DE102014218234A1

DE102014218234A1 - Oldhamkupplung und Verfahren zur Herstellung einer Oldhamkupplung

Info

Publication number: DE102014218234A1
Application number: DE102014218234.4A
Authority: DE
Inventors: Armin Braun
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: DE102014218234B4

Abstract

Eine Oldhamkupplung (1) umfasst zwei äußere, jeweils eine Rotationsachse aufweisende Verbindungsscheiben (3), sowie eine mittlere Scheibe (2), nämlich Oldhamscheibe, welche zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen den Rotationsachsen vorgesehen ist, wobei zumindest in eine der Verbindungsscheiben (3) Bolzen (9) eingesetzt sind, welche in der mittleren Scheibe (2) verschiebbar geführt sind. Auf den aus der Verbindungsscheibe (3) ragenden Abschnitt des Bolzens (9) ist jeweils eine in der mittleren Scheibe (2) geführte, einen nach außen gerichteten Flansch (13) aufweisende Hülse (12) aufgepresst.

Description

Die Erfindung betrifft eine zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen zwei Wellen vorgesehene Oldhamkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen auch als Kreuzscheibenkupplung bezeichneten Kupplung.
Eine gattungsgemäße Oldhamkupplung ist beispielsweise aus der DE 10 2007 049 072 A1 bekannt. Bei dieser Oldhamkupplung ist die Oldhamscheibe, welche allgemein auch als Zwischenscheibe bezeichnet wird, aus Kunststoff gefertigt. Die bekannte Oldhamkupplung ist als Komponente eines Phasenverstellers einer Brennkraftmaschine vorgesehen.
Eine weitere Oldhamkupplung, welche ebenfalls zur Verwendung in einem Phasenversteller einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, ist aus der DE 10 2007 051 475 A1 bekannt. In diesem Fall ist die Oldhamscheibe als Achsversatzausgleichselement bezeichnet. Das Achsversatzausgleichselement hat – wie sein Name sagt – die Aufgabe, einen Achsversatz zwischen rotierenden Teilen zu kompensieren. Bei einem dieser Teile handelt es sich dabei um den Innenring eines Wälzlagers. In dem Lagerinnenring sind mehrere sich in Axialrichtung des Lagerrings erstreckende Schnappbolzen gehalten, welche in dem Achsversatzausgleichselement beschränkt beweglich geführt sind. Nach der DE 10 2007 051 475 A1 bestehen die Schnappbolzen vorzugsweise aus Kunststoff.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelte Oldhamkupplung anzugeben, welche sich insbesondere hohe mechanische Präzision sowie besondere Montagefreundlichkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Oldhamkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Oldhamkupplung gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung und umgekehrt.
Die Oldhamkupplung weist in an sich bekannten Grundaufbau zwei äußere, rotierbare, ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Verbindungsscheiben bezeichnete Teile auf. Ein Achsversatz zwischen diesen Verbindungsscheiben kann mittels der Oldhamkupplung ausgeglichen werden, wobei die Rotationsachsen der Verbindungsscheiben zueinander parallel sind oder höchstens einen geringen Winkel zwischen sich einschließen. Zu diesem Zweck ist zwischen den Verbindungsscheiben eine mittlere Scheibe angeordnet, welche auch als Oldhamscheibe bezeichnet wird. In mindestens eine der Verbindungsscheiben sind Bolzen eingesetzt, welche in der Oldhamscheibe verschiebbar geführt sind, um den Ausgleich des Achsversatzes zu ermöglichen. Jeder Bolzen weist somit einen Abschnitt auf, welcher in einer der Verbindungsscheiben gehalten ist, sowie einen weiteren Abschnitt, welcher aus der Verbindungsscheibe herausragt. Erfindungsgemäß ist auf den letztgenannten Abschnitt des Bolzens eine in der Oldhamscheibe geführte Hülse aufgepresst, welche einen nach außen gerichteten Flansch aufweist. Durch diesen Flansch ist eine in Axialrichtung wirkende Sicherung gegeben, welche ein Lösen der Oldhamscheibe von der Verbindungsscheibe, in welcher sich die Bolzen befinden, verhindert.
Während zwischen den Bolzen samt aufgepresster Hülse und der Oldhamscheibe eine Beweglichkeit gegeben sein muss, um die Funktion der Oldhamkupplung zu gewährleisten, sind die Bolzen in die Verbindungsscheibe unbeweglich eingesetzt, vorzugsweise eingepresst. Das Einpressen der Bolzen erfolgt vorzugsweise von der äußeren Stirnseite der Verbindungsscheibe aus, das heißt von derjenigen Seite aus, die bei fertig montierter Oldhamkupplung der Oldhamscheibe abgewandt ist, wobei während des Vorgangs des Einpressens der Bolzen die Oldhamscheibe noch nicht in den Montagevorgang einbezogen ist.
Die Verbindungsscheibe ist vorzugsweise aus Metall gefertigt, wobei spanende Fertigungsverfahren ebenso zum Einsatz kommen können wie urformende Herstellungsschritte, beispielsweise bei einer Fertigung der Verbindungsscheibe als Sinterteil. Die mittlere Scheibe, das heißt Oldhamscheibe, kann beispielsweise aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. In bevorzugter Ausgestaltung kontaktiert nicht der Bolzen selbst, sondern lediglich die auf diesen aufgepresste Hülse die Oldhamscheibe. Vorzugsweise weist der Bolzen eine höhere Oberflächenhärte als die Hülse auf. Eine Verformung des Bolzens ist bei der Montage der Oldhamkupplung in bevorzugter Verfahrensführung nicht vorgesehen. Nachdem die Hülse auf den Bolzen aufgepresst ist, kann an dieser Stelle, das heißt an der aus der Verbindungsscheibe ragenden Stirnseite des Bolzens, ein Verstemmen als zusätzlicher Verfahrensschritt folgen.
In Abhängigkeit von dem Material der Oldhamscheibe kann für die Hülse ein Werkstoff gewählt werden, welcher hinsichtlich Gleiteigenschaften optimiert ist. Im Fall einer Oldhamscheibe aus Stahl kann die Hülse beispielsweise aus einem Stahl anderer Zusammensetzung oder aus einer Buntmetalllegierung gefertigt sein. Ist die Oldhamscheibe aus Kunststoff, beispielsweise in Form eines Spritzgussteils, hergestellt, so kommt ebenfalls eine Hülse aus Buntmetall oder aus Stahl in Betracht. In allen Fällen unterscheidet sich der Werkstoff, aus welchem die Hülse gefertigt ist, vorzugsweise von dem Werkstoff, aus welchem die Oldhamscheibe gefertigt ist.
Die Herstellung der Oldhamkupplung kann folgende Schritte umfassen, welche Montageschritte sowie eine Schleifbearbeitung einschließen:

– Eine mehrere Bohrungen aufweisende Verbindungsscheibe, an deren Außenumfang sich eine noch nicht fertig bearbeitete Wälzkörperlaufbahn befindet, wird bereitgestellt,
– in die Bohrungen der Verbindungsscheibe werden Bolzen eingesetzt, nämlich eingepresst,
– am Außenumfang der Verbindungsscheibe wird die Wälzkörperlaufbahn fertig geschliffen,
– auf die Verbindungsscheibe wird ein Wellgenerator einschließlich einer Anzahl die Wälzkörperlaufbahn kontaktierender Wälzkörper, vorzugsweise Kugeln, montiert,
– auf die Bolzen wird eine mittlere Scheibe, nämlich Oldhamscheibe, welche eine Anzahl mit den Bolzen zusammenwirkender Schlitze aufweist, aufgesetzt,
– durch eine weitere mit der mittleren Scheibe zusammenwirkende Verbindungsscheibe, welche nicht notwendigerweise eine mit der ersten Verbindungsscheibe identische Form aufweist, wird die Oldhamkupplung komplettiert.

Bei den Bolzen, welche in die Verbindungsscheibe eingesetzt werden, kann es sich um Wälzlagernadeln handeln, wie sie üblicherweise in Nadellagern verwendet werden. Derartige Lagernadeln sind rationell mit hoher Präzision herstellbar.
Alternativ weisen die Bolzen mehrere Bereiche unterschiedlichen Durchmessers auf, wobei der von der Hülse umgebene Abschnitt eines jeden Bolzens einen geringeren Durchmesser als der aus der Hülse ragende, in der Verbindungsscheibe gehaltene Abschnitt des Bolzens aufweist. Hierbei entspricht der Außendurchmesser der Hülse vorzugsweise dem Durchmesser des Bolzens in dessen aus der Hülse ragendem Abschnitt. Die Anordnung aus Bolzen und Hülse hat somit insgesamt einen weitgehend konstanten Durchmesser. Auf derjenigen Seite des Bolzens, welche der Hülse gegenüberliegt, kann ein Setzkopf als integraler Bestandteil des Bolzens ausgebildet sein, welcher bei fertig montierter Oldhamkupplung an der der Oldhamscheibe gegenüberliegenden Stirnseite der Verbindungsscheibe angeordnet ist. Die üblicherweise bei Nietverbindungen gewählte Bezeichnung Setzkopf wird im vorliegenden Fall verwendet, obwohl nicht der Bolzen selbst, sondern höchstens die auf dem Bolzen gehaltene Hülse bei der Herstellung der Oldhamkupplung verformt wird.
Durch das Einpressen des Bolzens in die Verbindungsscheibe kann diese in einem technisch relevanten Ausmaß verformt werden. Dies gilt insbesondere in Fällen, in welchen die Verbindungsscheibe zugleich Komponente einer Wälzlagerung, beispielsweise innerhalb eines Wellgenerators, ist, wobei der Wellgenerator Teil eines Getriebes eines Phasenverstellers einer Brennkraftmaschine sein kann.
Durch das Fertigschleifen der Wälzkörperlaufbahn erst nach dem Einsetzen der Bolzen in die Verbindungsscheibe, welche zugleich einen Lagerinnenring darstellt, ist eine extrem hohe Präzision der Geometrie der Wälzkörperlaufbahn erzielbar.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 und 2 ausschnittsweise ein erstes Ausführungsbeispiel einer Oldhamkupplung,
3 einen Bolzen sowie eine Hülse der Oldhamkupplung nach 1,
4 und 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Oldhamkupplung in Ansichten analog 1 und 2,
6 einen Bolzen und eine Hülse der Oldhamkupplung nach 4.
Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind bei beiden Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele.
Eine in den 1 und 2 beziehungsweise in den 4 und 5 ausschnittsweise dargestellte Oldhamkupplung 1 ist zur Verwendung in einem elektrischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus sowie der Funktion der Oldhamkupplung 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Die Oldhamkupplung 1 umfasst eine mittlere Scheibe 2, welche auch als Oldhamscheibe bezeichnet wird, sowie zwei axial der mittleren Scheibe 2 benachbarte Verbindungsscheiben 3, von welchen jeweils nur eine einzige in den 1, 2, 4, 5 dargestellt ist. Bei der dargestellten Verbindungsscheibe 3 handelt es sich um einen Innenring eines mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichneten Wellgenerators eines hoch untersetzten Wellgetriebes des elektrischen Nockenwellenverstellers. Mit der Welle des Elektromotors des Nockenwellenverstellers ist die nicht dargestellte Verbindungsscheibe der Oldhamkupplung 1 fest verbunden. Eine Ausgangswelle des Getriebes des elektrischen Nockenwellenverstellers ist mit einer Nockenwelle, nämlich Einlass- oder Auslassnockenwelle, der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Oldhamkupplung 1 kann ein Achsversatz zwischen der Nockenwelle und der Welle des Elektromotors des Nockenwellenverstellers ausgeglichen werden.
In den Figuren sind ferner Wälzkörper 5, nämlich Kugeln, sowie ein Ring 6 mit einer Außenverzahnung 7 erkennbar. Die Wälzkörper 5 rollen auf einer exzentrischen Wälzkörperlaufbahn 8 des Lagerinnenrings, das heißt der Verbindungsscheibe 3, ab und pressen die Außenverzahnung 7 des nachgiebig gestalteten Rings 6 an zwei gegenüberliegenden Stellen des Umfangs des Rings 6 gegen eine nicht dargestellte Innenverzahnung des Wellgetriebes. Die Zähnezahl der Außenverzahnung 7 unterscheidet sich geringfügig von der Zähnezahl der mit der Außenverzahnung 7 zusammenwirkenden Innenverzahnung, sodass eine Rotation der Verbindungsscheibe 3 zu einer im Vergleich hierzu langsamen Verdrehung des Rings 6 in Relation zu dem die Innenverzahnung aufweisenden Bauteil des Wellgetriebes führt.
Bei der Fertigung der Oldhamkupplung 1 wird zunächst die Verbindungsscheibe 3 mit noch nicht auf Maß geschliffener Wälzkörperlaufbahn 8 bereitgestellt. Anschließend werden zwei Bolzen 9 in jeweils eine Bohrung 11 in der Verbindungsscheibe 3 eingepresst. Das Einpressen der beiden Bolzen 9 erfolgt von derjenigen Seite aus (in den Anordnungen nach den 1 und 4 von der linken Seite aus), welche eine Außenseite der Oldhamkupplung 1 darstellt. Durch den Einpressvorgang verformt sich die Wälzkörperlaufbahn 8 signifikant. Die aufgespannte Verbindungsscheibe 3 einschließlich der eingepressten Bolzen 9 wird jetzt einer Schleifbearbeitung unterzogen, durch welche die Wälzkörperlaufbahn 8 auf Maß geschliffen wird. Im Anschluss wird der Wellgenerator 4 montiert. Erst nach der Montage des Wellgenerators 4 auf der Verbindungsscheibe 3 wird die Oldhamscheibe 2 auf die Bolzen 9 aufgesetzt, wobei die Bolzen 9 in Langlöcher 10 in der Oldhamscheibe 2 ragen. Die Bolzen 9 haben in den Langlöchern 10 in allen Richtungen Spiel. In diesem Zustand wird auf die beiden sich am Umfang der Verbindungsscheibe 3 diametral gegenüberliegenden Bolzen 9 jeweils eine Hülse 12 aufgepresst, deren Länge etwa der Tiefe des Langlochs 10 entspricht. Die Hülse 12 weist einen mit einer Stirnseite des Bolzens 9 fluchtenden, nach außen gerichteten Flansch 13 auf, welcher das Langloch 10 etwas überragt, sodass die Oldhamscheibe 2 auf der Verbindungsscheibe 3 unverlierbar gehalten ist. Optional ist eine zusätzliche Verstemmung der Hülse 12 auf dem Bolzen 9 vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 handelt es sich bei dem Bolzen 9 um eine Wälzlagernadel, welche beispielsweise einen Durchmesser von 2,5 mm aufweist. Der als Wälzlagernadel ausgebildete Bolzen 9 ist im Wesentlichen zylindrisch geformt, wobei die Mantelfläche zu den Stirnseiten des Bolzens 9 hin jeweils etwas verjüngt ist. Durch diese Verjüngungen ist ein einfaches Einpressen des Bolzens 9 in die zugehörige Bohrung 11 in der Verbindungsscheibe 3 möglich, wobei keine speziellen Einführschrägen oder Fasen an der Bohrung 11 erforderlich sind.
Der im Ausführungsbeispiel nach den 4 bis 6 verwendete Bolzen 9 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass er zwei Abschnitte 14, 15 unterschiedlichen Durchmessers sowie einen den Abschnitt 15 abschließenden sogenannten Setzkopf 16 aufweist. Der Setzkopf 16 liegt bei fertig montierter Oldhamkupplung 1 an der der Oldhamscheibe 2 abgewandten Stirnseite der Verbindungsscheibe 3 an, während der dickere Abschnitt 15 in die Verbindungsscheibe 3 eingepresst ist. Auf den dünneren Abschnitt 14 ist die Hülse 12 aufgepresst, deren Außendurchmesser dem Durchmesser des dickeren Abschnitts 15 entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Oldhamkupplung
2: mittlere Scheibe, Oldhamscheibe
3: Verbindungsscheibe, Lagerinnenring
4: Wellgenerator
5: Wälzkörper
6: Ring
7: Außenverzahnung
8: Wälzkörperlaufbahn
9: Bolzen
10: Langloch
11: Bohrung
12: Hülse
13: Flansch
14: Abschnitt
15: Abschnitt
16: Setzkopf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007049072 A1 [0002]
DE 102007051475 A1 [0003, 0003]

Claims

Oldhamkupplung (1), mit zwei äußeren, jeweils eine Rotationsachse aufweisenden Verbindungsscheiben (3), sowie einer mittleren Scheibe (2), welche zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen den Rotationsachsen vorgesehen ist, wobei zumindest in eine der Verbindungsscheiben (3) Bolzen (9) eingesetzt sind, welche in der mittleren Scheibe (2) verschiebbar geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf den aus der Verbindungsscheibe (3) ragenden Abschnitt des Bolzens (9) jeweils eine in der mittleren Scheibe (2) geführte, einen nach außen gerichteten Flansch (13) aufweisende Hülse (12) aufgepresst ist.
Oldhamkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (12) eine geringere Oberflächenhärte als der Bolzen (9) aufweist.
Oldhamkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (9) in seinem von der Hülse (12) umgebenen Abschnitt (14) einen geringeren Durchmesser als in seinem aus der Hülse (12) ragenden Abschnitt (15) aufweist.
Oldhamkupplung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Hülse (12) dem Durchmesser des Bolzens (9) in seinem aus der Hülse (12) ragenden Abschnitt (15) entspricht.
Oldhamkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (9) an seinem von der Hülse (12) abgewandten Ende einen Setzkopf (16) aufweist.
Oldhamkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bolzen (9) Wälzlagernadeln vorgesehen sind.
Oldhamkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang der Verbindungsscheibe (3) eine Wälzlagerlaufbahn (8) ausgebildet und die Verbindungsscheibe (3) Teil eines Wellgenerators (4) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Oldhamkupplung (1), mit folgenden Schritten: – Eine mehrere Bohrungen (11) aufweisende Verbindungsscheibe (3) wird bereitgestellt, – in die Bohrungen (11) werden Bolzen (9) eingesetzt, – am Außenumfang der Verbindungsscheibe (3) wird eine Wälzkörperlaufbahn (8) geschliffen, – auf die Verbindungsscheibe (3) wird ein Wellgenerator (4) einschließlich einer Anzahl die Wälzkörperlaufbahn (8) kontaktierender Wälzkörper (5) montiert, – auf die Bolzen (9) wird eine mittlere Scheibe (2), welche eine Anzahl mit den Bolzen (9) zusammenwirkender Langlöcher (10) aufweist, aufgesetzt, – durch eine weitere mit der mittleren Scheibe (2) zusammenwirkende Verbindungsscheibe (3) wird die Oldhamkupplung (1) komplettiert.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen (9) in die Bohrungen (11) der Verbindungsscheibe (3) von der der mittleren Scheibe (2) abgewandten Seite aus eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen aus der Verbindungsscheibe (3) ragenden Abschnitt des Bolzens (9) eine Hülse (12) aufgepresst wird.