KR20170094225A

KR20170094225A - 드라이브샤프트

Info

Publication number: KR20170094225A
Application number: KR1020177016336A
Authority: KR
Inventors: 크리스찬 헤닝; 바실리오 지오르게티
Original assignee: 델피 인터내셔널 오퍼레이션즈 룩셈부르크 에스.에이 알.엘.
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-08-17
Also published as: WO2016096206A1; CN107110093B; EP3234342A1; KR102396682B1; CN107110093A

Abstract

샤프트와, 상기 샤프트의 제1 중간부 상에 억지 핏(interference fit)으로 위치된 적어도 하나의 캠 로브, 및 상기 샤프트의 제2 중간부 상에 억지 핏으로 위치된 스러스트 와셔를 포함하는, 고압 연료 펌프용 3-파트 드라이브샤프트 조립체; 및 예컨대 가열 및 냉각 단계를 이용하여 상기 드라이브샤프트 조립체를 조립하는 방법.

Description

드라이브샤프트{DRIVESHAFT}

본 발명은 드라이브샤프트 조립체, 특히 디젤 분사 시스템과 같은 연료 분사 시스템에서 고압 연료 공급에 적합한 펌프에 구동을 전달하기 위한 드라이브샤프트 조립체에 관한 것이다.

고압 연료 펌프를 위한 공지된 드라이브샤프트 조립체는 기다란 샤프트 요소와, 일체 형성된 캠 로브(cam lobe)를 포함한다. 상기 조립체가 높은 캠 부하 및 응력을 견디게 하기 위해서는, 고급강과 같은 충분히 경질의 재료로 형성되어야 하므로, 높은 제조 비용이 발생한다.

펌프가 증대되는 압력에서 작동하도록 요구됨에 따라, 단일 피스의 캠샤프트 조립체에 대한 경도 요건이 제조 비용을 더욱 증가시키고 있다.

공지된 고압 연료 펌프는 펌프 사용 동안에 축하중(axial loading)에 대응하도록 스러스트 와셔를 더 포함할 수 있다. 자유 회전운동을 하는 스러스트 와셔는 일반적으로 로터리 적용을 위한 자동차 산업에 이용된다. 또한, 회전운동 없는 스러스트 와셔가 공지되어 있지만, 고압 연료 펌프에서, 이와 같은 와셔는 소음, 청정도, 및 인젝터 막힘을 야기함으로써 펌프 및/또는 인젝터의 성능에 영향을 미칠 수 있는 찌꺼기 발생 면에서 불리할 수 있다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 적어도 완화하는 개선된 드라이브샤프트 조립체를 제공하는 것이다.

따라서, 제1 관점에서, 본 발명은 청구항 1에 따른 드라이브샤프트 조립체를 제공한다.

상기 캠 로브는 상기 샤프트의 제1 중간부 상의 억지 핏(interference fit)이고, 상기 스러스트 와셔는 상기 샤프트의 제2 중간부 상의 억지 핏이다.

상기 스러스트 와셔의 스러스트면은 상기 캠 로브로부터 이격되게 위치될 수 있다.

상기 스러스트 와셔와 상기 캠 로브는 서로 접착될 수 있다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 상술한 드라이브샤프트 조립체를 포함하는 고압 연료 시스템용 펌프로서, 상기 펌프는 하우징과, 전방 플레이트를 포함하며, 상기 드라이브샤프트 조립체는, 상기 드라이브샤프트 조립체의 종축을 따라 상기 하우징과 상기 전방 플레이트 내에 제공된 보어 내에서 회전가능한, 펌프를 포함한다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 상기 샤프트의 제2 중간부 상에 상기 스러스트 와셔를 조립하는 단계와, 상기 샤프트의 제1 중간부 상에 상기 캠 로브를 조립하는 단계를 포함하는, 드라이브샤프트 조립체를 조립하는 방법을 포함한다.

상기 스러스트 와셔와 상기 캠 로브는 프레스 또는 포스-피팅, 레이저 용접, 냉간 용접 및 드라이브 독 적용 중 적어도 하나에 의해 상기 샤프트 상에 조립될 수 있다.

상기 드라이브샤프트 조립체의 조립 방법은,

상기 스러스트 와셔의 보어의 직경을 확장시키도록 상기 스러스트 와셔를 가열하는 단계;

상기 샤프트 상에 상기 스러스트 와셔를 조립하고, 상기 샤프트의 제2 중간부 상에 상기 스러스트 와셔를 위치시키는 단계; 및

상기 스러스트 와셔의 보어의 직경이 냉각 동안에 감소하고, 상기 샤프트의 온도로 냉각되면, 상기 스러스트 와셔가 상기 샤프트의 제2 중간부 상의 억지 핏이 되도록, 상기 스러스트 와셔를 냉각시키는 단계의 제1 세트와,

상기 캠 로브의 보어의 직경을 확장시키도록 상기 캠 로브를 가열하는 단계;

상기 샤프트 상에 상기 캠 로브를 조립하고, 상기 샤프트의 제1 중간부 상에 상기 캠 로브를 위치시키는 단계; 및

상기 캠 로브의 보어의 직경이 냉각 동안에 감소하고, 상기 샤프트의 온도로 냉각되면, 상기 캠 로브가 상기 샤프트의 제1 중간부 상의 억지 핏이 되도록, 상기 캠 로브를 상기 샤프트의 온도로 냉각시키는 단계의 제2 세트

를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 변형된 방법에서, 상술한 단계 중 제2 세트는 상기 단계 중 제1 세트 이전에 개시된다.

상기 방법은 상기 스러스트 와셔의 스러스트면을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 드라이브샤프트 조립체의 조립 후에 상기 스러스트 와셔의 접촉면과 접촉하는 상기 캠 로브의 접촉면에 접착제를 도포하는 단계, 및/또는 상기 스러스트 와셔의 접촉면에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 예로서 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 드라이브 조립체를 구비한 고압 연료 시스템을 위한 펌프에 대한 단면도,
도 2 및 3은 본 발명에 따른 드라이브 조립체에 대한 부분 절결도, 및
도 4 및 5는 도 1 및 2의 드라이브 조립체에 대한 분해도.

도 1은 하우징(102)과, 전방 플레이트(112)를 포함하는 고압 연료 펌프(100)를 도시한다. 드라이브샤프트 조립체(2)는 하우징(102)과 전방 플레이트(112) 내에 제공된 보어 내에서 회전을 위해 배치된다.

드라이브샤프트 조립체(2)는 샤프트(4)와, 캠 로브(6) 및 스러스트 와셔(8)를 포함한다. 펌핑 사이클 동안에, 드라이브샤프트 조립체(2)는 구동 기구(미도시)에 의해, 하우징(102)과 전방 플레이트(112)에 대해 종축(A) 둘레에서 그리고 도 1의 화살표(X)로 나타낸 방향으로 회전하게 된다. 드라이브샤프트 조립체(2)의 회전은 롤러(108)를 통해 플런저(106)에 왕복 힘(reciprocating force)이 가해지게 하므로, 펌핑 챔버(110) 내의 연료가 가압되게 한다.

도 2 내지 5는 드라이브샤프트 조립체(2)를 별개로 도시한다. 샤프트(4)는 제1 단부(24)를 향해 전방 저널부(10)와, 제2 단부(26)를 향해 후방 저널부(12)를 포함한다. 전방 저널부(10)와 후방 저널부(12) 사이에는 제1 중간부(14)와 제2 중간부(16)가 제공되고, 상기 제2 중간부(16)는 제1 중간부(14)보다 큰 단면 직경을 가진다(제1 중간부(14)와 제2 중간부(16)의 경계부는 도 2에서 점선으로 나타냄). 후술하는 바와 같이, 캠 로브(6)는 샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상에 피팅되고, 스러스트 와셔(8)는 샤프트(4)의 제2 중간부(16) 피팅된다.

캠 로브(6)는 강 또는 M50 (EN ISO 4957 HSP-4-1) 등의 강합금과 같은 고등급, 비교적 경질의 재료로 형성된다. 샤프트(4)와 스러스트 와셔(8)는 비교적 감소된 경도를 갖는 재료로 형성되며, 이는 캠 로브(6)보다 비용이 더 낮다. 샤프트(4)와 스러스트 와셔(8)를 위한 예시적인 재료는 16MnCrS5 또는 EN 10277-3 46S2와 같은 연강일 수 있다.

스러스트 와셔(8)는 직경(D1)의 관통 구멍(28)을 구비한다. 유사하게, 캠 로브(6)는 직경(D2)의 관통 구멍(30)을 구비한다. (보어(28, 30), 및 직경(D1, D2)은 도 4 및 5에 나타낸다).

펌프(100)의 보어 내에서 드라이브샤프트 조립체(2)의 회전 동안에, 스러스트 와셔(8)는, 스러스트 와셔(8)의 스러스트면(20)을 통해 전방 플레이트(112)에 의한 축하중(axial loading)을 허용한다. 축하중은 고압 연료 펌프(100) 내에서 직면하는 내부력과, 구동 기구로 인한 외부력에 기인한 것일 수 있다.

온도 제어식 공정을 포함하는 방법에 의한 드라이브샤프트 조립체(2)의 조립을 후술한다.

그 방법 단계 중 제1 세트에서, 스러스트 와셔(8)는 고정구(fixture)(미도시) 내에 위치되어 가열됨으로써, 스러스트 와셔(8)의 관통 구멍(28)의 직경이 D1보다 큰 값으로 증대되게 한다.

그 다음, 가열된 스러스트 와셔(8)는 샤프트(4)의 제2 중간부(16) 위에 위치되도록 샤프트(4)의 제1 단부(24) 또는 제2 단부(26)로부터 샤프트(4) 상에 피팅된다.

샤프트(4)의 제2 중간부(16) 상에 스러스트 와셔(8)를 피팅하는 것은 가열된 상태에서 스러스트 와셔(8)의 관통 보어(28)의 증대된 직경에 의해 가능해진다.

그 후, 스러스트 와셔(8)의 온도는 샤프트(4)의 온도로 동등해질 때까지 감소되어진다. 스러스트 와셔(8)의 온도가 감소함에 따라, 스러스트 와셔의 보어(28)의 직경이 D1으로 감소한다.

샤프트(4)의 제2 중간부(16)의 외경은, 일단 피팅되어 샤프트(4)의 온도로 냉각되기만 하면, 스러스트 와셔(8)가 샤프트(4) 상의 억지 핏에 의해 위치되는, 즉 스러스트 와셔(8)의 보어(28)를 형성하는 내부면(36)이 샤프트(4)의 제2 중간부(16)의 외부면(42) 상의 억지 핏이 되도록 선택된다(표면(36, 42)은 도 4 및 5에 나타냄). 이로써, 펌프(100)의 사용 동안에 샤프트(4) 상에서의 스러스트 와셔(8)의 상대 운동은 표면(36, 42)들 사이의 억지 핏에 의해 방지된다.

스러스트 와셔(8)가 샤프트(4) 상에 조립된 후에 그리고 방법 단계 중 제2 세트에서, 캠 로브(6)가 가열됨으로써, 캠 로브(6)의 관통 보어(30)의 직경이 D2보다 큰 값으로 증가되게 한다. 그 다음, 가열된 캠 로브(6)는 제1 중간부(16) 위에 위치될 때까지 샤프트(4)의 제2 단부(26)를 통해 후방 저널부(12) 위로 샤프트 내에 삽입된다. 제1 중간부(14)와 제2 중간부(16)의 연결 지점에 의해 형성되는 숄더(34)는 캠 로브(6)를 위한 정지부로서 작용하여, 샤프트(4) 상에 캠 로브(6)의 조립을 돕는다.

샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상에 캠 로브(6)를 피팅하는 것은 가열된 상태에서 캠 로브(6)의 관통 보어(30)의 증대된 직경에 의해 가능해진다.

그 후, 캠 로브(6)는 샤프트(4)의 온도로 동등해질 때까지 온도 감소가 허용된다. 캠 로브(6)의 온도가 감소함에 따라, 관통 보어(30)의 직경이 D2로 감소한다.

샤프트(4)의 제1 중간부(14)의 외경은, 일단 피팅되어 샤프트(4)의 온도로 냉각되기만 하면, 캠 로브(6)가 샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상의 억지 핏에 의해 위치되는, 즉 캠 로브(6)의 보어(30)를 형성하는 내부면(38)이 샤프트(4)의 제1 중간부(14)의 외부면(40) 상의 억지 핏이 되도록 선택된다(표면(38, 40)은 도 4 및 5에 나타냄). 이로써, 펌프(100)의 사용 동안에 샤프트(4) 상에서의 캠 로브(6)의 상대 운동은 억지 핏에 의해 방지된다.

샤프트(4) 상의 스러스트 와셔(8)와 캠 로브(6) 간의 억지 핏으로 인해, 캠 로브(6)와 스러스트 와셔(8)는 펌프(100)의 사용 동안에 서로에 대해 이동할 수 없다.

드라이브샤프트 조립체(2)의 조립 후에, 캠 로브(6)의 접촉면(50)(도 5에 도시)은 스러스트 와셔(8)의 표면(52)(도 4에 도시)의 부분을 포함하는 접촉부와 접촉한다.

조립 동안에, 캠 로브(6)의 접촉면(50) 및/또는 스러스트 와셔(8)의 표면(52)의 접촉부에 접착제가 도포될 수 있음으로써, 캠 로브(6)와 스러스트 와셔(8)를 서로 접착하므로, 펌프(100)의 사용 동안에 캠 로브(6)와 스러스트 와셔(8)가 서로에 대해 이동할 수 없음을 더욱 보장한다.

본 발명에 따른 변형된 방법에서, 샤프트(4) 상에 조립을 가능하게 하도록 스러스트 와셔(8) 및 캠 로브(6)를 가열하는 것 대신에 또는 그와 더불어, 스러스트 와셔(8) 및/또는 캠 로브(6)는 프레스(press) 또는 포스-피팅(force-fitting), 냉간 용접(cold welding) 및 드라이브 독 적용(drive dog application)에 의해 샤프트(4) 상에 조립될 수 있다. "드라이브 독(drive dog)"은 선반(lathe)(선반 캐리어로도 부름)에 사용되는 장치를 의미하며, 이는 워크피스를 클램핑하여 기계의 스핀들의 로터리 운동이 워크피스에 전달되게 한다.

스러스트 와셔(8) 상에는 핀(pin) 또는 압출부(extrusion)가 제공되어, 캠 로브(6)의 면(50) 상에 제공된 보어 내에 피팅하거나, 또는 그 반대로 할 수 있다. 이로써, 스러스트 와셔(8)와 캠 로브(6) 간의 상대 운동이 방지된다.

본 발명의 스러스트 와셔(8)는, 예컨대 스러스트면(20) 상에 코팅될 수 있다.

도면에서 드라이브샤프트 조립체(2)의 회전운동이 시계방향이 되도록 화살표(X)로 나타내지만, 본 발명은 시계방향과 반시계방향 간의 상호교환성을 허용하여, 제조상의 유연성을 제공한다.

본 발명에 따른 변형된 방법에서, 스러스트 와셔(8)가 가열되어 샤프트(4) 상에 조립되기 전에, 캠 로브(6)가 가열되어 샤프트(4) 상에 조립된다.

상술한 실시예가 단일의 캠 로브(6)를 구비하지만, 변형 실시예에서는, 2개 이상의 캠 로브가 제공되며, 그 각각은 상술한 방법에 의해 샤프트(4) 상에 조립된다.

본 발명은 구성요소 각각을 위해 상이한 재료를 이용가능하게 함으로써 종래기술의 실시예보다 더 비용 효율적인 드라이브샤프트 조립체를 가능하게 한다. 캠 로브(6)는 높은 힘과 응력을 견딜 수 있기에 충분한 경도 및 강도를 갖는 고등급 재료로 제조될 수 있는 한편, 캠 로브(6)와 동일한 정도의 힘 및 응력을 받지 않는 샤프트(4)와 스러스트 와셔(8)는 비교적 더 낮은 경도를 갖는 더 저렴한 재료로 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 드라이브샤프트 조립체(2)의 제조 비용은 종래기술의 실시예보다 상당히 낮아질 수 있다.

2: 드라이브샤프트 조립체
4: 샤프트
6: 캠 로브
8: 스러스트 와셔
10: 전방 저널부
12: 후방 저널부
14: 샤프트의 제1 중간부
16: 샤프트의 제2 중간부
20: 스러스트 와셔의 스러스트면
24: 샤프트의 제1 단부
26: 샤프트의 제2 단부
28: 스러스트 와셔의 관통 보어
30: 캠 로브의 관통 보어
34: (연결지점) 숄더
36: 스러스트 와셔의 보어 내부면
38: 캠 로브의 보어 내부면
40: 제1 중간부의 외부면
42: 제2 중간부의 외부면
50: 캠 로브의 접촉면
52: 스러스트 와셔의 표면
100: 펌프
102: 펌프 하우징
106: 플런저
108: 롤러
110: 펌핑 챔버
112: 펌프 전방 플레이트
A: 종축
X: 회전방향
D1: 스러스트 와셔의 관통 보어 직경
D2: 캠 로브의 관통 보어 직경

Claims

고압 연료 펌프(100)용 드라이브샤프트 조립체(2)에 있어서,
상기 드라이브샤프트 조립체(2)는 샤프트(4)와, 상기 샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상에 위치된 적어도 하나의 캠 로브(6), 및 상기 샤프트(4)의 제2 중간부(16) 상에 위치된 스러스트 와셔(8)를 포함하고,
상기 샤프트(4), 상기 캠 로브(6) 및 상기 스러스트 와셔(6)는 별개의 구성요소이고,
상기 캠 로브(6)는 상기 샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상의 억지 핏(interference fit)이고, 상기 스러스트 와셔(8)는 상기 샤프트(4)의 제2 중간부(16) 상의 억지 핏인
것을 특징으로 하는,
드라이브샤프트 조립체.
제1항에 있어서,
상기 스러스트 와셔(8)의 스러스트면(20)은 상기 캠 로브(6)로부터 이격되게 위치되는,
드라이브샤프트 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스러스트 와셔(8)와 상기 캠 로브(6)는 서로 접착되는,
드라이브샤프트 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 드라이브샤프트 조립체를 포함하는 고압 연료 시스템용 펌프(100)에 있어서,
상기 펌프(100)는 하우징(102)과, 전방 플레이트(112)를 포함하며, 상기 드라이브샤프트 조립체(2)는, 상기 드라이브샤프트 조립체의 종축(A)을 따라 상기 하우징(102)과 상기 전방 플레이트(112) 내에 제공된 보어 내에서 회전가능한,
펌프.
제4항에 있어서,
상기 드라이브샤프트 조립체(2)는, 상기 드라이브샤프트 조립체의 종축(A)을 따라 상기 하우징(102)과 상기 전방 플레이트(112) 내에 제공된 보어 내에서 시계방향으로 회전가능한,
펌프.
제4항에 있어서,
상기 드라이브샤프트 조립체(2)는, 상기 드라이브샤프트 조립체의 종축(A)을 따라 상기 하우징(102)과 상기 전방 플레이트(112) 내에 제공된 보어 내에서 반시계방향으로 회전가능한,
펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 드라이브샤프트 조립체(2)를 조립하는 방법에 있어서,
상기 샤프트(4)의 제2 중간부(16) 상에 상기 스러스트 와셔(8)를 조립하는 단계와, 상기 샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상에 상기 캠 로브(6)를 조립하는 단계
를 포함하는,
드라이브샤프트 조립체의 조립 방법.
제7항에 있어서,
상기 스러스트 와셔(8)와 상기 캠 로브(6)는 프레스(press) 또는 포스-피팅(force-fitting), 레이저 용접(laser welding), 냉간 용접(cold welding) 및 드라이브 독 적용(drive dog application) 중 적어도 하나에 의해 상기 샤프트(4) 상에 조립되는,
드라이브샤프트 조립체의 조립 방법.
제7항에 있어서,
상기 스러스트 와셔(8)의 관통 보어(28)의 직경(D1)을 확장시키도록 상기 스러스트 와셔(8)를 가열하는 단계;
상기 샤프트(4) 상에 상기 스러스트 와셔(8)를 조립하고, 상기 샤프트(4)의 제2 중간부(16) 상에 상기 스러스트 와셔(8)를 위치시키는 단계; 및
상기 스러스트 와셔(8)의 관통 보어(28)의 직경(D1)이 냉각 동안에 감소하고, 상기 샤프트(4)의 온도로 냉각되면, 상기 스러스트 와셔(8)가 상기 샤프트(4)의 제2 중간부(16) 상의 억지 핏이 되도록, 상기 스러스트 와셔(8)를 냉각시키는 단계의 제1 세트와,
상기 캠 로브(6)의 관통 보어(30)의 직경(D2)을 확장시키도록 상기 캠 로브(6)를 가열하는 단계;
상기 샤프트(4) 상에 상기 캠 로브(6)를 조립하고, 상기 샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상에 상기 캠 로브(6)를 위치시키는 단계; 및
상기 캠 로브(6)의 관통 보어(30)의 직경이 냉각 동안에 감소하고, 상기 샤프트(4)의 온도로 냉각되면, 상기 캠 로브(6)가 상기 샤프트(4)의 제1 중간부(14) 상의 억지 핏이 되도록, 상기 캠 로브(6)를 상기 샤프트(4)의 온도로 냉각시키는 단계의 제2 세트
를 포함하는,
드라이브샤프트 조립체의 조립 방법.
제7항에 있어서,
상기 단계 중 제2 세트는 상기 단계 중 제1 세트 이전에 개시되는,
드라이브샤프트 조립체의 조립 방법.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스러스트 와셔(8)의 스러스트면(20)을 코팅하는 단계를 더 포함하는,
드라이브샤프트 조립체의 조립 방법.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드라이브샤프트 조립체(2)의 조립 후에 상기 스러스트 와셔(8)의 접촉면(52)과 접촉하는 상기 캠 로브(6)의 접촉면(50)에 접착제를 도포하는 단계, 및/또는 상기 스러스트 와셔(8)의 접촉면(52)에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함하는,
드라이브샤프트 조립체의 조립 방법.