DE19623184A1 - Zweistufige elastische Wellenkupplung - Google Patents

Description

Bei Kupplungsverbindungen beispielsweise von Dieselmotoren und Schiffsgetrieben besteht das Problem, daß sich im Bereich niedriger Drehzahlen infolge ungleichförmigen Laufverhaltens des Motors Getriebeklappern einstellt. Zur Behebung dieses Problems werden Kupplungen eingesetzt, die im unteren Lastbereich sehr drehweich arbeiten und in einer zweiten, weniger drehweichen Kupplungsstufe für das volle Drehmoment ausgelegt sind.

Eine bekannte Kupplung dieser Art besteht aus einer antriebsseitigen, als ringförmiger Kupplungsflansch ausgebildeten ersten Kupplungshälfte, die mit stirnseitigen Öffnungen versehen ist, die stirnständige Klauen einer zweiten Kupplungshälfte eingreifen, während die eine polygonale Außenseite aufweisende Nabe dieser zweiten Kupplungshälfte in die angepaßt polygonale Bohrung der ersten Kupplungshälfte eingreift. Bei umfangsverdrehten Polygonen sind in dem Spalt zwischen der Bohrung der ersten und der Nabe der zweiten Kupplungshälfte unter Vorspannung elastische Kupplungsbolzen eingesetzt und bilden die sehr drehweiche erste Kupplungsstufe. Die zweite, weniger drehweiche Kupplungsstufe wird von den in die stirnseitigen Öffnungen der ersten Kupplungshälfte greifenden stirnständigen Klauen der zweiten Kupplungshälfte gebildet, wozu in die Öffnungen in Drehrichtung wirkende elastische Druckstücke eingesetzt sind, denen gegenüber die Klauen der zweiten Kupplungshälfte ein den Verdrehwinkel in der ersten Kupplungsstufe begrenzendes Spiel aufweisen (EP 0 626 523 A1 = DE-A 43 09 745). Die Nachteile dieser bekannten zweistufigen Kupplung resultieren aus dem für die zweite, weniger drehweiche Kupplungsstufe gewählten Bauprinzip einer Klauenkupplung mit stirnständigen Klauen, die da sind das Erfordernis eines besonderen Flanschteils an der zweiten Kupplungshälfte als Träger der stirnständigen Klauen, die dadurch bedingte Baubreite und der dadurch bedingte bauliche Aufwand der Kupplung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bauliche, gedrungen bauende, zweistufige und dabei durchdrehsichere elastische Wellenkupplung zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung vom Bauprinzip der Kupplungen mit sich radial überdeckenden Mitnehmern (Zahnkupplungen), insbesondere von einer Kupplung aus, deren antriebsseitige, als ringförmiger Kupplungsflansch mit nach innen weisenden Mitnehmern ausgebildete erste Kupplungshälfte eine als Nabe mit nach außen weisenden Mitnehmern ausgebildete, abtriebsseitige Kupplungshälfte einschließt, wobei die Mitnehmer beider Kupplungshälften sich radial überdecken und im Überdeckungsbereich der Mitnehmer diese mit elastischen Druckstücken besetzt sind. Erfindungsgemäß sind bei dieser Kupplung die Mitnehmer der ersten Kupplungshälfte an den ihren inneren Umkreis bestimmenden Kopfflächen mit parallel zur Kupplungsachse verlaufenden Ausnehmungen sowie die Mitnehmer der zweiten Kupplungshälfte mit deren Flanken verbindenden konkaven Fußflächen versehen und es sind zwischen den Kupplungshälften Kupplungsbolzen unter Vorspannung eingesetzt, die zum Teil ihres Umfangs in den Ausnehmungen der Mitnehmer der ersten Kupplungshälfte einliegen und von den Fußflächen zwischen den Mitnehmern der zweiten Kupplungshälfte gestützt sind, wobei zwischen den Mitnehmern der einen und den auf die Mitnehmer der anderen Kupplungshälfte aufgesetzten elastischen Druckstücken ein den Verdrehwinkel in der ersten Kupplungsstufe unter der alleinigen Wirkung der elastischen Kupplungsbolzen begrenzendes Spiel vorgesehen ist. In der bevorzugten Ausbildung der Kupplung sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Kupplungshälften mit je drei um 120° versetzten Mitnehmern versehen.

Die Nuten zur Aufnahme der elastischen Druckstücke und die Ausnehmungen zur Einbettung der elastischen Kupplungsbolzen an den Mitnehmern der ersten Kupplungshälfte sind zur Vereinfachung der Montage der Druckstücke und Kupplungsbolzen durchgehend zu beiden Seiten offen ausgeführt, wobei die axiale Fixierung der Druckstücke und Kupplungsbolzen durch beiderseits auf den Kupplungsflansch der ersten Kupplungshälfte aufgesetzte innen offene Scheiben erfolgt, wie es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen ist, wobei die Scheiben zweckmäßigerweise auch den Rand der Nabe abdecken. Die Scheiben ergeben auch den axialen Zusammenhalt beider Kupplungshälften, wodurch eine Steckmontage erleichtert ist.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt, die in

Fig. 1 einen Schnitt nach der in Fig. 2 eingetragenen Schnittebene I-I und in

Fig. 2 einen Schnitt nach der in Fig. 1 eingetragenen Schnittebene II-II zeigt.

Im Ausführungsbeispiel ist eine erste Kupplungshälfte mit 1 und eine zweite Kupplungshälfte mit 2 bezeichnet. Die erste Kupplungshälfte 1 besteht aus einem ringförmigen Kupplungsflansch 3 mit einem Flanschteil 3a und einem Ringteil 3b, wobei der Flanschteil 3a zur Verbindung der Kupplungshälfte 1 mit einem nicht dargestellten Flansch eines antreibenden Motors oder Getriebes vorgesehen ist. Der Ringteil 3b ist mit radial nach innen weisenden Mitnehmern 4 versehen. Die zweite Kupplungshälfte 2 besteht aus einer mit Mitnehmern 5 versehenen Nabe 6, wobei die Nabe 6 mit einer innenverzahnten Bohrung 7 zur Steckverbindung mit einer nicht dargestellten, über die Kupplung angetriebenen Welle versehen ist. Die radial nach außen weisenden Mitnehmer 5 überdecken sich radial mit den radial nach innen weisenden Mitnehmern 4 der ersten Kupplungshälfte 1 um das Maß ΔR.

Die Mitnehmer 4 der Kupplungshälfte sind an ihren den inneren Umkreis bestimmenden Kopfflächen mit Ausnehmungen 8 versehen, die parallel zur Kupplungsachse verlaufen und nach beiden Stirnflächen des Kupplungsflansches 3 hin offen sind. Die im Grund 8a gerundeten Ausnehmungen 8 schließen mit ihren Seitenflächen 8b einen spitzen Winkel mit den Flanken bzw. Fußflächen der Mitnehmer 5 der Kupplungshälfte 2 ein. In die von den Ausnehmungen 8 und den Flanken bzw. Fußflächen der Mitnehmer 5 käfigartig, teilweise umschlossenen Räume sind Kupplungsbolzen 9 von ursprünglich rundem Querschnitt unter einer sie elastisch verformenden Vorspannung eingesetzt. Diese Kupplungsbolzen 9, die bei der drehmomentfreien Kupplung die in Fig. 1 dargestellte Querschnittsform annehmen, bewirken zugleich eine Zentrierung der Nabe 6 und damit der zweiten Kupplungshälfte 2 in der ersten Kupplungshälfte 1.

Unter der Wirkung eines von der Kupplung zu übertragenden Drehmoments verdrehen sich die Kupplungshälften 1 und 2 gegeneinander zunächst um einen Winkel α in der einen oder einem Winkel β in der entgegengesetzten Richtung, wobei sich lediglich die Kupplungsbolzen 9 elastisch verformen und ein mit dem Drehwinkel wachsendes Gegendrehmoment ausüben. Der Drehmomentanstieg ist in diesem Drehwinkelbereich der ersten, drehweicheren Kupplungsstufe vergleichsweise gering.

Mit Überschreitung der Drehwinkel α und β kommen die Mitnehmer 5 der zweiten Kupplungshälfte 2 zur Anlage mit den Druckstücken 10, die in Nuten 11 in den Mitnehmern 4 der ersten Kupplungshälfte 1 einsitzen. Die Nuten 11 sind an ihrem Grund 12 breiter als an ihrer Öffnung. Die Druckstücke 10 und die sie aufnehmenden Nuten 11 besitzen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt, wobei die Nuten 11 zu beiden Stirnflächen des Kupplungsflansches 3 hin offen sind, so daß die Druckstücke 10 von einer Stirnfläche des Kupplungsflansches 3 her in die Nuten 11 eingeschoben werden können. An den mit den Seitenflächen der Nuten korrespondierenden Seitenflächen sind die Druckstücke 10 mit Ausnehmungen 13 versehen, in die das bei Druckbelastung der Druckstücke 10 verdrängte Volumen ausweichen kann. Im Bereich der Drehwinkel δ ist das Gegendrehmoment im wesentlichen bestimmt durch die mit der zunehmenden elastischen Verformung der Druckstücke 10 einhergehende wachsende Federkraft, so daß die Kupplung in dieser Kupplungsstufe weniger drehweich wirkt.

In dem Ausführungsbeispiel ist eine Ausbildung der Kupplung dargestellt, bei der sich die neutrale Stellung der Mitnehmer 5 mit ungleichen Drehwinkeln α und β in der ersten, drehweicheren Kupplungsstufe durch unsymmetrische Anordnung der Mitnehmer 4 im Ringteil 3b bzw. der Mitnehmer 5 an der Nabe 6 ergibt. Diese Ausbildung ist empfehlenswert für Kupplungen, die nur in einer Drehrichtung treibend arbeiten. Ansonsten ist die symmetrische Ausbildung zu wählen, wie in Fig. 1 in der unteren Hälfte punktiert (Mitnehmer 15) dargestellt ist.

Claims (6)

1. Zweistufige drehelastische Wellenkupplung, deren antriebsseitige als ringförmiger Kupplungsflansch mit nach innen weisenden Mitnehmern ausgebildete erste Kupplungshälfte eine als Nabe mit nach außen weisenden Mitnehmern ausgebildete abtriebsseitige zweite Kupplungshälfte umschließt, wobei die Mitnehmer beider Kupplungshälften sich radial überdecken und im Überdeckungsbereich der Mitnehmer diese an einer der Kupplungshälften mit elastischen Druckstücken besetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer der ersten Kupplungshälfte an den ihren inneren Umkreis bestimmenden Kopfflächen mit parallel zur Kupplungsachse verlaufenden Ausnehmungen sowie die Mitnehmer der zweiten Kupplungshälfte mit deren Flanken verbindende konkave Fußflächen versehen sind und daß zwischen den Kupplungshälften elastische Kupplungsbolzen unter Vorspannung angeordnet sind, die zum Teil ihres Umfangs in den Ausnehmungen der ersten Kupplungshälfte einliegen und von den Fußflächen gestützt sind und ferner zwischen den Mitnehmern der einen und den auf die Mitnehmer der anderen Kupplungshälfte aufgesetzten elastischen Druckstücken ein den Verdrehwinkel in der ersten Kupplungsstufe unter der Wirkung der elastischen Kupplungsbolzen allein begrenzendes Spiel vorgesehen ist.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungshälften mit je drei um 120°versetzten Mitnehmern versehen sind.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als ringförmiger Kupplungsflansch ausgebildete erste Kupplungshälfte beiderseits mit auf den Ringteil aufgeflanschten, innen offenen Deckeln verschlossen ist.

4. Wellenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel auch den Außenrand des Nabenteils der zweiten Kupplungshälfte überdecken.

5. Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer im Kupplungsflanschring oder die Mitnehmer auf der Nabe in Umfangsrichtung im Sinne einer ungleichen Spielverteilung (größeres Spiel in Belastungsrichtung als in Gegenrichtung) asymmetrisch versetzt sind.

6. Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Druckstücke an den Mitnehmern der ersten Kupplungshälfte in tiefe Schwalbenschwanznuten eingelassen sind und am Nutengrund eine größere Breite als an der Nutenöffnung (Schwalbenschwanzform) aufweisen und der Überstand zur Nutentiefe etwa im Verhältnis 1 : 2 steht.