DE102011084067B4

DE102011084067B4 - Zwischenradvorrichtung

Info

Publication number: DE102011084067B4
Application number: DE201110084067
Authority: DE
Inventors: Andreas Tully; Franz Huschka; Dieter Jauernig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: DE102011084067A1

Abstract

Zwischenradvorrichtung für einen Steuertrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend: – ein Zwischenrad (1), das mit einem Antriebsrad (2) und einem Abtriebsrad (3) zumindest zweispurig ausgebildet ist, – eine zylindrische Achse (7) mit einer Achsbohrung (18), – und ein Nadellager (8), mittels welchem das Zwischenrad (1) auf der Achse (7) gelagert ist, wobei der Außenmantel (13) der Achse (7) die Innenlaufbahn des Nadellagers (8) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Achsbohrung (18) ein Zentrierstift (17) mit einem Durchmesser d fixiert ist und an einer der Stirnseiten (9, 10) der Achse (7) koaxial zu deren Außenmantel (13) ausgerichtet hervorsteht, um eine Montagezentrierung der Zwischenradvorrichtung an der Brennkraftmaschine zu bilden, wobei die Achsbohrung (18) einen ersten Bohrungsabschnitt (18-1) mit einem ersten Bohrungsdurchmesser D1 und einen zweiten Bohrungsabschnitt (18-2) mit einem zweiten Bohrungsdurchmesser D2 aufweist, der größer als der erste Bohrungsdurchmesser D1 ist, wobei der Durchmesser d des Zentrierstifts (17) und der erste Bohrungsdurchmesser D1 eine Spiel- oder Übergangspassung bilden und wobei im zweiten Bohrungsabschnitt (18-2) eine Toleranzhülse (20) eingesetzt ist, die mit dem Zentrierstift (17) einerseits und der Achse (7) andererseits einen Pressverband bildet, – und dass die Achse (7) bundfrei ausgebildet ist, wobei die Zwischenradvorrichtung zur beidseitigen axialen Abstützung des Zwischenrads (1) und des Nadellagers (8) zwei auf den Stirnseiten (9, 10) der Achse (7) anliegende Stützscheiben (11, 12) umfasst, die jeweils an einer Zentralbohrung (19) auf dem an beiden Stirnseiten (9, 10) der Achse (7) hervorstehenden Zentrierstift (17) aufgepresst sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwischenradvorrichtung für einen Steuertrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend:

– ein Zwischenrad, das mit einem Antriebsrad und einem Abtriebsrad zumindest zweispurig ausgebildet ist,
– eine zylindrische Achse mit einer Achsbohrung,
– und ein Nadellager, mittels welchem das Zwischenrad auf der Achse gelagert ist, wobei der Außenmantel der Achse die Innenlaufbahn des Nadellagers bildet.

Hintergrund der Erfindung
Insbesondere Brennkraftmaschinen in V-Anordnung weisen Steuertriebe auf, bei denen die Nockenwellen nicht unmittelbar von der Kurbelwelle, sondern mittels sogenannter Zwischenräder angetrieben werden. Diese verbinden den kurbelwellenseitigen Antrieb mit dem nockenwellenseitigen Abtrieb und sind mit einem Antriebsrad und – je nach konstruktiver Ausgestaltung der Brennkraftmaschine – mit einem oder mehreren Abtriebsrädern zwei- bzw. mehrspurig ausgebildet.
Beispielsweise offenbart die DE 103 43 469 A1 einen Steuertrieb mit zwei zweispurigen Zwischenrädern, wobei deren Antriebs- und Abtriebsräder als Kettenräder des kurbelwellenseitig antreibenden Kettentriebs bzw. der nockenwellenseitig angetriebenen Kettentriebe ausgebildet sind.
Bach [u. a.]: Der 6,0-I-V12-TDI-Motor von Audi Teil 1 – Konstruktion und Mechanik. In: MTZ Motortechnische Zeitschrift, Jahrgang 69, 2008, H. 10, S. 798–811 zeigt einen Steuertrieb, der mit einem dreispurigen Zwischenrad die beiden Kettentriebe zu den Nockenwellen antreibt. Der kurbelwellenseitige Antrieb des Zwischenrads erfolgt über Stirnräder.
Die US 2005/0076869 A1 zeigt eine Zwischenradvorrichtung mit einem zweispurigen Zwischenrad, das ein kurbelwellenseitiges Kettenrad als Antriebsrad und ein nockenwellenseitiges Stirnrad als Abtriebsrad umfasst und das auf einer an der Brennkraftmaschine befestigten Achse radial nadelgelagert ist.
Eine Zwischenradvorrichtung der eingangs genannten Art geht aus der nachveröffentlichten DE 10 2011 084 104 A1 hervor. Die Montagezentrierung ist dort durch einen in der Achsbohrung eingepressten Zentrierstift gebildet.
Die Zentrierung von Bauteilen mittels eines Passstiftes ist aus Koch, F.; Pyzalla, G.: Einführung in die Technologie. 4. Auflage. Köln-Porz: H. Stam, 1980. S. 266–277. Abschnitt 4.4.5. bekannt.
Aus der DE 102 48 351 A1 ist ein elastisch verformbarer Toleranzring zur kraftschlüssigen Momentenübertragung zweier Bauteile eines Nockenwellenverstellers bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zwischenradvorrichtung der eingangs genannten Art im Hinblick auf vereinfachte und kostengünstigere Herstellbarkeit konstruktiv zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung hierfür besteht darin, dass

– in der Achsbohrung ein Zentrierstift fixiert ist und an einer der Stirnseiten der Achse koaxial zu deren Außenmantel ausgerichtet hervorsteht, um eine Montagezentrierung der Zwischenradvorrichtung an der Brennkraftmaschine zu bilden, wobei die Achsbohrung einen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Bohrungsdurchmesser und einen zweiten Bohrungsabschnitt mit einem zweiten Bohrungsdurchmesser aufweist, der größer als der erste Bohrungsdurchmesser ist, wobei der Durchmesser des Zentrierstifts und der erste Bohrungsdurchmesser eine Spiel- oder Übergangspassung bilden und wobei im zweiten Bohrungsabschnitt eine Toleranzhülse eingesetzt ist, die mit dem Zentrierstift einerseits und der Achse andererseits einen Pressverband bildet,
– und dass die Achse bundfrei ausgebildet ist, wobei die Zwischenradvorrichtung zur beidseitigen axialen Abstützung des Zwischenrads und des Nadellagers zwei auf den Stirnseiten der Achse anliegende Stützscheiben umfasst, die jeweils an einer Zentralbohrung auf dem an beiden Stirnseiten der Achse hervorstehenden Zentrierstift aufgepresst sind.

Erfindungsgemäß erfolgt also die koaxiale Ausrichtung des Zentrierstifts zum Außenmantel der Achse über eine Spiel- oder Übergangspassung zwischen dem Zentrierstift und der Achsbohrung, während die Toleranzhülse zur Fixierung des Zentrierstifts in der Achsbohrung dient. Die konstruktiv so ausgeführte Funktionstrennung zwischen Ausrichtung und Fixierung des Zentrierstifts verhindert Verformungen der Achse, die sich beim herkömmlichen, unmittelbaren Einpressen des Zentrierstifts in die Achsbohrung auf den Außenmantel der Achse übertragen, wobei schon bei sehr kleinen Rundheitsabweichungen eine kostenintensive Nacharbeit des als Innenlaufbahn für das Nadellager dienenden Außenmantels erforderlich sein kann. Demgegenüber lassen sich mit dem mittels der Toleranzhülse gebildeten Pressverband ausreichend hohe Kräfte und Momente zwischen Zentrierstift und Achsbohrung übertragen, während es zu keinen oder allenfalls nur kleinen Laufbahnverformungen kommt, die keine Nacharbeit zur Wiederherstellung der Laufbahnrundheit erfordern.
Die erfindungsgemäße Fixierung und Ausrichtung des Zentrierstifts eignet sich insbesondere für den Fall, dass das Antriebsrad und/oder das Abtriebsrad ein Stirnrad ist. Denn der Zentrierstift kann mit hochpräziser koaxialer Ausrichtung im ersten Bohrungsabschnitt geführt werden, so dass die Zentrierung der Zwischenradvorrichtung an der Brennkraftmaschine stets innerhalb des zulässigen Zahnflankenspiels der miteinander kämmenden Stirnräder erfolgt.
Die Toleranzhülse besteht zweckmäßigerweise aus einem formelastischen Material. Dies kann ein Wellblech sein, vorzugsweise jedoch ein Kunststoff und besonders vorzugsweise ein Polyamid. Der wesentliche Vorteil des Kunststoffs besteht in dem gegenüber Stahl deutlich höheren Reibkoeffizienten, der einen entsprechend hohen Kraftschluss innerhalb des Pressverbands Zentrierstift-Toleranzhülse-Achse bewirkt. Eine hohe Formelastizität der Toleranzhülse ergibt sich besonders dadurch, dass diese mit sich abwechselnden Längserhebungen und -vertiefungen wellenförmig in Umfangsrichtung ist. Alternativ können auch noppenartige Vorsprünge oder beliebige andere Geometrien vorgesehen sein, die eine Verformung der Toleranzhülse beim Einpressen des Zentrierstifts erleichtern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zwischenradvorrichtung für einen Steuertrieb einer Brennkraftmaschine dargestellt ist. Es zeigen:
1 die Zwischenradvorrichtung im Zusammenbau in perspektivischer Ansicht auf deren Vorderseite;
2 die Zwischenradvorrichtung im Längsschnitt in perspektivischer Ansicht auf deren Rückseite;
3 den Steuertrieb in schematischer Darstellung;
4 die Toleranzhülse der Zwischenradvorrichtung in perspektivischer Einzelteildarstellung;
5 die Achse der Zwischenradvorrichtung mit darin montierter Toleranzhülse in perspektivischem Längsschnitt und
6 die Achse der Zwischenradvorrichtung mit darin montierter Toleranzhülse in perspektivischem Querschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Zwischenradvorrichtung mit einem Zwischenrad 1, das mit einem Antriebsrad in Form eines geradverzahnten Stirnrads 2 und einem Abtriebsrad in Form eines konzentrisch dazu benachbarten Kettenrads 3 zweispurig ausgebildet ist. Die Zwischenradvorrichtung bildet Teil des in 3 schematisch und stark vereinfacht dargestellten Steuertriebs einer Brennkraftmaschine, wobei in der ersten Spur das angetriebene Stirnrad 2 mit einem Kurbelwellenstirnrad 4 kämmt und in der zweiten Spur das Kettenrad 3 mittels der Kette 5 ein Nockenwellenkettenrad 6 antreibt.
Die Zwischenradvorrichtung umfasst neben dem Zwischenrad 1 eine zylindrische Achse 7 und ein Nadellager 8 in Form eines Nadelkranzes, der zur radialen Wälzlagerung des Zwischenrads 1 auf der Achse 7 dient, sowie zwei auf den Stirnseiten 9 und 10 der Achse 7 anliegende Stützscheiben 11 und 12, an denen das Zwischenrad 1 und der Käfig des Nadelkranzes beidseitig axial abgestützt sind. Da die Stützscheiben 11, 12 jeweils ein Axiallager bilden, ist die Achse 7 bundfrei ausgeführt und weist einen ungestuften Außenmantel 13 auf, der die Innenlaufbahn des Nadellagers 8 bildet und im spitzenlosen Durchlaufverfahren mit der erforderlichen Laufbahnoberflächenqualität geschliffen ist.
Die Befestigung der Zwischenradvorrichtung an der Brennkraftmaschine erfolgt mittels dreier nicht dargestellter Schrauben, die im montierten Zustand in jeweils um 120° umfangsversetzten Schraubenbohrungen 14 und 15 durch die Stützscheiben 11, 12 bzw. die Achse 7 hindurchgeführt und in der Brennkraftmaschine eingeschraubt sind.
Die Zwischenradvorrichtung ist zur Schmiermittelversorgung des Nadellagers 8 an den Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen. Wie es aus der in 2 dargestellten Rückseite der Zwischenradvorrichtung deutlich wird, hat die an der Brennkraftmaschine anliegende Stützscheibe 11 neben den drei Schraubenbohrungen 14 drei weitere Bohrungen 16, die ebenfalls um 120° umfangsverteilt und symmetrisch zwischen den Schraubenbohrungen 14 angeordnet sind. Unabhängig vom Einbauwinkel der Zwischenradvorrichtung an der Brennkraftmaschine, welcher aufgrund der drei symmetrisch angeordneten Schraubenbohrungen 14, 15 entweder 0°, 120° oder 240° betragen kann, verbandet stets eine der Bohrungen 16 in der Stützscheibe 11 eine an der Anschlussfläche der Brennkraftmaschine austretende Schmiermittelzuführung über nicht näher dargestellte interne Schmiermittelkanäle mit dem Inneren des Nadellagers 8.
Im nicht an der Brennkraftmaschine montierten Zustand wird die Zwischenradvorrichtung mittels eines Zentrierstifts 17 als verliersichere Baueinheit zusammengehalten. Wie weiter unten näher erläutert, ist der Zentrierstift 17 in einer die Achse 7 durchsetzenden Achsbohrung 18 fixiert (s. 6), wobei die Endabschnitte des Zentrierstifts 17 gegenüber beiden Stirnseiten 9, 10 der Achse 7 hervorstehen. Die Stützscheiben 11, 12 sind jeweils mit einer Zentralbohrung 19 auf dem hervorstehenden Zentrierstift 17 aufgepresst, so dass der Zentrierstift 17 die Baueinheit nicht nur axial zusammenhält, sondern zwecks unveränderlicher Fluchtung der Schraubenbohrungen 14 mit 15 auch eine transportbedingte Relativverdrehung der Stützscheiben 11, 12 und der Achse 7 zueinander verhindert. Während der Zentrierstift 17 mit der vorderseitigen Stützscheibe 12 bündig abschließt, steht er gegenüber der rückseitigen Stützscheibe 11 axial hervor. Und da der Zentrierstift 17 mit der Achsbohrung 18 koaxial zum Außenmantel 13 der Achse 7 verläuft, bildet der Zentrierstift 17 so auch eine Montagezentrierung der Zwischenradvorrichtung an der Brennkraftmaschine. Bei der Montage wird der Zentrierstift 17 in eine dazu passende und gemäß dem vorbestimmten Zahnflankenspiel der Stirnräder 2, 4 präzise positionierte Zentrierbohrung in der Brennkraftmaschine eingesetzt. Anschließend wird die Zwischenradvorrichtung verschraubt.
Die erfindungsgemäße Fixierung des Zentrierstifts 17 sei unter weiterer Betrachtung der 4 bis 6 näher erläutert. Die durchmessergestufte Achsbohrung 18 weist drei zueinander und zum Außenmantel 13 der Achse 7 koaxiale Bohrungsabschnitte 18-1, 18-2 und 18-3 auf. Der erste und der dritte Bohrungsabschnitt 18-1 und 18-3 verlaufen mit identischem (ersten) Bohrungsdurchmesser D1 im Bereich der rückseitigen und vorderseitigen Mündung der Achsbohrung 18, während der zweite Bohrungsabschnitt 18-2 einen zweiten, größeren Bohrungsdurchmesser D2 aufweist und unter Bildung eines Hinterschnitts zwischen dem ersten und dem dritten Bohrungsabschnitt 18-1 und 18-3 angeordnet ist. Die Achse 7 ist einschließlich der Bohrungsabschnitte 18-1 bis 18-3 spiegelsymmetrisch zu ihrer Längsmittelebene, so dass keine Einbauorientierung der Achse 7 innerhalb der Zwischenradvorrichtung erforderlich ist.
Der Durchmesser d des Zentrierstifts 17 – vorliegend eine Nadelrolle eines Nadellagers – und der erste Bohrungsdurchmesser D1 bilden eine Übergangspassung und sind folglich so dimensioniert, dass der Zentrierstift 17 pressungsarm oder pressungsfrei im ersten und im dritten Bohrungsabschnitt 18-1 und 18-3 geführt und, mit hoher Präzision koaxial zum Außenmantel 13 ausgerichtet, gegenüber der einen Stirnseite 9 der Achse 7 und der Stützscheibe 11 hervorsteht.
Die im Hinblick auf die zuvor erläuterte Verlier- und Verdrehsicherung erforderliche Fixierung des Zentrierstifts 17 erfolgt hauptsächlich mit Hilfe einer im zweiten Bohrungsabschnitt 18-2 eingesetzten Toleranzhülse 20, die mit dem Zentrierstift 17 einerseits und der Achse 7 andererseits einen für die Zwecke der Verlier- und Verdrehsicherung ausreichenden Pressverband bildet. Die in 4 vergrößert dargestellte Toleranzhülse 20 ist als Spritzgussteil aus unverstärktem Polyamid 66 hergestellt und weist zwecks Montage einen kreisbogenförmigen Querschnitt mit einem dementsprechend durchgehenden Längsschlitz 21 auf. Um die Toleranzhülse 20 in die Achsbohrung 18 einsetzen zu können, ist die Breite des Längsschlitzes 21 so bemessen, dass die Toleranzhülse 20 im schlitzfrei und etwa kreisförmig zusammen gedrückten Zustand einen äußeren Hüllkreisdurchmesser aufweist, der kleiner als der erste Bohrungsdurchmesser D1 ist. Im unmontierten (entspannten) Zustand gemäß 4 ist der äußere Hüllkreisdurchmesser Da der Toleranzhülse 20 etwas größer als der zweite Bohrungsdurchmesser D2, so dass gemäß den 5 und 6 die Toleranzhülse 20 vor dem Einpressen des Zentrierstifts 17 spielfrei im zweiten Bohrungsabschnitt 18-2 eingesetzt ist. In diesem montierten Zustand ist der innere Hüllkreisdurchmesser Di der Toleranzhülse 20 kleiner als der Durchmesser d des darin einzupressenden Zentrierstifts 17.
Die Außenseite der Toleranzhülse 20 ist in Umfangsrichtung mit sich abwechselnden Längserhebungen 22 und -vertiefungen 23 wellenförmig ausgebildet, um die Formänderung der Hülse 20 beim Einpressen des Zentrierstifts 17 widerstandsarm kompensieren zu können. Dabei kann es über die elastische Verformung hinaus auch zu einer plastischen Verformung der Toleranzhülse 20 kommen, ohne dass dies zu einer hinsichtlich der Laufbahngeometrie unzulässig starken Verformung des Außenmantels 13 führt.
In einer nicht dargestellten alternativen Ausführung kann der dritte Bohrungsabschnitt 18-3 auch entfallen. Ein Vorteil dieser Ausführung wäre der Entfall des Hinterschnitts und demzufolge die erleichterte Montage der Toleranzhülse 20 unmittelbar in den ersten Bohrungsdurchmesser D1. Ein Nachteil dieser Ausführung wäre die lediglich einseitige Führung des Zentrierstifts 17 im Bohrungsabschnitt 18-1, der zur Kompensation dieses Nachteils jedoch länger ausgeführt werden könnte.
Bezugszeichenliste

1: Zwischenrad
2: Stirnrad/Antriebsrad
3: Kettenrad/Abtriebsrad
4: Kurbelwellenstirnrad
5: Kette
6: Nockenwellenkettenrad
7: Achse
8: Nadellager
9: Stirnseite
10: Stirnseite
11: Stützscheibe
12: Stützscheibe
13: Außenmantel
14: Schraubenbohrung
15: Schraubenbohrung
16: Bohrung
17: Zentrierstift
18: Achsbohrung
19: Zentralbohrung
20: Toleranzhülse
21: Längsschlitz
22: Längserhebung
23: Längsvertiefung

Claims

Zwischenradvorrichtung für einen Steuertrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend: – ein Zwischenrad (1), das mit einem Antriebsrad (2) und einem Abtriebsrad (3) zumindest zweispurig ausgebildet ist, – eine zylindrische Achse (7) mit einer Achsbohrung (18), – und ein Nadellager (8), mittels welchem das Zwischenrad (1) auf der Achse (7) gelagert ist, wobei der Außenmantel (13) der Achse (7) die Innenlaufbahn des Nadellagers (8) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Achsbohrung (18) ein Zentrierstift (17) mit einem Durchmesser d fixiert ist und an einer der Stirnseiten (9, 10) der Achse (7) koaxial zu deren Außenmantel (13) ausgerichtet hervorsteht, um eine Montagezentrierung der Zwischenradvorrichtung an der Brennkraftmaschine zu bilden, wobei die Achsbohrung (18) einen ersten Bohrungsabschnitt (18-1) mit einem ersten Bohrungsdurchmesser D1 und einen zweiten Bohrungsabschnitt (18-2) mit einem zweiten Bohrungsdurchmesser D2 aufweist, der größer als der erste Bohrungsdurchmesser D1 ist, wobei der Durchmesser d des Zentrierstifts (17) und der erste Bohrungsdurchmesser D1 eine Spiel- oder Übergangspassung bilden und wobei im zweiten Bohrungsabschnitt (18-2) eine Toleranzhülse (20) eingesetzt ist, die mit dem Zentrierstift (17) einerseits und der Achse (7) andererseits einen Pressverband bildet, – und dass die Achse (7) bundfrei ausgebildet ist, wobei die Zwischenradvorrichtung zur beidseitigen axialen Abstützung des Zwischenrads (1) und des Nadellagers (8) zwei auf den Stirnseiten (9, 10) der Achse (7) anliegende Stützscheiben (11, 12) umfasst, die jeweils an einer Zentralbohrung (19) auf dem an beiden Stirnseiten (9, 10) der Achse (7) hervorstehenden Zentrierstift (17) aufgepresst sind.
Zwischenradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (2) und/oder das Abtriebsrad (3) ein Stirnrad ist.
Zwischenradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzhülse (20) aus Kunststoff besteht.
Zwischenradvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzhülse (20) aus Polyamid besteht.
Zwischenradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzhülse (20) in Umfangsrichtung wellenförmig ausgebildet ist.
Zwischenradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsbohrung (18) einen dritten Bohrungsabschnitt (18-3) mit dem ersten Bohrungsdurchmesser D1 aufweist, wobei der zweite Bohrungsabschnitt (18-2) in Form eines Hinterschnitts zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt (18-1) und dem dritten Bohrungsabschnitt (18-3) angeordnet ist.
Zwischenradvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzhülse (20) einen durchgehenden Längsschlitz (21) aufweist, der so bemessen ist, dass die Toleranzhülse (20) im schlitzfrei zusammen gedrückten Zustand einen äußeren Hüllkreisdurchmesser aufweist, der kleiner als der erste Bohrungsdurchmesser D1 ist.