WO2004061320A1 - Elastische drehmoment-übertragungs- und begrenzungs-kupplung - Google Patents

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WO2004061320A1
WO2004061320A1 PCT/DE2003/003233 DE0303233W WO2004061320A1 WO 2004061320 A1 WO2004061320 A1 WO 2004061320A1 DE 0303233 W DE0303233 W DE 0303233W WO 2004061320 A1 WO2004061320 A1 WO 2004061320A1
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shaft end
spring
torque spring
torque
pin
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PCT/DE2003/003233
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Eberhard Lung
Oliver Eckert
Stephan Kohl
Ricardo Chombo Vidales
Christa Bauch
Quoc-Dat Nguyen
Ngoc-Thach Nguyen
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16D3/77—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members shaped as an elastic ring centered on the axis, surrounding a portion of one coupling part and surrounded by a sleeve of the other coupling part the ring being metallic
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    • F16D2001/102—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via polygon shaped connections

Definitions

  • Couplings have the function of connecting shaft ends to one another so that torques can be transmitted. A distinction is made between switchable and non-switchable couplings. Couplings that are not switchable can either be designed as rigid couplings, or as couplings that compensate for component misalignment, or else as elastic couplings.
  • Couplings to which the requirement for high noise damping through adjustable elasticity and the requirement for the compensation of a high axial and radial axial and angular misalignment are made, are often very complex.
  • Such couplings generally include insert parts made of elastomer material, which are surrounded by metallic components. The coupling is given a certain degree of elasticity via the inserts made of elastomer material. This elasticity provided by the selection and design of the elastomer materials can, however, be impaired by an excessive radial offset which the two shaft ends to be connected to one another by the coupling can have. If the two shaft ends to be coupled with one another are too large, the introduction of force from the driving shaft end to the driven shaft end is so unfavorable that the originally set elasticity of an elastically designed coupling is negatively influenced.
  • an elastic coupling can be provided which, on the one hand, has a considerable degree of elasticity and, on the other hand, automatically interrupts the flow of force in the event of an overload.
  • the coupling proposed according to the invention is of simple construction and requires very little installation space.
  • the two shaft ends to be coupled to one another are coupled to one another by means of a torque spring which is embedded in a cavity on one of the shaft ends.
  • the torque spring is preferably a leg spring which can be fitted either in slots which are cut out or milled on one shaft end.
  • the slots receiving the leg spring, which are formed at the shaft end of one of the two shafts to be coupled together, are located in the lateral surface of the corresponding shaft end, the lateral surface delimiting a bore.
  • the bore in one shaft end of the two shafts to be coupled together provides the free space for a spring suspension in the event of an overload.
  • the torque to be transmitted via the torque spring can be adjusted to the maximum transmissible torque by varying its material thickness or the width and height of the legs of the leg spring.
  • the free space between the two spaced apart legs of the torque spring is dimensioned such that the lower shaft end, which is to be coupled with the shaft end receiving the torque spring, enters the free space between the two legs of the torque spring with a pin.
  • the pin can have two surfaces that run longitudinally to one another, and the pin can also be designed as a square or hexagon.
  • the legs of the torque spring which is arranged in the slots of a lateral surface of one of the shaft ends, run essentially parallel to one another with mutually facing inner sides.
  • the inside of the legs of the torque spring form the contact surfaces for the journal of the further shaft end to be coupled with the shaft end receiving the torque spring.
  • the torque spring can also include a contoured opening, for example for receiving a hexagonal pin, so that the largest possible contact surface between the Pin-side contact surfaces and the inside of the legs of the torque spring can be reached.
  • Figure 1 is a perspective view of the proposed according to the invention
  • FIG. 2 shows the torque spring and the geometry of the two shaft ends to be coupled with one another (exploded view)
  • FIG. 3 shows a top view of the shaft ends coupled to one another
  • FIG. 4 shows a shaft end with a journal with two contact surfaces
  • Figure 5 shows a shaft end to be coupled with a pin designed as a square
  • Figure 6 shows a shaft end with a pin which is hexagonal and
  • Figure 7 shows an embodiment of a torque spring with a
  • Opening which is limited by shaped sections of the system.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the coupling proposed according to the invention.
  • the coupling 1 comprises a first shaft end 2 and a second shaft end 4, as well as a torque spring 7 mounted in the first shaft end 2 in this case.
  • the end faces 3 and 5 of the first shaft end 2 and the second shaft end 4 face each other.
  • the contact surface of the end face 3 of the first shaft end 2 and the end face 5 of the second shaft end 4 forms a butt joint 6, along which the first shaft end 2 and the second shaft end 4 lie opposite each other.
  • the torque spring 7 comprises a first spring leg 8 and a second spring leg 9.
  • the spring legs 8 and 9 are connected to one another via a bracket 10 and, according to the perspective illustration in FIG. 1, extend in a width 11 through a cavity 14 in the first shaft end 2 Cavity 14 can e.g. B. be formed as a bore in the first shaft end 2.
  • the width 11 in which the inner sides 18 and 19 of the first spring leg 8 and the second spring leg 9 lie apart is constant over the length of the torque spring 7 between the bracket 10 and its spring leg ends 15 and 16.
  • the spring legs 8 and 9 extend in a leg length 26 through the cavity 14 of the first shaft end 2, which is designed as a bore, for example. This makes it possible for the spring legs 8 or 9 to spring open in the radial direction with respect to the axis of symmetry of the first shaft end 2.
  • the torque spring 7 is received in receiving slots 12 and 13, respectively.
  • the receiving slots are formed in pairs within a lateral surface section 3.1 of the first shaft end 2.
  • the first receiving slots 12 and the second receiving slots 13 are formed in pairs and lie opposite one another within the jacket section 3.1 of the first shaft end 2.
  • the torque spring 7 is installed within the first and second receiving slots 12, 13 by inserting the torque spring 7 into the provided receiving slots 11 and 13, which can either be cut or milled slots in the lateral surface section 3.1.
  • the torque spring 7 is inserted into the provided receiving slots 12 and 13 of the jacket surface section 3.1 and is self-lockingly locked on the jacket surface section 3.1 of the shaft end 2.
  • the leg ends 15 and 16 which form the outlets of the spring legs 8 and 9 are angled with respect to these and run approximately according to the curvature of the lateral surface section 3.1 of the first shaft end 2. Between the spring leg ends 15 and 16 and the outside of the lateral surface section 3.1 there is a radial play 27.
  • the radial play 27 can be used to compensate for overturning or springing up of a shaft end designed as a square pin by 90 °. In addition, the radial clearance 27 enables easier assembly.
  • a pin 17 which is square here.
  • the pin 17 is located on an end face of a second shaft end 4.
  • the end face of the second shaft end 4 lies opposite the ring-shaped end face of the first shaft end 2, ie on the lateral surface section 3.1.
  • Figure 2 shows the torque spring and the geometry of the two shaft ends to be coupled together.
  • a pin 17 for example square-shaped in the illustration according to FIG. 2.
  • the pin 17 has a bevel 43 which facilitates insertion of the pin 17 into the cavity 20 delimited by the spring legs 8 and 9 of the torque spring 7.
  • the axial length 22 of the pin 17 corresponds to the axial length 23 of the torque spring 7 and a length 21 in which the receiving slots 12 and 13 are formed on the lateral surface section 3.1 of the first shaft end 2.
  • the opposing second contact surfaces 25 bear against the inner sides 18 and 19 of the spring legs 8 and 9 of the torque spring 7.
  • the width of the cavity 20 between the inner sides of the spring legs 8 and 9 of the torque spring 7 is identified by reference numeral 11. It can be seen from the illustration according to FIG. 2 that the receiving slots 12 and 13 are arranged in pairs at the first shaft end 2 and are located opposite one another on the lateral surface section 3.1.
  • a springing open of the spring legs 8 or 9 of the torque spring 7 - for example in the case of the transmission of an impermissibly high torque - is possible in that the spring legs 8 or 9 are embedded in a cavity 14 of the first shaft end 2. A deformation, ie deflection of the spring legs 8 or 9 within the cavity 14 is thus ensured. Due to the spring properties of the spring legs 8 and 9 of the torque spring 7, depending on the material used, the choice of the wall thickness and the choice of the axial length 23, the torque spring 7 can be given a certain elasticity.
  • the form-fit torque spring 7 can by Variation or combination of the material thickness and the free length 26 of the spring legs 8 and 9 can be set to the maximum torque to be transmitted.
  • the width 11, in which the spring legs 8 and 9 of the torque spring 7 extend apart, is constant over the length of the torque spring 7.
  • the opposing second contact surfaces 25 of the pin 17 on the second shaft end 4 are thus on the inner sides 18 and 19 of the spring legs 8 and 9 respectively.
  • An axial relative movement of the pin 17, i. H. of the second shaft end 4 relative to the torque spring 7 accommodated in the first shaft end 2 is easily possible due to the geometry of the cavity 20 between the first spring leg 8 and the second spring leg 9, so that an axial offset between the first shaft end 2 and the second shaft end 4 is compensated can be.
  • Figure 3 shows a plan view of the coupled shaft ends.
  • Figure 4 shows a shaft end with a pin with two contact surfaces.
  • the second shaft end 4 comprises a pin 17, on which the bevel 43 is formed on the short, opposite sides as well as on a first longitudinal surface 29 and a second longitudinal surface 30 analogous to the illustration of a square-shaped pin 17 according to FIG.
  • the bevel 43 enables an easier insertion of the pin 17 into the cavity 20 of the torque spring 7, which is limited by the spring legs 8 and 9 respectively.
  • the first longitudinal surface 29 and the second longitudinal surface 30 of the pin 17 designed as a 2-sided system 28 bear against the inner sides 18 and 19 of the torque spring 7 over the entire length.
  • This embodiment variant favors a torsionally stiff design of the coupling 1 proposed according to the invention between the shaft ends 2 and 4.
  • Figure 5 shows a shaft end to be coupled with a pin designed as a square.
  • the pin 17 on the second shaft end 4 comprises mutually opposite first contact surfaces 24, as well as contact surfaces 25 oriented at right angles thereto.
  • the contact surfaces 24 and 25 terminate in a chamfer 43, which merges into the end face of the pin 17 ,
  • the end face 5 of the second shaft end 4 lies opposite the end face 3 of the first shaft end 2, not shown in FIG.
  • FIG. 6 shows an alternative design variant of the shaft end with a pin which has a hexagon nut-shaped contour.
  • the pin 17 of the second shaft end 4 is designed as a six-sided system 32.
  • the embodiment variant of the second shaft end 4 according to FIG. 6 offers the advantage that an overload limit can be set.
  • the number of edges of the pins 17 of the shaft ends is inversely proportional to the overload limit.
  • FIG. 7 shows a variant of the torque spring 7 with a receiving opening, which is limited by contact sections molded into the spring legs of the torque spring 7.
  • the torque spring 7 shown in FIGS. 1, 2 and 3 can comprise a diamond-shaped receiving opening 36 in an embodiment variant.
  • the spring legs 8 and 9, which are formed symmetrically to an axis of symmetry 33 of the torque spring 7, comprise contact sections 39, 40, 41 and 42.
  • the width 11 in which the inner sides 18 and 19 of the spring legs 8 and 9 run, in contrast to the torque spring 7 according to FIGS. 1, 2 and 3, is not constant.
  • the contact sections 39, 40, 41 and 42 formed on the inner sides 18 and 19 of the spring legs 8 and 9 of the torque spring 7 delimit essentially triangular spaces in the respective spring legs 8 or 9.
  • first contact surfaces 24 or the second contact surfaces 25 of a pin 17 in a 4-sided system 31 according to FIG. 5 or the third or fourth contact surfaces 34 and 35 of a 6-sided system - System 32 trained pin 17 of the second shaft end 4 abut.
  • the contact surfaces 24, 25 of the pin 17 according to FIG. 5 and the surfaces of the third contact surface 34 and the fourth contact surface 35 correspond to the surface size of the attachment sections 39, 40 and 41, 42.
  • the first end surface 37 and the second end surface 38 of Torque spring 7 according to FIG. 7 are spaced apart by the axial length 23 of the torque spring 7.
  • the axial length 23 of the torque spring 7 essentially corresponds (cf. FIG.
  • a coupling comprising a few components can be created in a simple manner, which takes up very little installation space and which has a noise-damping effect on the choice of material or the material thickness of the spring legs 8 or 9.
  • the choice of material and the material thickness of the spring legs 8 and 9 of the torque spring 7 - according to the embodiment variants shown in FIGS. 1, 2, 3 and 7 - allows the setting of a certain elasticity.
  • the relative displaceability of the pin 17 within the cavity 20 of the torque spring 7 according to the embodiment variants in FIGS. 1, 2 and 3 allows the compensation of a higher axial and radial axial or angular misalignment of the shaft ends 2 and 4 to one another.
  • the torque spring 7 according to the illustrations in FIGS. 1, 2 and 3 and according to the illustration in FIG. 7 each has an open end opposite the bracket 10. This started an expansion of the torque spring 7 when an impermissibly high torque is applied. This can counteract the transmission of an impermissibly high torque.
  • the coupling 1 proposed according to the invention angular offsets of several degrees and axial offsets of several millimeters can be compensated for. If the components 2, 4 and 7 of the coupling 1 proposed according to the invention are all made of the same material, they are largely insensitive to thermal expansion and cold shrinkage due to the same expansion coefficient.
  • the components of the coupling 1 are preferably made of steel in accordance with the embodiment variants shown above.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Übertragung eines Drehmomentes von einem ersten Wellenende (2) an ein zweites Wellenende (4). Die Wellenenden (2, 4) sind formschlüssig miteinander gekuppelt und weisen mit ihren Stirnseiten (3, 5) einander zu. In einen Hohlraum (14) des ersten Wellenendes (2) ist eine Drehmomentfeder (7) aufgenommen. Die Federschenkel (8, 9) bilden mit ihren Innenseiten (18, 19) einer Aufnahmeöffnung (20, 36) für einen Zapfen (17; 28, 31, 32) der am zweiten Wellenende (4) ausgebildet ist.

Description

Elastische Drehmoment-Übertragungs- und Begrenzungs-Kupplung
Technisches Gebiet
Kupplungen haben die Funktion, Wellenenden miteinander zu verbinden, damit Drehmomente übertragen werden können. Bei Kupplungen wird zwischen schaltbaren und nicht schaltbaren Kupplungen unterschieden. Nicht schaltbare Kupplungen können entweder als starre Kupplungen, oder auch als einen Bauteilversatz ausgleichende Kupplungen oder auch als elastische Kupplungen ausgebildet sein.
Stand der Technik
Kupplungen, an welche die Anforderung einer hohen Geräuschdämpfung durch einstellbare Elastizität sowie die Anforderung der Ausgleichbarkeit eines hohen axialen und radialen Achs- und Winkelversatzes gestellt werden, sind häufig sehr komplex aufgebaut. So umfassen solche Kupplungen in der Regel Einlegteile aus Elastomermaterial, die von metallischen Komponenten umschlossen sind. Über die aus Elastomermaterial beschaffenen Einlegeteile wird der Kupplung ein bestimmtes Maß an Elastizität verliehen. Diese durch die Auswahl und die Gestaltung der Elastomermaterialien gestellte Elastizität kann jedoch durch einen zu starken radialen Versatz, den die beiden durch die Kupplung miteinander zu verbindenden Wellenenden aufweisen können, beeinträchtigt werden. Im Falle eines zu großen Nersatzes der beiden miteinander zu kuppelnden Wellenenden erfolgt die Krafteinleitung vom treibenden Wellenende an das getriebene Wellenende so ungünstig, dass die ursprünglich eingestellte Elastizität einer elastisch ausgelegten Kupplung negativ beeinflusst wird.
Bei Kupplungen, die einfach aufgebaut sind, kann die Anforderung einer wirksamen Geräuschdämpfung durch einstellbare Elastizität nur eingeschränkt erfüllt werden; zudem weisen einfach aufgebaute Kupplungen nur einen sehr begrenzten Nersatzausgleich auf und ermöglichen nur begrenzt eine Geräuschdämpfung. Die mit einfach aufgebauten Kupplungsbauarten erzielbare Ausgleichbarkeit begrenzt sich auf einen axialen Versatz von +/- 0,1 mm bzw. auf einen Winkelversatz von etwa 1°.
Darstellung der Erfindung
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich eine elastische Kupplung bereitstellen, der einerseits ein erhebliches Maß an Elastizität innewohnt und die andererseits bei Überlastfällen den Kraftfluss selbsttätig unterbricht. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kupplung ist einfach aufgebaut und benötigt einen sehr geringen Bauraum. Die beiden miteinander zu kuppelnden Wellenenden werden mittels einer Drehmomentfeder miteinander gekuppelt, die in einen Hohlraum an einem der Wellenenden eingelassen ist. Bei der Drehmomentfeder handelt es sich bevorzugt um eine Schenkelfeder, die entweder in ausgeschnittene oder an einem Wellenende gefräste Schlitze einpassbar ist. Die die Schenkelfeder aufnehmenden Schlitze, die am Wellenende einer der beiden miteinander zu kuppelnden Wellen ausgebildet sind, befinden sich in der Mantelfläche des entsprechenden Wellenendes, wobei die Mantelfläche eine Ausbohrung begrenzt. Die Ausbohrung in einem Wellenende der beiden miteinander zu kuppelnden Wellen stellt den Freiraum für eine Auffederung der Drehmomentfeder im Überlastungsfalle dar.
Das über die Drehmomentfeder zu übertragende Drehmoment kann durch Variation ihrer Materialstärke bzw. der Breite und der Höhe der Schenkel der Schenkelfeder auf das maximal übertragbare Drehmoment eingestellt werden.
Der Freiraum zwischen den beiden voneinander beabstandet ausgebildeten Schenkel der Drehmomentfeder ist so bemessen, dass das untere Wellenende, welches mit dem die Drehmomentfeder aufnehmenden Wellenende zu kuppeln ist, mit einem Zapfen in den Freiraum zwischen die beiden Schenkel der Drehmomentfeder einfahrt. Der Zapfen kann zwei längs zueinander verlaufende Flächen aufweisen, der Zapfen kann daneben auch als Vier- oder als Sechskant ausgebildet sein. Die Schenkel der Drehmomentfeder, die in den Schlitzen einer Mantelfläche eines der Wellenenden angeordnet ist, verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander mit einander zuweisenden Innenseiten. Die Innenseiten der Schenkel der Drehmomentfeder bilden die Anlageflächen für den Zapfen des mit dem die Drehmomentfeder aufnehmenden Wellenenden zu kuppelnden weiteren Wellenende. Neben einer parallelen Führung der Schenkel der Drehmomentfeder kann - beispielsweise zur Aufnahme eines sechskantförmigen Zapfens - die Drehmomentfeder auch eine konturierte Öffnung umfassen, so dass eine möglichst große Anlagefläche zwischen den Zapfenseitigen Anlageflächen und den Innenseiten der Schenkel der Drehmomentfeder erreichbar ist.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 Eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kupplung,
Figur 2 die Drehmomentfeder und die Geometrie der beiden miteinander zu kuppelnden Wellenenden, (Explosionszeichnung)
Figur 3 eine Draufsicht auf die miteinander gekuppelten Wellenenden,
Figur 4 ein Wellenende mit einem Zapfen mit zwei Anlageflächen,
Figur 5 ein zu kuppelndes Wellenende mit einem als Vierkant ausgebildeten Zapfen
Figur 6 ein Wellenende mit einem Zapfen, der Sechskant ausgebildet ist und
Figur 7 eine Ausfuhrungsvariante einer Drehmomentfeder mit einer
Aufnahmeöfrhung, die durch geformte Anlageabschnitte begrenzt ist.
Ausfuhrungsvarianten
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplung zu entnehmen.
Die Kupplung 1 umfasst ein erstes Wellenende 2 sowie ein zweites Wellenende 4 sowie eine in diesem Falle in das erste Wellenende 2 montierte Drehmomentfeder 7. Das erste Wellenende 2 und das zweite Wellenende 4 weisen einander mit ihren Stirnseiten 3 bzw. 5 zu. Die Anlagefläche der Stirnseite 3 des ersten Wellenendes 2 und der Stirnseite 5 des zweiten Wellenendes 4 bildet eine Stoßfuge 6, entlang der das erste Wellenende 2 und das zweite Wellenende 4 einander gegenüberliegen. Die Drehmomentfeder 7 umfasst einen ersten Federschenkel 8 sowie einen zweiten Federschenkel 9. Die Federschenkel 8 und 9 sind miteinander über einen Bügel 10 verbunden und erstrecken sich gemäß der perspektivischen Darstellung in Figur 1 in einer Weite 11 durch einen Hohlraum 14 im ersten Wellenende 2. Der Hohlraum 14 kann z. B. als eine Aufbohrung im ersten Wellenende 2 ausgebildet sein. Die Weite 11, in der Innenseiten 18 bzw. 19 des ersten Federschenkels 8 und des zweiten Federschenkels 9 auseinanderliegen ist konstant über die Länge der Drehmomentfeder 7 zwischen dem Bügel 10 und ihren Federschenkelenden 15 bzw. 16.
Die Federschenkel 8 bzw. 9 erstrecken sich in einer Schenkellänge 26 durch den beispielsweise als Aufbohrung ausgebildeten Hohlraum 14 des ersten Wellenendes 2. Dadurch ist ein Auffedern der Federschenkel 8 bzw. 9 in radiale Richtung in Bezug auf die Symmetrieachse des ersten Wellenendes 2 möglich.
Die Drehmomentfeder 7 ist in Aufnahmeschlitzen 12 bzw. 13 aufgenommen. Die Aufnahmeschlitze sind paarweise innerhalb eines Mantelflächenabschnittes 3.1 des ersten Wellen-endes 2 ausgebildet. Die ersten Aufnahmeschlitze 12 und die zweiten Aufnahmeschlitze 13 sind paarweise ausgebildet und liegen einander innerhalb des Mantelabschnittes 3.1 des ersten Wellenendes 2 gegenüber. Die Montage der Drehmomentfeder 7 innerhalb der ersten bzw. zweiten Aufnahmeschlitze 12, 13 erfolgt durch Einschieben der Drehmomentfeder 7 in die vorgesehenen Aufnahmeschlitze 11 bzw. 13, die entweder als ausgeschnittene oder als gefräste Schlitze im Mantelflächenabschnitt 3.1 ausgebildet sein können. Die Drehmomentfeder 7 wird in die vorgesehenen Aufnahmeschlitze 12 bzw. 13 des Mantelflächenabschmttes 3.1 eingeführt und ist selbstklemmend am Mantelflächenabschnitt 3.1 des Wellenendes 2 arretiert.
Die Schenkelenden 15 bzw. 16 die die Ausläufe der Federschenkel 8 bzw. 9 bilden sind in Bezug auf diese abgewinkelt ausgeführt und verlaufen in etwa entsprechend der Krümmung des Mantelflächenabschnittes 3.1 des ersten Wellenendes 2. Zwischen den Federschenkelenden 15 und 16 und der Außenseite des Mantelflächenabschnittes 3.1 herrscht ein Radialspiel 27. Über das Radialspiel 27 kann ein Ausgleich beim Überdrehen bzw. beim Auffedern eines als Vierkantzapfen ausgebildeten Wellenendes um 90° ausgeglichen werden. Daneben ermöglicht das Radialspiel 27 eine leichtere Montage.
Zwischen den Innenseiten 18 bzw. 19 der Federschenkel 8 und 9 der Drehmomentfeder 7 befindet sich gemäß der Darstellung in Figur 1 ein hier vierkantförmig ausgebildeter Zapfen 17. Der Zapfen 17 befindet sich an einer Stirnseite eines zweiten Wellenendes 4. Die Stirnseite des zweiten Wellenendes 4 liegt der ringförmig ausgebildeten Stirnseite des ersten Wellenendes 2, d. h. am Mantelflächenabschnitt 3.1 gegenüber.
Figur 2 zeigt die Drehmomentfeder und die Geometrie der beiden miteinander zu kuppelnden Wellenenden.
An der Stirnseite 5 des zweiten Wellenendes 4 befindet sich ein in der Darstellung gemäß Figur 2 beispielsweise vierkantförmig ausgebildeter Zapfen 17. Die in die Axiallänge des Zapfens 17, der eine erste Anlagefläche 24 sowie eine rechtwinklig zu dieser verlaufende zweite Anlagefläche 25 aufweist, ist durch Bezugszeichen 22 gekennzeichnet. Der Zapfen 17 verfügt über eine Anschrägung 43, welche ein Einfahren des Zapfens 17 in den von den Federschenkeln 8 bzw. 9 der Drehmomentfeder 7 begrenzten Hohlraum 20 erleichtert. Die Axiallänge 22 des Zapfens 17 entspricht der Axiallänge 23 der Drehmomentfeder 7 sowie einer Länge 21, in der die Aufnahmeschlitze 12 bzw. 13 am Mantelflächenabschnitt 3.1 des ersten Wellenendes 2 ausgebildet sind.
Bei Einführen des s 17 in den Hohlraum 20 der Drehmomentfeder 7 liegen die einander gegenüberliegenden zweiten Anlageflächen 25 an den Innenseiten 18 bzw. 19 der Federschenkel 8 und 9 der Drehmomentfeder 7 an. Die Weite des Hohlraumes 20 zwischen den Innenseiten der Federschenkel 8 und 9 der Drehmomentfeder 7 ist mit Bezugszeichen 11 gekennzeichnet. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 ist entnehmbar, dass am ersten Wellenende 2 die Aufnahmeschlitze 12 bzw. 13 paarweise angeordnet sind und sich am Mantelflächenabschnitt 3.1 gegenüberliegend befinden.
Aufgrund der gewählten Geometrie der Aufnahmeschlitze 12 bzw. 13, der Axiallänge 23 der Drehmomentfeder 7 sowie der Axialerstreckung 22 des Zapfens 17, lässt sich eine extrem kleinbauende Kupplung bereitstellen, bei der die Stirnfläche 5 des zweiten Wellenendes 4 der Stirnfläche 3 des ersten Wellenendes 2 gegenüberliegt.
Ein Auffedern der Feder Schenkel 8 bzw. 9 der Drehmomentfeder 7 - etwa im Fall der Übertragung eines unzulässig hohen Drehmomentes - ist dadurch möglich, dass die Federschenkel 8 bzw. 9 in einem Hohlraum 14 des ersten Wellenendes 2 eingelassen sind. Eine Verformung, d. h. Auslenkung der Federschenkel 8 bzw. 9 innerhalb des Hohlraumes 14 ist somit gewährleistet. Aufgrund der Federeigenschaften der Federschenkel 8 bzw. 9 der Drehmomentfeder 7 kann, je nach verwendetem Material, der Wahl der Wandstärke sowie der Wahl der Axiallänge 23, der Drehmomentfeder 7 eine bestimmte Elastizität verliehen werden. Die formschlussf hig ausgebildete Drehmomentfeder 7 kann durch Nariation bzw. Kombination der Materialstärke sowie der freien Länge 26 der Federschenkel 8 bzw. 9 auf das maximal zu übertragende Drehmoment eingestellt werden.
Gemäß der Darstellung in Figur 2 ist die Weite 11, in der die Federschenkel 8 bzw. 9 der Drehmomentfeder 7 auseinanderliegend verlaufen, über die Länge der Drehmomentfeder 7 gesehen, konstant. Die einander gegenüberliegenden zweiten Anlageflächen 25 des Zapfens 17 am zweiten Wellenende 4 liegen somit an den Innenseiten 18 bzw. 19 der Federschenkel 8 bzw. 9 an. Eine axiale Relativbewegung des Zapfens 17, d. h. des zweiten Wellenendes 4 relativ zur im ersten Wellenende 2 aufgenommenen Drehmomentfeder 7 ist aufgrund der Geometrie des Hohlraumes 20 zwischen dem ersten Federschenkel 8 und dem zweiten Federschenkel 9 ohne weiteres möglich, so dass ein axialer Versatz zwischen dem ersten Wellenende 2 und dem zweiten Wellenende 4 ausgeglichen werden kann.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die miteinander gekuppelten Wellenenden.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass die Stirnseite 3 des ersten Wellenendes 2 der Stirnseite des zweiten Wellenendes 4 gegenüberliegt. Der Kontaktbereich ist durch die Stoßfuge 6 gebildet. An der Außenseite des Mantelflächenabschmttes 3.1 des ersten Wellenendes 2 sind die Federschenkelenden 15 bzw. 16 erkennbar, die zur Außenseite des Mantelflächenabschnittes 3.1 des ersten Wellenendes 2 ein Radialspiel 27 aufweisen.
Figur 4 zeigt ein Wellenende mit einem Zapfen mit zwei Anlageflächen.
Das zweite Wellenende 4 umfasst gemäß dieser Ausführungsvariante einen Zapfen 17, an welchem an den kurzen, einander gegenüberliegenden Seiten sowie an einer ersten Längsfläche 29 und einer zweiten Längsfläche 30 analog zur Darstellung eines vierkantförmig ausgebildeten Zapfens 17 gemäß Figur 2 die Anschrägung 43 ausgebildet ist. Die Anschrägung 43 ermöglicht ein leichteres Einfuhren des Zapfens 17 in den Hohlraum 20 der Drehmomentfeder 7, die von den Federschenkeln 8 bzw. 9 begrenzt ist. Gemäß dieser Ausfuhrungsvariante liegen die erste Längsfläche 29 bzw. die zweite Längsfläche 30 des als 2-Kant- Anlage 28 ausgebildeten Zapfens 17 an den Innenseiten 18 bzw. 19 der Drehmomentfeder 7 über die gesamte Länge an. Diese Ausfuhrungsvariante begünstigt eine möglichst drehsteife Ausbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplung 1 zwischen den Wellenenden 2 bzw. 4.
Figur 5 zeigt ein zu kuppelndes Wellenende mit einem als Vierkant ausgebildeten Zapfen. Der Zapfen 17 am zweiten Wellenende 4 umfasst einander gegenüberliegend erste Anlageflächen 24, sowie rechtwinklig zu diesen orientierte Anlageflächen 25. An der Stirnseite des Zapfens 17 laufen die Anlageflächen 24 bzw. 25 in einer Anschrägung 43 aus, die gerundet in die Stirnseite des Zapfens 17 übergeht. Die Stirnseite 5 des zweiten Wellenendes 4 liegt der in Figur 5 nicht dargestellten, dieser gegenüberliegenden Stirnseite 3 des ersten Wellenendes 2 gegenüber.
Figur 6 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante des Wellenendes mit einem Zapfen, der eine sechskantmutterformige Kontur aufweist.
Der Zapfen 17 des zweiten Wellenendes 4 ist als Sechs-Kantanlage 32 ausgeführt. Die Ausfuhrungsvariante des zweiten Wellenendes 4 gemäß Figur 6 bietet den Vorteil, dass eine Einstellbarkeit einer Überlastungsgrenze ermöglicht wird. Die Kantenanzahl der Zapfen 17 der Wellenenden ist umgekehrt proportional zur Überlastungsgrenze.
Figur 7 zeigt eine AusMirungsvariante der Drehmomentfeder 7 mit einer Aufhahmeöfmung, die durch in die Federschenkel der Drehmomentfeder 7 eingeformte Anlageabschnitte begrenzt ist.
Die in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellte Drehmomentfeder 7 kann in einer Ausführungsvariante eine rautenförmig ausgestaltete Aufnahmeöffhung 36 umfassen. Im Unterschied zur Darstellung der Drehmomentfeder 7 gemäß der Ausführungsvarianten in den Figuren 1, 2 und 3 umfassen die Federschenkel 8 bzw. 9, die symmetrisch zu einer Symmetrieachse 33 der Drehmomentfeder 7 ausgebildet sind, Anlageabschnitte 39, 40, 41 und 42. Die Weite 11, in welcher die Innenseiten 18 bzw. 19 der Federschenkel 8 und 9 verlaufen, ist im Unterschied der Drehmomentfeder 7 gemäß der Figuren 1, 2 und 3 nicht konstant. Die an den Innseiten 18 bzw. 19 der Federschenkel 8 und 9 der Drehmomentfeder 7 ausgebildeten Anlageabschnitte 39, 40, 41 und 42 begrenzen in dem jeweiligen Federschenkel 8 oder 9 im Wesentlichen dreieckformig ausgebildete Räume. An den Anlageabschnitten 39, 40 bzw. 41 und 42 können entweder die ersten Anlageflächen 24 oder die zweiten Anlageflächen 25 eines Zapfens 17 in 4-Kant- Anlage 31 gemäß Figur 5 oder die dritten bzw. vierten Anlageflächen 34 und 35 eines in 6-Kant- Anlage 32 ausgebildeten Zapfens 17 des zweiten Wellenendes 4 anliegen. Flächenmäßig entsprechen die Anlageflächen 24, 25 des Zapfens 17 gemäß Figur 5 sowie die Flächen der dritten Anlagefläche 34 sowie der vierten Anlagefläche 35 der Flächengröße der A-nlageabschnitte 39, 40 bzw. 41, 42. Die erste Stirnfläche 37 und die zweite Stirnfläche 38 der Drehmomentfeder 7 gemäß Figur 7 liegen um die Axiallänge 23 der Drehmomentfeder 7 auseinander. Die Axiallänge 23 der Drehmomentfeder 7 entspricht im Wesentlichen (vergleiche Figur 2) der Axiallänge 22 des Zapfens 17 am zweiten Wellenende 4, sei er in 4-Kant- Anlage 31, sei er in 6-Kant- Anlage 32 ausgebildet. Damit ist eine maximale Überdeckung der Anlageflächen 24, 25 bzw. 34, 35 mit den Anlageabschnitten 39, 40 bzw. 41, 42 der Drehmomentfeder 7 gemäß der Darstellung in Figur 7 gewährleistet.
Analog zur Darstellung der Drehmomentfeder 7 gemäß der Figuren 1, 2 und 3 laufen die Federschenkel 8 bzw. 9 in der in Figur 7 dargestellten Ausfuhrungsvariante in Schenkelbereiche 15 und 16 aus.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich auf einfache Art und Weise eine wenige Komponenten umfassende Kupplung schaffen, die einen sehr geringen Bauraum beansprucht und durch die über die Materialwahl bzw. die Materialdicke der Federschenkel 8 bzw. 9 geräuschdämpfend wirkt. Die Materialwahl sowie die Materialdicke der Federschehkel 8 bzw. 9 der Drehmomentfeder 7 - gemäß der in den Figuren 1, 2, 3 bzw. 7 - dargestellten Ausführungsvarianten, erlaubt die Einstellung einer bestimmten Elastizität. Die relative Verschiebbarkeit des Zapfens 17 innerhalb des Hohlraumes 20 der Drehmomentfeder 7 gemäß der Ausfuhrungsvarianten in den Figuren 1, 2 und 3 erlaubt die Ausgleichbarkeit eines höheren axialen und radialen Achs- bzw. Winkelversatzes der Wellenenden 2 und 4 zueinander.
Die Drehmomentfeder 7 gemäß den Darstellungen in den Figuren 1, 2 und 3 sowie gemäß der Darstellung in Figur 7 weist jeweils ein dem Bügel 10 gegenüberliegendes offenes Ende auf. Dies gestartet eine Aufweitung der Drehmomentfeder 7 bei Anliegen eines unzulässig hohen Drehmomentes. Damit kann der Übertragung eines unzulässig hohen Drehmomentes entgegengewirkt werden. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplung 1 lassen sich Winkel versätze von mehreren Grad sowie Axial versätze von mehreren Millimetern ausgleichen. Werden die Komponenten 2, 4 und 7 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplung 1 allesamt aus gleichem Material gefertigt, sind diese aufgrund des gleichen Ausdehnungskoeffizienten gegen Wärmeausdehnung und Kälteschrumpfung weitestgehend unempfindlich. Bevorzugt werden die Komponenten der Kupplung 1 gemäß der oben dargestellten Ausfuhrungsvarianten aus Stahl gefertigt.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupplung 1 lassen sich, um ein Anwendungsbeispiel zu nennen, Asynchronmotoren für elektrische Fahrzeugservolenkungen ausstatten. Bezugszeichenliste
Kupplung erstes Wellenende Stirnseite erstes Wellenende zweites Wellenende Stirnseite zweites Wellenende Stoßfuge Drehmomentfeder erster Federschenkel zweiter Federschenkel Bügel Weite erste Aufnahmeschlitze zweite Aufnahmeschlitze Aufbohrung erstes Federschenkelende zweites Federschenkelende Zapfen erste Innenseite zweite Innenseite Hohlraum Federelement Aufhahmeschlitz - Länge Axiallänge Zapfen 17 Axiallänge der Drehmomentfeder 7 erste Anlagefläche zweite Anlagefläche freie Länge Federschenkel 8, 9 Radialspiel 2-Kant- Anlage erste Längsfläche zweite Längsfläche 4-Kant-Anlage 6-Kant- Anlage Symmetrieachse Drehmomentfeder dritte Anlagefläche vierte Anlagefläche Aufhahmeöfrhung erste Stirnfläche zweite Stirnfläche erster Anlageabschnitt zweiter Anlageabschnitt dritter Anlageabschnitt vierter Anlageabschnitt
Anschrägung

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Übertragung eines Drehmomentes von einem ersten Wellenende (2) an ein zweites Wellenende (4), wobei die Wellenenden (2, 4) formschlüssig miteinander gekuppelt sind und mit ihren Stirnseiten (3, 5) einander zuweisend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hohlraum (14) des ersten Wellenendes (2) eine Drehmomentfeder (7) aufgenommen ist, deren Federschenkel (8, 9) mit ihren Innenseiten (18, 19) eine Aufnahmeöfrhung (20, 36) für einen Zapfen (17; 28, 31, 32) am zweiten Wellenende (4) bilden.
2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (14) des ersten Wellenendes (2) von einem Mantelflächenabschnitt (3.1) begrenzt ist, in welchen Ausnehmungen (12, 13) zur Aufnahme der Drehmomentfeder (7) ausgebildet sind.
3. Einrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (12, 13) am Mantelflächenabschnitt (3.1) paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind.
4. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Federschenkelenden (15, 16) der Drehmomentfeder (7) in Bezug auf die Federschenkel (8, 9) abgewinkelt sind und das erste Wellenende (2) mit Radialspiel (27) umgreifen.
5. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federschenkel (8, 9) der Drehmomentfeder (7) parallel zueinander verlaufende, eine Aufhahmeweite (11) begrenzende Innenseiten (18, 19) aufweisen.
6. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federschenkel (8, 9) der Drehmomentfeder (7) Anlageabschnitte (39, 40; 41, 42) umfassen, die eine Aufhahmeöffnung (36) innerhalb der Drehmomentfeder (7) begrenzen.
7. Einrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhahmeabschnitte (39, 40; 41, 42) der Federschenkel (8, 9) flächenmäßig Anlageflächen (24, 25; 34, 35) des Zapfens (17) des zweiten Wellenendes (4) entsprechen.
8. Einrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (21) der Ausnehmungen (12, 13) im Mantelflächenabschnitt (3.1) der Breite (23) der Drehmomentfeder (7) entspricht.
9. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im zweiten Wellenende (4) aufgenommenen Federschenkel (8, 9) der Drehmomentfeder (7) innerhalb des Hohlraumes (14) in einer eine Auslenkung ermöglichenden freien Länge (26) verlaufen.
10. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenende (2), das zweite Wellenende (4) und die Drehmomentfeder (7) aus dem gleichen Material gefertigt sind.
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