DE19809197A1 - Anordnung zur Kraftübertragung mit Stoßabsorption - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsanordnung, die in der Lage ist, axial wirkende Stoßenergie zu absorbieren, bei­ spielsweise zur Anwendung bei Propellerwellen oder Lenksäulen von Kraftfahrzeugen

In dem US-Patent 4.183.258 ist beispielsweise eine derartige An­ ordnung zur Kraftübertragung beschrieben, bei der eine Welle und ein damit in Eingriff befindliches Rohr durch eine Keilwellenver­ bindung derart miteinander verbunden sind, daß sie in Axialrich­ tung gegeneinander bewegbar, in Drehrichtung dagegen nicht gegen­ einander verdrehbar sind, und außerdem sind sie durch einen brechbaren Stift verbunden, der Öffnungen in der Welle und dem Rohr durchsetzt.

Diese Anordnung zur Kraftübertragung stellt die Übertragung von Drehkraft zwischen der Welle und dem Rohr sicher. Beim Auftreten einer axial wirkenden Kraft oder eines Stoßes mit einer einen vorgegebenen Wert übersteigenden Größe absorbiert die Anordnung die Stoßenergie durch eine axiale Relativbewegung der Welle ge­ genüber dem Rohr aufgrund des Brechens des brechbaren Stiftes.

Bei der bekannten Anordnung zur Kraftübertragung ist der brechba­ re Stift in der Durchgangsöffnung der Welle und der des Rohres angeordnet, welch letzteres äußere Umfangsöffnungen aufweist, die mit der Luft in Verbindung stehen. Dies hat zur Folge, daß dann, wenn die Welle und das Rohr zur Kraftübertragung in Drehung ver­ setzt werden, der brechbare Stift außer Eingriff mit den Durch­ gangsöffnungen kommen kann. Wenn ferner Schmutzwasser o. dgl. durch die Außenöffnungen in die Durchgangsöffnungen gelangt, kön­ nen die brechbaren Stifte unter Rostbildung korrodieren und ihre Bruchlast ändern, womit die Einstellung einer gewünschten Stoßab­ sorption nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine zur Ab­ sorption von Stößen fähige Kraftübertragungsanordnung zu schaf­ fen, die einen sicheren und gleichbleibenden Eingriff der Baukom­ ponenten und eine stabile Wirkung der Stoßabsorption gewährlei­ stet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Anordnung zur Kraftübertragung mit der Fähigkeit zur Stoßabsorption folgende Bauelemente auf:

• - eine Welle mit einer darin ausgebildeten Durchgangsöffnung,
• - ein mit der Welle in Eingriff befindliches Rohr, an dessen Ende eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist,
• - eine Gleitverbindung zwischen der Welle und dem Rohr,
• - einen die Durchgangsöffnungen in der Welle und Rohr durchset­ zenden Stift, und
• - ein an dem Ende des Rohres angebrachtes Teil, das über der Durchgangsöffnung des Rohres angeordnet ist.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist eine Anord­ nung zur Kraftübertragung mit der Fähigkeit zur Stoßabsorption folgende Bauelemente auf:

• - eine Welle mit einer darin ausgebildeten Durchgangsöffnung,
• - ein mit der Welle in Eingriff befindliches Rohr, an dessen Ende eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist,
• - eine Gleitverbindung zwischen der Welle und dem Rohr,
• - einen die Durchgangsöffnungen in der Welle und dem Rohr durch­ setzenden Stift, und
• - eine Einrichtung zum Abdecken der Durchgangsöffnung des Rohres.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen, stoßabsorbierenden Kraftübertragungsanordnung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nachfolgend eine erfin­ dungsgemäße Anordnung zur Kraftübertragung mit stoßabsorbierenden Eigenschaften beschrieben, wobei durchgehend für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.

Gemäß Fig. 1, die eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt, besitzt die Anordnung zur Kraftübertragung eine Welle 1 und ein damit in Eingriff befindliches Rohr 2. Die Welle 1 und das Rohr 2 sind mittels einer Keilwellen- oder Schiebeverbindung 3 derart verbunden, daß sie in Axialrichtung gegeneinander bewegbar, in Drehrichtung dagegen nicht gegeneinander verdrehbar sind. Im vor­ liegenden Fall ist die Welle 1 mit einem Außenkeil und das Rohr 2 mit einem Innenkeil versehen. Der Außenkeil der Welle 1 und der Innenkeil des Rohres 2 sind gegeneinander verschiebbar oder mit einer leichten Preßpassung verbunden.

Ein rohrförmiges Teil 4, das die Kraftübertragung sicherstellt, besteht aus einem harten Material wie etwa Metall oder glasfaser­ verstärktem Kunstharz. Das rohrförmige Teil 4 ist an einem Ende des Rohres 2 angebracht, in der Darstellung der Fig. 1 an dessen rechtem Ende 5A. Das Ende 5A des Rohres 2 hat dabei einen Außen­ umfangsbereich, dessen Durchmesser um die Wanddicke des rohrför­ migen Teils 4 reduziert ist und der sich über eine bestimmte Län­ ge erstreckt. Das rohrförmige Teil 4 ist mit einem Ende in Preß­ eingriff mit dem Außenumfang 5A des Rohres 2 und daran durch Schweißen oder Kleben festgelegt.

Die Welle 1 und das Rohr 2 haben in axialem Abstand von der Keil­ wellenverbindung 3, d. h. in der Zeichnung rechts davon, radial verlaufende Durchgangsöffnungen 6, 7. Die Durchgangsöffnungen 6, der Welle 1 und des Rohres 2 verlaufen konzentrisch zueinander. Die Durchgangsöffnung 6 der Welle 1 hat einen größeren Durchmes­ ser als die Durchgangsöffnung 7 des Rohres 2. Die Durchgangsöff­ nung 7 ist an dem Ende 5A ausgebildet und weist eine Öffnung auf, die dem Innenumfang des rohrförmigen Teils 4 gegenüberliegt. Das rohrförmige Teil 4 ist somit in direktem Kontakt mit der Durch­ gangsöffnung 7, um diese abzudecken. Die Durchgangsöffnungen 6, können leicht durch Bohren o. dgl. hergestellt werden.

Das Ende der Welle 1 mit der Durchgangsöffnung 6 hat einen ver­ ringerten Außendurchmesser, während das Ende 5A des Rohres 2 mit der Durchgangsöffnung 7 einen vergrößerten Innendurchmesser auf­ weist. Beim gegenseitigen Eingriff dieser beiden Teile wird auf diese Weise ein definierter ringförmiger Abstand 8 zwischen dem Außendurchmesser der Welle 1 und dem Innendurchmesser des Rohres 2 gebildet.

Ein brechbarer Stift 9 durchsetzt die Durchgangsöffnungen 6, 7 der Welle 1 und des Rohres 2, um diese beiden Teile zu verbinden. Dadurch, daß die Durchgangsöffnung 6 der Welle 1 einen größeren Durchmesser besitzt als die Durchgangsöffnung 7 des Rohres 2, durchsetzt der brechbare Stift 9 die Durchgangsöffnung 6 mit ei­ nem vorgegebenen Spiel und die Durchgangsöffnung 7 praktisch ohne Spiel.

Wenn die Welle 1 und das Rohr 2 einer axialen Kraft oder einem axialen Stoß mit einer Stärke unterworfen werden, die oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, bricht der brechbare Stift 9 und erlaubt unter Absorption der Stoßenergie eine relative Bewegung zwischen der Welle 1 und dem Rohr 2. Der somit eine Sollbruch­ stelle bildende brechbare Stift 9 besteht hierzu aus einem ent­ sprechend ausgewählten Material und ist zur Schaffung eines be­ stimmten Widerstandsmomentes hohl.

Eine Manschette 10 zum Abdichten der Keilwellenverbindung 3 be­ steht aus einem weichen Material wie etwa Gummi oder Kunstharz. Die Manschette 10 hat die Form eines abgestuften Zylinders mit einem Teil 10a kleinen Durchmessers und einem Teil 10b großen Durchmessers. Der Teil 10a mit kleinem Durchmesser ist mit einem Befestigungsband 11 am Außenumfang der Welle 1 angebracht, wäh­ rend der Teil 10b mit großem Durchmesser mit einem Befestigungs­ band 12 am Außenumfang des anderen Endes des Rohres 2 angebracht ist, d. h. an dessen in Fig. 1 linkem Ende 5B. Die Manschette 10 dichtet somit die Keilwellenverbindung 3 zwischen der Welle 1 und dem Rohr 2 ab, um sie von der Luft abzuschließen und damit das Eindringen von Schmutzwasser u. dgl. zu verhindern. Der Teil 10b mit großem Durchmesser der Manschette 10 hat außerdem am Innenum­ fang einen Teil 10c verringerten Durchmessers, der mit einer ringförmigen Vertiefung 13 im Außenumfang des Rohres 2 in Ein­ griff ist, um die Anbringung der Manschette 10 zu verstärken.

Die so ausgebildete Anordnung zur Kraftübertragung wird mit der Welle 1 oder dem Rohr 2 mit einer nicht dargestellten Antriebs­ einheit verbunden, während das andere Teil mit einer getriebenen, ebenfalls nicht dargestellten Einheit verbunden wird.

Wenn die Welle 1 mit der Antriebseinheit verbunden ist, wird das in die Welle 1 eingeleitete Drehmoment über die Keilwellenverbin­ dung 3 auf das Rohr 2 und das rohrförmige Teil 4 übertragen und dann an die mit dem rohrförmigen Teil 4 verbundene getriebene Einheit weitergeleitet. Dabei wird eine axial auf die Welle 1 und das Rohr 2 wirkende geringe Kraft von der Preßfassung der Keil­ wellenverbindung 3 und dem Scherwiderstand des brechbaren Stiftes 9 aufgenommen.

Wenn eine Kraft oder ein Stoß mit einer den vorgegebenen Wert übersteigenden Stärke auf die Welle 1 oder das Rohr 2 einwirken, bricht der brechbare Stift 9 durch und ermöglicht unter Absorbie­ rung der Stoßenergie eine axiale Bewegung zwischen der Welle 1 und dem Rohr 2.

Die dem Innenumfang des rohrförmigen Teils 4 zugewandten Öffnun­ gen der Durchgangsöffnung 7 in dem Rohr 2 werden von dem rohrför­ migen Teil 4 abgedeckt, so daß auch dann, wenn die Welle 1 und das Rohr 2 zur Kraftübertragung mit hoher Geschwindigkeit umlau­ fen, der brechbare Stift 9 nicht außer Eingriff mit der Durch­ gangsöffnung 6 kommen kann. Darüber hinaus verhindert das rohr­ förmige Teil 4 das Eindringen von Schmutzwasser u. dgl. in die Durchgangsöffnung 7, so daß der brechbare Stift 9 nicht unter Rostbildung korrodieren kann, womit eine stoßabsorbierende Wir­ kung in dem gewünschten Ausmaß erzielt wird.

Die erste Ausführungsform der Erfindung bildet somit eine stoßab­ sorbierende Kraftübertagungsanordnung, bei der nicht nur ein Lö­ sen des die Welle 1 mit dem Rohr 2 verbindenden brechbaren Stif­ tes 9 verhindert, sondern auch eine gleichbleibende Bruchlast er­ reicht wird.

Die Durchgangsöffnungen 6 und 7 der Welle 1 und des Rohres 2 be­ finden sich ferner in axialem Abstand von der Keilwellenverbin­ dung 3, so daß dann, wenn eine auf die Welle 1 und das Rohr 2 wirkende Kraft oder ein Stoß über dem vorgegebenen Wert den brechbaren Stift 9 durchbricht und die Welle 1 und das Rohr 2 sich axial gegeneinander bewegen, Bruchstücke des brechbaren Stiftes 9 nicht in den Verschiebeweg der Keilwellenverbindung 3 gelangen können. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wer­ den Bruchstücke des brechbaren Stiftes 9 unmittelbar aus dem Ring­ raum 8 zwischen der Welle 1 und dem Rohr 2 entfernt, so daß eine dauerhafte Stoßabsorptionswirkung erzielt wird.

Außerdem durchsetzt der brechbare Stift 9 die Durchgangsöffnung 6 der Welle 1 mit einem vorgegebenen Spiel, so daß bei einer Kraftübertragung zwischen der Welle 1 und dem Rohr 2 über die Keilwellenverbindung 3 keine aus der übertragenen Drehkraft her­ rührende Scherkraft auf den brechbaren Stift 9 einwirkt.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, die mit der ersten Aus­ führungsform der Erfindung weitgehend übereinstimmt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die Durchgangsöffnung 7 an dem von der Keilwellenverbindung 3 axial beabstandeten Ende 5B des Rohres 2 ausgebildet und hat eine Öffnung, die dem Innenumfang der Man­ schette 10 gegenüberliegt. Die Manschette 10 ist damit in direk­ tem Kontakt mit der Öffnung der Durchgangsöffnung 7, um diese ab­ zudecken.

Die Welle 1 hat eine Durchgangsöffnung 6, die der Durchgangsöff­ nung 7 des Rohres 2 angepaßt ist, so daß die Durchgangsöffnung 6 der Welle 1 und die Durchgangsöffnung 7 des Rohres 2 konzentrisch angeordnet sind. Die Durchgangsöffnung 6 der Welle 1 hat einen kleineren Durchmesser als die Durchgangsöffnung 7 des Rohres 2.

Der die Durchgangsöffnung 6 aufweisende Teil der Welle 1 hat ei­ nen verringerten Außendurchmesser, während das Ende 5B des Rohres 2 mit der Durchgangsöffnung 7 im Innendurchmesser vergrößert ist. Damit wird beim Zusammenfügen dieser beiden Teile der vorgegebene ringförmige Abstand 8 zwischen dem Außenumfang der Welle 1 und dem Innenumfang des Rohres 2 definiert.

Der brechbare Stift 9 durchsetzt die Durchgangsöffnungen 6, 7 der Welle 1 und des Rohres 2 zur gegenseitigen Verbindung dieser bei­ den Teile. Dadurch, daß die Durchgangsöffnung 6 der Welle einen kleineren Durchmesser hat als die Durchgangsöffnung 7 des Rohres 2, sitzt der brechbare Stift 9 praktisch ohne Spiel in der Durch­ gangsöffnung 6 und mit einem vorgegebenen Spiel bzw. Abstand in der Durchgangsöffnung 7.

Bei der zweiten Ausführungsform verhindert die auf das Ende 5B des Rohres 2 aufgesetzte Manschette 10 nicht nur ein Lösen des brechbaren Stiftes 9, sondern auch das Eindringen von Schmutzwas­ ser u. dgl. in die Durchgangsöffnung 7. Der brechbare Stift 9 kann hierdurch nicht durch Rostbildung korrodieren.

Die Kraftübertragungsanordnung mit stoßabsorbierender Wirkung nach der zweiten Ausführungsform kann somit in gleicher Weise wie die erste Ausführungsform nicht nur ein Lösen des die Welle 1 und das Rohr 2 verbindenden brechbaren Stiftes 9 verhindern, sondern auch eine gleichbleibende Bruchlast gewährleisten.

Die Durchgangsöffnungen 6, 7 der Welle 1 und des Rohres 2 liegen dabei in axialem Abstand von der Keilwellenverbindung 3, so daß dann, wenn der brechbare Stift 9 gebrochen ist und die Welle 1 und das Rohr 2 axial gegeneinander bewegt werden, die Bruchstücke des brechbaren Stiftes 9 nicht in den Verschiebungsabstand der Keilwellenverbindung 3 eindringen können. Bei der zweiten Ausfüh­ rungsform nach Fig. 2 werden die Bruchstücke des brechbaren Stif­ tes 9 sofort aus dem Ringraum zwischen der Welle 1 und dem Rohr 2 entfernt, womit eine zuverlässige Stoßabsorption erzielt wird.

Der brechbare Stift 9 durchsetzt außerdem die Durchgangsöffnung 7 des Rohres 2 mit einem vorgegebenen Spiel, so daß bei einer Kraftübertragung zwischen der Welle 1 und dem Rohr 2 über die Keilwellenverbindung 3 keine von der Drehkraft erzeugte Scher­ kraft auf den brechbaren Stift 9 einwirken kann.

Zusätzlich kann der brechbare Stift 9 nach dem Anbringen des rohrförmigen Teils 4 an dem Rohr 2 durch die Durchgangsöffnungen 6, 7 eingeführt werden, was zu einer vereinfachten Montage der Anordnung führt.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann der brechbare Stift 9 die beiden Durch­ gangsöffnungen 6, 7 ohne Spiel oder mit einem vorgegebenen Spiel durchsetzen. Außerdem kann die Manschette 10 in Form eines Balges dehnbar sein.

Zusammengefaßt enthält eine Anordnung zur Kraftübertragung mit der Eigenschaft, Stöße zu absorbieren, eine Welle 1, ein mit der Welle 1 in Eingriff befindliches Rohr 2, eine die Welle und das Rohr verbindende Keilwellenverbindung 3 und einen brechbaren Stift 9, der Durchgangsöffnungen 6, 7 in der Welle und dem Rohr durchsetzt. An einem Ende des Rohres 2 ist ein rohrförmiges Teil 4 bzw. 10 angebracht, um die Durchgangsöffnung 7 in dem Rohr 2 abzudecken.

Claims (9)

1. Anordnung zur Kraftübertragung mit der Fähigkeit zur Stoßab­ sorption, gekennzeichnet durch:

• - eine Welle (1) mit einer darin ausgebildeten Durchgangsöffnung (6),
• - ein mit der Welle (1) in Eingriff befindliches Rohr (2), an des­ sen Ende eine Durchgangsöffnung (7) ausgebildet ist,
• - eine Gleitverbindung (3) zwischen der Welle (1) und dem Rohr (2) durchsetzenden Stift (9), und
• - ein an dem Ende (5A, 5B) des Rohres (2) angebrachtes Teil (4, 10), das über der Durchgangsöffnung (7) des Rohres (2) angeord­ net ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Welle (1) und der Innenumfang des Rohres (2) zwi­ schen sich einen ringförmigen Freiraum (8) vorgegebener Größe bilden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitverbindung (3) einen Außenkeil an der Welle (1) und einen Innenkeil an dem Rohr (2) aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stift (9) aus einem Material mit vorbestimmten Eigenschaften besteht und mit einer vorbestimmten Querschnitts­ form hohl ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das an dem Ende (5A) des Rohres (2) angebrachte Teil (4) rohrförmig ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das an dem Ende (5B) des Rohres (2) angebrachte Teil als Manschette (10) ausgebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Teil (4) aus einem harten Material wie Metall oder faserverstärktem Kunstharz besteht.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (10) aus einem weichen Material wie Gummi oder Kunst­ harz besteht.

9. Anordnung zur Kraftübertragung mit der Fähigkeit zur Stoßab­ sorption, gekennzeichnet durch:

• - eine Welle (1) mit einer darin ausgebildeten Durchgangsöffnung (6),
• - ein mit der Welle (1) in Eingriff befindliches Rohr (2), an des­ sen Ende eine Durchgangsöffnung (7) ausgebildet ist,
• - eine Gleitverbindung (3) zwischen der Welle (1) und dem Rohr (2),
• - einen die Durchgangsöffnungen (6, 7) in der Welle (1) und dem Rohr (2) durchsetzenden Stift (9), und
• - eine Einrichtung zum Abdecken der Durchgangsöffnung des Rohres.