DE1252976B

DE1252976B - Coil spring clutch

Info

Publication number: DE1252976B
Application number: DEE28008A
Authority: DE
Inventors: Sidney Oldberg; Robert Edwin Stuemky
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1963-10-23
Filing date: 1964-10-23
Publication date: 1967-10-26

Description

Schraubenfederkupplung Die Erfindung betrifft eine Schraubenfederkupplung mit mehreren aufeinanderliegenden Lagen von Schraubenfedereinheiten in zueinander entgegengesetzter Steigung, wobei jede Federeinheit aus mehreren parallel zueinander gewickelten Federn besteht.Helical spring clutch The invention relates to a helical spring clutch with several layers of helical spring units lying on top of one another opposite pitch, each spring unit of several parallel to each other coiled springs.

Bei einer derartigen bekannten Schraubenfederkupplung liegen die Federn der einzelnen konzentrisch angeordneten Federeinheiten lose aufeinander. Hierdurch ergeben sich beim Betrieb verschiedene Nachteile. Durch die unterschiedlichen Belastungszustände kommen die Federn der Federeinheiten wechselweise in Berührung und lösen sich wieder voneinander. Dieses ständige Trennen und Inanlagekommen äußert sich nicht nur in einer unangenehmen Geräuschbildung, sondern es führt zu einem erhöhten Verschleiß und zu Ermüdungserscheinungen. Schraubenfederkupplungen dieser bekannten Bauart haben infolgedessen eine geringe Lebensdauer. Eine weitere Ursache für die Materialermüdung ist auch in der Tatsache zu suchen, daß bei Belastung ein »Kriechen« der einzelnen Schraubenfedergänge eintritt.In such a known coil spring clutch, the springs of the individual concentrically arranged spring units lie loosely on top of one another. This results in various disadvantages during operation. Due to the different load conditions , the springs of the spring units alternately come into contact and separate from each other again. This constant separation and coming into contact is not only expressed in an unpleasant noise, but it also leads to increased wear and tear and symptoms of fatigue. As a result, coil spring clutches of this known type have a short service life. Another cause of material fatigue is to be found in the fact that the individual helical spring movements "creep" under load.

Die Schraubenfedergänge bewegen sich je nach Belastung auf das eine oder andere Ende der Kupplung zu, so daß die Schraubenfedem an beiden Enden verschieden große Steigungswinkel aufweisen. Die ständige Änderung des Steigungswinkels führt ebenfalls zu Materialermüdungen.The helical spring turns move towards one or the other end of the coupling depending on the load, so that the helical springs have different helical angles at both ends. The constant change in the pitch angle also leads to material fatigue.

Weiterhin ist eine Schraubenfederkupplung bekannt, bei weicher zwei konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern mit einer konischen Außen- bzw. konischen Innenfläche ineinandergreifen. Die eine Schraubenfeder mit konischer Innenfläche ist dabei an dem treibenden, die andere mit konischer Außenfläche an dem getriebenen Teil angeordnet. Durch axiale Verschiebung eines der beiden Teile kann man die Kupplung lösen oder in Eingriff bringen. Die konischen Flächen an den Schraubenfedern sind vorgesehen, um diese axiale Verschiebung zu erleichtern und gleichzeitig auch die gegenseitige radiale Anlage sicherzustellen.Furthermore, a coil spring clutch is known, with softer two helical springs arranged concentrically to one another with a conical outer or interlocking conical inner surface. One coil spring with a conical inner surface is on the driving one, the other with a conical outer surface on the driven one Part arranged. The coupling can be opened by moving one of the two parts axially loosen or engage. The conical surfaces on the coil springs are provided to facilitate this axial displacement and at the same time also the to ensure mutual radial contact.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenfederkupplung der eingangs erwähnten Bauart zu schaffen, bei der Ermüdungserscheinungen und das »Kriechen« der das Drehmoment übertragenden Schraubenfedern weitgehend vermieden werden und die Geräuschbildung wesentlich verringert wird.The present invention is now based on the object of a To create coil spring clutch of the type mentioned at the beginning, in the case of symptoms of fatigue and the "creeping" of the coil springs transmitting the torque is largely avoided and the noise is significantly reduced.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schraubenfedereinheiten so übereinander angeordnet sind, daß sie eine durch Drehung hervorgebrac'hte radiale Vorspannung aufweisen. Durch die radiale Vorspannung stehen die Federn der einzelnen Federeinheiten ständig in radialer Druckanlage unabhängig von den gerade herrschenden Belastungsverhältnissen. Das Trennen und Inanlagekommen, welches bei bekannten Schraubenfederkupplungen eintritt, wird bei der erfindungsgemäßen Kupplung vermieden, wodurch gleichzeitig die Ennündungserscheinungen vermieden werden und auch eine Geräuschbildung wesentlich verringert wird. Durch die radiale Vorspannung wird auch das Kriechen der Federn weitgehend vermieden, denn durch die radiale Vorspannung entsteht zwischen den einzelnen Federeinheiten eine so große Reibung, daß sich die Federn gegeneinander nicht axial wesentlich verschieben können.This is achieved according to the invention in that the coil spring units are arranged one above the other that they have a radial Have bias. Due to the radial preload, the springs of the individual are in place Spring units constantly in radial pressure system regardless of the currently prevailing Load conditions. The disconnection and installation, which is the case with known coil spring clutches occurs, is avoided in the clutch according to the invention, whereby at the same time the ignition phenomena are avoided and the formation of noise is also essential is decreased. The radial preload also prevents the springs from creeping largely avoided, because the radial bias arises between the individual Spring units have so much friction that the springs are not axially against each other can move significantly.

Das Kriechen der Federn kann noch wirksamer dadurch vermieden werden, daß die Federeinheiten eine an sich bekannte Kegelstumpfform haben, welche in einer Richtung zum getriebenen Teil konvergiert.The creeping of the springs can be avoided even more effectively by that the spring units have a known truncated cone shape, which in a Converges towards the driven part.

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel in Schrägprojektion, F i g. 2, 3 und 4 die einzelnen Federeinheiten, teilweise geschnitten, F i g. 5 einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, F i g. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der F i g. 5, F i g. 7 einen Längsschnitt bei zueinander geneigten Drehachsen vom treibenden und getriebenen Teil, F i g. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel.The invention is explained in more detail with reference to the embodiments shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a section through a first exemplary embodiment in oblique projection, FIG . 2, 3 and 4 the individual spring units, partially in section, FIG . 5 shows a longitudinal section through the first exemplary embodiment, FIG. 6 shows a cross section along the line VI-VI in FIG. 5, Fig. 7 shows a longitudinal section with the axes of rotation of the driving and driven parts inclined to one another, FIG . 8 shows a second embodiment.

In der Zeichnung ist mit 5 die gesamte Schraubenfederkupplung bezeichnet, während 7 das treibende und 8 das getriebene Teil beispielsweise einer Kardanwelle eines Kraftfahrzeuges darstellt, wobei zwischen diesen beiden Teilen die erfindungsgemäße Schraubenfederkupplung angeordnet ist. Das treibende Teil besteht im wesentlichen aus einem Endstück 14 mit einer Ringnut 14 a zur Aufnahme jeweils des einen Endes der Schraubenfedereinheiten 20, 21, 22. Ebenso besteht das angetriebene Teil aus einem Endstück 17 mit einer Ringnut 18 zur Aufnahme jeweils des anderen Endes der Schraubenfedereinheiten. Diese Enden der Schraubenfedereinheiten sind mit Preßsitz in den Ringnuten 14a bzw. 18 befestigt.In the drawing, 5 denotes the entire helical spring clutch, while 7 represents the driving part and 8 the driven part, for example a cardan shaft of a motor vehicle, the helical spring clutch according to the invention being arranged between these two parts. The driving part consists essentially of an end piece 14 with an annular groove 14 a for receiving one end of the helical spring units 20, 21, 22. Likewise, the driven part consists of an end piece 17 with an annular groove 18 for receiving the other end of the helical spring units . These ends of the coil spring units are secured with an interference fit in the annular grooves 14a and 18 , respectively.

Die einzelnen Schraubenfedereinheiten weisen eine konische Form auf, die auf den F i g. 2 bis 5 erkennbar ist. Jede der Schraubenfedereinheiten 20, 21 besteht, wie es aus F i g. 2 und 3 erkennbar ist, aus jeweils fünf einzelnen parallel zueinander gewikkelten Federn 50 bis 54 bzw. 60 bis 64, während die äußerste Schraubenfedereinheit 22 aus sechs Federn 70 bis 75 gebildet ist. Die Schraubenfedereinheiten 20, 21, 22 sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die radialen Abmessungen der Federeinheiten so gewählt sind, daß eine radiale Vorspannung zwischen den einzelnen Federeinheiten besteht. Dies bedeutet, daß der Innendurchmesser der Federeinheit 21 etwas geringer ist als der Außendurchmesser der Federeinheit 20 und der Innendurchmesser der Federeinheit 22 wieder etwas geringer als der Außendurchmesser der Federeinheit 21. Beim Zusammenbau wird die Feder 20 durch Verdrehung in Richtung des Pfeiles 2 vorgespannt, wodurch sie sich im Durchmesser verjüngt und somit in die Federeinheit 21 eingeschoben werden kann. Läßt man dann die Enden der Federeinheit 20 wieder los, so dehnt sie sich aus, bis sie radial an der Federeinheit 21 zur Anlage kommt, wobei jedoch der Außendurchmesser der Federeinheit 20 noch nicht dem Außendurchmesser in entspanntem Zustand entspricht. Hierdurch wird eine Vorspannung zwischen der Federeinheit 21 und der Federeinheit 20 erzielt.The individual coil spring units have a conical shape that is based on FIG. 2 to 5 can be seen. Each of the coil spring units 20, 21 consists, as shown in FIG. 2 and 3 , each of five individual springs 50 to 54 and 60 to 64 wound parallel to one another, while the outermost helical spring unit 22 is formed from six springs 70 to 75 . The coil spring units 20, 21, 22 are arranged concentrically to one another, the radial dimensions of the spring units being selected so that there is a radial preload between the individual spring units. This means that the inside diameter of the spring unit 21 is slightly smaller than the outside diameter of the spring unit 20 and the inside diameter of the spring unit 22 is again slightly smaller than the outside diameter of the spring unit 21 it tapers in diameter and can thus be pushed into the spring unit 21. If you then let go of the ends of the spring unit 20 again, it expands until it comes to rest radially on the spring unit 21, but the outside diameter of the spring unit 20 does not yet correspond to the outside diameter in the relaxed state. In this way, a preload between the spring unit 21 and the spring unit 20 is achieved.

Durch Verdrehen der Federeinheit 21 in Richtung des Pfeiles gemäß F i g. 3 kann man den Durchmesser der Feder 21 vergrößern, was ebenfalls einen Zusammenbau der Federeinheit 20 mit der Federeinheit 21 unter Vorspannung ermöglicht. Auf ähnliche Weise wird, nachdem die Federeinheiten 20 und 21 vereinigt sind, die Federeinheit 22 durch Verdrehen in Pfeilrichtung gemäß F i g. 4 im Durchmesser vergrößert und kann dann mit den übrigen Federeinheiten unter Vorspannung vereinigt werden. Die Vorspannung ist dabei so zu wählen, daß die Federeinheiten während des normalen Betriebes in ständiger radialer Anlage bleiben und hierbei immer eine radiale Vorspannung zwischen den Federeinheiten aufrechterhalten wird.By rotating the spring unit 21 in the direction of the arrow according to FIG . 3 , the diameter of the spring 21 can be increased, which also enables the spring unit 20 to be assembled with the spring unit 21 under pretension. In a similar manner, after the spring units 20 and 21 are united, the spring unit 22 is opened by rotating it in the direction of the arrow as shown in FIG . 4 enlarged in diameter and can then be combined with the other spring units under preload. The bias is to be selected so that the spring units remain in constant radial contact during normal operation and a radial bias is always maintained between the spring units.

Wird das treibende Teil 7 gemäß F i g. 1 in Pfeilrichtung gedreht, so haben die Federeinheiten 20 und 22 das Bestreben, sich radial zusammenzuziehen, während sich die entgegengesetzt gewickelte Federeinheit 22 ausdehnen will. Die Vorspannung der Federeinheit 20 wirkt der Tendenz des Zusammenziehens entgegen, wobei jedoch praktisch keine Zusammenziehung stattfindet, da die Vorspannung lediglich teilweise überwunden wird.If the driving part 7 according to FIG. 1 rotated in the direction of the arrow, the spring units 20 and 22 tend to contract radially, while the oppositely wound spring unit 22 wants to expand. The preload of the spring unit 20 counteracts the tendency to contract, but practically no contraction takes place since the preload is only partially overcome.

Im umgekehrten Drehsinn hätten die Federeinhei « ten 20 und 22 das Bestreben sich auszudehnen, während sich die Federeinheit 21 zusammenzuziehen sucht. Auch hierbei treten jedoch nur so große Kräfte auf, daß die Vorspannung der Federeinheit 22 teilweise überwunden wird und sich die Federeinheit 22 im Durchmesser praktisch nicht verändert. Einer Durchmesserveränderung der Federeinheit 21 wirkt die Federeinheit 20 entgegen, so daß auch bei dieser Drehrichtung alle Federeinheiten in ständiger radialer Vorspannung verbleiben.In the opposite sense of rotation would have the Federeinhei "th expand 20 and 22 the effort, while the spring unit is looking to contract 21st Here too, however, the forces that occur are only so great that the preload of the spring unit 22 is partially overcome and the spring unit 22 practically does not change in diameter. A change in the diameter of the spring unit 21 is counteracted by the spring unit 20, so that even in this direction of rotation all the spring units remain in constant radial prestress.

Das Kriechen der Gewindegänge der einzelnen Schraubenfedern kann, wie oben beschrieben wurde, durch die Kegelstumpfform der Federeinheiten vermieden werden. Es mag zwar zunächst scheinen, daß ein solches Kriechen überhaupt nicht eintreten kann, wenn sich alle Schraubenfedern in axialer Anlage befinden, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. Werden jedoch die Achsen vom treibenden und getriebenen Teil gegeneinander geneigt, wie es in F i g. 7 gezeigt ist, so befinden sich die Schraubenfedern nicht mehr in axialer Anlage, und das erwähnte Kriechen könnte eintreten. Dies wird jedoch durch die Kegelstumpfform verhindert. Bei einer Drehmomentübertragung in Pfeilrichtung gemäß F i g. 1 hätte die linksgewickelte Federeinheit 22 das Bestreben in Richtung des gestrichelten Pfeiles A zu kriechen, während die Federn der rechtsgewickelten Federeinheit 21 das Bestreben hätten, in Richtung des gestrichelten Pfeiles B zu kriechen. Eine Verschiebung der Federn der Federeinheit 22 auf der Federeinheit 21 in Richtung A ist jedoch unmöglich, da sich hierzu die Federn der Federeinheit 22 im Durchmesser erweitern müßten. Dieser Erweiterung wirkt die radiale Vorspannung und auch das Bestreben der Feder, sich bei dieser Drehrichtung zusammenzuziehen, entgegen. Umgekehrt können sich auch die einzelnen Federn der Federeinheit 21 nicht in Richtung B verschieben, da dies nur möglich wäre bei einer Durchmesserverkleinerung der einzelnen Federn. Bei dem angegebenen Drehsinn hat jedoch die Federeinheit 21 das Bestreben, sich auszudehnen.The creeping of the threads of the individual helical springs can, as described above, be avoided by the frustoconical shape of the spring units. It may seem at first that such creeping cannot occur at all when all the helical springs are in axial contact, as shown in FIG. 5 is shown. However, if the axes of the driving and driven part are inclined to one another, as shown in FIG. 7 is shown, the coil springs are no longer in axial contact and the mentioned creep could occur. However, this is prevented by the truncated cone shape. With a torque transmission in the direction of the arrow according to FIG . 1 , the left-hand coil spring unit 22 would tend to crawl in the direction of the dashed arrow A , while the springs of the right-hand coil spring unit 21 would tend to crawl in the direction of the dashed arrow B. A displacement of the springs of the spring unit 22 on the spring unit 21 in direction A is impossible, however, since the springs of the spring unit 22 would have to expand in diameter for this purpose. This expansion is counteracted by the radial preload and the tendency of the spring to contract in this direction of rotation. Conversely, the individual springs of the spring unit 21 cannot move in direction B either, since this would only be possible if the diameter of the individual springs were reduced. In the specified direction of rotation, however, the spring unit 21 tends to expand.

Wird die Drehrichtung des treibenden Teiles umgekehrt, so hätten die Federeinheiten 20 und 21 das Bestreben, sich in Richtung der voll ausgezogenen Pfeile C und D zu bewegen. Bei dieser Drehrichtung hat jedoch, wie oben beschrieben, die Federeinheit 20 das Bestreben, sich auszudehnen, während die Federeinheit 20 das Bestreben hat, sich zusammenzuziehen. Diese Kräfte und die Kegelstumpfform verhindern wiederum das Kriechen der Schraubenfedergänge in Richtung der Pfeile C und D. Um die Ermüdungserscheinungen der einzelnen Schraubenfedern noch weiter zu verringern, kann man unnötige Bewegungen dieser Schraubenfedern dadurch vermeiden, daß man innerhalb der Schraubenfedereinheiten noch ein Kugelgelenk anordnet, wie es bei dem in F i g. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Hierbei greift die am getriebenen Teil 8 vorgesehene Gelenkkugel 35 in ein rohrförmiges Teil 31 am treibenden Teil 7 ein. Diese Art der Verbindung gestattet eine Winkelbewegung der Achsen vom treibenden und getriebenen Teil und außerdem auch eine gewisse Längsverschiebung beider Achsen gegeneinander.If the direction of rotation of the driving part is reversed, the spring units 20 and 21 would tend to move in the direction of the solid arrows C and D. In this direction of rotation, however, as described above, the spring unit 20 tends to expand, while the spring unit 20 tends to contract. These forces and the truncated cone shape in turn prevent the helical spring flights from creeping in the direction of arrows C and D. In order to further reduce the symptoms of fatigue in the individual helical springs, unnecessary movements of these helical springs can be avoided by arranging a ball joint within the helical spring units, such as it in the case of FIG. 1 to 7 illustrated embodiment is the case. Here, the joint ball 35 provided on the driven part 8 engages in a tubular part 31 on the driving part 7 . This type of connection allows an angular movement of the axes of the driving and driven part and also a certain longitudinal displacement of both axes relative to one another.

Wenn jedoch eine Verlagerung der Achsen paraUel zueinander und auch die obige Winkelbeweglichkeit gewünscht wird, so ist die in F i g. 8 dargestellte Ausführungsform zweckmäßiger.If, however, a displacement of the axes parallel to one another and also the above angular mobility is desired, then the one shown in FIG . 8 shown embodiment more expedient.

Zum Schutz vor äußeren Einflüssen und um das notwendige Schmiermittel aufzunehmen, kann die Schraubenfederkupplung auch noch mit einem Balg 40 aus elastischem Material umgeben sein. Dieser Balg 40 wird durch Ringe 43 und 44 am treibenden bzw. am getriebenen Teil gehalten.To protect against external influences and to get the necessary lubricant take up, the coil spring clutch can also be made with a bellows 40 made of elastic Be surrounded by material. This bellows 40 is secured to the driving or driving force by rings 43 and 44. held on the driven part.

Claims

Claims: 1. Helical spring coupling with several superimposed layers of helical spring units in mutually opposite inclinations, each spring unit consisting of several parallel coiled springs, d a - characterized in that the helical spring units (20, 21, 22) are arranged radially one above the other that they have a radial prestress produced by rotation.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that the spring units (20, 21 and 22), have a known frustoconical shape which drawn in a direction towards the driven part (8) konvergierL Considering references. German Patent No. 76,815, 112 158, 699 344, 731 440, 1056 430; Swiss Patent No. 342 426; British Patent No. 860,614. U.S. Patent Nos. 1331748, 3,000 198, 3033336.