-
Die Erfindung betrifft eine zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen zwei rotierbaren Verbindungselementen vorgesehene Oldhamkupplung, bei welcher die Verbindungselemente mit einem Oldhamelement zusammenwirken und in einem Fall als zweiflügeliges Antriebselement und im anderen Fall als Ring ausgebildet sind.
-
Eine derartige Oldhamkupplung ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 049 072 A1 bekannt. Bei dieser Oldhamkupplung ist die Oldham-Scheibe, welche allgemein auch als Oldhamelement oder als Zwischenscheibe bezeichnet wird, aus Kunststoff gefertigt. Die Oldham-Scheibe wirkt über Bolzen mit dem ringförmigen Verbindungselement zusammen. Die bekannte Oldhamkupplung ist als Komponente eines Phasenverstellers einer Brennkraftmaschine vorgesehen.
-
Eine weitere zur Verwendung in einem Phasenversteller einer Brennkraftmaschine vorgesehene Oldhamkupplung ist aus der
DE 10 2007 051 475 A1 bekannt. In diesem Fall ist ein Achsversatzausgleichselement, das heißt Oldhamelement, über vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Schnappbolzen mit einem rotierbaren Verbindungselement, nämlich einem Innenring eines Wälzlagers, gekoppelt.
-
Eine Oldhamkupplung mit einem Oldhamelement aus Sintermetall, in diesem Fall als Zwischenkörper sowie als Kreuzschieber bezeichnet, ist beispielsweise aus der
DE 913 117 B bekannt. Das Sintermetall, aus welchem die Oldhamscheibe gefertigt ist, ist mit Schmierstoff getränkt, um günstige Gleiteigenschaften zu erzielen. Alternativ wird die Herstellung von Gleitflächen des Oldhamelementes aus Kunststoff, beispielsweise Kunstharz, empfohlen.
-
Aus der
DE 24 04 766 C2 ist eine Kreuzscheibenkupplung, das heißt Oldhamkupplung, bekannt, welche ein mit Hilfe von Nadellagern gelagertes Oldhamelement aufweist. Die einzelnen Nadeln sind hierbei in Abschnitten von L-Profilschienen geführt. Ein gattungsgemäßes Oldhamelement geht aus
DE 10 2005 022 454 A1 hervor, das jedoch zum Ausgleich einen Achsversatzes bei einem Pumpenantrieb vorgesehen ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich Massenträgheiten sowie unter fertigungstechnischen Aspekten weiterentwickelte Oldhamkupplung anzugeben, welche besonders zur Verwendung in einem elektrisch angetriebenen Nockenwellenversteller geeignet ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Oldhamkupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Oldhamkupplung weist in an sich bekanntem Grundaufbau zwei Verbindungselemente auf, welche zur Rotation um eine gemeinsame Rotationsachse oder um zwei zueinander parallele oder zumindest annähernd parallele Rotationsachsen vorgesehen sind. Während das erste Verbindungselement als zweiflügeliges, zur Verbindung mit einer Welle vorgesehenes Antriebselement ausgebildet ist, handelt es sich bei dem zweiten Verbindungselement um einen Ring, welcher nicht notwendigerweise mit einer Welle verbunden ist.
-
Ein möglicher Achsversatz zwischen den beiden Verbindungselementen wird durch ein Oldhamelement ausgeglichen, welches mit beiden Verbindungselementen zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist das Oldhamelement als Blechteil ausgeführt, welches einen an einer der Stirnseiten des zweiten Verbindungselementes, das heißt Ringes, angeordneten, zur Kontaktierung des ersten Verbindungselementes vorgesehenen Ringabschnitt aufweist. Weiter weist das als Blechteil, vorzugsweise einstückiges Blechteil, ausgebildete Oldhamelement zwei in jeweils eine Aussparung des zweiten Verbindungselementes eingreifende Führungselemente auf. Die vorzugsweise einstückig an den Ringabschnitt anschließenden Führungselemente sowie die Aussparungen sind dabei derart geformt, dass das Oldhamelement in Radialrichtung der Oldhamkupplung beschränkt gegenüber dem zweiten Verbindungselement verlagerbar und zugleich spielarm in Umfangsrichtung geführt ist.
-
Ferner weist das Oldhamelement in Radialrichtung weisende Sicherungsenden auf, die beispielsweise an die Führungselement angeformt oder in sonstiger Weise mit den übrigen Abschnitten des Oldhamelements verbunden sein können. In jedem Fall ist ein Sicherungsring an einer der Stirnseiten des zweiten Verbindungselementes derart angeordnet, dass die Sicherungsenden und damit das gesamte Oldhamelement am zweiten Verbindungselement in Axialrichtung gehalten sind. Die Sicherung in der entgegengesetzten Axialrichtung ist vorzugsweise durch einen Anschlag des Ringabschnitts oder eines sonstigen Abschnitts des Oldhamelements am zweiten, ringförmigen Verbindungselement gegeben.
-
Durch die Gestaltung des Oldhamelementes als dreidimensional geformtes Blechteil, auch als Kupplungsblechgehäuse bezeichnet, ist sowohl eine hohe mechanische Stabilität, ein geringes Trägheitsmoment, als auch eine rationelle Herstellbarkeit der Oldhamkupplung gegeben. Das erste Verbindungselement kann beispielsweise als Sinterteil, das zweite Verbindungselement beispielsweise durch spanende Bearbeitung hergestellt sein. In vorteilhafter Ausgestaltung handelt es bei dem zweiten Verbindungselement um einen Lagerring eines Wälzlagers, beispielsweise Kugellagers. Dieses Wälzlager kann eine Komponente eines hochübersetzten Getriebes, insbesondere Wellgetriebes, sein. Dies gilt insbesondere bei Verwendung der Oldhamkupplung in einem elektrischen Nockenwellenversteller.
-
Der stirnseitig des zweiten Verbindungselementes angeordnete Ringabschnitt des Oldhamelementes weist in vorteilhafter Ausgestaltung mindestens einen gegenüber einem Mittelabschnitt des Ringabschnitts in Axialrichtung abgebogenen Randabschnitt auf. In besonders bevorzugter Ausgestaltung befindet sich sowohl am radial inneren als auch am radial äußeren Rand des Mittelabschnitts ein in Axialrichtung des insgesamt ringförmigen Oldhamelementes weisender Randabschnitt. Der ringscheibenförmige Mittelabschnitt beschreibt zusammen mit den an diesen angrenzenden Randabschnitten einen nicht notwendigerweise symmetrischen U-förmigen Querschnitt, welcher zu einem wesentlichen Teil für die Stabilität des Oldhamelements sorgt. Die Führungselemente, welche unmittelbar mit den Aussparungen im zweiten Verbindungselement zusammenwirken, können an den inneren, zylindrischen Randabschnitt angeformt sein.
-
Um eine definierte, begrenzte radiale Beweglichkeit des ersten Verbindungselementes gegenüber dem Oldhamelement sicherzustellen, weist das erste Verbindungselement vorzugsweise zwei Aussparungen auf, in welche die beiden Flügel des als zweiflügeliges Antriebselement ausgebildeten ersten Verbindungselements eingreifen. Die sich diametral gegenüberliegenden Aussparungen sowie das erste Verbindungselement sind vorzugsweise derart gestaltet, dass nicht nur eine Beweglichkeit zwischen Oldhamelement und erstem Verbindungselement in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung gegeben ist. Der maximale Durchmesser des ersten Verbindungsteils liegt zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des zweiten Verbindungsteils. Im Gegensatz zur Anordnung aus Oldhamelement und zweitem Verbindungselement ist durch das erste, auf einer Antriebswelle befestigte Verbindungselement und das Oldhamelement in vorteilhaften Ausgestaltungen keine Baueinheit mit verliersicher miteinander gekoppelten Komponenten gegeben. Vielmehr ist das erste Antriebselement vorzugsweise von einer Stirnseite der Oldhamkupplung aus in das Oldhamelement zumindest teilweise einsteckbar, wobei zwischen dem ersten Antriebselement und dem Oldhamelement keine gegen Herausziehen des Oldhamelements in Axialrichtung wirkende Sicherung gegeben ist. Diese Gestaltung ermöglicht eine sehr rationelle Montage und Demontage eines Nockenwellenverstellers, zwischen dessen elektromotorischem Antrieb und hochübersetzem Getriebe die Oldhamkupplung als Ausgleichskupplung angeordnet ist.
-
Der Sicherungsring, welcher das Oldhamelement unverlierbar am zweiten Verbindungselement hält, kann beispielsweise aus Metall gefertigt sein. Insbesondere kann es sich um einen Sicherungsring nach DIN 6799 handeln. An den Enden des offenen Ringes können sich Ösen befinden, die zu Montage- und Demontagezwecken nutzbar sind. In alternativen Ausgestaltungen handelt es sich bei dem Sicherungsring um einen Gummi- oder Kunststoffring, beispielsweise in Form eines O-Rings, oder um eine Kunststoffscheibe mit ausreichender Elastizität.
-
Die Aussparungen, welche mit den Führungselementen des Oldhamelements zusammenwirken, sind auf der Innenseite des zweiten, ringförmigen Verbindungselementes angeordnet. Die Führungselemente erstrecken sich in dieser Bauform in axialer Richtung von der ersten zur zweiten Stirnseite, wobei die Sicherungsenden am Ende jeweils eines Führungselementes radial nach außen abgebogen sind und der Sicherungsring auf der zweiten, dem Ringabschnitt des Oldhamelementes gegenüberliegenden Stirnseite des zweiten Verbindungselementes angeordnet ist. Das zweite Verbindungselement weist in dieser Bauform vorzugsweise einen T-förmigen, sich von innen nach außen verbreiternden Querschnitt auf, wobei der Sicherungsring den inneren, schmaleren Bereich des Verbindungselementes kontaktiert. Durch die sich an die Führungselemente anschließenden, orthogonal zu diesen ausgerichteten Sicherungsenden sind die einzelnen Führungselemente und damit das Oldhamelement insgesamt verstärkt.
-
Gemäß einer zweiten möglichen Bauform weist das zweite, ringförmige Verbindungselement an seiner ersten, dem Ringabschnitt des Oldhamelements zugewandten Stirnseite einen Flansch auf, welcher zur Bildung der Aussparungen für die Führungselemente des Oldhamelementes mehrfach unterbrochen ist, wobei der Sicherungsring in einer Nut des Flansches gehalten ist. Der Flansch ist hierbei vorzugsweise am inneren Rand des zweiten Verbindungselementes angeordnet, wobei sowohl die Führungselemente als auch die in die Nut des Flansches eingreifenden Sicherungsenden radial nach innen gerichtet und um 90° am Innenumfang des Oldhamelements gegeneinander versetzt angeordnet sind.
-
Übergänge zwischen radial und axial ausgerichteten Bereichen des Oldhamelementes können in allen Bauformen mit einem Freistich ausgeführt sein, welcher Spannungsspitzen vermindert. Ist im Übergangsbereichen zwischen einem axialen und einem radialen Abschnitt des Oldhamelementes ein weiteres Bauteil, insbesondere der Sicherungsring angeordnet, so sind Freistiche in den entsprechenden Übergangsbereichen eine wirkungsvolle Maßnahme, um Kantenträger zu vermeiden. Auch Hinterschnitte im Übergangsbereich zwischen dem Ringabschnitt des Oldhamelementes und den im zweiten Verbindungselement geführten Führungselementen tragen zur spannungsoptimierten Gestaltung des Oldhamelementes bei.
-
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
-
1 In perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Oldhamkupplung,
-
2 und 3 in geschnittenen, perspektivischen Ansichten die Oldhamkupplung nach 1,
-
4 und 5 Draufsichten auf die Oldhamkupplung nach 1,
-
6 eine Schnittdarstellung der Oldhamkupplung nach 1,
-
7 ein Verbindungselement der Oldhamkupplung nach 1,
-
8 und 9 ein Oldhamelement der Oldhamkupplung nach 1,
-
10 ein Sicherungsring der Oldhamkupplung nach 1,
-
11 die Oldhamkupplung nach 1 in Explosionsdarstellung,
-
12 in perspektivischer Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer Oldhamkupplung,
-
13 und 14 geschnittene Ansichten der Oldhamkupplung nach 12,
-
15 und 16 Draufsichten auf die Oldhamkupplung nach 12,
-
17 die Oldhamkupplung nach 12 in Schnittdarstellung,
-
18 und 19 ein Verbindungselement der Oldhamkupplung nach 12,
-
20 und 21 ein Oldhamelement der Oldhamkupplung nach 12,
-
22 einen Sicherungsring der Oldhamkupplung nach 12,
-
23 die Oldhamkupplung nach 12 in Explosionsdarstellung.
-
Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Fällen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die 1 bis 11 sowie die 12 bis 23 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Oldhamkupplung, welche zur Verwendung in einem elektrischen Nockenwellenversteller geeignet ist. Hinsichtlich der grundsätzlichen Funktion der Oldhamkupplung 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
-
Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele.
-
Die Oldhamkupplung 1 weist ein erstes Verbindungselement 2 auf, das als zweiflügeliges Antriebselement ausgebildet und fest mit einer Welle 3 verbunden ist, die nicht Teil der Oldhamkupplung 1 ist. Die Welle 3 ist durch einen nicht dargestellten Elektromotor antreibbar, wobei sie mit der Motorwelle des Elektromotors identisch sein kann. Die beiden Flügel 4 des ersten Verbindungselements 2 greifen in jeweils eine Aussparung 5 eines Oldhamelementes 6 ein. Hiermit ist eine Drehmoment übertragende Verbindung zwischen dem ersten Verbindungselement 2 und dem Oldhamelement 6 gegeben, wobei die beiden Elemente 2, 6 beschränkt sowie in radialer als auch in axialer Richtung gegeneinander verschiebbar sind.
-
Das Oldhamelement 6 wirkt ferner zusammen mit einem zweiten Verbindungselement 7, bei welchem es sich um einen Wälzlagerinnenring handelt, auf dem Wälzkörper 8, nämlich Kugeln, abrollen, die in einem Käfig 9 geführt sind. Das zweite, als Lagerring gestaltete Verbindungselement 7 hat eine elliptische Form und ist Komponente eines mit 10 bezeichneten Wellgenerators eines nicht weiter dargestellten hochübersetzten Getriebes, nämlich Wellgetriebes, des Nockenwellenstellers. Der mit 11 bezeichnete Außenring des Wellgenerators 10 ist im Vergleich zum zweiten Verbindungselement 7 wesentlich dünnwandiger, so dass sich seine Form bei der Rotation des zweiten Verbindungselementes 7 dessen elliptischer Form anpasst und auf eine nicht dargestellte Verzahnung des Wellgetriebes überträgt.
-
Bei dem Oldhamelement 6 handelt es sich um ein insgesamt ringförmiges Blechteil, welches einen an einer Stirnseite des zweiten Verbindungselementes 7 angeordneten Ringabschnitt 12 aufweist, von welchem in den beiden Ausführungsformen unterschiedlich gestaltete Führungselemente 13 ausgehen, die in jedem Fall in Zusammenwirkung mit dem zweiten Verbindungselement 7 für eine beschränkte Beweglichkeit des Oldhamelements 6 gegenüber dem zweiten Verbindungselement 7 in radialer Richtung sorgen. Es handelt sich hierbei um eine Beweglichkeit längs einer Geraden, die gegenüber der Verschieberichtung, in der das Oldhamelement 6 in Relation zum ersten Verbindungselement 2 verschiebbar ist, um 90° verdreht ist. Insgesamt ist damit ein Achsversatz zwischen der Welle 3, das heißt der Mittelachse des ersten Verbindungselementes 2, und der Rotationsachse des zweiten Verbindungselementes 7 ausgleichbar.
-
Im Ausführungsbeispiel nach 1 erstrecken sich die Führungselemente 13, wie insbesondere aus den 2 und 3 hervorgeht, von der ersten Stirnseite des zweiten Verbindungselementes 7 aus, das heißt von derjenigen Stirnseite aus, an welcher sich sowohl das erste Verbindungselement 2 als auch der Ringabschnitt 12 befindet, bis zur zweiten Stirnseite des zweiten Verbindungselementes 7. Die zweite Stirnseite ist einer nicht dargestellten Nockenwelle zugewandt.
-
Die beiden auch als Führungslaschen bezeichneten Führungselemente 13 der Oldhamkupplung 1 nach 1 greifen in jeweils eine Aussparung 14 am Innenumfang des zweiten Verbindungselementes 7 ein. Hierbei haben die Führungselemente 13 derart Spiel in den Aussparungen 14, dass die gewünschte Beweglichkeit zwischen dem Oldhamelement 6 und dem zweiten Verbindungselement 7 in radialer Richtung, bezogen auf die mit M bezeichnete Mittelachse der Oldhamkupplung 1, gegeben ist. Dagegen ist ein eventuelles Spiel zwischen dem Oldhamelement 6 und dem zweiten Verbindungselement 7 in Umfangsrichtung von untergeordneter Bedeutung. In vergleichbarer Weise ist zwischen dem ersten Verbindungselement 2 und dem Oldhamelement 6 eine spielarme Führung in Umfangsrichtung realisiert.
-
Um das Oldhamelement 6 gegenüber dem zweiten Verbindungselement 7 in Axialrichtung zu sichern, weisen die beiden Führungselemente 13 an ihren Enden radial nach außen gerichtete Sicherungsenden 15 auf, an welchen sie durch einen Sicherungsring 16, welcher an der zweiten, dem Ringabschnitt 12 gegenüberliegenden Stirnseite des Verbindungselementes 7 angeordnet ist, gesichert sind.
-
Der Sicherungsring 16 liegt, wie beispielsweise aus den 3 und 6 ersichtlich ist, am inneren, schmaleren Bereich des T-förmigen Querschnitts des ringförmigen zweiten Verbindungselementes 7 an. Im Vergleich zum inneren, schmaleren Bereich des zweiten Verbindungselementes 7 weißt der äußere Bereich des zweiten Verbindungselementes 7, an dessen Außenoberfläche eine mit 17 bezeichnete Laufbahn für die Wälzkörper 8 gebildet ist, eine größere Breite, das heißt Erstreckung in axialer Richtung der Oldhamkupplung 1, auf.
-
Der in 10 (erstes Ausführungsbeispiel) beziehungsweise in 22 (zweites Ausführungsbeispiel) isoliert dargestellte Sicherungsring 16 ist aus Metall gefertigt. Alternativ käme auch die Verwendung eines Sicherungsrings aus Kunststoff oder Gummi in Betracht.
-
Während der Sicherungsring 16 ein Abziehen des Oldhamelementes 6 vom zweiten Verbindungselement 7 in Richtung zur Welle 3 verhindert, ist eine axiale Sicherung in umgekehrter Richtung schon durch die Dimensionierung des Ringabschnitts 12 in Relation zum zweiten Verbindungselement 7 gegeben. Der Ringabschnitt 12 weist im Querschnitt eine unsymmetrische U-Form auf, wobei sich an einen ringscheibenförmigen Mittelabschnitt 18 ein innerer Randabschnitt 19 und ein äußerer Randabschnitt 20 anschließen. Die Führungselemente 13 schließen sich unmittelbar an den zylindrischen inneren Randabschnitt 19 an. Die Aussparungen 5 des Oldhamelementes 6 unterbrechen sowohl den Mittelabschnitt 18 als auch den inneren Randabschnitt 19. Im Bereich der Aussparungen 5 sind der Mittelabschnitt 18 sowie der äußere Randabschnitt 20 radial nach außen erweitert beziehungsweise versetzt. Das erste, zweiflügelige Verbindungselement 2 weist einen Durchmesser auf, welcher größer als der Innendurchmesser und kleiner als der maximale Außendurchmesser des zweiten, ringförmigen Verbindungselementes 7 ist. Ohne Einfluss auf die Drehmoment übertragende Funktion der Oldhamkupplung 1 sind die Flügel 4 des ersten Verbindungselementes 2 in den beiden Aussparungen 5 des Oldhamelementes 6 auch in axialer Richtung der Oldhamkupplung 1 innerhalb bestimmter Grenzen verlagerbar.
-
Sowohl im Ausführungsbeispiel nach 1 als auch im Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Oldhamkupplung 1 auch in der Lage, geringe Winkelfehler zwischen den miteinander gekoppelten rotierbaren Teilen, das heißt der Welle 3 einerseits und dem zweiten, ringförmigen Verbindungselement 7 andererseits, auszugleichen.
-
Das Ausführungsbeispiel nach 12 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass der Ringabschnitt 12, die Führungselemente 13, sowie die Sicherungsenden 15 auf derselben Stirnseite, nämlich der der Welle 3 zugewandten Stirnseite, des zweiten Verbindungselementes 7 angeordnet sind. Hierbei sind die Sicherungsenden 15 nicht am Ende jeweils eines Führungselements 13, sondern um 90° gegenüber den Führungselementen 13 angeordnet.
-
Sowohl die Führungselemente 13 als auch die Sicherungsenden 15 wirken mit einem Flansch 21 zusammen, der an den Innenumfang des zweiten Verbindungselementes 7 angeformt ist. Bei den Aussparungen 14 des zweiten Verbindungselementes 7 handelt es sich um Aussparungen im Flansch 21. Die Führungselemente 13 sind komplett in radialer Richtung ausgerichtet und liegen stirnseitig am zweiten Verbindungselement 7 an. Im Vergleich zu den Führungselementen 13 weisen die ebenfalls laschenförmigen Sicherungsenden 15 eine geringere Erstreckung in radialer Richtung auf. Der Sicherungsring 16, an welchem sich die Sicherungsenden 15 abstützen, greift in eine Nut 22 auf der Außenseite des Flansches 21 ein. Das Oldhamelement 6 ist damit mit dem zweiten Verbindungselement 7 unverlierbar koppelbar, wobei bei der Montage eine Zugänglichkeit des zweiten Verbindungselementes 7 nur auf einer Stirnseite dieses Verbindungselementes 7 ausreichend ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Oldhamkupplung
- 2
- erstes Verbindungselement
- 3
- Welle
- 4
- Flügel
- 5
- Aussparung im Ringabschnitt des Oldhamelementes
- 6
- Oldhamelement
- 7
- zweites Verbindungselement
- 8
- Wälzkörper
- 9
- Käfig
- 10
- Wellgenerator
- 11
- Außenring
- 12
- Ringabschnitt
- 13
- Führungselement
- 14
- Aussparung im zweiten Verbindungselement
- 15
- Sicherungsende
- 16
- Sicherungsring
- 17
- Laufbahn
- 18
- Mittelabschnitt
- 19
- innerer Randabschnitt
- 20
- äußerer Randabschnitt
- 21
- Flansch
- 22
- Nut
- M
- Mittelachse
