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Title:
COUPLING ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/091035
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a coupling element, in particular in an electrical camshaft adjuster or in a device for varying the compression ratio of a reciprocating-piston engine, which coupling element has a hub (6) and two wings (7, 8) extending from said hub, wherein an annular space (16) closed toward an end face of the coupling element and open toward the opposite end face is formed between the hub (6) and the wings (7, 8). The coupling element is characterized by an especially favorable ratio of mechanical load capacity to mass and moment of inertia and can be efficiently produced as a shaped part, for example.

Inventors:
WEBER JÜRGEN (DE)
ARAS RESAT (DE)
Application Number:
PCT/DE2017/100959
Publication Date:
May 24, 2018
Filing Date:
November 14, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F16D3/04; F01L1/344; F01L1/352
Foreign References:
DE102004041769A12006-03-16
JP2014081052A2014-05-08
DE102004041751A12006-03-16
DE102007049072A12009-04-16
DE10248351A12004-04-29
DE102004041769A12006-03-16
DE102006027349A12007-12-20
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Claims:
Patentansprüche

1 . Kupplungselement, mit einer Nabe (6) sowie zwei von dieser ausgehenden Flügeln (7,8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nabe (6) und den Flügeln (7,8) ein zu einer Stirnseite der Nabe (6) hin geschlossener und zur entgegengesetzten Stirnseite hin offener Ringraum (16) gebildet ist.

2. Kupplungselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine zylindrische, den Ringraum (16) nach innen begrenzende Wandung der Nabe (6) eine größere Wandstärke als die den Ringraum (6) nach außen begrenzende Wandung der Flügel (7,8) aufweist.

3. Kupplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (7,8) an seinen beiden Flanken (9, 10) jeweils einen nach außen gewölbten, zur Zusammenwirkung mit einem weiteren Maschinenelement vorgesehenen Kontaktbereich (1 1 , 12) aufweist.

4. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Ringraum (16) gegebene Hohlvolumen mindestens 40% des Bruttovolumens des Kupplungselementes entspricht.

5. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses hinterschnittfrei geformt ist.

6. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als einstückiges Umformteil ausgebildet ist.

7. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als durch Urformen hergestelltes Maschinenteil ausgebildet ist.

8. Verwendung eines Kupplungselementes nach Anspruch 1 in einer Ausgleichskupplung eines Stellgetriebes (1 ).

9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei das Stellgetriebe (1 ) Teil eines elektrischen Nockenwellenverstellers ist.

10. Verwendung nach Anspruch 8, wobei das Stellgetriebe (1 ) Teil einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine ist.

Description:
Kupplungselement

Die Erfindung betrifft ein als Komponente einer Ausgleichskupplung, insbesondere ei- nes Stellgetriebes, verwendbares Kupplungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Ein derartiges Kupplungselement ist beispielsweise aus der DE 10 2007 049 072 A1 bekannt. Dieses Dokument offenbart einen Phasenversteller für eine Brennkraftma- schine mit einer Oldham-Kupplung. Hierbei weist das als Antriebselement fungierende Kupplungselement der Oldham-Kupplung eine zweiflügelige Form auf. Die beiden Flügel des Kupplungselementes greifen in Ausnehmungen einer Oldham-Scheibe aus Kunststoff ein, wobei sie in diesen Ausnehmungen verschiebbar geführt sind. Weiterhin ist die Oldham-Scheibe gegenüber einem Element eines Getriebes des Phasen- verstellers in einer definierten Richtung verschiebbar, welche zur durch die Flügel des Kupplungselementes gegebenen Richtung orthogonal ist, so dass insgesamt ein Radialversatz zwischen den mittels der Oldham-Kupplung drehfest miteinander gekoppelten Elementen in beliebiger Radialrichtung möglich ist.

Die DE 102 48 351 A1 offenbart einen elektrisch angetriebenen Nockenwellenverstel- ler, welcher eine drehspielfreie, lösbare Kupplung aufweist. Als Stellgetriebe dieses bekannten Nockenwellenverstellers ist ein Exzentergetriebe vorgesehen.

Aus der DE 10 2004 041 769 A1 ist ein Nockenwellenversteller mit einem spanlos hergestellten Kupplungsstern bekannt. Im Halblängsschnitt kann eine Kupplungshälfte U-förmig ausgebildet sein. Alternativ zu einem Kupplungsstern kann nach der

DE 10 2004 041 769 A1 auch ein Kupplungselement mit einem einzigen radialen Fortsatz, das heißt eine Einfingerkupplung, zum Einsatz kommen. Die DE 10 2006 027 349 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller mit einem elektromagnetischen Aktuator, bei welchem ein Lagerteil als Umformteil ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik wei- terentwickeltes, für eine Ausgleichskupplung geeignetes Kupplungselement anzugeben, welches sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Fertigungsaufwand, mechanischer Stabilität und Trägheitsmoment auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kupplungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Dieses Kupplungselement ist in an sich bekannter Grundform zweiflügelig gestaltet, wobei von einer Nabe, welche zur Verbindung mit einer Welle vorgesehen ist, zwei Flügel ausgehen. Erfindungsgemäß ist zwischen der Nabe und den Flügeln ein zu einer Stirnseite der Nabe und damit des gesamten Kupplungselementes hin geschlossener und zur entgegengesetzten Stirnseite hin of- fener Ringraum gebildet. Das gesamte Kupplungselement weist damit eine Topfform auf, wobei in der Mitte des Topfes eine zylindrische, hohle Erhebung in Form der Nabe gegeben ist. Die Außenkontur des Kupplungselementes, welche durch die äußere Wandung des Ringraums gegeben ist, ist in spannungsoptimierter Weise vorzugsweise komplett knickfrei, das heißt lediglich mit geraden und abgerundeten Abschnitten, gestaltet.

Im Vergleich zu herkömmlichen, massiven Kupplungselementen, wie sie in Ausgleichskupplungen zum Einsatz kommen, weist das anmeldungsgemäße Kupplungselement eine drastisch reduzierte Masse bei höchstens moderat reduzierter oder so- gar gesteigerter mechanischer Belastbarkeit auf. Durch die hohle Gestaltung des Kupplungselementes ist dessen Elastizität im Vergleich zu massiven Kupplungselementen signifikant erhöht, was zur Minderung von Spannungsspitzen in der Kupplung, welche mit dem Kupplungselement arbeitet, oder in damit wirkverbundenen Maschinenkomponenten beiträgt. Ebenso zeichnet sich eine mit dem hohlen Kupplungsele- ment arbeitende Ausgleichskupplung durch eine besonders geringe Geräuschentwicklung und einen geringen Verschleiß aus. Im Sinne einer Topologieoptimierung des Kupplungselementes sind Ausgestaltungen von Vorteil, bei welchen eine zylindrische, den Ringraum nach innen begrenzende Wandung der Nabe eine größere Wandstärke als die den Ringraum nach außen be- grenzende Wandung der Flügel aufweist. Die Nabe des Kupplungselementes kann auf eine Welle aufgepresst sein. Ebenso sind sonstige Verbindungstechnologien, beispielsweise Löt- oder Schweißverbindungen, zwischen der Nabe und einer Welle anwendbar. Auch eine formschlüssige Zusammenwirkung zwischen der Nabe und einer Welle, beispielsweise in Form polygonförmiger Verbindungkonturen, ist realisierbar. In jedem Fall ist das Kupplungselement sowie eine Vorrichtung, in welche eine das Kupplungselement aufweisende Kupplung, insbesondere Ausgleichkupplung, eingebaut ist, auf einfache Weise montierbar. Hierbei ist es insbesondere möglich, eine Vorrichtung, welche ein Getriebe und einen Motor, insbesondere Elektromotor, um- fasst, welche mittels der Kupplung miteinander gekoppelt sind, zu fertigen, indem zu- nächst das Getriebe samt eines getriebeseitigen Teils der Kupplung montiert und gegebenenfalls mit weiteren Maschinenteilen verbunden und erst im Anschluss der Motor, welcher mit dem als Hohlkörper gestalteten Kupplungselement verbunden ist, an das Getriebe angesetzt wird.

Zur Zusammenwirkung mit einem weiteren Element, insbesondere einer Oldham- Scheibe einer Ausgleichskupplung, weist jeder Flügel des Kupplungselementes vorzugsweise an seinen beiden Flanken jeweils einen nach außen gewölbten Kontaktbereich auf. Damit sind definierte linienförmige oder flächige Anlagebereiche zwischen dem Kupplungselement und dem weiteren Element gegeben.

In bevorzugter Ausgestaltung entspricht das durch den Ringraum gegebene Hohlvolumen des Kupplungselementes mindestens 40 % des Bruttovolumens des Kupplungselementes. Unter dem Bruttovolumen wird die Summe aus dem Volumen des Materials, insbesondere Metalls, aus welchem das Kupplungselement gefertigt ist, und dem Hohlvolumen verstanden. Das Materialvolumen ist demnach in dieser Ausgestaltung um höchstens 50 % größer als das Hohlvolumen des Kupplungselementes. Das Kupplungselement ist durch verschiedenste Technologien herstellbar, wobei es sich in allen Fällen vorzugsweise um ein einstückiges Element handelt. Als Fertigungstechnologien sind allgemein Pressen, Kalibrieren und Umformen, beispielsweise Tiefziehen oder Fließpressen, zu nennen. Als Ausgangsprodukt zur Herstellung des Kupplungselementes ist beispielsweise ein bandförmiges Material aus Stahl verwendbar. Ebenso kann das Kupplungselement durch Urformen, beispielsweise Feinguss oder pulvermetallurgische Verfahren wie Sintern, hergestellt werden. Prinzipiell sind auch spanabhebende Verfahren zur Herstellung des Kupplungselementes geeignet. Auch eine Kombination verschiedener Fertigungstechnologien bei der Herstellung des Kupplungselementes ist möglich. In allen Fällen ist das Kupplungselement vorzugsweise hinterschnittfrei geformt. Dies bedeutet, dass es in einfacher Weise aus einem zweiteiligen Werkzeug ohne Schieber entnehmbar ist.

Das Kupplungselement ist beispielsweise in einer Ausgleichskupplung eines Stellge- triebes, insbesondere eines Wellgetriebes, verwendbar. Das Stellgetriebe kann hierbei zum Beispiel in einem elektrischen Nockenwellenversteller oder in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Hubkolbenmotors, zum Einsatz kommen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Stellgetriebe mit einer Ausgleichskupplung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 und 3 ein Kupplungselement der Ausgleichskupplung des Stellgetriebes nach

Fig. 1 .

Die Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Stellge- triebe, nämlich Wellgetriebe, welches in einem elektrischen Nockenwellenversteller zum Einsatz kommt. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Stellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.

Ein Antriebselement 2 des Stellgetriebes 1 ist als Kettenrad ausgebildet und wird in an sich bekannter Weise von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben, wobei es mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Ein in Fig. 1 nicht sichtbares Abtriebselement des Stellgetriebes 1 ist mit einer Abtriebswelle 3 verbunden, welche mit einer zu verstellenden Nockenwelle drehfest verbunden oder identisch ist. Eine Verstellwelle 4, welche sich auf der der Abtriebswelle 3 gegenüberliegenden Stirnseite des insgesamt im Wesentlichen zylindrischen Stellgetriebes 1 befindet, wird durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. Solange die Verstellwelle 4, welche mit der Motorwelle des Elektromotors identisch oder drehfest verbunden ist, mit der Drehzahl des Antriebselementes 2 rotiert, rotiert auch die Abtriebswelle 3 mit dieser Drehzahl. Eine Phasenverstellung der Nockenwelle findet in diesem Betriebszustand nicht statt. Sobald dagegen die Drehzahl der Verstellwelle 4 von der Drehzahl des Antriebselementes 2 abweicht, wird die Abtriebswelle 3 und damit die Nockenwelle in Relation zur Kurbelwelle entweder in Richtung früh oder in Richtung spät verstellt. Das Stellgetriebe 1 ist als Dreiwellengetriebe, nämlich Wellgetriebe, gestaltet.

Die Verstellwelle 4 ist drehfest verbunden mit einem Kupplungselement 5, welches in den Fig. 2 und 3 isoliert dargestellt ist. Bei dem Kupplungselement 5 handelt es sich um ein einstückiges Blechteil. Das Kupplungselement 5 weist eine Nabe 6 auf, welche fest auf der Verstellwelle 4 angeordnet ist. Von der Nabe 6 aus erstrecken sich zwei Flügel 7, 8 diametral entgegengesetzt radial nach außen, wobei Flanken der Flügel 7, 8 mit den Bezugszeichen 9, 10 gekennzeichnet sind. An die Flanken 9, 10 schließen sich in Richtung der Enden der Flügel 7, 8 radial nach außen gewölbte Kontaktbereiche 1 1 , 12 an. Diese Kontaktbereiche 1 1 , 12 kontaktieren eine Oldham-Scheibe 13, welche neben dem Kupplungselement 5 ein weiteres Element einer insgesamt mit 14 bezeichneten Ausgleichskupplung, nämlich Oldham-Kupplung, darstellt. Die Flügel 7, 8 greifen in jeweils eine Aussparung 15 in der Oldham-Scheibe 13 ein, womit das Kupplungselement 5 insgesamt beschränkt in radialer Richtung verschiebbar in der Oldham-Scheibe 13 geführt ist. Darüber hinaus erlaubt die Oldham-Kupplung 14 zu- mindest geringfügige axiale Verschiebungen zwischen dem Kupplungselement 5 und der Oldham-Scheibe 13.

Die Oldham-Scheibe 13 ist in nicht sichtbarer Weise gegenüber einem Lagerring des Stellgetriebes 1 verschiebbar, wobei die Verschieberichtung der Oldham-Scheibe 13 orthogonal zur Verschieberichtung des Kupplungselementes 5 ausgerichtet ist. Damit ist die Ausgleichskupplung 14 in der Lage, einen Achsversatz zwischen der Verstellwelle 4 und der Abtriebswelle 3 in beliebiger radialer Richtung auszugleichen.

Das Kupplungselement 5 beschreibt eine zur Verstellwelle 4 hin offene Topfform.

Hierbei ist ein auch als Ringraum bezeichneter Hohlraum 16 zwischen der Nabe 6 und der zweiflügeligen Außenkontur des Kupplungselementes 5 gebildet. Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Wandung der Nabe 6 dickwandiger als die Außenwandung der Flügel 7,8, welche die Außenkontur des Kupplungselementes 5 be- schreibt, gestaltet. Die Außenkontur des Kupplungselementes 5 weist keinerlei Knicke, sondern lediglich abgerundete sowie gerade Bereiche, unter anderem die Flanken 9, 10, auf. Ein mit 17 bezeichneter Boden des Kupplungselementes 5, welcher den Ringraum 16 zur geschlossenen Stirnseite hin begrenzt, ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, gewölbt gestaltet. Zusammen mit der uneinheitlichen Wandstärke trägt diese Gestal- tung maßgeblich zur im Vergleich zum Materialeinsatz hohen mechanischen Stabilität des Kupplungselementes 5 bei.

Bezugszeichenliste

Stellgetriebe

Antriebselement

Abtriebswelle

Verstellwelle

Kupplungselement

Nabe

Flügel

Flügel

Flanke

Flanke

Kontaktbereich

Kontaktbereich

Oldham-Scheibe

Oldham-Kupplung

Aussparung

Ringraum, Hohlraum

Boden




 
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