DE10308329A1

DE10308329A1 - Welle und Wellenkupplung

Info

Publication number: DE10308329A1
Application number: DE10308329A
Authority: DE
Inventors: Andrew J Whitton; Donald C Taylor; Harry Heilemann
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Drivesol Global Steering Inc Troy Mich Us
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2003-09-04
Also published as: US20030161679A1; US6942415B2; GB2387216A; JP2003269479A; GB0304338D0

Abstract

Eine Wellenkupplungsanordnung weist ein Kupplungselement (10) mit einem Wellenaufnahmeschlitz (12) auf, der zur Aufnahme einer Welle (30; 50) gestaltet ist. Ein Haltebolzen (16) läßt sich durch das Kupplungselement (10) benachbart zu dem Wellenaufnahmeschlitz (12) hindurchführen und wird aufgenommen und gehalten in einer Bolzenaufnahmeausnehmung (34; 54) in der oberen Wellenoberfläche, benachbart zu dem vorderen Wellenende (36; 56), nachdem das vordere Wellenende in den Schlitz (12) des Kupplungselements (10) eingesetzt ist. Wenigstens ein Vorsprung (40; 60, 70) erstreckt sich von dem vorderen Wellenende (36; 56), benachbart zu der oberen Oberfläche der Welle, um ein falsches Verklemmen des vorderen Wellenendes und jegliches damit zusammenhängende Gefühl für eine richtige Verbindung zu verhindern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Komponenten von Wellen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Sicherheitsmechanismus zum Vermindern der Möglichkeit einer falschen Anordnung einer Welle.

Wellen werden in vielen Anwendungen verwendet und erfordern im allgemeinen eine Verbindung zwischen der Welle und einer sekundären Komponente. Die sekundäre Komponente kann eine unabhängige Komponente oder eine sekundäre Welle sein, so daß die Welle als Zwischenwelle dient. In beiden Fällen wird das vordere Ende einer Welle mit einem Kupplungselement verbunden, das seinerseits mit der sekundären Komponente verbunden wird.

Bei der Erfindung können viele verschiedene Kupplungselemente verwendet werden. Ein beispielhaftes Kupplungselement 10 ist in Fig. 1 veranschaulicht. Das Kupplungselement 10 hat einen Wellenaufnahme- und -halteschlitz 12 und einen Haltebolzen 16, der durch eine Durchgangsbohrung 14 in dem Kupplungselement 10 hindurchgeführt und darin gesichert wird. Typischerweise hat die Welle 20 eine Kerbe, eine ringförmige Nut oder eine andere Form einer Bolzenaufnahmeausnehmung 24 benachbart zu dem vorderen Ende 22 der Welle 20. Das vordere Ende 22 der Welle 20 wird zunächst in dem Schlitz 12 positioniert, wie es durch den Pfeil 1 in Fig. 1 angedeutet ist. Dabei wird die Bolzenaufnahmeausnehmung 24 mit der Durchgangsbohrung 14 ausgerichtet. Danach wird der Haltebolzen 16 durch die Durchgangsbohrung 14 und durch die Bolzenaufnahmeausnehmung 24 hindurchgeführt, wie es durch den Pfeil 2 in Fig. 1 angedeutet ist, und der Bolzen 16 wird durch einen Splint, eine Mutter oder dergleichen gesichert. Der Haltebolzen 16, der sich durch die Bolzenaufnahmeausnehmung 24 erstreckt, sichert die Welle 20 dauerhaft an dem Kupplungselement 10.

Bei vielen Anwendungsfällen, zum Beispiel bei einer Lenkzwischenwelle, tritt die Verbindung der Welle 20 und des Kupplungselements 10 an einer Stelle mit begrenzter Zugangsmöglichkeit auf. Daher ist es schwierig, visuell oder von Hand zu prüfen, ob der Haltebolzen 16 richtig in der Bolzenaufnahmeausnehmung 24 aufgenommen ist. Zum Beispiel kann, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist, die Welle 20 nicht vollständig in das Kupplungselement 12 eingesetzt sein, wenn der Haltebolzen 16 eingesetzt wird. Infolgedessen wird der Haltebolzen 16 nicht in der Bolzenaufnahmeausnehmung 24 aufgenommen. In einigen Fällen verklemmt sich das vordere Ende 22 der Welle 20 zwischen dem eingesetzten Haltebolzen 16 und der inneren Oberfläche 18 des Schlitzes 12 des Kupplungselements 10. Wenn die Welle 20 ausreichend verklemmt ist, kann dies für einen Montagearbeiter ein starres Gefühl ergeben, wodurch ein falscher Eindruck dahingehend erweckt wird, daß die Welle 20 richtig verbunden ist. Nach einem gewissen Gebrauch kann sich das Wellenende 22 zwischen dem Haltebolzen 16 und der Schlitzoberfläche 18 lösen, wodurch eine Trennung und ein Ausfall der Kupplung bewirkt werden.

Die Erfindung schafft eine Welle und eine Anordnung zur Wellenkupplung. Die Anordnung weist ein Kupplungselement mit einem Wellenaufnahmeschlitz auf, der zur Aufnahme einer Welle gestaltet ist. Ein Haltebolzen ist durch das Kupplungselement benachbart zu dem Wellenaufnahmeschlitz hindurchführbar. Die Welle weist einen axialen Wellenkörper auf, der obere und untere Oberflächen hat und der in einem vorderen Ende endet, das so gestaltet ist, daß es in den Schlitz des Kupplungselements eingesetzt werden kann. Eine Bolzenaufnahmeausnehmung in der oberen Wellenoberfläche benachbart zu denn vorderen Wellenende ist zur Aufnahme und Halterung des Haltebolzens ausgebildet, nachdem das vordere Wellenende in den Schlitz des Kupplungselements eingesetzt ist. Wenigstens ein Vorsprung erstreckt sich von dem vorderen Wellenende her benachbart zu der oberen Wellenoberfläche, wodurch für den Fall, daß der Haltebolzen durch das Kupplungselement hindurch vor dem richtigen Einsetzen des vorderen Wellenendes in den Schlitz des Kupplungselements hindurchgeführt ist, der Vorsprung den Haltebolzen berührt und ein falsches Verklemmen des vorderen Endes der Welle und jegliches zugehörige Gefühl einer richtigen Verbindung verhindert.

Die Erfindung ist im wesentlichen in den Patentansprüchen gekennzeichnet. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht einer Welle, die zum Eingriff mit einem beispielhaften Kupplungselement positioniert ist, nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer Welle, die mit dem Kupplungselement falsch verbunden ist, wobei das Kupplungselement im Querschnitt gezeigt ist, nach dem Stand der Technik.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Welle eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, positioniert zum Eingriff mit einem beispielhaften Kupplungselement.
Fig. 4 ist eine Ansicht von oben der Welle von Fig. 3, positioniert zum Eingriff mit einem beispielhaften Kupplungselement.
Fig. 5 bis 7 sind Seitenansichten der Welle von Fig. 3, die falsch in das Kupplungselement eingesetzt ist, wobei das Kupplungselement im Querschnitt gezeigt ist.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer Welle eines zweiten Ausführungsbeispiels, positioniert zum Eingriff mit einem beispielhaften Kupplungselement.
Fig. 9 ist eine Ansicht von oben der Welle von Fig. 8, positioniert zum Eingriff mit einem beispielhaften Kupplungselement.
Fig. 10 ist eine Seitenansicht der Welle von Fig. 8, die anfänglich falsch in das Kupplungselement eingesetzt ist, wobei das Kupplungselement im Querschnitt gezeigt ist.
Fig. 11 ist eine Seitenansicht ähnlich der Fig. 10 und veranschaulicht, daß sich die falsch eingesetzte Welle automatisch von dem Kupplungselement zurückzieht.
Fig. 12 und 13 sind Seitenansichten der Welle von Fig. 8, die falsch in das Kupplungselement eingesetzt ist, wobei das Kupplungselement im Querschnitt gezeigt ist.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend gleiche Elemente darstellen.. Eine gewisse Terminologie, zum Beispiel "rechts", "links", "vorn", "nach vorn", "zurück", "hinten" und "nach hinten" wird in der Beschreibung nur zur Klarstellung von Relativstellungen verwendet und ist nicht beschränkend zu verstehen.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Welle 30 hat einen axialen Körner, der sich zwischen einem vorderen Ende 32 und einem hinteren, nicht gezeigten Ende erstreckt. Die Welle 30 weist eine Bolzenaufnahmeausnehmung 34 benachbart zu dem vorderen Ende 32 der Welle 30 auf. Die Bolzenaufnahmeausnehmung 34 ist ähnlich der Bolzenaufnahmeausnehmung 24 der Welle 20 nach dem Stand der Technik, und sie ist so gestaltet und angeordnet, daß sie den Haltebolzen 16 aufnehmen kann. Die Welle 30 endet allgemein in einem stumpfen Ende 36 vor der Bolzenaufnahmeausnehmung 34. Die Welle 30 hat einen allgemein vollständigen Querschnitt im Bereich der Bolzenaufnahmeausnehmung 34, so daß ein sicherer Eingriff zwischen dem Haltebolzen 16 und der Bolzenaufnahmeausnehmung 34 eintritt. Ein Vorsprung 40 erstreckt sich von dem allgemein stumpfen Ende 36 her benachbart zu der oberen Oberfläche der Welle 30. Der Vorsprung 40 endet vorzugsweise in einer verjüngten Spitze 42.
Wie die Fig. 5 bis 7 zeigen, verhindert der sich von der Welle 30 erstreckende Vorsprung 40 ein falsches Gefühl einer richtigen Verbindung zwischen der Welle 30 und dem Kupplungselement 10, das bei der Welle 20 nach dem Stand der Technik auftreten kann. Wie die Fig. 5 veranschaulicht, wenn der Haltebolzen 16 vor dem Einsetzen und der richtigen Positionierung der Welle 30 eingesetzt ist, berührt die verjüngte Spitze 42 des Vorsprungs 40 zunächst den Haltebolzen 16, wodurch die Welle 30 veranlaßt wird, aus der richtigen axialen Ausrichtung heraus zu kippen oder zu verschwenken. Dieses Verkippen oder Verschwenken der Welle 30 bietet einem Montagearbeiter eine visuelle Anzeige dafür, daß irgendetwas, höchstwahrscheinlich ein falsch eingesetzter Haltebolzen 16, das richtige Einsetzen der Welle 30 in das Kupplungselement 10 verhindert.
Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, wenn die Welle 30 nur teilweise eingesetzt ist, trägt die Spitze 42 des Vorsprungs 40 dazu bei, ein falsches Gefühl einer richtigen Verbindung zu verhindern. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann der Vorsprung 40 die Durchgangsbohrung 14 blockieren, wodurch das Einsetzen des Bolzens 16 verhindert ist, bis die Welle 30 richtig eingesetzt ist. Wie Fig. 7 zeigt, hat der Vorsprung 40 vorzugsweise eine Länge, die wenigstens gleich dem Abstand von der Durchgangsbohrung 14 zu dem Eingang des Schlitzes 12 ist. Demgemäß wird der volle Querschnittsbereich der Welle 30 nicht in dem Schlitz 12 aufgenommen, bis wenigstens ein Teil des Vorsprungs 40 die Durchgangsbohrung 14 blockiert. Wegen des verminderten Querschnittsbereichs ist es dem Kupplungselement 10 nicht möglich, das vordere Ende der Welle 30 zu verklemmen.
Die Fig. 8 bis 13 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Welle 50. Die Welle 50 hat einen axialen Körper, der sich zwischen einem vorderen Ende 52 und einem nicht gezeigten hinteren Ende erstreckt. Die Welle 50 weist eine Bolzenaufnahmeausnehmung 54 benachbart zu dem vorderen Ende 52 der Welle 50 auf. Die Bolzenaufnahmeausnehmung 54 ist ähnlich der Bolzenaufnahmeausnehmung 24 der Welle 20 nach dem Stand der Technik und sie ist so gestaltet und positioniert, daß sie den Haltebolzen 16 aufnehmen kann. Die Welle 50 endet allgemein an einer Endfläche 56 vor der Bolzenaufnahmeausnehmung 54. Die Welle 50 hat wiederum einen allgemein vollständigen Querschnitt im Bereich der Bolzenaufnahmeausnehmung 54, so daß ein sicherer Eingriff zwischen dem Haltebolzen 16 und der Bolzenaufnahmeausnehmung 54 eintritt. Ein oberer Vorsprung 60 erstreckt sich von der Endfläche 56 her benachbart zu der oberen Oberfläche der Welle 50, und ein unterer Vorsprung 70 erstreckt sich von der Endfläche 56 her benachbart zu der unteren Oberfläche der Welle 50, wobei dazwischen ein offener Raum 80 gebildet ist. Jeder Vorsprung 60, 70 endet mit einer verjüngten Spitze 62, 72. Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, verjüngt sich vorzugsweise jeder Vorsprung 60, 70 von der Endfläche 56 nach vorn sowohl in lotrechter Richtung (Fig. 8) als auch in waagerechter Richtung (Fig. 9). Demgemäß hat jeder Vorsprung 60, 70 eine geringe Flexibilität.
Wie die Fig. 10 bis 13 zeigen, verhindern die Vorsprünge 60 und 70, die sich von der Welle 50 her erstrecken, ein falsches Gefühl für eine richtige Verbindung zwischen der Welle 50 und dem Kupplungselement 10, und ferner ziehen sie automatisch eine Welle 50 zurück, die falsch eingesetzt wird, nachdem der Haltebolzen 16 eingesetzt ist. Wie in den Fig. 10 und 11 veranschaulicht ist, wenn der Haltebolzen 16 vor dem Einsetzen und richtigen Positionieren der Welle 50 eingesetzt ist, berührt die verjüngte Spitze 62 des Vorsprungs 60 zunächst den Haltebolzen 16, wodurch die Vorsprünge 60 und 70 veranlaßt werden, zwischen dem Haltebolzen 16 und der inneren Schlitzoberfläche 18 zusammengedrückt zu werden, wobei der Vorsprung 60 sich nach innen auf den offenen Bereich 80 zu verformt, wie es durch den Pfeil A in Fig. 10 angedeutet ist. Das Zusammendrücken der Vorsprünge und damit das Verformen des Vorsprungs 60 schafft eine axiale Federkraft in Richtung des Pfeiles B in Fig. 11. Die erzeugte Federkraft veranlaßt die falsch eingefügte Welle 50, aus dem Schlitz 12 des Kupplungselements 10 "herauszuspringen". Die sich zurückziehende Welle 50 bietet wiederum einem Montagearbeiter eine visuelle Anzeige dafür, daß irgendetwas, am wahrscheinlichsten ein falsch eingesetzter Haltebolzen 16, ein richtiges Einsetzen der Welle 50 in das Kupplungselement 10 verhindert und verhindert somit irgendein falsches Gefühl einer richtigen Verbindung.
Wie die Fig. 12 und 13 zeigen, wenn die Welle 50 nur teilweise eingesetzt wird, tragen die Vorsprünge 60, 70 bzw. deren Spitzen 62, 72 dazu bei, ein falsches Gefühl einer richtigen Verbindung zu verhindern. Wie Fig. 12 zeigt, kann der obere Vorsprung 60 die Durchgangsbohrung 14 blockieren, wodurch ein Einsetzen des Bolzens 16 verhindert ist, bis die Welle 50 richtig eingesetzt ist. Wie Fig. 13 zeigt, erstreckt sich der offene Raum 80 zwischen den Vorsprüngen 60 und 70 über eine Länge, die wenigstens gleich dem Abstand von der Durchgangsbohrung 14 zu dem Eingang des Schlitzes 12 ist. Demgemäß wird der volle Querschnittsbereich der Welle 50 nicht in dem Schlitz 12 aufgenommen, bis wenigstens ein Teil des oberen Vorsprungs 60 die Durchgangsbohrung 14 blockiert. Wegen des verminderten Querschnittsbereichs ist es dem Kupplungselement 10 nicht möglich, sich mit dem vorderen Ende der Welle 50 zu verklemmen.

Claims

1. Welle (30; 50) zur Verbindung mit einem Kupplungselement (10), wobei die Welle aufweist:
einen axialen Wellenkörper (30; 50) mit oberen und unteren Oberflächen und endend in einem vorderen Ende (36; 56), eine Bolzenaufnahmeausnehmung (34; 54) in der oberen Wellenoberfläche benachbart zu dem vorderen Wellenende (36; 56) und
wenigstens einen Vorsprung (40; 60), der sich von dem vorderen Wellenende (36; 56) benachbart zu der oberen Wellenoberfläche erstreckt.

2. Kupplungsanordnung für eine Welle mit
einem Kupplungselement (10) mit einem Wellenaufnahmeschlitz (12), einem Haltebolzen (16), der durch das Kupplungselement (10) benachbart zu dem Wellenaufnahmeschlitz (12) hindurchführbar ist,
einem axialen Wellenkörper (30; 50) mit oberen und unteren Oberflächen und endend in einem vorderen Ende (36; 56), das so gestaltet ist, daß es in den Schlitz (12) des Kupplungselements (10) einsetzbar ist,
einer Bolzenaufnahmeausnehmung (34; 54) in der oberen Wellenoberfläche benachbart zu dem vorderen Wellenende (36; 56), die so gestaltet ist, daß sie den Haltebolzen (16) aufnimmt und hält, nachdem das vordere Wellenende (36; 56) in den Schlitz (12) des Kupplungselements (10) eingesetzt ist, und
wenigstens einem Vorsprung (40; 60), der sich von dem vorderen Wellenende (36; 56) und benachbart zu der oberen Wellenoberfläche erstreckt, wobei der Vorsprung (40; 60) ein falsches Verklemmen des vorderen Wellenendes (36; 56) und jegliches zugehörige Gefühl einer richtigen Verbindung verhindert.

3. Welle nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Wellenkörper (30; 50) einen gegebenen Querschnittsbereich hat und der Vorsprung (40; 60) einen Querschnittsbereich hat, der wesentlich kleiner ist als der gegebene Querschnittsbereich.

4. Kupplungsanordnung für eine Welle nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Wellenaufnahmeschlitz (12) einen gegebenen Querschnittsbereich hat, der im wesentlichen gleich dem Querschnittsbereich des Wellenkörpers (30; 50) ist.

5. Welle oder Wellenkupplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Vorsprung (40; 60) eine verjüngte Spitze (42; 62) hat.

6. Wellenkupplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kupplungselement (10) eine Bolzenaufnahme-Durchgangsbohrung (14) hat, die einen gegebenen Abstand von einer in den Schaftaufnahmeschlitz (12) führenden Öffnung hat, wobei der Vorsprung (40; 60) eine Länge hat, die gleich groß wie oder größer als der gegebene Abstand ist.

7. Welle oder Wellenkupplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem zweiten Vorsprung (70), der sich von dem vorderen Wellenende (56) her benachbart zu der unteren Wellenoberfläche erstreckt, wobei der zweite Vorsprung (70) im wesentlichen dem Vorsprung (60) gegenüberliegt, der sich benachbart zu der oberen Wellenoberfläche erstreckt, wobei ein offener Raum (80) zwischen den Vorsprüngen (60, 70) gebildet ist.

8. Welle oder Wellenkupplungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die oberen und unteren Vorsprünge (60, 70) geringfügig flexibel sind.

9. Welle oder Wellenkupplungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der Wellenkörper (50) einen gegebenen Querschnittsbereich hat und die oberen und unteren Vorsprünge (60, 70) einen kombinierten Querschnittsbereich haben, der wesentlich kleiner ist als der gegebene Querschnittsbereich.

10. Wellenkupplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Wellenaufnahmeschlitz (12) einen gegebenen Querschnittsbereich hat, der im wesentlichen gleich dem gegebenen Querschnittsbereich des Wellenkörpers (50) ist.

11. Wellenkupplungsanordnung nach Anspruch 6, bei der der offene Bereich (80) eine Tiefe hat, die gleich groß ist wie oder größer als der gegebene Abstand.

12. Welle oder Wellenkupplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bolzenaufnahmeausnehmung (34; 54) eine Kerbe ist.

13. Welle oder Wellenkupplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bolzenaufnahmeausnehmung (34; 54) eine ringförmige Nut ist.