DE19605718C2 - Welle-Nabe-Verbindung für eine Ölpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Es ist bekannt, zur drehfesten Anordnung von Zahnrädern einer Ölpumpe auf einer Welle diese im Bereich des Zahnrades mit sich gegenüberliegenden, parallel zueinander verlaufenden Abflachungen zuversehen.

Die im Brennkraftmaschinenbau weit verbreitete Lösung, mit einem auf einem Kurbel­ wellenstumpf angeordneten Innenrotor einer Schmierölpumpe, ist als Stand der Technik in Fig. 1 gezeigt. Der sich dabei zwischen den gegenüber liegenden Abflachungen einstel­ lende, minimale Durchmesser des Kurbelwellenstumpfes ist durch die notwendige Festig­ keit zur Übertragung der geforderten Drehmomente der Kurbelwelle vorgegeben.

Der senkrecht dazu verlaufende, maximale Durchmesser des Wellenstumpfes stellt eine ausreichend hohe Gestaltfestigkeit der Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung der Dreh­ momente sicher.

Dieser maximale Außendurchmesser bestimmt im Zusammenspiel mit der Zahngeometrie einen Zahnraddurchmesser, welcher nicht unterschritten werden kann.

Zur Erzielung eines kleineren Innenrotordurchmessers oder größerer Zahntiefen stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. So kann der Innenrotor beispielsweise mit mehreren auf seinem Innenumfang angeordneten Mitnehmernasen versehen sein oder er kann eine für hohe Drehmomentübertragungen geeignete Innenverzahnung tragen. Beide Anord­ nungen sind jedoch vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv.

Aus der Verkleinerung des Innenrotors folgt eine insgesamt kleinem Ölpumpe, welche einen besseren Wirkungsgrad aufweist und von geringerem Gewicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungsfreundliche Welle-Nabe- Verbindung für eine Ölpumpe mit einem Innenrotor zu schaffen, die in platzsparender Weise verkleinerte radiale Abmessungen des Innenrotors unter Beibehaltung eines notwendigen Nabendurchmessers ermöglicht und Axialspiel zwischen Welle und Nabe zuläßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Verbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschreibt der Unteranspruch.

Wenn die gattungsgemäße Verbindung ein Polygonprofil aufweist, wobei die Wellenstumpf­ kontur im wesentlichen von einem Kreiszylinder gebildet ist, welcher von einem gedachten, Quadrat so angeschnitten ist, daß auf dem Umfang des Kreiszylinders mehrere Abflachun­ gen entstehen, und ein diese Abflachungen tangierender Innenkreis einen Durchmesser aufweist, welcher verglichen mit dem Kreiszylinderdurchmesser nur geringfügig von diesem abweicht, so benötigt diese Verbindung in radialer Erstreckung nur einen äußerst geringen Bauraum.

Ausgehend von dem für die erforderliche Drehmomentübertragung notwendigen Wellen­ durchmesser, der in diesem Falle dem Durchmesser des Innenkreises entspricht, erstreckt sich diese Verbindung radial lediglich in der Größenordnung der radialen Erstreckung der Abflachungen bezüglich des Kreiszylinders.

Zwar sind Polygonprofile beispielsweise aus der deutschen Norm DIN 32712 bekannt, welche zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet sind und welche unter Drehmoment längsverschieblich sind. Hierbei werden ausgehend von einem Quadrat dessen Ecken von einem konzentrisch angeordneten Kreiszylinder angeschnitten. Der Durchmesser des in das Quadrat einbeschriebenen Innenkreises ist deutlich geringer als der Durchmesser des das Quadrat anschneidenden Kreises. Aufgrund des deutlichen Durchmesserunterschiedes sind diese Verbindungen für die Übertragung hoher Drehmomente geeignet, benötigen jedoch in radialer Erstreckung einen vergleichsweise großen Baum um und sind daher zur Lösung der vorliegenden Aufgabe ungeeignet.

Des weiteren ist aus der DE-42 09 153 C2 eine Welle-Nabe-Verbindung bekannt, bei welcher auf der Umfangsfläche der Welle eine Mehrzahl von keilförmigen Erhebungen und auf der Innenumfangsfläche der Nabe eine entsprechende Anzahl von keilförmigen Aus­ nehmungen angeordnet ist. Hierbei ist eine Relativverschiebung zwischen Welle und Nabe nicht ermöglicht, da zwischen beiden Teilen ein selbsthemmender Reibschluß vorliegt, welche es ermöglicht Axialkräfte aufzunehmen.

Eine solche, Axialspiel zwischen Welle und Nabe ermöglichende Verbindung ist jedoch im vorliegenden Fall erforderlich.

Die US 5,215,165 schließlich offenbart eine Welle-Nabe-Verbindung für eine Ölpumpe mit Abflachungen, die in Querschnitten geradlienig verlaufen. Im Hinblick auf die auch bei dieser Ölpumpe erforderliche Axialverschiebbarkeit des Innenrotors auf der Welle ist ein geringes Spiel erforderlich, das bei der Antriebsbewegung der Pumpe durch eine geringfügige Relativverdrehung der Welle gegenüber dem Innenrotor überbrückt wird. In Querschnitten verlaufen die einander zugeordneten Flächen von Rotor und Welle etwa v-förmig unter Bildung eines gegenseitigen Linienkontaktes. Ein derartiger linienförmiger Kontakt führt jedoch zu unerwünscht hohem Verschleiß und kann insbesondere bei ungleichmäßiger Drehanregung der Welle zu Klappergeräuschen führen. Wie Versuche zeigten, können sich bei einer derartigen Konstruktion auch Klemmeffekte durch Selbsthemmung einstellen, wodurch die erwähnte axiale Bewegbarkeit des Innenrotors auf der Welle unterbunden ist.

Bei der Erfindung ist dagegen das den Kreiszylinder anschneidende Quadrat mit gering­ fügig ballig geformten Kanten versehen. Dieses hat den erheblichen Vorteil, daß die somit entstehende Wellenstumpfkontur durch Drehen gefertigt werden kann, während völlig geradlinige Abflachungen geschliffen werden müssen und montageempfindlich sind. Die Kanten sind dabei Kreisumfangsabschnitte von Kreisen, deren Durchmesser ein mehr­ faches, beispielsweise das sechsfache des Kreiszylinderdurchmessers betragen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem Innenrotor einer Ölpumpe gemäß dem Stand der Technik und

Fig. 2 eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß der Erfindung.

Die hier behandelte Ölpumpe mit einem rotierenden Innenrotor und einem feststehenden, eine korrespondierende Innenverzahnung tragenden Außenteil ist von konventioneller Funktion und braucht daher diesbezüglich nicht näher erläutert zu werden.

Die bekannte Verbindung gemäß Fig. 1 für eine Brennkraftmaschine weist einen Innen­ rotor 1 mit einer Öffnung 2 auf, mit welcher dieser auf einen Wellenstumpf 3 einer Kurbel­ welle aufgeschoben ist. Zur Drehmomentübertragung von Wellenstumpf 3 auf die Ölpumpe weist die Wellenstumpfkontur zwei gegenüberliegende, parallel zueinander verlaufende Abflachungen 4 auf. Der Abstand zwischen den Abflachungen 4 ist dabei so gewählt, daß ein zwischen diese einbeschriebener Innenkreis 5 eine für die Festigkeit der Kurbelwelle notwendige Fläche umschreibt. Ein die Öffnung 2 definierender Kreis 6 weist einen größeren Durchmesser auf als der Innenkreis 5 und definiert durch einen erforderlichen Abstand zur Verzahnung 7 des Innenrotors 1 den gesamten Durchmesser der Ölpumpe. Die sich aus der Durchmesserdifferenz der Kreise 5 und 6 ergebende Überdeckung im Be­ reich der Abflachungen 4 steht für die Drehmomentübertragung zur Verfügung.

Gemäß Fig. 2 der Erfindung ist die Wellenstumpfkontur im wesentlichen von einem Kreiszylinder 8 mit einem Durchmesser d gebildet, welcher zwei Paare von sich gegenüber­ liegenden Abflachungen 9 aufweist. Diese entstehen dadurch, daß ein gedachtes, mit geringfügig ballig geformten Kanten versehenes Quadrat diesen Kreiszylinder 8 anschnei­ det. Die Abflachungen 9 sind Kreisumfangsabschnitte von Kreisen, deren Durchmesser 11 mehrfach so groß ist wie die der Kreise 8 bzw. 10. In diese Abflachungen 9 ist ein Innenkreis 10 mit einem Durchmesser D einbeschrieben, dessen Wert geringfügig unter dem Wert von d liegt.

Die radiale Erstreckung dieser Polygonprofil-Verbindung beschränkt sich auf die Differenz zwischen D und d, wobei das aus dem Quotienten aus D und d gebildete Durchmesserver­ hältnis ein Wert geringfügig unter eins aufweist.

Da der Durchmesser d des Kreiszylinders 8 nur geringfügig vom Durchmesser D des Innenkreises 10 abweicht, kann der Innenrotor 1 insgesamt einen entsprechend geringen Durchmesser aufweisen, wodurch die gesamte Ölpumpe im Durchmesser gering gehalten werden kann.

In einem konkreten Zahlenbeispiel stellt sich die Erfindung wie folgt dar. Bei einer bekann­ ten Ölpumpe beträgt der Abstand zwischen den beiden Abflachungen 4 32 mm, während der Durchmesser des Kreises 6 38,02 mm beträgt, so daß sich ein Durchmesserverhältnis Z des Kreises 5 zum Kreis 6 von etwa 0,841 einstellt. Die radiale Erstreckung der Verbin­ dung beträgt somit ca. 6 mm.

Ein nur in gestuften Schriften erhältliches Polygonprofil nach DIN 32712, welches in etwa auf die vorgenannten Abmessungen passen würde, schreibt Durchmesserwerte von 35 mm und 40 mm vor, also eine radiale Erstreckung der Verbindung von 5 mm, wobei gleichzeitig eine signifikante Erhöhung des Innenkreisdurchmessers von 32 auf 35 mm erfolgen würde. Das Verhältnis Z beträgt 0,875.

Eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung weist einen Kreiszylinderdurchmesser d von 32 mm und einen Innenkreisdurchmesser D von 31,5 mm auf, die radiale Erstreckung beschränkt sich also auf 0,5 mm. Das durch den Quotienten aus D zu d gebildete Durch­ messerverhältnis Z weist mit 0,984 einen nur sehr geringfügig unterhalb von 1 liegenden Wert auf, während dieser bei den beiden vorgenannten Beispielen deutlich von 1 abweicht. Der Außendurchmesser der Ölpumpe konnte hierdurch von ca. 79 mm auf ca. 59 mm abge­ senkt werden, verbunden mit einer deutlichen Absenkung des Ölpumpengewichtes.

Aus Gründen der Fertigung und der Montage kann es wünschenswert sein, die radiale Erstreckung größer zu wählen als die oben beschriebene 0,5 mm, wobei mit 3 mm eine Obergrenze erreicht ist und 2 mm bevorzugt sind. Hierdurch stellen sich bei Kreiszylinder­ durchmessern d von 32 mm oder größer Durchmesserverhältnisse Z mit Werten oberhalb von 0,9 und unterhalb von 1 ein, bevorzugt zwischen 0,93 und 0,95.

Claims (2)

1. Welle-Nabe-Verbindung für eine Ölpumpe, mit einem auf einem Wellenstumpf als Nabe drehfest angeordneten Innenrotor, welcher zu diesem Zweck eine mit der Wellenstumpf­ kontur korrespondierende Öffnung aufweist, wobei die Verbindung ein Polygonprofil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenstumpfkontur im wesentlichen von einem Kreiszylinder (8) mit einem Durchmesser (d) gebildet ist, welcher von einem gedachten, mit geringfügig ballig geformten Kanten versehenen Quadrat derart angeschnitten ist, daß der Kreiszylinder (8) auf seinem Umfang mehrere Abflachungen (9) aufweist, welche Kreisumfangsabschnitte von Kreisen sind, deren Durchmesser (11) größer sind als die des Kreiszylinders (8) bzw. des Innenkreises (10), und wobei ein diese Abflachungen (9) tangierender Innenkreis (10) mit einem Durchmesser (D) versehen ist, und das Durchmesserverhältnis (Z) (Quotient aus D und d) einen Wert oberhalb von 0,9 und unterhalb von 1 aufweist.

2. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (Z) einen Wert zwischen 0,93 und 0,95 aufweist.