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Die
Erfindung betrifft ein Kupplungsteil für eine Kupplungsvorrichtung
zur Übertragung einer Drehbewegung um eine Drehachse, wobei
das Kupplungsteil eine Verzahnung, die im zusammengebauten Zustand
der Kupplungsvorrichtung mit einer Verzahnung eines korrespondierenden
Kupplungsteils der Kupplungsvorrichtung zusammenwirkt, und eine
Federeinrichtung aufweist, die zur Verspannung der Kupplungsteile
in Umfangsrichtung dient.
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Eine
derartige Kupplungsvorrichtung, umfassend zwei Kupplungsteile mit
ineinander greifenden Verzahnungen zur Übertragung einer
Drehbewegung sowie mit einer Federeinrichtung zum Verspannen der
Kupplungsteile in Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung, wird beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, um einen Verbrennungsmotor mit
einem Getriebe des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Durch die in Umfangsrichtung
verspannende Federeinrichtung sollen unerwünschte Geräusche
vermieden werden, die bei Schwingungsanregungen durch den Verbrennungsmotor
in der Kupplungsvorrichtung entstehen können, wenn aufgrund
des Zahnspiels die Zähne der zusammenwirkenden Verzahnungen
voneinander abheben und durch Hin- und Herbewegung innerhalb des
Zahnspiels klackern.
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In
der
EP 1 953 403 A1 ist
ein Kupplungsteil mit einer Außenverzahnung offenbart,
welches sich axial in ein zweites Kupplungsteil in Form einer Nabe mit
einer Innenver zahnung schieben lässt. Eine Federeinrichtung
zum Verspannen der Kupplungsteile in Umfangsrichtung umfasst dabei
eine Schenkelfeder, die einen koaxial zu den Kupplungsteilen angeordneten
Ringteil und davon radial nach außen ragend zwei Schenkel
aufweist. Während sich der eine Schenkel der Schenkelfeder
an der Außenverzahnung des Kupplungsteils abstützt,
drückt der andere Schenkel der Schenkelfeder gegen ein
Segment, das in einer Lücke der Außenverzahnung
des Kupplungsteils angeordnet ist und gegenüber der Außenverzahnung
in Umfangsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Wird das Kupplungsteil
mit der Außenverzahnung in die Innenverzahnung der Nabe
eingesetzt, so werden die Schenkel der Schenkelfeder zusammengedrückt,
wodurch das Segment gegen die Innenverzahnung der Nabe drückt
und somit Innenverzahnung der Nabe und Außenverzahnung
des Kupplungsteils miteinander in Umfangsrichtung verspannt sind.
Ein Raum sparender Einsatz der Schenkelfeder ist nur dann möglich,
wenn sie in radialer Richtung gesehen innerhalb der Außenverzahnung
des innen liegenden Kupplungsteils befindet. Eine in axialer Richtung
versetzte Anordnung der Schenkelfeder würde axialen Bauraum
kosten, der insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit quer eingebautem
Motor knapp ist.
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Die
GB 1 545 416 offenbart eine
Kupplungsvorrichtung mit einem ersten außenverzahnten Kupplungsteil
und einem zweiten innenverzahnten Kupplungsteil. Des Weiteren umfasst
die Kupplungsvorrichtung eine Spiralfeder mit mehreren Wicklungen
sowie eine Scheibe mit mehreren nach innen gerichteten Zähnen.
Im zusammengebauten Zustand sitzt sowohl die Scheibe mit den nach
innen gerichteten Zähnen als auch das zweite innenverzahnte Kupplungsteil
auf dem ersten Kupplungsteil. Die Spiralfeder, die mit einem Ende
drehfest mit dem zweiten Kupplungsteil und mit dem anderen Ende
drehfest mit der Scheibe verbunden ist, wird beim Zusammenbau der
Kupplungsvorrichtung verdreht, so dass die beiden Kupplungsteile über
die Scheibe in Umfangsrichtung verspannt sind. Für die
Spiralfeder mit ihren Windungen sowie die Scheibe benötigt
die Kupplungsvorrichtung Bauraum. Dies gilt besonders, wenn die
Spiralfeder vergleichsweise steif ausgelegt sein soll. Vergleichsweise
hohe Spannkräfte sind notwendig, um eine unerwünschte
Geräuschentwicklung durch Zähneklackern bei einer
Kupplungsvorrichtung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe zu
vermeiden.
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Die
US 3,359,819 offenbart eine
Vorrichtung, bei der zwei Zahnräder untereinander in Umfangsrichtung
durch mehrere Schraubenfedern verspannt sind. Auch diese Schrau benfedern,
insbesondere wenn sie große Kräfte aufnehmen müssen,
benötigen Bauraum, der in vielen Anwendungsfällen
begrenzt ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Kupplungsvorrichtung
zur Übertragung einer Drehbewegung ein mit einer Federeinrichtung
ausgestattetes Kupplungsteil bereitzustellen, durch das eine ausreichend
große Verspannung zwischen den Kupplungsteilen der Kupplungsvorrichtung
möglich ist und das einen einfachen und raumsparenden Aufbau
der Kupplungsvorrichtung erlaubt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit der Merkmalskombination
gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung können den Unteransprüchen entnommen
werden.
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Das
Kupplungsteil für eine Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch
1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Federeinrichtung wenigstens
einen leicht gekrümmten Federstab aufweist, der sich im Wesentlichen
in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich kleiner als
120 Grad erstreckt, also über höchstens ein Drittel
eines Vollkreises erstreckt. Vorzugsweise ist der Winkelbereich
kleiner als 90 Grad, er kann auch kleiner als 60 Grad sein.
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Aufgrund
des leicht gekrümmten Federstabs kann die Federeinrichtung
bei sehr geringem Bauraum große Steifigkeiten aufweisen,
so dass das Kupplungsteil vorzugsweise auch in einer Kupplungsvorrichtung
zwischen Verbrennungsmotor und einem Getriebe in einem Kraftfahrzeug
eingesetzt werden kann. Die Krafteinleitung auf den Federstab erfolgt
dabei vorzugsweise ausschließlich über die zwei
Stabenden des Federstabs. Zwar kann der leicht gekrümmte
Federstab nur in einem begrenzten Arbeitsbereich mit sehr geringen
Verformwegen eingesetzt werden, doch liegt darin für den
erfindungsgemäßen Einsatz des gekrümmten
Federstabs bei einem Kupplungsteil für eine Kupplungsvorrichtung mit
zwei zusammenwirkenden Verzahnungen keine nennenswerte Beschränkung.
Vielmehr wird in geschickter Weise ausgenutzt, dass die maximale
Verformung der Federeinrichtung durch das Spiel der Zähne
der zusammenwirkenden Verzahnungen der Kupplungsteile begrenzt ist.
Dies ist jedoch sehr gering.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt der leicht
gekrümmte Stab mit einem Stabende mit der Verzahnung des
Kupplungsteils zusammen und ist mit dem anderen Stabende mit einem
Segment verbunden, das in eine Lücke der Verzahnung eingesetzt
ist und dazu dient, durch die Kraft der Federeinrichtung im zusammengebauten
Zustand der Kupplungsvorrichtung gegen die Verzahnung des korrespondierenden
Kupplungsteils zu drücken. Somit wird zwischen dem Kupplungsteil
und dem Segment eine Spannkraft aufgebaut, die über das
Segment auf das korrespondierende Kupplungsteil übertragen
wird. Im Ergebnis sind dann die beiden Kupplungsteile in Umfangsrichtung
gegenseitig verspannt.
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Das
Segment kann wenigstens einen Segmentzahn aufweisen. Das Segment
kann aber auch mehrere Segmentzähne aufweisen, beispielsweise zwei
oder drei Segmentzähne, wobei sich dann die auf das Segment übertragende
Spannkraft auf mehrere Segmentzähne verteilt. Vorzugsweise
ist ein Segmentzahn in gleicher Weise geformt wie ein Zahn der Verzahnung
des Kupplungsteils.
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Das
Kupplungsteil kann mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Federeinrichtungen
aufweisen. Beispielsweise können vier Federeinrichtungen
vorgesehen sein, die am Umfang gegenüber benachbarter Federeinrichtungen
um 90 Grad versetzt angeordnet sind. Vorzugsweise ist jeder Federeinrichtung
ein Segment zugeordnet, das im zusammengebauten Zustand der Kupplungsvorrichtung
gemeinsam mit den anderen Segmenten gegen die Verzahnung des anderen
Kupplungsteils in Umfangsrichtung drückt.
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Vorzugsweise
wirkt der leicht gekrümmte Federstab als Druckfeder. In
diesem Fall kann der leicht gekrümmte Federstab als Eulerscher
Knickstab angesehen werden, der an seinen beiden Stabenden auf Druck
beansprucht wird. Über die Länge des Federstabs,
der Krümmung des Federstabs, dessen Querschnitt oder Profils
und/oder über das Material lässt sich die gewünschte
Steifigkeit der Federeinrichtung einstellen. Wie oben bereits ausgeführt,
wird die Federeinrichtung aufgrund des begrenzten Zahn- oder Flankenspiels
zwischen den Verzahnungen der Kupplungsteile nur in sehr engen Grenzen
verformt. Es lassen sich hohe Steifigkeiten einstellen, wenn der
Federstab nur eine sehr kleine Krümmung aufweist. Die Krümmung
ist dabei ein Maß für die Abweichung des wirklichen
Verlaufs des Federstabs von einer Geraden, die die beiden Stabenden
in Wirkrichtung des Federstabs verbindet.
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Der
leicht gekrümmte Federstab muss aber nicht zwangsläufig
als Druckfeder wirken. Es ist auch denkbar, dass er als Zugfeder
ausgelegt ist. In diesem Fall wird bei Beanspruchung des Federstabs
die Krümmung nicht größer, sondern kleiner.
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Als
Material kommt vorzugsweise Federstahl zum Einsatz. Es können
aber auch andere Materialien wie beispielsweise Kunststoffe oder
Verbundwerkstoffe gewählt werden.
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Die
Verzahnung des Kupplungsteils kann eine Innenverzahnung mit radial
nach innen gerichteten Zähnen sein. Alternativ könnte
das Kupplungsteil auch ein außenverzahntes Zahnrad sein,
wobei dann die Zähne nach außen gerichtet sind.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Krümmung
des Stabes im Wesentlichen der Krümmung eines Kreises mit
einem Durchmesser, der einem Zahnfußdurchmesser der Verzahnung
entspricht. Soweit seine beiden Stabenden ebenfalls im Wesentlichen
auf dem Zahnfußdurchmesser liegen, liegt der Federstab
exakt auf dem Zahnfußdurchmesser und stellt kein Hindernis
dar, wenn die Kupplungsteile zwecks Montage der Kupplungsvorrichtung
axial ineinander geschoben werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Federeinrichtung
zwei zueinander beabstandete Stäbe auf. Dadurch lässt
sich die Steifigkeit der Federeinrichtung gegenüber einer
Federeinrichtung mit nur einem Federstab verdoppeln. Vorzugsweise
ist die Federeinrichtung einstückig ausgeführt. Die
Federeinrichtung kann dabei einen Querschenkel aufweisen, der die
zueinander beabstandeten Federstäbe an einem Stabende miteinander
verbindet. An dem anderen Stabende können die beabstandeten
Stäbe jeweils einen abgewinkelten Endabschnitt aufweisen,
die vorzugsweise aufeinander gerichtet sind. Diese Endabschnitte
können in eine Aussparung des Segmentes greifen. Dieser
Aufbau der Federeinrichtung mit zwei parallel geführten
Federstäben mit zwei offenen Enden und einem verbindenden Querschenkel
ermöglicht eine besonders einfache Herstellung, da die
Federeinrichtung auf einem Federdraht gebogen werden kann.
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Der
Abstand zwischen den Federstäben kann dabei so bemessen
sein, dass zwischen den Federstäben in axialer Richtung
die Zähne der Verzahnung des Kupplungsteils ohne nennenswertes axiales
Spiel hindurch greifen. Dadurch ist eine Festlegung in axialer Richtung
des Kupplungsteils möglich. Weiter ist es möglich,
dass beispielsweise über den Querschenkel eine gewisse
Klemmkraft zwischen den Federstäben aufgebaut wird, wenn
zwischen ihnen die Zähne der Verzahnung greifen. In diesem
Fall wäre das axiale Spiel zwischen den Federstäben
und den zwischen den Federstäben liegenden Zähnen
gleich Null.
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Der
Federstab kann zumindest teilweise in einer axialen Vertiefung oder
Tasche der Verzahnung des Kupplungsteils untergebracht sein. Durch
die axiale Vertiefung können die Zähne im Bereich
der axialen Vertiefung in axialer Richtung etwas schmaler ausgebildet
sein. Nimmt die axiale Vertiefung in axialer Richtung den Federstab
vollständig auf, benötigt die Federeinrichtung
keine zusätzlichen axialen Bauraum.
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Vorzugsweise
ist ein Hinterschnitt vorgesehen, an dem das Segment in einer Ruheposition
anliegt, wodurch das Segment und die Federeinrichtung zumindest
in radialer Richtung fixiert sind. Handelt es sich beispielsweise
bei der Verzahnung des Kupplungsteils um eine Innenverzahnung, so
ist der Hinterschnitt vorzugsweise so geschaffen, dass das Segment
nicht radial nach innen herausfallen kann. Dies erleichtert die
Handhabung und die Montage des Kupplungsteils.
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Anhand
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 Ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kupplungsteils in perspektivischer Ansicht;
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2 Einen
Ausschnitt des Kupplungsteils der 1;
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3 In
perspektivischer Ansicht ein Segment; und
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4 In
perspektivischer Ansicht eine Federeinrichtung.
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1 zeigt
in perspektivischer Ansicht ein Kupplungsteil, das in seiner Gesamtheit
mit 1 bezeichnet wird. Das Kupplungsteil 1 ist
als Nabe mit einer Innenverzahnung 10 ausgebildet. Das
Kupplungsteil 1 kann Teil einer Kupplungsvorrichtung sein, die
ein hier nicht dargestelltes weiteres Kupplungsteil mit einer Außenverzahnung
aufweist. Die Innenverzahnung 10 des Kupplungsteils 1 sowie
die Außenverzahnung des nicht dargestellten weiteren Kupplungsteils
der Kupplungsvorrichtung bilden in Umfangsrichtung eine formschlüssige
Verbindung zur Übertragung einer Drehbewegung. In axialer
Richtung, also in Richtung der Drehachse der Kupplungsvorrichtung,
lassen sich die Kupplungsteile jedoch verschieben. Beispielsweise
ließe sich durch eine derartige Kupplungsvorrichtung ein
Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug mit einem Getriebe verbinden.
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Kupplungsteil 1 weist
am Umfang verteilt vier Federeinrichtungen 20 auf, wobei
jeweils zwei benachbarte Federeinrichtungen 20 um 90 Grad
zueinander versetzt sind.
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2 zeigt
einen Ausschnitt der Kupplungsvorrichtung 1 mit einer der
vier Federeinrichtungen 20. 4 zeigt
die Federeinrichtung 20 in Alleinstellung in einer perspektivischen
Ansicht.
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Des
Weiteren weist das Kupplungsteil 1 vier Segmente 30 auf,
die ebenfalls am Umfang bzw. an der Verzahnung 10 verteilt
angeordnet sind und jeweils mit einer Federeinrichtung 20 zusammenwirken.
Auch hier sei wieder auf 2 verwiesen, die eines der Segmente 30 in
einem größeren Maßstab zeigt. 3 ist
eine perspektivische Ansicht des Segmentes 30 in Alleinstellung.
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Wie
am besten in Zusammenschau der 2 und 4 zu
erkennen ist, weist die Federeinrichtung 20 zwei zueinander
beabstandete Federstäbe 21 auf, die sich in Umfangsrichtung
der Verzahnung 10 bzw. in Umfangsrichtung des Kupplungsteils 1 erstrecken.
Die Federstäbe 21 sind dabei leicht gekrümmt.
An einem Stabende 22 sind die Federstäbe mit einem
Querschenkel 23 miteinander verbunden. An einem anderen
Stabende 24 weisen die Federstäbe jeweils einen
rechtwinklig abgewinkelten Endabschnitt 25 auf. Die Endabschnitte 25 stehen
sich gegenüber, sind also nach innen geknickt, d. h. sie sind
jeweils in Richtung des anderen Federstabs 21 gebogen.
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Die
Krümmung der Federstäbe 21 entspricht in
etwa der Krümmung eines Kreises mit einem Zahnfußdurchmesser
DF der Verzahnung 10. Die Federeinrichtung 20 ist
so angeordnet, dass sie kein Hindernis darstellt, wenn das nicht
dargestellte weitere Kupplungsteil zwecks Montage der Kupplungsvorrichtung
in das Kupplungsteil 1 axial geschoben wird.
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Die
Federeinrichtung 20 ist als Druckfeder ausgebildet, wobei
sich die parallel verlaufenden Federstäbe 21 mit
ihren Stabenden 22 bzw. mit dem Querschenkel 23 an
der Innenverzahnung 10 des Kupplungsteils 1 abstützen.
Der Querschenkel 23 liegt dabei an einem Zahn 11a der
Verzahnung 10 an. Der Zahn 11a weist in Zahnfußnähe
eine kleine Ausbuchtung oder Ausfräsung 12 auf,
die eine Anlage für den Querschenkel 23 bildet.
Die Ausbuchtung weist in radialer Richtung einen kleine Hinterschneidung auf,
sodass die Stabenden 22 nicht unbeabsichtigt aus der Ausbuchtung 12 rutschen
können.
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Die
Stabenden 24 bzw. die abgewinkelten Endabschnitte 25 wirken
mit dem Segment 30 zusammen. Das Segment 30 weist
zwei Segmentzähne 31 auf, die in etwa wie die
Zähne 11 der Verzahnung 10 geformt sind.
Das Segment 30 ist in einer Lücke 12 der
Verzahnung 10 angeordnet. In radialer Richtung gesehen
liegt das Segment 30 mit einer Außenfläche 32 an
einem Boden 13 der Lücke 12 auf. In Umfangsrichtung
gesehen stützt sich das durch die Federkraft der Federeinrichtung 20 beaufschlagte Segment 30 mit
einer Seitenfläche 33 an einem Hinterschnitt 14 der
Lücke 12 ab. Die Seitenfläche 33 des
Segmentes 30 und der Hinterschnitt 14 der Lücke 12 bewirken,
dass das Segment 30, soweit die Federeinrichtung 20 eine
Druckkraft ausübt, nicht aus der Lücke 12 fallen
kann. Die abgewinkelten Endabschnitte 25 greifen in Aussparungen 34 des
Segmentes 30.
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Die
Federstäbe 21 erstrecken sich in Umfangrichtung
in etwa über einen Winkelbereich von 45 bis 50 Grad. Dies
bedeutet, dass in Umfangsrichtung betrachtet die Stabenden 22 einerseits
und 24 andererseits um 45 bis 50 zueinander Grad beabstandet sind.
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Das
Federelement 20 sitzt in einer Tasche oder axialen Aussparung 15 der
Verzahnung 10, die sich von dem Zahn 11a bis der
Lücke 12 erstreckt. In diesem Bereich sind die
Zähne 11a bis 11f der Verzahnung 10,
die von der axialen Aussparung erfasst sind, in axialer Richtung
etwas weniger breit als die übrigen Zähne 11 der
Verzahnung 10. Die axiale Vertiefung 15 nimmt
zumindest teilweise das Federelement 20 in axialer Rich tung
auf. Die axiale Aussparung 15 kann dabei nicht nur an einer
axialen Seite des Kupplungsteils 1, sondern auch an der
anderen axialen Seite des Kupplungsteils 1 (entspricht
in der Darstellung der 2 der hinteren axialen Seite
des Kupplungsteils 1) vorgesehen sein.
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2 zeigt
zudem exemplarisch einen Zahn der Außenverzahnung des hier
nicht dargestellten korrespondierenden Kupplungsteils. In einem
Normalbetrieb der Kupplungsvorrichtung soll das korrespondierende
Kupplungsteil mit dem Zahn 50 (zusammen mit den anderen
nicht dargestellten Zähnen) das Kupplungsteil 1 in
Umfangsrichtung R, also im Uhrzeigersinn, antreiben. Entsprechend
weist der Zahn 50 eine Lastseite 51 auf, die mit
einer Lastseite 16 des Zahnes 11 h zusammenwirkt. Analog
weisen auch die anderen Zähne 11 der Verzahnung 10 des Kupplungsteils 1 Lastseiten 16 auf.
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Durch
die Federeinrichtung 20 und das Segment 30 wird
die Außenverzahnung des korrespondierenden Kupplungsteils
in Richtung R gedrückt, so dass die Lastseite 51 des
Zahnes 50 und somit alle Lastseiten 51 der übrigen
Zähne der Außenverzahnung des korrespondierenden
Kupplungsteils an den Lastseiten 16 der einzelnen Zähne 11 der
Verzahnung 10 des ersten Kupplungsteils anliegen. Soweit durch
Schwingungsanregungen oder andere Lastzustände die Federkraft
der auf Druck beanspruchten Federeinrichtung 20 nicht überwunden
wird, liegen die Zähne 50 der Außenverzahnung
des korrespondierenden Kupplungsteils an den Lastseiten 16 der Zähne 11 des
Kupplungsteiles 1 ohne Spiel und ohne Möglichkeit
einer Geräuschentwicklung an.
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- 1
- Kupplungsteil
- 10
- Verzahnung
- 11
- Zahn
- 12
- Lücke
- 13
- Boden
- 14
- Hinterschnitt
- 15
- Aussparung
- 16
- Lastseite
- 20
- Federeinrichtung
- 21
- Federstab
- 22
- Ende
- 23
- Querschenkel
- 24
- Ende
- 25
- Endabschnitt
- 30
- Segment
- 31
- Segmentzahn
- 32
- Außenfläche
- 33
- Seitenfläche
- 34
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1953403
A1 [0003]
- - GB 1545416 [0004]
- - US 3359819 [0005]