DE4329496C2 - Kurbelwellenabzweiggetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Übersetzungsgetriebe zur direkten Verbindung mit der Kurbelwelle eines Dieselmotors am sogenannten freien Wellenende zum Antrieb von Generatoren, Pumpen, Gebläsen und sonstiger Aggregate.

Stirnradgetriebe am freien Wellenende von Verbrennungsmotoren - bekannt als "Free End-" oder "Power Take Off-" Getriebe sind in der Regel mittels elastischer Kupplungen direkt mit dem freien Kurbelwellenende einer Antriebsmaschine verbunden und werden als Kurbelwellengetriebe be­ zeichnet. (Renk-Tacke Druckschrift RTO 13/3.88-10e).

Die erheblichen Verlagerungen der Kurbelwelle am freien Motorwellenende, die sich als Radial-, Längs- und Taumelbewegungen zeigen, werden durch die zwischen Kurbelwellenende und Ge­ triebe angeordnete elastische Kupplung aufgenommen. Die mehrteiligen Getriebe sind entweder direkt am Kurbelgehäuse des Motors angeflanscht oder werden als freistehende Getriebe mit ei­ nem Fundament ausgeführt.

Zur Aufrechterhaltung der Manövrierfähigkeit des Schiffes bei notwendig werdenden Inspektions- bzw. Wartungsarbeiten an Elementen der Getriebeanlage oder bei einer Havarie des Getriebes muß die Kupplung zwischen Motor und Getriebe ausgebaut werden, was nur bei längerem Still­ stand der Hauptmaschine und insbesondere bei Anflanschgetrieben nur durch erheblichen De­ montageaufwand am Getriebe möglich ist.

Demzufolge werden Kurbelgetriebe ausgeführt, bei denen ein Abkoppeln von der kurzzeitig still­ gesetzten Hauptmaschine möglich ist.

Dies geschieht in der Regel über eine außen auf "Voraus" am Getriebe angeordnete hochelasti­ sche Rato-Vulkan Kupplung (Rato-S Druckschrift Nr.: 0990/1), die eine Hohlwelle, auf der das Getriebeantriebsrad sitzt, mit einer durch die Hohlwelle geführten Steckwelle verbindet, die am gegenüberliegenden Ende gerade oder ballig verzahnt ist und in eine am Kurbelwellenende be­ festigten ballig oder gerade geschnittenen Zahnbuchse eingreift.

Die ballig ausgeführte Zahnwellenverbindung ermöglicht eine Auslenkung der Steckwelle in der Zahnkupplung unter dem Einfluß der Kurbelwellenverlagerungen. Die dabei auch entstehenden Längs- und Winkelverlagerungen am anderen Ende der Steckwelle werden in der elastischen Kupplung aufgenommen, speziell in der Rato-Kupplung durch ein Membran-Element (Metaflex Druckschrift Nr.: 0990/3), das zwischen Steckwelle und der elastischen Kupplung angeordnet ist. Eine Trennung von Getriebe und Motor geschieht durch Herausziehen der Zahnspindel aus der Zahnbuchse.

In der Offenlegungsschrift DE 39 18 385 A1 ist weiterhin eine Getriebeanlage beschrieben, bei der die doppelkardanisch wirkende Zahnspindel in Verbindung mit einer innerhalb des Getriebes angeordneten metallischen elastischen Kupplung ausgeführt ist, um die erheblichen Verlagerun­ gen des Kurbelwellenendes vollständig aufzunehmen.

Die ausgeführten Konstruktionen gemäß Fig. 1-4 in der Offenlegungsschrift DE 39 18 385 A1 erfordern

• - fertigungstechnisch aufwendige und verschleißbehaftete ballig ausgeführte Zahnkupplungen,
• - eine innenliegende ölbeständige flexible Kupplung, die dadurch für einen Austausch der fle­ xiblen Elemente z. B. zur drehschwingungstechnischen Abstimmung oder wegen Verschleiß nur durch Demontage des Getriebes zugänglich ist,
• - einen erheblichen Aufwand beim Abkoppeln des Getriebes vom Antriebsmotor, weil beim Herausziehen der Zahnspindel aus der am Kurbelwellenende befestigten Zahnbuchse, auch das Getriebeantriebsrad mit angebauter Kupplung innerhalb des Zahneingriffs und der Lage­ rung verschoben werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbesserung der Ausführung von Kurbelwel­ lengetrieben in wirtschaftlicher und technischer Hinsicht bezüglich der o. g. Punkte zu verwirkli­ chen.

Im Ergebnis soll erreicht werden:

• - daß die Verbindungselemente zur doppelkardanischen Aufhängung verschleißfrei arbeiten,
• - die drehschwingungsdämpfende Kupplung außerhalb des Getriebes angeordnet wird, so daß ein Austausch von elastischen Elementen zur drehschwingungstechnischen Abstimmung und eine einfache Wartung oder Inspektion der Kupplung bewerkstelligt werden können,
• - die Abkopplung des Getriebes vom Motor durch Zurückziehen der Verbindungswelle und ihre Arretierung erfolgen kann, ohne daß das Getriebeantriebsrad mitbewegt werden muß,
• - daß die Ölversorgung für einen, am Kurbelwellenende angeordneten Schwingungsdämpfer gewährleistet wird,
• - daß eine Variation der Anordnung der elastischen Kupplung in die 2. Stufe in Verbindung mit der Drehschwingungsrechnung ermöglicht wird, wodurch sich die Kosten für die elastische Kupplung erheblich reduzieren lassen.

Die erfindungsgemäße Lösung umfaßt Kurbelwellengetriebe in den Bauarten als Anflanschge­ triebe ohne eigenes Fundament oder Getriebe mit am Gehäuse angeordneten Anschraubleisten zur selbständigen starren oder elastischen Befestigung auf dem verlängerten Motorfundament bzw. Fundament im Schiff, die über eine Hohlwellenkonstruktion durch eine außerhalb des Ge­ triebes liegende hochelastische Kupplung mit der Kurbelwelle des Motors verbunden sind.

Die Verbindung von Motor und Getriebe durch eine doppelkardanische Aufhängung der Steck­ welle wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem zwischen der Kurbelwelle und der Steck­ welle, vor ihrer Verbindungsstelle durch eine Zahnkupplung, eine drehsteife, axial- und winkelbe­ wegliche Metallkupplung angeordnet ist, und daß in gleicher Weise auf der Gegenseite zwischen der Steckwelle und der Hohlwelle, vorzugsweise in direkter Ankopplung an die Hohlwelle, eine zweite Metallkupplung oder in bekannter Weise eine Rato-Vulkan Kupplung angeordnet ist.

Eine vereinfachte doppelkardanische Wirkung kann, unter bestimmten Voraussetzungen, durch die Anordnung der drehsteifen, axial- und winkelbeweglichen Metallkupplung am Kurbelwellen­ flansch in Verbindung mit einer trennbaren Bogenzahnkupplung zur Steckwelle, die bei einer ra­ dialen Verlagerung der Kurbelwelle einen zusätzlichen Freiheitsgrad durch Auslenken in der Zahnkupplung ermöglicht, erreicht werden.

Die Aufhängung der Steckwelle in zwischen den motorseitigen und hohlwellenseitigen drehstei­ fen, axial- und winkelverlagerungsfähigen Metallkupplungen gewährleistet eine verschleißarme hochwirksame doppelkardanische Verbindung zwischen Getriebe und Motor und gestattet eine variable Verwendung von elastischen Kupplungen hinsichtlich Bauart und Anordnung zur Dreh­ schwingungsdämpfung in der 1. und 2. Getriebestufe.

Die Verbindung der Steckwelle zur kurbelwellenseitigen Metallkupplung erfolgt über eine gerad­ verzahnte Zahnkupplung zum Trennen des Kraftflusses zwischen Motor und Getriebe, wobei die Steckwelle aus der Zahnbuchse gezogen und in den Führungsbuchsen zwischen Hohl- und Steckwelle abgelegt wird. Das Spiel in den Führungsbuchsen zur Steckwelle ist andererseits so bemessen, daß sich die Steckwelle im Betriebsfall (Radial-, Längs- und Winkelbewegungen) in den Führungsbuchsen frei verlagern kann.

Das Einführen der Steckwelle in die Zahnbuchse zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung wird durch eine spezielle Ausführung des steckwellenseitigen Endes der Zahnbuchse erleichtert, indem ein konischer Führungsabschnitt mit anschließendem zylindrischen Rastteil dem Verzah­ nungsbereich vorgelagert ist.

Die Ölversorgung des Schwingungsdämpfers am Kurbelwellenende wird bei den auftretenden Wellenverlagerungen im Betriebsfall, wie auch bei ausgerückter Steckwelle durch eine axiale Bohrung der Steckwelle, in die ein Ölrohr mündet, gewährleistet.

Das Ölrohr wird in Gleitbuchsen mit Radialspiel sowohl in den Flansch, der die Ölkammer am Kurbelwellenende abschließt, als auch in der Innenbohrung der Steckwelle gelagert, so daß eine quasi kardanische Führung zur Kompensation der Wellenverlagerung zwischen Kurbelwelle und Steckwelle vorhanden ist. Von der Ölkammer wird der Schwingungsdämpfer über Bohrungen mit Öl versorgt. Die axiale Sicherung des Ölrohrs wird dadurch gewährleistet, daß eine zu große Be­ wegung in Richtung Kurbelwelle durch Anschlag des Ölrohrs an die Kurbelwelle und eine Bewe­ gung in Richtung Getriebe durch einen auf dem Ölrohr befestigten Anschlagring, der am Bund der ölkammerseitigen Getriebebuchse anliegt, verhindert wird. Das Ölrohr ist zum ungehinderten Öldurchfluß kurbelwellenseitig mehrfach gebohrt bzw. geschlitzt.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung an mehreren Ausführungsvarianten beschrie­ ben:

Fig. 1-5 zeigen vom Kurbelwellenabzweiggetriebe die Draufsicht des Schnittes in Kurbelwel­ lenmitte einschließlich einer Einzelheit der Zahnkupplung.

Es zeigen:

Fig. 1 Anflanschgetriebe mit außenliegender elastischer Kupplung an der 1. Getriebestufe und doppelkardanisch wirkender Steckwelle, die mittels geradverzahnter Zahnkupplung die Verbin­ dung zur Kurbelwelle herstellt.

Das Getriebegehäuse 9 von dem der Schwingungsdämpfer 2, der mit der Kurbelwelle 1 verbun­ den ist und an dem die Metallkupplung 6 über einen Zwischenflansch 4 befestigt ist, umschlossen wird, ist am Motorgehäuse 3 angeflanscht.

Die Metallkupplung 6 ist mit einem weiteren Flansch 7, der über eine Geradverzahnung 24 die Verbindung zur Steckwelle 10 mit Geradverzahnung 24 herstellt, verbunden. Am gegenüberlie­ genden Ende der Steckwelle 10 ist das Innenteil der elastischen Kupplung 13 befestigt. Die ela­ stische Kupplung 13 dient zur Aufnahme von Drehschwingungen.

Die Steckwelle 10 ist in Führungsbuchsen 12 geführt durch die sie bei den im Betrieb auftreten­ den Verlagerungen nicht behindert wird. Sie besitzt eine axiale Bohrung 28, in der ein Ölrohr 8, in Lagerbuchse 5, Lagerbuchse mit Anlaufring 27 und Anschlagring 30 geführt, angeordnet ist, das sich innerhalb der Buchsenspiele relativ frei bewegen kann.

Das Außenteil der elastischen Kupplung 13 ist über eine zweite Metallkupplung 15 mit der Hohl­ welle 11, auf der das Getriebeantriebsrad befestigt ist, verbunden.

Durch die konstruktive Anordnung der zweiten Metallkupplung 15 in einem bestimmten Abstand von der ersten Metallkupplung 6 entsteht eine doppelkardanische Verbindung zwischen Motor und Getriebe, so daß alle von der Kurbelwelle des Motors ausgehenden Verlagerungen vollstän­ dig kompensiert werden können.

Zur Trennung des Kraftflusses vom Motor zum Getriebe wird die Verbindung zwischen dem Au­ ßenteil der elastischen Kupplung 13 und der Metallkupplung 15 gelöst und ein Distanzstück 14 eingesetzt. Hierdurch wird die Verkupplung, welche durch den verzahnten Flansch 7 und den verzahnten Teil der Steckwelle 10 gebildet wird, getrennt.

In der Hohlwelle 11 sitzt eine Dichtung 16, die hier das Getriebe gegen Ölaustritt sichert. Die Ölkammer 31, von der aus der Schwingungsdämpfer 2 mit Öl versorgt wird, wird von der Kur­ belwelle 1, dem Schwingungsdämpfer 2 und Zwischenflansch 4 gebildet.

Fig. 2 Anflanschgetriebe mit außenliegender elastischer Kupplung an der 1. Getriebestufe, bei dem eine annähernd doppelkardanische Wirkung der Steckwelle durch die Anordnung einer Me­ tallkupplung in Verbindung mit einer Bogenzahnkupplung erreicht wird.

Wie Fig. 1 nur die Metallkupplung 15 wird durch den Hohlwellenflansch 26 ersetzt, und an Stelle der Geradverzahnung 24 des Flansches 7 ist ein Flansch mit Bogenverzahnung 23 angeordnet.

Die Axial- und Winkelverlagerungen der Kurbelwelle im Betrieb werden durch die Membrankupp­ lung 6 aufgenommen. Die radialen Verlagerungen der Kurbelwelle bewirken ein "Ausknicken" der Steckwelle 10 in der ballig verzahnten Zahnbuchse. Die Axial- und Winkelverlagerungen werden durch die Membrankupplung 6 aufgenommen. Die dadurch am gegenüberliegenden Ende der Steckwelle 10 auftretenden Winkelbewegungen werden von den elastischen Elementen der Kupplung 13 eliminiert.

Fig. 3 Freistehendes Kurbelwellengetriebe mit außenliegender elastischer Kupplung an der 1. Getriebestufe und doppelkardanisch wirkender Steckwelle, die mittels geradverzahnter Zahn­ kupplung die Verbindung zur Kurbelwelle herstellt.

Wie Fig. 1 nur das Getriebegehäuse 9 besitzt ein eigenes Fundament. Die Metallkupplung 6 wird vom Getriebegehäuseteil 18, in welchem sich, genau wie im Gehäuse 17 des Schwingungsdämp­ fers 2 eine Dichtung 19 befindet, umschlossen. Zur Aufnahme der Dichtung 19 des Gehäuses 17 des Schwingungsdämpfers 2 ist der Zwischenflansch 4 verlängert worden.

Fig. 4 Anflanschgetriebe mit außenliegender elastischer Kupplung an der 2. Getriebestufe.

Wie Fig. 1 nur die Steckwelle 10 ist über den Steckwellenflansch 32 direkt mit der Metallkupplung 15 verbunden. Die elastische Kupplung 13 verbindet die Hohlwelle 21, die gleichzeitig als Ritzel der 2. Stufe ausgeführt ist, mit der Steckwelle 20 der 2. Stufe, auf der das Stirnrad 22 der 2. Stufe sitzt.

Fig. 5 Einzelheit X aus Fig. 1
Die sich beim Herausziehen der Zahnspindel aus der Zahnbuchse innerhalb des Radialspiels der Führungsbuchsen 12 absenkende Steckwelle 10 muß zum Schließen der Verbindung zwischen Motor und Getriebe mit ihrer Verzahnung 24 problemlos in die Verzahnung 24 des Flansches 7 eingeführt werden können. Zu diesem Zweck ist vor der Verzahnung des Flansches 7 ein zu­ nächst konischer und dann zylindrischer Teil 24.1 bzw. 24.2 der Buchse ausgeführt. Der konische Teil 24.1 ist so beschaffen, daß sich die Steckwelle 10 beim Heranrücken an die Zahnbuchse des Flansches 7 aus den Führungsbuchsen 12 so heraushebt, so daß Wellenmittenachse der Steck­ welle 10 mit der Flanschmittenachse des Flansches 7 übereinstimmt und die Steckwelle 10 an­ schließend im zylindrischen Teil 24.2 bis zur vollständigen Verbindung mit der Zahnbuchse ge­ führt wird.

Bezugszeichenliste

1

Kurbelwelle

2

Schwingungsdämpfer

3

Motorgehäuse

4

Zwischenflansch

5

Lagerbuchse

6

Metallkupplung

7

Flansch mit Zahnkupplung

8

Ölrohr

9

Getriebegehäuse

10

Steckwelle

11

Hohlwelle

12

Führungsbuchs

13

elastische Kupplung

14

Distanzstück

15

Metallkupplung

16

Dichtung

17

Gehäuse Schwingungsdämpfer

18

Gehäuseteil Getriebe

19

Gehäuseabdichtung

20

Steckwelle 2. Stufe

21

Hohlwelle mit Stirnrad 2. Stufe

22

Stirnrad 2. Stufe

23

Bogenverzahnung

24

Geradverzahnung

24.1

konischer Teil vor der Verzahnung

24.2

zylindrischer Teil der Verzahnung

25

Getriebeantriebsrad

26

Hohlwellenflansch

27

Lagerbuchse mit Anlaufring

28

Axialbohrung

29

Flansch

30

Anschlagring

31

Ölraum

32

Steckwellenflansch

Claims (7)

1. Kurbelwellenabzweiggetriebe für Verbrennungskraftmaschinen mit dem Anschluß am freien Ende der Kurbelwelle, wobei die Getriebewelle mit Getriebeantriebsrad als Hohlwelle ausge­ bildet ist und bei der zwischen Hohlwelle und Steckwelle eine drehsteife, axial- und winkelbe­ wegliche Metallkupplung oder eine hochelastische Rato-Vulkan Kupplung, die eine Metall­ kupplung auf der Krafteintrittsseite einschließt, vorgesehen ist, und die Ankopplung an die Kurbelwelle mittels einer Zahnkupplung erfolgt, wobei die Steckwelle im Bedarfsfall von der Kurbelwelle trennbar ist und durch Distanzstücke in Ruheposition festgesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckwelle (10) doppelkardanisch zwischen drehsteifen, axial- und winkelbeweglichen Metallkupplungen (6 und 15) angeordnet ist.

2. Kurbelwellenabzweiggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kurbelwelle (1) und der Zahnkupplung (23 bzw. 24) der Steckwelle (10) eine drehsteife, axial- und winkelbewegliche Metallkupplung 6 und das zwischen der Steckwelle (10) und der Hohl­ welle (11), insbesondere bei Anordnung einer hochelastischen Kupplung (13), eine gleichar­ tige Metallkupplung (15) vorgesehen ist, die direkt an die Hohlwelle (11) angekoppelt ist.

3. Kurbelwellenabzweiggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochelasti­ sche Kupplung (13) der zweiten Getriebestufe zugeordnet ist.

4. Kurbelwellenabzweiggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohl­ welle (11) für die Steckwelle (10) Führungsbuchsen (12) mit radialem Spiel angeordnet sind.

5. Kurbelwellenabzweiggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckwelle (10) eine zentrale Ölbohrung (28) aufweist, in die ein von der Kurbelwelle (1) oder deren An­ schlußflansch (29) getragenes radial- und axial bewegliches Ölrohr (8) eingreift.

6. Kurbelwellenabzweiggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zahn­ kupplung die Flanschbohrung im Flansch (7) zur Aufnahme der Steckwelle (10) zunächst ko­ nisch und dann zylindrisch ausgeführt ist.

7. Kurbelwellenabzweiggetriebe nach Anspruch 1, mit einer drehsteifen, axial- und winkelbe­ weglichen Metallkupplung dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der zweiten drehsteifen, axial- und winkelbeweglichen Metallkupplung (15) ein Hohlwellenflansch (26) und die Verzah­ nung des Flansches (7) als Bogenverzahnung (23) ausgeführt ist.