DE102013018795A1

DE102013018795A1 - Kupplungskompressor für ein Druckluftsystem eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102013018795A1
Application number: DE201310018795
Authority: DE
Inventors: Peer Niklas Hecht; Folkhard Hölzel; Rodmar Rüter
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-05-13
Also published as: WO2015067346A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kupplungskompressor (1) für ein Druckluftsystem eines Fahrzeuges, der mindestens aufweist: ein Kurbelgehäuse (6), eine in dem Kurbelgehäuse (6) aufgenommene Kurbelwelle (8) zum Antreiben von Kolben, ein vorderes Radiallager und ein hinteres Radiallager zur Lagerung der Kurbelwelle (8) in dem Kurbelgehäuse (6), eine Eingangswelle (18), die durch den Verbrennungsmotor antreibbar ist, und eine Kupplungseinheit (5) mit einem antriebseitigen ersten Kupplungsteil (9) und einem abtriebseitigen zweiten Kupplungsteil (20), wobei die Kupplungseinheit (5) zwischen einem eingekuppelten Zustand zum Antreiben der Kurbelwelle (8) über die Eingangswelle (18) und einem ausgekuppelten Zustand zur Freigabe der Kurbelwelle (8) verstellbar ist. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Adaptereinheit (24) vorgesehen ist, die aufweist: ein Adaptergehäuse (4) mit einer hinteren Anschlussfläche (4a) zum Anschluss an das Kurbelgehäuse (6) und einer vorderen Anschlussfläche (4b) zum Anschluss an den Verbrennungsmotor, wobei die Eingangswelle (18) in dem Adaptergehäuse (4) mittels eines Eingangslagers (2) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kupplungskompressor für ein Druckluftsystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor.
Nutzfahrzeuge weisen im Allgemeinen ein Druckluftsystem für den Betrieb der Bremsen, ggf. auch der Luftbälge und weiterer Funktionen auf. Aus Sicherheitsgründen ist der Kompressor direkt an den Motor angeschlossen, d. h. eine Kurbelwelle des Kompressors wird von der Motorwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Beim Starten des Verbrennungsmotors wird somit direkt auch der Kompressor angetrieben und stellt Druckluft zur Verfügung.
Die Kompressoren weisen im Allgemeinen Kolben-Zylindereinheiten auf, z. B. mit zwei Zylindern. Hierbei sind zum einen Kompressoren mit Leerlaufbetrieb bekannt, die bei fehlendem Druckluftbedarf durch z. B. Kurzschließen der beiden Zylinderräume einen Leerlaufbetrieb ermöglichen. Bei derartigen Kompressoren mit Leerlaufbetrieb läuft somit der Kompressor immer mit. Kupplungskompressoren weisen demgegenüber eine Kupplung auf, mit der sie an die Motorwelle einkuppelbar und auskuppelbar sind; sie sind daher grundsätzlich energiesparender. Bei fehlendem Luftdruckbedarf wird somit die Kupplung geöffnet und trennt die Kurbelwelle des Kompressors von der Motorwelle, so dass die Kurbelwelle nicht mitläuft. Die Verstellung der Kupplung kann insbesondere durch einen pneumatischen Steueranschluss erfolgen.
Die Kupplung derartiger Kupplungskompressoren kann z. B. als Lamellenkupplung mit sich in radialer Richtung erstreckenden Lamellen ausgebildet sein, die von einem inneren und äußeren Lamellenträger ausgehen und axial zur Anlage kommen können. Der innere und äußere Lamellenträger sind an eine an die Motorwelle angeschlossene Eingangswelle und die Kurbelwelle angeschlossen. Im eingekuppelten Zustand der Kupplung können zusätzlich zu den Drehmomenten von der Eingangswelle über die Kupplung zu der Kurbelwelle auch erhebliche in radialer Richtung wirkende Lasten übertragen werden, die die Kupplung stark beanspruchen und zu einem schnellen Verschleiß führen können.
Das Kurbelgehäuse der Kupplung wird im Allgemeinen starr mit einem Gehäuse des Motors, z. B. dem Schwungradgehäuse des Motors gekoppelt, so dass die relative Position des Kupplungskompressors zum Verbrennungsmotor festgelegt ist; hierdurch wird somit auch die relative Lage der Eingangswelle des Kupplungskompressors gegenüber dem Motor festgelegt. Die Eingangswelle ist mit einem ersten Kupplungsteil der Kupplung, z. B. dem inneren Lamellenträger verbunden; da hier jedoch keine weitere Abstützung vorliegt, ist die Belastung der Kupplung, insbesondere durch radiale Lasten, sehr hoch.
Eine weitere Abstützung der Eingangswelle oder der Lamellenträger durch Wälzlager ist jedoch im Allgemein problematisch, da das Lagersystem durch mehrere Passungen überbestimmt ist, was wiederum problematisch ist und allenfalls mit sehr hohen Fertigungsgenauigkeiten realisiert werden kann. Weiterhin ist bekannt, die Kurbelwelle im Kurbelgehäuse durch weitere Lager abzustützen; hierdurch wird jedoch die Kupplung nicht entlastet.
Ein weiteres Problem ist die Anbindung eines Kurbelgehäuses an unterschiedliche Motorsysteme, d. h. zum Beispiel unterschiedliche Schwungradgehäuse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kupplungskompressor für ein Druckluftsystem eines Fahrzeugs zu schaffen, der einen sicheren Einsatz bei geringer Belastung der Kupplung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Kupplungskompressor nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Erfindungsgemäß ist somit eine Adaptereinheit vorgesehen, die an das Kurbelgehäuse und die Kurbelwelle angeschlossen wird. Hierbei weist die Adaptereinheit die Eingangswelle und ein Adaptergehäuse zum Anschluss zwischen das Kurbelgehäuse und ein Gehäuseteil des Verbrennungsmotors auf.
Die Eingangswelle kann insbesondere als Antriebsritzel zum Zahnradeingriff mit einem entsprechenden Zahnrad der Motorwelle ausgebildet sein. Die Eingangswelle ist hierbei lösbar und starr mit dem eingangsseitigen ersten Kupplungsteil der Kupplungseinheit verbindbar. Hierbei ist ein Eingangslager, z. B. ein als Radiallager dienendes Wälzlager, zwischen dem Adaptergehäuse und der Eingangswelle vorgesehen, z. B. als Radiallager eingepresst.
Somit wird vorteilhafterweise zusätzlich zu den beiden Radiallagern zwischen der Kurbelwelle und Kurbelgehäuse ein (in Wirkrichtung) vorderes weiteres Eingangslager ausgebildet, das an dem mit sowohl dem Kurbelgehäuse als auch einem Motor-Gehäuseteil starr verbundenen Adaptergehäuse aufgenommen ist.
Indem somit in Wirkrichtung vor der Kupplungseinheit ein weiteres Lager vorgesehen ist, wird hier eine sichere Abstützung und eine Entlastung der Kupplungseinheit geschaffen. Eingehende Lasten können somit von den drei Lagern sowie den Gehäuseteilen, d. h. dem Adaptergehäuse und dem Kurbelgehäuse, abgefangen werden; auch eine Verkippung der Eingangswelle mit ihrem eingangsseitigen ersten Kupplungsteil gegenüber einem mit der Kurbelwelle lösbar und starr gekoppelten zweiten Kupplungsteil kann hierdurch weitgehend vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist die Kupplungseinheit als Lamellenkupplung mit einem mit der Eingangswelle lösbar und starr gekoppelten, als erstes Kupplungsteil dienenden inneren Lamellenträger und einem mit der Kurbelwelle lösbar und starr gekoppelten, als zweites Kupplungsteil dienenden äußeren Lamellenträger ausgebildet.
Vorzugsweise wird somit ein Modulsystem geschaffen, das eine hohe Flexibilität beim Anpassen verschiedener Kupplungskompressor-Systeme an unterschiedliche Verbrennungsmotoren ermöglicht; hierbei ist jeweils lediglich ein geeignetes Adaptergehäuse als Flanschanbindung zu wählen. Das Adaptergehäuse kann z. B. mit einem vorderen Ende geeignet an ein Gehäuseteil des Verbrennungsmotors, z. B. ein Schwungradgehäuse des Verbrennungsmotors, angeschraubt werden. Ein direktes Anschrauben des Kurbelgehäuses an ein Gehäuseteil des Verbrennungsmotors ist somit nicht mehr erforderlich. Weiterhin wird insbesondere eine sehr sichere und schonende Abstützung des Antriebsstranges zur Entlastung der Kupplung ermöglicht.
Es wird eine schnelle und sichere Fertigung ermöglicht. Die Adaptereinheit kann mit ihrem Adaptergehäuse direkt an das Kurbelgehäuse angesetzt und z. B. dichtend verschraubt werden. Das Eingangslager zwischen dem Adaptergehäuse und der Eingangswelle ist vorzugsweise bereits eingepresst, d. h. das Lager liegt mit einer äußeren Lagerfläche am Adaptergehäuse und einer inneren Lagerfläche an der Eingangswelle an. Die Eingangswelle kann z. B. mittels in Axialrichtung erstreckender Löcher und durch die Löcher gesetzten Befestigungsmitteln an dem ersten Kupplungsteil, d. h. zum Beispiel einem inneren Lamellenträger der Kupplungseinheit, angeschraubt werden, so dass eine starre und lösbare Verbindung geschaffen wird.
Hierbei werden auch Anbindungen ermöglicht, falls der Führungsdurchmesser des Kurbelgehäuses geringer als der Außendurchmesser der Kupplungseinheit ist, indem die Adaptereinheit geeignet gewählt wird, d. h. mit hinreichend großem Adaptergehäuse, dessen hintere Anschlussfläche an dem Kurbelgehäuse anzusetzen ist.
Erfindungsgemäß können somit die eingeführten radialen Lasten am Entstehungsort abgeleitet werden, so dass das System aus Kupplungseinheit, Kurbelwelle und Lagern deutlich entlastet wird.
Weiterhin ist die antriebsseitige Flanschgeometrie unabhängig von der Kupplung gestaltbar, so dass der Kupplungskompressor an verschiedene Motorschnittstellen angepasst werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
1 einen Kupplungskompressor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in geschnittener Darstellung;
2 den vorderen Bereich des Kupplungskompressors aus 1 mit der Adaptereinheit; und
3 den vorderen Bereich aus 2 in teilweise geschnittener Seitenansicht.
Ein Kupplungskompressor 1 ist zum Einsatz in einem Druckluftsystem eines Nutzfahrzeugs mit Verbrennungsmotor vorgesehen. Der Kupplungskompressor 1 weist ein Kurbelgehäuse 6 mit zwei Zylindern 12a, 12b und zwei in den beiden Zylindern 12a, 12b geführten Kolben 13a, 13b auf. Eine Kurbelwelle 8 ist drehbar in dem Kurbelgehäuse 6 gelagert und ist mit den Kolbenstangen der beiden Kolben 13a, 13b verbunden, so dass bei Drehung der Kurbelwelle 8 in an sich bekannter Weise die beiden Kolben 13a, 13b in den Zylindern 12a, 12b hin- und her geführt werden, unter Verkleinerung und Vergrößerung ihrer Kolbenräume. Hierdurch wird in an sich bekannter Weise Luft komprimiert. Auf das Kurbelgehäuse 6 ist ein Zylinderkopf 14 aufgesetzt, der hierdurch die beiden Zylinder 12a, 12b abschließt und Luftanschlüsse 15a, 15b für einen Frischlufteinlass und Druckluftauslass aufweist. Der pneumatische Betrieb des Kupplungskompressors 1 ist als solches bekannt und hier nicht weiter relevant. Er dient in dem Druckluftsystem des Nutzfahrzeuges als Druckluftquelle.
Die Kurbelwelle 8 ist in dem Kurbelgehäuse 6 in einem vorderen Radiallager 7 und einem hinteren Radiallager 17 gelagert und zur Antriebsseite, d. h. in 1, 2 nach links, an eine Kupplungseinheit 5 angeschlossen. Die Kupplungseinheit 5 ist in an sich bekannter Weise als Lamellenkupplung mit sich in radialer Richtung erstreckenden, in axialer Richtung hintereinander angeordneten Lamellen 5a ausgebildet und kann vorteilhafterweise pneumatisch betätigt werden, d. h. über einen Druckluftanschluss zwischen ihren beiden Zuständen „eingekuppelt” zur Drehmomentübertragung und „ausgekuppelt” zur Drehmoment-Entkopplung verstellt werden.
Die Kupplungseinheit 5 weist als eingangsseitigen ersten Kupplungsteil einen inneren Lamellenträger 9 und als ausgangsseitigen zweiten Kupplungsteil einen radial äußeren Lamellenträger 20 auf. Die Lamellen 5a ragen in radialer Richtung von dem inneren Lamellenträger 9 und äußeren Lamellenträger 20 ab.
Der eingangsseitige innere Lamellenträger 9 ist starr an eine Eingangswelle 18 angebunden, die hier als Antriebsritzel mit einer Außenverzahnung 18a ausgebildet ist. Die Außenverzahnung 18a ist vorzugsweise zum Eingriff in ein Zahnrad der Motorwelle des hier nicht gezeigten Verbrennungsmotors ausgebildet. Die Anbindung des inneren Lamellenträgers 9 an die Eingangswelle 18 kann vorteilhaftweise über in der Eingangswelle 18 vorgesehene, sich in Axialrichtung erstreckende Löcher 10, z. B. ein Ringmuster aus Löchern 10, und in die Löcher 10 eingesetzte Schrauben 11 erfolgen, die in den inneren Lamellenträger 9 eingeschraubt sind
Der ausgangsseitige radial äußere Lamellenträger 20 ist abtriebseitig starr an die Kurbelwelle 8 angebunden, z. B. wiederum über Befestigungsschrauben.
Eine Adaptereinheit 24 ist vorgesehen, die ein Adaptergehäuse 4 aufweist mit einer vorderen Anschlussfläche 4b zum Anschluss an den Verbrennungsmotor, z. B. ein hier nur angedeutetes Schwungradgehäuse 22 des Verbrennungsmotors, und mit einer in den Figuren rechten, in Wirkrichtung hinteren Anschlussfläche 4a, mit der es mittels einer Dichtung 25 an das Kurbelgehäuse 6 angeschlossen ist. Die Eingangswelle 18 ist in dem Adaptergehäuse 4 mittels eines Eingangslagers 2 gelagert, das als Wälzlager ausgebildet und vorzugsweise Teil der Adaptereinheit 24 ist. Das Eingangslager 2 dient somit als Radiallager zwischen dem Adaptergehäuse 4 und der Eingangswelle 18 und ist mit seinem Außenring 2a in das Adaptergehäuse 4 eingepresst; ein Innenring 2b ist auf die Eingangswelle 18 aufgepresst und z. B. mit einem Sicherungsring 3 axial gesichert.
Somit wird der gesamte Kupplungskompressor 1 gebildet aus:

– der Kompressoreinheit 26, die mit dem Kurbelgehäuse 6, dem Zylinderkopf 14, der Kurbelwelle 8 und dem vorderen Radiallager 7 und dem hinteren Radiallager 17, mit denen die Kurbelwelle 8 in dem Kurbelgehäuse 6 gelagert ist,
– der Kupplungseinheit 5 mit dem inneren Lamellenträger 9 und äußeren Lamellenträger 20, und
– der Adaptereinheit 24 mit dem Eingangslager 2 und dem Adaptergehäuse 4, das von der Antriebsseite bzw. Wirkseite, d. h. in den Figuren von links her an das Kurbelgehäuse 6 und die Kurbelwelle 8 angeschlossen ist und zum Anschluss an das Schwungradgehäuse 22 des Motors dient.

Das Kurbelgehäuse 6 mit Zylinderkopf 14 und Adaptergehäuse 4 bildet den statischen Teil, der an das Schwungradgehäuse 22 des Motors angeschlossen wird. Der Wellenstrang wird gebildet aus der Eingangswelle 18 mit Außenverzahnung 18a, der Kupplungseinheit 5 mit den einkuppelbaren Lamellenträgern 9 und 20 und der Kurbelwelle 8. Dieser Wellenstrang ist in dem statischen Teil gelagert durch das zwischen der Eingangswelle 18 und dem Adaptergehäuse 4 vorgesehene Eingangslager 2 und die beiden Radiallager 7 und 17, ohne hierbei durch weiter Lager überbestimmt zu sein.
Somit stellt das Adaptergehäuse 4 die Schnittstellengeometrie zum Anschluss an das Schwungradgehäuse 22 des Verbrennungsmotors des Nutzfahrzeugs und zum anderen mit seiner Wirkrichtung hinteren Anschlussfläche 4a die Dichtfläche zum Kurbelgehäuse 6, weiterhin dient die Adaptereinheit 24 auch zur Ausbildung eines Innendurchmessers zur Ausrichtung des abtriebsseitig angeschlossenen Kompressors aus Kurbelgehäuse 6 und Kurbelwelle 8 sowie Zylinderkopf 14.
Die Adaptereinheit 24 dient daher als Flanschsystem zum Anschließen der abtriebsseitig folgenden Kompressoreinheit 26 an die Antriebseinheit des Verbrennungsmotors.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungskompressor
2: Eingangslager
2a: Außenring
2b: Innenring
3: Sicherungsring
4: Adaptergehäuse
4a: hintere Anschlussfläche
4b: vordere Anschlussfläche
5: Kupplungseinheit
5a: Lamellen
6: Kurbelgehäuse
7: vorderes Radiallager
8: Kurbelwelle
9: innerer Lamellenträger
10: Löcher
11: Schrauben
12a, 12b: Zylinder
13a, 13b: Kolben
14: Zylinderkopf
15a, 15b: Luftanschluss
17: hinteres Radiallager
18: Eingangswelle
18a: Außenverzahnung
20: äußerer Lamellenträger
22: Schwungradgehäuse
24: Adaptereinheit
25: Dichtung
26: Kompressoreinheit

Claims

Kupplungskompressor (1) für ein Druckluftsystem eines Fahrzeuges, wobei der Kupplungskompressor (1) mindestens aufweist: ein Kurbelgehäuse (6), eine in dem Kurbelgehäuse (6) aufgenommene Kurbelwelle (8) zum Antreiben von Kolben (13a, 13b), ein vorderes Radiallager (7) und ein hinteres Radiallager (17) zur Lagerung der Kurbelwelle (8) in dem Kurbelgehäuse (6), eine Eingangswelle (18), die durch den Verbrennungsmotor antreibbar ist, und eine Kupplungseinheit (5) mit einem antriebseitigen ersten Kupplungsteil (9) und einem abtriebseitigen zweiten Kupplungsteil (20), wobei die Kupplungseinheit (5) zwischen einem eingekuppelten Zustand zum Antreiben der Kurbelwelle (8) über die Eingangswelle (18) und einem ausgekuppelten Zustand zur Freigabe der Kurbelwelle (8) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaptereinheit (24) vorgesehen ist, die aufweist: ein Adaptergehäuse (4) mit einer hinteren Anschlussfläche (4a) zum Anschluss an das Kurbelgehäuse (6) und einer vorderen Anschlussfläche (4b) zum Anschluss an den Verbrennungsmotor, wobei die Eingangswelle (18) in dem Adaptergehäuse (4) mittels eines Eingangslagers (2) gelagert ist.
Kupplungskompressor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Anschlussfläche (4a) mittels einer Dichtung (25) an das Kurbelgehäuse (6) angeschlossen ist.
Kupplungskompressor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Anschlussfläche (4b) zum Anschluss an ein Schwungradgehäuse (22) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist.
Kupplungskompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (18) als Antriebsritzel mit einer Außenverzahnung (18a) zum Eingriff in ein Zahnrad des Verbrennungsmotors ausgebildet ist.
Kupplungskompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangslager (2) der Adaptereinheit (24) als Radiallager zwischen das Adaptergehäuse (4) und die Eingangswelle (18) eingepresst ist.
Kupplungskompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (5) als Lamellenkupplung mit einem mit der Eingangswelle (18) lösbar und starr gekoppelten, als erstes Kupplungsteil (9) dienenden inneren Lamellenträger (9) und einem mit der Kurbelwelle (8) lösbar und starr gekoppelten, als zweites Kupplungsteil dienenden äußeren Lamellenträger (20) ausgebildet ist.
Kupplungskompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als eine Einheit an den Verbrennungsmotor anschließbar ist, wobei seine vordere Anschlussfläche (4b) an ein Gehäuseteil (22) des Verbrennungsmotors anschließbar ist und die Eingangswelle (18) zum Wirkeingriff mit einer Motorwelle des Verbrennungsmotors ausgebildet ist.
Kupplungskompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein aus der Eingangswelle (18), der Kupplungseinheit (5) und der Kurbelwelle (8) gebildeter Wellenstrang lediglich in dem vorderen Radiallager (7), dem hinteren Radiallager (17) und dem Eingangslager (2) gelagert ist.
Kupplungskompressor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (18) an dem ersten Kupplungsteil (9) durch in Axialrichtung gesetzte Verbindungsmittel, z. B. Schrauben (11) gesichert ist, die in Löchern (10) der Eingangswelle (18) und Aufnahmen des ersten Kupplungsteils (9) starr aufgenommen sind.