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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur axialfesten und
drehfesten Anordnung eines eine mittige Öffnung mit einem
ersten Durchmesser aufweisenden Kettenrads an einer größere,
zweite Durchmesser aufweisenden Kurbelwelle, bei dem das Kettenrad
vor der Anordnung geteilt wird.
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Mit
einem an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine axialfest und
drehfest angeordneten Kettenrad kann beispielsweise eine Ölpumpe und/oder
eine Hochdruckpumpe der Brennkraftmaschine angetrieben werden, die
zur Aufrechterhaltung des Ölkreislaufes und zur Druckbeaufschlagung des
der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffs eingesetzt
werden.
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Das
Kettenrad kann an der Kurbelwelle beispielsweise mittels einer Wellen-
und Nabenverbindung festgelegt werden. Zu diesem Zweck kann an der
Kurbelwelle beispielsweise ein zur formschlüssigen Verbindung
mit dem Kettenrad ausgebildetes Profil vorgesehen sein.
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Das
Kettenrad kann auch gegen einen Wellenabsatz verspannt werden und
zwar mit einer so hohen Axialkraft, dass die sich ergebende Momentenübertragungskapazität
für den Antrieb der Ölpumpe oder der Hochdruckpumpe
ausreicht. Eine solche Anordnung ist beispielsweise dann möglich,
wenn das Kettenrad auf einen Wellenstumpf an einem Ende der Kurbelwelle
aufgesetzt werden kann und das Kettenrad dann beispielsweise mittels
einer Verschraubung axial beaufschlagt werden kann.
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In
den genannten Fällen kann das Kettenrad einteilig ausgebildet
sein, wenn es nicht bis zu seinem Bestimmungsort an der Kurbelwelle über
Absätze mit größerem Außendurchmesser
als dem Innendurchmesser der Öffnung des Kettenrads bewegt werden
muss.
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Alternativ
hierzu ist es auch bereits bekannt geworden, eine Kettenradverzahnung
an der Kurbelwelle direkt auszubilden. Hierzu kann die Verzahnung
beispielsweise mittels eines Stoßvorgangs aus der Kurbelwelle
herausgearbeitet werden. Dieses Fertigungsprinzip stößt
aber an seine Grenzen, wenn mehrere Kettenspuren benötigt
werden, um beispielsweise mehrere Pumpen anzutreiben.
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Anhand
der
DE 4415100 A1 ist
ein Montageverfahren bekannt geworden, mit dem ein Kettenrad an
einer Kurbelwelle axialfest und drehfest festgelegt werden kann,
bei dem das Kettenrad eine mittige Öffnung aufweist, deren
Durchmesser kleiner ist als Außendurchmesser von Wellenabsätzen
beidseits des Bestimmungsorts des Kettenrads an der Kurbelwelle.
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Nach
diesem bekannten Verfahren wird das Kettenrad vor der Anordnung
am Bestimmungsort an der Kurbelwelle mittels eines Bruchtrennverfahrens an
vordefinierten Trennstellen gebrochen, die beiden Hälften
des gebrochenen Kettenrads an eine Stelle benachbart zum Bestimmungsort
an der Kurbelwelle verbracht und dann werden die beiden Hälften
an Ort und Stelle mittels eines Schweißvorgangs wieder miteinander
verbunden. In einem nächsten Arbeitsschritt wird dann das
wieder einstückige Kettenrad mittels eines radial wirkenden
Presssitzes an einer Aufnahme der Kurbelwelle zur Momentenübertragung
festgelegt.
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Dieses
auf die Anmelderin zurückgehende Montageverfahren hat sich
in der Praxis bereits bestens bewährt, besitzt aber trotzdem
Raum für Verbesserungen, da neben der Bruchtrennoperation
auch noch ein Schweißvorgang erforderlich ist, um aus dem
geteilten Kettenrad wieder ein einstückiges Kettenrad zu
machen.
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Ausgehend
hiervon liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zu
Grunde, das bekannte Verfahren zur axialfesten und drehfesten Anordnung
des Kettenrads an der Kurbelwelle derart weiterzubilden, dass damit
eine kostengünstige und einfache Festlegung des Kettenrads
an der Kurbelwelle erreicht wird.
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Die
Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch
1 angegebenen Merk male auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon
sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung schafft nun ein Verfahren zur axialfesten und drehfesten
Anordnung eines eine mittige Öffnung mit einem ersten Durchmesser
aufweisenden Kettenrads an einer größere, zweite Durchmesser
aufweisenden Kurbelwelle, bei dem das Kettenrad vor der Anordnung
geteilt wird, wobei es nach der Erfindung vorgesehen ist, dass das
Kettenrad mittels eines thermischen Fügevorgangs zwischen
zwei zweite Durchmesser aufweisenden Wellenabsätzen axial
geklemmt wird.
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Bei
den zweiten Durchmessern kann es sich auch um unterschiedlich große
zweite Durchmesser handeln, die aber beide größer
sind als der Innendurchmesser der mittigen Öffnung des
an der Kurbelwelle festzulegenden Kettenrads. Es kann sich bei den
zweiten Durchmessern also beispielsweise um Durchmesser von ohnehin
an der Kurbelwelle auszubildenden Bereichen handeln, wie Wellenabsätzen, Kurbelwangen,
einem Anschlussflansch für ein Getriebe, einem Anschlussflansch
für eine Mitnehmerscheibe oder dergleichen.
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Diese
Anordnung besitzt den Vorteil, dass das Kettenrad mittels eines
axial wirkenden Presssitzes mit sehr hoher Vorspannung an einem
Bereich innerhalb zweier Wellenabsätze an der Kurbelwelle angeordnet
werden kann, da die Kettenradteile in axialer Richtung eine sehr
hohe Steifigkeit aufweisen und demnach von den beiden Wellenabsätzen
oder Wellenschultern mit hoher Vorspannung belastet wird können
und es zudem nicht mehr erforderlich ist, die Kettenradteile wieder
zur Ausbildung eines einstückigen Kettenrads miteinander
zu verschweißen.
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Die
Festlegung des Kettenrads an der Kurbelwelle zwischen den beiden
Wellenschultern erfolgt dabei mittels eines thermischen Fügevorgangs, bei
dem dafür Sorge getragen wird, dass nach einem Temperaturausgleich
zwischen dem Kettenrad beziehungsweise den Kettenradteilen und der
Kurbelwelle nach der Montage des Kettenrads an der Kurbelwelle das
Kettenrad fest zwischen den Wellenschultern der Kurbelwelle axial
eingeklemmt ist und somit die rotierende Kurbelwelle ihre Drehbewegung
auf das Ketten rad überträgt und ein Durchrutschen
im Fügespalt zwischen dem Kettenrad und den Wellenschultern vermieden
wird.
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Wird
das Kettenrad vor der Anordnung an der Kurbelwelle mittels eines
Bruchtrennverfahrens gecrackt, so ergeben sich an den Bruchstellen
des Kettenrads Trennflächen, die nach der erfindungsgemäßen
Anordnung des Kettenrads an der Kurbelwelle für eine genaue
Flucht der Kettenspuren sorgen, ohne dass die Kettenradteile wieder
miteinander verschweißt werden müssten. Damit
schafft das erfindungsgemäße Verfahren ein kostengünstiges
und einen betriebssicheren Lauf der von dem Kettenrad angetriebenen
Ketten leistendes Montageverfahren.
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Zur
Durchführung des thermischen Fügevorgangs ist
es nach der Erfindung vorgesehen, dass die Kurbelwelle vor dem Fügevorgang
auf eine höhere Temperatur als das Kettenrad gebracht wird.
Dies führt dazu, dass sich der lichte Abstand zwischen
den beiden Wellenabsätzen mit den Wellenschultern, an denen
das Kettenrad beziehungsweise die Kettenradteile zur Anlage gelangen,
vergrößert. Werden nun die Kettenradteile in den
Bereich zwischen den beiden Wellenabsätzen verbracht und
findet ein Temperaturausgleich zwischen der Kurbelwelle und den Kettenradteilen
statt, so verkleinert sich der lichte Abstand wieder und die Kettenradteile
werden fest zwischen die beiden Wellenabsätze axial eingeklemmt, so
dass sich ein axial wirkender Presssitz zwischen dem Kettenrad beziehungsweise
den Kettenradteilen und den Wellenabsätzen an der Kurbelwelle
einstellt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass dem Kettenrad
vor dem Fügevorgang Wärme entzogen und der Kurbelwelle
Wärme zugeführt wird. Es bedeutet dies mit anderen Worten,
dass das Kettenrad vor dem thermischen Fügevorgang auf
eine niedrige Temperatur abgekühlt wird und die Kurbelwelle
auf eine hohe Temperatur erwärmt wird.
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Dadurch
nimmt das Kettenrad an Breite ab und der lichte Abstand zwischen
den beiden Kurbelwellenabsätzen vergrößert
sich. Werden die abgekühlten Kettenradteile auf den Aufnahmebereich
der Kurbelwelle zwischen den beiden Wellenabsätzen aufgesetzt
und zueinander anhand der beispielsweise durch einen Bruchtrennverfahren
erzeugten Trennflächen ausgerichtet, so steigt dann aufgrund der
Wärmeübertragung von der Kurbelwelle auf das Kettenrad
die Temperatur des Kettenrads an und das Kettenrad dehnt sich entsprechend
dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten seines Werkstoffs aus.
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Gleichzeitig
nimmt die thermische Ausdehnung der Kurbelwelle aufgrund ihrer abnehmenden Temperatur
ab und das Kettenrad wird auf diese Weise fest zwischen den Wellenabsätzen
der Kurbelwelle eingeklemmt und so ein axial wirkender Presssitz erzeugt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass vor dem
Fügevorgang in einen Fügespalt zwischen dem Kettenrad
und den Wellenabsätzen ein Klebstoff eingebracht wird,
der axial und/oder radial benachbarte Fügeflächen
des Kettenrads und/oder der Wellenabsätze kraftschlüssig miteinander
verbindet.
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Der
Klebstoff kann also eine kraftschlüssige Verbindung zwischen
den in axialer Richtung der Kurbelwelle verlaufenden Fügeflächen
an dem Kettenrad und den Wellenabsätzen erzeugen oder eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen der Umfangsfläche der Kurbelwelle zwischen
den beiden Wellenabsätzen und der Innenumfangsfläche
der mittigen Öffnung des Kettenrads. Auch kann ein temperaturbeständiger
und ölbeständiger Klebstoff in beide Fügeflächen
zwischen dem Kettenrad und den Wellenabsätzen eingebracht
werden, so dass die kraftschlüssige Verbindung sowohl in
axialer Richtung als auch in radialer Richtung zwischen den Kettenradteilen
und der Kurbelwelle vorliegt. Auf diese Weise kann eine Erhöhung
der Momentenübertragungskapazität zwischen der
Kurbelwelle und dem Kettenrad erreicht werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass vor
dem Fügevorgang einander zugeordnete Fügeflächen
des Kettenrads und der Wellenabsätze mit einer vorbestimmten
Rauhigkeit versehen werden. Auch durch diese Maßnahme kann
eine Erhöhung der Momentenübertragungskapazität
zwischen dem Kettenrad und der Kurbelwelle erreicht werden, da durch
die Erhöhung der Rauhigkeit an den einander gegenüberliegenden
Fügeflächen am Kettenrad und den Wellenabsätzen
ein Mikroformschluss erreicht wird, der zur Zunahme des zwischen
der Kurbelwelle und dem Ket tenrad übertragbaren Drehmoments
führt.
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Obwohl
es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht
erforderlich ist, die Kettenradteile wieder zu einem einstückigen
Kettenrad zu verbinden, können diese nach einer Weiterbildung
der Erfindung beispielsweise mittels insbesondere eines Schweißvorgangs
wieder miteinander verbunden werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise
zur Verwendung bei der Anordnung eines zwei Kettenspuren aufweisenden
Kettenrads an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen,
wobei das Kettenrad vor der Anordnung an der Kurbelwelle zur Teilung
bruchgetrennt wird. Diese Bruchtrennung sorgt für die Ausbildung
von Trennflächen am Kettenrad, an denen die Kettenradteile
zwischen den beiden Wellenabsätzen der Kurbelwelle zueinander
ausgerichtet werden können, so dass sich zwei Kettenspuren
einstellen, an denen zwei zum Antrieb einer Ölpumpe und
einer Hochdruckpumpe vorgesehene Antriebsketten ohne oder nur mit
einem vernachlässigbar kleinen Fluchtungsfehler laufen
können.
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Das
Kettenrad kann beispielsweise mittels eines Sinterverfahrens hergestellt
werden, was für eine kostengünstige Ausgestaltung
des Kettenrads sorgt und es kann zwei oder mehrere Kettenspuren für
den Antrieb von zwei oder mehreren Antriebskette aufweisen. Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dann das
mittels eines Sinterverfahrens hergestellte Kettenrad zwischen zwei
Wellenabsätzen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
angeordnet werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Diese zeigt in:
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1 eine
perspektivische Teilansicht einer Kurbelwelle eines Dieselmotors
mit einem Getriebeanschlussflansch und zwei Kettenradhälften
vor der Anordnung zwischen zwei Wellenabsätzen der Kurbelwelle;
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2 eine
Schnittansicht der Kurbelwelle nach 1 in einer
Ansicht vom Getriebeanschlussflansch her.
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1 der
Zeichnung zeigt eine Teilansicht einer Kurbelwelle 1 eines
Dieselmotors mit einem Getriebeanschlussflansch 2. Die
Kurbelwelle 1 weist Kurbelwangen 3 auf, die einstückig
mit der Kurbelwelle 1 gefertigt worden sind, also nicht
beispielsweise abnehmbar mit der Kurbelwelle 1 verschraubt sind.
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Das
Kettenrad 4 kann daher nicht einstückig an der
Kurbelwelle 1 angeordnet werden, sondern muss vor seiner
Anordnung geteilt werden. Dies kann beispielsweise mittels eines
Schneidvorgangs, eines Fräsvorgangs oder eines Bruchtrennverfahrens durchgeführt
werden. Die dargestellte Ausführungsform des Kettenrads 4 zeigt
ein gesintertes Kettenrad, welches an vorbestimmten Trennstellen
mittels eines Crackrozesses in zwei Kettenradhälften 4' gecrackt
worden ist.
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Die
Kurbelwelle 1 weist einen Wellenabsatz 5 auf,
an dem das Kettenrad 4 in axialer Anlage angeordnet wird
und benachbart zum Getriebeanschlussflansch 2 befindet
sich ein weiterer Wellenabsatz 6 angeordnet, der in 1 der
Zeichnung vom Getriebeanschlussflansch 2 verdeckt wird.
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2 der
Zeichnung zeigt die montierte Stellung des Kettenrads 4 an
der Kurbelwelle 1. An dem Kettenrad 4 befindet
sich eine erste Antriebskette 7 angeordnet, die dem Antrieb
einer nicht näher dargestellten Hochdruckpumpe dient, mit
der der dem Dieselmotor zuzuführende Kraftstoff in einer
Druckspeicherleitung mit Druck beaufschlagt wird.
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An
dem Kettenrad 4 läuft eine weitere Antriebskette 8,
die dem Antrieb einer Ölpumpe für die Ölversorgung
des Dieselmotors dient, wobei die Ölpumpe ebenfalls nicht
näher dargestellt ist. Bei dem Kettenrad 4 handelt
es sich also um ein zweispuriges Kettenrad, welches an der Kurbelwelle 1 zwischen zwei
Wellenabsätzen 5, 6 axial mit einem Presssitz eingeklemmt
ist
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Bei
der in 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
ist der Presssitz zwischen den Wellenabsätzen 5, 6 und
dem Kettenrad 4 so konfiguriert, dass sich die Fügeflächen 9 des
Kettenrads 4 gegen die zugeordneten Fügeflächen 10 der
Wellenab sätze 5, 6 abstützen.
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Zu
diesem Zweck werden die mittels eines Bruchtrennverfahrens aus dem
einstückigen Kettenrad 4 hergestellten Kettenradhälften 4' auf
eine niedrige Temperatur abgekühlt und die Kurbelwelle 1 auf eine
hohe Temperatur erhitzt. Dadurch nimmt der lichte Abstand in Axiallängsrichtung
der Kurbelwelle 1 zwischen den Wellenabsätzen 5, 6 zu
und die Kettenradhälften 4' können auf
den an der Kurbelwelle 1 zwischen den beiden Wellenabsätzen 5, 6 gebildeten Aufnahmebereich
aufgesetzt werden und an den Trennflächen der Kettenradhälften
ausgerichtet werden, so dass sich zwei fluchtende Kettenspuren für die
Antriebskette 7, 8 einstellen.
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Nach
dem Temperaturausgleich zwischen dem Kettenrad 4 und der
Kurbelwelle 1 stellt sich zwischen den Wellenabsätzen 5, 6 und
dem Kettenrad 4 ein Presssitz ein, wie er durch die jeweiligen
Doppelpfeile an den Fügeflächen 9, 10 dargestellt
ist. Die Passungen an den Fügeflächen 9, 10 werden
dabei so eingestellt, dass sich eine ausreichende Momentenübertragungskapazität
für den Antrieb der Ölpumpe und der Hochdruckpumpe
einstellt.
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Um
die Momentenübertragungskapazität weiter zu erhöhen,
können vor dem Fügevorgang die Fügeflächen 9 an
dem Kettenrad 4 mit einer vorbestimmten Rauhigkeit versehen
werden und in ähnlicher Weise können auch die
an dem Wellenabsätzen 5, 6 ausgebildeten
und den Fügeflächen 9 des Kettenrads 4 zugeordneten
Fügeflächen 10 an den Wellenabsätzen 5, 6 aufgeraut
werden. Dies sorgt dafür, dass sich zwischen den Fügeflächen 9, 10 ein
Mikroformschluss einstellt, der der Erhöhung der Momentenübertragungskapazität
dient.
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Alternativ
hierzu oder auch zusätzlich kann in den Bereich des zwischen
den Fügeflächen 9, 10 gebildeten
Fügespalts ein Klebstoff eingebracht werden, der die Momentenübertragungskapazität
an den axial gerichteten Fügeflächen 9, 10 weiter
erhöht.
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Darüber
hinaus ist es auch möglich, in den radialen Fügespalt 11 zwischen
der Umfangsmantelfläche der Kurbelwelle 1 und
der Innenumfangsfläche des Kettenrads 4 vor dem
Fügevorgang Klebstoff einzutragen, der der weiteren Erhöhung
der Momentenübertragungskapazität zwischen dem
Kettenrad 4 und der Kurbelwelle 1 dient.
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Hinsichtlich
vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter
Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich
auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Getriebeanschlussflansch
- 3
- Kurbelwangen
- 4
- Kettenrad
- 4'
- Kettenradteile
- 5
- Wellenabsatz
- 6
- Wellenabsatz
- 7
- Antriebskette
- 8
- Antriebskette
- 9
- Fügefläche
- 10
- Fügefläche
- 11
- Fügespalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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