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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsanordnung und insbesondere eine Kupplungsvorrichtung, um eine Abtriebswelle mit einer Antriebswelle zu verbinden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Drehmomentübertragungsanordnung umfasst eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle und ein Kupplungsstück, um die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu verbinden, so dass sich die Abtriebswelle zusammen mit der Antriebswelle dreht. Das Kupplungsstück weist üblicherweise ein erstes Kupplungselement und ein zweites Kupplungselement auf. Das erste Kupplungselement weist eine Basis zum Verbinden der Antriebswelle und eine Mehrzahl von Armen auf, die sich axial von der Basis erstrecken. Die Arme des ersten Kupplungselements sind mit einer zwischen jeweils zwei benachbarten Armen gebildeten Lücke beabstandet. Das zweite Kupplungselement weist eine Basis zum Verbinden der Abtriebswelle und eine Mehrzahl von Armen auf, die sich axial von der Basis erstrecken.
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Wenn zusammengebaut, sind die Arme des zweiten Kupplungselements in die Lücken des ersten Kupplungselements aufgenommen und stoßen in Umfangsrichtung des Kupplungsstücks gegen die Arme des ersten Kupplungselements. Dadurch kann von dem Kupplungsstück ein Drehmoment von der Antriebswelle zu der Abtriebswelle übertragen werden. Jedoch haben das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement beide eine Basis, was die Länge des Kupplungsstücks vergrößert. Als Folge davon ist es schwierig, die Drehmomentübertragungsanordnung zu miniaturisieren.
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Deshalb gibt es den Wunsch nach einer verbesserten Kupplungsvorrichtung, die die oben beschriebenen Mängel beseitigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Kupplungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine erste Welle mit einer zweiten Welle zu verbinden, wobei die Kopplungsvorrichtung umfasst: ein erstes Kupplungselement, das eine Bodenwand aufweist, die eine Montagestirnfläche an einem axial Ende hat, und eine Mehrzahl von Armen, die sich axial von der Montagestirnfläche der Bodenwand erstrecken, wobei die Arme in Umfangsrichtung mit einem zwischen zwei benachbarten Armen gebildeten Aufnahmeraum beabstandet sind; und ein zweites Kupplungselement, das einen Hauptkörper und eine Mehrzahl von Armen aufweist, die sich radial von einem äußeren Umfang des Hauptkörpers erstrecken, wobei die Arme des zweiten Kupplungselements in Umfangsrichtung beabstandet sind, wobei jeder der Arme des zweiten Kupplungselements in einen jeweiligen Aufnahmeraum des ersten Kupplungselements aufgenommen ist, wobei das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement sich miteinander drehen.
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Vorzugsweise umfasst das erste Kupplungselement eine zylindrische Seitenwand, die sich axial von einem Umfang der Bodenwand erstreckt und ein radial äußeres Ende eines jeden Arms des ersten Kupplungselements grenzt an eine innere Oberfläche in der Seitenwand.
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Vorzugsweise ist das zweite Kupplungselement vollständig in dem ersten Kupplungselement aufgenommen.
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Vorzugsweise ist ein Dämpfer vorgesehen, der eine Mehrzahl von Pufferblöcken hat, von denen jeder zwischen jeweils einem Arm des ersten Kupplungselements und einem jeweiligen Arm des zweiten Kupplungselements angeordnet ist, der dem Arm des ersten Kupplungselements benachbart ist.
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Vorzugsweise sind das erste Kupplungselement und der Dämpfer durch Umspritzen verbunden.
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Vorzugsweise bilden das erste Kupplungselement und der Dämpfer ineinander greifende Strukturen an den Schnittstellen zwischen den Armen des ersten Kupplungselements und den Pufferblöcken des Dämpfers, wobei jede ineinander greifende Struktur eine Nut und einen Vorsprung aufweist, der passend in die Nut eingreift.
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Vorzugsweise haben die Vorsprünge der ineinander greifenden Anordnung Keilform und die Nuten haben ein entsprechendes keilförmiges Profil.
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Vorzugsweise begrenzt das erste Kupplungselement eine ringförmige Nut in einer axial äußeren Endfläche der Bodenwand, wobei die ringförmige Nut mit den Aufnahmeräumen des ersten Kupplungselements durch Durchgangslöcher verbunden ist, die in der Endwand gebildet sind, und der Dämpfer weist einen unteren Ring auf, der passend in die ringförmige Nut aufgenommen ist.
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Gemäß eines zweiten Aspekts schafft die vorliegende Erfindung eine Drehmomentübertragungsanordnung umfassend: eine erste Welle; eine zweite Welle; und eine Kupplungsvorrichtung zum Verbinden der ersten Welle mit der zweiten Welle, wobei die Kupplungsvorrichtung aufweist: ein zum Drehen mit der ersten Welle befestigtes erstes Kupplungselement, wobei das erste Kupplungselement eine Bodenwand, die eine Montagestirnfläche an einem axial Ende hat und eine Mehrzahl von Armen aufweist, die sich axial von der Montagestirnfläche der Bodenwand erstrecken, wobei die Arme in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei ein Aufnahmeraum jeweils zwischen zwei benachbarten Armen definiert ist; und ein zweites Kupplungselement so angeordnet das zum Drehen mit der zweiten Welle angeordnet ist, wobei das zweite Kupplungselement einen Hauptkörper und eine Mehrzahl von Armen aufweist, die sich radial von einem äußeren Umfang des Hauptkörpers erstrecken, wobei die Arme des zweiten Kupplungselements in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei jeder der Arme des zweiten Kupplungselements in einen jeweiligen Aufnahmeraum des ersten Kupplungselements aufgenommen ist, wobei das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement sich miteinander drehen.
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Vorzugsweise ist das erste Kupplungselement einstückig an der ersten Welle durch Einlegen und Umspritzen gebildet.
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Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Zähnen an einer Schnittstelle zwischen dem ersten Kupplungselement und dem ersten Wellenelement ausgebildet.
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Vorzugsweise weist das erste Kupplungselement weiterhin eine zylindrische Seitenwand auf, die sich axial von einem Umfang der Bodenwand erstreckt, wobei ein radial äußeres Ende eines jeden Arms des ersten Kupplungselements an eine innere Oberfläche der Seitenwand angrenzt.
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Vorzugsweise ist das zweite Kupplungselement vollständig in dem ersten Kupplungselement aufgenommen.
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Vorzugsweise weist die Kupplungsvorrichtung weiter einen Dämpfer auf, wobei der Dämpfer eine Mehrzahl von Pufferblöcken aufweist, von denen jeder zwischen einem jeweiligen Arm des ersten Kupplungselements und einem jeweiligen Arm des zweiten Kupplungselements angeordnet ist, der dem Arm des ersten Kupplungselements benachbart ist.
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Vorzugsweise ist der Dämpfer in das erste Kupplungselement gegossen.
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Vorzugsweise bilden das erste Kupplungselement und der Dämpfer ineinander greifende Strukturen an Schnittstellen zwischen den Armen des ersten Kupplungselements und den Pufferblöcken des Dämpfers, wobei jede ineinander greifende Struktur eine Nut und einen Vorsprung aufweist, der formschlüssig in die Nut eingreift.
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Vorzugsweise sind die Vorsprünge der ineinander greifenden Strukturen keilförmig, wobei die Nuten ein entsprechendes keilförmiges Profil haben.
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Vorzugsweise definiert das erste Kupplungselement eine ringförmige Nut in einer axial äußeren Endfläche der Bodenwand, wobei die ringförmige Nut mit den Aufnahmeräumen des ersten Kupplungselements durch Durchgangslöcher, die in der Bodenwand gebildet sind, verbunden ist und der Dämpfer einen unteren Ring aufweist, der formschlüssig in der ringförmigen Nut aufgenommen ist.
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Vorzugsweise ist ein Schubkraftübertragungselement vorgesehen und die erste Welle weist eine Blindbohrung auf, wobei das Schubkraftübertragungselement in der Blindbohrung aufgenommen ist, wobei ein axiales Ende gegen eine Unterseite der Blindbohrung stößt und wobei ein axiales Ende der zweiten Welle sich durch das zweite Kupplungselement erstreckt und gegen ein gegenüberliegendes axiales Ende des Schubkraftübertragungselements stößt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden nur beispielhaft mit Bezug auf die Figuren und beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Figuren werden identische Vorrichtungen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur auftauchen, in allen Figuren, in den sie auftauchen, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Abmessungen von Elementen und besondere Merkmale, die in den Figuren gezeigt sind, wurden im Allgemeinen wegen der Einfachheit und Klarheit der Darstellung gewählt und sind nicht zwingend maßstäblich gezeigt. Die Figuren sind unten aufgelistet.
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1 ist eine Ansicht einer teilweise zusammengebauten Drehmomentübertragungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine zusammengebaute Kupplungsvorrichtung zeigt;
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2 ist eine Explosionsansicht der Drehmomentübertragungsanordnung aus 1, wobei die Antriebswelle entfernt ist;
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3 ist eine Explosionsansicht eines ersten Kupplungselements und eines Dämpfers der Kupplungsvorrichtung aus 2;
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4 ist eine Unteransicht des zusammengebauten ersten Kupplungselements und des Dämpfers aus 3; und
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5 zeigt eine Drehmomentübertragungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Aus den 1 und 2, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine Kupplungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Die Kupplungsvorrichtung 10 ist dazu ausgelegt, eine Abtriebswelle 20 mit einer Antriebswelle 30 koaxial zu verbinden, so dass sich die Abtriebswelle 20 mit der Antriebswelle 30 dreht. Die Antriebswelle 30 ist gewöhnlich eine Motorwelle. Die Abtriebswelle 20 ist mit einer Vorrichtung verbunden, so dass diese die Vorrichtung antreibt. Die zusammengebaute Kupplungsvorrichtung 10, die Antriebswelle 20 und die Abtriebswelle 30 bilden zusammen eine Drehmomentübertragungsanordnung.
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Die Antriebswelle 30 weist einen Befestigungsabschnitt 32 auf, der an deren einem axialen Ende zur Verbindung mit der Kupplungsvorrichtung 10 gebildet ist. Der Befestigungsabschnitt 32 hat einen rechteckigen Querschnitt.
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Die Abtriebswelle 20 ist im Wesentlichen zylindrisch. Die Abtriebswelle 20 umfasst entlang ihrer axialen Richtung einen Verbindungsabschnitt 22 an einem axialen Ende, einen Gewindeabschnitt 24 in einem mittleren Abschnitt und einen Anschlagsabschnitt 26, der sich zwischen dem Verbindungsabschnitt 22 und dem Gewindeabschnitt 24 erstreckt. Der Anschlagsabschnitt 26 hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Verbindungsabschnitts 22 und des Gewindeabschnitts 24. Der Gewindeabschnitt 24 hat ein schraubenförmiges Gewinde, das an einem äußeren Umfang gebildet ist, um mit den Zähnen eines Getriebes zu kämmen, so dass das Getriebe angetrieben wird. Beispielsweise kann der Gewindeabschnitt eine Schraube bilden, die bei Verwendung mit einem Schraubengewinde kämmt. Der Verbindungsabschnitt 22 hat eine Mehrzahl von parallelen Zähnen an seinem äußeren Umfang, die sich in axialer Richtung der Abtriebswelle 20 erstrecken. Der Verbindungsabschnitt 22 hat darin eine Blindbohrung 28, die eine Öffnung in dem axialen Ende der Abtriebswelle 20 hat.
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Die Kupplungsvorrichtung 10 umfasst ein erstes Kupplungselement 40, das mit der Abtriebswelle 20 verbunden ist, ein zweites Kupplungselement 50, das mit der Antriebswelle 30 verbunden ist, einen Dämpfer 60, der zwischen dem ersten Kupplungselement 40 und dem zweiten Kupplungselement 50 angeordnet ist, und ein Schubkraftübertragungselement 70.
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Gemäß 3, auf die nun Bezug genommen wird, umfasst das erste Kupplungselement 40 eine Nabe 41 und eine Mehrzahl von Armen 42, die sich einstückig von der Nabe 41 erstrecken. D. h. die Nabe 41 und die Arme 42 sind als monolithische Konstruktion gebildet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist das erste Kupplungselement 40 aus Kunststoff durch Spritzguss hergestellt.
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Die Nabe 41 umfasst eine Bodenwand 43 und eine ringförmige Seitenwand 44, die sich axial von einem Umfang einer axialen Endfläche der Bodenwand 43 erstreckt. Die Bodenwand 43 ist im Wesentlichen zylindrisch, wobei ein Befestigungsloch 45 in einem zentralen Abschnitt begrenzt ist. Die Bodenwand 43 hat eine Mehrzahl von Zähnen, die an einem Umfang des Befestigungsloches 45 angeordnet sind. Die Zähne sind parallel und erstrecken sich axial, um mit den Zähnen des Verbindungsabschnitts 22 der Abtriebswelle 20 zu kämmen, so dass das erste Kupplungselement 40 sich zusammen mit der Abtriebswelle 20 dreht, nachdem sie zusammengebaut sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Nabe 41 direkt an der Abtriebswelle 20 durch Spritzguss gebildet.
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Die Bodenwand 43 der Nabe 41 umfasst eine Befestigungsfläche 46, die innerhalb der Seitenwand angeordnet ist. Jeder der Arme 42 erstreckt sich axial von der Befestigungsfläche 46. Ein radial inneres Ende jedes Arms ist außerhalb des Umfangs des Befestigungslochs 45 der Bodenwand 43 angeordnet. Ein radial äußeres Ende jedes Arms 42 grenzt an eine Innenfläche der Seitenwand 44. Die Arme 42 sind in Umfangsrichtung der Seitenwand 44 gleichmäßig beabstandet. Bei dieser Ausführungsform gibt es drei Arme 42, die in Abständen von 120° angeordnet sind. Ein Aufnahmeraum 47 ist zwischen jeweils zwei benachbarten Armen 42 gebildet. Die Aufnahmeräume 47 sind mit Löchern (ohne Bezugszeichen) verbunden, die sich axial durch die Bodenwand 43 erstrecken.
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Der Dämpfer 60 ist in dem ersten Kupplungselement 40 aufgenommen. Der Dämpfer 60 ist aus einem elastischen Material, wie z. B. Gummi oder anderen Elastomeren hergestellt. Der Dämpfer 60 begrenzt ein zentrales Loch 61 und umfasst eine Mehrzahl von Paaren von Pufferblöcken 62, die um das zentrale Loch 61 angeordnet sind. Die Pufferblöcke 62 sind in Umfangsrichtung des Dämpfers 60 beabstandet und angeordnet. Jedes Paar Pufferblöcke 62 zwängt einen Arm 42 des ersten Kupplungselements 40 zwischen sich ein. Jeder Arm 42 des ersten Kupplungselements 40 weist eine bogenförmige radial innerste Fläche 48 und ein Paar Seitenflächen 49 auf, um zwei Umfangsenden der radial innersten Fläche 48 mit der Innenfläche der Seitenwand 44 zu verbinden. Vorzugsweise hat jede Seitenfläche 49 des Arms 42 darin eine Nut 71 und jeder Pufferblock 62 des Dämpfers 60 bildet einen Vorsprung 63, der eine Form passend zu der Nut 71 der Arme 42 hat, so dass die Vorsprünge 63 der Pufferblöcke 62 formschlüssig in die Nuten 71 eingreifen, um die Verbindungsstärke zwischen dem Dämpfer und dem ersten Kupplungselement 40 zu erhöhen.
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Der Dämpfer 60 kann lösbar in dem ersten Kupplungselement 40 aufgenommen sein, aber bei dieser Ausführungsform sind der Dämpfer 60 und das erste Kupplungselement 40 vorzugsweise einstückig durch Spritzguss gebildet. Mit anderen Worten ist der Dämpfer 60 vorzugsweise einstückig auf dem ersten Kupplungselement 40 durch Spritzguss gebildet. Die Nuten 71 der Arme 42 des ersten Kupplungselements 40 sind keilförmig und die Vorsprünge 63 der Pufferblöcke des Dämpfers 60 haben eine entsprechende Keilform, so dass die Verbindungsstärke zwischen dem ersten Kupplungselement 40 und dem Dämpfer 60 erhöht ist.
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Gemäß 4, auf die nun Bezug genommen wird, hat der Dämpfer 60 einen unteren Ring 64, der die Pufferblöcke 62 miteinander verbindet. Das erste Kupplungselement 40 begrenzt eine ringförmige Nut 72 in der axial äußeren Endfläche der Bodenwand 43 zur Aufnahme des unteren Rings 64 des Dämpfers 60. Die ringförmige Nut 72 verbindet die Räume 47 zwischen den Armen 42 durch die Löcher (ohne Bezugszeichen). Der Dämpfer 60 weist eine Mehrzahl von Verbindungsstangen 65 auf, von denen jede in einem jeweiligen Loch zwischen der ringförmigen Nut 72 und den Räumen 47 des ersten Kupplungselements 40 aufgenommen ist. Jede Verbindungsstange 65 verbindet zwei nebeneinander liegende Pufferblöcke 62 zweier benachbarter Paare.
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Gemäß 2, auf die nun Bezug genommen wird, weist das zweite Kupplungselement 50 einen Hauptkörper 51 und eine Mehrzahl von Armen 52 auf, die einstückig als monolithische Konstruktion an dem Hauptkörper 51 gebildet sind. Der Hauptkörper 51 ist im Wesentlichen zylindrisch und die Arme 52 erstrecken sich im Wesentlichen radial von einem äußeren Umfang des Hauptkörpers 51. Die Arme 52 sind gleichmäßig in Umfangsrichtung um den Hauptkörper 51 beabstandet. Der Hauptkörper 51 hat ein Befestigungsloch 53 zur Befestigung der Antriebswelle 30. Das Befestigungsloch 53 hat ein Profil, welches dem Befestigungsabschnitt 32 der Antriebswelle 30 entspricht, so dass die Aufnahme des Befestigungsabschnitts 32 darin formschlüssig ist und sich das zweite Kupplungselement 50 zusammen mit der Antriebswelle 30 nach dem Zusammenbau dreht.
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Während des Zusammenbaus des Kupplungselements 10 ist das zweite Kupplungselement 50 in dem ersten Kupplungselement 40 aufgenommen. Der Hauptkörper 51 des zweiten Kupplungselements 50 ist in einem zentralen Bereich des ersten Kupplungselements 40 angeordnet und die radial innersten Flächen 48 der Arme 42 des ersten Kupplungselements 40 grenzen an den äußeren Umfang des Hauptkörpers 51 des zweiten Kupplungselements 50, so dass das zweite Kupplungselement radial eingegrenzt wird. Jeder Arm 52 des zweiten Kupplungselements 50 ist in einem jeweiligen Raum 47 des ersten Kupplungselements 40 aufgenommen. Daher sind die Arme 42 des ersten Kupplungselements 40 und die Arme 52 des zweiten Kupplungselements 50 abwechselnd in Umfangsrichtung der Kupplungsvorrichtung 10 angeordnet. Jeder Pufferblock 62 des Dämpfers 60 ist zwischen einem jeweiligen Arm 42 des ersten Kupplungselements und einem jeweiligen Arm 52 des zweiten Kupplungselements eingezwängt. Zusätzlich grenzt die radial äußerste Fläche der Arme 52 des zweiten Kupplungselements 50 an die Innenfläche der Seitenwand 44 des ersten Kupplungselements 40.
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Wie oben beschrieben ist das zweite Kupplungselement 50 vollständig in dem ersten Kupplungselement 40 aufgenommen, so dass das zweite Kupplungselement 50 der Kupplungsvorrichtung 10 keine axiale Länge hinzufügt. Daher ist die Gesamtlänge der Kupplungsvorrichtung 10 verkürzt.
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Das Schubkraftübertragungselement 70 ist aus Metall hergestellt und hat zylindrische Form. Das Schubkraftübertragungselement 70 ist in der Blindbohrung 28 der Abtriebswelle 20 aufgenommen, wobei ein axiales Ende des Elements an die Unterseite der Blindbohrung grenzt. Der Befestigungsabschnitt 32 der Antriebswelle 30 erstreckt sich durch das zweite Kupplungselement 50 und grenzt an ein gegenüberliegendes axiales Ende des Schubkraftübertragungselements 70. Dadurch kann eine Schubkraft zwischen der Antriebswelle 30 und der Abtriebswelle 20 durch das Schubkraftübertragungselement 70 übertragen werden, ohne eine Kraft an dem ersten und zweiten Kupplungselement 40, 50 einzuleiten. Es sollte klargestellt werden, dass das Schubkraftübertragungselement 70 weggelassen werden kann, wenn die Antriebswelle 30 direkt gegen die Abtriebswelle 20 stößt, so dass die Schubkraft direkt dazwischen übertragen werden kann.
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In 5, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine Kupplungsvorrichtung 80 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Kupplungsvorrichtung 80 unterscheidet sich von der Kupplungsvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Dämpfer weggelassen ist. Bei dieser Ausführungsform weisen die Räume 47 zwischen zwei benachbarten Armen 42 jeweils ein Profil auf, das zu dem des Arms 52 des zweiten Kupplungselements 50 passt. Die Arme 52 des zweiten Kupplungselements 50 greifen formschlüssig in die Aufnahmeräume 47 des ersten Kupplungselements 40 ein und die Arme 52 des zweiten Kupplungselements 50 grenzen an die Arme 42 des ersten Kupplungselements 40 in Umfangsrichtung der Kupplungsvorrichtung 80. Daher wird ein Drehmoment zwischen dem ersten Kupplungselement 40 und dem zweiten Kupplungselement 50 direkt übertragen.
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Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte vom Fachmann zur Kenntnis genommen werden, dass verschiedene Veränderungen möglich sind. Daher wird der Anwendungsbereich der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche bestimmt.
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Verben wie „umfassen”, „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind. Das Adverb „axial” bezieht sich auf eine Richtung entlang oder parallel zu einer Achse der Kupplungsvorrichtung und das Adverb „radial” bezieht sich auf eine Richtung im Wesentlichen entlang eines Radius der Kupplungsvorrichtung.
