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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage zumindest eines Kupplungsbolzens in einer Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe, eine Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe und einen Kupplungsbolzen zur Verwendung in einer Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 3 bzw. 5 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2014 218 234 A1 ist eine Oldham-Kupplung zur Verwendung in einem elektrischen Nockenwellenversteller bekannt. Die Oldham-Kupplung besteht aus zwei äußeren jeweils eine Rotationsachse aufweisenden Verbindungsscheiben und einer mittleren Scheibe, die als sogenannte Oldham-Scheibe zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen den Rotationsachsen dient. In einer der Verbindungsscheiben, die als Innenring eines sogenannten Wellgenerators des Wellgetriebes mit einer Wälzkörperlaufbahn am Außenumfang ausgeführt ist, sind zwei Bolzen in jeweils eine Bohrung eingepresst. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass beim Einpressen der Bolzen in die Bohrungen am Innenring durch die dabei auftretenden Einpresskräfte einerseits der Innenring und insbesondere die Wälzkörperlaufbahn desselben verformt und andererseits die Bolzen durch Knickung und Stauchung beschädigt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Kupplungsanordnung und einen Kupplungsbolzen der vorgenannten Art vorzuschlagen, durch die die beschriebenen Nachteile vermieden werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale der Patentansprüche 3 oder 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird ein Verfahren zur Montage zumindest eines Kupplungsbolzens in einer Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe vorgeschlagen, wobei der oder die Kupplungsbolzen zur drehfesten Verbindung einer drehend antreibbaren Kupplungsscheibe mit einem Innenring des Wellgetriebes dienen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zumindest einen Kupplungsbolzen im Bereich einer vorbestimmten Einpresslänge am Außendurchmesser mit zumindest einer leichten Einbuchtung mit geringfügiger radialer Tiefe in zumindest eine korrespondierende Bohrung am Innenring einzupressen, derart, dass die Einbuchtung beim Einpressen einen Freiraum zwischen Kupplungsbolzen und Innendurchmesser der Bohrung bildet, in den beim Einpressen durch Verformung verdrängtes Material aufgenommen wird. Hierdurch kann beim Einpressen zum Toleranzausgleich überschüssiges Material in den Freiraum gelangen, wodurch die Einpresskräfte reduziert und Deformationen vermieden werden. Auf einfache Weise ist so ein durch eine Presspassung kostengünstig herstellbarer dauerfester Pressverband zwischen Kupplungsbolzen und Innenring des Wellgetriebes erreichbar, wobei eine Beschädigung des Innenrings oder des Kupplungsbozens bei der Montage sicher vermieden wird.
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In besonders vorteilhafter Weise kann zur Montage zumindest ein Kupplungsbolzen mit zumindest einem Merkmal nach einem der weiter unten beschriebenen Ansprüche verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe, mit einer drehend antreibbaren Kupplungsscheibe und zumindest einem Kupplungsbolzen gelöst, der zur drehfesten Verbindung der Kupplungsscheibe mit einem Innenring des Wellgetriebes in zumindest eine korrespondierende Bohrung am Innenring eingepresst ist. Erfindungsgemäß ist der Kupplungsbolzen im Bereich einer vorbestimmten Einpresslänge am Außendurchmesser mit zumindest einer leichten Einbuchtung mit geringfügiger radialer Tiefe hergestellt. Dabei dient die Einbuchtung beim Einpressen zur Bildung von Freiraum zwischen Kupplungsbolzen und Innendurchmesser der Bohrung zur Aufnahme von beim Einpressen durch Verformung verdrängten Materials.
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In besonders vorteilhafter Weise kann hierbei der Kupplungsbolzen mit zumindest einem Merkmal nach einem der weiter unten beschriebenen Ansprüche ausgebildet sein.
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Die Erfindung ist weiterhin besonders vorteilhaft in einer Kupplungsanordnung mit einer Oldham-Kupplungsscheibe einer sogenannten Oldham-Kupplung mit vorzugsweise zwei Kupplungsbolzen als sogenannte Oldham-Bolzen einsetzbar, die die drehend antreibbare Oldham-Kupplungsscheibe mit einem Innenring eines Wälzlagers des Wellgetriebes als sogenannter Wellgenerator drehfest zur Übertragung eines Drehmoments verbinden.
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Bevorzugt sind dabei die Kupplungsbolzen um 180° in Umfangsrichtung zueinander versetzt an der Kupplungsscheibe angeordnet und in korrespondierenden Bohrungen am Innenring axial eingepresst. In weiterhin besonders vorteilhafter Weise sind die Kupplungsbolzen mit der Kupplungsscheibe drehfest verbunden und zugleich quer zur Einpressrichtung an der Kupplungsscheibe geführt, wodurch ein Achsversatzausgleich an dieser zum Innenring erreicht wird.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch einen Kupplungsbolzen zur Verwendung in einer Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe gelöst, der zur drehfesten Verbindung einer drehend antreibbaren Kupplungsscheibe mit einem Innenring eines Wellgetriebes dient. Erfindungsgemäß weist der Kupplungsbolzen zum Einpressen in eine korrespondierende Bohrung am Innenring im Bereich einer vorbestimmten Einpresslänge am Außendurchmesser zumindest eine leichte Einbuchtung mit geringfügiger radialer Tiefe auf, derart, dass beim Einpressen zwischen dem Innendurchmesser der Bohrung und der Einbuchtung ein Freiraum zur Aufnahme von beim Einpressen durch Verformung verdrängten Materials erzeugbar ist.
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Der Kupplungsbolzen kann mit einer oder mehreren Einbuchtungen in besonders vorteilhafter Weise durch Fließpressen kostengünstig hergestellt werden.
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Bevorzugt ist der Kupplungsbolzen am Außenumfang mit mehreren Einbuchtungen mit jeweils einem Scheitel größter radialer Tiefe ausgeführt, wobei die Scheitel auf einer gedachten Kreislinie mit einem gegenüber dem Außendurchmesser um die radiale Tiefe reduzierten Durchmesser liegen. Auf diese Weise wird am Kupplungsbolzen ein Umfangsprofil erreicht, das beim Einpressen des Kupplungsbolzens bei geringfügiger radialer Tiefe der Einbuchtungen verhältnismäßig große Freiräume an diesen bildet.
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Bevorzugt gehen die Einbuchtung/en in Umfangsrichtung an beiden Seiten der Scheitel abgerundet in den Außendurchmesser aufgeweitet über.
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Es ist auch möglich zumindest eine Einbuchtung im Bereich ihres jeweiligen Scheitels mit einer Abflachung auszuführen, die tangential zu der gedachten Kreislinie mit dem gegenüber dem Außendurchmesser reduzierten Durchmesser verläuft und den Freiraum vergrößert.
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In besonders vorteilhafter Weise sind die Einbuchtungen jeweils in Umfangsrichtung an beiden Seiten der jeweiligen Scheitel symmetrisch zu diesem ausgebildet.
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Es ist weiterhin von besonderem Vorteil, wenn sich die Einbuchtungen entlang gesamte Einpresslänge des Kupplungsbolzens erstrecken.
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Bevorzugt weist die Einbuchtung eine maximale radiale Tiefe Ts auf, die in einem Bereich liegt, der kleiner ist als das 0, 07-fache des Außendurchmessers de , mit Ts < 0,07 × de, der zugleich dem Eipressdurchmesser der Presspassung zum Einpressen in die Bohrung entspricht.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind mehrere Einbuchtungen vorgesehen, die gleich ausgeführt und mit einem vorbestimmten Winkelabstand in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt zueinander angeordnet sind.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, drei Einbuchtungen in Umfangsrichtung mit einem Winkelabstand von 120° beabstandet zueinander anzuordnen.
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Es ist auch besonders vorteilhaft, wenn sich die Einbuchtungen über die gesamte Einpresslänge erstrecken.
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Einer oder mehrere erfindungsgemäße Kupplungsbolzen können, wie bereits oben beschrieben, in besonders vorteilhafter Weise zur Verwendung in einer Kupplungsanordnung mit einer Oldham-Kupplungsscheibe als sogenannte Oldham-Kupplung vorgesehen sein, die durch zwei sogenannte als sogenannte Oldham-Kupplungsbolzen mit dem Innenring verbunden sind.
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Einer oder mehrere erfindungsgemäße Kupplungsbolzen sind auch besonders vorteilhaft in einer Aktorik für einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine einsetzbar, wobei das Wellgetriebe ein Getriebe der Aktorik bildet, das über die Kupplungsscheibe und die Kupplungsbolzen mit einem elektrischen Stellantrieb zur Übertragung eines Verstellmoments verbunden ist.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe in Explosionsdarstellung,
- 2 die Kupplungsanordnung in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 eine längsgeschnittene Ansicht der Kupplungsanordnung,
- 4 eine perspektivische Einzelansicht eines erfindungsgemäßen Kupplungsbolzens,
- 5 einen Querschnitt des Kupplungsbolzens aus 4,
- 6 einen vergrößerten Ausschnitt des Kupplungsbolzens aus 4.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 bis 3 zeigen beispielhaft eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung für ein Wellgetriebe. Die Kupplungsanordnung weist eine drehend antreibbare aus Kunststoff hergestellte Kupplungsscheibe 1 mit zwei mit dieser drehfest verbundenen erfindungsgemäßen Kupplungsbolzen 2 auf, die zur Übertragung eines Drehmoments in korrespondierende Bohrungen 3 an einem Innenring 4 des Wellgetriebes axial eingepresst sind und eine Presspassung bilden (2 und 3). Die Bohrungen 3 sind als axiale Durchgangsbohrungen am Innenring 4 ausgeführt, wobei die eingepressten Kupplungsbolzen 2 jeweils an dem von der Kupplungsscheibe 1 abgewandten Ende der Bohrungen 3 an der rückwärtigen axialen Seite des Innenrings 4 geringfügig überstehen (2). Der Innenring 4 bildet hier einen Lagerinnenring eines Wälzlagers des Wellgetriebes. Der Innenring 4 weist am Außenumfang eine unrunde ovale, insbesondere elliptische Laufbahn für die Wälzkörper 5 des Wälzlagers auf. Er bildet auf diese Weise einen sogenannten Wellgenerator des Wellgetriebes, der über die in einem Käfig geführten Wälzkörper 5 mit einem am Außenumfang eines flexiblen Außenrings 6 des Wälzlagers angeordneten sogenannten Flexring 7 des Wellgetriebes zusammenwirkt, der eine Außenverzahnung zur Übertragung eines Drehmoments aufweist. Zum Teil wird auch das gesamte Wälzlager als Wellgenerator bezeichnet.
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Die zwei identisch ausgeführten Kupplungsbolzen 2 sind jeweils mit einem Einpressabschnitt mit der Einpresslänge Le in die Bohrungen 3 am Innenring 4 axial eingepresst und bilden eine Presspassung. Die Kupplungsbolzen 2 stehen hierbei jeweils am Außendurchmesser de , der dem Einpressdurchmesser der Presspassung entspricht, in Kontakt mit dem Innendurchmesser der Bohrung 3 (2 und 3).
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Die Kupplungsbolzen 2 weisen am Einpressabschnitt mit am Außenumfang drei gleichen leichten Einbuchtungen 8 hergestellt, die geringfügig gegenüber dem Außendurchmesser de eingezogen sind und sich jeweils entlang der gesamten Einpresslänge Le des Einpressabschnitts erstrecken. Die Einbuchtungen 8 sind mit zylindrischen Umfangsabschnitten abwechselnd hintereinander am gesamten Außenumfang gleichmäßig verteilt angeordnet.
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An der Kupplungsscheibe 1 sind Langlöcher 9 vorgesehen, an denen die Kupplungsbolzen 2 an der Kupplungsscheibe 1 drehfest mit dieser verbunden axial hindurchgeführt sind. In die Langlöcher 9 ist jeweils eine an die Form der Langlöcher 8 angepasste Hülse 10 zum Verschleißschutz eingesetzt, an der die Kupplungsbolzen 2 jeweils mit geringfügigem Spiel quer zur axialen Einpressrichtung im jeweiligen Langloch 9 geführt sind. Die Kupplungsbolzen 2 werden jeweils durch einen Stahlstift mit einem pilzförmig aufgeweiteten Kopf gebildet. Der Kopf bildet eine axiale Anlagefläche zur axialen antriebsseitigen Befestigung der Kupplungsscheibe 1. Mit dem liegen die Kupplungsbolzen 2 jeweils mit einem pilzförmig aufgeweiteten Kopf antriebsseitig an der vom Innenring 4 abgewandten Außenseite der Kupplungsscheibe 1 stirnseitig an den Hülsen 10 axial an. Dadurch ist die Kupplungsscheibe 1 einerseits durch die Kupplungsbolzen 2 und andererseits am Innenring 4 anliegend axial gesichert.
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In 4 ist beispielhaft in einer Einzelansicht einer der zwei identischen jeweils als Kopfbolzen einteilig ausgeführten Kupplungsbolzen 2 dargestellt, die jeweils durch einen Stahlstift mit einem pilzförmig aufgeweiteten Kopf gebildet werden. Dieser bildet jeweils eine axiale Anlagefläche zur axialen antriebsseitigen Befestigung der Kupplungsscheibe 1. An den Kopf schließt sich ein zylindrischer Abschnitt an, der an einem Übergangsbereich mit einer Fase 11 in einen am Außendurchmesser auf den eingezogenen Einpressabschnitt mit der Einpresslänge Le zum Einpressen in die Bohrungen 3 am Innenring 4 übergeht.
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5 zeigt einen Querschnitt des Einpressabschnitts des Kupplungsbolzens aus 4 mit dem Umfangsprofil. Die Außenumfangskontur weist drei gleich ausgeführte und in Umfangsrichtung durch einen Umfangswinkel von 120° beabstandet gleichmäßig verteilt angeordnete leichte Einbuchtungen 8 oder Dellen auf, die gegenüber dem Außendurchmesser de mit geringfügiger radialer Tiefe eingezogen sind und an Scheiteln 12 die tiefste Stelle mit der größten Tiefe Ts bilden. Die Einbuchtungen 8 erstrecken sich jeweils entlang der gesamten Einpresslänge Le des Einpressabschnitts. Dabei liegen die Scheitel 12 der Einbuchtungen 8 auf einer gedachten Kreislinie mit einem gegenüber dem Außendurchmesser de um die radiale Tiefe Ts geringfügig reduzierten Durchmesser dr . Die Einbuchtungen 8 gehen jeweils an ihren beiden umfänglichen Seiten der Scheitel 12 mit geringfügiger vorzugsweise konvexer Krümmung abgerundet auf den jeweils benachbarten zylindrischen Umfangsabschnitt aufgeweitet über.
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Die Einbuchtungen 8 sind in Umfangsrichtung zu den Scheiteln 12 jeweils symmetrisch ausgebildet. Die radiale Tiefe Ts , am jeweiligen Scheitel 12 entspricht der Differenz aus dem Außendurchmesser de und dem reduzierten Durchmesser dr , mit Ts = de - dr. Vorzugsweise ist die radiale Tiefe Ts kleiner als das 0,07-fache des Außendurchmessers de : Ts < 0,07 × de.
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Die Einbuchtungen 8 erstrecken sich vom Ende der Fase 11 am Einpressabschnitt entlang der Einpresslänge Le bis zum Ende des Kupplungsbolzens 2. Die Einbuchtungen 8 sind mit den Scheiteln 12 jeweils in Umfangsrichtung um 120° beabstandet gleichmäßig verteilt am Außenumfang des Kupplungsbolzens 2 angeordnet. Auf diese Weise bilden die abwechselnd hintereinander angeordneten Einbuchtungen 8 und zylindrischen Umfangsabschnitte am Eipressabschnitt des Kupplungsbolzens 2 ein polygonartiges Umfangsprofil mit vorzugsweise abgerundeten Übergängen zwischen den Umfangsabschnitten. Denkbar ist auch eine Polygonform mit unterschiedlichen Radien, auch mit Abflachung. Möglich sind auch Stern- oder Keilformen.
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Beim Einpressen steht der Kupplungsbolzen 2 am Außendurchmesser de mit den zylindrischen Umfangsabschnitten in Kontakt mit dem Innendurchmesser der jeweiligen Bohrung 3 am Innenring 4. Dabei entstehen an den Einbuchtungen 8 zwischen dem Außenumfang des Kupplungsbolzens 2 und dem Innendurchmesser der Bohrung 3 Freiräume, in die bei einer übergroßen Presspassung zwischen Kupplungsbolzen 2 und Bohrung 3 überschüssiges Material zum Toleranzausgleich beim Einpressen in die jeweilige Bohrung 3 aufgenommen werden kann. Dadurch kann überschüssiges Material in die an den Einbuchtungen 8 des Einpressabschnitts erzeugten Freiräume hineingleiten. Auf diese Weise werden überhöhte Spannungen am Innenring 4 und Kupplungsbolzen 2 und eine Deformation derselben, insbesondere der Laufbahn am Innenring 4 für die Wälzkörper, sicher vermieden.
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Die Kupplungsbolzen 2 können mit dem am Einpressabschnitt durch die Einbuchtungen 8 gebildeten Umfangsprofil besonders einfach und kostengünstig durch Fließpressen hergestellt werden.
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Der in 6 dargestellte vergrößerte Ausschnitt des Kupplungsbolzens 2 aus 4 zeigt an der Fase 11 im axialen Übergangsbereich zwischen dem dem Kopf zugewandten rein zylindrischen Kopfabschnitt und dem Einpressabschnitt im Bereich der Einpresslänge Le an einer Einbuchtung 8 im Bereich des Scheitels 12. Die Fase 8 weist einen Fasenwinkel α auf, der im Bereich α = 15° +/- 5° liegt, mit dem sie den axialen Übergang von der Einbuchtung 8 mit dem reduzierten Durchmesser dr auf den geringfügig größeren Durchmesser des Kopfabschnitts vermittelt. Durch die Fase 8 werden Spannungsspitzen am besagten Übergangsbereich des Kupplungsbolzens 2 vermieden.
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Die Kupplungsscheibe 1 weist radial innen eine zentrale Durchgangsöffnung 13 auf (1 bis 3). In einem radial zwischen der Durchgangsöffnung 13 und Außendurchmesser gelegenen ringförmigen Bereich sind die Langlöcher 9 mit den Kupplungsbolzen 2 um 180° versetzt zueinander angeordnet. Hierbei sind an der zentralen Durchgangsöffnung 13 zwei jeweils um 90° versetzt zu den Langlöcher 9 angeordnete sich nach radial außen erstreckende schlitzartige Ausnehmungen 14 ausgebildet. In diese kann ein nicht dargestelltes Antriebselement mit korrespondierenden Mitnehmern formschlüssig drehfest zur Übertragung eines Drehmoments eingreifen. Das Antriebselement ist mit einem Antrieb, insbesondere einem Stellantrieb mit einem Elektromotor mit einer Motorwelle, verbunden. Sowohl die Kupplungsbolzen 2 in den Langlöchern 9 als auch das Antriebselement mit den Mitnehmern in den Ausnehmungen 14 sind mit geringfügigen Spiel quer zur axialen Richtung und um 90° zueinander versetzt beweglich an der Kupplungsscheibe 1 geführt angeordnet. Hierdurch wird ein Achs- bzw. Toleranzausgleich zwischen Kupplung und Antrieb einerseits und Wellgetriebe bzw. Innenring 4 andererseits ermöglicht. Auf diese Weise ist die Kupplungsanordnung mit einer sogenannten Oldham-Kupplungsscheibe 1 einer sogenannten Oldham-Kupplung ausgeführt, die über zwei sogenannte Oldhamkupplungsbolzen 1 mit dem Innenring 4 bzw. dem Wellgenerator des Wellgetriebes zur Übertragung eines Drehmoments unmittelbar verbunden ist.
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Die Kupplungsbolzen 2 mit der Oldham-Kupplungsscheibe 1 sind auch besonders vorteilhaft in einer Aktorik für einen elektrischen Nockenwellenversteller zur variablen Ventilsteuerung in einer Brennkraftmaschine einsetzbar, wobei das Wellgetriebe ein Getriebe der Aktorik bildet, das über die Kupplungsscheibe 1 und die Kupplungsbolzen 2 mit einem nicht dargestellten elektrischen Stellantrieb zur Übertragung eines Verstellmoments von diesem auf eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Baugruppe bestehend aus Innenring 4, Wälzkörper 5, Käfig, Außenring 6 und Flexring 7 wird auch als Verstellwelle des Nockenwellenverstellers bezeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsscheibe
- 2
- Kupplungsbolzen
- 3
- Bohrung
- 4
- Innenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Außenring
- 7
- Flexring
- 8
- Einbuchtung
- 9
- Langloch
- 10
- Hülse
- 11
- Fase
- 12
- Scheitel
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Ausnehmung
- Le
- Länge
- de
- Außendurchmesser
- dr
- Durchmesser
- Ts
- Tiefe
- α
- Fasenwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014218234 A1 [0002]
