DE102017109454B4

DE102017109454B4 - Antriebseinheit einer Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102017109454B4
Application number: DE102017109454.7A
Authority: DE
Inventors: Fabien Laucher; Denis Bastien
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2037-05-04
Also published as: DE102017109454A1

Abstract

Antriebseinheit (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801) einer Kühlmittelpumpe, umfassend eine Riemenscheibe (2), ein Wälzlager (3) mit einem Außenring (106, 206, 306, 406, 506, 606, 706, 806) und einem Innenring (7), eine Nabe (4) und eine Pumpenwelle (5), wobei die Riemenscheibe (2), der Außenring (106, 206, 306, 406, 506, 606, 706, 806) die Nabe (4) und die Pumpenwelle (5) drehfest miteinander gefügt sind und wobei der Innenring (7) ein Gehäuse (8) der Kühlmittelpumpe drehfest umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (2) und die Nabe (4) jeweils einen zylindrischen Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 109, 209, 309, 409, 509, 609, 709, 809) haben, dessen Innenmantel mit dem Außenmantel des Außenrings (106, 206, 306, 406, 506, 606, 706, 806) mittels eines Pressverbands und/oder einer unlösbaren Formschlussverbindung gefügt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit einer Kühlmittelpumpe. Die Antriebseinheit umfasst eine Riemenscheibe, ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, eine Nabe und eine Pumpenwelle, wobei die Riemenscheibe, der Außenring, die Nabe und die Pumpenwelle drehfest miteinander gefügt sind und wobei der Innenring ein Gehäuse der Kühlmittelpumpe drehfest umschließt.
Eine derartige Antriebseinheit ist aus der FR 2 922 974 A1 bekannt. Die drehfeste Verbindung der Riemenscheibe mit der Nabe erfolgt dort durch eine Verschraubung, mittels der die Riemenscheibe entweder mit dem Außenring des Wälzlagers oder mit der Nabe verschraubt ist. Nachteilig an dieser Konstruktion ist der große Aufwand für die Herstellung der Verschraubungskomponenten und das Verschrauben der Komponenten.
Weitere Antriebseinheiten von Kühlmittelpumpen sind aus der US 2003 / 0 175 133 A1, der DE 10 2013 213 130 A1 und der DE 22 55 017 A bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Herstell- und Montageaufwand konstruktiv zu vereinfachen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Vorrichtungsansprüche. Demnach sollen die Riemenscheibe und die Nabe jeweils einen zylindrischen Abschnitt haben, dessen Innenmantel mit dem Außenmantel des Außenrings mittels eines Pressverbands und/oder einer unlösbaren Formschlussverbindung gefügt ist. Diese konstruktive Ausgestaltung des Fügeverbands hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen geht der Verzicht auf eine Schraubverbindung mit einem erheblich reduzierten Aufwand für die Herstellung und die gegenseitige Montage der zu fügenden Komponenten einher. Zum anderen sind die Riemenscheibe und die Nabe jeweils mit dem hochpräzise runden und rundlaufenden Außenmantel des Außenrings gefügt, so dass auch beste Voraussetzungen für einen ausreichend präzisen Rundlauf der mit der Nabe gefügten Pumpenwelle gegeben sind.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Montage einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit einer Kühlmittelpumpe ist Gegenstand des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren mit acht Ausführungsbeispielen. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1a das erste Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
1b das Detail X aus 1a;
2a das zweite Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
2b das Detail X aus 2a;
3a das dritte Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
3b das Detail X aus 3a;
4a das vierte Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
4b das Detail X aus 4a;
5a das fünfte Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
5b das Detail X aus 5a;
6a das sechste Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
6b das Detail X aus 6a;
7a das siebte Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
7b das Detail X aus 7a;
8a das achte Ausführungsbeispiel im Halbschnitt;
8b das Detail X aus 8a.

1a zeigt eine erste Antriebseinheit 101 einer Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine. Die Antriebseinheit 101 umfasst eine vom Riemen eines Nebenaggregate-Riementriebs der Brennkraftmaschine angetriebene Riemenscheibe 2 mit Poly-V-Profil, ein Wälzlager 3, eine Nabe 4 und eine Pumpenwelle 5, die ein nicht dargestelltes Flügelrad der Kühlmittelpumpe antreibt. Das Wälzlager 3 ist als doppelreihiges Kugellager mit einem Außenring 106 und einem Innenring 7 ausgeführt, der einen zylindrischen Lagerabschnitt eines Gehäuses 8 der Kühlmittelpumpe drehfest umschließt. Die Nabe 4 ist ein Blechformteil, das mit einem äußeren zylindrischen Abschnitt 109 und einem inneren Hülsenabschnitt 10 im Halbschnitt C-förmig ist. Die Riemenscheibe 2, der Außenring 106, die Nabe 4 und die Pumpenwelle 5 sind drehfest miteinander gefügt, wobei die Pumpenwelle 5 im Hülsenabschnitt 10 der Nabe 4 eingepresst ist und wobei die Riemenscheibe 2 mit einem inneren zylindrischen Abschnitt 111 und die Nabe 4 mit ihrem zylindrischen Abschnitt 109 auf dem Außenring 106 befestigt sind. Vorliegend sind der Innenmantel des zylindrischen Abschnitts 111 und der Innenmantel des zylindrischen Abschnitts 109 mittels eines Pressverbands mit dem Außenmantel des Außenrings 106 gefügt.
Darüber hinaus sind die Riemenscheibe 2, die Nabe 4 und der Außenring 106 axial und umfänglich formschlüssig miteinander verbunden. Wie in 1a vergrößert dargestellt, geht dazu der zylindrische Abschnitt 111 der Riemenscheibe 2 in einen weiteren zylindrischen Abschnitt 112 über, der den zylindrischen Abschnitt 109 der Nabe 4 unmittelbar und eng umschließt. Der zylindrische Abschnitt 109 der Nabe 4 ist mit einer oder mehreren umfangsverteilten Ausnehmungen oder Öffnungen 13 versehen, in die das umschließende Material des weiteren zylindrischen Abschnitts 112 der Riemenscheibe 2 nach dem Aufpressen der Riemenscheibe 2 und der Nabe 4 auf den Außenring 106 unter Bildung von Vorsprüngen 22 unlösbar plastisch hinein deformiert ist. Dies kann bspw. durch Prägen oder Verstemmen des weiteren zylindrischen Abschnitts 112 erfolgen. Die mit den Öffnungen 13 radial überlappenden Vorsprünge 22 bewirken zum einen die in beide Axialrichtungen formschlüssige Halterung der Nabe 4 in der Riemenscheibe 2 und zum anderen den umfänglichen Formschluss, der zusätzlich zum Pressverband mit dem Außenring 106 das Antriebsmoment der Kühlmittelpumpe von der Riemenscheibe 2 auf die Nabe 4 überträgt.
Eine in 1a nach rechts gerichtete Axialverschiebung der Riemenscheibe 2 auf dem Außenring 106 wird durch eine radial einwärts gerichtete und stirnseitig am Außenring 106 anliegende Durchmesserstufe 114 der Riemenscheibe 2 verhindert.
Die in den 2a und 2b dargestellte zweite Antriebseinheit 201 einer Kühlmittelpumpe unterscheidet sich von der Antriebseinheit 101 im wesentlichen nur durch die formschlüssige Halterung der Nabe 4 in der Riemenscheibe 2. In diesem Fall hat das freie Ende des zylindrischen Abschnitts 209 der Nabe 4 einen sich radial auswärts erstreckenden Bund 15, und der weitere zylindrische Abschnitt 212 der Riemenscheibe 2 hat einen sich radial einwärts erstreckenden Bund 16, der den Bund 15 der Nabe 4 umgreift und radial überlappt. Der Bund 16 der Riemenscheibe 2 ist eine plastische Materialdeformation, die nach dem Aufpressen der Riemenscheibe 2 und der Nabe 4 auf den Außenring 206 umlaufend bspw. durch Rollieren oder lokal bspw. durch Prägen oder Verstemmen des freien Endes des weiteren zylindrischen Abschnitts 212 an der Riemenscheibe 2 angeformt ist.
Bei der dritten Antriebseinheit 301 einer Kühlmittelpumpe gemäß den 3a und 3b überlappt der weitere zylindrische Abschnitt 312 der Riemenscheibe 2 den zylindrischen Abschnitt 309 der Nabe 4 am Übergang des zylindrischen Abschnitts 309 zum Boden 17 der Nabe 4. Diese radiale Überlappung wird ebenfalls nach dem Aufpressen der Riemenscheibe 2 und der Nabe 4 auf den Außenring 306 umlaufend bspw. durch Rollieren oder lokal bspw. durch Prägen oder Verstemmen des freien Endes des weiteren zylindrischen Abschnitts 312 an die Riemenscheibe 2 angeformt.
Die in den 4a und 4b dargestellte vierte Antriebseinheit 401 einer Kühlmittelpumpe unterscheidet sich von den zuvor erläuterten Antriebseinheit 101 bis 301 nur durch den Ersatz der bereits vor dem Aufpressen der Riemenscheibe 2 hergestellten Durchmesserstufe 114 bis 314 (s. 1a bis 3a) durch eine Durchmesserstufe 414, die nach dem Aufpressen der Riemenscheibe 2 auf den Außenring 406 hergestellt wird. Die Durchmesserstufe 414 kann wie am freien Ende des weiteren zylindrischen Abschnitts 412 umlaufend bspw. durch Rollieren oder lokal bspw. durch Prägen oder Verstemmen an die Riemenscheibe 2 angeformt werden.
Die in den 5a und 5b dargestellte fünfte Antriebseinheit 501 einer Kühlmittelpumpe unterscheidet sich von der Antriebseinheit 401 dadurch, dass der Außenmantel des Außenrings 506 eine Umlaufnut 518 hat, in die der zylindrische Abschnitt 509 der Nabe 4 nach dem Aufpressen der Nabe 4 auf den Außenring 506 unter Bildung eines umlaufenden Vorsprungs 523 oder mehrerer lokaler Vorsprünge plastisch hinein deformiert ist. Diese Deformation der Nabe 4 kann umlaufend bspw. durch Rollieren oder lokal bspw. durch Prägen oder Verstemmen des zylindrischen Abschnitts 509 hergestellt sein. Die Umlaufnut 518 kann zur Verstärkung der umfänglichen Formschlussverbindung mit dem Vorsprung 523 mit einem Rändel oder eine Verzahnung versehen sein.
Die sechste Antriebseinheit 601 einer Kühlmittelpumpe gemäß den 6a und 6b hat einen Außenring 606 mit einer Umlaufnut 618, in die das freie Ende des zylindrischen Abschnitts 609 der Nabe 4 unter Bildung eines Vorsprungs 623 plastisch hinein deformiert ist. Das Umbiegen des Vorsprungs 623 in die Umlaufnut 618 erfolgt beim Aufpressen der Riemenscheibe 2 auf den Außenring 606. Dabei wird der weitere zylindrische Abschnitt 612 der Riemenscheibe 2 über den zylindrischen Abschnitt 609 der Nabe 4 geschoben, bis der bei dieser Ausführung konische Übergang 19 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 611 und dem weiteren zylindrischen Abschnitt 612 der Riemenscheibe 2 das freie Ende des zylindrischen Abschnitts 609 der Nabe 4 radial einwärts in die Umlaufnut 618 verdrängt. Die für das Umbiegen des Vorsprungs 623 erforderlichen Kräfte können durch eine umlaufende Biegekerbe 20 im zylindrischen Abschnitt 609 der Nabe 4 reduziert werden. Die bei der Montage der Antriebseinheit 601 auftretenden Reaktionskräfte werden durch eine axiale Abstützung der Nabe 4 aufgenommen.
Die in den 7a und 7b dargestellte siebte Antriebseinheit 701 einer Kühlmittelpumpe hat eine Riemenscheibe 2 mit einem profillosen Außenmantel, wobei die Riemenscheibe 2 in nur eine axiale Richtung formschlüssig und vorliegend gegen die Nabe 4 abgestützt ist.
Bei der achten Antriebseinheit 801 einer Kühlmittelpumpe gemäß den 8a und 8b sind die Riemenscheibe 2 und die Nabe 4 axial voneinander beabstandet auf dem Außenmantel des Außenrings 806 aufgepresst. Der Außenmantel hat eine weitere Umlaufnut 821, wobei der zylindrische Abschnitt 809 der Nabe 4 unter Bildung eines umlaufenden Vorsprungs 823 oder mehrerer lokaler Vorsprünge in die Umlaufnut 818 plastisch hinein deformiert ist und wobei der zylindrische Abschnitt 811 der Riemenscheibe 2 unter Bildung eines umlaufenden Vorsprungs 824 oder mehrerer lokaler Vorsprünge in die weitere Umlaufnut 821 plastisch hinein deformiert ist.
Der Drehmoment übertragende Kraftfluss vom antreibenden Riemen auf das Flügelrad der Kühlmittelpumpe via Riemenscheibe 2, Außenring 206 bis 806 und Nabe 4 erfolgt - bei vernachlässigten Klemmkräften zwischen Riemenscheibe 2 und Nabe 206 bis 806 - vollständig über den Außenring 206 bis 806. Ausnahme ist die in den 1a und 1b dargestellte erste Antriebseinheit 101, bei der sich der Kraftfluss verzweigt und sowohl über den Außenring 106 als auch über den umfänglichen Formschluss zwischen der Riemenscheibe 2 und der Nabe 4 verläuft.
Alternative oder optionale Ausführungen:

- Ersatz des Pressverbands zwischen der Riemenscheibe 2 und/oder der Nabe 4 einerseits und dem Außenring 106 bis 806 anderseits durch eine umfängliche Formschlussverbindung;
- Verstärkung des Pressverbands zwischen der Riemenscheibe 2 und/oder der Nabe 4 einerseits und dem Außenring 106 bis 806 anderseits durch eine reibungserhöhende Beschichtung, wie bspw. eine Eisen-Zink-Beschichtung.

Claims

Antriebseinheit (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801) einer Kühlmittelpumpe, umfassend eine Riemenscheibe (2), ein Wälzlager (3) mit einem Außenring (106, 206, 306, 406, 506, 606, 706, 806) und einem Innenring (7), eine Nabe (4) und eine Pumpenwelle (5), wobei die Riemenscheibe (2), der Außenring (106, 206, 306, 406, 506, 606, 706, 806) die Nabe (4) und die Pumpenwelle (5) drehfest miteinander gefügt sind und wobei der Innenring (7) ein Gehäuse (8) der Kühlmittelpumpe drehfest umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (2) und die Nabe (4) jeweils einen zylindrischen Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 109, 209, 309, 409, 509, 609, 709, 809) haben, dessen Innenmantel mit dem Außenmantel des Außenrings (106, 206, 306, 406, 506, 606, 706, 806) mittels eines Pressverbands und/oder einer unlösbaren Formschlussverbindung gefügt ist.
Antriebseinheit (501, 601, 701, 801) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel des Außenrings (506, 606, 706, 806) eine Umlaufnut (518, 618, 718, 818) hat, in die der zylindrische Abschnitt (509, 609, 709, 809) der Nabe (4) hinein deformiert ist.
Antriebseinheit (801) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel des Außenrings (806) eine weitere Umlaufnut (821) hat, in die der zylindrische Abschnitt (811) der Riemenscheibe (2) hinein deformiert ist.
Antriebseinheit (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711) der Riemenscheibe (2) in einen weiteren zylindrischen Abschnitt (112, 212, 312, 412, 512, 612, 712) übergeht, der den zylindrischen Abschnitt (109, 209, 309, 409, 509, 609, 709) der Nabe (4) unmittelbar umschließt.
Antriebseinheit (101, 201, 301, 401, 501, 601) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) mittels einer den zylindrischen Abschnitt (109, 209, 309, 409, 509, 609) der Nabe (4) radial überlappenden Deformation des weiteren zylindrischen Abschnitts (112, 212, 312, 412, 512, 612) der Riemenscheibe (2) in beide Axialrichtungen formschlüssig in der Riemenscheibe (2) gehaltert ist.
Antriebseinheit (101) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere zylindrische Abschnitt (111) der Riemenscheibe (2) mit Vorsprüngen (22) versehen ist, die in Öffnungen (13) im zylindrischen Abschnitt (109) der Nabe (4) radial überlappend hinein deformiert sind.
Antriebseinheit (601, 701) nach Anspruch 4 soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (19) zwischen dem zylindrischen Abschnitt (611, 711) und dem weiteren zylindrischen Abschnitt (612, 712) der Riemenscheibe (2) im wesentlichen konisch ist und im axialen Bereich der Umlaufnut (618, 718) verläuft, in die das freie Ende des zylindrischen Abschnitts (609, 709) der Nabe (4) hinein deformiert ist.
Verfahren zur Montage einer Antriebseinheit (601, 701) gemäß Anspruch 7, wobei der weitere zylindrische Abschnitt (612, 712) der Riemenscheibe (2) über den zylindrischen Abschnitt (609, 709) der Nabe (4) geschoben wird und der konische Übergang (19) der Riemenscheibe (2) das freie Ende des zylindrischen Abschnitts (609, 709) der Nabe (4) in die Umlaufnut (618, 718) hinein deformiert.