DE102009032224A1

DE102009032224A1 - Anordnung zur drehstarren und fluchtenden Verbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit einer Generatorwelle eines Generators in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009032224A1
Application number: DE102009032224A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Hofheinz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur drehstarren Verbindung einer Kurbelwelle (2) eines Verbrennungsmotors mit einer Generatorwelle (12) eines Generators in einem Fahrzeug, die geringe Fluchtungsfehler auszugleichen in der Lage ist und ermöglicht, dass der Generator für den Verbrennungsmotor Schwungradfunktion übernehmen kann, womit der Anbau eines separaten Schwungrades entfallen kann. Erfindungsgemäß weist ein wellenförmiges Verbindungselement (19) zwei insbesondere ballig ausgebildete Wellenenden (19.1 und 19.2), die jeweils mit Außenverzahnungen (21.1 und 21.2) versehen sind, auf, wobei ein erstes Wellenende (19.1) in einer Aussparung (7) der Kurbelwelle (2) des Verbrennungsmotors und ein zweites Wellenende (19.2) in einer Aussparung (15) der Generatorwelle (12) des Generators angeordnet sind, wobei die Aussparungen (7 und 15) jeweils eine mit der Außenverzahnung (21.1 und 21.2) des jeweiligen Wellenendes (19.1 und 19.2) des Verbindungselements (19) korrespondierende Innenverzahnungen (10 und 18) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur drehstarren Verbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit einer Generatorwelle eines Generators in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die DE 25 52 851 A1 beschreibt eine Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge, bestehend aus Rotor, Kupplung und Getriebe mit einer die Antriebskraft des Motors auf das Getriebe übertragenden Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle des Getriebes aus zwei drehstarr miteinander verbindbaren Teilwellen besteht, und dass zumindest die motorseitige Teilwelle nach Lösen der Verbindung zwischen den beiden Teilwellen aus ihrer Lagerung herausnehmbar ist.
Die G 92 17 005.6 beschreibt eine steckbare Kurbelwelle mit einer Keilverzahnung.
Die DE 100 07 262 B4 beschreibt eine Anordnung eines Elektromotors an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bei einem Kraftfahrzeug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anordnung zur drehstarren und fluchtenden Verbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit einer Generatorwelle eines Generators in einem Fahrzeug anzugeben.
Hinsichtlich der Anordnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur drehstarren und fluchtenden Verbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit einer Generatorwelle eines Generators in einem Fahrzeug weist ein wellenförmiges Verbindungselement zwei, insbesondere ballig ausgebildete Wellenenden, die jeweils mit Außenverzahnungen versehen sind, auf, wobei ein erstes Wellenende in einer Aussparung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und ein zweites Wellenende in einer Aussparung der Generatorwelle des Generators angeordnet sind, wobei die Aussparungen jeweils eine mit der Außenverzahnung des jeweiligen Wellenendes des Verbindungselements korrespondierende Innenverzahnung aufweisen. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht den Ausgleich leichter Fluchtungsfehler ohne federnde Elemente, so dass durch die drehstarre Anbindung der Generator für den Verbrennungsmotor die Funktion des Schwungrades mit übernehmen kann.
Zweckmäßigerweise ist durch die erfindungsgemäße Anordnung eine fluchtende Anordnung des Generators an der Kurbelwelle ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird durch das Verbindungselement nur eine Drehbewegung zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Generatorwelle des Generators übertragen.
Durch diese Entkopplung sämtlicher andere Kräfte und Bewegungen außer der Drehbewegung zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Generatorwelle des Generators wird eine Lagerbelastung einer Lagerung der Kurbelwelle und der Generatorwelle minimiert.
Somit wird ein Verschleiß der Lagerung der Kurbelwelle und der Generatorwelle vermindert und die Lebensdauer der Lagerung erhöht.
In besonders vorteilhafter Weise ist durch die Entkopplung von Kurbelwelle und Generatorwelle eine Relativbewegung der Kurbelwelle innerhalb ihres Gleitlagerspiels und somit eine bestimmungsgemäße Funktion des Gleitlagers ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können Fertigungstoleranzen der Generatorwelle des Generators bei ihrer Montage an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mittels des beweglichen Verbindungselements ausgeglichen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Verbindungselements zwischen einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und einer Generatorwelle eines Generators.
Eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ist von einem Motorgehäuse 1 umgeben. In diesem Motorgehäuse 1 ist eine Kurbelwelle 2 mittels mehrerer Gleitlager 3 drehbar gelagert.
Diese Gleitlager 3 sind beispielsweise hydrostatisch ausgeführt. Ein solches Gleitlager 3 umfasst eine Kurbelwellenlagerstelle 4 und zumindest eine dazu korrespondierend ausgebildete, nicht dargestellte Lagerschale. Die Gleitlager 3 werden mit einem Ölstrom von einer nicht dargestellten Ölpumpe versorgt. Innerhalb des Gleitlagers 3 baut sich durch eine Reibungsmitnahme des Öls an der Kurbelwellenlagerstelle 4 ein keilförmiger Öldruckfilm auf, der stets so ausgelegt ist, dass möglichst kein metallischer Kontakt zwischen der Kurbelwellenlagerstelle 4 und der Lagerschale des Gleitlagers 3 entsteht.
Mit anderen Worten: Der Ölstrom der Ölpumpe bewirkt ein hydrostatisches Abheben der Kurbelwellenlagerstelle 4 von der Lagerschale des Gleitlagers 3. Ein solches Gleitlager 3 weist immer ein konstruktiv bedingtes und für die bestimmungsgemäße Funktion des Gleitlagers 3 notwendiges Gleitlagerspiel auf. Innerhalb dieses Gleitlagerspiels bewegt sich die Kurbelwelle entlang einer für eine Gleitlagerfunktion notwendigen Verlagerungsbahn.
In einer möglichen Ausführungsform ist an einer Stirnseite 5 der Kurbelwelle 2 eine Abtriebseinrichtung 6 angeordnet. Die Abtriebseinrichtung 6 ist beispielsweise ein Zahnrad oder ein Kettenrad und überträgt ein Motormoment z. B. zum Antreiben der Motorsteuerung (Nockenwellen) bzw. von Aggregaten (Pumpen für Öl, Wasser oder Kraftstoff oder Kältemittelverdichter).
In der Stirnseite 5 der Kurbelwelle 2 ist eine Aussparung 7 zentriert eingebracht. Diese Aussparung 7 weist einen runden Querschnitt auf und ist beispielsweise als Sackloch mit einem kegelförmigen Grundloch 8 ausgebildet. Der zylinderförmige Abschnitt 9 der Aussparung 7 ist mit einer Innenverzahnung 10 versehen.
An der der Stirnseite 5 der Kurbelwelle 2 gegenüberliegenden Seite des Motorgehäuses 1 ist eine runde Ausnehmung 11 angeordnet. Diese Ausnehmung 11 ist rotationssymmetrisch zur in der Stirnseite 5 der Kurbelwelle 2 befindlichen Aussparung 7 angeordnet.
Am Motorgehäuse 1 ist ein nicht dargestellter Generator angeordnet und befestigt. Der Generator ist beispielsweise mittels eines Flanschs an das Motorgehäuse 1 derart angeschraubt, dass eine Generatorwelle 12 des Generators in der korrespondierenden Ausnehmung 11 des Motorgehäuses 1 zentriert angeordnet ist. Die Generatorwelle 12 ist nicht näher dargestellt mittels zumindest eines Wälzlagers in einem Generatorgehäuse gelagert.
Um eine Abdichtung zwischen dem Motorgehäuse 1 und der Generatorwelle 12 zu ermöglichen und einen Ölaustritt aus dem Motorgehäuse 1 zu verhindern, ist in der Ausnehmung 11 des Motorgehäuses 1 zwischen der Generatorwelle 12 und dem Motorgehäuse 1 ein Radialwellendichtring 13 angeordnet. Als Radialwellendichtring 13 wird beispielsweise ein herkömmlicher Lippendichtring verwendet.
In der zur Kurbelwelle 2 gerichteten Stirnseite 14 der Generatorwelle 12 ist eine Aussparung 15 zentriert eingebracht. Diese Aussparung 15 weist einen runden Querschnitt auf und ist beispielsweise als Sackloch mit einem kegelförmigen Grundloch 16 ausgebildet. Der zylinderförmige Abschnitt 17 der Aussparung 15 ist mit einer Innenverzahnung 18 versehen.
Durch die zentrierte Anordnung der Generatorwelle 12 in der Ausnehmung 11 ist die Aussparung 15 der Generatorwelle 12 rotationssymmetrisch zur Aussparung 7 der Kurbelwelle 2 ausgerichtet. Die Stirnseite 14 der Generatorwelle 12 und die Stirnseite 5 der Kurbelwelle 2 sind in einem derartigen Abstand A zueinander angeordnet, dass sie während eines Betriebs des Verbrennungsmotors nicht berühren.
Ein wellenförmiges Verbindungselement 19 ist derart zwischen der Generatorwelle 12 und der Kurbelwelle 2 eingebaut, dass ein erstes Wellenende 19.1 des Verbindungselements 19 in der Aussparung 7 der Kurbelwelle 2 und ein zweites Wellenende 19.1 des Verbindungselements 19 in der Aussparung 15 der Generatorwelle 12 angeordnet sind.
Die beiden Wellenenden 19.1 und 19.2 sind jeweils derart ballig ausgeformt, dass ein Mittelbereich 20 des Verbindungselements 19 einen im Vergleich zu den Wellenenden 19.1 und 19.2 verringerten Durchmesser aufweist.
In die ballig ausgeformten Wellenenden 19.1 und 19.2 ist jeweils eine Außenverzahnung 21.1 und 21.2 eingebracht, wobei die Außenverzahnung 21.1 mit der Innenverzahnung 10 der Kurbelwelle 2 korrespondiert und die Außenverzahnung 21.2 mit der Innenverzahnung 18 der Generatorwelle 12 korrespondiert.
Die beiden Stirnseiten des Verbindungselements 19 sind beispielsweise kegelstumpfförmig ausgeformt.
Sowohl die Außenverzahnung 21.1 mit der korrespondierenden Innenverzahnung 10 der Kurbelwelle 2 als auch die Außenverzahnung 21.2 mit der korrespondierenden Innenverzahnung 18 der Generatorwelle 12 sind mit einem so genannte Keilwellenprofil versehen.
Bei einem solchen Keilwellenprofil haben die zahnförmig ausgebildeten Mitnehmer gerade und zueinander parallele Flanken. In einem zusammengesetzten Zustand beispielsweise der Außenverzahnung 21.1 mit der korrespondierenden Innenverzahnung 10 sind über einen Kreisumfang abwechselnd ein Mitnehmer der Innenverzahnung 10 und ein Mitnehmer der Außenverzahnung 21.1 nebeneinander angeordnet. Die jeweiligen Mitnehmer der Innenverzahnung 10 und der Außenverzahnung 21.1 liegen zumindest während eines Betriebs des Verbrennungsmotors aneinander an und übertragen über diese nicht näher dargestellten Anlageflächen das Drehmoment formschlüssig.
Somit wird durch das Verbindungselement 19 nur eine Drehbewegung zwischen der Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors und der Generatorwelle 12 des Generators übertragen.
Durch diese Entkopplung sämtlicher andere Kräfte und Bewegungen außer der Drehbewegung zwischen der Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors und der Generatorwelle 12 des Generators wird eine Lagerbelastung des Gleitlagers 3 und des Wälzlagers der Generatorwelle 12 minimiert. Somit werden ein Verschleiß des Gleitlagers 3 und des Wälzlagers der Generatorwelle 12 vermindert und eine Lebensdauer dieser Lager wird erhöht.
Durch die ballige Ausformung der Außenverzahnungen 21.1 und 21.2 ist das Verbindungselement 19 in den Innenverzahnungen 10 und 18 in mehreren Freiheitsgraden beweglich gelagert. Beispielsweise ist eine Längsverschiebbarkeit des Verbindungselements 19 in einer Richtung X ermöglicht. In der aus einer Richtung Y und einer Richtung Z gebildeten Ebene ist eine Kreisbewegung des Verbindungselements 19 ermöglicht.
Durch diese Bewegbarkeit des Verbindungselements 19 in mehreren Freiheitsgraden ist vorteilhafterweise ein Ausgleich eventuell durch Fertigungstoleranzen hervorgerufener Fluchtungsfehler oder -abweichungen zwischen der Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors und der Generatorwelle 12 des Generators ermöglicht.
Besonders vorteilhafterweise ist durch die beschriebene Entkopplung von Kurbelwelle 2 und Generatorwelle 12 eine Relativbewegung der Kurbelwelle 2 innerhalb ihres Gleitlagerspiels auf der für die Gleitlagerfunktion notwendigen Verlagerungsbahn und somit eine bestimmungsgemäße Funktion des Gleitlagers 3 ermöglicht.
Gegenüber einer herkömmlichen starren Verbindung zwischen der Kurbelwelle 2 und Generatorwelle 12 ist somit eine Überbestimmtheit der Verbindung sicher vermieden. Aus einer solchen Überbestimmtheit der Verbindung resultiert beispielsweise ein erhöhter Lagerverschleiß, da einerseits Fluchtungsfehler oder -abweichungen nicht ausgleichbar sind und andererseits die gleitgelagerte Kurbelwelle 2 durch die starre Verbindung mit der wälzgelagerten Generatorwelle 12 an der Relativbewegung auf der für die Gleitlagerfunktion notwendigen Verlagerungsbahn gehindert wird.
Im Motorgehäuse 1 ist eine Ölspritzdüse 22 derart in einer Umgebung des Verbindungselements 19 angeordnet, dass das Verbindungselement 19 mit Öl beaufschlagbar ist.
Vorteilhafterweise ist eine Austrittsöffnung 23 der Ölspritzdüse 22 direkt auf das Verbindungselement 19, insbesondere auf den Mittelbereich 20, gerichtet. Somit werden die Innenverzahnungen 10 und 18 sowie die Außenverzahnungen 21.1 und 21.2 während des Betriebs des Verbrennungsmotors mit Öl versorgt.
Zur Vereinfachung einer Montage der Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Generator ist das Verbindungselement 19 in der Generatorwelle 12 vormontiert und in nicht dargestellter Art und Weise verliergesichert.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Verbindungselement 19 in der Kurbelwelle 2 vormontiert und in nicht dargestellter Art und Weise verliergesichert.

1: Motorgehäuse
2: Kurbelwelle
3: Gleitlager
4: Kurbelwellenlagerstelle
5: Stirnseite
6: Abtriebseinrichtung
7: Aussparung
8: Grundloch
9: Abschnitt
10: Innenverzahnung
11: Ausnehmung
12: Generatorwelle
13: Radialwellendichtring
14: Stirnseite
15: Aussparung
16: Grundloch
17: Abschnitt
18: Innenverzahnung
19: Verbindungselement
19.1 und 19.2: Wellenende
20: Mittelbereich
21.1 und 21.2: Außenverzahnung
22: Ölspritzdüse
23: Austrittsöffnung
A: Abstand
X, Y, Z: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2552851 A1 [0002]
- DE 9217005 U [0003]
- DE 10007262 B4 [0004]

Claims

Anordnung zur drehstarren Verbindung einer Kurbelwelle (2) eines Verbrennungsmotors mit einer Generatorwelle (12) eines Generators in einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein wellenförmiges Verbindungselement (19) zwei insbesondere ballig ausgebildete Wellenenden (19.1 und 19.2), die jeweils mit Außenverzahnungen (21.1 und 21.2) versehen sind, aufweist, wobei ein erstes Wellenende (19.1) in einer Aussparung (7) der Kurbelwelle (2) des Verbrennungsmotors und ein zweites Wellenende (19.2) in einer Aussparung (15) der Generatorwelle (12) des Generators angeordnet sind, wobei die Aussparungen (7 und 15) jeweils eine mit der Außenverzahnung (21.1 und 21.2) des jeweiligen Wellenendes (19.1 und 19.2) des Verbindungselements (19) korrespondierende Innenverzahnungen (10 und 18) aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnungen (10 und 18) und die Außenverzahnungen (21.1 und 21.2) mit einem Keilwellenprofil versehen sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle (12) des Generators in einer korrespondierenden Ausnehmung (11) eines Motorgehäuses (1) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (11) des Motorgehäuses (1) zwischen der Generatorwelle (12) und dem Motorgehäuse (1) ein Radialwellendichtring (13) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorgehäuse (1) eine Ölspritzdüse (22) derart in einer Umgebung des Verbindungselements (19) angeordnet ist, dass das Verbindungselement (19) mit Öl beaufschlagbar ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austrittsöffnung (23) der Ölspritzdüse (22) auf das Verbindungselement (19) gerichtet ist.