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Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit der sich zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Wellen unter Ausgleich eines eventuellen Achsversatzes der beiden Wellen zur Übertragung von Drehmomenten miteinander verbinden lassen.
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Wellenkupplungen, die sich zur Übertragung von Drehmomenten zwischen zwei Wellen mit einem Achsversatz eignen, sind unter den Namen Oldham-Kupplung, Kreuzschlitzkupplung oder Kreuzschieberkupplung bekannt. Diese Kupplungen umfassen ein erstes Kupplungselement, das drehfest mit der einen Welle verbunden ist und einen in Richtung der anderen Welle überstehenden diametral ausgerichteten Mitnehmer mit parallelen Begrenzungsflächen aufweist, sowie ein zweites Kupplungselement, das drehfest mit der anderen Welle verbunden ist und einen in Richtung der einen Welle überstehenden diametral ausgerichteten Mitnehmer mit parallelen Begrenzungsflächen aufweist, wobei die beiden Mitnehmer in komplementäre Nuten an entgegengesetzten Breitseiten eines zwischen den Kupplungselementen angeordneten Zwischenstücks oder Kreuzschiebers eingreifen, die ebenso wie die beiden Mitnehmer orthogonal zueinander ausgerichtete Längsachsen aufweisen.
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Bei diesen Wellenkupplungen handelt es sich um drehstarre Ausgleichskupplungen, die zwar einen Achsversatz zwischen den beiden Wellen ausgleichen können, die sich jedoch wegen eines erheblichen Verschleißes nur zur Übertragung von kleinen Drehmomenten eignen. Darüber hinaus ist die axiale Baulänge derartiger Wellenkupplungen relativ groß, was bei einem Einsatz zwischen zwei Wellen im Motorraum von Kraftfahrzeugen wegen des begrenzten Bauraums Packageprobleme verursachen kann.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 5 226 851 A bekannt. Diese betrifft eine Kupplung zum Verbinden zweier drehbarer Wellen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung zum drehmomentübertragenden Verbinden von zwei Wellen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie sich auch zur verschleißarmen Übertragung höherer Drehmomente eignet und eine geringere axiale Baulänge aufweist, aber trotzdem einen toleranz- oder belastungsbedingten Achsversatz ausgleichen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufnahme beiderseits des Mitnehmers von gegenüberliegenden Federzungen einer Klemmhalterung begrenzt wird, die durch einen Jochteil der Klemmhalterung einstückig miteinander verbunden sowie unter Last elastisch verformbar sind und in verformtem Zustand spielfrei gegen den Mitnehmer angepresst werden, wobei die Klemmhalterung im Bereich des Jochteils nicht an dem Mitnehmer anliegt, wobei zum Ausgleich eines Achsversatzes in einer zur Längsachse des Mitnehmers parallelen Richtung die Federzungen und der Mitnehmer in Bezug zueinander in Richtung der Längsachse des Mitnehmers verschiebbar sind, wobei der Mitnehmer an den Federzungen entlang gleitet, ohne diese weiter zu verformen, und wobei zum Ausgleich eines Achsversatzes in einer anderen Richtung die Federzungen elastisch verformbar sind. Grundsätzlich ist also zunächst vorgesehen, dass der Mitnehmer des ersten Kupplungselements in einer in beiden Drehrichtungen von Federzungen begrenzten Aufnahme des zweiten Kupplungselements eingespannt ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Wellenkupplung kann ein durch Einbautoleranzen oder durch Belastungen bedingter und damit ggf. auch zeitlich variierender Achsversatz in einer beliebigen Richtung ausgeglichen werden, wobei die beiden Federzungen elastisch verformt oder verbogen werden, wenn die Richtung des Achsversatzes von der Richtung der Längsachse des Mitnehmers abweicht. Die Einspannung des Mitnehmers zwischen den Federzungen gestattet darüber eine beidseitige Drehmomentübertragung von mittleren Wechselmomenten ohne Anlagenwechsel und ermöglicht damit einen verschleißarmen Betrieb der Wellenkupplung. Im Vergleich zur Oldham-, Kreuzschlitz- oder Kreuzschieberkupplung kann auf einen der Mitnehmer und das Zwischenstück verzichtet werden, wodurch die axiale Baulänge der Wellenkupplung erheblich verkürzt werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wellenkupplung besteht darin, dass ein Anbau an vorhandene Komponenten einfach möglich ist, da eine ebene Flanschfläche mit mindestens zwei Innengewindebohrungen ausreichend ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahme beiderseits des Mitnehmers von gegenüberliegenden flexiblen Federzungen begrenzt wird, die unter Last elastisch verformbar sind und in verformtem Zustand gegen den Mitnehmer angepresst werden, der spielfrei zwischen den gegenüberliegenden Federzungen eingespannt ist.
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Bei dem Mitnehmer des ersten Kupplungselements handelt es sich zweckmäßig um einen Mitnehmer, der denjenigen einer Oldham-, Kreuzschlitz- oder Kreuzschieberkupplung insofern ähnelt, als er allgemein diametral zur Drehachse der Welle ausgerichtet ist, mit der das erste Kupplungselement drehfest verbunden ist, und entgegengesetzte parallele Außenseiten aufweist, um bei einem Achsversatz in dieser Richtung eine Verschiebung der beiden Kupplungselemente in Bezug zueinander zu ermöglichen.
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Da sich die Federzungen jedoch anders als die Nuten des Zwischenstücks oder Kreuzschiebers einer Oldham-, Kreuzschlitz- oder Kreuzschieberkupplung nicht über den gesamten Durchmesser der Kupplung erstrecken müssen, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Mitnehmer zwei Mitnehmerarme aufweist, die in entgegengesetzte Richtungen radial über eine Nabe des zweiten Kupplungselements überstehen. Durch die zwischen den Mitnehmerarmen angeordnete Nabe wird das erste Kupplungselement in diesem Bereich verstärkt, wodurch das übertragbare Drehmoment vergrößert werden kann.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung sind zum Ausgleich eines Achsversatzes in einer zur Längsachse des Mitnehmers parallelen Richtung die Federzungen und der Mitnehmer in Bezug zueinander entlang der Längsachse des Mitnehmers verschiebbar, während zum Ausgleich eines Achsversatzes in einer anderen Richtung die gegenüberliegenden Federzungen elastisch verformbar sind, jedoch auch in verformtem Zustand spielfrei gegen den Mitnehmer angepresst werden.
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Die erfindungsgemäße Verwendung von Federzungen zur Begrenzung der Aufnahme des zweiten Kupplungselements gestattet es, das zweite Kupplungselement gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verhältnismäßig preiswert durch Stanzen, Biegen und Härten aus Blech, vorzugsweise Stahlblech herzustellen, dessen Stärke zweckmäßig entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment und den auftretenden toleranz- oder belastungsbedingten Achsversätzen gewählt werden kann.
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Um eine winkelgenaue Ausrichtung der beiden Kupplungselemente in Bezug zueinander zu ermöglichen, wird zumindest das zweite Kupplungselement vorzugsweise an der zugehörigen Welle festgeschraubt und weist zu diesem Zweck einen Flanschteil mit mindestens zwei Langlöchern auf, die entlang ihrer Länge ein begrenztes Verdrehen des Flanschteils in Bezug zur Welle ermöglichen, um die Längsachsen des Mitnehmers und der Aufnahme miteinander zur Deckung zu bringen. Die Langlöcher können in Umfangsrichtung gekrümmt sein, um den Flanschteil so wenig wie möglich zu schwächen.
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Um zu verhindern, dass sich die Welle und der an der Welle festgeschraubte Flanschteil des zweiten Kupplungselements im Betrieb der Wellenkupplung entlang der Langlöcher in Bezug zueinander verdrehen, weist eine der Welle zugewandte Anlagefläche des Flanschteils vorzugsweise eine reibwerterhöhenden Oberflächenbeschaffenheit auf, beispielsweise eine durch Laserbestrahlung geschaffene unebene Oberflächenstruktur.
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Wenn der Mitnehmer, wie oben bereits erwähnt, zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende radiale Mitnehmerarme aufweist, wird die die Aufnahme vorteilhaft beiderseits von jedem Mitnehmerarm von zwei gegenüberliegenden Federzungen begrenzt, deren Endabschnitte von entgegengesetzten Seiten her gegen den Mitnehmerarm zwischen den Federzungen angepresst werden.
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Vorteilhaft sind die beiden Federzungen durch einen Jochteil einstückig miteinander verbunden, der wiederum durch einen gebogenen Steg einstückig mit dem Flanschteil und vorzugweise mit dessen äußerem Begrenzungsrand verbunden ist. Auf diese Weise kann der Flanschteil zusammen mit den Federzungen, dem Jochteil und dem Steg aus einem ebenen Blech ausgestanzt werden, bevor dann zuerst die Federzungen in Bezug zum Jochteil umgebogen und dann der Jochteil zusammen mit den Federzungen durch Umbiegen des Stegs aus der Ebene des Flanschteil heraus gebogen wird.
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Bevorzugt sind die beiden Federzungen spiegelsymmetrisch zu einer Längsachse des Mitnehmers, wobei sie zwischen ihren freien, gegen den Mitnehmer anliegenden Endabschnitten und ihren mit dem Jochteil verbundenen Enden allgemein S-förmig gekrümmt sind, so dass sie sich in Abhängigkeit von der Richtung des Achsversatzes nach innen in Richtung der Aufnahme oder nach außen von der Aufnahme weg elastisch verbiegen lassen. Wenn entweder kein Achsversatz oder nur ein Achsversatz in einer zur Längsachse des Mitnehmers parallelen Richtung vorhanden ist, sind die gegen den Mitnehmer anliegenden Endabschnitte der Federzungen vorteilhaft parallel zu den entgegengesetzten parallelen Seitenflächen des Mitnehmers ausgerichtet.
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Wenn das erste Kupplungselement mit dem Mitnehmer drehfest mit der angetriebenen Welle verbunden ist, ist das zweite Kupplungselement mit der Aufnahme drehfest mit der treibenden Welle verbunden. Jedoch ist auch eine umgekehrte Anordnung denkbar.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung;
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2 zeigt eine andere perspektivische Ansicht von Teilen der erfindungsgemäßen Wellenkupplung;
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3 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Kupplungselements der Wellenkupplung;
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Kupplungselements der Wellenkupplung;
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5 zeigt eine Stirnseitenansicht des ersten Kupplungselements und der anderen Welle zur Verdeutlichung von verschiedenen Achsversätzen;
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6 zeigt eine perspektivische Stirnseitenansicht des ersten und des zweiten Kupplungselements mit der anderen Welle zur Verdeutlichung einer Verformung des zweiten Kupplungselements infolge eines Achsversatzes;
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7 zeigt eine Ansicht entsprechend 6 zur Verdeutlichung einer Verformung des zweiten Kupplungselements infolge eines anderen Achsversatzes.
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Die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Wellenkupplung 1 dient zum Verbinden einer Welle (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeug-Nebenaggregats mit einer Welle 2 eines Nebenaggregatantriebs. Der in der Zeichnung dargestellte Nebenaggregatantrieb umfasst eine Zahnscheibe 3 für einen Zahnriementrieb und ein drehfest mit der Zahnscheibe 3 verbundenes Gehäuse 4, durch das sich die Welle 2 erstreckt. Das Gehäuse 4 ist an seiner von der Zahnscheibe 3 abgewandten Stirnseite mit einem abgesetzten Schraubflansch 5 versehen, der das Stirnende der Welle 2 umgibt (2).
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Bei der Wellenkupplung 1 handelt es sich um eine drehstarre Ausgleichskupplung, mit der ein durch Einbautoleranzen oder Belastungen hervorgerufener geringer Achsversatz der Drehachsen der beiden Wellen in einer beliebigen Richtung ausgeglichen werden kann.
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Wie am besten in 1 dargestellt besteht die Wellenkupplung 1 im Wesentlichen aus einem ersten Kupplungselement 6, das drehfest mit der Welle des Nebenaggregats verbunden ist, sowie einem zweiten Kupplungselement 7, das mit Hilfe von zwei Befestigungsschrauben 8 am Schraubflansch 5 des Gehäuses 4 festgeschraubt wird, um es drehfest mit der Welle 2 des Nebenaggregatantriebs zu verbinden (2). Nach der Montage der Wellenkupplung 1 stehen die beiden Kupplungselemente 6, 7 in direktem Kupplungseingriff und verbinden die beiden Wellen drehfest miteinander.
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Wie am besten in 1 und 3 dargestellt, besteht das einstückig ausgebildete erste Kupplungselement 6 im Wesentlichen aus einem zylindrischen Nabenteil 9, der in Verlängerung der Welle des Nebenaggregats über deren dem Nebenaggregatantrieb zugewandtes Stirnende übersteht, sowie einem Mitnehmer 10, der diametral zur Welle des Nebenaggregats ausgerichtet ist. Der in axialer Richtung teilweise über eine ebene Stirnfläche 11 des Nabenteils 9 überstehende Mitnehmer 10 weist zwei radiale Mitnehmerarme 12 auf, die in entgegengesetzten Richtungen über den Nabenteil 9 überstehen. Die Mitnehmerarme 12 werden in Umfangsrichtung des Nabenteils 9 von parallelen Seitenflächen 13 begrenzt und sind an ihren freien äußeren Enden gerundet, wie am besten in 5 dargestellt.
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Das zweite Kupplungselement 7 ist ebenfalls einstückig ausgebildet, jedoch handelt es sich hier um ein gebogenes und gehärtetes teilflexibles Stanzteil aus dickerem Stahlblech. Das zweite Kupplungselement 7 besteht im Wesentlichen aus einem ebenen ringförmigen Flanschteil 14, über dessen eine Breitseitenfläche zwei diametral entgegengesetzte Klemmhalterungen 15 überstehen, die eine Aufnahme 16 (2) für den Mitnehmer 10 begrenzen.
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Der Flanschteil 14 dient zur Befestigung des Kupplungselements 7 am Schraubflansch 5 des Gehäuses 4. Wie am besten in 4 dargestellt, weist der Flanschteil 14 zu diesem Zweck eine ebene Breitseitenfläche 17 auf, die bei der Montage des Kupplungselements 7 mit einer gegenüberliegenden ebenen Flanschfläche des Schraubflanschs 5 zur Anlage gebracht wird, sowie zwei Langlöcher 18, durch die sich die beiden Befestigungsschrauben 8 in axiale Innengewindebohrungen 19 des Schraubflanschs 5 einschrauben lassen. Die Langlöcher 18 gestatten es bei der Montage des Flanschteils 14 das Kupplungselement 7 in eine genau definierte Winkelausrichtung in Bezug zum Gehäuse 4 und damit in Bezug zur Welle 2 des Nebenaggregatantriebs zu bringen, wie in 2 durch den Doppelpfeil angezeigt.
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Um im Betrieb ein ungewolltes Verdrehen des Flanschteils 14 in Bezug zum Gehäuse 4 bzw. zu dessen Schraubflansch 5 zu verhindern, ist die dem Schraubflansch 5 zugewandte Breitseitenfläche 17 des Flanschteils 14 mit einer durch Lasern hergestellten, den Reibwert der Breitseitenfläche 17 erhöhenden rauen Struktur versehen, wie in 4 dargestellt.
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Die beiden Klemmhalterungen 15 sind am äußeren Umfang des Flanschteils 14 angeformt. Jede Klemmhalterung 15 besteht aus einem in Umfangsrichtung verlaufenden Jochteil 20, der durch einen gebogenen Steg 22 mit dem äußeren Umfangsrand des Flanschteils 14 verbunden ist, sowie zwei elastisch verformbaren Federzungen 21, die nach innen zu über die entgegengesetzten Enden des Jochteils 20 überstehen und die Aufnahme 16 beiderseits vom benachbarten Mitnehmerarm 12 begrenzen.
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Die Federzungen 21 sind in einem unbelasteten oder unverformten Zustand spiegelsymmetrisch zur Längsachse der Aufnahme 16 angeordnet und begrenzen die Aufnahme 16 in beiden Drehrichtungen. Die Federzungen 21 umfassen jeweils einen geraden Endabschnitt, der durch einen S-förmig gebogenen Abschnitt mit dem benachbarten Ende des Jochteils 20 verbunden ist. Der Abstand zwischen den ebenen Innenseiten der Endabschnitte ist im unbelasteten oder unverformten Zustand der Federzungen 21 etwas kleiner als die Dicke der Mitnehmerarme 12 zwischen deren parallelen Seitenflächen 13, so dass die Mitnehmerarme 12 zwischen den beiden Federzungen 21 der zugehörigen Klemmhalterung 15 eingespannt bzw. die Endabschnitte der Federzungen 21 unter Vorspannung gegen die entgegengesetzten Seitenflächen 13 der Mitnehmerarme 12 angepresst werden. Dabei werden die Federzungen 21 im Bereich der S-förmigen Abschnitte leicht aufgebogen. Sofern zwischen den Wellen kein Achsversatz vorhanden ist, sind die Endabschnitte der Federzungen 21 parallel zu den Seitenflächen 13 der Mitnehmerarme 12 ausgerichtet. Zwischen den Federzungen 21, d. h. im Bereich des Jochteils 20, liegen die Klemmhalterungen 15 nicht gegen den benachbarten Mitnehmerarm 12 an.
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Wenn die Drehachsen der Welle des Nebenaggregats und der Welle des Nebenaggregatantriebs zum Beispiel einen zeitlich variierenden Achsversatz in einer zur Längsachse der Mitnehmerarme 12 parallelen Richtung aufweisen, wie in 5 durch die Pfeile A dargestellt, kann sich der Mitnehmer 10 ähnlich wie der Mitnehmer einer bekannten Oldham-, Kreuzschlitz- oder Kreuzschieberkupplung innerhalb der Aufnahme 16 geringfügig verschieben, wobei er an den Federzungen 21 entlang gleitet, ohne diese weiter zu verformen.
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Wenn hingegen die Richtung des Achsversatzes der Drehachsen der Wellen des Nebenaggregats und des Nebenaggregatantriebs von der Richtung der Längsachse der Mitnehmerarme 12 abweicht und entweder dazu senkrecht ist, wie in 5 durch die Pfeile B dargestellt, oder einen beliebigen Winkel ungleich 90 Grad mit der Längsachse der Mitnehmerarme 12 einschließt, dann verbiegen sich die Klemmhalterungen 15, wie dies in den 6 und 7 für zwei verschiedene Achsversätze dargestellt ist.
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6 zeigt die Verformung der Klemmhalterungen 15 in dem Fall, wenn die Drehachse der Welle des Nebenaggregats in Bezug zur Drehachse der Welle des Nebenaggregatantriebs nach rechts oben verschoben ist, wie durch den Pfeil in 6 dargestellt. In diesem Fall sind die in 6 rechts von den Mitnehmerarmen 12 angeordneten Federzungen 21 der beiden Klemmhalterungen 15 mit ihren freien Enden etwas von den benachbarten Seitenflächen 13 der Mitnehmerarme 12 weg gebogen, während die links von den Mitnehmerarmen 12 angeordneten Federzungen 21 der beiden Klemmhalterungen 15 mit ihren freien Enden etwas auf die benachbarten Seitenflächen 13 zu gebogen sind, so dass die Innenflächen der Endabschnitte beider Federzungen 21 jeder Klemmhalterung 15 nicht mehr parallel zu den Seitenflächen 13 sind, jedoch noch immer spielfrei gegen die Seitenflächen 13 angepresst werden.
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7 zeigt die Verformung der Klemmhalterungen 15 in dem Fall, wenn die Drehachse der Welle des Nebenaggregats in Bezug zur Drehachse der Welle des Nebenaggregatantriebs nach links unten verschoben ist, wie durch den Pfeil in 7 dargestellt. In diesem Fall sind die in 7 links von den Mitnehmerarmen 12 angeordneten Federzungen 21 der beiden Klemmhalterungen 15 mit ihren freien Enden etwas von den benachbarten Seitenflächen 13 weg gebogen, während die rechts von den Mitnehmerarmen 12 angeordneten Federzungen 21 der beiden Klemmhalterungen 15 mit ihren freien Enden etwas auf die benachbarten Seitenflächen 13 zu gebogen sind. Auch hier sind die Innenflächen der Endabschnitte beider Federzungen 21 jeder Klemmhalterung 15 nicht mehr parallel zu den Seitenflächen 13 ausgerichtet, werden jedoch auch in verformtem Zustand spielfrei gegen die Seitenflächen 13 angepresst.
