DE102015208379A1

DE102015208379A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102015208379A1
Application number: DE102015208379.9A
Authority: DE
Inventors: Dominic Namyslo; Roland Haas
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuseelement (1), an oder in dem eine Nabe (2) befestigt ist, wobei die Nabe (2) zwei axial (a) gegeneinander vorgespannte Wälzlager (3, 4) trägt, wobei die beiden Wälzlager (3, 4) mindestens eine Verzahnung (5) relativ zum Gehäuseelement (1) radial und axial lagern. Um in fertigungstechnisch und montagetechnisch einfacherer Weise sicherzustellen, dass eine gewünschte Vorspannung oder Lagerluft während der gesamten Gebrauchsdauer der Lagereinheit aufrecht erhalten bleibt, sieht die Erfindung vor, dass die Nabe (2) zweiteilig (2‘, 2‘‘) ausgebildet ist und einen ersten Teil der Nabe (2‘) und einen zweiten Teil der Nabe (2‘‘) umfasst, wobei das erste Teil der Nabe (2‘) im Radialschnitt L-förmig ausgebildet ist, wobei der sich radial erstreckende Abschnitt der L-förmigen Struktur mit einer Stirnseite (6) am Gehäuseelement (1) anliegt und mit der anderen Stirnseite (7) eine axiale Anlagefläche für eines der beiden Wälzlager (3) bildet, und wobei zweite Teil der Nabe (2‘‘) mit dem ersten Teil der Nabe (2‘) verschraubt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuseelement, an oder in dem eine Nabe befestigt ist, wobei die Nabe zwei axial gegeneinander vorgespannte Wälzlager trägt, wobei die beiden Wälzlager mindestens eine Verzahnung relativ zum Gehäuseelement radial und axial lagern.
In Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für LKW, sind gattungsgemäße Zahnrad-Lagereinheiten angeordnet, die dazu dienen, ein Zahnrad zu lagern, das zum Abgreifen von Leistung von der Kurbelwelle vorgesehen ist, um verschiedenartige Elemente anzutreiben. Über besagte Verzahnung kann beispielsweise der Antrieb der Nockenwellen erfolgen; es ist aber auch möglich, Ölpumpen, Druckluftpumpen, Power-Take-Off oder Einspritzpumpen auf diese Art anzutreiben.
Die zuverlässige Lagerung der Verzahnung und die dauerhafte Sicherstellung eines ordnungsgemäßen Zahneingriffs erfordern einerseits einen exakt eingestellten axialen Luft- bzw. Vorspannungsbereich in den Wälzlager (in der Größenordnung von ca. 20 µm Vorspannung) und andererseits eine Einhaltung des verfügbaren axialen Bauraums (Schraubenlänge und Lagerzapfenlänge). Wichtig ist weiterhin, dass eine dauerhafte Beibehaltung der Verschraubungskräfte sichergestellt ist.
Bei gattungsgemäßen Zahnrad-Lagereinheiten wird des weiteren eine geringe Verformungen des Lagers und des Lagerzapfens durch die Verschraubung angestrebt sowie eine geringe Verformung der Anlageflächen am Motor bzw. am Gehäuse infolge der Verschraubung.
Eine vorbekannte Lösung gemäß dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Von einem Verbrennungsmotor ist nur schematisch ein Gehäuseelement 1 skizziert, an dem eine Zahnrad-Lagereinheit angeschraubt ist, die zu obigem Zweck dient, also beispielsweise zum Antrieb einer Pumpe zur Bereitstellung von Energie für ein Hilfsaggregat. Die Zahnrad-Lagereinheit umfasst eine Nabe 2, die zwei Wälzlager 3 und 4 trägt, über die eine Verzahnung 5 radial und axial relativ zum Gehäuseelement 1 gelagert wird.
Zur Herstellung einer definierten axialen Vorspannkraft oder axialen Lagerluft in den beiden Wälzlagern 3 und 4 ist eine Passscheibe 16 zwischen der einen Stirnseite der Nabe 2 und dem Gehäuseelement 1 angeordnet. Die Passscheibe 16 ist dabei präzise auf die Dicke gefertigt, die benötigt wird, um nach dem Festschrauben der Nabe die gewünschte Vorspannkraft bzw. Lagerluft in den Wälzlagern 3 und 4 herzustellen.
Nachteilig ist bei dieser vorbekannten Lösung, dass die Passscheibe 16 nur teilweise am Motor bzw. am Gehäuseelement 1 anliegt (mit sternförmiger Anlagefläche) und sich beim Verschrauben der Nabe am Gehäuseelement verformt.
Es wird also eine Einheit eingesetzt, die durch das Einschleifen der Passscheibe 16 die exakte Axialluft sicherstellt. Diese Passscheibe 16 ist ein sehr filigranes Teil, das nur mit hohem Herstellaufwand exakt gefertigt werden kann. Ferner ist der Messprozess sehr aufwendig und damit teuer, um zur notwendigen Scheibendicke zu gelangen. Das in 1 linke Wälzlager 3 muss ferner nachteilig wegen der genannten Einstellung und Messung einen Luftsitz auf der Nabe 2 haben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zahnrad-Lagereinheit bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht aufweist. Demgemäß soll es in fertigungstechnisch und montagetechnisch einfacherer Weise möglich sein, eine gewünschte Vorspannung oder Lagerluft herzustellen und diese dann auch während der gesamten Gebrauchsdauer der Lagereinheit aufrecht zu erhalten. Somit soll eine verbesserte präzise Lagerung der Verzahnung sichergestellt sein, wobei diese in wirtschaftlicher Weise bereitgestellt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe zweiteilig ausgebildet ist und einen ersten Teil der Nabe und einen zweiten Teil der Nabe umfasst, wobei das erste Teil der Nabe im Radialschnitt L-förmig ausgebildet ist, wobei der sich radial erstreckende Abschnitt der L-förmigen Struktur mit einer Stirnseite direkt am Gehäuseelement anliegt und mit der anderen Stirnseite eine axiale Anlagefläche für eines der beiden Wälzlager bildet, und wobei zweite Teil der Nabe mit dem ersten Teil der Nabe verschraubt ist.
Die beiden Wälzlager sind bevorzugt Kegelrollenlager, die vorzugsweise in O-Anordnung montiert sind. Allerdings haben sich insbesondere auch Schrägkugellager bewährt, die nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sind.
Die beiden Teile der Nabe weisen bevorzugt fluchtende Durchgangsbohrungen zum Durchtritt von Schrauben auf, mit denen die Nabe am Gehäuseelement festgelegt ist. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass die Durchgangsbohrung im ersten Teil der Nabe einen größeren Durchmesser aufweist, als die Durchgangsbohrung im zweiten Teil der Nabe.
Der zweite Teil der Nabe ist bevorzugt im Radialschnitt L-förmig ausgebildet, wobei der sich radial erstreckende Abschnitt der L-förmigen Struktur mit einer Stirnseite eine axiale Anlagefläche für eines der beiden Wälzlager bildet.
Der zweite Teil der Nabe kann gemäß einer alternativen Ausführungsform auch als Lagerring ausgebildet sein und eine Laufbahn für Wälzkörper aufweisen.
Der erste Teil der Nabe besteht bevorzugt aus nicht-gehärtetem Werkstoff, insbesondere aus Stahl. Indes besteht der zweite Teil der Nabe bevorzugt aus gehärtetem Werkstoff, insbesondere aus Stahl.
Der erste Teil der Nabe und der zweite Teil der Nabe können an ihrer Kontaktstelle so bearbeitet sein, dass sich nach Anschrauben der beiden Teile der Nabe ans Gehäuseelement in den beiden Wälzlagern eine definierte axiale Vorspannung oder Lagerluft ergibt.
Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der Lagerinnenring des auf dem ersten Teil der Nabe angeordneten Wälzlagers mit Presspassung auf dem ersten Teil der Nabe sitzt und/oder dass der Lagerinnenring des auf dem zweiten Teil der Nabe angeordneten Wälzlagers mit Presspassung auf dem zweiten Teil der Nabe sitzt.
Die beiden Teile der Nabe, also der erste und der zweite Teil, können Mittel aufweisen, mit denen sie zueinander zentriert werden können. Solche Zentriermittel sind als solche bekannt, also beispielsweise Passstifte oder Zentrierabsätze.
Die beiden Teile der Nabe können auch jeweils einen geschlossenen Boden aufweisen.
Durch eine Kombination der wie beschrieben ausgeführten Lagerinnenringe mit den zugehörigen Nabenteilen (d. h. Lagerzapfen) ist es möglich, eine exakte Einstellung der Lageraxialluft bzw. -vorspannung einzustellen und die hohen Axialkräfte aus der Verschraubung ohne Verformung des Lagerzapfens einzuleiten.
Hierzu wird das dem Gehäuseelement zugewandte Lager in das erste Teil der Nabe (mit Presssitz) montiert. Damit kann das Problem einer zu hohen Flächenpressung an der axialen Anlagefläche am Gehäuseelement gelöst werden. Bevorzugt werden beide Wälzlager mit Presssitz auf ihren jeweiligen Nabenteilen (Lagerzapfen) montiert, wodurch sichergestellt ist, dass kein Verdrehen unter Belastung erfolgt und ansonsten Reibkorrosion (fretting corrosion) vermieden wird.
Das erste Teil der Nabe besteht bevorzugt aus nicht-gehärtetem Werkstoff. Somit ist ein einfacher kostengünstiger Herstellprozess sichergestellt. Dieser Teil der Nabe kann spezielle Ausführungsmerkmale, wie beispielsweise eine Ölzuführungsnut bzw. und -bohrung, aufweisen.
Der zweite Teil der Nabe besteht bevorzugt aus gehärtetem Stahl. Durch den Einsatz gehärteten Stahls ist ein exaktes Einschleifen der Lager-Axialluft möglich, ohne dass ein aufwändiger Einstellprozess nötig wäre (d. h. ohne die Abfolge der bislang erforderlichen Schritte: Aufpressen – Messen – Abziehen – erneutes Montieren – Sichern). Ferner kann dann der zweite Teil der Nabe dünnwandiger ausgeführt werden, was die Tragfähigkeit der Einheit erhöht. Schließlich drücken sich durch diese Maßnahmen die Schrauben nicht mehr in die seitliche Stirnfläche der Nabe ein. Ein solcher Nabenteil kann kostengünstig produziert werden.
Vorteilhaft haben die beiden Nabenteile (Lagerzapfen) unterschiedliche Schraubenbohrungsdurchmesser. Durch diese Maßnahme wird eine vereinfachte Montage der beiden Narbenteile (Zapfen) möglich, da die Schraubenbohrungen besser fluchten.
Alternativ kann mindestens ein Teil der Nabe, vorzugsweise der zweite Teil der Nabe, direkt als Lagerinnenring ausgeführt sein und die Laufbahn für die Wälzkörper aufweisen. Durch diese Maßnahme kann nochmals die Tragfähigkeit der Einheit vergrößert werden. Das so ausgebildete Nabenteil besteht in diesem Falle dann aus gehärtetem Stahl.
Somit wird vorteilhaft eine Erhöhung der Verschraubungssteifigkeit der Zahnrad-Lagereinheit erreicht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 im Radialschnitt einen Teil eines Verbrennungsmotors, nämlich ein Gehäuseelement, an dem eine Zahnrad-Lagereinheit montiert ist, wobei eine Lösung nach dem Stand der Technik dargestellt ist,
2 im Radialschnitt das genannte Gehäuseelement mit montierter Zahnrad-Lagereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
3 in der Darstellung gemäß 2 eine alternative Ausführungsform der Erfindung.
In 2 ist ein Gehäuseelement 1 angedeutet, das zu einer nicht weiter dargestellten Verbrennungskraftmaschine gehört. An das Gehäuseelement 1 ist eine Zahnrad-Lagereinheit angebracht, mit der ein Zahnrad mit einer Verzahnung 5 relativ zum Gehäuseelement 1 axial und radial gelagert wird.
Hierfür ist eine zweiteilige Nabe 2 vorgesehen, die aus einem ersten Teil 2‘ und aus einem zweiten Teil 2‘‘ besteht. Jedes der beiden Teile 2‘, 2‘‘ der Nabe 2 trägt je ein Wälzlager 3 bzw. 4, die vorliegend jeweils als Kegelrollenlager ausgebildet sind, die in O-Anordnung montiert sind.
Das erste Teil 2‘ der Nabe ist im Radialschnitt L-förmig ausgebildet. Der sich radial erstreckende Abschnitt der L-förmigen Struktur weist eine dem Gehäuseelement 1 zugewandte Stirnseite 6 sowie eine vom Gehäuseelement 1 abgewandte Stirnseite 7 auf. Das Teil 2‘ der Nabe liegt dabei mit der Stirnseite 6 direkt am Gehäuseelement 1 an. Die Stirnseite 7 des Teils 2‘ der Nabe dient zur axialen Anlage des Lagerinnenrings 14 des Wälzlagers 3.
In ähnlicher Weise ist das Teil 2‘‘ der Nabe ausgeführt. Auch dieses ist im Radialschnitt L-förmig ausgebildet und weist somit einen sich radial erstreckenden Abschnitt auf, der eine Stirnseite 10 für die axiale Anlage des Lagerinnenrings 15 bildet.
Beide Teile 2‘ und 2‘‘ der Nabe weisen Durchgangsbohrungen 8 bzw. 9 auf, die fluchtend ausgebildet sind und es erlauben, dass beide Teile 2‘, 2‘‘ der Nabe fest miteinander verbunden am Gehäuseelement 1 mittels nicht dargestellter Schrauben festgelegt werden können.
Die genaue gewünschte axiale Vorspannung oder Lagerluft der beiden Wälzlager 3 und 4 ergibt sich durch die präzise Bearbeitung der Kontaktstelle 13 der beiden Nabenteile 2‘, 2‘‘. Hierzu werden die Nabenteile im Bereich ihrer Kontaktstelle 13 so geschliffen, dass der jeweilige axiale Abstand zwischen der Kontaktstelle 13 und den Stirnseiten 7 bzw. 10 so groß ist, dass sich nach Montage der Anordnung – wie in 2 dargestellt – die gewünschte Vorspannung oder Lagerluft automatisch einstellt.
Eine hierzu alternative Ausgestaltung ist in 3 zu sehen. Der Unterschied zur vorbeschriebenen Lösung gemäß 2 besteht hier darin, dass das zweite Teil 2‘‘ der Nabe als Lagerinnenring 15 des Wälzlagers 4 ausgebildet ist. Demgemäß ist bei dieser Ausführungsform die Laufbahn 11 für die Wälzkörper 12 des Wälzlagers 4 direkt in das Teil 2‘‘ eingearbeitet.
Durch diese Maßnahme wird eine noch höhere Steifigkeit der erläuterten Anordnung erreicht.
Als nicht dargestellte alternative Ausgestaltung der erläuterten Anordnung kommt auch in Betracht, dass der Lageraußenring eines der Wälzlager bzw. auch beider Wälzlager direkt durch das radial außenliegende Bauteil gebildet wird, das die Verzahnung 5 trägt. Besagte Verzahnung 5 kann als gerad- oder schräg-verzahnte Verzahnung ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuseelement
2: Nabe
2‘: erster Teil der Nabe
2‘‘: zweiter Teil der Nabe
3: Wälzlager
4: Wälzlager
5: Verzahnung
6: Stirnseite
7: Stirnseite
8: Durchgangsbohrung
9: Durchgangsbohrung
10: Stirnseite
11: Laufbahn
12: Wälzkörper
13: Kontaktstelle der Nabenteile
14: Lagerinnenring
15: Lagerinnenring
16: Passscheibe
a: axiale Richtung

Claims

Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuseelement (1), an oder in dem eine Nabe (2) befestigt ist, wobei die Nabe (2) zwei axial (a) gegeneinander vorgespannte Wälzlager (3, 4) trägt, wobei die beiden Wälzlager (3, 4) mindestens eine Verzahnung (5) relativ zum Gehäuseelement (1) radial und axial lagern, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) zweiteilig (2‘, 2‘‘) ausgebildet ist und einen ersten Teil der Nabe (2‘) und einen zweiten Teil der Nabe (2‘‘) umfasst, wobei das erste Teil der Nabe (2‘) im Radialschnitt L-förmig ausgebildet ist, wobei der sich radial erstreckende Abschnitt der L-förmigen Struktur mit einer Stirnseite (6) am Gehäuseelement (1) anliegt und mit der anderen Stirnseite (7) eine axiale Anlagefläche für eines der beiden Wälzlager (3) bildet, und wobei zweite Teil der Nabe (2‘‘) mit dem ersten Teil der Nabe (2‘) verschraubt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzlager (3, 4) Kegelrollenlager oder Schrägkugellager sind, die vorzugsweise in O-Anordnung montiert sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (2‘, 2‘‘) der Nabe (2) fluchtende Durchgangsbohrungen (8, 9) zum Durchtritt von Schrauben aufweisen, mit denen die Nabe (2) am Gehäuseelement (1) festgelegt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (8) im ersten Teil (2‘) der Nabe (2) einen größeren Durchmesser aufweist, als die Durchgangsbohrung (9) im zweiten Teil (2‘‘) der Nabe (2).
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (2‘‘) der Nabe (2) im Radialschnitt L-förmig ausgebildet ist, wobei der sich radial erstreckende Abschnitt der L-förmigen Struktur mit einer Stirnseite (10) eine axiale Anlagefläche für eines der beiden Wälzlager (4) bildet.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil (2‘, 2‘‘) der Nabe (2), vorzugsweise der zweite Teil (2‘‘) der Nabe (2), als Lagerring ausgebildet ist und eine Laufbahn (11) für Wälzkörper (12) aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (2‘) der Nabe (2) aus nicht-gehärtetem Werkstoff, insbesondere Stahl, besteht.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (2‘‘) der Nabe (2) aus gehärtetem Werkstoff, insbesondere Stahl, besteht.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (2‘) der Nabe (2) und der zweite Teil (2‘‘) der Nabe (2) an ihrer Kontaktstelle (13) so bearbeitet sind, dass sich nach Anschrauben der beiden Teile (2‘, 2‘‘) der Nabe (2) ans Gehäuseelement (1) in den beiden Wälzlagern (3, 4) eine definierte axiale Vorspannung oder Lagerluft ergibt.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (14) des auf dem ersten Teil (2‘) der Nabe (2) angeordneten Wälzlagers (3) mit Presspassung auf dem ersten Teil (2‘) der Nabe (2) sitzt und/oder dass der Lagerinnenring (15) des auf dem zweiten Teil (2‘‘) der Nabe (2) angeordneten Wälzlagers (4) mit Presspassung auf dem zweiten Teil (2‘) der Nabe (2) sitzt.