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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung, die mit einer Spannvorrichtung
zum Verriegeln von zwei Keilabschnitten in spielfreiem Eingriff
in der Richtung ihrer Drehung und zum Aufrechthalten dieses Zustandes
ausgestattet ist.
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HINTERGRUND
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Für eine Antriebsverbindung,
wie beispielsweise eine Keilverbindung, zwischen einer Antriebswelle
und einer Radnabe bei einem Fahrzeug ist es erwünscht, eine spielfreie Verbindung
zu erreichen, um Geräusche
auszuschalten. Beispielsweise gibt es, wenn sich die Richtung des
Drehmoments ändert, weil
der Motor von einem Antriebsmoment auf ein Bremsmoment umschaltet,
ein Geräusch
von einer Keilverbindung, bei der ein Spiel zwischen den inneren
und den äußeren Keilen
besteht.
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Es
gibt eine Reihe von Möglichkeiten
zur Überwindung
dieses Problems. Eine Lösung
besteht in der Verwendung von Klebstoff, der den Zusammenbau und
den Service der Verbindung schwierig macht. Eine weitere Lösung besteht
darin, die Verbindung mit einer Spanneinrichtung auszustatten.
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Ein
Beispiel einer solchen Spanneinrichtung ist aus DE-C-1 808 076 bekannt.
In diesem Fall bildet das Spannelement einen vergleichsweise breiten
zylindrischen Ring aus elastischem Kunststoff, der an dem einzusetzenden
Wellenabschnitt in dem nabenartigen Wellenabschnitt einzubringen
ist und an der Endfläche
des nabenartigen Wellenabschnitts angrenzt. Das Spannelement ist
als zylindrische Spannhülse
gestaltet, die mittels eines Innenschraubengewindes an einem endseitigen
Außenschraubengewinde
des nabenartigen Wellenabschnitts aufgeschraubt werden kann. In
dieser Spannhülse,
die an ihrem von dem nabenartigen Hülsenabschnitt abgelegenen Spannhülsenende
radial einwärts
gezogen wird, um einen Verstrebungs- bzw. Versteifungsring, den
sie aufnimmt, zu versteifen, ist der elastische Ring untergebracht.
Wenn die Spannhülse
auf den nabenartigen Wellenabschnitt aufgeschraubt wird, wird der
Ring unter Zusammendrückung
zwischen dem Versteifungsring und der Endfläche des nabenartigen Wellenabschnitts
gespannt. Dies zur Folge, dass der Kunststoff des Rings in das Keilwellenprofil
des Wellenabschnitts, in dem der Ring untergebracht ist, sowohl
gegen die Endfläche
des nabenartigen Wellenabschnitts als auch gegen die in die Innenfläche der
Spannhülse
gepresst wird.
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Zweck
dieser Erfindung ist es, die Keilwellenprofile tatsächlich spielfrei
zu halten, während
die axiale Bewegbarkeit aufrechterhalten bleibt. Jedoch ist diese
Lösung
nicht zum Verbinden einer Wellenabe mit einer Antriebswelle geeignet,
da diese Verbindung axial fixiert sein muss. Auch steht der elastische Ring
mit den Aussenkeilen einer Welle im Eingriff, wo er radial in den
Raum zwischen den Keilen deformiert werden muss, um als Dichtung
zu wirken. Es ist nicht möglich,
nach dem Zusammenbau festzustellen, ob diese Deformation stattgefunden
hat.
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US 4 886 481 offenbart eine
Anordnung, bei der ein nabenartiger Wellenabschnitt mit geschlitzten Zungen
an dem Bereich seines freien Endes ausgestattet ist, an dem ein
Spannelement mit mindestens einer etwas eingezogenen Ringfeder an
dem geschlitzten Endbereich des nabenartigen Wellenabschnitts angeordnet
ist. Das Spannelement ist ein Anschlag, gegen den die Ringfeder
mittels ihres äußeren Randteils
drückbar
ist, während
die zwei Wellenabschnitte in gegenseitigen Eingriff gebracht werden,
um eine radiale Spannkraft zu erzeugen. Die Ringfeder und der nabenartige
Wellenabschnitt, in dem diese untergebracht ist, müssen dann
hinsichtlich ihres Durchmessers aufeinander abgestimmt werden, sodass
mindestens dann, wenn die radiale Streckstellung der Ringfeder erreicht
ist, oder dann, wenn die Ringfeder flach gedrückt ist, der gewünschte spielfreie
Eingriff der Keilwellenprofile mit einer gleichzeitig geringen axialen
Verschiebbarkeit erreicht ist. Die Erfindung ist hauptsächlich zur
Verwendung in Verbindung mit Wellenenden einer abschließenden Antriebswelle
und einer abschließenden
Getriebeantriebswelle der Übertragungslinie
eines Motorfahrzeugs bestimmt. Diese Lösung ist nicht zur Verbindung
einer Radnabe mit einer Antriebswelle geeignet, weil diese Verbindung
axial fixiert sein muss. Auch ist kein Mittel zur Abdichtung einer
solchen Verbindung gegen den Eintritt von Wasser und Partikeln vorgesehen.
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US-A-4
668 116 offenbart eine Kupplung für ein Schwungrad und eine Kurbelwelle,
bei der ein Keilelement durch die Wirkung von einander gegenüberliegenden
eingezogenen Flächen
zusammengedrückt
wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die oben angegebenen Probleme durch Schaffung
einer Keilverbindung zu lösen,
die sowohl fixiert als auch spielfrei sowie gegen den Eintritt von
Verunreinigungen, wie Wasser oder Partikeln, abgedichtet ist. Die
Keilverbindung sollte auch leicht zusammenzubauen und für Servicezwecke
leicht demontierbar sein.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
oben angegebenen Probleme werden mittels einer Kupplungsvorrichtung
und eines Fahrzeugs, das mit einer solchen Kupplungsvorrichtung ausgestattet
ist, gemäß Anspruch
1 und 11 und ihrer jeweiligen abhängigen Ansprüche gelöst.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform betrifft
die Erfindung eine Kupplungsvorrichtung, welche zum Halten von zwei
ein Moment übertragenden Abschnitten
in Antriebsverbindung und drehbar um eine gemeinsame Welle vorgesehen
ist, wobei die Vorrichtung einen ersten Keilabschnitt aufweist,
welcher dazu vorgesehen ist, mit einem zweiten Keilabschnitt und
einem Befestigungselement für
ein Verbinden des ersten Keilabschnitts und des zweiten Keilabschnitts
zusammenzuarbeiten. Wenigstens einer der Keilabschnitte weist einen
freien Endabschnitt auf, welcher mit mindestens einem Abschnitt
versehen ist, der in radialer Richtung elastisch deformierbar ausgebildet
ist, wobei das Betätigungselement
und der Abschnitt jeweils mit zusammenwirkenden Kontaktflächen, die
einen Winkel bezüglich der
Rotationsachse aufweisen, versehen sind und wobei das Befestigungselement
vorgesehen ist, mindestens einen Bereich eines Keilabschnitts mit
einem entsprechenden Abschnitt des anderen Keilabschnitts in Kontakt
zu drücken.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der erste Keilabschnitt mit einem elastisch deformierbaren Bereich
in der Form eines geschlitzten Abschnitts versehen, der wenigstens
zwei radiale Schlitze an seinem freien Ende aufweist. Die Anzahl der
Schlitze, deren Breite bezogen auf den Durchmesser des ersten Abschnitts,
und die Wanddicke des ersten Keilabschnitts bestimmen die Steifigkeit der
durch die Schlitze gebildeten Zungen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist das Befestigungselement zum Aufweiten der den geschlitzten Abschnitt
des ersten Keilabschnitts bildenden Zungen für einen Kontakt mit dem zweiten
Keilabschnitt vorgesehen. Daher weist, wenn der erste Keilabschnitt
als hohler Zylinder mit äußeren Keilen hergestellt
ist, dann der zweite Keilabschnitt einen hohlen Abschnitt mit inneren
Keilen und umgekehrt auf. Die Toleranz zwischen den zwei Fügeteilen
kann zwischen einem losen Sitz und einem engen Laufsitz ausgewählt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der erste Keilabschnitt mit einer mittigen Gewindebohrung versehen,
die für
ein Zusammenwirken mit einem Gewindeabschnitt des Befestigungselements vorgesehen
ist. Dieser Gewindeabschnitt kann integraler Teil des Befestigungselements
oder ein separates Gewindeelement, beispielsweise eine Schraube,
sein, die durch eine mittige Bohrung des Befestigungselements eingesetzt
oder an dem Befestigungselement in irgendeiner Weise befestigt ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die zusammenwirkenden Kontaktflächen konisch. Es ist jedoch
möglich,
eine oder mehrere im Wesentlichen flache Kontaktflächen an
dem ersten bzw. dem zweiten Keilabschnitt zu verwenden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das Befestigungselement einen radialen Flansch für ein Zusammenwirken mit dem
zweiten Keilabschnitt auf. Der radiale Flansch kann in direktem
Kontakt mit dem zweiten Keilabschnitt angeordnet sein. Jedoch ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ein ringförmiges
elastisches Element zwischen dem radialen Flansch des Befestigungselements
und dem zweiten Keilabschnitt für
ein Zentrieren des Befestigungselements gegenüber dem zweiten Keilabschnitt
vorgesehen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der erste Keilabschnitt eine Welle in der Form einer Antriebswelle,
die mit äußeren Keilen ausgestattet
ist. Auch der zweite Keilabschnitt ist vorzugsweise eine Radnabe,
die mit inneren Keilen ausgestattet ist.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug, das mit einer Kupplungsvorrichtung
gemäß Anspruch
1 ausgestattet ist.
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Wie
oben angegeben ist der erste Keilabschnitt vorzugsweise eine Welle
in der Form einer Antriebswelle, die mit äußeren Keilen ausgestattet ist,
und ist der zweite Keilabschnitt eine Radnabe, die mit inneren Keilen
ausgestattet ist.
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Diese
Ausbildung stellt eine Keilverbindung zur Verfügung, die sowohl fixiert als
auch spielfrei sowie gegen den Eintritt von Verunreinigungen, wie
beispielsweise Wasser oder Partikel, abgedichtet ist. Die Keilverbindung
gemäß der Erfindung
ist auch ohne weiteres zusammenzubauen und für Servicezwecke demontierbar.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
nachfolgenden Text wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert
beschrieben. Diese Zeichnungen dienen nur der Erläuterung
und schränken
den Umfang der Erfindung in keiner Weise ein. In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Kupplungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
auseinander gezogene Ansicht der Kupplungsvorrichtung von 1;
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3 ein
mit einer Kupplungsvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug.
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ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen Schnitt durch eine Kupplungsvorrichtung gemäß einer
bevor zugten Ausführungsform
der Erfindung. Die Vorrichtung ist Teil der Antriebsübertragung
eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb (nicht dargestellt), wobei
die Übertragung eine
Antriebswelle 1 mit einem freien Ende 2 aufweist,
das sich von einer Antriebseinheit weg in Richtung zu einem angetriebenen
Rad erstreckt, das an einer Radnabe 3 angebracht ist.
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Im
nachfolgenden Text werden die Ausdrücke "innere" und "äußere" zur Definition der örtlichen Anordnung
einzelner Teile mit Bezug auf die Mittellängsachse des Fahrzeugs verwendet.
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Die
Radnabe 3 weist einen kreisförmigen Scheibenabschnitt 4 mit
einer Reihe von Löchern 5 zur
Befestigung der Felge eines Fahrzeugsrads auf. Die Radnabe 3 weist
ferner ein inneres Ende in der Form eines im Wesentlichen zylindrischen
Abschnitts 6 auf, der das freie Ende 2 der Antriebswelle 1 umgibt.
Die Außenfläche des
zylindrischen Abschnitts 6 dient als Sitz für ein herkömmliches
Radlager, das zwei Sätze
zylindrischer Kugellager 7a, 7b aufweist. Ein äußerer Sitz
für jedes
Kugellager 7a, 7b ist in einem äußeren zylindrischen
Ring 8 vorgesehen, der seinerseits durch einen Halter 9 in
der Radaufhängung
eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) abgestützt ist. Die Innenfläche des
zylindrischen Abschnitts 6 ist mit inneren, sich axial
erstreckenden Keilen 10 entlang ihres gesamten inneren
Umfangs ausgestattet.
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Die
sich axial erstreckenden Keile 10 des zylindrischen Abschnitts 6 dienen
zur Zusammenwirkung mit der gleichen Anzahl entsprechender Keile 11 am
freien Ende 2 der Antriebswelle 1. Der äußere Teil
des freien Endes 2 ist mit mindestens einem Abschnitt 12 ausgestattet,
der in radialer Richtung elastisch deformierbar ist. Dies wird erreicht,
indem der äußere Teil
des freien Endes 2 mit einer Anzahl von ausgeschnittenen
Schlitzen 13 ausgestattet wird, wodurch die gleiche Anzahl
von elastisch deformierbaren Zungen 14 zur Verfügung gestellt
wird. Das vorliegende Beispiel ist mit vier Zungen 14 ausgestattet, die,
wenn sie radial nach außen
gerichtet deformiert werden, mit den inneren Keilen 10 an
dem zylindrischen Abschnitt 6 der Radnabe 3 in
Kontakt kommen.
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Um
die Radnabe 3 und die Antriebswelle 1 relativ
zueinander in einer vor bestimmten festgelegten Stellung zu verbinden,
ist ein Befestigungselement 15 vorgesehen. Das Befestigungselement 15 weist
eine Gewindeschraube 16 auf, die durch einen Halter 17 hindurchgeführt ist.
Der Kopf dieser Schraube 16 kommt mit der Außenfläche des
Halters 17 in Kontakt. Die Gewindeschraube 16 erstreckt sich
durch den Halter 17 hindurch und in eine zentrale Gewindebohrung 18 in
dem Ende 2 der Antriebswelle 1. Der Halter weist
einen radialen Flansch 19 zur Zusammenarbeit mit einer
Außenfläche des kreisförmigen Scheibenabschnitts 4 der
Radnabe 3, einen zylindrischen Mittelabschnitt 20 und
einen konischen inneren Abschnitt 21 zur Zusammenarbeit mit
den elastisch deformierbaren Zungen des freien Endes 2 auf.
Folglich erweitert sich die zentrale Bohrung 18 des freien
Endes 2 in Richtung nach außen zur Bildung eines inneren
konischen Abschnitts 22 mit im Wesentlichen dem gleichen
Kegelwinkel α wie der
innere konische Abschnitt 21 des Halters 17. Ein Abstandselement 23 ist
zwischen dem radialen Flansch 19 des Halters 17 und
der Außenfläche des kreisförmigen Scheibenabschnitts 4 der
Radnabe 3 eingesetzt. Dieses Abstandselement 23 gestattet
es, dass der Halter 17 gegenüber dem freien Ende 2 der Antriebswelle
zentriert wird, wenn Ihre jeweiligen konischen Kontaktflächen einander
zu berühren
beginnen. Des Weiteren ist das Abstandselement 23 aus einem
elastischem Material, beispielsweise Gummi oder einem elastomeren
Material, hergestellt, das jede relative Drehbewegung zwischen der
Radnabe 3 und der Antriebswelle 1 absorbiert und/oder dämpft. Das
Abstandselement 23 weist vorzugsweise einen rechteckigen
Querschnitt auf, um eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen
dem Flansch 19 und der Fläche des scheibenförmigen Elements 4 sicherzustellen,
jedoch kann auch ein O-Ringelement verwendet werden.
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Die
Funktion der Kupplungseinrichtung ist folgende. Die Lagerbaugruppe 7a, 7b, 8 und
die Radnabe 3 werden in dem Halter 9 in der Radaufhängung des
Fahrzeugs angebracht. Gleichzeitig wird der innere zylindrische
Abschnitt 6 mit dem freien Ende 2 der Antriebswelle 1 zusammengefügt. Das
Befestigungselement 15, das die Gewindeschraube 16 und den
Halter 17 aufweist, wird in den inneren Keilabschnitt des
zylindrischen Abschnitts 6 der Nabe 3 eingesetzt.
Die Gewindeschraube 16, die sich durch den Halter 17 hindurch
erstreckt, wird dann in die zylindrische Gewindebohrung 18 im
freien Ende 2 eingeschraubt. Wenn die Gewindeschraube gedreht
wird, kommt die Kontaktfläche
des inneren konischen Abschnitts 21 des Halters 17 mit
der entsprechenden Kontaktfläche
des inneren konischen Abschnitts 22 des freien Endes 2 in
Kontakt. Wenn die entsprechenden Kontaktflächen miteinander in Kontakt
kommen, bewirkt ein fortgesetztes Anziehen der Schraube 16,
dass das freie Ende 2 der Antriebswelle und der zylindrische
Abschnitt 6 der Nabe axial relativ zueinander in eine festgelegte
Betriebsstellung verschoben werden. Auf diese Weise zieht eine auf
das Befestigungselement 15 zur Einwirkung gebrachte Anziehkraft
die Keilabschnitte 10, 11 unter gleichzeitiger
Aufweitung der elastisch deformierbaren Zungen 14 durch
den inneren konischen Abschnitt 21 des Halter 17 zusammen.
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Das
freie Ende 2 der Antriebswelle 1 wird dann korrekt
angeordnet, wenn die sich aufweitenden, elastisch deformierbaren
Zungen 14 mit ihren entsprechenden Flächen an dem inneren Keilabschnitt
des zylindrischen Abschnitts 6 der Nabe 3 in Kontakt
kommen. Die Toleranz zwischen den Keilabschnitten 10, 11 der
zwei Fügeabschnitte 2, 6 liegt dann
zwischen einem losen Sitz oder engen Laufsitz und einem Presssitz,
wodurch das freie Spiel zwischen den Keilen der Nabe 3 und
den Keilen am freien Ende 2 der Antriebswelle 1 verkleinert
wird. Wenn die Schraube 16 angezogen wird, wird das Abstandselement 23 zwischen
dem Flansch 19 des Halters 17 und der Außenfläche des
Scheibenabschnitts 4 der Radnabe 3 zusammengedrückt. Wenn
die Keilabschnitte 10, 11 ihre vorbestimmten Endstellungen erreichen,
absorbiert das zusammengedrückte
Abstandselement 23 eine relative Drehbewegung zwischen
der Radnabe 3 und der Antriebswelle 1 und/oder
dämpft
diese. Das Abstandselement 23 arbeitet auch als Dichtung,
die den Eintritt von Wasser und Schmutz in die Keilverbindung verhindert.
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2 zeigt
eine auseinander gezogene Ansicht der Kupplungsvorrichtung von 1.
Diese Figur zeigt auch einen vergrößerten Schnitt der elastisch
deformierbaren Zungen 14 an dem äußeren Teil des freien Endes 2 der
Antriebswelle. 2 zeigt deutlich alle Bauteile
der gesamten Baugruppe der Kupplungsvorrichtung.
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3 zeigt
ein Fahrzeug 24 mit einer Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Aus Gründen der
Deutlichkeit ist ein Vorderrad 25 des Fahrzeugs 24 mit
strichpunktierten Linie dargestellt, um die Nabe 3, den
Scheibenabschnitt 4 und den Halter 9 freizulegen.
Obwohl die Erfindung in 3 nur an einem Vorderrad dargestellt
ist, kann sie an jeder vorderen oder hinteren Antriebsachse eines
Fahrzeugs verwendet werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
und kann innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche frei verändert werden.