-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Zapfwelle für ein Zapfwellenmodul nach dem Oberbegriff von Anspruch 8, ein Zapfwellenmodul nach dem Oberbegriff von Anspruch 11 und ein Fahrzeug, das eine Zapfwelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 13 umfasst.
-
Manchmal werden Lkws mit unterschiedlichen Arten von Zusatzeinheiten ausgerüstet. Eine solche Zusatzeinheit kann z. B. aus Kränen und Kompressoren bestehen. Um die Zusatzeinheiten zu betreiben, wird Leistung von dem Antriebsstrang des Lkws mithilfe einer oder mehrerer Zapfwellen entnommen. Eine allgemeine Bezeichnung für solche Zapfwellen ist PTO, eine Abkürzung für Power Take-Off. Zapfwellen können mit allen Komponenten des Antriebsstrangs verbunden sein, und im Grund auf allen davon montiert sein, z. B. auf dem Motor, auf dem Getriebe oder zwischen dem Motor und dem Getriebe. Um eine Zusatzeinheit in Form eines Krans mit Hydraulikzylindern zu betreiben, ist druckbeaufschlagtes Hydrauliköl erforderlich, weshalb ein Zapfwellenmodul in Form einer Hydraulikpumpe in der Zapfwelle eingebaut ist. Wenn es sich bei der Zusatzeinheit um einen Kompressor handelt, wird vorzugsweise ein Zapfwellenmodul in Form eines Anschlussflansches in der Zapfwelle eingebaut, wobei die Antriebswelle des Kompressors mit dem Anschlussflansch verbunden ist.
-
Eine Zapfwelle kann einzeln oder doppelt sein, und kann mit Direktantrieb versehen, oder gekuppelt sein. Die Direktantriebszapfwellen werden direkt von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs betrieben, und die gekuppelten werden über ein Getriebe betrieben, um die Motordrehzahl hochzuschalten. Die doppelten Zapfwellen umfassen ein integriertes Getriebe, das die Leistung auf zwei Buchsen zum Verbinden von Zapfwellenmodulen verteilt.
-
Die sich bewegenden Komponenten der Zapfwellen und Zapfwellenmodule sind von der Schmierung abhängig, um zufriedenstellend zu funktionieren. Unterschiedliche Arten von Schmiersystemen für Zapfwellen und Module sind verfügbar. Eine Art von Schmiersystem ist Spritzschmierung, wobei das Schmieröl, das im Gehäuse von jeder Zapfwelle und Zapfwellenmodul eingeschlossen ist, mithilfe der sich bewegenden Komponenten in der Zapfwelle und dem Zapfwellenmodul zirkuliert wird. Bei der Spritzschmierung wird die Schmierwirkung durch die Drehzahl der sich bewegenden Komponenten begrenzt, was dazu führt, dass druckgeschmierte Lager in der Zapfwelle oder dem Zapfwellenmodul nicht verwendet werden können. Bei einer anderen Art von vorhandenen Schmiersystemen wird das interne Schmiersystem des Getriebes verwendet, sodass Getriebeöl im Getriebe druckbeaufschlagt, und zur Zapfwelle und dem Zapfwellenmodul geleitet wird. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass der Strom und der Druck des Schmieröls in den zu schmierenden Komponenten im Getriebe abnimmt, da ein Teil des Stroms und des Drucks auf die Zapfwelle und das Zapfwellenmodul verteilt wird.
-
Es gibt Zapfwellen, die ein separates Schmiersystem mit einer Pumpenvorrichtung enthalten, das die Zapfwelle und das Zapfwellenmodul mit Schmierölstrom und Schmieröldruck versorgt.
-
Im Dokument
US 5,092,736 ist eine Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle dargestellt, wobei die Pumpenvorrichtung auf einer Antriebswelle für die Zapfwelle angeordnet ist. Eine solche separate Pumpenvorrichtung für die Zapfwelle und das Zapfwellenmodul erfordert Leistung, die von der Antriebswelle übertragen wird, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch im Fahrzeug führt, auf dem die Zapfwelle montiert ist. Falls das Fahrzeug mit einer solchen Zapfwelle ausgerüstet ist, aber kein Zapfwellenmodul auf der Zapfwelle montiert ist, wird Kraftstoff unnötig verbraucht, da die Pumpenvorrichtung betätigt wird, und Leistung erforderlich ist, um Pumpenschmieröl mit der Pumpenvorrichtung zu pumpen.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Trotz Lösungen nach dem Stand der Technik besteht ein Bedürfnis, eine Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle zu entwickeln, die Kraftstoff einspart, nicht das normale Ölsystem im Fahrzeugantriebsstrang beeinflusst, die Verwendung druckgeschmierter Lager ermöglicht, und eine Zwangsölkühlung der Zapfwelle ermöglicht.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle, die Energie einspart, wenn die Zapfwelle nicht verwendet wird.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle, die nicht das normale Ölsystem im Fahrzeugantriebsstrang beeinflusst.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle, die die Verwendung druckgeschmierter Lager in der Zapfwelle ermöglicht, und eines mit der Zapfwelle verbundenen Zapfwellenmoduls.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle, die eine Zwangsölkühlung der Zapfwelle ermöglicht.
-
Diese Aufgabe werden mit einer Pumpenvorrichtung der anfangs spezifizierten Art gelöst, die durch die in Anspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet sind.
-
Eine solche Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle spart Kraftstoff ein, beeinflusst das normale Ölsystem in einem Fahrzeugantriebsstrang nicht, erleichtert die Verwendung druckgeschmierter Lager und ermöglicht Zwangsölkühlung der Zapfwelle, da das Öl in der Zapfwelle erzeugte Wärme abführt.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist das Schaltelement axial verlagerbar. Somit kann das Schaltelement leicht zwischen dem ersten und dem zweiten Status umgeschaltet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Schaltelement eine Tellerfeder, die im ersten Status eine schalenförmige Form annimmt und im zweiten Status eine im Wesentlichen ebene Form annimmt. Eine Tellerfeder weist eine einfache Konstruktion auf, deren Formänderung zwischen dem ersten und dem zweiten Status verwendet wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Tellerfeder eingerichtet, um durch überwinden der Federkraft der Tellerfeder in den zweiten Status bewegt zu werden. Die Federkraft der Scheibenfeder kann durch die Auswahl von Material und Form einfach an den beabsichtigten Zweck angepasst werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet das Gehäuse eine Zapfwelle für ein Zapfwellenmodul. Die Form des Gehäuses kann somit angepasst werden, um mit der Form des Zapfwellenmoduls zusammenzuwirken.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Antriebselement eine Abtriebswelle von einem Getriebe. Durch Anordnen der Zapfwelle im Getriebe kann eine sich im Getriebe drehende Komponente zum Verbinden einer Welle zum Betrieb des mit der Zapfwelle verbundenen Zapfwellenmoduls verwendet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Antriebselement eine Kupplungshülse zum Verbinden einer Kupplungswelle in einem Zapfwellenmodul. Die Kupplungshülse kann einfach konstruiert sein, um eine Form anzunehmen, die für das Zapfwellenmodul und zum Zusammenwirken damit geeignet ist.
-
Diese vorstehend erwähnten Aufgaben werden auch mit einer Zapfwelle der vorstehend erwähnten Art erreicht, die durch die in Patentanspruch 8 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse axial ausgerichtete Bohrungen, die teilweise konstruiert sind, um eine Einrichtung zum Steuern für das Schaltelement aufzunehmen und teilweise Kanäle für den Strom von Fluid auszubilden. Durch die Konstruktion des Gehäuses mit axial ausgerichteten Bohrungen können auf dem Zapfwellenmodul angeordnete Steuerungseinrichtungen das Schaltelement beeinflussen, sodass es zwischen dem ersten und dem zweiten Status umschaltet. Die Bohrungen, die keine Steuerungseinrichtung aufnehmen, funktionieren als Einlässe und Auslässe für Fluid zwischen der Zapfwelle und dem Zapfwellenmodul.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Antriebselement eine Kupplungshülse zum Verbinden einer Kupplungswelle im Zapfwellenmodul. Daher kann die Kupplungshülse einfach konstruiert sein, um eine Form anzunehmen, die für das Zapfwellenmodul und zum Zusammenwirken damit geeignet ist.
-
Diese vorstehend erwähnten Aufgaben werden auch mit einem Zapfwellenmodul der vorstehend erwähnten Art erreicht, die durch die in Patentanspruch 11 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuerungselement ein Zapfen, der sich im Wesentlichen parallel zu einer Kupplungswelle der Zapfwelle erstreckt. Somit kann das Schaltelement leicht zwischen dem ersten und dem zweiten Status umgeschaltet werden, wenn das Zapfwellenmodul jeweils von der Zapfwelle entfernt oder daran montiert wird.
-
Diese vorstehend spezifizierten Aufgaben werden auch mit einem Fahrzeug der vorstehend erwähnten Art erreicht, das durch die in Patentanspruch 13 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet ist.
-
Weitere Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschrieben.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es folgt eine Beschreibung beispielhafter bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
-
1 eine Seitenansicht eines schematisch dargestellten Fahrzeugs mit einer Pumpenvorrichtung für eine Zapfwelle gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
-
2 eine Querschnittsansicht einer schematisch dargestellten Zapfwelle mit der Pumpenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
-
3 eine Querschnitts-Draufsicht einer Zapfwelle gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
-
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 2 darstellt, und
-
5 eine Querschnittsansicht einer schematisch dargestellten Zapfwelle mit der Pumpenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem verbundenen Zapfwellenmodul darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
-
1 stellt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 1 dar, das einen Antriebsstrang 2 mit einem Verbrennungsmotor 4 darstellt, der mit einem Getriebe 6 verbunden ist. Das Getriebe 6 ist auch mit den Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs 1 verbunden. Das Fahrzeug 1 ist mit einem Kran 10 ausgerüstet, im ein Hydraulikzylinder 12 angeordnet ist. Ein Zapfwellenmodul 14 in Form einer Hydraulikpumpe ist eingerichtet, um den Hydraulikzylinder 12, und somit den Kran 10 zu betätigen. Die Hydraulikpumpe 14 ist mit einer Zapfwelle 16 verbunden, die an dem Antriebsstrang 2 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Die Hydraulikpumpe 14 ist mit dem Hydraulikzylinder 12 über Hydraulikleitungen verbunden. Die Zapfwelle 16 umfasst eine Pumpenvorrichtung 22 gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 stellt eine schematische Querschnittsansicht einer Zapfwelle 16 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Zapfwelle 16 umfasst ein Gehäuse 18, das mindestens teilweise ein Antriebselement 20 in Form einer Abtriebswelle 20 von dem Antriebsstrang 2, eine Kupplungshülse 24, die mit der Abtriebswelle 20 verbunden ist, und ein erstes Lager 26 umfasst, das die Kupplungshülle 24 im Gehäuse 18 trägt. Das Gehäuse 18 ist konstruiert, um eine Buchse für das Zapfwellenmodul 14 auszubilden. Die Zapfwelle 16 umfasst auch die Pumpenvorrichtung 22, die von der Abtriebswelle 20 betrieben wird. Die Abtriebswelle 20 ist vorgesehen, um mit dem Antriebsstrang 2 des Fahrzeugs 1 (1) verbunden zu werden, sodass der Antriebsstrang 2 arbeitet und die Pumpenvorrichtung 22 veranlasst, Fluid, z. B. Getriebeöl, von dem Getriebe 6 zu pumpen. Falls die Zapfwelle 16 an dem Getriebe 6 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist, wird die Abtriebswelle 20 mit einer Drehwelle (nicht dargestellt) im Getriebe 6 verbunden. Die Abtriebswelle 20 ist im Getriebe 6 mit einem zweiten Lager 28 gelagert. Die Kupplungshülse 24 umfasst Einrichtungen, z. B. eine Keilwelle 30, zum Verbinden mit der Abtriebswelle 20 und zum Verbinden des Zapfwellenmoduls 14.
-
Die Pumpenvorrichtung 22 umfasst einen Fluideinlass 32 und einen Fluidauslass 34. Ein Schlauch oder eine Rohrleitung 36, die Getriebeöl von dem Getriebe 6 leitet, ist mit dem Fluideinlass 32 verbunden. Ein Deckel 39, durch den sich der Schlauch oder die Rohrleitung 36 erstreckt und womit er verbunden ist, liegt auf einer Seite der Pumpenvorrichtung 22 an. Vorzugsweise ist die Zapfwelle 16 mit dem Getriebe 6 durch Montagebolzen 38 verbunden. In der Pumpenvorrichtung 22 sind der Fluideinlass 32 und der Fluidauslass 34 mit einem Rotor 40 verbunden, der auf der Kupplungshülse 24 angeordnet ist. Es ist auch möglich, den Rotor 40 direkt auf der Abtriebswelle 20 anzuordnen. Die Pumpenvorrichtung 22 umfasst auch einen Stator 42, der mit dem Rotor 40 zusammenwirkt, und im Gehäuse 18 derart angeordnet ist, dass er nicht drehbar ist. Vorzugsweise ist die Pumpenvorrichtung 22 als eine Sichelpumpe eingerichtet, was dazu führt, dass sie einen Anschlussflansch 44 umfasst, der durch den Rotor 40 betrieben wird. Der Rotor 40 umfasst umfangsmäßig angeordnete Zähne 46, die radial nach außen angeordnet sind, und die dann, wenn sich der Rotor 40 dreht, mit radial nach innen angeordnete Zähnen 48 des Anschlussflansches 44 zusammenwirken. Der Stator 42 weist eine Öffnung 52 auf, die im Verhältnis zur Zentralwelle 50 des Rotors 40 exzentrisch ist, die den Anschlussflansch 44 enthält. Somit dreht sich der Anschlussflansch 44 exzentrisch um den Rotor 40, der eine Pumpwirkung erzeugt, wenn die Zähne des Rotors 40 und der Anschlussflansch 44 zusammenwirken. Die exzentrische Positionierung des Anschlussflansches 44 bildet auch den Fluideinlass 32 und Fluidauslass 34 der Pumpenvorrichtung 22 aus.
-
Die Pumpenvorrichtung 22 umfasst auch ein axial verlagerbares und umkonfigurierbares Schaltelement 54, das in einem ersten Status mit dem Rotor 40 und dem Stator 42 zusammenwirkt, sodass im Wesentlichen kein Fluidstrom durch die Pumpenvorrichtung 22 erzeugt wird, und das in einem zweiten Status gegen den Stator 42 und den Rotor 40 anliegt, sodass ein Fluidstrom durch die Pumpenvorrichtung 22 erzeugt wird. Vorzugsweise ist das Schaltelement 54 eine Tellerfeder, die im ersten Status eine schalenförmige Form annimmt und im zweiten Status eine im Wesentlichen ebene Form annimmt. 2 stellt dar, wie das Schaltelement 54 im ersten Status positioniert ist, wenn kein Fluidstrom oder Fluiddruck durch die Pumpenvorrichtung 22 aufgebaut wird. Der Grund, weshalb kein Strom und kein Druck im ersten Status aufgebaut werden, besteht darin, dass die zusammenwirkenden Zähne 46, 48 des Rotors 40, und der Anschlussflansch 44 nicht in der Lage sind, ein definiertes Volumen zu schaffen, wenn die Seite der Pumpenvorrichtung 22, die dem Schaltelement 54 gegenüberliegt, offen ist. Die zusammenwirkenden Zähne 46, 48 des Rotors 40, und der Anschlussflansch 44 bewegen sich deshalb im Volumen von Getriebeöl, das in der Pumpenvorrichtung 22 vorhanden ist, ohne einen Strom oder Druck durch den Fluidauslass 34 zu erzeugen. Somit ist keine Energie in Form von Pumpen durch die Pumpenvorrichtung 22 erforderlich, was wiederum dazu führt, dass nur wenig übertragene Energie von der Antriebswelle 20 erforderlich ist. Dies hat einen reduzierten Kraftstoffverbrauch für das Fahrzeug 1 zum Ergebnis, wenn kein Zapfwellenmodul 14 auf der Zapfwelle 16 montiert ist.
-
Das Gehäuse 18 umfasst axial ausgerichtete Bohrungen 56, die Kanäle für einen Strom von Fluid zu und von dem Zapfwellenmodul 14 ausbilden, das konstruiert ist, um mit der Zapfwelle 16 verbunden zu werden. Bohrlöcher 56 sind auch konstruiert, um ein Steuerungselement 58 (siehe 5) für das Schaltelement 54 aufzunehmen, wie nachfolgend detaillierter erklärt. Die Bohrungen 56 sind mit Spuren 60 verbunden, die im Gehäuse 18 ausgebildet sind.
-
3 stellt eine Querschnitts-Draufsicht der Zapfwelle 16 dar. Es ist offensichtlich, wie mehrere Bohrungen 56 in der Umfangsrichtung des Gehäuses 18 angeordnet sind. Die Figur stellt vier Bohrungen 56 dar, wobei jedoch weniger oder mehr als vier Bohrungen 56 im Gehäuse 18 angeordnet sein können. Vorzugsweise ist das Ende, das vollständig weg von dem Getriebe 6 des Gehäuses 18 (2) weist, mit einem Befestigungsflansch (nicht dargestellt) versehen, um das Zapfwellenmodul 14 (1) zu befestigen.
-
4 stellt eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 2 dar. Es ist offensichtlich, dass die Pumpenvorrichtung 22 einen Rotor 40, einen Stator 42 und einen Anschlussflansch 44 umfasst, und dass die Pumpenvorrichtung 22 als eine Sichelpumpe gebaut ist. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, dass die Pumpenvorrichtung 22 eine andere Art von Pumpe, z. B. einen Innenzahnradpumpe oder eine Zahnradpumpe umfassen könnte.
-
5 betrifft eine Querschnittsansicht der Zapfwelle 16 mit einem verbundenen Zapfwellenmodul 14. Das Zapfwellenmodul 14 umfasst eine Kupplungswelle 66, die mit der Kupplungshülse 24 mithilfe von Keilwellen 30 verbunden ist. Das Zapfwellenmodul 14 umfasst ein Steuerungselement 58 für das Schaltelement 54. Die Steuerungseinrichtung 58 besteht aus einem Zapfen 58, der sich im Wesentlichen parallel zur Kupplungswelle des Zapfwellenmoduls 14 erstreckt. Wenn das Zapfwellenmodul 14 auf der Zapfwelle 16 montiert ist, werden einer oder mehrere Zapfen 58 in die Bohrungen 56 eingeführt. Die Zapfen 58 kommen dann in Kontakt mit einem Ring 62, und verlagern diesen axial, der gegen die Tellerfeder 54 anliegt. Der Ring 62 weist eine solche Form auf, dass er sich teilweise in die Spuren 60 innerhalb des Gehäuses 18 erstreckt, dessen Spuren 60 mit den Bohrungen 56 zusammenwirken. Wenn der Ring 62 axial verlagert wird, dann wird die Tellerfeder 54 gegen die Seite der Pumpenvorrichtung 22 gedrückt und verformt, sodass die Tellerfeder 54 eine im Wesentlichen ebene Form annimmt. Die Tellerfeder 54 wird somit durch Überwinden der Federkraft der Scheibenfeder 54 in den zweiten Status bewegt. Somit liegt die Tellerfeder 54 abdichtend gegen eine Seite der Pumpenvorrichtung 22 an, was dazu führt, dass ein Strom und Druck des Getriebeöls ausgebildet wird. Dann wird Getriebeöl von dem Getriebe 6 durch die Pumpenvorrichtung 22 durch den Schlauch oder die Leitung 36, und weiter durch den Fluideinlass 32 der Pumpenvorrichtung aufgesaugt. Nachfolgend wird das Getriebeöl durch den Fluidauslass 34 der Pumpenvorrichtung 22 hinausgepresst, und weiter zwischen einer Öffnung bewegt, die zwischen der Tellerfeder 54 und der Kupplungshülse 24 ausgebildet ist, und einer Öffnung, die zwischen dem Ring und der Kupplungshülse 24 ausgebildet ist. Schließlich wird das Getriebeöl weiter entlang der Spuren 60 und der Bohrungen 56 im Gehäuse 18 und im Zapfwellenmodul 14 bewegt. Der Strömungsweg des Getriebeöls ist durch Pfeile p in 5 angegeben. Der Ring 62 und der Deckel 39 werden jeweils durch einen Sicherungsring 64 in ihrer Position gehalten, sodass der Deckel 39 in einer Axialrichtung fixiert ist, und die Axialverlagerung des Rings 62 begrenzt ist. Die Konstruktion der Pumpenvorrichtung 22 sowie das Zusammenwirken der Sicherungsringe 64, des Rings 62 und des Deckels 39 mit der Pumpenvorrichtung 22 machen es sehr einfach, im Schlauch 18 montiert zu werden, und auch einfach, bei Wartung oder Austausch demontiert zu werden.
-
Die oben spezifizierten Komponenten und Merkmale können im Rahmen der Erfindung zwischen den unterschiedlichen spezifizierten Ausführungsformen kombiniert werden.
