DE102015202755A1

DE102015202755A1 - Gebaute Betätigungswelle

Info

Publication number: DE102015202755A1
Application number: DE102015202755.4A
Authority: DE
Inventors: Gert Baitinger; Roberto Cutrona; Thomas Flender
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gebaute Betätigungswelle (1) einer Pumpe, insbesondere einer Dieseleinspritzpumpe (2), mit einer zumindest bereichsweise rohrförmigen Welle (3) und zumindest einem drehfest mit der Welle (3) verbundenen Betätigungselement (4). Hierdurch ist die Betätigungswelle (1) einerseits leichter und andererseits einfacher aufgebaut.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gebaute Betätigungswelle einer Pumpe, insbesondere einer Dieseleinspritzpumpe. Die Erfindung betrifft außerdem eine Dieselbrennkraftmaschine mit einer von einer solchen Betätigungswelle betätigten Dieseleinspritzpumpe.
In Dieseleinspritzpumpen für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen erfolgt die Betätigung von Förderzylindern mittels einer Betätigungswelle, die ähnlich einer Nockenwelle Betätigungselemente (Nocken) aufweist. Eine derartige Betätigungswelle kann elektrisch oder über die Brennkraftmaschine selbst angetrieben werden. Bisher eingesetzte Betätigungswellen sind dabei als einstückige, geschmiedete Bauteile ausgeführt, die aufwendig bearbeitet werden müssen. Insbesondere die an der Betätigungswelle integrierten Betätigungselemente müssen dabei aufwendig nachbearbeitet werden. Aber auch Gleitlagerstellen bzw. Dichtstellen müssen aufgrund unterschiedlicher, gewünschter Oberflächenqualitäten aufwendig nachbearbeitet werden. Bedingt durch die massive Bauweise sind derartige Betätigungswellen für Pumpen zudem relativ schwer.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Betätigungswelle eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere weniger aufwendig herstellbar und zudem leichter ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäße durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine bisher einstückig und massiv ausgebildete Betätigungswelle einer Pumpe, beispielsweise einer Dieseleinspritzpumpe, nun erstmals als gebaute Betätigungswelle mit einer zumindest bereichsweise rohrförmigen Welle und zumindest einem drehfest mit der Welle verbundenen Betätigungselement auszubilden. Durch eine derartig gewählte Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Betätigungswelle nicht nur deutlich leichter als herkömmliche massive Betätigungswellen, sondern auch deren Herstellungsaufwand kann erheblich reduziert werden, da beispielsweise die Welle und/oder die Betätigungselemente bereits vor dem Zusammenbau fertig bearbeitet werden können. Selbstverständlich ist alternativ auch ein Nachbearbeiten der gebauten Betätigungswelle denkbar, wobei hier der Betätigungsaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Betätigungswellen deutlich reduziert ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das zumindest eine Betätigungselement über einen thermischen Fügesitz, einen Presssitz, eine Verschweißung, eine Verklebung, eine Verlötung, ein Innenhochdruckumformen (IHU) der Welle oder eine Kombination davon drehfest mit der Welle verbunden. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten es für die drehfeste Verbindung der Betätigungselemente mit der Welle gibt. Besonders ein thermische Fügesitz kann dabei eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit gewährleisten, wobei hierzu das Betätigungselement erwärmt und/oder die Welle gekühlt wird. Da die erfindungsgemäße Betätigungswelle zudem in thermisch nicht belasteten Bereichen eingesetzt wird, ist auch eine Verklebung denkbar, die eine langfristige drehfeste Verbindung zwischen den Betätigungselementen und der Welle sichert. Zusätzlich oder alternativ ist selbstverständlich auch ein Verschweißen bzw. ein Verlöten der Betätigungselemente mit der Welle denkbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Welle im Bereich des zumindest einen Betätigungselements und/oder das Betätigungselement im Bereich einer Nabe eine erhöhte Rauheit auf, insbesondere eine Laserstruktierung oder eine Rändelung. Die erhöhte Rauheit kann dabei in beliebiger Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise durch das zuvor erwähnte Laserstrukturieren, wobei die erhabene Struktur, das heißt die erhöhte Rauheit für eine Erhöhung der Drehmomentübertragungsfähigkeit sorgt. In gleicher Weise können selbstverständlich auch Rändelungen im Bereich der Nabe des Betätigungselements oder an einer Außenmantelfläche der Welle vorgesehen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Betätigungswelle einen Dichtbereich und/oder einen Gleitlagerbereich auf. Im Inneren der Welle ist zudem ein Ölkanal vorgesehen, wobei die Welle im Bereich einer Lagerstelle, beispielsweise eines Gleitlagerbereichs, eine radiale Öl-Durchgangsöffnung besitzt. Hierdurch ist eine Schmierung des Gleitlagerbereichs mit Öl durch die Welle möglich. Sowohl der Gleitlagerbereich als auch der Dichtbereich können dabei bereits vorbearbeitet sein und/oder nach dem Zusammenbau der erfindungsgemäßen Betätigungswelle nachbearbeitet werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass bereits fertig bearbeitete Betätigungselemente gefügt werden, die Dichtbereiche bzw. die Bereiche der Schweißung jedoch noch nachbearbeitet, beispielsweise geschliffen oder geläppt, werden. Durch den Ölkanal in der Welle ist eine Schmierung der Betätigungswelle in den entsprechenden Lagerbereichen problemlos realisierbar, wobei eine Ölzuführung beispielsweise über ein Wellenende oder alternativ über eine der Gleitlagerstellen durch ein Lagergehäuse erfolgen kann.
Bei einer Ölversorgung über ein Wellenende kann in diesem Bereich beispielsweise eine Stopfen vorgesehen sein, der ebenfalls über einen thermischen Fügesitz, einen Presssitz, eine Verschweißung, eine Verklebung, eine Verlötung oder eine Kombination davon drehfest mit der Welle verbunden ist. Hier ist insbesondere auch ein Reibschweißverfahren zu nennen, über welches eine drehfeste Verbindung zwischen dem Stopfen und der Welle der Betätigungswelle realisiert werden kann. Um eine erhöhte Kontaktfläche zur Herstellung einer Reibschweißverbindung schaffen zu können, kann es auch vorgesehen sein, die stirnseitigen Kontaktflächen der Welle zu stauchen und dadurch zu vergrößern.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist die Welle unterschiedliche Wandstärken auf. Derartige unterschiedliche Wandstärken können insbesondere zu einer partiellen Aussteifung der Welle und damit der Betätigungswelle herangezogen werden, insbesondere beispielsweise im Bereich der Betätigungselemente, wobei die in diesem Bereich dickere Wandstärke der Welle beispielsweise durch ein Aufstauchen hergestellt werden kann.
Um einen Verschleiß der Betätigungselemente und/oder der Gleitlagerbereiche der Welle weiter reduzieren zu können, kann auf den Betätigungselementen bzw. auf dem Gleitlagerbereich der Welle eine DLC-Beschichtung (Diamond-like-Carbon) aufgetragen sein. DLC-Beschichtungen sind amorphe Kohlenstoffschichten, mittels welchen nicht nur die Verschleißbeständigkeit verbessert, sondern beispielsweise auch ein Reib-/Gleitwiderstand reduziert werden kann. Hierdurch kann die Leichtgängigkeit der Betätigungswelle gesteigert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Welle im Bereich eines Längsendes einen warmumgeformten Konus auf. Dieser Konus kann beispielsweise angestaucht bzw. warmumgeformt werden, so dass ein Teil der funktionalen Geometrie dadurch abgebildet werden kann. Denkbar ist hierbei selbstverständlich, dass das gesamte Wellenende mittels eines derartigen Warmumformverfahrens hergestellt wird oder aber lediglich ein Teil davon, so dass immer noch ein Stopfen oder ein Gewindezapfen mit dem Längsende der Welle gefügt, beispielsweise geschweißt wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Betätigungswelle,
2 eine Stirnansicht auf die Betätigungswelle,
3 eine weitere Schnittdarstellung durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betätigungswelle,
4 bis 7 weitere Schnittdarstellungen durch unterschiedliche Ausführungsformen der Betätigungswelle.
Entsprechend den 1 bis 7, weist eine erfindungsgemäße gebaute Betätigungswelle 1 einer Pumpe, insbesondere einer Dieseleinspritzpumpe 2, eine zumindest bereichsweise rohrförmige Welle 3 und zumindest ein drehfest mit der Welle 3 verbundenes Betätigungselement 4 auf. Von der Dieseleinspritzpumpe 2 sieht man in den 1 und 3 lediglich einen Pumpenstößel 23, der mit einem Kolben der Dieseleinspritzpumpe 2 verbunden ist. Die Betätigungselemente 4 weisen dabei einen ovalen Querschnitt (vgl. 2) auf, können jedoch selbstverständlich auch einen anderen, insbesondere einen nockenförmigen, Querschnitt besitzen.
Eine drehfeste Verbindung zwischen den Betätigungselementen 4 und der Welle 3 kann beispielsweise über einen thermischen Fügesitz 5, einen Presssitz 6, eine Verschweißung 7, eine Verklebung 8, eine Verlötung 9 oder ein Innenhochdruckumformen der Welle 3 erfolgen. Zur Erhöhung der Drehmomentübertragungsfähigkeit zwischen der Welle 3 und dem zumindest einen Betätigungselement 4 kann die Außenseite der Welle 3 zudem im Bereich des zumindest einen Betätigungselements 4 eine erhöhte Rauheit aufweisen, insbesondere eine Laserstrukturierung oder eine Rändelung. In gleicher Weise kann selbstverständlich auch eine Rauheit einer Nabe des Betätigungselements 4 erhöht werden.
Betrachtet man die 1 sowie 3 bis 7, so kann man erkennen, dass längsendseitig der Betätigungswelle 1 ein Stopfen 10 vorgesehen ist, der ebenfalls über einen thermischen Fügesitz 5, einen Presssitz 6, eine Verschweißung 7, eine Verklebung 8 oder eine Verlötung 9 oder eine Kombination davon drehfest mit der Welle 3 verbunden ist. Für eine Verschweißung 7 kann beispielsweise auch eine Kontaktfläche am Längsende der Welle 3 durch beispielsweise ein Stauchen vergrößert werden, wie dies beispielsweise gemäß der 6 dargestellt ist, insbesondere sofern es sich bei der Verschweißung 7 um eine Reibverschweißung handelt.
Betrachtet man das dem Stopfen 10 gegenüberliegende Längsende der Welle 3, so kann erkennen, dass sich dieses konusförmig verjüngt, wobei ein Konus 11 beispielsweise durch eine Reduzierung des Durchmessers, beispielsweise durch Warmumformen der Welle 3 zumindest teilweise (vgl. 4) oder vollständig (vgl. die 5 und 6) hergestellt wird. Beim teilweisen Warmumformen des Konus 11 kann selbstverständlich zusätzlich noch ein Gewindezapfen 12 in der Art eines Stopfens 10 angebracht werden. Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass der Konus 11 vollständig durch den Gewindezapfen 12 ausgebildet ist, so dass in diesem Fall die Welle 3 nicht warm umgeformt wird (vgl. die 1 und 3).
Betrachtet man beispielsweise die 3, so kann man erkennen, dass die Betätigungswelle 1 einen Gleitlagerbereich 13 aufweist, über welchen sie über ein Gleitlager in einem Lagergehäuse 14 gelagert ist. Um den Gleitlagerbereich 13 schmieren zu können, kann in der Welle 3 ein Ölkanal 15 ausgebildet sein, welcher über radiale Öl-Durchgangsöffnungen 16 fluidisch mit dem Gleitlagerbereich 13 verbunden ist. Selbstverständlich kann eine Schmierung der Gleitlagerbereiche 13 oder anderer Lagerbereiche auch über entsprechende, nicht dargestellte Ölkanäle im Lagergehäuse 14 erfolgen.
Ebenfalls vorgesehen sein können Wellendichtringe 17 (vgl. 3), welche einen Dieselraum 18 von einem Motorraum 19 Öl trennen. Die Wellendichtringe 17 sind dabei am Dichtbereich 22 angeordnet. Eine Ölzuführung zu dem Ölkanal 15 in der Welle 3 kann selbstverständlich auch über den Stopfen 10 bzw. den Gewindezapfen 12 (vgl. die 3) erfolgen.
Betrachtet man die 7, so kann erkennen, dass die Welle 3 zudem unterschiedliche Wandstärken aufweist, insbesondere eine im Bereich der Betätigungselemente 4 erhöhte Wandstärke, um in diesem Bereich eine erhöhte Steifigkeit zu erhalten.
Zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit und zur Reduzierung eines Gleit-/Reibwiderstandes, kann auf den Lagerbereichen 13 bzw. den Betätigungselementen 4 eine DLC-Beschichtung 20 vorgesehen sein. Die Betätigungswelle 1 und mit dieser die Dieseleinspritzpumpe 2 können dabei in einer Brennkraftmaschine 21 eines nicht näher beschriebenen Kraftfahrzeuges eingesetzt werden.
Mit der erfindungsgemäßen gebauten Betätigungswelle 1 kann diese nicht nur fertigungstechnisch deutlich einfacher, sondern zudem auch deutlich leichter als bisher massive Betätigungswellen hergestellt werden. Dies ist insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen von besonderem Vorteil.

Claims

Gebaute Betätigungswelle (1) einer Pumpe, insbesondere einer Dieseleinspritzpumpe (2), mit einer zumindest bereichsweise rohrförmigen Welle (3) und zumindest einem drehfest mit der Welle (3) verbundenen Betätigungselement (4).
Betätigungswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Betätigungselement (4) über einen thermischen Fügesitz (5), einen Presssitz (6), eine Verschweißung (7), eine Verklebung (8), eine Verlötung (9), ein Innenhochdruckumformen der Welle (3) oder eine Kombination davon drehfest mit der Welle (3) verbunden ist.
Betätigungswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass längsendseitig der Betätigungswelle (1) ein Stopfen (10) vorgesehen ist, der über einen thermischen Fügesitz (5), einen Presssitz (6), eine Verschweißung (7), eine Verklebung (8), eine Verlötung (9), oder eine Kombination davon drehfest mit der Welle (3) verbunden ist.
Betätigungswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) im Bereich des zumindest einen Betätigungselements (4) und/oder das Betätigungselement (4) im Bereich einer Nabe eine erhöhte Rauheit aufweisen/aufweist, insbesondere eine Laserstrukturierung oder eine Rändelung.
Betätigungswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungswelle (1) einen Dichtbereich (22) und/oder einen Gleitlagerbereich (13) aufweist.
Betätigungswelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtbereich (22) und/oder der Gleitlagerbereich (13) geschliffen und/oder geläppt sind/ist.
Betätigungswelle nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass – dass im Inneren der Welle (3) ein Ölkanal (15) vorgesehen ist, – dass die Welle (3) im Bereich einer Lagerstelle und/oder des Gleitlagerbereichs (13) eine radiale Öl-Durchgangsöffnung (16) aufweist.
Betätigungswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Welle (3) im Bereich eines Längsendes einen warmumgeformten Konus (11) aufweist.
Betätigungswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Welle (3) unterschiedliche Wandstärken aufweist.
Dieselbrennkraftmaschine (21) mit einer von einer Betätigungswelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 betätigten Dieseleinspritzpumpe (2).