DE2636382A1

DE2636382A1 - Hochleistungs-kupplung

Info

Publication number: DE2636382A1
Application number: DE19762636382
Authority: DE
Inventors: Claude Perret
Original assignee: FA CEFILAC; Cefilac SA
Current assignee: Ugivis Belley Fr
Priority date: 1975-08-14
Filing date: 1976-08-12
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE7625347U1; FR2321069A1; IT1123659B; US4073160A; FR2321069B1; JPS5222644A; ES450615A1; DE2636382B2; SE7608987L; DE2636382C3; GB1557036A; SE426093B; JPS5648736B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochleistungs-Kupplung zum Übertragen eines Drehmomentes von einem treibenden auf ein getriebenes Bauteil.

Die in der Erfindungsbeschreibung benutzten Bezeichnungen sind folgendermaßen definiert:

Mitnahmemantellinie ist die Kante, die durch den Schnitt von zwei aneinanderstoßenden, zur Drehachse des treibenden oder des getriebenen Bauteils parallelen Ebenen erzeugt worden ist und mit einer ebenen Fläche mit zur Drehachse des anderen Bauteils paralleler Mantellinie in Berührung kommt;

Angriffswinkel ist der spitze Winkel, den die Winkelhalbierende Ebene eines Zahnes mit einer der ebenen Flächen dieses Zahnes bildet; Zahnkopf -Durchmesser ist der größte, über die Zähne gemessene Durchmesser des eindringenden Bauteils, während er beim aufnehmenden Bauteil der kleinste, über die Zähne gemessene Durchmesser ist; Zahnfuß -Durchmesser ist beim eindringenden Bauteil der kleinste, beim aufnehmenden Bauteil der größte Durchmesser.

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Schon seit langem ist eine Kupplung mit sechseckiger Konfiguration bekannt, die es gestattet, ein Drehmoment von einem Bauteil auf ein anderes zu übertragen, wobei jedes Bauteil sechs Flächen, sechs Kanten und sechs zwischen zwei einander benachbarten Flächen gemessene Winkel von 120° aufweist. Trotz der unleugbaren Qualitäten einer solchen Kupplung wurde das Vorhandensein von größeren Nachteilen festgestellt, die eine derartige Konfiguration in bestimmten Anwendungsfällen wenig geeignet machten.

Aufgrund des Spiels, das gewöhnlich zwischen dem treibenden und dem getriebenen Bauteil bestand und sich aus den Fertigungstoleranzen ergab, neigten daher beispielsweise die sich gegenüberliegenden Flächen jedes der beiden Bauteile im Zeitpunkt des Auftragens des Drehmomentes dazu, sich zueinander schräg zu stellen statt parallel zu bleiben und folglich bestand die zustande gekommene Berührung nicht zwischen Fläche und Fläche, sondern zwischen Fläche und Kante. Selbstverständlich waren dann die vom Drehmoment erzeugten Beanspruchungen auf punktförmige, den Mitnahmemantellinien entsprechende Berührungszonen konzentriert.

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Da folglich zu Beginn des Drehmomentangriffs jede Kante mit jeder Mitnahmemantellinie zusammenfiel, riefen die genannten Beanspruchungen die rasche Zerstörung dieser Kanten und die Verlagerung der Mitnahmemantellinien hervor. Es kam dann zu relativem Gleiten zwischen den beiden Bauteilen und es wurde unvermeidlich notwendig, eine solche Kupplung zu ersetzen.

In der Folge wurde zur Überwindung eines solchen Nachteils vorgeschlagen, eine derartige Kupplung mit einer doppelten Anzahl von Flächen zu versehen, d.h., eine Baugruppe zu verwenden, bei der die Anzahl der Berührungsstellen "Fläche-Kante" des treibenden und des getriebenen Bauteils dann verdoppelt war und bei der dadurch die Flächenpressungen gegenüber der sechseckigen Kupplung um die Hälfte vermindert waren.

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Der Angriffswinkel war dann jedoch größer, wodurch er eine raschere Zerstörung der genannten Kanten begünstigte, und rief somit den gleichen, bei der oben erwähnten Kupplung schon festgestellten Fehler in Form von Gleiten hervor.

Es ist auch eine Konfiguration bekannt, die von sechs Nuten mit rechtwinkligen Flächen gebildet ist, die über den Umfang des getriebenen Bauteils verteilt sind, wobei das treibende Bauteil mit den gleichen, zur genuteten Fläche des getriebenen Bauteils komplementären Nuten versehen ist. Diese Konfiguration hat einen kleinen Angriffswinkel, der für die Qualität der Mitnahme besonders günstig ist, verfügt jedoch je Nut des getriebenen Bauteils nur über eine Mitnahmemantellinie und weist somit die gleichen Nachteile wie die Konfiguration mit sechs Flächen oder Kanten auf, d.h., die Zahl der Mitnahmemantellinien ist gleich der Zahl der Nuten. Beim Anlegen des Drehmomentes wird somit an den Kanten eine zu große Kraft erzeugt, die zu Verformungen der Kanten führt, welche das Vorhandensein eines immer größer werdenden Spiels zwischen den beiden Bauteilen begünstigt.

Spät et wurde vorgeschlagen, die Konfiguration mit sechs Nuten durch Verdoppeln der Nutenzahl zu verbessern. Obwohl auf diese Weise die Zahl der Mitnahmemantellinien von 6 auf 12 erhöht worden war und der Angriffswinkel noch immer sehr klein war, traten doch Nachteile auf, die sich im Betrieb als sehr schwerwiegend erwiesen, wie z.B. ein zu kleiner Unterschied zwischen dem "Zahnkopf¹¹- und dem "Z ahnfuß "-Durchmesser. Daraus ergaben sich die Verwendung von gekrümmten Flächen anstelle der ebenen Flächen der Kupplung mit sechs Nuten und demzufolge die Verformung der genannten Zähne und das relative Gleiten zwischen den beiden treibenden und getriebenen Bauteilen.

Schließlich wurde in jüngerer Zeit eine sechslappige Konfiguration vorgeschlagen, die aus einer Folge von gekrümmten, konvexen und konkaven Flächen besteht, die durch Radien

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verschiedener Abmessungen erzeugt worden sind. Obwohl diese Konfiguration beträchtliche Vorteile hat, die sich in einem Angriffswinkel von kleinem Betrag und in einer Zahntiefe äußern, die sich aus dem Unterschied zwischen dem Zahnkopf- und dem Zahnfußdurchmesser ergibt, bestehen trotz allem größere Nachteile, die ihre Anwendung bedenklich machen. Unter diesen Nachteilen ist insbesondere aufgrund des zum Ineinanderfügen der beiden Bauteile notwendigen Spiels als erster ein den früheren Ausführungsformen gemeinsamer Nachteil zu nennen, der darin besteht, daß die Zahl der Mitnahmemantellinien gleich ist der Zahl der lappen. Wenn es sich darum handelt, einen Schraubenkopf zu drehen, hat es sich darüber hinaus als höchst zweckmäßig herausgestellt, über einen speziellen Schraubenschlüssel zu verfügen, da sich die Verwendung eines herkömmlichen Schraubenschlüssels, beispielsweise in der Art eines Maulschlüssels, als ungeeignet erwies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile auszuschalten.

Bei der Hochleistungs-Kupplung zum Übertragen eines Drehmomentes von einem treibenden auf ein getriebenes Bauteil, wobei jedes der beiden Bauteile wenigstens zwei Zähne aufweist, die zur Drehachse symmetrisch sind und zu dieser Achse parallele Mantellinien haben und von denen jeder von ebenen !Flächen gebildet ist, die zu seiner Winkelhalbierenden Ebene symmetrisch und durch gekrümmte Flächen verbunden sind, ist erfindungsgemäß jeder Zahn mit wenigstens vier ebenen Flächen, wenigstens zwei Mitnahmemantellinien für eine gegebene Drehrichtung und mit wenigstens zwei verschiedenen Angriffswinkeln versehen.

Der grundsätzliche Vorteil, den der Zahn mit wenigstens vier ebenen Flächen der Kupplung nach der Erfindung darstellt, beruht darauf, daß an jedem Zahn zwei Mitnahmemantellinien vorhanden sind, während bei dem Zahn mit konvex und konkav gerundeten Flächen der sechslappigen Kupplung aufgrund des

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normalen Spiels, das sich bei dieser Kupplung aus der Betriebstoleranz der Bauteile ergibt, sich die beiden treibenden und getriebenen Bauteile an jedem Lappen an einer einzigen "Mitnahmemantellinie" berühren.

Dank der Erhöhung der Zahl der Flächen am genannten Zahn, d.h. dank der Erhöhung der Zahl der Mitnahmemantellinien, sind somit die Flächenpressungen in gleichem Maße verringert, was eine bemerkenswerte Verlängerung der Lebensdauer der genannten Kupplung gestattet.

Wenn der Zahn vier ebene Flächen hat, die zu seiner Winkelhalbierenden Ebene symmetrisch sind,· zeigt sich zudem, daß das getriebene Bauteil vom treibenden Bauteil an zwei Angriffswinkeln^ und β mitgenommen wird, die voneinander verschieden, jedoch noch von kleiner Öffnung bzw. von kleinem Betrag sind, während bei allen anderen Ausführungsformen des Standes der Technik die genannte Mitnahme von einem einzigen Angriffswinkel erzeugt wird.

Somit gewährleistet die Kombination der Angriffswinkel mit den M^tnahmemantellinien die Verringerung der Flächenpressungen durch die Unterteilung der mechanischen Beanspruchungen und ist dadurch der Grund für die lange Lebensdauer und die Betriebssicherheit der Kupplung nach der Erfindung.

In einem solchen Fall beträgt der Winkele* zwischen 58 und 62°, während der Winkel/3 zwischen 10 und 30°, vorzugsweise zwischen 15 und 25° beträgt.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform, bei der der Zahn von sechs ebenen Flächen gebildet ist, die zu seiner Winkelhalbierenden Ebene symmetrisch sind, sind drei Mitnahmemantellinien und drei Angriffswinkel *c , β und / vorhanden. In diesem Falle beträgt der Angriffswinkel «C zwischen 58 und 62°, der Angriffswinkel β zwischen 25 und 30° und der Angriffswinkel f zwischen 10 und 20°.

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Ausfühningsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 und 2 eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht von oben eines eindringenden Bauteils der Kupplung,

Fig. 3 einen Schnitt senkrecht zur Drehachse des eindringenden und des aufnehmenden Bauteils in dem Augenblick, in dem das Mitnahmemoment erzeugt wird,

Fig. 4 und 5 die Vergrößerung eines Zahnes der in Fig. dargestellten Außen- und Innenverzahnung in der anfänglichen Eingriffsstellung (Fig. 4) und beim Übertragen des Drehmomentes (Fig. 5),

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer mit einem vertieft ausgebildeten aufnehmenden Bauteil versehenen Schraube und des entsprechenden mitnehmenden, eindringenden Bauteils,

Fig. 7 die Kupplung nach der Erfindung in der Stellung Ϊ zum übertragen des Drehmomentes,

Fig. 8, 9 und 10 zum Vergleich Kupplungen gemäß dem Stand der Technik beim Übertragen desselben Drehmomentes, und

Fig. 11 eine Vergrößerung eines der in Fig. 9 dargestellten Lappen beim übertragen des Drehmomentes.

Das in Fig. 1 dargestellte Bauteil weist einen Kopf 1 auf, der sechs Zähne 2 hat, von denen jeder aus vier ebenen Flächen 3» 4, 5 und 6 zusammengesetzt ist.

In Fig. 2, die den Kopf 1 von oben zeigt, sind die sechs Zähne 2 und die vier ebenen Flächen 3» 4, 5 und 6 jedes Zahnes 2 in entsprechender Anordnung zu erkennen.

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Der in Pig. 3 dargestellte Schnitt in einer zur Drehachse der Baugruppe senkrechten Ebene zeigt ein eindringendes, treibendes Bauteil 7, das sich in der von einem Pfeil 8 angegebenen Richtung dreht und ein aufnehmendes, getriebenes Bauteil 9 mitnimmt oder antreibt.

Das Bauteil 7 weist sechs erhabene Zähne, beispielsweise sechs Zähne 2 auf, von denen jeder mit den oben beschriebenen ebenen Flächen 3,4, 5 und 6 versehen ist, die zur Winkelhalbierenden Ebene 10 des Zahnes 2 paarweise symmetrisch sind.

Das Bauteil 9 ist von sechs Innenzähnen oder vertieften Zähnen 11 gebildet, von denen jeder vier ebene Flächen 12, 13» 14 und 15 aufweist, die zur Winkelhalbierenden Ebene 16 paarweise symmetrisch sind.

Sobald das eindringende Bauteil 7 in das aufnehmende Bauteil 9 eingefügt worden ist (Fig. 4), sind die ebenen Flächen 3, 4, 5 und 6 bzw. 12, 13» 14 und 15 der erhabenen Zähne 2 und der vertieften Zähne 11 parallel zueinander angeordnet, wie am Beispiel der Flächen 3 und 12 gezeigt. Der zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen 3» 4, 5» 6 und 12, 13» 14, 15 bestehende freie Raum 17 bildet die Fertigungstoleranz der beiden Bauteile 7 und 9» ohne die die beiden Bauteile 7 und ineinandergepreßt werden müßten.

Beim Anlegen des Drehmomentes am eindringenden Bauteil 7 im Sinne des die Drehrichtung angebenden Pfeils 8 (Fig. 5) legt sich die Fläche 5 des eindringenden Bauteils 7 mit Mitnahmemantellinien 18 und 19 an die Flächen 14 und 15 des aufnehmenden Bauteils 9 an. Die Angriffswinkel ** und β sind mit 20 und 21 bezeichnet.

Es ergibt sich folglich, daß das eindringende Bauteil 7 und das aufnehmende Bauteil 9 sich nicht Fläche an,Fläche, sondern Kante an Fläche berühren.

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Fig. 6 zeigt eine Baugruppe mit einem aufnehmenden Bauteil 9 in Gestalt einer Schraube mit Hohl- oder Innenprofil und einem eindringenden Bauteil 7 in Gestalt eines Schraubenschlüssels gleicher Konfiguration. Die Bauteile 9 und 7 sind mit Zähnen 11 und 2 versehen, die zum Übertragen des Antriebsmomentes ineinandergreifen.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 7, 8, 9 und 10 ist es wichtig, die grundsätzlichen Elemente zu beachten, welche die Kupplung nach der Erfindung von den Kupplungen gemäß dem Stand der Technik unterscheiden.

Gemäß Fig. 7» die einen Schnitt senkrecht zur Drehachse der Kupplung nach der Erfindung zeigt, legt sich das eindringende Bauteil 7» das vom Drehmoment entsprechend dem Pfeil 8, der beispielsweise die Drehrichtung angibt, angetrieben ist, mit den Mitnahmemantellinien 18 und 19 an das aufnehmende Bauteil 9 an.

Die Fig. 8, 9 und 10, welche Schnitte senkrecht zur Drehachse der sechseckigen, sechslappigen und sechszähnigen Kupplungen darstillen, deren eindringendes Bauteil 7 vom Drehmoment in derselben Richtung gemäß Pfeil 8 angetrieben ist, zeigen dagegen sehr deutlich, daß nur eine einzige Mitnahmemantellinie 22 je Zahn vorhanden ist, die sich aus der Berührung der mitgenommenen Fläche an der mitnehmenden Fläche ergibt.

Fig. 11, welche eine Vergrößerung eines der Lappen gemäß Fig. 9 darstellt, zeigt mit äußerster Genauigkeit das Vorhandensein einer einzigen Mitnahmemantellinie 22 je Lappen, wenn sich das eindringende Bauteil 7 unter der Wirkung des Antriebsmomentes, das beispielsweise entsprechend dem Pfeil 8 übertragen wird, an das Bauteil 9 anlegt.

Die Konfiguration nach der Erfindung ist nicht nur bei den erhabenen oder herausragenden Köpfen der getriebenen Elemente, sondern auch bei den Mitnahmeprofilen des vertieften oder

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aufnehmenden ü?yps anwendbar. Die Erfindung ist auch, auf verschiedene Erzeugnisse anwendbar, darunter Schrauben, Muttern und die entsprechenden Spannschlüssel, sowie auf Verbindungsstücke und andere Übertragungskupplungen im allgemeinen, sowie auf die bei diesen Verbindungsstücken oder Kupplungen zu verwendenden Werkzeuge, unter denen die Spannschlüssel mit eindringendem oder aufnehmendem Angriffselement genannt werden können.

/Ansprüche 709807/0358

Claims

ANSPRÜCHE

1. Hochleistungs-Kupplung zum übertragen eines Drehmomentes von einem treibenden auf ein getriebenes Bauteil, insbesondere für Drehmomentübertragungsverbindungen, Werkzeuge, Schrauben, Muttern und Spannschlüssel, wobei jedes der beiden Bauteile wenigstens zwei Zähne aufweist, die zur Drehachse symmetrisch sind und zu dieser Achse vorzugsweise parallele Mantellinien haben und von denen jeder von ebenen Flächen gebildet ist, die vorzugsweise symmetrisch zu ihrer Winkelhalbierenden, die Kupplungsachse enthaltenden Ebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Zahn (2, 11) mit wenigstens vier ebenen Flächen (3,4,5,6; 12,13,14,15), wenigstens zwei Mitnahmemantellinien (18, 19) für eine gegebene Drehrichtung und mit wenigstens zwei verschiedenen Angriffswinkeln oC und

β (20, 21) versehen ist. Ϊ

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahn (2, 11) mit höchstens sechs ebenen Flächen, höchstens drei Mitnahmemantellinien für eine gegebene Drehrichtung und mit höchstens drei verschiedenen Angriffswinkeln (of / β , f ) versehen ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn jeder Zahn (2,11) mit vier ebenen Flächen (3,4,5,6; 12,13,14,15) versehen ist, der Angriffswinkel«^ (20) 58 bis 62° und der Angriffswinkel /?(21) 10 bis 30°, vorzugsweise 15 bis 25° beträgt.

4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Angriff swinkel (*, ^ , f (20,21) verschieden sind und daß der AngriffswinkelQT (20) 58 bis 62°, der Angriffswinkel/? (21) 25 bis 30° und der Angriffswinkel/ 10 bis 20° beträgt. 709807/0358

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