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Die Erfindung betrifft eine Ausgleichskupplung aufweisende Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Ausgleichskupplung ist hierbei zur drehfesten Kopplung einer Motorwelle eines Elektromotors mit einem Getriebe, insbesondere Untersetzungsgetriebe, vorgesehen.
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Eine derartige Verstellvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 051 475 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Verstellvorrichtung mit einer als Oldham-Kupplung ausgebildeten Ausgleichkupplung. Die bekannte Verstellvorrichtung ist als Phasenversteller einer Brennkraftmaschine verwendbar. Eine allgemein als Achsversatzausgleichselement bezeichnete Oldham-Scheibe der Vorrichtung ist mit einem Innenring eines Wälzlagers verbunden.
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Ein weiterer Phasenversteller für eine Brennkraftmaschine mit einer Oldham-Kupplung ist aus der
DE 10 2007 049 072 A1 bekannt. Mit einer in diesem Fall aus Kunststoff bestehenden Oldham-Scheibe wirkt ein zweiflügeliges Antriebselement zusammen. Das Antriebselement ist gegenüber der Oldham-Scheibe in einer definierten Richtung beschränkt verschiebbar. Das zweiflügelige Antriebselement ist auf einer Abtriebswelle eines Aktuators angeordnet.
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Aus der
DE 198 57 248 C2 ist eine Kreuzscheibenkupplung zum Verbinden von zwei Wellenenden bekannt, wobei eine Kreuzscheibe eine Komponente eines Nut-Federsystems darstellt. Eine weitere Kreuzscheibenkupplung zeigt
DE 603 04 954 T2 .
DE 10 2014 219 364 A1 zeigt eine Oldhamkupplung mit einer Motorwelle, die über ein zweiflügeliges Antriebselement in ein ringförmiges Oldhamelement eingreift, das mit einem zweiten, ebenfalls ringförmigen zweiten Verbindungselement in Kontakt steht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung, welche eine Ausgleichskupplung aufweist, die einen Elektromotor mit einem Getriebe, insbesondere mit einem als Untersetzungsgetriebe ausgelegten Stellgetriebe, koppelt, gegenüber dem genannten Stand der Technik hinsichtlich eines besonders kompakten und montagefreundlichen Aufbaus weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In an sich bekannter Grundkonzeption weist die Verstellvorrichtung einer Ausgleichskupplung auf, welche den Ausgleich eines Radialversatzes zwischen einem Elektromotor und einem von diesem betätigten Getriebe ermöglicht. Komponenten der Ausgleichskupplung sind hierbei ein erstes, motorseitiges, das heißt fest mit einer Motorwelle des Elektromotors verbundenes, Kupplungselement, ein zweites, getriebeseitiges Kupplungselement, sowie ein mit beiden Kupplungselementen zusammenwirkendes Ausgleichselement. Erfindungsgemäß ist die Motorwelle des Elektromotors zugleich als erstes Kupplungselement der Ausgleichskupplung ausgebildet.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen, welche einen elektrischen Antrieb, ein Getriebe, sowie eine den elektrischen Antrieb mit dem Getriebe flexibel koppelnde Ausgleichskupplung umfassen, ist somit die Teileanzahl sowie der Bauraumbedarf signifikant reduziert, wobei keinerlei funktionelle Einschränkungen gegeben sind. Ebenso sind im Vergleich zu herkömmlichen Stellvorrichtungen die Trägheitsmomente drastisch reduziert, was wesentlich zu einer verbesserten Verstelldynamik beiträgt.
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Bei der Ausgleichskupplung handelt es sich um eine Oldham-Kupplung. Die Oldham-Kupplung wird im Rahmen der Fertigung der Verstellvorrichtung bevorzugt erst im letzten Montageschritt zusammengesetzt. Eine herkömmliche Oldham-Scheibe, wie sie in gängigen Ausgleichskupplungen zu finden ist, ist bei der anmeldungsgemäßen Verstellvorrichtung nicht vorhanden. Die Funktion einer Oldham-Scheibe wird stattdessen in vorteilhafter Ausgestaltung durch ein zweiflügeliges Ausgleichselement übernommen, dessen Außenkontur prinzipiell einem zweiflügeligen Antriebselement in Stellvorrichtungen entspricht. Insbesondere kann die Außenkontur des Ausgleichselementes der Außenkontur des in dem bereits genannten Dokument
DE 10 2007 049 072 A1 mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichneten Antriebselementes, welches auch als „drive element“ bezeichnet wird, entsprechen. Im grundlegenden Unterschied zu der aus der
DE 10 2007 049 072 A1 bekannten Vorrichtung ist das innerhalb der anmeldungsgemäßen Verstellvorrichtung zum Einsatz kommende zweiflügelige Element jedoch mit keiner der miteinander zu koppelnden Wellen oder sonstigen rotierenden Teile fest verbunden.
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Das zweiflügelige Ausgleichselement ist gegenüber dem ersten, motorseitigen Kupplungselement und gegenüber dem zweiten, getriebeseitigen Kupplungselement in zwei zueinander orthogonalen, jeweils radialen Richtungen beschränkt verschiebbar. Die Verschieberichtung des ersten Kupplungselementes, das heißt der Motorwelle des Elektromotors, gegenüber dem Ausgleichselement wird als erste Radialrichtung bezeichnet. Hierbei kann zur Optimierung eines Gleitkontaktes zwischen der Motorwelle und dem Ausgleichselement eine Ummantelung der Motorwelle, beispielsweise in Form eines aufgepressten Blechteils, vorgesehen sein, welche das Ausgleichselement kontaktiert. Ebenso kann ein das Ausgleichselement kontaktierendes Ansatzstück der Motorwelle als erstes Kupplungselement vorgesehen sein. In analoger Weise kann auch eine am ersten Kupplungselement anliegende Kontaktfläche des Ausgleichselementes eine Beschichtung oder Auskleidung aufweisen, welche als Gleitlagerfläche fungiert.
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In allen Fällen weist die als Kupplungselement vorgesehene Motorwelle zwei abgeflachte, zueinander parallele Flanken auf, welche in einer als Langloch geformten Ausnehmung des Ausgleichselementes geführt sind. Die Flanken können entweder komplett eben oder ballig geformt sein, wobei bei einer balligen Gestaltung ein Krümmungsradius in einer Ebene liegen kann oder Krümmungsradien in mehreren Ebenen, beispielsweise in Form einer sphärischen Oberfläche, gegeben sein können. Auf diese Weise ist die Reibung zwischen den Flanken und dem Ausgleichselement im Vergleich zu einer ebenen Gestaltung der Flanken herabgesetzt.
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Das Langloch, welches den als Zweiflach gestalteten Abschnitt der Motorwelle in drehmomentübertragender Weise führt, kann entweder als Sackloch oder als Durchgangsbohrung gestaltet sein. Der längliche Querschnitt des Langlochs gibt in beiden Fällen die erste Radialrichtung vor, das heißt die Verschieberichtung, in welcher ein Versatz der Motorwelle gegenüber dem Ausgleichselement möglich ist. Die Führung des Zweiflachs in dem Langloch ist als Spielpassung gestaltet.
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Die Flanken sind beispielsweise durch Materialabtrag in Form spanabhebender Bearbeitung erzeugbar. Die so erzeugten Flanken ragen nicht über einen gedachten Zylinder hinaus, welcher durch die Oberfläche der Motorwelle beschrieben ist. Abweichend hiervon sind die Flanken auch durch umformende Verfahren herstellbar, wobei in diesem Fall das zur Drehmomentübertragung vorgesehene, die Flanken aufweisende Ende der Motorwelle gegenüber der übrigen Motorwelle verbreitert sein kann.
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Unabhängig davon, ob der abgeflachte, im Ausgleichselement verschiebbar geführte Endabschnitt der Motorwelle - im Querschnitt betrachtet - komplett innerhalb der zylindrischen Außenkontur der Motorwelle liegt oder gegenüber dieser zylindrischen Kontur aufgeweitet ist, ist durch die Motorwelle vorzugsweise ein gegenüber dem Ausgleichselement in einer Axialrichtung wirksamer Anschlag gebildet. Auf diese Weise ist zum einen eine einfache Montag der Ausgleichskupplung möglich; zum anderen sind auch zumindest geringfügige Axialbewegungen zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe durch die Ausgleichskupplung kompensierbar. Eine in der entgegengesetzten Axialrichtung wirksame Sicherung, das heißt eine Sicherung, welche ein Herausziehen der Motorwelle aus dem Ausgleichselement verhindert, kann beispielsweise durch einen Sicherungsring realisiert sein.
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Das Ausgleichselement ist als zweiflügeliges Antriebselement ausgebildet. Dessen Flügel liegen in einer zur Ausrichtung des Langlochs, das heißt zur ersten Radialrichtung, orthogonalen Verschiebeebene, in welcher das Ausgleichselement relativ zum zweiten Kupplungselement verschiebbar ist. Die in der ersten Radialrichtung gemessene Dicke der beiden Flügel ist hierbei vorzugsweise geringer als der in derselben Richtung gemessene Maximaldurchmesser des Langlochs. Die Dicke eines Flügels ist an derjenigen Stelle des Flügels zu messen, an welcher dieser das zweite Kupplungselement kontaktiert.
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Das Ausgleichselement, welches die Form eines zweiflügeligen Antriebselementes aufweist, ist rationell beispielsweise pulvermetallurgisch herstellbar. Ebenso sind spanabhebende sowie umformende Verfahren zur Herstellung des Ausgleichselementes geeignet.
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Bei dem zweiten Kupplungselement handelt es sich um einen Wälzlagerinnenring, insbesondere Innenring eines Kugellagers. Ein solches Kugellager oder sonstiges Wälzlager fungiert hierbei als Komponente eines Wellgenerators. Das Getriebe ist in diesem Fall insgesamt als Wellgetriebe ausgebildet.
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Die Verstellvorrichtung ist sowohl für stationäre Anwendungen als auch für die Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet. Beispielsweise ist die Verstellvorrichtung als elektrischer Nockenwellenversteller ausgebildet. Ebenso ist die Verstellvorrichtung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Hubkolbenmotors, verwendbar. In diesem Fall wird mittels des Getriebes der Verstellvorrichtung eine Exzenterwelle verstellt, welche über ein Nebenpleuel mit weiteren Komponenten eines Kurbeltriebs zusammenwirkt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ausschnittsweise eine Verstellvorrichtung mit Ausgleichskupplung in perspektivischer Darstellung ,
- 2 bis 4 verschiedene Schnitte durch die Anordnung nach 1.
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Bei der in den Figuren dargestellten Verstellvorrichtung handelt es sich um einen elektrischen Nockenwellenversteller, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Der Nockenwellenversteller wird durch einen nicht dargestellten Elektromotor, beispielsweise einen elektronisch kommutierenden Synchronmotor, betätigt, dessen Motorwelle mit 2 bezeichnet ist. Bei der Motorwelle 2 handelt es sich zugleich um ein erstes Kupplungselement einer als Oldham-Kupplung ausgebildeten Ausgleichskupplung 1, welche den Elektromotor mit einem Getriebe, nämlich Wellgetriebe, des elektrischen Nockenwellenverstellers unter Ermöglichung eines Radialversatzes koppelt.
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Ein Lagerring 4, nämlich Wälzlagerinnenring, fungiert als zweites, getriebeseitiges Kupplungselement der Ausgleichskupplung 1 und ist Komponente eines Wellgenerators, welcher dem Getriebe der Verstellvorrichtung zuzurechnen ist. Der Lagerring 4 weist eine elliptische, nicht kreisrunde Außenkontur auf, wobei auf einer Laufbahn 11 des Lagerrings 4 abrollende Wälzkörper, nämlich Kugeln, zugleich einen nicht dargestellten, flexiblen Außenring kontaktieren, der sich bei Rotation des Lagerrings 4 permanent dessen nicht kreisrunder Form anpasst.
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Mit der Motorwelle 2, das heißt dem ersten Kupplungselement, und dem Lagerring 4, das heißt dem zweiten Kupplungselement, wirkt direkt ein zweiflügeliges Antriebselement 3 zusammen, welches als Ausgleichselement der Ausgleichskupplung 1 fungiert.
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Das Ausgleichselement 3 ist zweiflügelig gestaltet, wobei zwei Flügel jeweils mit 5 und ein im Vergleich zu den Flügeln 5 verdickter Mittelabschnitt des Ausgleichselementes 3 mit 8 bezeichnet ist. Die beiden Flügel 5 sind jeweils in einer Aussparung 6 im Lagerring 4 beschränkt verschiebbar geführt, wobei die Ebene, in welcher die Flügel 5 liegen, als Verschiebeebene bezeichnet wird. Die Flügel 5 sind, wie aus 2 hervorgeht, mit linienförmigen Kontaktbereichen in den Aussparungen 6 geführt.
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Orthogonal zur Verschiebeebene ist eine als Langloch 7 geformte Ausnehmung im Antriebselement 3 ausgerichtet. In die Ausnehmung 7 greift ein abgeflachter Abschnitt 9 der Motorwelle 2 ein. Abweichend von der vereinfachten Darstellung nach 2 kann der abgeflachte Abschnitt 9 leicht ballig gestaltet sein.
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In der Anordnung nach 2 ist die Motorwelle 2 konzentrisch zum Lagerring 4 angeordnet, wobei die gemeinsame Rotationsachse mit R bezeichnet ist. Die Motorwelle 2 liegt mit Flanken 10 des abgeflachten Abschnitts 9 an der Wandung der Ausnehmung 7 an. In Axialrichtung ist die Motorwelle 2 durch ein Sicherungselement in Form eines Seegerringes gegen Herausziehen aus der Ausgleichkupplung 1 gesichert.
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Innerhalb der Ausnehmung 7 ist die Motorwelle 2 in einer definierten Richtung, welche als erste Radialrichtung bezeichnet und normal zur Verschiebeebene ausgerichtet ist, beschränkt verschiebbar. Insgesamt ist damit durch die Ausgleichskupplung 1 ein Achsversatz zwischen der Motorwelle 2 und dem Lagerring 4 in beliebiger Radialrichtung ausgleichbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausgleichskupplung
- 2
- Motorwelle, erstes Kupplungselement
- 3
- Ausgleichselement, Antriebselement
- 4
- Lagerring, zweites Kupplungselement
- 5
- Flügel
- 6
- Aussparung im Lagerring
- 7
- Langloch, Ausnehmung im Antriebselement
- 8
- Mittelabschnitt
- 9
- abgeflachter Abschnitt
- 10
- Flanke des abgeflachten Abschnitts
- 11
- Laufbahn
- R
- Rotationsachse
