Die Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung.

In einer Vielzahl von Anwendungen ist es notwendig, zu gegebener Zeit eine Einstellung oder Nachstellung eines Systems oder einer Baugruppe unter Verwendung einer Übertragung einer Drehbewegung mit einem Mindestmoment vorzunehmen.

Zur Schonung des Systems soll ein zu hohes Drehmoment nicht von dem Einstellelement auf das einzustellende System übertragen werden können.

Beispielsweise ist aus der DE 20 2010 011 852 U1 eine Vorrichtung bekannt, die eine Drehbewegung von einem Antriebsschaft über einen Adapter auf eine Einstellschraube überträgt. Die Übertragung erfolgt über ein Kugelgelenkteil, das aus Kunststoff ausgebildet ist und Federzungen aufweist, die bei Erreichen eines Überlastmoments auffedern, wodurch die Übertragung eines Drehmoments, das größer als das Überlastmoment ist, verhindert wird.

Je nach Einsatzgebiet der Übertragungsvorrichtung kann der Bereich zwischen dem notwendigen Mindestmoment und dem erlaubten Maximalmoment sehr begrenzt sein. Auch kann die Nutzungsdauer, in der eine Nachstellung möglich sein soll, sehr lang sein und eine Nutzung muss beispielsweise über mehrere tausend Stunden gewährleistet werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine solche Übertragungsvorrichtung anzugeben, die auf einfache Weise hergestellt werden kann und die über einen langen Zeitraum ein in engen Grenzen liegendes Drehmoment übertragen kann. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Übertragungsvorrichtung ein Abtriebselement und ein Antriebselement umfasst, wobei das Antriebselement einen Antriebskörper aus einem ersten Werkstoff, insbesondere einem viskoelastischen Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, aufweist. Der Antriebskörper weist einen Antriebsbereich und einen Anschlussbereich auf, wobei das Abtriebselement in den Anschlussbereich eingreift. Der Anschlussbereich weist nach innen gerichtete Formschlussstrukturen auf, die zur Übertragung eines Drehmoments auf das Abtriebselement abgestimmt sind. So kann in der Art einer Zahn- oder Keilwelle ein Drehmoment zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement übertragen werden.

Der Anschlussbereich ist so ausgebildet, dass die dort vorhandenen Formschlussstrukturen derart radial beweglich sind, dass das Abtriebselement unter elastischer Aufweitung des Anschlussbereichs relativ zum Antriebskörper drehbar ist. Dadurch kann bei Erreichen des maximal zulässigen Drehmoments der Antriebskörper gegenüber dem Abtriebselement verdreht werden, wobei ein Überrasten stattfindet. Antriebselement und Abtriebselement der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung können im Rahmen der Erfindung natürlich auch in umgekehrter Betriebsrichtung betrieben werden.

Das Antriebselement weist ferner ein Kompressionselement aus einem zum ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff auf. Das Kompressionselement spannt den Antriebskörper im Anschlussbereich in Radialrichtung nach innen vor, wobei das Kompressionselement über die Aufweitung, also in seiner Belastungsrichtung, elastisch ist. Die Federsteifigkeit des Kompressionselements in Belastungsrichtung ist größer als die Federsteifigkeit des Antriebskörpers.

Ferner ist der zweite Werkstoff des Kompressionselements so gewählt, dass die Spannungs- Dehnungskurve, die im Arbeitsbereich bevorzugt linear ist, sich unter Temperatur- und / oder Zeiteinfluss weniger verändert als die des ersten Werkstoffs des Antriebskörpers.

Durch die elastischen Eigenschaften des Kompressionselements kann das abnehmende elastische Verhalten des insbesondere linear viskoelastischen Werkstoffs so weit kompensiert werden, dass über eine lange Lebensdauer ein relativ enger Bereich des zu übertragenden Drehmoments eingestellt wird.

So kann der Antriebskörper auf einfache Weise in einem Urform-Verfahren aus einem Thermoplast hergestellt werden und auf einfache Weise mit einem Kompressionselement ergänzt werden, das auf die Vorspannbedürfnisse im Hinblick auf den zu übertragenden Drehmomentbereich, die zu erwartenden Temperatureinflüsse und die Einsatzdauer ausgewählt ist.

Durch diese Ausgestaltung kann ein enger Drehmoment-Bereich eingestellt werden und dennoch eine platzsparende Bauform umgesetzt werden, da das Antriebselement im Wesentlichen aus nur einem einstückigen Grundkörper besteht.

Als erster Werkstoff eignet sich bevorzugt ein linear viskoelastischer Werkstoff wie beispielsweise Polyoxymethylen (POM). Ein solcher Werkstoff eignet sich zwar gut zur formschlüssigen Drehmomentübertragung, kann aber aufgrund seines Kriechverhaltens seine Vorspannung für einige Anwendungen nicht ausreichend stabil über lange Standzeiten halten. Beim zweiten Werkstoff des Kompressionselements muss nicht auf die Übertragungseigenschaften zur Übertragung des Drehmoments Rücksicht genommen werden, sondern er kann im Wesentlichen abhängig von seinen Eigenschaften im Hinblick auf sein Kriechverhalten ausgewählt werden. So kommen für das Kompressionselement neben metallischen Werkstoffen auch Gummiwerkstoffe infrage. Insbesondere soll dabei ein gleichbleibender E-Modul mit einem linear elastischen Materialverhalten, der über eine lange Zeitdauer weitgehend unveränderlich ist, verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Anschlussbereich und der Antriebsbereich in Axialrichtung aufeinanderfolgend angeordnet. Dadurch kann eine schlanke Bauform mit einem einteiligen Antriebskörper erreicht werden. Der Anschlussbereich weist wenigstens zwei federnd und an den Antriebsbereich angebundene, im Wesentlichen hohlzylindrische, Zungenabschnitte auf. Die Zungenabschnitte weisen jeweils wenigstens eine Formschlussstruktur zur Übertragung einer Drehbewegung auf das Abtriebselement auf.

Insbesondere besitzt der Antriebskörper eine zylindrische Grundform und weist an seiner äußeren Mantelfläche im Anschlussbereich eine Nut auf, in der ein ringförmiges Kompressionselement aufgenommen ist. Durch die zylindrische Grundform kann eine einfache Drehlagerung des Antriebskörpers erfolgen und auf einfache Weise eine dauerhafte Vorspannung des Anschlussbereichs erzeugt werden.

Bevorzugt können die Formschlussstrukturen durch wenigstens eine längsnut-artige Einbuchtung im Material eines Zungenabschnitts ausgebildet sein. Dadurch lässt sich in einem gewissen Rahmen ein Axialausgleich bei gleichbleibendem Drehmoment realisieren. Das Abtriebselement und das Antriebselement greifen dabei im Anschlussbereich ineinander.

Die ineinandergreifenden Formschlussstrukturen des Anschlussbereichs und des Abtriebselements sind bevorzugt in Form eines gerundeten Vierkants mit leicht konkaven Kanten ausgebildet. Dies sorgt für ein sanftes Überrasten nach Überschreiten des maximal übertragbaren Drehmoments. Dadurch kann der durch das Überrasten verursachte Verschleiß geringgehalten werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kompressionselement aus Federstahl sein. Ein Federstahlring kann über eine lange Lebensdauer eine gleichbleibende elastische Wirkung auf den Antriebskörper ausüben.

Der Antriebskörper weist insbesondere stirnseitig Angriffsmerkmale, insbesondere einen Innenantrieb, für ein Werkzeug auf. Dadurch kann eine schlanke Bauform gewählt sein.

In der Zeichnung bedeutet:

Fig. 1 eine schematische halbgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung;

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Antriebselements mit Blick auf den Anschlussbereich zur Verbindung mit der Abtriebswelle;

Fig. 2b eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Antriebselements mit Blick auf den Antriebsbereich;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Übertragungsvorrichtung gemäß Fig. 1 , wo sich die Übertragungsvorrichtung in Übertragungsstellung befindet;

Fig. 4a eine Seitenansicht der Übertragungsvorrichtung, wobei sich die Übertragungsvorrichtung in Überlaststellung befindet, und

Fig. 4b einen Querschnitt durch die Übertragungsvorrichtung gemäß Fig. 4a. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung 10, umfassend ein Antriebselement 12 und ein Abtriebselement 14. Das Antriebselement 12 ist in einem Lager 16 drehgelagert aufgenommen.

Das Antriebselement 12 weist einen Antriebsbereich 18 und einen Anschlussbereich 20 auf. Über den Antriebsbereich 18 kann ein Drehmoment ME auf das Antriebselement 12 übertragen werden. Dieses Drehmoment wird auf ein, mit dem Antriebselement 12 verbundenes, Abtriebselement 14 übertragen, das mit einer Baugruppe 50 verbunden ist. Die Baugruppe 50 ist durch Drehung des Abtriebselements 14 einstellbar. Beispielsweise könnte hier durch Drehung des Abtriebselements 14 die Vorspannung einer Feder eingestellt werden. Hierbei kann beispielsweise die Übertragung eines Mindestdrehmoments notwendig sein, um eine Erhöhung der Vorspannung zu erreichen. Ferner kann das maximal übertragbare Drehmoment beschränkt sein, so dass die Vorspannung einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Die Baugruppe 50 soll davor geschützt werden, dass ein Drehmoment, das über einem zulässigen Drehmoment Mz liegt, auf die Mechanik der Baugruppe übertragen wird.

Das Antriebselement 12 ist dazu so ausgeführt, wie dies u.a. in den Figuren 2a und 2b beschrieben ist. Das Antriebselement 12 weist einen Antriebskörper 24 und ein Kompressionselement 26 auf. Der Antriebskörper 24 ist aus einem viskoelastischen Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere POM, hergestellt, wohingegen das Kompressionselement 26 aus einem Federstahl hergestellt ist. Der Sprengring aus Federstahl weist eine höhere Federsteifigkeit auf als der Antriebskörper in seinem Anschlussbereich. Dies führt dazu, dass die Rückstellung nach einer Aufweitung über den Sprengring erfolgt.

Das Abtriebselement 14 ist als Abtriebswelle ausgebildet, die zur Übertragung des Drehmoments Angriffsmerkmale aufweist und so in Drehrichtung formschlüssig in den Antriebskörper 24 eingreift. Bei Überschreitung des zulässigen Drehmoments Mz verdreht sich der Antriebskörper 24 relativ zum Abtriebselement 14. Die Verdrehung erfolgt, indem der Formschluss, entgegen der durch das Kompressionselement 26 ausgeübten Vorspannung, zwischen dem Antriebskörper 24 und dem Abtriebselement 14 aufgelöst wird. Dieser Vorgang wird als Überrasten bezeichnet.

Fig. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht des Antriebselements 12, mit Blick auf den Anschlussbereich 20. Der Antriebskörper 24 weist dort Abtriebsstrukturen 28 auf, die eine drehmomentübertragende Kopplung an das Abtriebselement 14 im komprimierten Zustand ermöglichen. Da der Antriebskörper 24 aus einem viskoelastischen Kunststoff hergestellt ist, wird eine ausreichende Festigkeit zur Übertragung des Drehmoments bereitgestellt. Der Anschlussbereich 20 des Antriebskörpers 14 ist geschlitzt ausgeführt, so dass zwei halbhohlzylindrische Federzungen 30a, 30b gebildet werden. Diese sind in Radialrichtung R beweglich, insbesondere federnd ausgebildet. Dadurch wird eine Beabstandung der Federzungen 30a, 30b voneinander ermöglicht, so dass der Formschluss bzw. Form-/Kraftschluss zwischen dem Abtriebselement 14 und den Abtriebsstrukturen 28 überwunden werden kann.

Der in seiner äußeren Gestaltung im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Antriebskörper 24 weist im Bereich der zwei Federzungen 30a, 30b eine umfängliche Nut auf, in der ein Kompressionselement 26, das in der Art eines Sprengrings, insbesondere aus Federstahl, ausgebildet ist, aufgenommen ist.

Durch dieses Kompressionselement 26 wird im Wesentlichen die der Aufweitung entgegenwirkende Radialkraft und damit das zulässige Drehmoment Mz eingestellt.

Da das Kompressionselement 26 nicht aus einem viskoelastischen Werkstoff besteht, verändert sich sein Federverhalten über einen langen Zeitraum nicht oder nur unerheblich. So kann auch das zulässige Drehmoment über einen langen Zeitraum noch in engen Grenzen übertragen werden, obwohl der Antriebskörper 24 aus einem viskoelastischen, insbesondere einem linear viskoelastischen, Werkstoff besteht. Dies erlaubt eine platzsparende und günstige Fertigung des Antriebskörpers 24 in einem Urformverfahren, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren.

Fig. 2b zeigt das Antriebselement 12 in perspektivischer Ansicht mit Blick auf den Antriebsbereich 18. Der Antriebsbereich 18 weist eine Antriebskontur 32 auf, die in Form eines Werkzeugangriffs in Form eines Innenantriebs ausgebildet ist, so dass eine Drehung mit einem entsprechenden Werkzeug, insbesondere einem Schraubendreher, auf das Antriebselement 12 übertragen werden kann.

Liegt das aufgebrachte Drehmoment unter dem zulässigen Drehmoment Mzwird die Drehbewegung auf das Abtriebselement 14 übertragen. Liegt das aufgebrachte Drehmoment darüber, überrastet das Antriebselement 12 und das Antriebselement 12 verdreht sich relativ zum Abtriebselement 14 in die nächste Rastposition.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht lll-lll des Antriebselements 12 und des Abtriebselements 14 der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung 10 in der Übertragungsposition, gemäß Fig. 1. Das Antriebselement 12 weist zwei Federzungen 30a, 30b auf, die über das, als Sprengring ausgebildete, Kompressionselement 26 an das Abtriebselement 14 angedrückt werden. Die Abtriebsstrukturen 28 sorgen für einen formschlüssigen Eingriff. Sowohl die Kontur des Abtriebselements 14 als auch die Abtriebsstrukturen 28 sind gerundet ausgeführt. Dies erlaubt ein weitgehend verschleißfreies Überrasten.

Fig. 4a zeigt die Seitenansicht eines Antriebselements 12 und Abtriebselements 14 in einer Position, in der das Antriebsmoment das zulässige Drehmoment überschreitet. Die Federzungen 30a, 30b des Antriebskörpers 24 werden gegen die Vorspannung des Kompressionselements 26 nach außen gebogen. In der weiteren Drehung rutscht dann der Antriebskörper 24 mit seinen Abtriebsstrukturen 28 um eine Vertiefung im Abtriebselement 14 weiter, wonach das Kompressionselement 26 und der Antriebskörper 24 in Radialrichtung wieder in die Ausgangslage zurückkehren.

Fig. 4b zeigt den Querschnitt von Fig. 4a. Die gerundeten Ecken liegen hier an den gerundeten Antriebsstrukturen 28 an, so dass der Antriebskörper 24 in seinem Anschlussbereich 20 maximal aufgeweitet ist.

Nachdem die Überrastung erfolgt ist, legt sich der Antriebskörper 24 mit seinen Antriebsstrukturen 28 wieder in die Vertiefungen des Abtriebselements 14.

Auf diese Weise wird eine einfache und zuverlässige Übertragungsvorrichtung bereitgestellt, die auch nach einem langen Zeitraum immer noch die Übertragung eines in engen Grenzen gehaltenen Drehmoments ermöglicht.