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Die
Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung zum Festlegen einer
in Kurbelwellenlagern einer Brennkraftmaschine gelagerten Kurbelwelle
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Die
Lagerung von Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen unterliegt Mikrobewegungen
auch bei Stillstand durch externe Anregungen. So kommt es z. B.
im Bahnbetrieb auf elektrifizierten Streckenabschnitten, auf denen
der Antrieb elektromotorisch über
Oberleitung erfolgt, zu langen Stillstandszeiten des Dieselmotors,
der aber dennoch den Erschütterungen
des Bahnbetriebs ausgesetzt ist. Durch die im Stillstand nicht vorhandene
Schmierung treten dann Lagerschäden,
insbesondere an den Kurbelwellenlagern auf.
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Aus
der
DE 42 27 339 A1 oder
der
GB 2 313 154 A ist
es zur Diebstahlsicherung bekannt, eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
in einer Position zu verriegeln. Eine Entlastung für die Lagerung von
Kurbelwellen solcher Brennkraftmaschine ist dabei nicht vorgesehen.
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Aus
der
FR 2 824 873 A1 oder
der
EP 1 655 485 A1 ist
es für
erleichtertes Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, die Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine in einer bestimmten Position zu verriegeln.
Auch hierbei ist eine Entlastung für die Lager der Kurbelwellen
dieser Brennkraftmaschine nicht vorgesehen.
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Die
DE 10 2004 014 886
A1 offenbart für
eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine mit
angeflanschtem Aggregat, eine Transportsicherung, die für den Transport
vom Hersteller bis zum Endabnehmer, insbesondere wenn dieser über große Strecken
erfolgt, das Risiko transportbedingter Beschädigungen der Kurbelwellenlager
der Brennkraftmaschine reduzieren soll. Denn beim Transport nicht
selten auftretende Schockbeschleunigungen von bis zu 4 g können entsprechend
den vorhandenen axialen Kurbelwellenlagerspielen, die bis zu 0,6
mm betragen können,
aufgrund der großen Massen
beispielsweise des Läufers
eines an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeflanschten Generators,
so große
Kräfte
auf die Kurbelwellenlager ausüben,
dass diese beschädigt
werden. Die Transportsicherung dieses Standes der Technik ist nicht
für eine
Fixierung der Kurbelwelle nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine
vorgesehen oder geeignet, insbesondere nicht für eine schnelle Fixierung.
Die Transportsicherung dieses Standes der Technik spannt die Kurbelwelle
gegen das Axiallager der Kurbelwelle und belastet demzufolge das
Axiallager der Kurbelwelle.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung zum Festlegen
einer Kurbelwelle zu schaffen, die zur Vermeidung von Lagerschäden aus Nebensystemen
induzierte Schwingungen in der Kurbelwelle reduziert und damit die
aus diesen Schwingungen resultierenden Mikrobewegungen in den Kurbelwellenlagern.
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Die
Lösung
erfolgt mit einer Verriegelungsvorrichtung zum Festlegen einer Kurbelwelle
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen zum Festlegen einer
in Kurbelwellenlagern einer Brennkraftmaschine gelagerten Kurbelwelle
bei Stillstand der Brennkraftmaschine mit einem in einem Schwungradgehäuse der Brennkraftmaschine
enthaltenen Schwungrad, das drehfest mit der Kurbelwelle verbunden
ist, mindestens einem Blockier- und mindestens einem Spannelement,
mittels dem das Blockierelement gegen das Schwungrad verspannbar
ist. Das Blockierelement ist als paarweise um das Schwungrad angeordnete Betätigungsbacken
ausgebildet, wobei jeder der Betätigungsbacken
am Schwungradgehäuse
schwenkbar zur Achse der Kurbelwelle befestigt ist. Ein mittlerer
Bereich der Betätigungsbacken
ist zum Eingriff in ein mit der Kurbelwelle verbundenes Teil, insbesondere
einen Mitnehmerflansch oder das Schwungrad selbst, an einen Bereich
des Umfangs des mit der Kurbelwelle verbundenen Teils angepasst.
Als Spannelement ist ein Antrieb vorgesehen, mit dem die Betätigungsbacken
relativ zum Umfang des rotierenden Teils verstellbar sind. Vorteilhafterweise
ermöglicht die
erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
bei Stillstand der Brennkraftmaschine automatisches Entkoppeln der
Kurbelwelle von durch Nebensysteme induzierte Schwingungen, indem
die Kurbelwelle rasch fixierbar ist und die im Stillstand nicht
geschmierten Kurbelwellenlager so vor Schäden durch Mikrobewegungen der
Kurbelwelle geschützt
sind. Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
ist vorzugsweise im Inneren des Schwungradgehäuses angeordnet, so dass die
Montage von Motorkomponenten oder Antriebseinheiten außen an die
Brennkraftmaschine nicht behindert ist. Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
schützt
die Kurbelwellenlager vor schädlichen
Bewegungen, dadurch, dass die Betätigungsbacken das mit der Kurbelwelle verbundene
Teil auf einem Teil seines Umfangs umgreifen, so dass ein Formschluss
erfolgt, der insbesondere Radiale, aber auch axiale Bewegungen der Kurbelwelle
verhindert. In die Kurbelwelle eingeleitete Kräfte werden vom Schwungradgehäuse aufgenommen.
Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
zum Festlegen einer Kurbelwelle ist einsetzbar nach Inbetriebnahme
der Brennkraftmaschine, aber auch während eines Transports der
Brennkraftmaschine, so dass gesonderte Transportsicherungen zum
Festlegen der Kurbelwelle entbehrlich sind. Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
sind Hybridantriebe in Lokomotiven oder FRAC-Aggregate (Öl und Gas-Anwendungen)
und Aggregate für
unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV-Anlagen).
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Betätigungsbacken
mit einem Eingriff in das Schwungradgehäuse ausgebildet, so dass die
durch den Eingriff am mit der Kurbelwelle verbundenen Teil eingeleiteten
Kräfte
von den Betätigungsbacken
unmittelbar vor Ort aufgenommen und direkt in das Schwungradgehäuse abgeleitet werden.
Dadurch ist es möglich
auch hohe Kräfte aufzufangen
und eine gute Abstützung
zu gewährleisten.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Betätigungsbacken
aus zwei, starr miteinander verbundenen Teilen, wobei ein erstes
Teil der Betätigungsbacken
für den Eingriff
in das Schwungradgehäuse
und ein zweites, im Wesentlichen parallel liegendes Teil für den Eingriff
in das mit der Kurbelwelle verbundene Teil ausgebildet sind. Die
Zweiteiligkeit hat den Vorteil, dass der Abstand des ersten zum
zweiten Teil eingestellt werden kann entsprechend den konstruktiven
Gegebenheiten.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Teil
der Betätigungsbacken
für den
Eingriff in eine Profilnut, insbesondere in eine keilförmige Profilnut,
des Schwungradgehäuses
oder einer mit dem Schwungradgehäuse
verbundenen starren Platte ausgebildet. Durch den so erzielten Formschluss
ist die Betätigung
der Betätigungsbacken
mit niedrigen Kräften
möglich.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite
Teil der Betätigungsbacken
für den
Eingriff in eine Profilnut des mit der Kurbelwelle verbundenen Teils,
insbesondere in eine keilförmige
Profilnut, ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Teil
der Betätigungsbacken
zusammen mit dem zweiten, starr mit dem ersten verbundenen Teil
für den
Eingriff in das Schwungradgehäuse
axial beweglich gelagert. Dies erlaubt den Eingriff auch noch bei
aufgrund des Lagerspiels verschobenen Axialpositionen der Kurbelwelle.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite
Teil der Betätigungsbacken
gegenüber
dem ersten Teil bei Montage axial einstellbar entsprechend dem Abstand
der durch die Profilnuten vorgegebenen Eingriffspositionen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Platte
mit Profilnut in dem Schwungradgehäuse fixiert. In diesem Fall übernimmt
die Platte die Fixierfunktion. Vorteil ist, dass das Schwungradgehäuse baulich
nicht verändert
werden muss.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb
als Pneumatikzylinder ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Einstellschrauben
zum Positionieren der Betätigungsbacken
und/oder Rückstellfedern
für verbesserte
Betriebssicherheit vorgesehen, die auf die Betätigungsbacken wirken.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Betätigungsbacken zum
Anheben der Kurbelwelle in eine definierte radiale Lage ausgebildet
für radiale
Entlastung der Kurbelwellenlager. Zugleich erfolgt auch eine axiale
Fixierung durch Ausbildung mit Profilnuten, in die keilförmige Vorsprünge eingreifen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht der Verriegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung
in einem freigeschnittenen Schwungradgehäuse und
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2 einen
Querschnitt durch einen mittleren Bereich der Betätigungsbacken
der Verriegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
eine Verriegelungsvorrichtung 1 zum Festlegen einer in
Kurbelwellenlagern 2 einer Brennkraftmaschine gelagerten
Kurbelwelle (nicht dargestellt) bei Stillstand der Brennkraftmaschine. Die
Verriegelungsvorrichtung 1 ist mittels Lagerbolzen 12, 13 auf
eine starre Platte 3 in einem Schwungradgehäuse 4 montiert.
Die starre Platte 3 kann in das Schwungradgehäuse 4 integriert
sein. Ein im Schwungradgehäuse 4 gelagerter
Mitnehmerflansch 5 dient zur Befestigung eines Schwungrads 26,
das in 2 dargestellt ist. In einer Bohrung 7 ist
eine nicht dargestellte Kurbelwelle mit dem Mitnehmerflansch 5 fest
verbunden, an dem das Schwungrad 26 befestigt ist.
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Die
Verriegelungsvorrichtung 1 weist einen linken und einen
rechten Betätigungsbacken 8, 9 auf, die
an ihren unteren Enden 10, 11 jeweils mittels
Lagerbolzen 12, 13 schwenkbar um Lagerstellen
in der starren Platte 3 und an ihren oberen Enden 14, 15 jeweils
an sich gegenüber
liegenden Anlenkpunkten eines Pneumatikzylinders 16 montiert
sind. Der Abstand zwischen den sich gegenüber liegenden Anlenkpunkten
ist vom Pneumatikzylinder 16 verstellbar. Zwischen Pneumatikzylinder 16 und
Mitnehmerflansch 5 ist ein Anschlag 17 vorgesehen,
zu dem die Positionen der Betätigungsbacken 8, 9 einstellbar sind
mittels jeweils einer Einstellschraube 18, 19 und jeweils
einer Rückstellfeder 20, 21.
Der Pneumatikzylinder 16 ist von außerhalb der Brennkraftmaschine
ansteuerbar. An Stelle eines Pneumatikzylinders sind als Betätigungsvorrichtungen
auch ein Hydraulikzylinder oder ein Elektromotor denkbar.
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Die
Betätigungsbacken 8, 9 sind
in einem mittleren Abschnitt jeweils zweiteilig.
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2:
Ein erstes Teil 22 der Betätigungsbacken 8, 9 wirkt
mit einer radialen, keilförmigen
Profilnut 23 in der starren Platte 3 zusammen,
wobei diese keilförmige
Nut 23 statt in der starren Platte 3 auch im Schwungradgehäuse 4 direkt
integriert sein kann, und ein zweites Teil 24 der Betätigungsbacken 8, 9 wirkt
mit einer radialen, keilförmigen
Profilnut 25 im mit einem Schwungrad 26 und der
Kurbelwelle verbundenen Teil 5, dem Mitnehmerflansch 5,
zusammen.
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Das
erste Teil 22 der Betätigungsbacken 8, 9 erstreckt
sich in axialer Richtung der Kurbelwelle vom Mitnehmerflansch 5 bis über die
starre Platte 3 hinweg und ist gemeinsam mit dem zweiten
Teil (24) auf den Lagerbolzen 12, 13 axial
beweglich gelagert. Das zweite Teil 24 der Betätigungsbacken 8, 9 ist
mittels radial liegenden Schrauben 28 am ersten Teil 22 starr
befestigt. Bei der Montage ist das erste Teil 22 gegenüber dem
zweiten Teil 24 axial verschieblich, solange die Schrauben 28 noch
nicht angezogen sind. Dies ermöglicht
es, die Position von erstem und zweitem Teil so einzustellen, dass
sich Bund 29 und Bund 30 in richtiger Eingriffsposition
gegenüber
den Profilnuten 23 und 25 befinden. Dadurch lassen
sich fertigungs- und montagebedingte Versatztoleranzen der Kurbelwelle
und der damit verbundenen Teile gegenüber dem Schwungradgehäuse ausgleichen.
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Verfahren zum Betrieb der Verriegelungsvorrichtung 1
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Die
mehrteilige Ausführung
der Betätigungsbacken 8, 9 erlaubt
es, die Teile 22, 24 der Betätigungsbacken 8, 9 bei
der Montage der Brennkraftmaschine in Bezug auf die Kurbelwelle
und das Schwungradgehäuse
auszurichten und dann durch die Schrauben 27 starr miteinander
zu verbinden.
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Während des
Betriebs der Brennkraftmaschine sind die Betätigungsbacken 8, 9 vom
Pneumatikzylinder 16 maximal gespreizt, so dass der Mitnehmerflansch 5 und
die Platte 3 frei von den Betätigungsbacken 8, 9 sind.
Fällt der
Pneumatikzylinder 16 aus, garantieren die Rückstellfedern 20, 21,
dass die Betätigungsbacken 8, 9 maximal
gespreizt bleiben, um Schäden
zu vermeiden, falls die Brennkraftmaschine startet.
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Bei
Stillstand der Brennkraftmaschine zieht der Pneumatikzylinder 16 die
Betätigungsbacken 8, 9 aus
der maximalen Spreizung zusammen bis zum radialen Eingriff der Betätigungsbacken 8, 9 in
die keilförmige
Nut 25 im Mitnehmerflansch 5 und die keilförmige Nut 23 in
der starren Platte 3. Dadurch, dass die Betätigungsbacken
den Mitnehmerflansch auf einem Teilumfang umfassen, wird der Kurbelwelle
eine definierte Radiallage aufgezwungen, in der sich die Kurbelwelle
in angehobener Stellung befindet mit Entlastung der Kurbelwellenlager.
In die Kurbelwelle eingeleitete Kräfte werden direkt in das Schwungradgehäuse abgeleitet
und nicht die Kurbelwellenlager.