-
Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Welle mit einer solchen Klauenkupplung.
-
Bei der Welle kann es sich insbesondere um eine Nockenwelle einer Kraftstoffhochdruckpumpe handeln, mittels welcher ein Pumpenkolben der Kraftstoffhochdruckpumpe in einer Hubbewegung antreibbar ist. Das heißt, dass die Rotationsbewegung der Nockenwelle in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens umgewandelt wird. Die Klauenkupplung dient dabei der Verbindung der Nockenwelle mit einer koaxial angeordneten weiteren Welle, über welche die Nockenwelle antreibbar ist.
-
Stand der Technik
-
Eine Klauenkupplung der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 055 261 A1 hervor. Sie umfasst ein erstes und ein zweites Kupplungsstück sowie einen zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsstück angeordneten Zwischenring. Die Kupplungsstücke weisen jeweils zwei oder mehr Klauen auf, die von beiden Seiten und in Drehrichtung versetzt zueinander in den Zwischenring eingreifen, so dass eine in Drehrichtung formschlüssige Verbindung hergestellt ist. Die Klauen des ersten Kupplungsstücks sind radial außen in Bezug auf eine Nabe angeordnet, die der Verbindung des Kupplungsstücks mit einer Welle dient. In axialer Richtung überdecken die Klauen die Nabe, so dass eine besonders kompakt bauende Klauenkupplung geschaffen wird.
-
Die Klauenkupplung ist konstruktionsbedingt mit einem Klauenspiel behaftet, so dass Relativbewegungen des Kupplungsstücks gegenüber dem Zwischenring, auch Kreuzscheibe genannt, möglich sind. Bei einem wechselnden Antriebsmoment, das heißt bei einem Antriebsmoment, das sowohl positive als auch negative Anteile besitzt, wie dies bei einem Nockenwellentrieb der Fall ist, führt das Klauenspiel zu einem wechselseitigen Abheben und Anlegen der Klauen an dem Zwischenring bzw. an der Kreuzscheibe. Dies hat zur Folge, dass die jeweiligen Kontaktflächen einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind. Ferner werden Vibrationen und/oder Geräusche erzeugt, die als störend empfunden werden und sich negativ auf die NVH („Noise Vibration Harshness“) auswirken.
-
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Klauenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Welle mit einer solchen Klauenkupplung vorgeschlagen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die zur Verbindung mit einer Welle vorgeschlagene Klauenkupplung umfasst mindestens ein Klauenkupplungsstück und eine Kreuzscheibe, wobei das Klauenkupplungsstück axial vorstehende Klauen aufweist, die in Ausnehmungen der Kreuzscheibe eingreifen, so dass eine drehfeste Verbindung des Kupplungsstücks mit der Kreuzscheibe hergestellt ist. Erfindungsgemäß sind die Klauen in radialer Richtung und/oder in mindestens einer Drehrichtung der Welle an mindestens einem elastisch verformbaren Abschnitt und/oder Teil der Kreuzscheibe abgestützt. Die elastische Verformbarkeit des mindestens einen Abschnitts bzw. Teils der Kreuzscheibe bewirkt eine Dämpfung des Anschlagimpulses, wenn die Klauen aufgrund wechselnder Antriebsmomente umschlagen. Auf diese Weise wird der Verschleiß im Kontaktbereich gemindert. Zugleich werden Vibrationen und Geräusche reduziert, was sich positiv auf die NVH auswirkt.
-
Bevorzugt wird die Dämpfungswirkung in radialer Richtung und/oder in einer Drehrichtung bewirkt, die der Hauptdrehrichtung der Welle entgegengesetzt ist. Denn in Hauptdrehrichtung der Welle ist eine besonders steife Verbindung wünschenswert, um eine optimale Drehmomentübertragung zu gewährleisten.
-
Ferner kann über den mindestens einen elastisch verformbaren Abschnitt bzw. das mindestens eine elastisch verformbare Teil der Kreuzscheibe eine Entkopplung in axialer Richtung bewirkt werden, die zu einer Reduzierung von auf die Welle einwirkenden Axialkräften führt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kreuzscheibe als Verbundkörper ausgeführt. Das heißt, dass es sich bei der Kreuzscheibe um ein aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehendes, aber einteilig ausgeführtes Bauteil handelt. Durch die reduzierte Bauteilzahl wird die Montage vereinfacht. Zur Ausbildung des mindestens einen elastisch verformbaren Abschnitts ist die Kreuzscheibe abschnittsweise, d. h. in mindestens einem Abschnitt, aus einem elastomeren Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus einem auf Polyurethan basierenden Werkstoff.
-
Bevorzugt weist die Kreuzscheibe mehrere elastisch verformbare Abschnitte auf, die in der Weise angeordnet sind, dass zumindest eine Ausnehmung der Kreuzscheibe über jeweils einen elastisch verformbaren Abschnitt eine Begrenzung erfährt. Beispielsweise ist es möglich, einen elastisch verformbaren Abschnitt zwischen zwei Ausnehmungen anzuordnen, wobei die eine Ausnehmung der Aufnahme einer Klaue eines ersten Kupplungsstücks und die weitere Ausnehmung der Aufnahme einer Klaue eines weiteren Kupplungsstücks dient. Die beiden Ausnehmungen weisen somit jeweils eine elastisch verformbare Flanke auf, wobei die dieser Flanke jeweils gegenüberliegende Flanke vorzugsweise nicht von einem elastisch verformbaren Abschnitt begrenzt wird, um eine steife Drehverbindung in der anderen Drehrichtung, bevorzugt die Hauptdrehrichtung, zu erhalten.
-
Alternativ oder ergänzend können die elastisch verformbaren Abschnitte auch derart angeordnet sein, dass sie die Ausnehmungen in radialer Richtung begrenzen. Auf diese Weise werden in radialer Richtung auftretende Relativbewegungen eines Kupplungsstücks gegenüber der Kreuzscheibe gedämpft.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Kreuzscheibe mehrteilig ausgeführt. Die mehrteilige Ausführung erleichtert die Herstellung der Kreuzscheibe, da die mehreren aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgeführten Teile separat hergestellt werden können. Zur Ausbildung des mindestens einen elastisch verformbaren Teils ist die Kreuzscheibe teilweise aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise aus einem auf Polyurethan basierenden Werkstoff, gefertigt. Das mindestens eine elastisch verformbare Teil kann anschließend mit der Kreuzscheibe kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden, beispielsweise durch eine Steck-, Klemm-, Press- und/oder Rastverbindung, so dass es verliersicher gehalten ist.
-
Bevorzugt weist die Kreuzscheibe mehrere elastisch verformbare Teile auf, die jeweils im Bereich einer Ausnehmung der Kreuzscheibe angeordnet sind und der Begrenzung mindestens einer Ausnehmung dienen. Wie bereits zuvor in Verbindung mit den elastisch verformbaren Abschnitten erläutert, können auch die elastisch verformbaren Teile in der Weise angeordnet werden, dass sie jeweils eine Flanke mindestens einer Ausnehmung ausbilden und/oder eine Ausnehmung in radialer Richtung begrenzen. Es ergeben sich die gleichen Vorteile.
-
Darüber hinaus kann die Kreuzscheibe als mehrteiliger Verbundkörper ausgeführt sein, der mindestens einen elastisch verformbaren Abschnitt sowie mindestens ein elastisch verformbares Teil umfasst.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kreuzscheibe einen metallischen Grundkörper aufweist. Das heißt, dass die Kreuzscheibe überwiegend aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist. Über den metallischen Grundkörper ist eine in Hauptdrehrichtung besonders steife Drehverbindung realisierbar. Zu diesem Zweck ist bevorzugt der metallische Grundkörper derart gestaltet, dass die Klauen der Klauenkupplungsstücke in Hauptdrehrichtung am metallischen Grundkörper abgestützt bzw. abstützbar sind. Eine Verbindung des metallischen Grundkörpers mit dem mindestens einen elastisch verformbaren Abschnitt und/oder Teil kann in einfacher Weise durch Umspritzen oder Kleben erzielt werden.
-
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine elastisch verformbare Abschnitt und/oder das mindestens eine elastisch verformbare Teil der Kreuzscheibe gegenüber mindestens einer Klaue vorgespannt ist bzw. sind. Durch die Vorspannung des elastisch verformbaren Abschnitts bzw. Teils gegenüber der Klaue kann der Bewegungsraum der Klaue innerhalb der jeweiligen Ausnehmung der Kreuzscheibe minimiert werden. Das heißt, dass eine zumindest annähernd spielfreie Aufnahme der Klaue ermöglicht wird.
-
Vorteilhafterweise sind die Ausnehmungen der Kreuzscheibe dergestalt, dass sie die Kreuzscheibe in axialer Richtung durchsetzen. Auf diese Weise können über die Klauenkupplung axiale Längentoleranzen ausgeglichen werden. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmungen der Kreuzscheibe bis nach radial außen geführt sind. Das heißt, dass die Ausnehmungen die Außenumfangsfläche unterbrechen. Dies hat den Vorteil, dass Toleranzen in radialer Richtung ausgleichbar sind.
-
Bevorzugt werden zwei benachbarte Ausnehmungen der Kreuzscheibe von einem elastisch verformbaren Abschnitt oder Teil der Kreuzscheibe begrenzt. Der elastisch verformbare Abschnitt bzw. das elastisch verformbare Teil kommt somit zwischen zwei Ausnehmungen zu liegen und bildet jeweils eine elastisch verformbare Flanke der Ausnehmungen aus. Die diesen Flanken gegenüberliegenden Flanken der Ausnehmungen werden bevorzugt vom metallischen Grundkörper gebildet, so dass die zwischen den Ausnehmungen verbleibenden Abschnitte bzw. Teile abwechselnd elastisch verformbar und nicht elastisch verformbar ausgebildet sind. An den nicht elastisch verformbaren Abschnitten bzw. Teilen sind die Klauen bevorzugt in der Hauptdrehrichtung der Welle abgestützt, so dass sehr steife Verbindungen zur optimalen Drehmomentübertragung realisierbar sind.
-
Idealerweise ist die Anzahl der Ausnehmungen der Kreuzscheibe eine gerade Zahl. Das heißt, dass sich jeweils zwei Ausnehmungen diametral gegenüberliegen, wenn die Anordnung der Ausnehmungen in gleichem Winkelabstand zueinander erfolgt. Letzteres hat eine gleichmäßige Kraftverteilung bzw. Belastung der Klauenkupplung zur Folge, die sich ebenfalls verschleißmindernd auswirkt. Die Anzahl der Ausnehmungen kann beispielsweise vier, sechs oder acht betragen.
-
Die Klauen der mit der Kreuzscheibe zu verbindenden beiden Klauenkupplungsstücke sind vorzugsweise gleich ausgebildet. Die Winkellage eines Klauenkupplungsstücks zur Kreuzscheibe ist somit unerheblich. Die Winkellage der beiden Klauenkupplungsstücke zueinander ist vorzugsweise versetzt, so dass die Klauen eines Klauenkupplungsstücks in jede zweite Ausnehmung eingreifen. In den dazwischen liegenden Ausnehmungen greifen die Klauen des jeweils anderen Klauenkupplungsstücks ein. Auf diese Weise ist eine drehfeste Verbindung gewährleistet, über welche hohe Drehmomente übertragbar sind.
-
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Welle mit einer erfindungsgemäßen Klauenkupplung angegeben. Vorzugsweise dient die Welle dem Antrieb einer Kraftstoffhochdruckpumpe, da hier die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen kommen. Bei der Welle kann es sich daher insbesondere um eine Nockenwelle handeln.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer erfindungsgemäßen Klauenkupplung,
-
2 einen schematischen Querschnitt durch die Klauenkupplung der 1 und
-
3 einen schematischen Querschnitt durch eine Klauenkupplung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Der 1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 12 für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zu entnehmen. Die dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe 12 umfasst ein Gehäuse 13, in dem eine als Nockenwelle ausgebildete Welle 11 in der Weise aufgenommen ist, dass ein Endabschnitt 14 der Welle 11 aus dem Gehäuse 13 herausragt. Auf den Endabschnitt 14 der Welle 11 ist eine erfindungsgemäße Klauenkupplung 10 aufgesetzt, die der Verbindung der Welle 11 mit einer weiteren Welle (nicht dargestellt) dient, so dass über die Drehbewegung der weiteren Welle die Welle 11 der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 in einer Drehbewegung antreibbar ist. Die weitere Welle wird dabei koaxial zur Welle 11 angeordnet und mit der Klauenkupplung 10 drehfest verbunden.
-
Die Klauenkupplung 10 der 1 umfasst ein Klauenkupplungsstück 1 und eine Kreuzscheibe 3. Das Klauenkupplungsstück 1 weist einen Nabenabschnitt 15 auf, über den es drehfest mit der Welle 11 verbunden ist. Der Nabenabschnitt 15 wird in axialer Richtung von zwei Klauen 4 überragt, die in Ausnehmungen 6 der Kreuzscheibe 3 eingreifen. Insgesamt weist die Kreuzscheibe 3 vier Ausnehmungen 6 auf, wobei die zwei weiteren Ausnehmungen 6 der Aufnahme von Klauen 5 eines weiteren Klauenkupplungsstücks 2 dienen, das mit der in der 1 nicht dargestellten weiteren Welle verbunden ist. In der 2 sind die Klauen 5 gestrichelt dargestellt. Die vier Ausnehmungen 6 verleihen der Kreuzscheibe 3 ihre Kreuzform. Die Kreuzscheibe 3 kann aber auch mehr als die vier dargestellten Ausnehmungen 6 aufweisen.
-
Die axiale Lage der Klauenkupplung 10 auf dem Endabschnitt 14 der Welle 11 ist durch eine Mutter 16 gesichert.
-
Wie ferner der 1 zu entnehmen ist, greifen die Klauen 4 des auf der Welle 11 aufsitzenden Klauenkupplungsstücks 1 in der Weise in die Ausnehmungen 6 der Kreuzscheibe 3 ein, das ein Formschluss in beide Drehrichtungen der Welle 11 erzielt wird. Der Formschluss wird über Flanken 17, 18 erreicht, die vorliegend unterschiedlich ausgebildet sind. Denn die Flanke 17 wird durch einen Grundkörper 9 der Kreuzscheibe 3 ausgebildet, der aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist. Demgegenüber ist die Flanke 18 an einem Abschnitt 7 (oder einem Teil 8) der Kreuzscheibe 3 ausgebildet, der (oder das) aus einem elastomeren Werkstoff gefertigt ist. Die Flanke 18 ist somit elastisch verformbar, so dass hierüber eine Dämpfungswirkung erzielbar ist, wenn aufgrund wechselnder Antriebsmomente die Klaue 4 in der Ausnehmung 6 umschlägt. Sofern die Flanke 18 durch einen elastisch verformbaren Abschnitt 7 ausgebildet werden soll, kann der der Grundkörper 9 der Kreuzscheibe 3 mit dem elastisch verformbaren Werkstoff umspritzt werden. Die Kreuzscheibe 3 ist in diesem Fall als Verbundkörper ausgeführt. Alternativ können die Flanken 18 aber auch durch mindestens ein elastisch verformbares Teil ausgebildet werden, das mit dem Grundkörper 9 der Kreuzscheibe 3 kraft- und/oder formschlüssig verbunden wird. In diesem Fall ist die Kreuzscheibe 3 mehrteilig, das heißt zumindest zweiteilig, ausgeführt.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klauenkupplung 10 ist in der 3 dargestellt. Die Abstützung der Klauen 4, 5 erfolgt in beiden Drehrichtungen über Flanken 17 eines metallischen Grundkörpers 9 und in radialer Richtung über elastisch verformbare Teile 8, die gegen die Klauen 4, 5 radial vorgespannt sind. Die Teile 8 sind auf den Grundkörper 9 aufgesteckt. Wird anstelle einer Steckverbindung eine stoffschlüssige Verbindung gewählt, wird ein Verbundkörper mit Abschnitten 7 realisiert.
-
Die in den 2 und 3 näher dargestellten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Klauenkupplung 10 weisen Merkmale auf, die untereinander beliebig austauschbar oder kombinierbar sind. Dies gilt insbesondere für die Form und Anordnung der Abschnitte 7 bzw. der Teile 8.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007055261 A1 [0003]
