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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zum Koppeln eines Nockenwellenstellers mit einem Aktuator, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
EP 2 006 501 A1 ist ein Nockenwellensteller zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments von einer Riemenscheibe an eine Nockenwelle bekannt. Der Nockenwellensteller weist ein erstes Hohlrad auf, welches mit der Nockenwelle und der Riemenscheibe verbindbar ist. Der Nockenwellensteller weist zudem ein koaxial neben dem ersten Hohlrad angeordnetes, zweites Hohlrad auf, wobei die beiden Hohlräder eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen aufweisen. Über den jeweiligen Hohlrädern zugeordnete Planetengetriebe ist eine Winkelbeziehung zwischen den beiden Hohlrädern veränderbar, und dadurch ein Phasenversatz zwischen der Nockenwelle und der Riemenscheibe einstellbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche bei der Anordnung zwischen einem Nockenwellenversteller und einem Aktuator entstehende Lagetoleranzen auf besonders günstige Weise ausgeglichen werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einer Kupplungsvorrichtung zum Koppeln eines Nockenwellenverstellers mit einem Aktuator aus. Die Kupplungsvorrichtung umfasst ein Zylinderstiftelement sowie ein erstes Hülsenelement mit einem ersten Formschlussbereich zur zumindest mittelbaren Drehmomentübertragung zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Aktuator und mit einer quer zu einer Axialerstreckungsrichtung der Kupplungsvorrichtung orientierten, ersten Radialöffnung. In die erste Radialöffnung ist das Zylinderstiftelement einführbar, um das erste Hülsenelement mittels des Zylinderstiftelements mit einer Antriebswelle des Aktuators zu koppeln. Der Aktuator kann auch als Elektromotor bezeichnet werden.
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Um bei der Anordnung zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Aktuator entstehende Lagetoleranzen auf besonders günstige Weise auszugleichen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Kupplungsvorrichtung ein zur Koppelung mit dem Nockenwellenversteller ausgebildetes, zweites Hülsenelement umfasst, welches einen zweiten Formschlussbereich aufweist, an welchem der erste Formschlussbereich zur Drehmomentübertragung zwischen den Hülsenelementen abstützbar ist und welches zumindest eine, quer zu der Axialerstreckungsrichtung der Kupplungsvorrichtung orientierte, zweite Radialöffnung zur Koppelung der Hülsenelemente mittels des Zylinderstiftelements aufweist. Dies ist von Vorteil, da die beiden Hülsenelemente an deren jeweiligen Radialöffnungen mittels des Zylinderstiftelements relativ zueinander verkippbar sind, wodurch ein Ausgleich eines Winkelversatzes zwischen dem Aktuator, welcher auch als Stellmotor bezeichnet werden kann, und dem Nockenwellenversteller ermöglicht ist. Die beiden Hülsenelemente sind also mit anderen Worten um eine Mittelachse des Zylinderstiftelements relativ zueinander verschwenkbar.
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Das erste Hülsenelement und das zweite Hülsenelement sind bei deren Koppelung mittels des Zylinderstiftelements vorzugsweise zumindest bereichsweise in Axialerstreckungsrichtung der Kupplungsvorrichtung ineinander geschoben. Dadurch baut die Kupplungsvorrichtung besonders kompakt und kann auch auf einem geringen, zur Verfügung stehenden Bauraum zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Aktuator eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das erste Hülsenelement und das zweite Hülsenelement bei deren Kopplung mittels des Zylinderstiftelements in Axialerstreckungsrichtung, in Radialerstreckungsrichtung und zusätzlich oder alternativ in Umfangsrichtung der Kupplungsvorrichtung relativ zueinander bewegbar. Dies ist von Vorteil, da somit auch ein etwaiger Axialversatz, ein Radialversatz bzw. ein Drehversatz zwischen dem Aktuator und dem Nockenwellenversteller mittels der Kupplungsvorrichtung ausgeglichen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Formschlussbereich als in Axialerstreckungsrichtung orientierte Nut und der zweite Formschlussbereich als in Axialerstreckungsrichtung orientiertes Langloch ausgebildet. Durch eine derartige Nut-Langlochkombination kann eine besonders einfache und wirksame Drehmomentübertragung zwischen dem Aktuator und dem Nockenwellenversteller mittels der jeweiligen Formschlussbereiche der jeweiligen Hülsenelemente erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Radialöffnung als Ausnehmung ausgebildet, welche sich von einem, dem ersten Hülsenelement abgewandten Hülsenelementende in Axialerstreckungsrichtung in Richtung des ersten Hülsenelements erstreckt. Dies ist von Vorteil, da das Zylinderstiftelement bei der Koppelung der beiden Hülsenelemente dementsprechend in Axialerstreckungsrichtung in der zweiten Radialöffnung (Ausnehmung) gleiten kann. Dadurch kann ein etwaiges Verkannten der Kupplungsvorrichtung infolge von Relativbewegungen zwischen den beiden Hülsenelementen auf besonders einfache Art und Weise vermieden werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Seitenansicht auf eine Anordnung bei welcher der Aktuator über eine Kupplungsvorrichtung mit einem Nockenwellenversteller gekoppelt ist;
- 2 eine Detailansicht auf einen Aufnahmebereich des Nockenwellenverstellers, in welchen die Kupplungsvorrichtung zumindest bereichsweise eingeführt ist;
- 3 ein Längsschnitt durch die in 1 dargestellte Anordnung;
- 4 eine Perspektivansicht, welche die mit dem Aktuator gekoppelte Kupplungsvorrichtung zeigt, wobei die Kupplungsvorrichtung von dem Nockenwellenversteller entkoppelt ist;
- 5 eine Explosionsansicht, welche zwei Hülsenelemente und ein Zylinderstiftelement der Kupplungsvorrichtung sowie eine Antriebswelle des Aktuators und ein mit einer Außenverzahnung versehenes Sonnenrad des Nockenwellenverstellers zeigt; und
- 6 eine Perspektivansicht, welche ein Sonnenrad und einen Zusammenbau der beiden Hülsenelemente, der Antriebswelle und des Zylinderstiftelements zeigt.
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1 zeigt eine Anordnung mit einem Aktuator 90 und einem Nockenwellenversteller 80, welcher zur Einstellung eines Phasenversatzes einer hier nicht weiter dargestellten Nockenwelle einer ebenfalls hier nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine dient. Zur Einstellung des Phasenversatzes ist eine Antriebswelle 92 des Aktuators 90 drehmomentübertragend über eine, in 2, 3, 4, 5 und 6 gezeigte Kupplungsvorrichtung 10 mit einem Sonnenrad 82 des Nockenwellenverstellers 80 gekoppelt. Somit kann zur Einstellung des Phasenversatzes, ein durch den Aktuator 90 erzeugtes Drehmoment über die Antriebswelle 92 und die Kupplungsvorrichtung 10 auf das, dem Nockenwellenversteller 80 zugeordnete Sonnenrad 82 übertragen werden.
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Die zum Koppeln des Nockenwellenverstellers 80 mit dem Aktuator 90 ausgebildete Kupplungsvorrichtung 10 umfasst ein Zylinderstiftelement 20, also einen Zylinderstift, sowie ein erstes Hülsenelement 30. Das erste Hülsenelement 30 weist einen nutsteinartig ausgebildeten, ersten Formschlussbereich 32 und eine quer zu einer Axialerstreckungsrichtung X der Kupplungsvorrichtung orientierte, erste Radialöffnung 40 auf, in welche das Zylinderstiftelement 20 eingeführt ist, um das erste Hülsenelement 30 mittels des Zylinderstiftelements 20 mit der Antriebswelle 92 des Aktuators 90 zu koppeln. Zur Koppelung des ersten Hülsenelements 30 mit der Antriebswelle 92 ist das Zylinderstiftelement 20 sowohl durch die erste Radialöffnung 40, welche sich vorliegend in Radialerstreckungsrichtung R als Durchgangsöffnung durch das erste Hülsenelement 30 erstreckt, als auch durch eine, in Radialerstreckungsrichtung R orientierte Wellenbohrung 94 der Antriebswelle 92 geführt.
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Die Kupplungsvorrichtung 10 umfasst zudem ein zweites Hülsenelement 50, welches einen, mit dem ersten Formschlussbereich 32 korrespondierenden, zweiten Formschlussbereich 52 aufweist. Der erste Formschlussbereich 32 ist vorliegend als in Axialerstreckungsrichtung X orientierte Nut und der zweite Formschlussbereich 52 als in Axialerstreckungsrichtung X orientiertes Langloch ausgebildet.
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Zur Drehmomentübertragung sind die beiden Hülsenelemente 30, 50 in Axialerstreckungsrichtung X ineinander verschoben, sodass die beiden Formschlussbereiche 32, 52 formschlüssig ineinandergreifen, wodurch eine Drehmomentübertragung in Umfangsrichtung U der Kupplungsvorrichtung 10 ermöglicht ist. Der erste Formschlussbereich 32 und der zweite Formschlussbereich 52 sind also zur Drehmomentübertragung zwischen den Hülsenelementen 30, 50 aneinander abstützbar.
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Das zweite Hülsenelement 50 umfasst eine, quer zu der Axialerstreckungsrichtung X, also vorliegend in Radialerstreckungsrichtung R der Kupplungsvorrichtung 10 orientierte, zweite Radialöffnung 60 zur Kopplung der beiden Hülsenelemente 30, 50 mittels des Zylinderstiftelements 20.
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Die zweite Radialöffnung 60 ist vorliegend als Ausnehmung ausgebildet, welche sich von einem, dem ersten Hülsenelement 30 abgewandten Hülsenelement 70 des zweiten Hülsenelements 50 in Axialerstreckungsrichtung X in Richtung des ersten Hülsenelements 30 erstreckt, wie beispielsweise in 5 erkennbar ist.
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Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kupplungsvorrichtung sind die beiden Hülsenelemente 30, 50 sowie die Antriebswelle 92 des Aktuators 90 derart ineinander verschoben, sowie koaxial zueinander angeordnet, dass die erste Radialöffnung 40, die zweite Radialöffnung 60 sowie die Wellenbohrung 94 (siehe 5) miteinander fluchten und das Zylinderstiftelement 20 in die beiden Radialöffnungen 40, 60 sowie in die Wellenbohrung 94 eingeführt ist.
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Das erste Hülsenelement 30 und das zweite Hülsenelement 50 sind vorliegend bei deren Kopplung mittels des Zylinderstiftelements 20 (siehe 6) sowohl in Axialerstreckungsrichtung X, als auch in Radialerstreckungsrichtung R und zusätzlich in Umfangsrichtung U der Kupplungsvorrichtung 10 relativ zueinander bewegbar. Dadurch ist insgesamt nicht nur eine Drehmomentübertragung zwischen Aktuator 90 und dem Nockenwellenversteller 80 ermöglicht, sondern auch ein radialer Toleranzausgleich, ein axialer Toleranzausgleich sowie ein Ausgleich eines Winkelversatzes zwischen dem Aktuator 90, welcher auch als Stellmotor bezeichnet werden kann, und dem Nockenwellenversteller 80 ermöglicht. Zur Drehmomentübertragung zwischen dem zweiten Hülsenelement 50 und dem in 5 und 6 besonders deutlich erkennbaren Sonnenrad 82 des Nockenwellenverstellers 80 weist das zweite Hülsenelement 50 einen Radialvorsprung 54 auf, welcher beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kupplungsvorrichtung 10 in die Sonnenradnut 84 zur Drehmomentübertragung eingeführt ist. Der Radialvorsprung 54 und die Sonnenradnut 84 greifen dann formschlüssig ineinander ein. Der Radialvorsprung 54 ist vorliegend im Bereich des zweiten Formschlussbereichs 52 des zweiten Hülsenelements 50 angeordnet.
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Zumindest die jeweiligen Hülsenelemente 30, 50 der Kupplungsvorrichtung 10 sind vorliegend jeweils in Bezug auf wenigstens eine Symmetrieebene symmetrisch ausgebildet. Dementsprechend weisen die jeweiligen Hülsenelemente 30, 50 jeweils beispielsweise zwei einander (symmetrisch) gegenüberliegende Formschlussbereiche 32, 52 auf, was beispielsweise in 5 erkennbar ist.
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Zusammenfassend übernimmt die Kupplungsvorrichtung 10, welche auch als Adapter bezeichnet werden kann, die Drehmomentübertragung zwischen dem Aktuator 90 (Stellmotor) und dem Nockenwellenversteller 80 über axiale Nuten, also beispielsweise über die in 5 und 6 gezeigte Sonnenradnut 84. Die Nuten (Sonnenradnut 84) können in Radialerstreckungsrichtung R besonders flach ausgebildet sein, müssen also zur Drehmomentübertragung nicht als beispielsweise tiefe Ausfräsungen im Sonnenrad 82 ausgebildet sein. Die vorliegend als Schubgelenk ausgebildete Kupplungsvorrichtung 10 stellt mit dem zweiten Formschlussbereich 52 sowie mit der zweiten Radialöffnung 60 jeweilige Nuten zum Ausgleich von radialen Toleranzen bereit. Eine Fixierung der Kupplungsvorrichtung 10 ist über das Zylinderstiftelement 20 an der Antriebswelle 92 und damit am Aktuator 90 ermöglicht. Durch die Montage des Adapters (Kupplungsvorrichtung 10) am Stellmotor (Aktuator 90) sowie durch die angebrachten Fügephasen, zu welchen der Radialvorsprung 54 gehört, ist eine sichere und schnelle Montage der Kupplungsvorrichtung 10 zusammen mit dem Aktuator 90 an einer hier nicht weiter dargestellten Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, um den Nockenwellenversteller 80 der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben.
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Um die Montage weiter zu vereinfachen, könnten im Sonnenrad 82 noch weitere, zur Sonnenradnut 84 in Umfangsrichtung U beispielsweise um 90° versetze Zusatznuten eingebracht werden, welche hier jedoch nicht weiter dargestellt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kupplungsvorrichtung
- 20
- Stiftelement
- 30
- Erstes Hülsenelement
- 32
- Erster Formschlussbereich
- 40
- Erste Radialöffnung
- 50
- Zweites Hülsenelement
- 52
- Zweiter Formschlussbereich
- 54
- Radialvorsprung
- 60
- Zweite Radialöffnung
- 70
- Hülsenelementende
- 80
- Nockenwellenversteller
- 82
- Sonnenrad
- 84
- Sonnenradnut
- 90
- Aktuator
- 92
- Antriebswelle
- 94
- Wellenbohrung
- R
- Radialerstreckungsrichtung
- U
- Umfangsrichtung
- X
- Axialerstreckungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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