DE4215725A1 - Kupplung zum steifen Verbinden zweier Wellen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kupplung zum drehsteifen Verbinden zweier Wellen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche Kupplungen werden zur Drehbewegungsübertragung in engen Einbauräumen, beispielsweise zur elektrischen Sitzverstellung in Kraftfahrzeugen, verwendet und sind in der Lage, einen angularen oder lateralen Wellenversatz zwischen der abtreibenden und angetriebenen Welle, beispielsweise zwischen Motor- und Getriebewelle, auszugleichen. Bei einem lateralen Versatz sind die zueinander parallelen Wellen um einen kleinen Betrag aus der Fluchtlinie seitlich verschoben, bei einem angularen Versatz schließen die beiden Wellen einen kleinen spitzen Winkel miteinander ein.

Bei einer bekannten Kupplung dieser Art ist jedes Anschlußteil aus Kunststoff und das Verbindungsglied aus Gummi gefertigt. Die drehsteife Verbindung der drei rotationssymmetrisch ausgeführten Teile miteinander erfolgt durch Verkleben, wozu jedes Anschlußteil im Längsschnitt E- förmig und das Verbindungsglied im Längsschnitt H-förmig ausgebildet ist. Dabei ragt das Verbindungsglied mit seinen beiden endseitigen Ringstegen in die Hohlräume der Anschlußteile hinein, die jeweils von dem Innenzylinder und der äußeren Ringwand eines jeden Anschlußteils begrenzt werden, und liegt mit seinem ringscheibenförmigen Mittelsteg an den einander zugekehrten Stirnseiten der Innenzylinder der beiden Anschlußteile an. Die Verklebung erfolgt dabei zwischen den Ringstegen des Verbindungsglieds einerseits und den Außenwänden der Innenzylinder und den Innenwänden der äußeren Ringwände der Anschlußteile andererseits. Die Wellenenden der miteinander zu verbindenden Wellen werden in koaxialen Aufnahmebohrungen in den Innenzylindern der Anschlußteile aufgenommen, die zur drehfesten Verbindung der Wellenenden eine Innenverzahnung tragen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kupplung zum drehsteifen Verbinden zweier Wellen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Kupplung ausreichend drehsteif und bezüglich lateralem und angularem Wellenversatz hochflexibel ist. Sie kann leicht und kostengünstig aus Kunststoff gespritzt werden. Sie wird bevorzugt einteilig hergestellt, so daß jegliche Montagearbeiten und zusätzliche Fertigungsvorgänge, wie das eingangs beschriebene Verkleben der Anschlußteile und des Verbindungsglieds, entfallen. Die Baulänge kann beliebig gewählt und so an die Einbaubedürfnisse optimal angepaßt werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Kupplung möglich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden auf jeder Seite einer Lamelle zwei zueinander diametral angeordnete Axialstege vorgesehen und die auf den voneinander abgekehrten Seiten der gleichen Lamelle befindlichen Axialstege jeweils gegeneinander um 90° versetzt angeordnet. Eine solche konstruktive Ausführung erfüllt die an die Kupplung gestellten Forderungen ausreichend gut und ist bezüglich der Herstellung, insbesondere im Hinblick auf eine gute Entformbarkeit beim Kunststoffspritzen vorteilhaft gestaltet.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die beiden äußeren Lamellen des Verbindungsgliedes über die Axialstege mit jeweils einem der Anschlußteile verbunden. Diese Ausführungsform wird bevorzugt dann verwendet, wenn zwischen den Wellen ein relativ großer Abstand besteht, der von der Kupplung überbrückt werden muß.

Bei kurzen Überbrückungswegen zwischen den miteinander zu verbindende Wellen wird eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher die Lamellen des Verbindungsglieds die beiden Anschlußteile konzentrisch und mit Radialabstand umschließen. Zwei der Lamellen sind dabei über Radialstege mit den zylinderförmig ausgestalteten Anschlußteilen verbunden. Bei dieser Ausführungsform der Kupplung wird die gesamte Kupplungslänge für das flexible Verbindungsglied genutzt und damit eine sehr kurze Baulänge bei gleich guter Flexibilität erzielt.

In einer konstruktiven Ausführungsform der Erfindung sind die mit den Anschlußteilen verbundenen Lamellen die beiden äußeren Lamellen des Verbindungsgliedes. Diese tragen Aussparungen, die der Entformung der als Spritzgußteil hergestellten Kupplung dienen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mit den Anschlußteilen verbundenen Lamellen des Verbindungsgliedes die beiden mittleren Lamellen, deren Verbindung in Achsrichtung aufgehoben ist. Die beiden äußeren Lamellen des Verbindungsgliedes sind durch mindestens zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete, drehsteife, axiale Verbindungsstege miteinander verbunden, die am äußeren Rand der beiden äußeren Lamellen angreifen. Bevorzugt weisen dabei die beiden axialen Verbindungsstege jeweils einen kreisabschnittförmigen Querschnitt auf. Bei dieser Kupplung können die beiden über die äußeren axialen Verbindungsstege miteinander einstückig verbundenen Kupplungsteile in Axialrichtung gegeneinander bewegt werden, so daß diese Kupplung auch einen axialen Wellenversatz der beiden miteinander zu verbindenden Wellen kompensiert. Ein wesentlicher Vorteil dieser Kupplung liegt auch darin, daß sie hinsichtlich ihrer Herstellbarkeit als Kunststoffspritzgußteil unkritisch ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die einzelnen Lamellen des Verbindungsgliedes als Ringscheiben und die Anschlußteile als Zylinder ausgebildet, in welchen eine Drehmitnahme, z. B. eine Innen­ verzahnung, zum drehfesten Aufnehmen der Wellenenden vor­ gesehen ist.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind dabei aus jeder als Ringscheibe ausgeführten Lamelle des Verbindungsgliedes, mit Ausnahme der beiden äußeren Lamellen, zwei diametral gegenüberliegende Ringsegmente ausgeschnitten, deren Segmentwinkel etwa 90° beträgt. Dadurch bilden die einzelnen Lamellen sog. Viertelkreissegmente, wodurch sich eine weichere Drehmomentübertragung, d. h. eine geringere Drehsteifigkeit der Kupplung ergibt, was in besonderen Einsatzfällen gewünscht ist. Außerdem sind die Viertelkreissegmente auch im Hinblick auf die Herstellbarkeit der Kupplung als Kunststoffspritzgußteil von Vorteil.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kupplung zum drehsteifen Verbinden zweier Wellen,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine Ansicht der Kupplung in Richtung Pfeil IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Kupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 und 7 jeweils eine Ansicht der Kupplung gemäß Pfeil VI bzw. Pfeil VII in Fig. 8,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 5,

Fig. 9 und 10 jeweils einen Schnitt längs der Linie IX-IX bzw. X-X in Fig. 8,

Fig. 11 eine Seitenansicht einer Kupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 12 und 13 jeweils eine Ansicht der Kupplung gemäß Pfeil XII bzw. Pfeil XIII in Fig. 14,

Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV in Fig. 11,

Fig. 15 und 16 jeweils einen Schnitt längs der Linie XV-XV bzw. XVI-XVI in Fig. 11,

Fig. 17 eine Seitenansicht einer Kupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 18 eine Ansicht der Kupplung in Richtung Pfeil XVIII in Fig. 17,

Fig. 19 eine Draufsicht der Kupplung gemäß Pfeil IXX in Fig. 17,

Fig. 20 einen Schnitt längs der Linie XX-XX in Fig. 18,

Fig. 21 einen Schnitt längs der Linie XXI-XXI in Fig. 17,

Fig. 22 einen Schnitt längs der Linie XXII-XXII in Fig. 20.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellte Kupplung zum drehsteifen Verbinden zweier Wellen ist als einteiliges Kunststoffspritzgußteil ausgeführt und weist zwei Anschlußteile 11 und 12 zur drehfesten Aufnahme jeweils eines Wellenendes und ein die beiden koaxialen Anschlußteile 11, 12 miteinander verbindendes, torsionssteifes, flexibles Verbindungsglied 13 auf. Die zylinderförmigen Anschlußteile 11, 12 sind identisch ausgebildet und weisen jeweils eine Koaxialbohrung 14 mit einer Innenkerbverzahnung 15 (Fig. 1 und 4) zum Einstecken jeweils eines Wellenendes auf. Durch die Innenkerbverzahnung 15 sind die Wellenenden drehfest an die Anschlußteile 11, 12 angekoppelt.

Zur Erzielung der Elastizität des Verbindungsgliedes 13, die zur Kompensation eines lateralen oder angularen Winkelversatzes der beiden Wellen zueinander erforderlich ist, besteht das Verbindungsglied 13 aus einer Vielzahl von parallelen Lamellen 16, die quer zur Achse des Verbindungsgliedes 13 und mit Axialabstand voneinander angeordnet sind. Die Lamellen 16 sind über Axialstege 17 und 18 miteinander fest verbunden. Dabei sind auf jeder Seite einer Lamelle 16 zwei zueinander diametral angeordnete Axialstege 17 bzw. 18 vorgesehen, wobei die auf der einen Seite der Lamelle 16 angreifenden Axialstege 17 gegenüber den auf der anderen Seite der gleichen Lamelle 16 angreifenden Axialstege 18 um einen Winkel von 90° versetzt sind (vergl. Fig. 1-3). Die beiden äußeren Lamellen 16 des Verbindungsgliedes 13 sind über die Axialstege 17 bzw. 18 mit jeweils einem der Anschlußteile 11 bzw. 12 verbunden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Kupplung sind die Lamellen 16 als kreisrunde Vollscheiben 19 ausgebildet, und die Axialstege 17 und 18 erstrecken sich vom äußeren Rand der Vollscheiben 20 um eine radiale Wegstrecke, die kleiner ist als der Radius der Vollscheiben 19, hier beispielsweise dem halben Radius der Vollscheibe 19 entspricht.

Bei der in Fig. 5 in Seitenansicht zu sehenden Kupplung sind die beiden Anschlußteile 111, 112 wiederum als Zylinder mit Koaxialbohrung 14 und Innenkerbverzahnung 15 ausgeführt. Die beiden Anschlußteile 111, 112 sind koaxial fluchtend dicht aneinander mit räumlicher Trennung angeordnet. Die beiden Anschlußteile 111, 112 werden über ihre gesamte Länge von dem elastischen Verbindungsglied 113 umgeben, wozu die Lamellen 116 als Ringscheiben 120 ausgebildet sind, die die beiden Anschlußteile 111, 112 mit Radialabstand umschließen. Die beiden äußeren Lamellen 116, die mit etwas größerer Dicke ausgeführt sind, sind über mit ihnen einstückige Radialstege 121 mit jeweils einem der zylinderförmigen Anschlußteile 111 bzw. 112 verbunden. Wie bei der Kupplung in Fig. 1 sind die als Ringscheiben 120 ausgebildeten Lamellen 116 wiederum über Axialstege 117 und 118 miteinander verbunden, wobei die beiden diametral auf der einen Seite der Lamellen 116 angeordneten Radialstege 117 gegenüber den beiden anderen diametral auf der anderen Seite der gleichen Lamelle 116 liegenden Axialstege um 90° verdreht sind (Fig. 5, 9 und 10). In den beiden äußeren Lamellen 116 sind bogenförmige Aussparungen 122 vorgesehen, die zur Entformung der als Kunststoffspritzgußteil hergestellten Kupplung dienen.

Die in Fig. 11-16 dargestellte Kupplung stimmt weitgehend mit der vorstehend zur Fig. 5-10 beschriebenen Kupplung überein, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die dort in verschiedenen Ansichten dargestellte Kupplung unterscheidet sich insofern von der vorgenannten Kupplung als die Lamellen 116′ nicht wie bei der Kupplung gemäß Fig. 5-10 volle Ringscheiben bilden, sondern durch Aussparung von Ringsegmenten von etwa 90° Viertelkreisringsegmente 123 bilden. Lediglich die beiden äußeren Lamellen 116 sind als Vollringscheiben 120 ausgebildet, die über Radialstege 121 mit jeweils einem der innen liegenden zylinderförmigen Anschlußteile 111 bzw. 112 verbunden sind. Diese Ausbildung der Lamellen 116′ als Viertelkreisringsegmente 123 hat eine geringere Drehsteifigkeit zur Folge, was in bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil ist. Außerdem ist die Herstellbarkeit dieser Kupplung als Kunststoffspritzgußteil wesentlich verbessert.

Bei der in Fig. 17-22 in verschiedenen Ansichten dargestellten Kupplung sind die beiden zylindrischen Anschlußteile 211 und 212 wie bei den zu Fig. 5-16 beschriebenen beiden Kupplungen koaxial und dicht nebeneinander angeordnet und von einem aus zwei einzelnen Teilen gebildeten elastischen Verbindungsglied 213 konzentrisch umschlossen. Die Lamellen 216 des Verbindungsgliedes 213 sind wiederum als Ringscheiben 220 ausgeführt, die die beiden zylindrischen Anschlußteile 211 und 212 mit Radialabstand konzentrisch umgeben. Die beiden unmittelbar benachbarten mittleren Lamellen 216 des Verbindungsgliedes 213 sind über Radialstege 221 einstückig mit jeweils einem der Anschlußteile 211 und 212 verbunden (Fig. 20). Alle Lamellen 216 sind wiederum über in gleicher Weise angeordnete Axialstege 217 und 218 miteinander verbunden, wobei die räumliche Verbindung zwischen den beiden mittleren, mit den beiden Anschlußteilen 211 und 212 einstückigen Lamellen 216 aufgehoben ist, so daß zwei getrennte Kupplungsteile mit jeweils einem Anschlußteil 211 bzw. 212 entstehen. Diese beiden Kupplungsteile sind über drehsteife axiale Verbindungsstege 224 und 225 miteinander verbunden, die am äußeren Rand der beiden äußeren, durchmessergrößeren Lamellen 216′′ angreifen. Die Verbindungsstege 224, 225 sind diametral zueinander angeordnet und weisen einen kreisabschnittförmigen Querschnitt auf (Fig. 18, 21 und 22). Die beiden äußeren Verbindungsstege 224 und 225 sind dabei so ausgeführt, daß eine Entformung der als Kunststoffspritzgußteil ausgeführten Kupplung und eine drehsteife Momentenübertragung möglich ist.

Zur Aufnahme der beiden Wellenenden sind die beiden Anschlußteile 211 und 212 wiederum mit jeweils einer Koaxialbohrung 214 mit darin angeordneter Innenkerbverzahnung 215 versehen.

Diese Ausführungsform der Kupplung hat den Vorteil, daß die über die Verbindungsstege 224 und 225 einstückig miteinander verbundenen Kupplungsteile auch in Axialrichtung relativ zueinander elastisch verschoben werden können, so daß diese Kupplung auch einen axialen Versatz der beiden über die Kupplung miteinander zu verbindenden Wellen kompensiert. Außerdem ist die Kupplung aufgrund der konstruktiven Gestaltung im Hinblick auf ihre Herstellbarkeit als Kunststoffspritzgußteil am unkritischsten.

Claims (15)

1. Kupplung zum drehsteifen Verbinden zweier Wellen mit zwei jeweils ein Wellenende der beiden Wellen drehfest aufnehmenden koaxialen Anschlußteilen und einem die beiden Anschlußteile verbindenden, torsionssteifen, elastischen Verbindungsglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (13; 113; 213) aus einer Vielzahl von mit Axialabstand voneinander angeordneten, parallel zueinander und quer zur Verbindungsgliedachse ausgerichteten Lamellen (16; 116; 216) besteht, die über um vorzugsweise gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzte Axialstege (17, 18; 117, 118; 217, 218) miteinander verbunden sind, und daß die auf der einen Seite einer Lamelle (16; 116; 216) angreifenden Axialstege (17; 117; 217) gegenüber den auf der anderen Seite der gleichen Lamelle (16; 116; 216) angreifenden Axialstege (18; 118; 218) jeweils um einen Umfangswinkel versetzt sind, der etwa gleich dem durch die Gesamtzahl der an einer Lamelle (16; 116; 216) angreifenden Axialstege (17, 18; 117, 118; 217, 218) geteilten Vollwinkel ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite einer Lamelle (16; 116; 216) zwei zueinander diametral angeordnete Axialstege (17 bzw. 18; 117 bzw. 118; 217 bzw. 218) vorgesehen sind und daß die auf den voneinander abgekehrten Seiten der gleichen Lamelle (16; 116; 216) befindlichen Axialstege (17 bzw. 18; 117 bzw. 118; 217 bzw. 218) jeweils gegeneinander um 90° versetzt sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Lamellen (16) über die Axialstege (17 bzw. 18) mit jeweils einem der Anschlußteile (11 bzw. 12) verbunden sind.

4. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (116; 216) die beiden Anschlußteile (11, 112; 211, 212) konzentrisch mit Radialabstand umschließen und daß zwei der Lamellen (116; 216) über vorzugsweise damit einstückige Radialstege (121; 221) mit jeweils einem der Anschlußteile (111 bzw. 112; 211 bzw. 212) verbunden sind.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Anschlußteilen (11, 112) verbundenen Lamellen (116) die beiden äußeren Lamellen (116) des Verbindungsgliedes (113) sind.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Lamellen (116) vorzugsweise bogenförmige Aussparungen (122) vorgesehen sind.

7. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Anschlußteilen (211, 212) verbundenen Lamellen (216) die beiden einander benachbarten mittleren Lamellen (216) des Verbindungsgliedes (213) sind, deren Verbindung miteinander unter Bildung zweier ein­ zelner Teile aufgehoben ist, und daß die beiden äußeren Lamellen (216) des Verbindungsgliedes (213) durch mindestens zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete, drehsteife, axiale Verbindungsstege (224, 225) miteinander verbunden sind, die am äußeren Rand der beiden äußeren Lamellen (216) angreifen.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Verbindungsstege (224, 225) einen kreisabschnittförmigen Querschnitt aufweisen.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (16) als Vollscheiben (19) und die Anschlußteile (11, 12) als Zylinder ausgebildet sind.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (116; 216) als Ringscheiben (120; 220) und die Anschlußteile (111, 112; 211, 212) als Zylinder ausgebildet sind.

11. Kupplung nach Anspruch 5 oder 6 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus jeder Lamelle (116′) mit Ausnahme der beiden äußeren Lamellen (116) zwei diametral gegenüberliegende Ringsegmente ausgeschnitten sind, deren Segmentwinkel etwa 90° beträgt.

12. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (13; 113; 213) mit den Anschlußteilen (11, 12; 111, 112; 211, 212) einteilig ausgebildet ist.

13. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (13; 113; 213) mit Anschlußteilen (11, 12; 111, 112; 211, 212) als Kunststoffspritzgußteil hergestellt ist.

14. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußteile (11, 12; 111, 112; 211, 212) jeweils eine Koaxialbohrung (14; 114; 214), z. B. mit einer Drehmitnahme (15; 115; 215), zum drehfesten Einstecken der Wellenenden aufweisen.

15. Kupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußteile (1112; 111, 112; 211, 212) als Drehmitnahme radiale Vorsprünge und/oder Vertiefungen, z. B. ein Keilwellenprofil, eine Innen­ kerbverzahnung od. dgl., aufweisen.