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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
EP 1 043 486 B1 ist eine Kurbelwelle eines Motors bekannt geworden, bei der zwei Kettenräder jeweils mittels Spannschrauben gegen eine Wellenschulter verspannt angeordnet sind.
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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 Merkmale 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 Kettenrad 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 Kettenrad 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:
- 1 eine perspektivische Teilansicht einer Kurbelwelle eines Dieselmotors mit einem Getriebeanschlussflansch und zwei Kettenradhälften vor der Anordnung zwischen zwei Wellenabsätzen der Kurbelwelle;
- 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 Wellenabsätze 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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Bezugszeichenliste
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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