DE69930789T2

DE69930789T2 - Kupplung eines Antriebgerätes an einer Motorkurbelwelle

Info

Publication number: DE69930789T2
Application number: DE69930789T
Authority: DE
Inventors: Nikos J. Chimonides; Damian P. Smith
Original assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Engine Co Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Inc
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2019-07-17
Also published as: GB2339881A; DE69930789D1; EP0974764A2; GB9815750D0; EP0974764A3; JP2000104748A; JP4317950B2; EP0974764B1; US6196085B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen Mechanismus zum Kuppeln eines Zusatzgerätes, wie z. B. einer Ölpumpe, direkt mit einer Motor-Kurbelwelle.
Es ist bei bestimmten Maschinen bekannt, eine Ölpumpe auf dem vorderen Ende eines Motors gegenüber der Achse der Kurbelwelle versetzt zu befestigen und die Ölpumpe mit Hilfe eines Zahnrades auf der Kurbelwelle anzutreiben, das mit einem Zahnrad auf der Ölpumpe kämmt, die gegenüber der Achse der Kurbelwelle versetzt ist, so dass die Ölpumpe lediglich indirekt von der Motor-Kurbelwelle angetrieben wird. Eine in gewisser Weise vergleichbare Zahnradanordnung ist in der US-A-4 376 335 gezeigt, bei der ein Steuerzahnrad auf ein Ende einer Kurbelwelle aufgeschrumpft ist, um mit einem anderen versetzten Zahnrad in Eingriff zu kommen.
Es ist wünschenswert, in unterschiedlichen Varianten des gleichen Motors anstelle der zahnradgetriebenen Ölpumpe eine konzentrische Ölpumpe einzusetzen, die direkt von der Kurbelwelle angetrieben wird. Dies ergibt jedoch Probleme, weil die Pumpenelemente der direkt angetriebenen Ölpumpe einen Sintereisen-Rotor einschließen, der über das Ende der Kurbelwelle aufgesetzt und mit dieser drehfest gekuppelt werden muss. Dieser Kupplungsmechanismus auf der Kurbelwelle muss ausreichend einfach sein, damit er in den Herstellungsprozess der Kurbelwelle eingefügt werden kann, ohne dass er beträchtlich zu den Herstellungskosten beiträgt. Diese Erwägung schließt die maschinelle Bearbeitung von Keilnuten oder Zahnradzähnen auf der Außenoberfläche der Kurbelwelle aus. Weiterhin muss der Kupplungsmechanismus eine geometrische Form haben, die den Sintereisen-Rotor antreibt, ohne Schäden oder Abnutzung hervorzurufen, und dies schließt die Verwendung einer Scheibenfeder aus. Eine weitere Erwägung besteht darin, dass es erforderlich ist, sicherzustellen, dass die Kurbelwelle auch noch mit einer zahnradgetriebenen Ölpumpe brauchbar sein sollte.
Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, eine Möglichkeit zur direkten Kupplung eines Zusatzgerätes mit einer Motor-Kurbelwelle zu schaffen, die zumindest einige der vorstehenden Probleme mildert.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kuppeln eines Zusatzgerätes mit einer Motor-Kurbelwelle geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst:

– Formen des Endes der Kurbelwelle als ein zylindrischer Zapfen;
– Formen einer Keilnut-Hülse; und
– Befestigen der Keilnut-Hülse auf dem Ende der Kurbelwelle mit einem Press-Sitz.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es den weiteren Schritt der Befestigung eines Eingangsrotors eines Zusatzgerätes konzentrisch auf der Kurbelwelle für einen direkten Antriebseingriff mit der Kurbelwelle über die Keilnut-Hülse umfasst.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Motor mit einer Kurbelwelle geschaffen, deren eines Ende als ein zylindrischer Zapfen geformt ist und mit einer Keilnut-Hülse, die über das Ende der Kurbelwelle mit einem Press-Sitz aufgepasst ist.
Der Motor ist dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin ein Zusatzgerät umfasst, das einen Eingangsrotor aufweist, der konzentrisch auf der Kurbelwelle befestigt ist und direkt mit der Kurbelwelle über die Keilnut-Hülse gekuppelt ist.
Die Keilnut-Hülse kann als solche ein wenig aufwändiges Bauteil sein, weil sie aus Weichstahl geformt und aus einem kreisringförmigen flachen Rohling in eine zylindrische Form gepresst werden kann. Die Keilnuten können durch eine Verformung des Materials der Hülse gebildet werden, beispielsweise durch die Verwendung eines Prägewerkzeuges. Ein Keilnut-Antrieb ist hinsichtlich der Abnutzung des angetriebenen Zusatzgerätes akzeptabel, doch vermeidet die Erfindung die Kosten der direkten maschinellen Bearbeitung von Keilnuten auf der Kurbelwelle durch Formen der Keilnuten auf einer getrennten Hülse. Weil die Hülse dünn ist, können die Keilnuten einfach unter Verwendung eines Prägewerkzeuges gebildet werden, so dass die Notwendigkeit einer kostspieligen maschinellen Bearbeitung vermieden wird.
Der gewünschte Press-Sitz zwischen der Hülse und der Kurbelwelle, der verhindert, dass die Hülse auf der Kurbelwelle rutscht, kann in geeigneter Weise durch Aufpressen der Hülse auf das Ende der Kurbelwelle erreicht werden.
Die Erfindung wird nunmehr weiter in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Endes einer Kurbelwelle ist, die mit einer mit Keilnuten versehenen gepressten Stahlhülse zum Antrieb eines Zusatzgerätes, wie z. B. einer Ölpumpe, versehen ist;
2 ein Schnitt durch die Kurbelwelle und die gepresste Hülse in einer Ebene ist, die die Keilnuten enthält;
3 eine Seitenansicht der Keilnut-Hülse allein ist; und
4 ein Schnitt durch eine konzentrische Ölpumpe ist, die am vorderen Ende einer Kurbelwelle eines Motors angebracht ist.
1 zeigt schematisch eine Kurbelwelle 10, die einen Hauptlagerzapfen 12 und eine Kurbelwellenspitze 14 aufweist. Die Kurbelwellenspitze 14 ist zylindrisch, und sie ist in der üblichen Weise maschinell bearbeitet, so dass keine zusätzlichen Kosten bei ihrer Produktion hervorgerufen werden.
Um den direkten Antrieb des Zusatzgerätes von der Kurbelwelle aus zu ermöglichen, ist eine getrennt geformte Hülse 16 mit Keilnuten 18 auf das Ende der Kurbelwelle 10 aufgepresst. Die Hülse 16, die getrennt in den 2 und 3 gezeigt ist, ist aus Weichstahl geformt, der aus einer kreisringförmigen flachen Scheibe in eine zylindrische Form gepresst wurde, wobei die Keilnuten 18 nachfolgend oder gleichzeitig in die Hülse 16 eingeprägt werden. Der Innendurchmesser der Hülse muss präzise kontrolliert werden, um den gewünschten Press-Sitz mit der Kurbelwelle 10 zu erzielen, und dies wird unter Verwendung eines geeigneten Aufweitwerkzeuges erzielt, wodurch die Notwendigkeit irgendeiner maschinellen Bearbeitung der Hülse 16 vermieden wird.
Die Hülse 16 wird bis zu einer vorgegebenen Entfernung von dem Hauptlagerzapfen 12 aufgepresst, um eine Störung mit dem Übergangsbereich an der Schulter mit dem Hauptlagerzapfen 12 zu vermeiden. Dies wird in zweckmäßiger Weise mit Hilfe eines Anschlages auf dem Montage-Presswerkzeug erreicht.
4 ist ein Querschnitt, der eine konzentrische Ölpumpe 30 zeigt, die auf die Kurbelwelle 10 aufgepasst ist. Die Pumpe 30 hat ein Gehäuse 36, das an dem Motorblock mit Hilfe von Schrauben 38 befestigt ist und eine Arbeitskammer umgrenzt, in der sich ein Sintereisen-Rotor 32 dreht, der direkt mit der Kurbelwelle über die Keilnut-Hülse 16 gekuppelt ist. Die Pumpe saugt Öl von einem Kanal 40 an, der mit dem Boden der Ölwanne in Verbindung steht, und sie weist einen (in dem Querschnitt der Zeichnung nicht gezeigten) Auslass auf, der mit den Ölkanälen des Motors verbunden ist.
Der Abschnitt 20 der Kurbelwellenspitze 14, der vor der Hülse 16 liegt, dient im Gebrauch für die Anordnung einer Dichtung 34 der Ölpumpe 50, und es ist daher wichtig, dass dieser Abschnitt 20 während des Aufpressens der Hülse 16 auf das Ende der Kurbelwelle nicht zerkratzt wird. Aus diesem Grund ist dieser Abschnitt 20 mit einem geringfügig kleineren Außendurchmesser versehen, so dass die Hülse 16 über diesen Abschnitt während des Zusammenbaus gleiten kann, ohne an diesem irgendwelche Schäden hervorzurufen.
Nachdem die Pumpe 30 über der Kurbelwelle zusammengebaut wurde, können eine Riemenscheibe und ein Schwingungsdämpfer zum Antrieb von Zusatzgeräte-Antrieben, wie z. B. eines Kühlgebläses, auf der Kurbelwellenspitze in üblicher Weise angebracht werden.
Im Gebrauch wird Öl mit hohem Druck zwischen die Kurbelwellen-Hauptlagerschalen und die entsprechenden Lageroberflächen auf der Kurbelwelle eingeleitet, um eine schnelle Abnutzung auf den Lagern zu vermeiden. Aus diesem Grund muss die Kurbelwelle der geringfügig (einige tausendstel Millimeter) beweglich sein, und diese Bewegung sollte beim Antrieb der Ölpumpe 30 berücksichtigt werden. Bei bekannten Antriebsanordnungen, bei denen die Pumpe versetzt gegenüber der Kurbelwelle angeordnet ist, sind das Zahnrad auf der Kurbelwelle und das damit kämmende Zahnrad auf der Pumpe derart ausgebildet, dass eine gewisse Bewegung zwischen den Zahnrädern zugelassen wird. In dem Fall, in dem die Pumpe konzentrisch auf der Kurbelwelle befestigt ist, würden in üblicher Weise geformte externe Keilverzahnungen auf der Kurbelwellenspitze und zusammenwirkende innenliegende Keilnuten in der Pumpe eine Schwimmbewegung der Kurbelwelle auf ihrem Hochdrucklager verhindern. Es sind daher speziell geformte Keilnuten erforderlich, um die Leistung lediglich über deren Seitenoberflächen zu übertragen, während begrenzte radiale Bewegungen der Kurbelwelle zugelassen werden. Es würde möglich sein, derartige Keilnuten direkt auf der Kurbelwelle auszubilden, doch würde dies eine sehr aufwändige maschinelle Bearbeitung erfordern. Bei der Erfindung ist es jedoch möglich, die Keilnut-Hülse 16 mit großen Keilnuten auszubilden, die so betreibbar sind, dass sie Leistung über ihre Seitenoberflächen übertragen, ohne ihre oberen Oberflächen zu verwenden.

Claims

Verfahren zum Kuppeln eines Zusatzgerätes mit einer Motor-Kurbelwelle (10), mit den folgenden Schritten: – Formen des Endes der Kurbelwelle (10) als ein zylindrischer Zapfen (14); – Formen einer Keilnut-Hülse (16); und – Befestigen der Keilnut-Hülse (16) auf dem Ende der Kurbelwelle (10) mit einem Press-Sitz; und dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der Befestigung eines Eingangsrotors (32) eines Zusatzgerätes (30) konzentrisch auf der Kurbelwelle (10) für einen direkten Antriebseingriff mit der Kurbelwelle (10) über die Keilnut-Hülse 16 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kurbelwelle (10) einen Hauptlagerzapfen (12) benachbart zu dem zylindrischen Zapfen (14) aufweist, wobei ein Übergang zwischen dem Zapfen (14) und dem Lagerzapfen (12) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt des Aufpressens der Hülse (16) auf den Zapfen (14) bis zu einer vorgegebenen Entfernung von dem Hauptlagerzapfen (12) umfasst, um eine Störung mit dem Übergangsbereich zu vermeiden.
Motor mit einer Kurbelwelle (10), von der ein Ende als ein zylindrischer Zapfen (14) ausgebildet ist, und mit einer Keilnut-Hülse (16), die auf das Ende der Kurbelwelle (10) mit einem Press-Sitz aufgepasst ist, und dadurch gekennzeichnet, dass der Motor weiterhin ein Zusatzgerät (30) mit einem Eingangsrotor (32) umfasst, der konzentrisch auf der Kurbelwelle (10) befestigt und direkt mit der Kurbelwelle (10) über die Keilnut-Hülse (16) gekuppelt ist.
Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilnut-Hülse (16) aus Weichstahl geformt ist.
Motor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) ausgehend von einem flachen Rohling in eine Kreisringform gepresst wird.
Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilnuten (18) durch eine Verformung des Materials der Hülse (16) geformt werden.
Motor nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilnut-Hülse (16) benachbart zu dem Hauptlagerzapfen (12) der Kurbelwelle (10) befestigt ist, wobei die Keilnuten (18) in einer vorgegebenen Entfernung von der Schulter des Hauptlagerzapfens (12) liegen.