DE19961612A1 - Flexible coupling, esp. universal/cardan coupling is encapsulated in diaphragm between shaft ends, charged by excess pressure to generate pretension load - Google Patents

Flexible coupling, esp. universal/cardan coupling is encapsulated in diaphragm between shaft ends, charged by excess pressure to generate pretension load

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Abstract

The coupling has a part to connect end sections (6,8) of a driving (2) and a driven shaft (3). It has a pretension unit with a diaphragm (17), which is fastened sealed with its ends (18,19) to flanges (9,10) on both shafts and encloses the coupling part (5) within its interior (16). The diaphragm interior is loaded with an excess pressure (P), and this generates the pretension force. The diaphragm has larger flexibility in axial than in radial direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkkupplung für eine Antriebsanordnung mit einem Kupplungsbereich, insbesondere Kardanlager oder Kreuzgelenk, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an articulated coupling for a Drive arrangement with a clutch area, in particular Cardan bearing or universal joint, with the characteristics of Preamble of claim 1.

Aus der DE 35 24 373 C2 ist eine derartige Gelenkkupplung bekannt, bei der im Kupplungsbereich Endabschnitte einer treibenden Welle und einer getriebenen Welle miteinander gelenkig verbunden sind. Die bekannte Gelenkkupplung weist Vorspannmittel auf, die zur Spielreduzierung im Kupplungsbereich eine Vorspannung erzeugen, welche die Endabschnitte der Wellen axial voneinander wegzudrängen sucht. Die Vorspannmittel weisen dabei im Endabschnitt der treibenden Welle eine konzentrische Bohrung auf, in welcher ein durch eine Schraubendruckfeder angetriebener zylindrischer Stößel axial verstellbar untergebracht ist. Dieser Stößel wirkt mit einem Antriebsstift zusammen, der durch ein Kupplungsglied hindurch mit dem Endabschnitt der getriebenen Welle zusammen wirkt. Da sich dieser Antriebsstift einerseits am Endabschnitt der getriebenen Welle und andererseits am Stößel und somit über die Schraubendruckfeder am Endabschnitt der treibenden Welle abstützt, erzeugt die Schraubendruckfeder eine Vorspannung, welche die Endabschnitte der beiden Wellen axial voneinander wegzudrängen sucht. Die bekannte Konstruktion ist jedoch relativ aufwendig.Such an articulated coupling is known from DE 35 24 373 C2 known, in which in the coupling area end sections driving shaft and a driven shaft with each other are articulated. The known articulated coupling has Preloading means to reduce play in Generate a clutch area a preload which the End sections of the shafts axially seeks to push away. The biasing means point in the end section of the driving Wave a concentric bore in which a through a helical compression spring driven cylindrical plunger axially adjustable is housed. This pestle helps a drive pin together by a coupling member therethrough together with the end portion of the driven shaft works. Because this drive pin is on the one hand at the end section the driven shaft and on the other hand on the tappet and thus via the helical compression spring at the end section of the driving The shaft is supported by a helical compression spring Biasing the end portions of the two shafts axially tries to push away from each other. The well-known construction is however relatively complex.

Aus der DE 197 44 314 A1 ist ein Kreuzgelenk bekannt, bei dem der die Endabschnitte der Wellen miteinander gelenkig verbindende Kupplungsbereich innerhalb eines Faltenbalgs untergebracht ist, der dadurch eine Schutzvorrichtung für den Kupplungsbereich bildet.A universal joint is known from DE 197 44 314 A1, in which which articulates the end portions of the shafts together connecting coupling area within a bellows  is housed, which is a protective device for the Coupling area forms.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Gelenkkupplung der eingangsgenannten Art so auszubilden, dass sie relativ einfach herstellbar ist.The present invention addresses the problem to design an articulated coupling of the type mentioned at the beginning, that it is relatively easy to manufacture.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Gelenkkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this problem is solved by an articulated coupling solved with the features of claim 1.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Kupplungsbereich mit einem Balg zu kapseln und im Balg einen Druck aufzubauen, der die Vorspannung zur Spielreduzierung in die Wellen bzw. in deren Endabschnitte einleitet. Der Druck kann dabei pneumatisch oder hydraulisch aufgebaut werden.The invention is based on the general idea that Encapsulate the coupling area with a bellows and one in the bellows Build up pressure that the preload to reduce backlash in introduces the waves or in their end sections. The pressure can be set up pneumatically or hydraulically.

Der Aufwand zur Herstellung einer derartigen Gelenkkupplung ist relativ klein, so dass sich preiswert eine spielfreie Gelenkkupplung realisieren läßt. Darüber hinaus bietet der Balg den Vorteil, dass der Kupplungsbereich hermetisch dicht und somit gegen Verschmutzung geschützt ist. Außerdem kann dadurch eine Lebensdauerschmierung realisiert werden.The effort to manufacture such an articulated coupling is relatively small, so it is inexpensive to play Articulated coupling can be realized. In addition, the Bellows have the advantage that the coupling area is hermetically sealed and is therefore protected against pollution. Besides, can thereby a lifetime lubrication can be realized.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform können an der treibenden Welle und an der getriebenen Welle jeweils ein Flansch ausgebildet sein, an dem jeweils ein Balgende befestigt ist. Durch diese Maßnahme kann der Balg so ausgebildet werden, dass er ein relativ großvolumiges Inneres aufweist, in dem der Kupplungsbereich ohne Wandkontakt mit dem Balg untergebracht sein kann.According to a preferred embodiment, the driving shaft and on the driven shaft each Flange be formed, on each of which a bellows is attached. By this measure, the bellows can be trained to have a relatively large volume interior has, in which the coupling area without wall contact with the Bellow can be accommodated.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist am jeweiligen Flansch der zugehörige Endabschnitt der jeweiligen Welle befestigt. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfach montierbarer Aufbau. According to a particularly advantageous development, respective flange the associated end portion of the respective Shaft attached. In this way there is a special easy assembly.  

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention Device result from the dependent claims, from the Drawings and from the associated figure description based on of the drawings.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the Features to be explained below not only in the combination given in each case, but also in others Combinations or alone can be used without the To leave the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is in the Drawings and is shown in the following Description explained in more detail.

Die einzige Fig. 1 zeigt eine schematisierte und teilweise geschnittene Seitenansicht auf eine Gelenkkupplung nach der Erfindung.The only Fig. 1 shows a schematic and partially sectioned side view of an articulated coupling according to the invention.

Entsprechend Fig. 1 weist eine Antriebsanordnung 1 eine treibende Welle 2 und eine getriebene Welle 3 auf. Eine derartige Antriebsanordnung 1 findet sich beispielsweise in einer Lenksäule eines Fahrzeuges zur Übertragung von Lenkkräften oder im Antriebsstrang eines Fahrzeuges zur Übertragung von Antriebkräften von einem Motor zu angetriebenen Rädern. Die treibende Welle 2 ist über eine Gelenkkupplung 4 mit der getriebenen Welle 3 gelenkig verbunden. In einem Kupplungsbereich 5 dieser Gelenkkupplung 4 ist ein Endabschnitt 6 der treibenden Welle 2 kardanisch über eine Kreuzgelenkanordnung 7 mit einem Endabschnitt 8 der getriebenen Welle 3 gekoppelt. Diese Kreuzgelenkanordnung 7 ist dabei in herkömmlicher Weise aufgebaut und bedarf daher keine näheren Erläuterung.According to Fig. 1 comprises a drive assembly 1 on a driving shaft 2 and a driven shaft 3. Such a drive arrangement 1 is found, for example, in a steering column of a vehicle for the transmission of steering forces or in the drive train of a vehicle for the transmission of drive forces from an engine to driven wheels. The driving shaft 2 is articulated to the driven shaft 3 via an articulated coupling 4 . In a coupling area 5 of this articulated coupling 4 , an end section 6 of the driving shaft 2 is gimbally coupled via a universal joint arrangement 7 to an end section 8 of the driven shaft 3 . This universal joint arrangement 7 is constructed in a conventional manner and therefore requires no further explanation.

Die treibende Welle 2 und die getriebene. Welle 3 sind jeweils mit einem scheibenförmigen Flansch 9 bzw. 10 ausgestattet, der jeweils in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Längsachse 11 bzw. 12 der zugehörigen Welle 2 bzw. 3 verläuft. An einander zugewandten Innenseiten 13 und 14 dieser Flansche 9 und 10 sind die Endabschnitte 6 und 8 befestigt, insbesondere verschraubt, was bei 15 angedeutet ist.The driving shaft 2 and the driven one. Shafts 3 are each equipped with a disk-shaped flange 9 or 10 , which lies in each case in a plane that runs perpendicular to the longitudinal axis 11 or 12 of the associated shaft 2 or 3 . On mutually facing inner sides 13 and 14 of these flanges 9 and 10 , the end sections 6 and 8 are fastened, in particular screwed, which is indicated at 15 .

Der Kupplungsbereich 5 ist in einem Innerem 16 eines Balgs 17 angeordnet, der den Kupplungsbereich 5 vollständig umgibt bzw. umhüllt. An seinen axialen Enden 18 und 19 ist der Balg 17 jeweils mit einem Ringwulst 20 bzw. 21 ausgestattet, der wie im dargestellten Ausführungsbeispiel in seinem Inneren ein Verstärkungselement, z. B. einen Drahtring 22 bzw. 23 enthalten kann. An seinen axialen Enden 18 und 19 ist der Balg 17 dicht an den Flanschen 9 bzw. 10 und somit an den Wellen 2 bzw. 3 befestigt. Zur Befestigung dient dabei jeweils ein Spannring 24 bzw. 25, der auf der Innenseite 13 bzw. 14 mit dem Flansch 9 bzw. 10 verschraubt ist, was bei 26 angedeutet ist. Jeder Spannring 24, 25 weist radial innen eine dem Flansch 9 bzw. 10 zugewandte Ringnut 27 bzw. 28 auf, die jeweils den zugeordneten Ringwulst 20 bzw. 21 des Balgs 17 aufnimmt. Die Dimensionierung der Ringwulste 20, 21 ist mit der Bemessung der Ringnuten 27, 28 so abgestimmt, dass bei verschraubtem Spannring 24 bzw. 25 der Balg 17 an seinen Enden 18 und 19 fest und dicht mit dem zugehörigen Flansch 9 bzw. 10 verspannt ist.The coupling region 5 is arranged in an interior 16 of a bellows 17 which completely surrounds or envelops the coupling region 5 . At its axial ends 18 and 19 , the bellows 17 is each equipped with an annular bead 20 and 21 , which, as in the illustrated embodiment, has a reinforcing element, for. B. may contain a wire ring 22 or 23 . At its axial ends 18 and 19 , the bellows 17 is fastened tightly to the flanges 9 and 10 and thus to the shafts 2 and 3 , respectively. A clamping ring 24 or 25 is used for fastening, which is screwed on the inside 13 or 14 to the flange 9 or 10 , which is indicated at 26 . Each clamping ring 24 , 25 has an annular groove 27 or 28 facing the flange 9 or 10 radially on the inside, which respectively receives the associated annular bead 20 or 21 of the bellows 17 . The dimensioning of the annular beads 20 , 21 is coordinated with the dimensioning of the annular grooves 27 , 28 so that when the clamping ring 24 or 25 is screwed together, the bellows 17 is firmly and tightly clamped at its ends 18 and 19 to the associated flange 9 or 10 .

Um die Endabschnitte 6 und 8 der Wellen 2 und 3 axial voneinander wegzudrängen, wird der Innenraum 16 des Balgs 17 mit einem Überdruck P beaufschlagt, der beispielsweise aus einem Bereich von 15 bis 20 bar gewählt sein kann. Durch den Überdruck P im Inneren 16 des Balgs 17 resultiert unter anderem eine axiale Vorspannkraft entsprechend den Pfeilen 29, die im Kupplungsbereich 5 die Endabschnitte 6 und 8 voneinander wegzudrängen sucht, wodurch in der Kreuzgelenkanordnung 7 ein Null-Kraft-Durchgang vermieden wird. In order to axially push the end sections 6 and 8 of the shafts 2 and 3 away from one another, the interior 16 of the bellows 17 is subjected to an overpressure P which can be selected, for example, from a range from 15 to 20 bar. The overpressure P in the interior 16 of the bellows 17 results, among other things, in an axial pretensioning force in accordance with the arrows 29 , which in the coupling region 5 seeks to push the end sections 6 and 8 away from one another, as a result of which a zero force passage is avoided in the universal joint arrangement 7 .

Der Balg 17 besteht dabei aus einem Material, das einerseits ausreichend Steifigkeit aufweist, um den gewünschten Vorspanndruck P im Inneren 16 erzeugen zu können, und das andererseits so nachgiebig ist, dass der Balg 17 den Bewegungen in der Gelenkkupplung 4 folgen kann. Beispielsweise kann das Balgmaterial aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein, dessen Fasern so gerichtet sind, dass der Aufbau einer axial wirkenden Vorspannung durch den Druck P unterstützt wird.The bellows 17 consists of a material which on the one hand has sufficient rigidity to be able to generate the desired preload pressure P in the interior 16 , and on the other hand is so flexible that the bellows 17 can follow the movements in the articulated coupling 4 . For example, the bellows material can be made of a fiber-reinforced plastic, the fibers of which are oriented so that the build-up of an axially acting prestress is supported by the pressure P.

Um das Innere 16 mit dem Druck P beaufschlagen zu können, ist beispielhaft im Flansch 9 ein Druckaufbauventil 30 angeordnet, durch das im Inneren 16 vorzugsweise ein pneumatischer Überdruck P ausgebildet werden kann. Anstelle eines pneumatischen Überdrucks P kann auch ein hydraulischer Überdruck P realisiert werden, wobei das Hydraulikmittel dann vorzugsweise ein Schmiermittel für die Gelenkkupplung 4 bildet. Durch die hermetisch dichte Kapselung des Kupplungsbereichs 15 ist einerseits ein wirksamer Schutz vor Verunreinigungen gebildet, der beispielsweise auch eine Trockenschmierung ermöglicht; anderseits wird durch die dichte Kapselung auch erreicht, dass Schmiermittel nicht nach außen gelangen kann, so dass beispielsweise auch eine Lebensdauerschmierung des Kupplungsbereichs 5 ausgebildet werden kann.In order to be able to apply the pressure P to the interior 16 , a pressure build-up valve 30 is arranged in the flange 9 by way of example, by means of which a pneumatic excess pressure P can preferably be formed in the interior 16 . Instead of a pneumatic excess pressure P, a hydraulic excess pressure P can also be implemented, the hydraulic medium then preferably forming a lubricant for the articulated coupling 4 . The hermetically sealed encapsulation of the coupling region 15 on the one hand provides effective protection against contamination, which for example also enables dry lubrication; on the other hand, the tight encapsulation also ensures that lubricant cannot escape to the outside, so that, for example, lifetime lubrication of the coupling area 5 can also be formed.

Claims (9)

1. Gelenkkupplung für eine Antriebsanordnung (1), mit einem Kupplungsbereich (5), insbesondere Kardanlager oder Kreuzgelenk, der Endabschnitte (6, 8) einer treibenden Welle (2) und einer getriebenen Welle (3) miteinander gelenkig verbindet, und mit Vorspannmitteln (16, 17), die zur Spielreduzierung eine Vorspannung erzeugen, welche die Endabschnitte (6, 8) axial voneinander wegzudrängen sucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel einen Balg (17) aufweisen, der einenends an der treibenden Welle (2) und anderenends an der getriebenen Welle (3) dicht befestigt ist und der in seinem Inneren (16) den Kupplungsbereich (5) einschließt, wobei das Innere (16) des Balgs (17) mit einem Überdruck P beaufschlagt ist, der die Vorspannung erzeugt.1. Articulated coupling for a drive arrangement ( 1 ), with a coupling area ( 5 ), in particular a cardan bearing or universal joint, which connects end sections ( 6 , 8 ) of a driving shaft ( 2 ) and a driven shaft ( 3 ) to one another in an articulated manner, and with pretensioning means ( 16 , 17 ), which generate a pretension to reduce play, which attempts to axially push the end sections ( 6 , 8 ) away from one another, characterized in that the pretensioning means have a bellows ( 17 ) which is attached at one end to the driving shaft ( 2 ) and at the other end the driven shaft ( 3 ) is tightly fastened and which encloses the coupling area ( 5 ) in its interior ( 16 ), the interior ( 16 ) of the bellows ( 17 ) being subjected to an overpressure P which generates the prestress. 2. Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der treibenden Welle (2) und an der getriebenen Welle (3) jeweils ein Flansch (9, 10) ausgebildet ist, an dem jeweils ein Balgende (18, 19) befestigt ist.2. Articulated coupling according to claim 1, characterized in that a flange ( 9 , 10 ) is formed on the driving shaft ( 2 ) and on the driven shaft ( 3 ), on each of which a bellows end ( 18 , 19 ) is attached. 3. Gelenkkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Balgende (18, 19) ein Ringwulst (20, 21) ausgebildet ist, der mit dem zugehörigen Flansch (9, 10) verspannt ist.3. Articulated coupling according to claim 2, characterized in that an annular bead ( 20 , 21 ) is formed on each bellows end ( 18 , 19 ), which is braced with the associated flange ( 9 , 10 ). 4. Gelenkkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ringwulst (20, 21) mit einem Spannring (24, 25) am Flansch (9, 10) befestigt ist, wobei jeder Spannring (24, 25) eine Ringnut (27, 28) aufweist, die den zugehörigen Ringwulst (20, 21) aufnimmt und axial mit dem zugehörigen Flansch (9, 10) verspannt.4. Articulated coupling according to claim 3, characterized in that each annular bead ( 20 , 21 ) is fastened to the flange ( 9 , 10 ) with a clamping ring ( 24 , 25 ), each clamping ring ( 24 , 25 ) having an annular groove ( 27 , 28 ) which receives the associated annular bead ( 20 , 21 ) and braces it axially with the associated flange ( 9 , 10 ). 5. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (17) so ausgebildet ist, dass er axial eine größere Nachgiebigkeit aufweist als radial.5. Articulated coupling according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bellows ( 17 ) is designed such that it has a greater flexibility axially than radially. 6. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck P im Inneren (16) des Balgs (17) etwa 15 bis 20 bar beträgt.6. Articulated coupling according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pressure P inside ( 16 ) of the bellows ( 17 ) is approximately 15 to 20 bar. 7. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Druckaufbaumittel (30) vorgesehen sind, die es ermöglich, im Inneren (16) des Balgs (17) den Überdruck P aufzubauen.7. Articulated coupling according to one of claims 1 to 6, characterized in that pressure build-up means ( 30 ) are provided which make it possible to build up the excess pressure P in the interior ( 16 ) of the bellows ( 17 ). 8. Gelenkkupplung nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Flansche (9, 10) ein Druckaufbauventil (30) angeordnet ist, durch das im Inneren (16) des Balgs (17) der Überdruck P aufbaubar ist.8. Articulated coupling according to claims 2 and 7, characterized in that in one of the flanges ( 9 , 10 ) a pressure build-up valve ( 30 ) is arranged through which the inside pressure ( 16 ) of the bellows ( 17 ) can build up the excess pressure P. 9. Gelenkkupplung zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Flansch (9, 10) der Endabschnitt (6, 8) der jeweiligen Welle (2, 3) befestigt ist.9. Articulated coupling at least according to claim 2, characterized in that the end section ( 6 , 8 ) of the respective shaft ( 2 , 3 ) is attached to the flange ( 9 , 10 ).
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