweise der Motormontage das
Fixierelement mit einem definierten Anzugsmoment am Zahnrad mit
dem Gewinde für
das Fixierelement befestigt wird. Es wird nicht entfernt und etwa
weggeworfen, wie z. B. ein Passstift. Damit entfällt der Passstift als Umlaufteil und
Kosten können
eingespart werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass
beispielsweise bei der Reparatur der Verbrennungskraftmaschine in
einer Werkstatt kein teures Spezialwerkzeug erforderlich ist, um
die beiden Zahnräder
wieder in ihre definierte Stellung zu bringen und dort zu fixieren.
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Diese
Tatsache vereinfacht die Montage bzw. Reparatur besonders dann,
wenn zwischen den beiden Zahnrädern
ein Federelement existiert, entgegen dessen Kraft die Zahnräder verdreht
werden müssen,
um sie in die beschriebene definierte Position zu verbringen und
dort zu halten. Die Änderung der
Reparatur- und Montagereihenfolge, die nötig wäre, um den Motor in der durch
einen Passstift fixierten Stellung der Zahnräder dennoch durchdrehen zu
können,
wird durch die erfindungsgemäße Zahnradanordnung
und das Fixierelement mit Fixiervorrichtung nichtig.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen die zeigen in:
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1 eine
Frontansicht einer Zahnradanordnung mit einem ersten und einem zweiten
Zahnrad, wobei das erste Zahnrad das zweite Zahnrad verdeckt, eine
Fixiervorrichtung und ein Fixierelement, wobei die Zahnradanordnung
auf einem Flansch befestigt ist, der wiederum auf einer Nockenwelle
aufgebracht ist; und
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2 einen
Querschnitt durch die Zahnradanordnung entlang der Linie II-II in 1 mit
dem ersten und dem zweiten Zahnrad, die Fixiervorrichtung und das
Fixierelement, das sich in einer Freigabestellung befindet, wobei
die Zahnradanordnung auf dem Flansch befestigt ist, der wiederum
auf der Nockenwelle aufgebracht ist; und
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3 einen
Querschnitt durch die Zahnradanordnung entlang der Linie III-III
in
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1 mit
dem ersten und dem zweiten Zahnrad, die Fixiervorrichtung und das
Fixierelement, das sich in einer Fixierstellung befindet, wobei die
Zahnradanordnung auf dem Flansch befestigt ist, der wiederum auf
der Nockenwelle aufgebracht ist.
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Während 1 eine
Frontalansicht einer Zahnradanordnung mit einem ersten und einem zweiten
Zahnrad, die über
einen Nockenwellenflansch auf einer Nockenwelle aufgebracht ist,
eine Fixiervorrichtung und ein in ein Gewinde des ersten Zahnrades
eingeschraubtes Fixierelement zeigt, wobei das zweite Zahnrad hinter
dem ersten liegt und verdeckt wird, zeigt 2 einen
Querschnitt durch eben diese Zahnradanordnung mit dem Fixierelement
in einer Freigabestellung. Die Zahnräder können so relativ zueinander
verdreht werden, da das Fixierelement nicht in eine für das Fixierelement
vorgesehene Fixieraufnahme des zweiten Zahnrades hineinragt. 3 zeigt
im Gegensatz dazu die Zahnradanordnung mit dem Fixierelement in
einer Fixierstellung, weswegen die beiden Zahnräder nicht mehr relativ zueinander
verdreht werden können.
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1 stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Zahnradanordnung 11 dar. Ein Stirnrad 11 verdeckt
dabei ein Ausgleichsrad, das in den Schnittansichten der 2 und 3 zu
erkennen ist. In das Stirnrad 10 ist ein Innengewinde 13 eingebracht, in
das ein Fixierelement 14, das ein dem Innengewinde 13 entsprechendes
Außengewinde 13 aufweist, eingeschraubt
ist. Das Fixierelement 14 weist zudem einen Werkzeugangriff
in Form eines Innensechskants 15 auf, wodurch es besonders
einfach und ohne Spezialwerkzeug verschraubt werden kann. Weiterhin
ist zu sehen, dass die Zahnradanordnung 11 auf einen Nockenwellenflansch 20 aufgebracht
ist, der wiederum auf einer Nockenwelle 22 befestigt ist. Eine
derartige Anordnung findet sich häufig in Verbrennungskraftmaschinen
wieder, kann aber auch für andere
Zwecke eingesetzt werden.
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Die
in 2 bevorzugte Ausführungsform der Zahnradanordnung 11 umfasst
das Stirnrad 10 und das Ausgleichsrad 12. Natürlich sind
beliebige andere Ausführungsformen
von Zahnrädern
in solch einer Anordnung denkbar.
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Das
Ausgleichsrad 12 ist in 2 auf einen Absatz 16 des
Stirnrades 10 aufgeschoben, und in axialer Richtung durch
einen Sicherungsring 18 festgelegt. Der Sicherungsring 18 wiederum
ist in einer Nut auf dem Absatz 16 des Stirnrades 10 befestigt. Das
Stirnrad 10 und das Ausgleichsrad 12 stehen über ein
nicht dargestelltes Federelement in Verbindung und können entgegen
dessen Federkraft relativ zueinander verdreht werden. Das Fixierelement 14 mit
dem Außengewinde 13,
dem Werkzeugangriff in Form eines Innensechskants 15 und
einem Bund 17 ist in 2 in das
dem Außengewinde 13 entsprechendes
in das Stirnrad 10 eingebrachtes Innengewinde 13 eingeschraubt,
wobei der Bund 17 an einer zugeordneten Fläche des
Stirnrades 10 anliegt.
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Diese
Stellung stellt eine Freigabeposition des Fixierelements 14 dar,
denn so überragt
das Fixierelement 14 das Stirnrad 10 in axialer
Richtung in Richtung des Ausgleichsrades 12 nicht, was
durch eine Ausnehmung von der Breitseite des Stirnrades 10 her,
die in Richtung des Ausgleichsrades 12 weist. Das Fixierelement 14 ist
somit vollständig
im Stirnrad 10 untergebracht. Das Fixierelement 14 ragt
nicht in eine Fixieraufnahme 19 des Ausgleichsrades 12 hinein.
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In
dieser gezeigten Position des Fixierelements 14 können die
beiden Zahnräder 10, 12 relativ zueinander
verdreht werden entgegen der Federkraft des nicht dargestellten
Federelements. Es ist weiterhin zu erkennen, dass das Fixierelement 14 über seinen
Innensechskant 15 durch Drehen mittels beispielsweise eines
Inbusschlüssels
in seiner Position verbracht werden kann.
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Diese
Zahnradanordnung 11 ist auf einen Nockenwellenflansch 20 aufgeschrumpft
der wiederum auf einer Nockenwelle 22 befestigt ist. Es
versteht sich, dass das Fixierelement 14 natürlich auch
in entsprechender Weise im Ausgleichsrad 12 aufgenommen
sein kann. Der Verwendungszweck dieser Zahnradanordnung 11 beschränkt sich
allerdings wie erwähnt
nicht auf den Einsatz auf einer Nockenwelle 22 einer Verbrennungskraftmaschine.
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3 zeigt
die Zahnradanordnung 11, wobei das Stirnrad 10 und
das Ausgleichsrad 12 gegen die Kraft des nicht dargestellten
Federelements verdreht sind und vom Fixierelement 14 in
dieser Fixierposition gehalten werden. Wie zu erkennen ist, befindet sich
das Fixierelement 14 nun in seiner Fixierstellung. Dabei
wird das Fixierelement 14 im Vergleich zu 2 durch
Drehen des Innensechskants 15 mit einem entsprechenden
Werkzeug über
die Gewindeanordnung 13 in axialer Richtung verbracht,
wobei es beispielsweise von einem Monteur nur so lange in die entsprechende
Richtung gedreht werden kann, bis der Bund 17 des Fixierelements 14 an
einer dem Bund 17 zugeordneten Fläche auf einer Breitseite des
Ausgleichsrads 12 anliegt. Dadurch ist die Fixierstellung
des Fixierelements 14 definiert und es kann nicht überdreht
werden, so dass es beispielsweise auf der anderen Seite hinausfallen
würde.
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Auch
beim Lösen
dieser Fixierstellung des Fixierelements 14 kann ein Überdrehen
nicht erfolgen, da der Bund 17 in entsprechender Weise
an einer dem Bund 17 zugeordneten Fläche der Breitseite des Stirnrades 10 anliegt
und somit das Fixierelement 14 nicht weiter gedreht werden
kann. In 3 ist zu erkennen, dass das
Fixierelement 14 durch Verbringen von seiner Freigabe-
in seine Fixierstellung in die Fixieraufnahme 19 des Ausgleichsrads 12 hineinragt.
Durch dieses Hineinragen des Fixierelements 14 in die Fixieraufnahme 19 des
Ausgleichsrads 12 einerseits und die immer noch bestehende Führung des
Fixierelements 14 im Gewinde 13 im Stirnrad 10 sind
die beiden Zahnräder 10, 12 verdrehfest
festgelegt. Auch die Federkraft des nicht dargestellten Federelements,
gegen die die beiden Zahnräder 10, 12 in
diese Fixierposition verdreht wurden, kann die beiden Zahnräder 10, 12 nicht
mehr zueinander verdrehen.
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Entsprechend 2 ist
auch in 3 das Ausgleichsrad 12 auf
einen Absatz 16 des Stirnrades 10 aufgeschoben
und durch einen Sicherungsring 18 in axialer Richtung gesichert.
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Die
Zahnradanordnung 11 ist auf den Nockenwellenflansch 20 aufgeschrumpft,
der wiederum auf der Nockenwelle 22 befestigt ist. Durch
die in 2 dargestellte Fixiersicherung der Zahnradanordnung 11 kann
nun eine Montage des gesamten Verbunds in etwa einer Verbrennungskraftmaschine erfolgen,
ohne dass sich die Zahnräder 10, 12 zueinander
verdrehen. Durch die einfache Verbringungsmöglichkeit des Fixierelements 14 über den
Innensechskant 15 und das Gewinde 13 bei gleichzeitiger
Definition der Freigabestellung und der Fixierstellung über den
Bund 17 ist kein Spezialwerkzeug etwa für Werkstätten erforderlich.
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Durch
den Verbleib des Fixierelements 14 in dieser Zahnradanordnung 11 handelt
es sich nicht um ein Wegwerfteil, wodurch Kosten eingespart werden.