DE102007005513A1

DE102007005513A1 - Nicht schaltbare Wellenkupplung

Info

Publication number: DE102007005513A1
Application number: DE200710005513
Authority: DE
Inventors: Werner Bernhard; Manfred Heintschel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-02-03
Filing date: 2007-02-03
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine nicht schaltbare Wellenkupplung (1) zur spielfreien, kraftschlüssigen Verbindung einer Welle (2) mit einem drehbeweglich darauf sitzenden Maschinenteil (3), wobei ein erstes Ringkegelelement (4) von einer Spannschraube (5) der Wellenkupplung (1) radial vorgespannt ist, um zwischen der Welle (2) und dem Maschinenteil (3) ein Haftreibdrehmoment zu erzeugen. Um eine starre, nicht schaltbare Wellenkupplung zu schaffen, die auf einfachste Weise zu montieren ist und ein in engen Grenzen vorgebbares Haftreibdrehmoment aufweist, ist vorgesehen, dass das erste Ringkegelelement (4) durch eine konische, axiale, zentrale Bohrung (6) von einem axialen Ende (7) der Welle (2) aus gebildet ist und die Welle (2) im axialen Bereich der Bohrung (6) zumindest einen Längsschlitz (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine nicht schaltbare Wellenkupplung zur spielfreien, kraftschlüssigen Verbindung einer Welle mit einem Maschinenteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nicht schaltbare Wellenkupplungen, die form- oder kraftschlüssig starr sein können, dienen zum Mildern von Stößen oder wirken als Ausgleichskupplungen. Starre nicht schaltbare Wellenkupplungen werden nur bei geringen Drehmomentschwankungen verwendet und finden ausschließlich bei fluchtenden Wellenenden oder bei fluchtend auf Wellen festgelegten Maschinenteilen Anwendung. Es eignen sich dazu auch Spannelementverbindungen, die mittels Reibschluss eine Welle-Nabe-Verbindung bewirken. Die erforderliche Spannkraft wird überwiegend durch eine oder mehrere Spannschrauben erzeugt. Es sind Ringkegel-Spannelemente bekannt, die zwei ineinandergreifende, kegelige Ringe in der Regel aus vergütetem Sonderstahl aufweisen, wobei durch axiale Schraubenkraft die Ringe radial gespannt werden. Die erzeugte Fugenpressung ruft wie bei Pressverbindungen einen Haftwiderstand hervor, der das Drehmoment überträgt. Auf diese Weise lassen sich Riemenscheiben, Zahnräder, Nocken und dergleichen auf Wellen drehsicher befestigen.
Solche Ringkegel-Spannelemente sind umständlich in der Montage und die Bandbreite des an der Welle erzeugten Haftreibdrehmoments, das bei Wirkung des Betriebsdrehmoments das Rutschen in Umfangsrichtung verhindert, ist nicht für alle Anwendungsbereiche der Wellenkupplung eng genug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine starre, nicht schaltbare Wellenkupplung zu schaffen, die auf einfachste Weise zu montieren ist und ein in engen Grenzen vorgebbares Haftreibdrehmoment aufweist.
Die Aufgabe wird mit einer nicht schaltbaren Wellenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass die nicht schaltbare Wellenkupplung ein erstes Ringkegelelement aufweist, das durch eine konische, axiale, zentrale Bohrung, die von einem axialen Ende der Welle in die Welle geführt ist, gebildet wird, und die Welle im axialen Bereich der Bohrung ein oder mehrere Längsschlitze aufweist, dient die Welle selbst als Ringkegelelement, das von der Spannschraube in geeigneter Weise radial geweitet werden kann, um einen Quer-Presssitz des Maschinenteils auf der Welle zu ermöglichen. Die nicht schaltbare Wellenkupplung baut einfach und ist einfach zu montieren und aufgrund der groß dimensionierbaren Mantelfläche der konischen Bohrung ist das Haftreibdrehmoment der Wellenkupplung in engen Grenzen vorgebbar und einstellbar. Die Wellenkupplung kompensiert zudem viele Fertigungstoleranzen.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein zweites Ringkegelelement wird bevorzugt durch die Spannschraube selbst dargestellt, die eine konische, an die Bohrung in der Welle angepasste Gestalt aufweist und in der Bohrung zentral in einem Innengewinde festgelegt sein kann.
Die Teilezahl der nicht schaltbaren Wellenkupplung ist auf diese Weise stark reduziert. Es wird kein Einbauraum für die Teile der nicht schaltbaren Wellenkupplung benötigt, als ohnehin schon vorhanden ist.
Die Spannschraube kann auch zylindrisch gebildet sein und ein zweites Ringkegelelement zentral durchragen, das als konische Hülse gebildet ist und sich an die Mantelfläche der konischen Bohrung in der Welle anlegt. Radial zwischen der Welle und dem Maschinenteil kann eine Hülse angeordnet sein. Über die Werkstoffwahl insbesondere der Hülse lässt sich das Haftreibdrehmoment der nicht schaltbaren Wellenkupplung ebenso vorgeben, wie durch die Vorspannkraft der Spannschraube. Die Hülse kann aus einem Kunststoff wie einem Polyamid-Typen oder einem fluorhaltigen Polymerkunststoff gebildet sein.
Polyamide sind teilkristalline Thermoplaste mit guten Gleit- und Verschleißverhalten und Einsatzfähigkeit auch bei höheren Temperaturen, etwa in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs. Polyamide lassen sich auch mit Fasern oder Mineralpulver verstärken.
Fluorhaltige Polymerkunststoffe, wie Polytetrafluorethylen zeichnen sich insbesondere durch gute Schlagzähigkeit und hohe Dauertemperaturbeständigkeit von bis zu 250°C aus. Zudem sind solche Kunststoffe gegenüber allen üblichen Betriebsstoffen an einem Kraftfahrzeug beständig.
Das auf der Welle kraftschlüssig mit der nicht schaltbaren Wellenkupplung festzulegende Maschinenteil kann aus einem Metallwerkstoff wie Stahl oder aus einem Kunststoff gebildet sein, wodurch sich das Haftreibdrehmoment der nicht schaltbaren Wellenkupplung ebenso vorgeben lässt. Eine Haftreibungszahl trocken von etwa 0,1 bis 0,3 ist wählbar.
Die nicht schaltbare Wellenkupplung lässt sich vorzugsweise in einem Getriebezug zwischen einem Servomotor, der ein als Zahnrad oder Schneckenrad gebildetes Maschinenteil antreibt, welches auf einer Welle, die ein Ritzel trägt, oder einstückig mit einem Ritzel gebildet ist, einsetzen. Die nicht schaltbare Wellenkupplung kann so Teil eines Aktuators einer Fremdkraft- oder Hilfskraftlenkung eines Fahrzeugs sein. Sie ermöglicht einen einfachen, bauraumsparenden Aufbau und zudem ein zerstörungsfreies Zerlegen der Komponenten.
Die Erfindung wird nun näher anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnungen wiedergegeben.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine nicht schaltbare Wellenkupplung zwischen einem Zahnrad und einer, ein Ritzel tragenden Welle,
2 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung II in 1,
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Welle in Pfeilrichtung x in 1,
4 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch eine nicht schaltbare Wellenkupplung.
In 1 ist in einem Längsschnitt eine Welle 2 gezeigt, auf der ein als Zahnrad 13 gebildetes Maschinenteil 3 kraftschlüssig festgelegt ist. Die lösbare, kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Maschinenteil 3 und der Welle 2 wird von einer nicht schaltbaren, starren Wellenkupplung 1 dargestellt, die für ein vorgebbares Haftreibdrehmoment zwischen dem Zahnrad 13 und der Welle 2 sorgt. Die Welle 2 ist an ihrem, die Wellenkupplung 1 tragenden axialen Ende 7 mit einer zentralen, konischen Bohrung 6 versehen, die in ein Innengewinde 15 tragendes Sackloch 16 übergeht. In der konischen Bohrung 6 und dem Sackloch 16 ist eine Spannschraube 5 mit einer Vorspannkraft F_V angeordnet, die gleiche oder ähnliche Konizität wie die Bohrung 6 besitzt. Die Bohrung 6 bildet ein erstes Ringkegelelement 4 und die Spannschraube 5 ein zweites Ringkegelelement 9 dieser Spannelement-verbindungsartigen starren, nicht schaltbaren Wellenkupplung 1.
Die Welle 2 ist, wie die 1 bis 3 und insbesondere 3 in einer perspektivischen Ansicht in Pfeilrichtung x in 1 zeigt, im Bereich der Bohrung 6 von vier diametral sich gegenüberliegenden Längsschlitzen 8 durchzogen, die ein radiales Aufweiten der Welle 2 in diesem Bereich unter Wirkung der Vorspannkraft F_V ermöglichen. Radial zwischen der Welle 2 und dem Maschinenteil 3 ist eine zylindrische Hülse 11 gesetzt. Es wird an den Grenzflächen des Zahnrads 13 oder der Hülse 11 zu der Welle 2 sowohl ein Haftreibwiderstand, der bei Wirkung einer Betriebs längskraft das axiale Rutschen verhindert, als auch ein Haftreibdrehmoment, das bei Wirkung des Betriebsdrehmoments das Rutschen in Umfangsrichtung verhindert, erzeugt. Wird das Betriebsdrehmoment überschritten, so kommt es zum kurzzeitigen Rutschen der Wellenkupplung 1 und bei Unterschreiten des Betriebsdrehmoment zu einer weiteren Übertragung dessen von dem Zahnrad 13 auf die Welle 2 und einem einstückig mit der Welle 2 gebildeten Ritzel 12. Die Hülse 11 kann aus einem Kunststoff wie Polyamid oder Polytetrafluorethylen gebildet sein und dadurch eine Haftreibungszahl zwischen Welle 2 und Maschinenteil 3 vorgegeben werden.
Der in der 1 gezeigte Getriebezug ist Teil eines Aktuators 14 für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs.
Wie 4 in einem weiteren Längsschnitt durch eine Welle 2 und eine nicht schaltbare, starre Wellenkupplung 1 zeigt, kann ein zweites Ringkegelelement 9 der Wellenkupplung 1 anstatt durch eine konische Spannschraube durch eine konische Hülse 10 gebildet werden, die von einer zylindrischen Spannschraube, in der Bohrung 6 liegend, zentral durchragt wird.

1: Wellenkupplung
2: Welle
3: Maschinenteil
4: Ringkegelelement, erstes
5: Spannschraube
6: Bohrung
7: Ende, axial
8: Längsschlitz
9: Ringkegelelement, zweites
10: Hülse, konisch
11: Hülse
12: Ritzel
13: Zahnrad
14: Aktuator
15: Innengewinde
16: Sackloch
F_V: Vorspannkraft

Claims

Nicht schaltbare Wellenkupplung zur spielfreien, kraftschlüssigen Verbindung einer Welle (2) mit einem drehbeweglich darauf sitzenden Maschinenteil (3), wobei ein erstes Ringkegelelement (4) von einer Spannschraube (5) der Wellenkupplung (1) radial vorgespannt ist, um zwischen der Welle (2) und dem Maschinenteil (3) ein Haftreibdrehmoment zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ringkegelelement (4) durch eine konische, axiale, zentrale Bohrung (6) von einem axialen Ende (7) der Welle (2) aus gebildet ist und die Welle (2) im axialen Bereich der Bohrung (6) zumindest einen Längsschlitz (8) aufweist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ringkegelelement (9) durch eine konische Gestalt der Spannschraube (5), die in der Bohrung (6) festgelegt ist, gebildet ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ringkegelelement (9) durch eine konische Hülse (10), die in der Bohrung (6) angeordnet ist, gebildet ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen der Welle (2) und dem Maschinenteil (3) eine Hülse (11) angeordnet ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (11) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyamid ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein fluorhaltiger Polymerkunststoff, wie Polytetrafluorethylen ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil (3) aus Stahl gebildet ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil (3) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftreibungszahl zwischen dem Maschinenteil (3) und der Welle (2) trocken etwa 0,1 bis 0,3 beträgt.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) einstückig mit einem Ritzel (12) gebildet ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil (3) ein Zahnrad (13) ist.
Nicht schaltbare Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht schaltbare Wellenkupplung (1) Teil eines Aktuators (14) einer Fremdkraft- oder Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug ist.