DE4404534C2 - Kugelkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelkupplung mit zwei koaxial zueinander angeordneten, gegeneinander gegen die Rückstellkraft eines drehelastischen Verbindungselementes begrenzt verdrehbaren Kupplungshälften sowie mit zwei den jeweiligen Kupplungshälften zugeordneten, axial federbelasteten zylindrischen Kupplungsringen, die an den zueinander weisenden Stirnflächen Kugelaufnahmenuten für Kupplungskugeln aufweisen, die den Abstand der Kupplungsringe drehmomentabhängig variieren.

Derartige Kugelkupplungen sind an sich bekannt. Beispielsweise ist im Zusammenhang mit einem Richtungs-Drehschieber-Lenkventil in der DE 39 34 468 A1 eine derartige Kugelkupplung beschrieben. Zwei koaxial zueinander angeordnete zylindrische Kupplungsringe weisen an den zueinander weisenden Stirnflächen Kugelaufnahmenuten auf. Die Kupplungsringe sind in Axialrichtung federbelastet, so daß sie aufeinandergedrückt werden. In den Kugelaufnahmenuten sind Kupplungskugeln eingesetzt. Um die Kupplungsringe relativ zueinander verdrehen zu können, müssen die Kupplungskugeln aus den Kugelaufnahmenuten herausbewegt werden, was gleichzeitig bedeutet, daß die beiden Kupplungsringe axial voneinander wegbewegt werden müssen. Aufgrund der Vorspannung ist eine entsprechende Federkraft zu überwinden, um die Kupplungsringe voneinander wegzubewegen. Diese Federkraft muß sich aus dem auf die Ringe wirkenden Drehmoment ergeben.

In der DE 27 32 241 A1, der DE 29 49 990 A1, der DE 30 04 991 A1 und der DE 30 21 315 A1 sind sogenannte Überlastkupplungen offenbart, bei welchen Kugeln als Drehmoment-Übertragungskörper zwischen zwei Ringen angeordnet sind, welche nach Auftreten eines unzulässig hohen Drehmomentes gegeneinander eine freie Drehbarkeit aufweisen, so daß die Kupplungsfunktion aufgehoben ist.

In der "Zeitschrift Metalworking Production, September 21, 1960, Seiten 78/79" oben ist offenbart, einige Traktorteile aus Sintermetallen herzustellen, beispielsweise verschiedene Hülsen, Abstandshalter, Übertragungs- und Lagerringe.

Derartige vorbekannte Kugelkupplungen werden im Stand der Technik aus zylindrischen Stahlhülsen hergestellt, in welche die Kugelaufnahmenuten durch spanende Verfahren im Bereich der jeweiligen Stirnflächen ausgebildet werden. Da aber gerade diese Stirnflächen besondere Härteeigenschaften aufweisen müssen, müssen besondere Werkzeuge verwendet werden.

Darüber hinaus ist es aufgrund der vergleichsweise geringen Durchmesser der Kupplungsringe schwierig, asymmetrisch liegende Kugelaufnahmenuten auszubilden. Es sind daher Kugelkupplungen bekannt, bei denen in den Stirnflächen der Kupplungsringe jeweils mindestens vier sich gegenüberliegende Kugelaufnahmenuten ausgebildet sind, die sich durch die Verwendung von Fräsen oder Sägen mittelpunktsymmetrisch auf den Stirnflächen ergeben haben.

Die Ausbildung asymmetrisch liegender Kugelaufnahmenuten erfordert besonders aufwendige Fertigungsverfahren, so daß die Kugelkupplungen über die Maßen verteuert werden und nicht mehr im Sinne eines Massenbauteils wirtschaftlich sinnvoll verwendet werden können.

Darüber hinaus können die Kugelaufnahmenuten aufgrund der vergleichsweise geringen Wandstärken der Kupplungsringe nur mit im wesentlichen planen Nutflächen ausgebildet werden, so daß unter Umständen zusätzliche Sicherungen zur Vermeidung radialer Kugelbewegungen erforderlich sind. Auch dadurch werden die Kugelkupplungen hinsichtlich ihres Einsatzbereiches beschränkt und der wirtschaftliche Aufwand zur Herstellung von Kugelkupplungen wird insgesamt erhöht.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kugelkupplung der gattungsgemäßen Art hinsichtlich ihrer Funktionsqualität, ihrer Einsatzmöglichkeiten und des wirtschaftlichen Aufwandes bei der Fertigung zu verbessern und hinsichtlich der Herstellung zu vereinfachen.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird die gattungsgemäße Kugelkupplung dadurch weitergebildet, daß die Kupplungsringe wenigstens im Stirnflächenbereich aus einem im wesentlichen als pulverförmiger Ausgangsstoff formbaren und anschließend zu einem einstückigen Formteil verdichtbaren Material bestehen und die Kugelaufnahmenuten bei dem Formvorgang gebildet werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es nunmehr möglich, die Kugelaufnahmenuten auch in beliebiger Weise asymmetrisch anzuordnen, wodurch die mechanische Stabilität der im Stirnflächenbereich aufeinanderliegenden Kugelkupplungsringe erhöht werden kann. Weiterhin sind anschließende, im wesentlichen spanende Bearbeitungsverfahren überflüssig, so daß die Herstellung vereinfacht und der wirtschaftliche Aufwand zur Herstellung von Kugelkupplungen in der erfindungsgemäßen Art verringert sind.

Mit Vorteil wird angegeben, daß die Kupplungsringe wenigstens im Stirnflächenbereich aus Sintermetall bestehen. Alternativ wird vorgeschlagen, daß die Kupplungsringe wenigstens im Stirnflächenbereich aus Keramik bestehen. Die Erfindung umfaßt Kupplungsringe aus solchen Materialien, die im wesentlichen als pulverförmiger Ausgangsstoff formbar und anschließend zu einem einstückigen Formteil verdichtbar sind. Pulverförmig soll im Sinne der Erfindung als Oberbegriff für den Ausgangszustand des Materials verwendet werden, wobei auch körnige Ausbildungen, Granulate oder beispielsweise auch pastöse Ausbildungen umfaßt sind. Diese Ausgangsmaterialien lassen sich vorverdichtet in Formen einfüllen und anschließend zu einem einstückigen Formteil verdichten, beispielsweise durch Schmelzen, Backen und dergleichen. Sofern die gewünschten Eigenschaften beispielsweise bezüglich der Oberflächenhärte erreichbar sind, können auch andere Materialien, beispielsweise Kunststoffe und dergleichen verwendet werden, soweit sie die obigen Randbedingungen erfüllen.

Gemäß einem Vorschlag der Erfindung werden die Kugelaufnahmenuten V-förmig ausgebildet. In vorteilhafter Weise können die Kugelaufnahmenuten mit einer Kugelführungsoberfläche ausgebildet sein, vorzugsweise einer Kerbe, einer Rinne oder dergleichen. Gemäß einem Vorschlag der Erfindung sind die Nuten nur in einem radialen Bereich der Stirnflächen ausgebildet, der schmaler ist als die Kupplungsringsstärke. Auf diese Weise werden die Kugelaufnahmenuten als Senken gebildet, die die Kugeln hinsichtlich ihrer radialen Bewegung führen können.

In vorteilhafter Weise werden auf den Stirnflächen der Kupplungsringe drei Kugelaufnahmenuten ausgebildet. Dadurch wird eine hohe Standstabilität der auf den Kugeln stehenden Kupplungsringe gewährleistet. In vorteilhafter Weise sind die drei Nuten im gleichen Winkelabstand zueinander auf den Stirnflächen angeordnet.

Mit Vorteil weisen die Kupplungsringe an dem den Kugelaufnahmenuten entgegengesetzten Ende eine Befestigungsvorrichtung zur Anordnung an einer Baugruppe der Übertragungsvorrichtung auf. In vorteilhafter Weise ist der Kupplungsring einstückig mit der Baugruppe der Übertragungsvorrichtung ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Kugelkupplung zeichnet sich durch einfache Herstellbarkeit von Kupplungsringen auch mit komplizierten Kugelaufnahmenutenausbildungen aus. Sie ist somit wirtschaftlich und einfach herstellbar, zumal weitere Bearbeitungsvorgänge zur Anordnung von Kugelaufnahmenuten entfallen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der asymmetrischen Kugelaufnahmenutenanordnung und -ausbildung.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Übertragungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Kugelkupplung;

Fig. 2 eine Schnittansicht in Richtung II-II gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Schnittansicht in Richtung III-III gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Kugelkupplung 1 in Funktionsstellung im Bereich einer Übertragungsvorrichtung. Derartige Übertragungsvorrichtungen werden beispielsweise bei Servolenkungen eingesetzt. Schematisch umfaßt die im Ausführungsbeispiel gezeigte Übertragungsvorrichtung eine Außenwelle 2 und eine Innenwelle 3, welche mittels eines Torsionsstabes 4 miteinander verbunden und relativ zueinander verdrehbar sind. An dem der Innenwelle 3 zugewandten Ende der Außenwelle 2 ist ein Kupplungsring 5 ausgebildet. An der Innenwelle 3 ist ein Kupplungsring 6 angeordnet. Zu diesem Zwecke ist ein Federelement 7 im Bereich der Befestigung 8 an der Innenwelle 3 angeordnet. Das andere Ende des Federelementes 7, im Ausführungsbeispiel ein Metallfaltenbalg, ist an dem Kupplungsring 6 befestigt. Zwischen den beiden Kupplungsringen 5 und 6 sind Kugeln 9 angeordnet. Die Positionierung ergibt sich aus den Fig. 2 und 3.

Aufgrund der in axialer Richtung wirkenden Federkraft des Federelementes 7 werden die Kupplungsringe 5 und 6 axial zueinander vorgespannt, so daß zumindest die Federkraft überwunden werden muß, um die Kupplungsringe 5 und 6 voneinander weg zu bewegen. Dabei stehen die Kupplungsringe auf den Kugeln 9 auf. Die Kugeln 9 sind, wie sich insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, in Kugelaufnahmenuten 10, 11 eingesetzt. In der Stirnfläche der Außenwelle 2 sind im wesentlichen V-förmige Kugelaufnahmenuten 10 ausgebildet, die in einen jeweils gleichen Winkelabstand 12 zueinander angeordnet sind. Die am Kupplungsring 6 ausgebildeten Kugelaufnahmenuten 11 sind nur in einem radialen Bereich der Stirnfläche ausgebildet, so daß sie im wesentlichen Senken bilden. Die Kugeln sind somit in ihrer radialen Bewegung eingeschränkt.

Die Kupplungsringe können als Zusatzbauteile oder auch in integraler Bauweise mit den Baugruppen der Übertragungsvorrichtung ausgebildet werden. Werden die Außenwelle 2 und die Innenwelle 3 relativ zueinander verdreht, so wird durch die in den Kugelaufnahmenuten angeordneten Kugeln das Drehmoment in eine gegen die Kraft des Federelementes 7 wirkende Axialkraft umgeformt. Dadurch kann die relative Verdrehbarkeit der Baugruppen der Übertragungsvorrichtung kraftabhängig definiert eingestellt werden. Übersteigt das Drehmoment die Federkraft des Federelementes 7, wird der Kupplungsring 6 axial vom Kupplungsring 5 wegbewegt, wobei sich die Kugeln im wesentlichen aus den Kugelaufnahmenuten herausbewegen. Läßt das Drehmoment nach, werden die Kupplungsringe im wesentlichen in ihre Neutralposition zurückgestellt.

Aufgrund der Ausbildung von drei Kugelaufnahmenuten, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von jeweils 120° zueinander angeordnet sind, wird eine hohe Stabilität der Kupplungsringanordnung bewirkt, so daß es praktisch nicht zu Kippmomenten kommt. Durch die beispielsweise aus Sintermetall bestehenden Kupplungsringe lassen sich ohne Nachbearbeitung und ohne großen wirtschaftlichen Aufwand beliebige Kugelaufnahmenutformen bilden.

Bezugszeichenliste

1 Kugelkupplung
2 Außenwelle
3 Innenwelle
4 Torsionsstab
5 Kupplungsring
6 Kupplungsring
7 Federelement
8 Befestigung
9 Kugel
10 Kugelaufnahmenut
11 Kugelaufnahmenut
12 Winkel

Claims (13)

1. Kugelkupplung mit zwei koaxial zueinander angeordneten, gegeneinander gegen die Rückstellkraft eines drehelastischen Verbindungselementes begrenzt verdrehbaren Kupplungshälften sowie mit zwei den jeweiligen Kupplungshälften zugeordneten, axial federbelasteten zylindrischen Kupplungsringen (5, 6), die an den zueinander weisenden Stirnflächen Kugelaufnahmenuten (10, 11) für Kupplungskugeln (9) aufweisen, die den Abstand der Kupplungsringe drehmomentabhängig variieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe (5, 6) wenigstens im Stirnflächenbereich aus einem im wesentlichen als pulverförmiger Ausgangsstoff formbaren und anschließend zu einem einstückigen Formteil verdichtbaren Material bestehen und die Kugelaufnahmenuten (10, 11) bei dem Formvorgang gebildet werden.

2. Kugelkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbelastung durch ein an einem der Kupplungsringe angeordnetes torsionssteifes elastisches Element erfolgt, welches seinerseits an einer den Kupplungsring durchragenden Welle befestigt ist.

3. Kugelkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das torsionssteife, elastische Element ein Metallfaltenbalg ist.

4. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe (5, 6) wenigstens im Stirnflächenbereich aus Sintermetall bestehen.

5. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe (5, 6) wenigstens im Stirnflächenbereich aus Keramik bestehen.

6. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelaufnahmenuten (10, 11) V-förmig ausgebildet sind.

7. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelaufnahmenuten (10, 11) Kugelführungsoberflächen aufweisen.

8. Kugelkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelführungsoberfläche durch eine Kugelführungskerbe gebildet ist.

9. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelaufnahmenuten (10, 11) wenigstens teilweise eine Breite aufweisen, die kleiner als die Wandstärke der Kupplungsringe (5, 6) ist.

10. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Kupplungsringe (5, 6) drei Kugelaufnahmenuten (10, 11) ausgebildet sind.

11. Kugelkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils drei Kugelaufnahmenuten in gleichem Winkel zueinander angeordnet sind.

12. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe (5, 6) an dem den Kugelaufnahmenuten (10, 11) entgegengesetzten Ende eine Befestigungsvorrichtung aufweisen.

13. Kugelkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Kupplungsringe (5, 6) an einem Funktionsbauteil einer Übertragungsvorrichtung angeformt ist.