DE3524373C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkkupplung für eine Antriebsanordnung bzw. ein Universalgelenk entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es handelt sich hierbei um eine Weiterbildung der in der älteren Patentanmeldung DE-OS 34 07 826 beschriebenen Antriebs­ anordnung.

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

Eine Gelenkkupplung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist auch aus der vorveröffentlichten US-PS 11 41 211 bekannt.

Bei beiden Gelenkkupplungen nach dem Stand der Technik kann Verschleiß einen Freiraum oder ein Spiel zwischen benachbarten beweglichen Teilen hervorrufen. Die Nabe verschwenkt sich z. B. um die Gelenkstifte, die in den beiden zueinander senkrechten Achsen angeordnet sind. Wenn im Betrieb die Stifte verschleißen, so daß der Stiftdurchmesser sich geringfügig ver­ mindert, oder wenn die Öffnungen, in denen die Stifte angeordnet sind, verschleißen, wird das Universalgelenk locker und arbeitet entsprechend ungenau, was unerwünscht ist.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein solches Lockerwerden zu verhindern und entstehende Spielbewegungen in den Lagern der Gelenk­ stifte zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Gelenkkupplung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Auf diese Weise wird eine Vorspannung oder Vorbelastung unmittelbar auf die treibende und die getriebene Welle aufgebracht, wodurch ein durch Fer­ tigungsungenauigkeiten oder durch Verschleiß entstehendes Spiel oder eine Lockerung zwischen benachbarten beweglichen Teilen aufgenommen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 weist der Vorspannmechanismus eine Vorspannfeder auf, die in einfachster Weise die gewünschte Vorbelastung der Gelenkkupplung erzeugt.

In Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wirkt die Feder gegen einen Stößel, der seinerseits die Federkraft von der in einer Bohrung der einen Welle angeordneten Feder axial auf die andere Welle überträgt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an­ hand 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 Antriebs­ anordnung eine treibende Welle 10 auf, die ein etwa glockenför­ mig gestaltetes Ende 12 hat. Die innere Oberfläche des glocken­ förmigen Endabschnitts 12 ist durch eine Rückwand 14, 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 Unter­ seite 28 des glockenförmigen Endteils 12.

Das Kupplungsglied 29 ist innerhalb des glockenförmigen Endab­ schnitts 12 der treibenden Welle 10 aufgenommen. Das Kupplungs­ glied ist mit zwei diametral gegenüberliegenden gekrümmten Seitenflächen 30 und 32 (Fig. 2) versehen, die benachbart den gekrümmten Seitenflächen 20 und 22 des glockenförmigen Endab­ schnitts 12 angeordnet sind. Das Kupplungsglied 29 hat auch obere und untere, ringförmige, flache Flächen 34 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 zen­ tral in den seitlichen gekrümmten Oberflächen des Kupplungs­ glieds 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 Kupplungs­ glied 29 und in dem glockenförmigen Endabschnitt 12 der An­ triebswelle 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 zusammenzu­ passen. 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 angetrie­ bene 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 er­ streckt 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 glocken­ förmigen 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 70, 72 und 74 verschleißen, so daß ihre Durchmesser an verschiedenen Punkten sich geringfügig vermindern. Es be­ steht 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 Ver­ schleißes ist, daß die Stifte allmählich zu lose in die Öffnun­ gen 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 aus­ geschlagen zu werden, selbst wenn die Stifte und/oder die Öff­ nungen 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 ausgerichte­ ten Achsen der kurzen Stifte 72 und 74.

Ein Vorspannmechanismus steht in Berührung oder Eingriff mit der treibenden Welle 10 und erstreckt sich durch die Vorspann­ öffnung 80 in Berührung oder Eingriff mit dem Endteil der ange­ triebenen Welle 60, um eine Vorspannung direkt gegen die treiben­ de 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 lan­ gen 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 zylindri­ scher 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 Flansch 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 getrie­ bene Welle 60 bei Betrachtung gemäß Fig. 1 und 2 nach links zu drücken. Somit hat die Vorspannung die Wirkung, die Wellen 10 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 Kunst­ stoff 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, und die geneigten Flächen 45 und 47 des Schlitzes 38 können sich unter einem Winkel von bei­ spielsweise 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 kugel­ förmig 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.

Claims (5)

1. Gelenkkupplung für eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Antriebs- oder Lenkrad oder für eine Lenksäule für ein Fahrzeug, mit einem Kupp­ lungsglied (29), 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 diesem angepaßten 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 getriebenen Welle (60) erstreckt, wobei die den Schlitz (38) des Kupplungsglieds (29) bildenden Oberflächen so gestaltet sind, daß sie eine begrenzte Schwenkbewegung um den langen Stift (70) herum zulassen, sowie mit einem Paar diametral einander gegenüber angeordneter kurzer Stifte (72, 74), die in diesen angepaßten Öffnungen (55, 56) in dem Kupplungsglied (29) aufgenommen sind und deren Achsen zueinander fluchten 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, deren Mittellinie senkrecht zu der Schnittebene und im Schnitt­ punkt der Achsen des langen Stifts (70) und der kurzen Stifte (72, 74) angeordnet ist und die in den Schlitz (38) des Kupplungsglieds (29) einmündet, und daß ein Vorspannmechanismus (84, 86, 88, 92, 94) vorge­ sehen ist, der sich an der treibenden Welle (10) abstützt und sich durch die Vorspannöffnung (80) zur Anlage an der getriebenen Welle (60) erstreckt.

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

3. Gelenkkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor­ spannmechanismus (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 Gegen­ bohrung (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. Gelenkkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gegen­ bohrung (90) ein zylindrischer Stößel (94) angeordnet ist, der durch die Schraubenfeder (92) gegen den Kopf (86) des auf der Seite des Kupp­ lungsglieds (29) angeordneten Stößels (84) vorgespannt ist.

5. Gelenkkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Seite des Kupplungsglieds (29) angeordnete Stößel (84) einen Kopf (88) mit einer kugelförmigen Abrundung aufweist.