DE4447094A1 - Einrichtung zur Kraft- oder Drehmomentübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Drehmoments von einem Antriebselement auf mehrere im wesentlichen zueinander koaxial angeordnete Abtriebselemente. Derartige Einrichtungen sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in Ventilbetätigungsvorrichtungen, Kupplungs­ ausrückungsvorrichtungen oder Spannvorrichtungen häufig verwendet.

Bei den Einrichtungen nach dem Stand der Technik kommt es insbesondere bei unsymmetrischer Kraft- bzw. Drehmomenteinleitung und der Abnahme der Kräfte bzw. der Drehmomente infolge von stets vorhandenem Spiel zwischen den Über­ tragungselementen zu ungleichmäßigen und ruckartigen Belastungen der Abtriebs­ elemente. Dies hat zur Folge, daß die Kontaktstellen, an denen die Kräfte an den Abtriebselementen angreifen bzw. das Drehmoment abgeleitet wird, durch das jeweilige Spiel an diesen Stellen, welches seine Ursache in material-, fertigungs- oder betriebsbedingten Ungenauigkeiten hat, zeitweise oder ständig einseitig stärker belastet und dadurch ungleichmäßig abgenutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ruckfreie und gleichmäßige Kraft­ übertragung von einem Antriebselement auf mehrere Abtriebselemente zu errei­ chen und den durch material-, fertigungs- und betriebsbedingtes Spiel verursachten Verschleiß an den Abtriebselementen zu verringern.

Ausgehend von einer eingangs beschriebenen Einrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch mehrere auf mindestens einer Trageinrichtung frei drehbeweglich, jedoch axial fixiert angeordnete Abtriebselemente, mindestens ein zu diesen koaxial drehbeweglich, radial gesichert und axial verschiebbar gelagertes Ausgleichselement und ein verdrehfest mit dem Ausgleichselement verbundenes Antriebselement, wobei einander zugewandte Stirnseiten jeweils eines Paares von Abtriebselementen spiegelbildlich zueinander ausgerichtete Schrägflächen auf­ weisen, zwischen denen sich jeweils ein Ausgleichselement abstützt.

Durch die verdrehfeste Verbindung zwischen jedem Ausgleichselement und dem Antriebselement wird eine in letzteres eingeleitete Kraft bzw. ein in letzteres einge­ leitetes Drehmoment auf jedes Ausgleichselement völlig synchron übertragen. Ist von einem zusammengehörigen Paar von Abtriebselementen im Moment der mittels des Antriebselements erfolgenden Lasteinleitung von Seiten des Abtriebs her ein Abtriebselement mit Spiel behaftet, d. h. nicht belastet, findet zwischen dem belasteten Abtriebselement und dem Ausgleichselement sowie zwischen dem Ausgleichselement und dem unbelasteten Abtriebselement so lange eine Relativbe­ wegung statt, bis auch das zunächst unbelastete Abtriebselement spielfrei unter Last steht. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt ein exakt gleichzeitig einsetzender Kraftfluß von dem Ausgleichselement auf die beiden zu einem Paar gehörigen Abtriebs­ elemente, wobei sich die Lastverteilung lediglich durch abtriebsseitige Umstände ergibt. Die Relativbewegung zwischen dem über das Antriebselement angetriebe­ nen Ausgleichselement und den paarweise zusammengehörigen Abtriebselementen wird aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Stirnseiten der frei drehbe­ weglich gelagerten Abtriebselemente ermöglicht, die spiegelbildlich zueinander ausgerichte Schrägflächen aufweisen. Der vom Antriebselement über das Aus­ gleichselement zu den Abtriebselementen verlaufende Kraftfluß wird also so lange durch die oben beschriebene Relativbewegung unterbrochen bzw. verzögert, bis beide Abtriebselemente eines Paares gleichermaßen unter Last stehen. Dadurch wird verhindert, daß es einen starken, zu großem Verschleiß führenden Lastschlag in dem Moment gibt, in dem bei einer Einrichtung nach dem Stand der Technik eine ruckartige Kraftübertragung auf das erste unter Last stehende Abtriebsele­ ment erfolgen würde, und ein zweiter Lastschlag nach der Überbrückung des Spiels am zweiten Abtriebselement auftritt. Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich also durch eine vom ersten Moment der Lastübertragung an exakt gleichmäßige Verteilung der Abtriebslast auf beide Abtriebselemente eines Paares aus, so daß insgesamt der Verschleiß aufgrund der aufgeteilten Belastung geringer ausfällt sowie einseitiger Verschleiß, z. B. an einem durch Lastspitzen stets zuerst unter Last stehenden Abtriebselement, vermieden wird.

Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird vorgeschlagen, daß die Trageinrichtung von einer Welle gebildet wird, mit der jedes Ausgleichs­ element verdrehfest und radial gesichert, jedoch axial verschiebbar und das An­ triebselement verdrehfest verbunden ist. Die Welle, das Antriebselement und jedes Ausgleichselement bilden hierbei eine verdrehfest miteinander verbundene Einheit, die sich fertigungstechnisch besonders einfach herstellen läßt und die gleichzeitig noch als Trageinrichtung für die dann exakt koaxial zueinander angeordneten Abtriebselemente fungiert.

Die Erfindung weiter ausgestaltend, ist vorgeschlagen, daß das Antriebselement zwischen zwei Abtriebselementen eines Paares angeordnet ist, wodurch - gesehen vom Antriebselement - zu beiden Abtriebselementen hin gleich große Entfernungen eingehalten werden können. Dies hat einen besonders vorteilhaften Einfluß auf die Gleichmäßigkeit und Begrenzung der Durchbiegung bzw. Verdrehung der Welle in den unter Last stehenden Abschnitten zwischen Antriebs- und Abtriebselementen.

Es ist des weiteren besonders vorteilhaft, ein Ausgleichselement als Antriebs­ element auszubilden. Auf diese Weise kann ein Bauteil eingespart werden, und es entfällt die sonst erforderliche Lastübertragung von dem Antriebselement auf ein Ausgleichselement.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Aus­ gleichselement in einer schwalbenschwanzförmigen Nut der Welle gehalten ist. Eine schwalbenschwanzförmige Nut erfüllt in vorteilhafter Weise die an die Lage­ rung des Ausgleichselements zu stellenden Bedingungen der axialen Verschieb­ barkeit, der verdrehfesten Verbindung sowie der radialen Sicherung.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß ein Ausgleichselement von einem zumindest abschnittsweise kugelförmigen Körper gebildet ist. Kugeln und deren Abschnitte lassen sich fertigungstechnisch leicht herstellen, und aufgrund der konvexen Oberfläche ergeben sich Vorteile hinsicht­ lich eines reibungsarmen Kontaktes an den Stellen, an denen das Ausgleichs­ element die abgeschrägten Stirnflächen der Abtriebselemente berührt.

Schließlich wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, die Einrichtung in einer Ventilbetätigungsvorrichtung, einer Kupplungsausrückungsvorrichtung oder einer Spannvorrichtung zu verwenden. In den drei zuvor genannten Anwendungsfällen können die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Einrichtung in besonders vor­ teilhafter Weise genutzt werden.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung, die in der Zeichnung abgebildet sind, werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Ausgleichselement und

Fig. 2 ein Teilstück einer anderen Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Einrichtung.

Eine als Tragkörper dienende Welle 1 ist in zwei schematisch dargestellten Lage­ rungen drehbar. An der Welle 1 ist ein als Antriebselement 2 fungierender Hebel mittels einer Schweißverbindung befestigt. Auf der Welle 1 sind des weiteren zwei frei drehbeweglich auf ihr gelagerte Hülsen 3′ und 3′′ angeordnet, an denen durch Schweißen jeweils ein Hebel 4′ bzw. 4′′ befestigt ist. Jeweils eine Hülse 3′ bzw. 3′′ und ein Hebel 4′ bzw. 4′′ bilden gemeinsam ein Abtriebselement 5′ bzw. 5′′. Durch zwei mit der Welle 1 verschweißte Anschläge 6 wird eine axiale Fixierung der beiden Hülsen 3′ und 3′′ erzielt und verhindert, daß diese sich nach außen voneinander entfernen können. Zwischen diesen frei drehbeweglichen Hülsen 3′ und 3′′ ist ein Ausgleichselement 7 angeordnet, das in einer schwalbenschwanz­ förmigen Nut an der Welle 1 gehalten wird, die durch zwei mit der Welle ver­ schweißte Wandteile 8 (von denen nur das vordere sichtbar ist) gebildet ist. Aufgrund dieser schwalbenschwanzförmigen Lagerung des Ausgleichselements 7 ist dieses axial frei beweglich, jedoch in radialer Richtung gegen ein Herausfallen gesichert. Durch die schwalbenschwanzförmige Lagerung läßt sich des weiteren ein Drehmoment von der Welle 1 auf das Ausgleichselement 7 übertragen.

Die Hülsen 3′ und 3′′ weisen an ihren einander zugewandten Stirnseiten spiegel­ bildlich zueinander ausgerichtete Schrägflächen 9′ und 9′′ auf, zwischen die das Ausgleichselement 7 hinsichtlich seiner axialen Erstreckung entsprechend einge­ paßt ist. Das axial verschiebbare Ausgleichselement 7 stützt sich dabei beidseitig an diesen Schrägflächen 9′ und 9′′ ab und macht es so unmöglich, daß sich die Abtriebselemente 5′ und 5′′ in axialer Richtung nach innen, d. h. aufeinander zu, bewegen können.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung bei der Übertragung einer Kraft bzw. eines Drehmoments läßt sich wie folgt beschreiben:

Eine Kraft 10 greift an dem als Antriebselement 2 fungierenden Hebel an und bewirkt, daß ein Drehmoment 11 in die Welle 1 eingeleitet wird. Aufgrund der schwalbenschwanzförmigen Lagerung des Ausgleichselements 7 und der frei drehbeweglichen Lagerung der Hülsen 3′ und 3′′ wird dieses Drehmoment 11 zunächst nur auf das Ausgleichselement 7 übertragen.

Für die nachfolgenden Betrachtungen soll davon ausgegangen werden, daß der an der rechten Hülse 3′ befestigte Hebel 4′ bereits vor Beginn der Einleitung der Kraft 10 spielfrei an einer von dem Hebel 4′ zu betätigenden Schubstange 12′ anliegt, während zwischen einer linken zu betätigenden Schubstange 12′′ und dem zu­ gehörigen Hebel 4′′ ein betriebs-, fertigungs- oder materialbedingtes Spiel 13 besteht. Die Einleitung des Drehmoments in das Ausgleichselement 7 führt bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nun jedoch nicht dazu, daß eine Kraft an einer Kontaktstelle 14 zunächst allein auf die rechte, spielfrei unter Last stehende Hülse 3′ übertragen wird. Eine einseitige und ungleichmäßige Kraftübertragung auf den einen, zunächst nur unter Last stehenden Hebel 4′ wird dadurch verhindert, daß so lange, bis das Spiel 13 zwischen der Schubstange 12′′ und dem Hebel 4′′ überbrückt ist und auch dieser unter Last steht, eine Relativbewegung sowohl zwischen dem Ausgleichselement 7 und der Hülse 3′ an der Kontaktstelle 14 als auch zwischen dem Ausgleichselement 7 und der Hülse 3′′ an der Kontaktstelle 15 stattfindet. Die letztgenannte Relativbewegung bewirkt eine lastfreie Verdrehung der Hülse 3′′, die auf der Welle 1 frei drehbeweglich ist, bis der Hebel 4′′ spielfrei an der Schubstange 12′′ anliegt. Erst in diesem Moment, in dem beide Hebel 4′ und 4′′ spielfrei an den Schubstangen 12′ und 12′′ anliegen, tritt ein durchgängi­ ger Kraftfluß ein. Dabei ist die Aufteilung der in den als Antriebselement 2 dienen­ den Hebel eingeleiteten Kraft 10 auf die an den Schubstangen 12′ und 12′′ angrei­ fenden Reaktionskräfte 16 und 17 entsprechend den abtriebsseitigen Belastungen exakt gleichmäßig. Ein einseitiger und infolge ruckartiger Kraftübertragung großer Verschleiß an einem der Hebel 4′ oder 4′′ bzw. einer der Schubstangen 12′ oder 12′′ tritt nicht mehr auf.

Bei der Gestaltung der spiegelbildlich zueinander angeordneten Stirnflächen 9′ und 9′′ ist hinsichtlich deren Winkel zu einem orthogonalen Wellenquerschnitt zu be­ achten, daß an den Kontaktstellen 14 und 15 zwischen dem Ausgleichselement 7 und den Schrägflächen 9′ und 9′′ keine Selbsthemmung eintritt. Der maximal mögliche Schrägungswinkel der Schrägflächen 9′ und 9′′ ist auch von den ver­ wendeten Materialpaarungen an den Kontaktstellen 14 und 15 abhängig und kann z. B. durch Verwendung eines Schmiermittels vergrößert werden.

Aus Fig. 2 läßt sich erkennen, wie ein Ausgleichselement als Abschnitt eines Kugelkörpers 1 8 ausgebildet ist. Der Einfachheit halber ist nicht dargestellt, wie dieser Kugelkörper 18 mit dem Antriebselement verdrehfest und radial gesichert verbunden ist. Die Schrägfläche 19 des Abtriebselements 20, an dem der Kugel­ körper 18 anliegt, ist entsprechend der Kugeloberfläche konkav ausgebildet, weshalb an der Kontaktstelle 21, die der Übersichtlichkeit halber zeichnerisch mit einem Spiel dargestellt ist, die bei der Kraftübertragung auftretende Flächenpres­ sung deutlich vermindert werden kann.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Drehmoments von einem Antriebselement auf mehrere zueinander im wesentlichen koaxial angeordnete Abtriebselemente, gekennzeichnet durch mehrere auf minde­ stens einer Trageinrichtung frei drehbeweglich, jedoch axial fixiert angeord­ nete Abtriebselemente (5′, 5′′), mindestens ein zu diesen im wesentlichen koaxial drehbeweglich, radial gesichert und axial verschiebbar gelagertes Ausgleichselement (7) und ein verdrehfest mit jedem Ausgleichselement (7) verbundenes Antriebselement (2), wobei einander zugewandte Stirnseiten jeweils eines Paares von Abtriebselementen (5′, 5′′) spiegelbildlich zuein­ ander ausgerichtete Schrägflächen (9′, 9′′) aufweisen, zwischen denen sich jeweils ein Ausgleichselement (7) abstützt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrich­ tung von einer Welle (1) gebildet wird, mit der jedes Ausgleichselement (7) verdrehfest und radial gesichert, jedoch axial verschiebbar und das Antriebs­ element (2) verdrehfest verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs­ element (2) zwischen zwei Abtriebselementen (5′, 5′′) eines Paares an­ geordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgleichs­ element (7) als Antriebselement (2) ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (7) in einer schwalbenschwanzförmigen Nut in der Welle (1) gelagert ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgleichselement von einem zumindest abschnittsweise kugelför­ migen Körper (18) gebildet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Ventilbetätigungsvorrichtung, Kupplungsausrückungs­ vorrichtung oder Spannvorrichtung.