DE102016222773B3

DE102016222773B3 - Ausgleichskupplung

Info

Publication number: DE102016222773B3
Application number: DE102016222773.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Peter Zierer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2036-11-19
Also published as: WO2018091017A1

Abstract

Eine zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen einem ersten rotierenden Maschinenelement (3), nämlich einer Welle, und einem zweiten rotierenden Maschinenelement (4) vorgesehene Ausgleichkupplung (2) weist ein Ausgleichselement (4) auf, welches in einer ersten Verschiebeebene gegenüber dem ersten Maschinenelement (3) und in einer hierzu orthogonalen zweiten Verschiebeebene gegenüber dem zweiten Maschinenelement (11) verschiebbar ist. Das Ausgleichselement (4) ist als im Längsschnitt C-förmiges Element ausgebildet, wobei ein Zentralstück (5) des Ausgleichselementes (4) das erste Maschinenelement (3) kontaktiert und zwei vom Zentralstück (5) ausgehende C-Schenkel (7, 8) in Führungen (12) im zweiten Maschinenelement (11) eingreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen einem ersten rotierenden Maschinenelement, nämlich einer Welle, und einem zweiten rotierenden Maschinenelement geeignete Ausgleichskupplung.
Eine Ausgleichskupplung ist beispielsweise aus der DE 198 57 248 C2 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Kreuzscheibenkupplung zum Verbinden von zwei Wellenenden mittels einer Kreuzscheibe über ein Nut-Federsystem, wobei in den Stirnseiten der Kreuzscheibe zueinander orthogonale Radialnuten ausgespart sind. Die Radialnuten ermöglichen die Übertragung eines Drehmoments und lassen zugleich einen axialen Versatz zwischen Kreuzscheibe und Welle zu.
Die DE 199 09 931 A1 offenbart eine Kupplung zum Verbinden zweier Wellenenden, wobei ein Kupplungselement mit beiden Wellenenden formschlüssig verbunden ist. Das Kupplungselement weist zwei fest miteinander verbundene, parallel zueinander angeordnete Bolzen auf, welche jeweils in ein Wellenende eingreifen.
Ausgleichskupplungen in Form von Oldham-Kupplungen sind unter anderem in elektrischen Nockenwellenverstellern verwendbar. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2007 051 475 A1 sowie auf die DE 10 2007 049 072 A1 verwiesen. Im letztgenannten Fall ist eine Oldham-Scheibe, das heißt ein Ausgleichselement, aus Kunststoff gefertigt. In die Oldham-Scheibe greift ein zweiflügliges Antriebselement ein, welches fest mit einer Abtriebswelle eines Aktuators verbunden ist.
Weitere Ausgleichskupplungen gehen aus DE 10 2013 215 623 A1 und DE 10 2014 219 364 A1 hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterentwickelte, für ein Stellgetriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, geeignete, besonders robuste Ausgleichskupplung anzugeben.
Diese Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ausgleichskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen einem ersten rotierenden Maschinenelement, nämlich einer Welle, und einem zweiten rotierenden, nicht notwendigerweise als Welle ausgebildeten Maschinenelement vorgesehene Ausgleichkupplung weist ein auch als Oldham-Element bezeichnetes Ausgleichselement auf, welches in einer ersten Verschiebeebene gegenüber der Welle und in einer hierzu orthogonalen zweiten Verschiebeebene gegenüber dem zweiten Maschinenelement verschiebbar ist. Das Ausgleichselement ist als im Längsschnitt C-förmiges Element ausgebildet, wobei ein Zentralstück des Ausgleichselementes das erste Maschinenelement kontaktiert und zwei vom Zentralstück ausgehende C-Schenkel in Führungen eingreifen, welche im zweiten Maschinenelement gebildet sind.
Das C-förmige Ausgleichselement, welches die Welle mit dem weiteren Maschinenelement koppelt, ist vorzugsweise als ein- oder mehrteiliges Federelement ausgebildet. Im Fall der Mehrteiligkeit sind nicht notwendigerweise sämtliche Bestandteile des Ausgleichselementes als federnde Elemente gestaltet. Die beiden C-Schenkel des Ausgleichselementes können zum Beispiel als Federdraht oder in Form gebogener Blattfedern vorliegen. Ist das Ausgleichselement einstückig ausgebildet, so stellt auch das Zentralstück des Ausgleichselementes einen Federdrahtabschnitt oder Abschnitt eines sonstigen Federelementes dar. Ansonsten sind zwei einzelne Federabschnitte, insbesondere Federdrahtabschnitte, welche jeweils einen C-Schenkel des Ausgleichselementes bilden, mit einem gesonderten Zentralstück verbunden.
Was die Zusammenwirkung des Zentralstücks mit der Welle betrifft, kommen verschiedene Führungsmechanismen in Betracht. Beispielsweise weist das Zentralstück ein Langloch auf, in welchem ein abgeflachtes Endstück des ersten Maschinenelementes, das heißt der Welle, geführt ist. Das abgeflachte Endstück kann hierbei gegenüber der übrigen Welle verbreitert sein.
Die Welle kann direkt durch die Motorwelle eines Stellmotors, das heißt eine Verstellwelle, gebildet sein. Ebenso kann auf eine Motorwelle oder sonstige Stellwelle oder Antriebswelle ein Blechteil aufgepresst sein, welches als Bestandteil der Welle das Zentralstück des Ausgleichselementes kontaktiert. Die Werkstoffe, aus welchen die Welle oder zumindest dessen das Zentralstück kontaktierender Abschnitt einerseits und das Zentralstück andererseits gefertigt sind, sind hinsichtlich ihrer Gleiteigenschaften aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen auswählbar. Beispielsweise ist eine dem ersten Maschinenelement zuzurechnende Wellenummantelung aus einer Buntmetall- oder Leichtmetall-Legierung gefertigt, während das hierauf gleitgelagerte Zentralstück des Ausgleichselementes aus Stahl gefertigt ist. Bei dem Zentralstück handelt es sich beispielsweise um ein spanabhebend gefertigtes Metallteil oder um ein Sinterteil. Ebenso kann es sich bei dem Zentralstück um ein durch Umformung hergestelltes Metallteil handeln.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist das erste Maschinenelement gegenüber dem Ausgleichselement sowohl in der ersten Verschiebeebene begrenzt verschiebbar als auch in Axialrichtung verlagerbar. Eine Begrenzung der axialen Verlagerbarkeit kann zum Beispiel in einer ersten Richtung durch einen Absatz der Welle und in der Gegenrichtung durch einen Sicherungsring gegeben sein. Anstelle einer begrenzten axialen Verschiebbarkeit zwischen der Welle und dem Zentralstück des Ausgleichselementes oder zusätzlich zu einer solchen Verschiebbarkeit kann auch eine axial verschiebbare Führung der beiden C-Schenkel in Ausnehmungen des zweiten Maschinenelementes vorgesehen sein.
Besonders bei einstückiger Gestaltung des Ausgleichselementes, insbesondere in Form eines C- oder U-förmig gebogenen Federdrahtes, kommt auch eine feste Verbindung zwischen dem Ausgleichselement und dem ersten Maschinenelement in Betracht. Die Verschiebbarkeit innerhalb der ersten Maschinenebene ist hierbei durch elastische Eigenschaften des Ausgleichselementes gegeben. Das Ausgleichselement ist zum Beispiel durch eine Klemmverbindung, beispielsweise in Form einer sogenannten TOX-Verbindung, an der Welle befestigt. Ist dagegen eine Verschiebbarkeit zwischen dem Wellenende und dem einteiligen Ausgleichselement vorgesehen, so kann das Ausgleichselement beispielsweise in einem Schlitz am Wellenende geführt sein.
In allen Bauformen ist durch die Ausgleichskupplung nicht nur ein Achsversatz sondern auch ein Winkelfehler zwischen den drehfest miteinander gekoppelten Maschinenteilen ausgleichbar. Bei dem zweiten Maschinenteil handelt es sich beispielsweise um den Innenring eines Wellgenerators in einem Wellgetriebe. Ein solcher Innenring weist als Wälzlager- oder Gleitlagerring eine nicht kreisrunde Außenkontur auf und dient der Verformung eines elastischen Getriebeelementes.
Die Ausgleichskupplung ist besonders für die Verwendung bei einem Stellgetriebe geeignet. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Stellgetriebe einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors oder um ein Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers handeln.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 eine Ausgleichskupplung im Querschnitt,
2 die Ausgleichskupplung im Längsschnitt,
3 die Ausgleichskupplung in perspektivischer Ansicht.
Eine in den Figuren nur ausschnittsweise dargestellte Stellvorrichtung 1 umfasst eine Ausgleichskupplung 2, welche ein erstes rotierendes Maschinenelement 3, nämlich eine Welle, drehfest mit einem zweiten rotierenden Maschinenelement, nämlich einem Innenring 11 eines Wellgenerators, unter Ermöglichung eines Achsversatzes sowie einer begrenzten Verkippung zwischen den Maschinenelementen 3, 11 koppelt. Insgesamt handelt es sich bei der Stellvorrichtung 1 um einen elektrischen Nockenwellenversteller, welcher mit einem Wellgetriebe als Stellgetriebe arbeitet. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion der Stellvorrichtung 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen. Der Innenring 11 ist Teil eines Wellgenerators des Wellgetriebes.
Das erste rotierende Maschinenelement 3 ist identisch mit der als Verstellwelle fungierenden Motorwelle eines Stellmotors der Stellvorrichtung 1, das heißt des elektrischen Nockenwellenverstellers. Die Rotationsachse des Maschinenelementes 3 ist, abgesehen von einem eventuell auftretenden, mittels der Ausgleichskupplung 2 auszugleichenden Achsversatzes, identisch mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle.
Kernkomponente der Ausgleichskupplung 2 ist ein mehrteilig aufgebautes Ausgleichselement 4, welches ein Zentralstück 5 mit zylindrischer Grundform sowie eine hieran angeschlossene Federvorrichtung 6 umfasst.
Die Federvorrichtung 6 ist aufgebaut aus zwei C-förmigen Federarmen 7, 8, welche auch als C-Schenkel bezeichnet werden. Die C-Form des gesamten Ausgleichselementes 4 geht insbesondere aus 2 hervor.
Im Zentralstück 5 befindet sich eine schlitzförmige Aussparung 10, in welche ein abgeflachtes Endstück 9 der Welle 3, das heißt ein Zweiflach als integraler Bestandteil der Welle 3 eingreift. Auf diese Weise ist das Ausgleichselement 4 gegenüber der Welle 3 in einer ersten Verschiebeebene verschiebbar. Diese erste Verschiebeebene wird als xz-Ebene (3) definiert. Die z-Richtung ist hierbei mit der Axialrichtung des ersten Maschinenelementes 3 identisch.
Die C-Schenkel 7, 8 liegen in einer zweiten Verschiebeebene, nämlich yz-Ebene. Vom Zentralstück 5 abgewandte Enden der Federarme 7, 8 sind in z-Richtung, das heißt parallel zur Welle 3, ausgerichtet, und greifen in Aussparungen 12 des Innenrings 11 ein. Jede als Führung fungierende Aussparung 12 ist als Langloch gestaltet, wobei beide Aussparungen 12 in der yz-Ebene, das heißt zweiten Verschiebeebene, liegen.
Bei dem Innenring 11, das heißt dem zweiten rotierenden Maschinenelement, handelt es sich um einen Wälzlagerring mit nicht kreisrunder Außenkontur. Auf der mit 13 bezeichneten, nicht kreisrunden, elliptischen Wälzkörperlaufbahn des Innenrings 11 rollen Kugeln 14 als Wälzkörper ab, welche in einem Käfig 15 geführt sind und einen nachgiebigen Außenring 16 kontaktieren. Das Wälzlager 11, 14, 16 stellt damit insgesamt einen Wellgenerator innerhalb der Stellvorrichtung 1 dar.
Der Außenring 16, welcher sich permanent der unrunden Form des Innenrings 11 anpasst, verformt in an sich bekannter Weise ein flexibles Getriebeelement innerhalb eines Wellgetriebes, welches als Stellgetriebe der Stellvorrichtung 1 fungiert.
Bezugszeichenliste

1: Stellvorrichtung
2: Ausgleichskupplung
3: Welle, erstes Maschinenelement
4: Ausgleichselement
5: Zentralstück
6: Federvorrichtung
7: Federarm, C-Schenkel
8: Federarm, C-Schenkel
9: abgeflachtes Endstück
10: Langloch, Aussparung im Zentralstück
11: Innenring, zweites Maschinenelement
12: Führung, Aussparung im Innenring
13: Wälzkörperlaufbahn
14: Wälzkörper
15: Käfig
16: Außenring

Claims

Ausgleichskupplung (2) zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen einem ersten rotierenden Maschinenelement (3), nämlich einer Welle, und einem zweiten rotierenden Maschinenelement (11), mit einem Ausgleichselement (4), welches in einer ersten Verschiebeebene gegenüber dem ersten Maschinenelement (3) und in einer hierzu orthogonalen zweiten Verschiebeebene gegenüber dem zweiten Maschinenelement (11) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) als im Längsschnitt C-förmiges Element ausgebildet ist, wobei ein Zentralstück (5) des Ausgleichselementes (4) das erste Maschinenelement (3) kontaktiert und zwei vom Zentralstück (5) ausgehende C-Schenkel (7, 8) in Führungen (12) im zweiten Maschinenelement (11) eingreifen.
Ausgleichkupplung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) als Federelement ausgebildet ist.
Ausgleichkupplung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) mehrteilig aufgebaut ist.
Ausgleichkupplung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden C-Schenkel (7, 8) des Ausgleichselementes (4) jeweils als Federdraht ausgebildet sind.
Ausgleichkupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralstück (5) ein Langloch (10) aufweist, in welchem ein abgeflachtes Endstück (9) des ersten Maschinenelementes (3) geführt ist.
Ausgleichkupplung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenelement (3) mittels der Langloch-Führung gegenüber dem Ausgleichselement (4) sowohl in der ersten Verschiebeebene verschiebbar als auch in Axialrichtung verlagerbar ist.
Ausgleichkupplung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralstück (5) fest mit dem ersten Maschinenelement verbunden (3) und die Verschiebbarkeit in der ersten Maschinenebene durch die Elastizität des Ausgleichselementes (4) gegeben ist.
Ausgleichkupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Maschinenelement (11) als Innenring eines Wellgenerators ausgebildet ist.
Verwendung einer Ausgleichkupplung (2) nach Anspruch 1 in einem Stellgetriebe einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine.
Verwendung einer Ausgleichkupplung (2) nach Anspruch 1 in einem Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers.