DE2001639A1 - Elastische Wellenkupplung mit metallischen Schraubenfedern - Google Patents

Description

• Elastische Wellenkupplung mit metallischen Schraubenfedern Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkuppiung mit metallischen elastischen Elementen in Form von Schraubenfedern.
• Es sind Schraubenfederkupplungen bekannt, bei denen zwischen den Kupplungshälften vorgespannte zylindrische -Schraubenfedern in Umfangsrichtung angeordnet sind und durch Führungskörper in ihrer Lage gehalten werden upplung-Durch derartige Schraubenfederkpplungen wird einerseits eine beachtliche elastische Verdrehung der Kupplungshälften gegeneinander ermöglicht. Die Kupplungen lassen auch in begrenztem Maße winklige, axiale und radiale gegenseitige Verlagerung der zu kuppelnden Wellen zu, wobei allerdings au-ch nicht unbedeutende Reaktionskräfte -von den der Kupplung benachbarten Wellenlagern aufgenommen werden müssen.
• Durch die Charakteristik der Federung, die einen linearen Anstieg des Übertragungsdrehmomentes in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel der Kupplung bringt, ist weiterhin die Entstehung von Resonanzschwingungen im kritischen Drehzahlbereich gegeben, deren schädliche Folgen nur durch den Einbau zusätzlicher Federelemente zur Änderung der Federcharakteristik ohne zusätzliche Dämpfungselemente vermieden werden können.
• Der erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die keines Einbaus-von Zusatzfederungen bedarf und die folgende Eigenschaften vereint: 1) Progessiver Verlauf des Drehmomentes in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel der Kupplungshälften gegeneinander, möglichst entsprechend dem Gesetz: Drehmoment proportional der dritten Potenz des Verdrehwinkels, also Freiheit von Resonanzschwingungen in kritischen Drehzahlbereichen.
• 2) Große zulässige Verdrehwinkel, um starke Ungleichförmigkeitsgrade zu überbrücken.
• 3) Entbehrlichkeit wärmeerzeugendender Dämpfungsvorrichtung.
• 4) Minimale Reaktionskräfte bei radialer, axialer oder winkliger gegenseitiger Verlagerung der zu kuppelnden Wellen, deshalb keine nennenswerten Zusatzkräfte auf die Wellenlagerungen.
• 5) Unempfindlichkeit gegen höhere Umgebungstemperaturen.
• 6) Verwendung von nicht alterndem Federmaterial.
• Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß das eine Wellenende an am anderen Wellenende axial angeordneten Schraubenfedern angreift.
• Zweckmäßig liegt der Angriffspunkt des einen Wellenendes an den Schraubenfedern des anderen Wellenendes etwa in der Mitte der Schraubenfedern.
• Ein grundsätzlicher Vorteil wird dadurch erzielt, die Schraubenfedern zweiteilig auszubilden und aus zwei hintereinander liegenden gleichlangen Schraubenfedern zusammen zu setzen. Demgemäß ist es zweckmäßig, daß an einem Flansch des einen Kupplungsteils gleichmäßig auf dem Flanschumfang verteilt Schraubenzugfedern an einem Ende um radialstehende Achsen schwenkbar angelenkt sind, daß das jeweils andere Ende der Federn abwechselnd in Richtung des Antriebes und des Abtriebes weist, und daß diese jeweils anderen Federenden an zwei Flanschen des anderen Kupplungsteiles ebenfalls um radialstehende Achsen schwenkbar so angelenkt sind, daß die Zugrichtung der Federn bei unbelasteter Kupplung parallel zur Wellenachse verläuft.
• Eine das Erfindungsprinzip vorteilhaft verwirklichende Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, daß eine an einem Wellenende befestigte Kupplungsschalenhälfte über das andere Wellenende greift und die dort angeordneten Schraubenfedern ganz abdeckt.
• Eine abgewandelte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die das andere Wellenende übergreifende Kupplungsschalenhälfte die Schraubenfedern nur etwa zur Hälfte abdeckt, wobei die verbleibende Schraubenfederhälfte durch einen fett- und staubdichten Balg aus elastischem, nichtmetallischem Werkstoff abgeschlossen ist.
• Das von dem einen Wellenende auf das andere übertragene Drehmoment kann durch die Schraubenfedern und durch die das andere Wellenende übergreifende Kupplungsschalenhälfte geleitet werden.
• Zweckmäßig sind die Schraubenfedern an radial verlaufenden Achsbolzen schwenkbar angelenkt. In an den Enden der Schraubenfedern befindlichen Ösen können Lagerbüchsen für die Achsbolzen eingesetzt sein. Die Achsbolzen können auch als Schneidenlager ausgebildet sein.
• Nachfolgend werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert und beschrieben.
• Es zeigen: Figur 1 : Einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform, Figur 2 : Einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform, Figur 3 2 Einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Figur 2 und Figur 4: Eine konstruktive Einzelheit bezgl. der Anlenkung der Schraubenfeder.
• Der in Figur 1 gegebenen Darstellung ist zu entnehmen, daß auf dem einen Wellenende 1 eine das andere Wellenende 2 übergreifende Kupplungsschalenhälfte 4 aufgeschrumpft oder sonstwie befestigt ist. In dem durch die Kupplungsschalenhälfte 4 gebildeten Hohlraum befindet sich ein dem Wellenende 2 verbundenes zylinderförmiges Kupplungsteil 9, aus dem mehrere radialverlaufende Achsbolzen 6 nach außen vortreten. Weitere radialstehende Achsbolzen 6 sind an der Kupplungsschalenhälfte 4 befestigt und treten snach innen vor. Zwischen je zwei dieser Achsbolzen 6 ist jeweils eine Schraubenfeder in axialer Richtung gespannt, die in ihrer Gesamtheit das Drehmoment von dem einen Wellenende auf das andere übertragen.
• In Figur 1 ist auch noch eine etwas abgewandelte Ausführungsform strichpunktiert angedeutet, bei welcher die rechte Hälfte 4' der Kupplungsschalenhälfte wegfällt und durch einen elastischen, nicht metallischen fett- und staubdichten Balg 5 beliebigen Werkstoffs ersetzt ist.
• Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform macht sich das Erfindungsprinzip ebenfalls zunutze, die Schraubenfedern 3 sind diesmal jedoch an zwei Punkte an der übergreifenden Kupplungsschalenhälfte 4 befestigt und in der Mitte mit dem anderen Wellenende verbunden. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
• Der Querschnittsdarstellung nach Figur 3 ist zu entnehmen, daß mehrere Schraubenfedern 3 verhältnismäßig dicllt nebeneinander liegend angeordnet sein können.
• Die Einzeldarstellung gemäß Fig. 4 zeigt, daß die Enden der Schraubenfedern 3 Ösen 7 besitzen, in denen Lagerbuchsen 8 Stecken, die zur Aufnahme der Achsbolzen 6 dienen.
• In der Zeichnung nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die Achsbolzen 6 als Schneidenlager auszubilden.
• Die Wirkungsweise der oben geschilderten Wellenkupplung ist folgende: Die progressive Drehelastizität wird durch in einem Punkt miteinander verbundene zylindrische Schraubenfedern erreicht, die in ihrer unbelasteten Lage eine gemeinsame Längsachse haben. Die Belastung greift am Verbindungspunkt der beiden Schraubenfedern an. Da die Kraftrichtung zunächst senkrecht zur Längsachse der Schraubenfedern ist, können die Schraubenfedern der Belastung keinen Widerstand entgegensetzen, sondern es entsteht eine Auslenkung. Die in Richtung der Belastung wirkende Komponente der Schraubenfederkräfte steht mit der Belastung im Gleichgewicht. Bei zunehmender Belastung ändert sich der Winkel der Schraubenzugfederachsen zur Kraftrichtung und die Federn werden stärker gespannt.
• Deshalb muß bei Vergrößerung der Auslenkung die Belastung überproportional anwachsen. Wie man durch kurze Rechnung zeigen kann, wächst für nicht zu große Auslenkungen die Belastung mit der dritten Potenz der Auslenkung.
• Die Tatsache, daß die Kräfte zur Auslenkung aus der Nulllage zunächst Null sind, gilt nicht nur für die gegenseitige Verdrehung, sondern auch fir die radiale Verlagerung der zu kuppelnden Wellen zueinander. Die Kräfte auf die benachbarten Wellenlager sind bei radialem und winkligem Versatz der Wellen zueinander äußerst gering.
• Die oben geschilderte Wellenkupplung hat mehrere entscheidende Vorteile.
• Der Drehmomentverlauf ist günstig, da das Drehmoment der Kupplung bis zu einem Schrägzug von ca. 300 gegenüber der Richtung der Wellenachse etwa in der dritten Potenz des Verdrehwinkels der beiden Kupplungsteile gegeneinander zunimmt. Durch diese Drehmomentcharakteristik wird die Ausbildung kritischer Drehzahlbereiche mit Resonanzschwingungen verhindert und konstruktive Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung erübrigen sich.
• Der große zulässige Verdrehwinkel der gekuppelten Wellen macht es möglich, mit Hilfe der elastischen Kupplung auch große Ungleichförmigkeitsgrade zu überbrücken.
• Infolge der achsparallelen Zugrichtung der Federn entstehen bei radialem und winkligem Versatz der gekuppelten Wellen nur minimale elastische Reaktionskräfte in der Kupplung, also praktisch überhaupt keine nennenswerten Zusatz-belastungen in den der Kupplung benachbarten Wellenlagern.
• Die Kupplung ist in Folge der Verwendung von Federn aus Stahl oder anderen geeigneten Metallen weitgehend unempfindlich gegen Lauf bei hohen Temperaturen der Umgebung. Ein Nachlassen der elastischen Eigenschaften in Folge Alterung des Materials entfällt.
• In Folge des Fehlens schwingungsdämpfender Elemente entfällt auch jegliche Wärmeentwicklung durch Dämpfungsarbeit.
• Ein weiterer Vorteil liegt in der Wirtschaftlichkeit.
• Schraubenfedern lassen sich sehr billig herstellen und haben eine äußerst günstige Werkstoffausnutzung.

Claims (10)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1.) Elastische Wellenkupplung mit metallischen elastischen Elementen in Form von Schraubenfedern, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wellenende (1) an am anderen Wellenende (2) axial angeordneten Schraubenfedern (3) angreift.

2.) Wellenkupplung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffspunkt an den Schraubenfedern (3) etwa in deren Mitte liegt.

3.) Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekea zeichnet, daß an einem Flansch des einen Kupplungsteils (1,2) gleichmäßig auf den Flanschumfang verteilt Schraubenzugfedern (3) an einem Ende um radialstehende Achsen (6) schwenkbar angelenkt sind, daß das jeweils andere Ende der Federn abwechselnd in Richtung des Antriebes und des Abtriebes weist, und daß diese jeweils anderen Federenden an zwei Flanschen des anderen Kupplung teiles- (1,2) ebenfalls um radialstehende Achsen (6) schwenkbar so angelenkt sind, daß die Zugrichtung der Federn bei unbelasteter Kupplung parallel zur Wellenachse verläuft.

4.) Wellenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zylindrische Schraubenfedern verwendet werden.

5.) Wellenkupplung nach Anspruch 3T dadurch gekennzeichnet, daß eine an einem Wellenende (1) befestigte Kupplungsschalenhälfte (4) über das andere Wellenende (2) greift und die dort angeordneten Schraubenfedern ganz abdeckt.

6.) Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das andere Wellenende (2) übergreifende Kupplungsschalenhälfte (4) die Schraubenfedern nur etwa zur Hälfte abdeckt, wobei die verbleibende Schraubenfederhälfte durch einen fett-und staubdichten Balg (5) aus elastischem, nichtmetallischem Werkstoff abgeschlossen ist.

7.) Wellenkupplung nach den Ansprüchen 5/und/ oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das andere Wellenende übergreifende Kupplungsschalenhälfte an den Schraubenfedern des anderen Wellenendes angreift und das Drehmoment überträgt.

8.) Wellenkupplung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern an radial verlaufenden Achsbolzen (6) schwenkbar angelenkt sind.

9.) Wellenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß e in Ösen (7-) an den Enden der Schraubenfedern Lagerbüchsen (8) für die Achsbolzen (6) eingesetzt sind.

10.)Wellenkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsbolzen als Schneidenlager ausgebildet sind.

L e e r s e i t e