DE3524373A1

DE3524373A1 - Kupplung fuer eine antriebsanordnung

Info

Publication number: DE3524373A1
Application number: DE19853524373
Authority: DE
Inventors: William Torrington Conn. Pastor
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1984-07-09
Filing date: 1985-07-08
Publication date: 1986-02-06
Also published as: IT8521036A0; JPH0261651B2; GB2161581A; ES8605426A2; GB8509610D0; US4579546A; FR2567223A2; JPS6127313A; FR2567223B2; GB2161581B; ES542443A0; BR8502019A; IT1184573B; DE3524373C2; CH666730A5

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung für eine Antriebsanordnung oder ein Universalgelenk. Es handelt sich um eine Weiterbildung der in der Patentanmeldung P 34 07 826.6 beschriebenen Antriebsanordnung. Die vorliegende Erfindung betrifft Z.3, somit eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, die erfindungsgemäß mit einem Vorspannmechanismus ausgestattet ist.

Bei den meisten Universalgelenken wird ein Drehmoment von einem Joch auf ein anderes über zwei senkrecht zueinanderstehende Achsen übertragen, die durch eine Nabe hindurchgehen. Die Nabe kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein, und sie kann geometrisch eine eckige oder eine kugelförmige Gestalt oder dazwischenliegende Formen haben. Wenn das Universalgelenk unter einem anderen Winkel als 0 rotiert, verschwenkt es sich auf diesen beiden Achsen.

Bei der Benutzung kann Verschleiß einen Freiraum oder ein Spiel zwischen benachbarten beweglichen mechanischen Teilen hervorrufen. Beispielsweise verschwenkt sich die Nabe oft um Gelenkstifte, die in den beiden zueinander senkrechten Achsen angeordnet sind. Bei Verwendung des Universalgelenks beginnen die Stifte zu verschleißen, so daß der Stiftdurchmesser sich geringfügig verändert, und die Öffnungen oder Löcher, in denen die Stifte angeordnet sind, können auch verschleißen, insbesondere, wenn die Nabe aus Kunststoff hergestellt ist. Wenn ein solcher Verschleiß auftritt, wird das Universalgelenk lose oder locker und arbeitet entsprechend ungenau, was natürlich unerwünscht ist.

BAD

Die Erfindung betrifft eine vereinfachte Struktur eines Universalgelenks, das ein speziell geformtes, einstückiges Kupplungsglied oder eine entsprechende Nabe aufweist, das bzw. die die treibende Welle direkt mit der angetriebenen Welle kuppelt. Erfindungsgemäß wird eine "Vorspannung oder Vorbelastung direkt auf die treibende Welle und die getriebene Welle aufgebracht, um ein übermäßiges Lockerwerden zu verhindern.

Kurz gesagt weist die Erfindung ein Kupplungsglied auf, das die Endabschnitte einer treibenden und einer getriebenen Welle miteinander überlappend verbindet. Das Kupplungsglied hat einen Schlitz an einer Seite, der den Endabschnitt der angetriebenen Welle aufnimmt. Ein langer Stift ist in geeigneten Öffnungen in dem Kupplungsglied aufgenommen. Der Stift erstreckt sich durch den Schlitz oder über den Schlitz und durch eine geeigente Öffnung in dem Endabschnitt der angetriebenen Welle. Ein Paar von diametral gegenüberliegenden kurzen Stiften ist in geeigneten Öffnungen in dem Kupplungsglied aufgenommen, wobei ihre Achsen zueinander ausgerichtet und senkrecht zu der Achse des langen Stifts sind. Jeder kurze Stift erstreckt sich in eine geeignete Öffnung in dem Endabschnitt der treibenden Welle.

Das Kupplungsglied weist erfindungsgemäß eine Vorspannöffnung auf, die zentral und senkrecht zu der Schnittebene des langen Stifts und der kurzen Stifte bzw. der Schnittebene der Stiftachsen angeordnet ist und sich in den Schlitz des Kupplungsglieds hineinerstreckt. Ein Vorspannmechanismus steht mit der treibenden Welle in Eingriff und erstreckt sich durch die Vorspannöffnung in Eingriff mit der getriebenen Welle, um eine Vorspannung oder Vorbelastung direkt auf die treibende und die getriebene Welle aufzubringen, um dadurch ein Spiel oder eine Lockerung aufgrund von Freiräumen oder Spiel zwischen benachbarten beweglichen mechanischen Teilen aufzunehmen, wie es durch Verschleiß veranlaßt werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Fig. 2 ist eine Ansicht von oben, teilweise im Schnitt, des Ausführungsbeispiels von Fig. 1.

Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, weist die Antriebsanordnung eine treibende Welle 10 auf, die ein etwa glockenförmig gestaltetes Ende 12 hat. Die innere Oberfläche des glockenförmigen Endabschnitts 12 ist durch eine Rückwand Ik₃ obere und untere gerade Wände 16 und 18 und gekrümmte Seitenwände 20 und 22 (Fig. 2) gebildet.

Zueinander ausgerichtete obere und untere öffnungen 24 und 26 erstrecken sich senkrecht durch die Oberseite 27 und die Unterseite 28 des glockenförmigen Endteils 12.

Das Kupplungsglied 29 ist innerhalb des glockenförmigen Endabschnitts 12 der treibenden Welle 10 aufgenommen. Das Kupplungsglied ist mit zwei diametral gegenüberliegenden gekrümmten Seitenflächen 30 und 32 (Fig. 2) versehen, die benachbart den gekrümmten Seitenflächen 20 und 22 des glockenförmigen Endabschnitts 12 angeordnet sind. Das Kupplungsglied 29 hat auch obere und untere, ringförmige, flache Flächen 3k und 36, die an den geraden oder ebenen inneren Oberflächenteilen 16 und 18 des glockenförmigen Endabschnitts 12 der treibenden Welle 10 anliegen.

Ein Schlitz 38 ist in der Stirnfläche 40 des Kupplungsglieds 29 vorgesehen. Die Stirnfläche 40 weist von dem glockenförmigen Endabschnitt 12 der treibenden Welle 10 weg. Der Schlitz 38 ist gebildet durch eine gekrümmte rückwärtige Oberfläche 42, obere und untere flache Flächen 44 und 46 und flache seitliche

Flächen 48 und 50 (Fig. 2). Von den oberen und unteren flachen Flächen 44 und 46 erstrecken sich Flächen 45 und 47, die von den flachen Flächen 44 und 46 nach außen geneigt sind.

Zueinander ausgerichtete seitliche öffnungen 52 .und 54 sind zentral in den seitlichen gekrümmten Oberflächen des Kupplungsglieds 29 angeordnet und erstrecken sich senkrecht durch das Kupplungsglied in den Schlitz 38. Das Kupplungsglied 29 hat auch eine obere öffnung 55 und eine untere öffnung 56, die mit den öffnungen 24 und 26 in dem glockenförmigen Endabschnitt 12 der Antriebswelle 10 ausgerichtet sind. Die obere öffnung 55 und die untere Öffnung 56 sind so dargestellt, daß sie sich bis in den Schlitz 38 hineinerstrecken. Falls gewünscht, können sich die obere öffnung 55 und die untere öffnung 56 jedoch auch nur bis kurz vor den Schlitz 38 erstrecken, also kurz vor dem Schlitz enden. Die Achsen aller öffnungen in dem Kupplungsglied 29 und in dem glockenförmigen Endabschnitt 12 der Antriebswelle 10 treffen sich in einem gemeinsamen Punkt. Dies hindert die Wellen daran, sich unregelmäßig zu bewegen oder sich torkelnd oder schlotternd aufgrund von Änderungen der Drehgeschwindigkeit von einer Achse zur anderen Achse zu bewegen.

Eine angetriebene Welle 60 ist mit einem Ende in dem Schlitz 38 des Kupplungsglieds 29 aufgenommen. Das Ende der angetriebenen Welle 60 ist an seinem äußersten Ende abgerundet, um mit der gekrümmten rückwärtigen Wand 42 des Schlitzes 38 zusammenzupassen. Die Dicke der angetriebenen Welle 60 benachbart zu den geneigten Flächen 45 und 47 des Schlitzes 38 ist derart, daß die Antriebswelle 10 und das Kupplungsglied 29 eine begrenzte Schwenkbewegung nach oben und unten in bezug auf die angetriebene Welle 60 ausführen können.

Der abgerundete äußere Endabschnitt der angetriebenen Welle 60 ist mit einer Queröffnung 62 versehen, die mit den seitlichen öffnungen 52 und 54 des Kupplungsglieds 29 ausgerichtet ist.

Ein langer Stift 70 ist in den seitlichen öffnungen 52 und 54 des Kupplungsglieds 29 aufgenommen. Der lange Stift 70 erstreckt sich quer durch den Schlitz 38 und durch die öffnung 62 in der angetriebenen Welle 60. Kurze Stifte 72 und 74 sind in der oberen öffnung 24 und der unteren öffnung 26 des glockenförmigen Abschnitts 12 der Antriebswelle 10 aufgenommen. Jeder kurze Stift 72 und 74 erstreckt sich auch in die öffnungen 55 bzw. 56 des Kupplungsglieds 29.

Bei Benutzung der Antriebsanordnung besteht eine Tendenz, daß die Stifte 7O₃ 72 und 74 verschleißen, so daß ihre Durchmesser an verschiedenen Punkten sich geringfügig vermindern. Es besteht auch eine Tendenz, daß die öffnungen 24, 26, 52, 54 und 62 verschleißen. Zusätzlich können andere benachbarte bewegliche mechanische Teile verschleißen. Das Ergebnis all dieses Verschleißes ist, daß die Stifte allmählich zu lose in die öffnungen passen. Daher ist es sehr erwünscht, daß eine Vorspannung auf die beiden Wellen 10, 60 aufgebracht wird, um die Bewegung des Gelenks daran zu hindern, zu lose oder zu locker oder ausgeschlagen zu werden, selbst wenn die Stifte und/oder die öffnungen und/oder andere benachbarte bewegliche mechanische Teile verschleißen.

Um die Vorspannung zu schaffen, ist eine Vorspannöffnung 80 zentral in der rückwärtigen Oberfläche 82 des Kupplungsglieds 29 vorgesehen. Die Vorspannöffnung 80 erstreckt sich durch das Kupplungsglied 29 hindurch und in den rückwärtigen Teil des Schlitzes 38. Die öffnung 80 ist senkrecht zu der Schnittebene der Achsen des langen Stifts 70 und der zueinander ausgerichteten Achsen der kurzen Stifte 72 und 74.

Ein Vorspannmechanismus steht in Berührung oder Eingriff mit der treibenden Welle 10 und erstreckt sich durch die Vorspannöffnung 80 in Berührung oder Eingriff mit dem Endteil der angetriebenen Welle 60, um eine Vorspannung direkt gegen die treibende Welle 10 und die angetriebene Welle 60 aufzubringen. Der

Vorspannmechanismus weist einen Stößel 84 mit einem Durchmesser auf, der klein genug ist, um einen Gleitsitz sicherzustellen wenn er in die Vorspannöffnung 80 vor dem Zusammenfügen des langen Stifts 70 und der kurzen Stifte 72 und 74 eingesetzt wird. Der Stößel 84 hat einen Flanschkopf 86, wobei die Oberseite des Kopfes eine kugelförmige Abrundung 88 trägt.

Eine axiale Gegenbohrung 90, die ihre Achse ausgerichtet mit der Achse der öffnung 80 in dem Kupplungsglied 29 hat, ist in die treibende Welle 10 eingearbeitet. Im tiefsten Abschnitt der Gegenbohrung 90 ist eine Schraubenfeder 92 angeordnet, die dazu dient, eine Vorspannung aufrechtzuerhalten. Ein zylindrischer Stößel 94 mit einem Durchmesser, der klein genug ist, um einen Gleitsitz sicherzustellen, ist in die Gegenbohrung 90 eingesetzt und liegt an der Vorspann-Schraubenfeder 92 an. Das endgültige Zusammenbauen des Kupplungsglieds 29 und der Wellen 10 und 60 veranlaßt den mit dem Plansch 86 versehenen Stößel 84, an dem Stößel 94 anzugreifen, um die Vorspannung aufzubringen. Die Schraubenfeder 92 drückt gegen die treibende Welle 10 nach rechts bei Betrachtung gemäß Fig. 1 und 2. Die Schraubenfeder 92 übt auch eine Kraft über den zylindrischen Stößel 94 und über den mit Flansch 86 versehenen Stößel 84 gegen den Endteil der getriebenen Welle 60 aus, um die getriebene Welle 60 bei Betrachtung gemäß Fig. 1 und 2 nach links zu drücken. Somit hat die Vorspannung die Wirkung, die Wellen und 60 voneinander weg oder auseinander zu drücken, um eine Lockerung aufzunehmen, die sich aufgrund von Freiräumen oder Spiel zwischen benachbarten beweglichen mechanischen Teilen aufgrund von Verschleiß ergibt.

Das Kupplungsglied 29 kann entweder aus Metall oder aus Kunststoff hergestellt werden. Diese Antriebsanordnung kann für dieselben Zwecke verwendet werden wie jede andere Anordnung eines Universalgelenks. Jedoch ist ein Verwendungszweck, für den diese Antriebsanordnung besonders geeignet ist, in einer Lenksäulenanordnung eines Fahrzeuges gegeben, bei der das

Lenkrad verschwenkt werden kann, um für den Fahrer bequemer zu sein. In einem solchen Fall wird das Lenkrad am oberen freien Ende der Welle 10 befestigt _s und die geneigten Flächen 45 und 47 des Schlitzes 38 können sich unter einem Winkel von beispielsweise 15° gegenüber der Achse der Welle 10 erstrecken. Dies würde eine begrenzte Verschwenkung des Lenkrads in bezug auf die angetriebene Welle 60 ermöglichen. Die Antriebswelle 10 und das Kupplungsglied 29 können um einen begrenzten Betrag um den langen Stift 70 herum verschwenkt werden. Der kugelförmig abgerundete Kopf 88 des mit Flansch 86 versehenen Stößels 84 dient dazu, einen sanften Betrieb der Antriebsanordnung bzw. der Kupplung über den ganzen Betriebsbereich sicherzustellen.

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Claims

HELMUT nCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DIPL.-INC. 352 A PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS The Torrington Company ir-tor-74 L/Be 05. Juli I985 Kupplung für eine Antriebsanordnung Patentansprüche

1. Antriebsanordnung, insbesondere für ein Antriebsrad oder eine Lenksäule für ein Fahrzeug, mit einem Kupplungsglied (29) ₃ das Endabschnitte einer treibenden Welle (10) und einer getriebenen Welle (60) überlappend miteinander verbindet, wobei das Kupplungsglied (29) einen Schlitz (38) an einer Seite aufweist und in diesem Schlitz den Endabschnitt der getriebenen Welle (60) aufnimmt, mit einem langen Stift (70), der in geeigneten öffnungen (52, 54) des Kupplungsglieds (29) aufgenommen ist und der sich quer über den Schlitz (38) und durch eine geeignete öffnung (62) in dem Endabschnitt der angetriebenen Welle (60) erstreckt, sowie mit einem Paar diametral einander gegenüber angeordneter kurzer Stifte (72, 7*0, die in geeigneten öffnungen (55 ₃ 56) in dem Kupplungsglied (29) aufgenommen sind, wobei ihre Achsen zueinander ausgerichtet und senkrecht zu der Achse des langen Stifts (70) sind, wobei sich jeder kurze Stift (72, 74) auch in eine geeignete öffnung (24, 26) in dem Endabschnitt der treibenden Welle (10) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (29) eine Vorspannöffnung (80) aufweist, die zentral und senkrecht zu der Schnittebene der Achsen des

KLAUS LEHMANN · LiPOWSKYSTRASSE IO HELMUT SCHROETER · BOCKSGASSE 49

TELEFON: 089-725 20 71 · D-8000 MÜNCHEN 70 TEL. 07171-5690 · D-7070 SCHWAB. CMOND

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langen Stifts (70) und der kurzen Stifte (72, 74) angeordnet ist und die sich in den Schlitz (38) des Kupplungsglieds (29) hinein erstreckt, und daß ein Vorspannmechanismus (84, 86, 88, 92, 9²O vorgesehen ist, der an der treibenden Welle (10)angreift und sich durch die Vorspannöffnung (80) zum Eingriff mit der getriebenen Welle (60) erstreckt.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannmechanismus (84, 86, 88, 92, 94) eine Vorspannfeder (92) aufweist.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannmechanismus (84, 86, 88, 92, 94) einen Stößel (84) auf der Seite des Kupplungsglieds (29) aufweist, der sich durch die Vorspannöffnung (80) hindurch erstreckt, daß das treibende Glied (10) eine axiale Gegenbohrung (90) aufweist und daß die Vorspannfeder (92) eine in der axialen Gegenbohrung (90) angeordnete Schraubenfeder ist, die den Stößel (84) gegen die getriebene Welle (60) federnd vorspannt.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (92) in dem tiefsten Teil der Gegenbohrung (90) angeordnet ist und daß auf der Seite der treibenden Welle (10) ein zylindrischer Stößel (94) in der Gegenbohrung (90) angeordnet und durch die Schraubenfeder (92) gegen den Kopf (86) des Stößels (84) auf der Seite des Kupplungsglieds (29) vorgespannt ist.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schlitz (38) des Kupplungsglieds (29) bildenden Oberflächen so gestaltet sind, daß sie eine begrenzte Schwenkbewegung um den langen Stift (70) herum zulassen, und daß der Stößel (84) auf der Seite des Kupplungsglieds (29) einen Kopf (88) mit einer kugelförmigen Abrundung aufweist.