WO2007017016A1 - Wellenkupplung zur drehmomentübertragung - Google Patents

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WO2007017016A1
WO2007017016A1 PCT/EP2006/006418 EP2006006418W WO2007017016A1 WO 2007017016 A1 WO2007017016 A1 WO 2007017016A1 EP 2006006418 W EP2006006418 W EP 2006006418W WO 2007017016 A1 WO2007017016 A1 WO 2007017016A1
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WO
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shaft coupling
rolling elements
coupling according
balls
shaft
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PCT/EP2006/006418
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Harald Hochmuth
Alexander Zernickel
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IHO Holding GmbH and Co KG
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Schaeffler KG
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
    • F16D3/06—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted to allow axial displacement
    • F16D3/065—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted to allow axial displacement by means of rolling elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04—Ball or roller bearings

Definitions

  • the invention relates to a shaft coupling for torque transmission, which comprises a substantially tubular outer shaft part and an axially displaceable inner shaft part in this.
  • a shaft coupling according to the preamble of claim 1 is known for example from DE 31 24 927 A1.
  • This consisting of an inner part and a surrounding outer sleeve shaft coupling has a plurality of axially extending grooves in which balls roll.
  • To eliminate play in the bore of the outer sleeve one of the number of circumferentially distributed rows of balls corresponding number of plates are arranged, each ball is supported on two adjacent, an obtuse angle enclosing plates and the plates are spring-loaded on the inner wall of the outer sleeve. Thus, all plates press with bias against the balls. The plates inevitably take up radial space in the shaft coupling.
  • the invention has for its object to provide a shaft coupling for torque transmission, which has a particularly compact structure at least almost play-free storage tion of an axially displaceable inner shaft part in an outer shaft part.
  • a shaft coupling for torque transmission with the features of claim 1.
  • This shaft coupling has between an inner and an outer shaft part of the linear bearing serving rolling elements, so that the shaft parts are axially against each other displaced.
  • the inner shaft part and the outer shaft part have a plurality of, in particular three, peripheral regions forming the entire circumference, in each of which at least one rolling element is arranged.
  • the individual peripheral regions can be given for example by an approximately triangular cross-sectional shape of the shaft parts; however, a substantially circular formation of the shaft parts is also possible.
  • each circumferential region extends over 120 ° of the total circumference.
  • At least one of the peripheral regions preferably precisely one circumferential region, has opposite directions, ie one-way clutches acting in opposite directions of rotation.
  • clamping elements of these freewheel clutches balls are provided, which are at the same time rolling elements of the linear bearing between the shaft parts.
  • the at least one circumferential region of the shaft coupling, in which the one-way clutches are arranged thus has at least two rolling elements, wherein each of these rolling elements, namely balls, both acts as a clamping element of an overrunning clutch and as a rolling element of a linear bearing.
  • the freewheel clutches lock each other, so that no rotation of the inner shaft part relative to the outer shaft part is possible.
  • Peripheral regions in which no one-way clutches are arranged have exclusively rolling elements serving for the linear bearing. Although these rolling elements may have an anti-rotation function, but have no free-running function. A freewheeling function of a rolling element is only given if it allows a relative rotation of the shaft parts in one direction of rotation and locks in the other direction by clamping.
  • each ball acting as a clamping element can be spring-loaded separately.
  • a ball row extending in the axial direction of the shafts, guided by a cage it is possible for a ball row extending in the axial direction of the shafts, guided by a cage, to be acted upon in total by the force of a spring.
  • the counteracting freewheel device is loaded by spring force such that a radial force component presses the inner shaft part away from the circumferential region in which the freewheel device is arranged, and thus in other peripheral regions, in particular in the remaining two out of three peripheral regions Pressing shaft part.
  • the inner shaft part is thus free of play and at the same time mounted axially displaceable in the outer shaft part.
  • the overrunning clutches preferably have a clamping angle which is close to the self-locking limit in order to prevent sluggishness in the axial adjustment of the shaft coupling, in particular a setting or a jerky tearing of the ball freewheel device.
  • a plurality of rolling elements are arranged axially one behind the other in a preferred embodiment. In this way, both the transmittable torque between the shaft parts is increased, as well as the inclusion of tilting loads possible.
  • the third peripheral area i. In that peripheral region in which the circumferentially effective, self-locking freewheel device is arranged, there is preferably at least one additional rolling element, which, like the rolling elements in the first and second circumferential region, serves for the linear bearing, but without at the same time having a freewheeling function.
  • This at least one additional rolling element in the third circumferential region is preferably located axially between rolling elements, which are parts of freewheel clutches.
  • the rolling elements of the shaft coupling are balls.
  • the balls in the first and second peripheral region are guided in an advantageous embodiment in longitudinal grooves of the inner shaft part and of the tubular outer shaft part, so that they assume an additional anti-rotation function.
  • the elastic properties of the freewheel device and the remaining ball bearing are matched to one another such that torsional loads between the shaft parts are distributed in a defined manner to the different rolling elements.
  • rolling elements in the first and second peripheral regions i. in those peripheral areas in which there are no one-way clutches, preferably cylindrical rollers or needles provided.
  • the length of a cylindrical roller or needle is preferably at least one half of the minimum radius of the inner shaft part.
  • a cage arranged between the shaft parts can be provided.
  • FIG. 1 shows in cross section a first embodiment of a shaft coupling for transmitting torque
  • Figure 2 shows a second embodiment of a shaft coupling
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a shaft coupling. Detailed description of the drawing
  • an embodiment of a shaft coupling 1 for torque transmission is shown in each case, which can be used for example in a steering column of a motor vehicle.
  • an inner shaft part 3 is axially displaceably mounted in an outer shaft part 2. While in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 a triangular wave is provided as the inner shaft part 3, in the exemplary embodiment according to FIG. 3 the inner shaft part 3 has a substantially circular cross section.
  • three circumferential regions U1, U2, U3, which together form the total circumference of the shaft coupling 1, can be distinguished. Each circumferential region U1, U2, U3 extends over 120 °, wherein in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2, a respective triangle side of the inner shaft part 3 lies in a peripheral region U1, U2, U3.
  • the first two peripheral regions U1, U2 arranged in the representations below are arranged symmetrically with respect to a vertical plane V, which centrally intersects the third peripheral region U3.
  • Cylindrical rollers 4 (FIGS. 1, 2) and balls 5 (FIG. 3) are provided as rolling elements serving as the linear bearing of the inner shaft part 3 in the outer shaft part 2.
  • rolling bodies 4, 5 are arranged one behind the other in the axial direction of the shaft coupling 1. While the cylindrical rollers 4 - usually referred to as needles in the case of diameters of up to 6 mm - roll on smooth circumferential sections of the shaft parts 2, 3, the balls (FIG.
  • the ball 11 prevents a rotation of the inner shaft member 3 in a clockwise direction with a fixed outer shaft part 2, the ball 12 blocks the one-way clutch 10 in the opposite direction of rotation.
  • the inner shaft part 3 thus held against rotation in the outer shaft part 2.
  • the designated ⁇ clamping angle is dimensioned such that the one-way clutches 9, 10 are operated approximately at the self-locking limit.
  • the inner shaft part 3 is displaced axially relative to the outer shaft part 2, not only the rolling elements 4, 5 in the peripheral regions U1, U2, but also the balls 11, 12 roll in the third circumferential region U3 between the shaft parts 2, 3.
  • the balls 11, 12 thus have in addition to their freewheeling function and a linear bearing function.
  • the only one indicated in FIG Rolling element 14 to a ball, but at this point is also a cylindrical roller or Needle usable. Similar to the balls 5 arranged in the first two circumferential regions U1, U2 (FIG.
  • the ball 14 arranged in the third peripheral region U3 is also guided in longitudinal grooves 6, 7 of the inner shaft part 3 and of the outer shaft part 2.
  • the ball 14 additionally counteracts a rotation of the inner shaft part 3 relative to the outer shaft part 2.
  • pair of oppositely-acting one-way clutches 9, 10 close in the axial direction one behind the other two additional rolling elements 14 at.
  • balls 11, 12 roll on cylinder jacket-shaped surface portions of the outer shaft part 2, while the inner shaft member 3 is formed in the contacted by the balls 11, 12 areas ramped to produce the desired freewheeling function. Notwithstanding this, it is also possible, in the region of the one-way clutches 9, 10 to make the inner shaft part 3 cylindrical, while the outer shaft part 2 has a ramp contour.
  • the designated diameter of the additional rolling elements 14 exceeds the diameter Dn of the balls 11, 12 clearly, in the embodiments of Figures 2 and 3 by more than 50%.
  • the length of the cylindrical rollers or needles 4 is denoted by L 4 , the minimum radius of the inner shaft part 3 by R m in.
  • the length L 4 is at least 50%, in the embodiments of Figure 1 and 2 about 80% of the minimum radius R m j n of the inner shaft part 3.
  • the cylindrical rollers or needles 4 are as well as the balls 5, 11, 12, 14th directly on both shaft parts 2, 3 at.
  • the prestressed mounting of the inner shaft part 3 in the outer shaft part 2 serving spring element 13 does not claim any additional radial space, but uses the existing space between the shaft parts 2, 3 from. This is made possible by the fact that the spring element 13 exerts a force on the balls 11, 12 in the gap space 15 between the shaft parts 2 and 3, mainly in the tangential direction.

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Abstract

Eine Wellenkupplung (1) zur Drehmomentübertragung weist axial ineinander verschiebliche Wellenteile (2, 3) sowie zwischen diesen angeordnete Wälzkör-per (4, 5, 11, 12, 14) zur Linearlagerung auf. Das innere Wellenteil (3) sowie das äußere Wellenteil (2) sind in mehrere den Gesamtumfang bildende Umfangsbereiche (U1, U2, U3) unterteilt, wobei in mindestens einem Umfangsbereich (U3) gegenläufig wirkende Freilaufkupplungen (9, 10) vorgesehen sind, die Kugeln (11, 12) als Klemmkörper aufweisen, die zugleich der Linearlagerung dienen.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wellenkupplung zur Drehmomentübertragung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur Drehmomentübertragung, die ein im Wesentlichen rohrförmiges äußeres Wellenteil und ein in diesem axial verschieblich gelagertes inneres Wellenteil umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Eine Wellenkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE 31 24 927 A1 bekannt. Diese aus einem Innenteil und einer dieses umgebenden Außenhülse bestehende Wellenkupplung weist mehrere axial verlaufende Rillen auf, in denen Kugeln abrollen. Zur Ausschaltung von Spiel sind in der Bohrung der Außenhülse eine der Anzahl der über den Umfang verteilten Kugelreihen entsprechende Anzahl von Platten angeordnet, wobei sich jede Kugel auf zwei benachbarten, einen stumpfen Winkel einschließenden Platten abstützt und die Platten an der Innenwandung der Außenhülse angefedert sind. Somit drücken sämtliche Platten mit Vorspannung gegen die Kugeln. Die Platten beanspruchen in der Wellenkupplung in unvermeidlicher Weise radialen Bauraum. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung zur Drehmomentübertragung anzugeben, welche bei zumindest nahezu spielfreier Lage- rung eines axial verschieblichen inneren Wellenteils in einem äußeren Wellenteil einen besonders kompakten Aufbau aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wellenkupplung zur Drehmomentübertragung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Wellenkupplung weist zwischen einem inneren und einem äußeren Wellenteil der Linearlagerung dienende Wälzkörper auf, so dass die Wellenteile axial gegenein- ander verschieblich sind. Das innere Wellenteil sowie das äußere Wellenteil weisen definitionsgemäß mehrere, insbesondere drei, den Gesamtumfang bildende Umfangsbereiche auf, in welchen jeweils mindestens ein Wälzkörper angeordnet ist. Wie unten stehend noch näher erläutert, können die einzelnen Umfangsbereiche beispielsweise durch eine näherungsweise dreieckige Quer- schnittsform der Wellenteile gegeben sein; ebenso ist jedoch auch eine im Wesentlichen kreisrunde Ausbildung der Wellenteile möglich. Typischerweise erstreckt sich jeder Umfangsbereich über 120° des Gesamtumfangs.
In jedem Fall weist mindestens einer der Umfangsbereiche, vorzugsweise ge- nau ein Umfangsbereich, gegenläufig, d.h. in entgegengesetzte Drehrichtungen wirkende Freilaufkupplungen auf. Als Klemmelemente dieser Freilaufkupplungen sind Kugeln vorgesehen, die zugleich Wälzkörper der Linearlagerung zwischen den Wellenteilen sind. Der mindestens eine Umfangsbereich der Wellenkupplung, in dem die Freilaufkupplungen angeordnet sind, weist somit mindes- tens zwei Wälzkörper auf, wobei jeder dieser Wälzkörper, nämlich Kugeln, sowohl als Klemmelement einer Freilaufkupplung als auch als Wälzkörper einer Linearlagerung fungiert. Die Freilaufkupplungen sperren sich gegenseitig, so dass keine Verdrehung des inneren Wellenteils relativ zum äußeren Wellenteil möglich ist. Umfangsbereiche, in denen keine Freilaufkupplungen angeordnet sind, vorzugsweise zwei von drei Umfangsbereichen, weisen ausschließlich der Linearlagerung dienende Wälzkörper auf. Diese Wälzkörper können zwar eine Verdrehsicherungsfunktion aufweisen, haben jedoch keine Freilauffunktion. Eine Freilauffunktion eines Wälzkörpers ist nur dann gegeben, wenn dieser eine relative Verdrehung der Wellenteile in der einen Drehrichtung zulässt und in der anderen Drehrichtung durch Klemmung sperrt.
Um die Kugeln der Freilaufkupplungen permanent in Klemmbereitschaft zu halten, kann beispielsweise eine Feder zwischen zwei in entgegengesetzten Drehrichtungen klemmende Kugeln gespannt sein. Ebenso kann jedoch auch jede als Klemmelement wirkende Kugel separat angefedert sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine in Axialrichtung der Wellen verlaufende, mittels eines Kä- figs geführte Kugelreihe insgesamt durch die Kraft einer Feder zu beaufschlagen. In allen Fällen wird die gegenläufig wirkende Freilaufvorrichtung derart durch Federkraft belastet, dass eine Radialkraftkomponente das innere Wellenteil von demjenigen Umfangsbereich, in welchem die Freilaufvorrichtung angeordnet ist, weg drückt und damit in anderen Umfangsbereichen, insbesondere in den verbleibenden zwei von drei Umfangsbereichen, an das äußere Wellenteil anpresst. Das innere Wellenteil ist damit spielfrei und gleichzeitig axial verschieblich im äußeren Wellenteil gelagert. Die Freilaufkupplungen weisen vorzugsweise einen Klemmwinkel auf, der nahe an der Selbsthemmungsgrenze ist, um eine Schwergängigkeit beim axialen Verstellen der Wellenkupplung, insbesondere ein Festsetzen oder ein ruckartiges Losreißen der Kugelfreilaufvorrichtung, zu verhindern.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich explizit auf Ausführungsformen der Wellenkupplung mit drei Umfangsbereichen, von welchen zwei ausschließlich Wälzkörper aufweisen, die der Linearlagerung dienen, wobei im dritten Umfangsbereich die Freilaufvorrichtung mit entgegengesetzt wirksamen Freiläufen angeordnet ist. In analoger Weise gelten die Ausführungen jedoch auch für Ausführungsformen mit einer hiervon abweichenden Anzahl an Umfangsberei- chen, wobei Freilaufvorrichtungen auch in mehreren Umfangsbereichen angeordnet sein können.
Sowohl in den ersten beiden Umfangsbereichen, in welchen sich die der Linearlagerung dienenden Wälzkörper befinden, als auch im dritten Umfangsbereich, in dem mehrere Kugeln eine kombinierte Linearlagerungs- und Freilauffunktion wahrnehmen, sind in bevorzugter Ausgestaltung mehrere Wälzkörper axial hintereinander angeordnet. Auf diese Weise wird sowohl das übertragbare Dreh- moment zwischen den Wellenteilen erhöht, als auch die Aufnahme von Kippbelastungen ermöglicht. Im dritten Umfangsbereich, d.h. in demjenigen Umfangsbereich, in dem die in Umfangsrichtung wirksame, selbstsperrende Freilaufvorrichtung angeordnet ist, befindet sich vorzugsweise mindestens ein zusätzlicher Wälzkörper, der, wie die Wälzkörper im ersten und zweiten Umfangsbereich, der Linearlagerung dient, ohne jedoch zugleich eine Freilauffunktion aufzuweisen. Dieser mindestens eine zusätzliche Wälzkörper im dritten Umfangsbereich befindet sich vorzugsweise axial zwischen Wälzkörpern, die Teile von Freilaufkupplungen sind. Durch die damit in Axialrichtung gespreizte Anordnung mehrerer Klemmkörper der Freilaufkupplung wird eine besonders hohe Verkippsi- cherheit der gesamten Wellenkupplung erreicht.
Ist das innere Wellenteil als im Wesentlichen kreisrunde Welle ausgebildet, so sind vorzugsweise sämtliche Wälzkörper der Wellenkupplung Kugeln. Die Kugeln im ersten und zweiten Umfangsbereich sind dabei in vorteilhafter Ausges- taltung in Längsrillen des inneren Wellenteils sowie des rohrförmigen äußeren Wellenteils geführt, so dass sie eine zusätzliche Verdrehsicherungsfunktion übernehmen. Entsprechendes gilt ggf. für einen oder mehrere zusätzliche, keine Freilauffunktion aufweisende Wälzkörper im dritten Umfangsbereich. Die elastischen Eigenschaften der Freilaufvorrichtung sowie der übrigen Kugellagerung sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass Torsionsbelastungen zwischen den Wellenteilen in definierter Weise auf die unterschiedlichen Wälzkörper verteilt werden.
In einer Ausführungsform mit im Wesentlichen dreieckigem Querschnitt des inneren Wellenteils sind als Wälzkörper im ersten und zweiten Umfangsbereich, d.h. in denjenigen Umfangsbereichen, in denen sich keine Freilaufkupplungen befinden, vorzugsweise Zylinderrollen oder Nadeln vorgesehen. Diese ermögli- chen zum einen die Aufnahme hoher radialer Belastungen und stellen des Weiteren in Zusammenwirkung mit den durch Federkraft vorgespannten Freilaufkupplungen im dritten Umfangsbereich eine zusätzliche Maßnahme gegen eine Verdrehung des inneren Wellenteils relativ zum äußeren Wellenteil dar. Die Länge einer Zylinderrolle oder Nadel beträgt vorzugsweise mindestens die Hälf- te des minimalen Radius des inneren Wellenteils. Zur Führung der Zylinderrollen oder Nadeln kann ein zwischen den Wellenteilen angeordneter Käfig vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, die Zylinderrollen oder Nadeln in Axialnuten der Wellenteile zu führen.
Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wellenkupplung zur Drehmomentübertragung,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wellenkupplung und
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Wellenkupplung. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren 1 bis 3 ist jeweils eine Ausführungsform einer Wellenkupplung 1 zur Drehmomentübertragung dargestellt, die beispielsweise in einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges einsetzbar ist. In jedem Fall ist in einem äußeren Wellenteil 2 ein inneres Wellenteil 3 axial verschieblich gelagert. Während in den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 als inneres Wellenteil 3 eine Dreikantwelle vorgesehen ist, weist im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 das innere Wellenteil 3 einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf. In allen Aus- führungsbeispielen können drei Umfangsbereiche U1 , U2, U3, die zusammen den Gesamtumfang der Wellenkupplung 1 bilden, unterschieden werden. Jeder Umfangsbereich U1 , U2, U3 erstreckt sich über 120°, wobei in den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 jeweils eine Dreieckseite des inneren Wellenteils 3 in einem Umfangsbereich U1 , U2, U3 liegt.
Die ersten beiden, in den Darstellungen unten angeordneten Umfangsberei- chen U1 , U2 sind symmetrisch zu einer Vertikalebene V, die den dritten Umfangsbereich U3 mittig schneidet, angeordnet. Als der Linearlagerung des inneren Wellenteils 3 im äußeren Wellenteil 2 dienende Wälzkörper sind Zylinderrol- len 4 (Figur 1 , 2) bzw. Kugeln 5 (Figur 3) vorgesehen. In nicht sichtbarer Weise sind in Axialrichtung der Wellenkupplung 1 jeweils mehrere, beispielsweise vier, Wälzkörper 4, 5 hintereinander angeordnet. Während die Zylinderrollen 4 - bei Durchmessern bis 6 mm üblicherweise als Nadeln bezeichnet - auf glatten Um- fangsabschnitten der Wellenteile 2, 3 abrollen, sind die im Fall der runden Welle verwendeten Kugeln (Figur 3) in Längsrillen 6, 7 des inneren Wellenteils 3 bzw. des äußeren Wellenteils 2 geführt. Unabhängig von der Gestalt der Wälzkörper 4, 5 befinden sich diese in einem zwischen den Wellenteilen 2, 3 angeordneten Käfig 8, der aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere mittels spanloser Verformung, gefertigt sein kann und die Wälzkörper 4, 5 verliersicher hält. Im dritten Umfangsbereich U3 sind zwischen den Wellenteilen 2, 3 Freilaufkupplungen 9, 10 gebildet, die in entgegengesetzten Drehrichtungen wirksam sind. Jede der Freilaufkupplungen 9, 10 weist eine Kugel 11 , 12 auf, die als Klemmkörper wirkt. Während in den dargestellten Anordnungen die Kugel 11 bei feststehendem äußeren Wellenteil 2 eine Verdrehung des inneren Wellenteils 3 im Uhrzeigersinn verhindert, blockiert die Kugel 12 der Freilaufkupplung 10 in der entgegengesetzten Drehrichtung. Insgesamt ist mittels der gegenläufig wirkenden Freilaufkupplungen 9, 10 das innere Wellenteil 3 somit verdrehfest im äußeren Wellenteil 2 gehalten. Zwischen die Kugeln 11 , 12 ist ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 13 gespannt, so dass die Kugeln 11 , 12 permanent in Klemmbereitschaft gehalten werden. Der mit α bezeichnete Klemmwinkel ist derart bemessen, dass die Freilaufkupplungen 9, 10 annähernd an der Selbsthemmungsgrenze betrieben werden. Es gilt somit näherungsweise tan α = μ, d.h. der Klemmwinkel α ist so groß, dass die Kugeln 11 , 12 gerade nicht durchrutschen (μ = Reibungskoeffizient). Die durch das Federelement 13 belasteten Kugeln 11 , 12 drücken das innere Wellenteil 3 mit einer erheblichen Keilwirkung in Richtung zu den ersten zwei Umfangsbereichen U1 , U2, in den dargestellten Anordnungen vertikal nach unten. Somit sind nicht nur die Freilaufkupplungen 9, 10, sondern auch die Linearlagerungen in den Um- fangsbereichen U1 , U2 permanent vorgespannt. Insgesamt ist das innere Wellenteil 3 damit spielfrei im äußeren Wellenteil 2 gelagert.
Wird das innere Wellenteil 3 relativ zum äußeren Wellenteil 2 axial verschoben, so rollen nicht nur die Wälzkörper 4, 5 in den Umfangsbereichen U1 , U2, son- dem auch die Kugeln 11 , 12 im dritten Umfangsbereich U3 zwischen den Wellenteilen 2, 3 ab. Die Kugeln 11 , 12 haben somit zusätzlich zu ihrer Freilauffunktion auch eine Linearlagerungsfunktion. In den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 befindet sich im dritten Umfangsbereich U3 zusätzlich zu den die Freilauffunktion realisierenden Kugeln 11 , 12 axial versetzt zu diesen min- destens ein zusätzlicher Wälzkörper 14. In den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich beim in Figur 2 lediglich angedeuteten Wälzkörper 14 um eine Kugel, ebenso ist an dieser Stelle jedoch auch eine Zylinderrolle oder Nadel verwendbar. Ähnlich wie die in den ersten beiden Umfangsbereichen U1 , U2 angeordneten Kugeln 5 (Figur 3) ist auch die im dritten Umfangsbereich U3 angeordnete Kugel 14 in Längsrillen 6, 7 des inneren Wellenteils 3 sowie des äußeren Wellenteils 2 geführt. Somit wirkt die Kugel 14 zusätzlich einer Verdre- hung des inneren Wellenteils 3 relativ zum äußeren Wellenteil 2 entgegen. An das in den Figuren 2 und 3 sichtbare Paar an gegenläufig wirkenden Freilaufkupplungen 9, 10 schließen sich in Axialrichtung hintereinander zwei zusätzliche Wälzkörper 14 an. Im Anschluss an diese befindet sich ein weiteres Paar an Freilaufkupplungen 9, 10 zwischen den Wellenteilen 2, 3, so dass die zu- sätzlichen Wälzkörper 14 in axialer Richtung beidseitig von Freilaufkupplungen 9, 10 benachbart sind.
In allen dargestellten Ausführungsbeispielen rollen die als Klemmkörper fungierenden Kugeln 11 , 12 auf zylindermantelförmigen Oberflächenabschnitten des äußeren Wellenteils 2 ab, während das innere Wellenteil 3 in den von den Kugeln 11 , 12 kontaktierten Bereichen rampenförmig gestaltet ist, um die gewünschte Freilauffunktion herzustellen. Abweichend hiervon ist es auch möglich, im Bereich der Freilaufkupplungen 9, 10 das innere Wellenteil 3 zylindrisch zu gestalten, während das äußere Wellenteil 2 eine Rampenkontur aufweist.
Der mit Du bezeichnete Durchmesser der zusätzlichen Wälzkörper 14 übersteigt den Durchmesser Dn der Kugeln 11 , 12 deutlich, in den Ausführungsbeispielen nach Figur 2 und 3 um mehr als 50%. Die Länge der Zylinderrollen oder Nadeln 4 ist mit L4, der minimale Radius des inneren Wellenteils 3 mit Rmin be- zeichnet. Die Länge L4 beträgt mindestens 50%, in den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 und 2 etwa 80%, des minimalen Radius Rmjn des inneren Wellenteils 3. Die Zylinderrollen oder Nadeln 4 liegen ebenso wie die Kugeln 5, 11 , 12, 14 unmittelbar an beiden Wellenteilen 2, 3 an. Das der vorgespannten Lagerung des inneren Wellenteils 3 im äußeren Wellenteil 2 dienende Federelement 13 beansprucht keinerlei zusätzlichen radialen Bauraum, sondern nutzt den vorhandenen Raum zwischen den Wellenteilen 2, 3 aus. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das Federelement 13 im Spaltraum 15 zwischen den Wellenteilen 2 und 3 hauptsächlich in tangentiale Richtung eine Kraft auf die Kugeln 11 , 12 ausübt.
Bezugszeichenliste
1 Wellenkupplung
2 äußeres Wellenteil
3 inneres Wellenteil
4 Zylinderrolle
5 Kugel
6 Längsrille
7 Längsrille
8 Käfig
9 Freilaufkupplung
10 Freilaufkupplung
11 Kugel
12 Kugel
13 Federelement
14 Wälzkörper
15 Spaltraum
α Klemmwinkel μ Reibungskoeffizient
Dn Durchmesser
Di4 Durchmesser
U Länge
Rmin minimaler Radius
U1.U2 ,U3 Umfangsbereich
V Vertikalebene

Claims

Patentansprüche
1. Wellenkupplung (1) zur Drehmomentübertragung, mit axial ineinander verschieblichen Wellenteilen (2, 3), wobei zwischen den Wellenteilen (2, 3) in mehreren Umfangsbereichen (U1 , U2, U3) Wälzkörper (4, 5, 11 ,
12, 14) zur Linearlagerung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Umfangsbereich (U3) gegenläufig wirkende Freilaufkupplungen (9, 10) vorgesehen sind, die Kugeln (11 , 12) als Klemmkörper aufweisen, die zugleich der Linearlagerung dienen.
2. Wellenkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass deren Gesamtumfang aus drei Umfangsbereichen (U1, U2, U3) gebildet ist, wobei in zwei Umfangsbereichen (U1 , U2) ausschließlich der Linearlagerung dienende Wälzkörper (4, 5) angeordnet sind, während der dritte Umfangsbereich (U3) Kugeln (11 , 12) mit einer Linearlagerungs- sowie einer in Umfangsrichtung wirksamen Freilauffunktion aufweist.
3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfangsbereich (U1, U2, U3) mehrere in Axialrichtung hinter- einander angeordnete Wälzkörper (4, 5, 11 , 12, 14) aufweist.
4. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gegenläufig wirkende Freilaufkupplungen (9, 10) aufweisenden Umfangsbereich (U3) mindestens ein zusätzlicher Wälzkörper (14) angeordnet ist, der kein Teil einer Freilaufkupplung (9, 10) ist.
5. Wellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wälzkörper (14) axial zwischen Wälzkörpern (11, 12) angeordnet ist, die Teile von Freilaufkupplungen (9, 10) sind.
6. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wellenteil (3) als im Wesentlichen runde Welle ausgebildet ist.
7. Wellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als ausschließlich der Linearlagerung dienende Wälzkörper (5) Kugeln vorgesehen sind.
8. Wellenkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenteile (2, 3) Längsrillen (6, 7) zur Führung der ausschließlich der
Linearlagerung dienenden Kugeln (5) aufweisen.
9. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als inneres Wellenteil (3) eine Dreikantwelle vorgesehen ist.
10. Wellenkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als ausschließlich der Linearlagerung dienende Wälzkörper (4) Zylinderrollen oder Nadeln vorgesehen sind.
11. Wellenkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L4) einer Zylinderrolle oder Nadel (4) mindestens die Hälfte des minimalen Radius (FUn) des inneren Wellenteils (3) beträgt.
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