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Wellenkupplung
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Zusatz zu Patentanmeldung P 29 43 921.2 Die Erfindung betrifft eine
Wellenkupplung zwischen einem um eine Eingangsachse umlaufenden Teil und einem um
eine Ausgangsachse umlaufenden Teil, welche einen Knickwinkel zwischen Eingangsachse
und Ausgangsachse zuläßt, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Wellenkupplung ist Gegenstand des Hauptpatents... (Patentanmeldung
P 29 43 921.2) und in den Figuren 15 und 16 des Hauptpatents dargestellt.
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Bei der im Hauptpatent dargestellten Ausführungsform ist das innere
Zwischenglied ein sternförmiger Körper mit drei um jeweils 120° gegeneinander winkelversetzten
Armen. Das äußere Zwischenglied ist ein Ring, der das innere Zwischenglied umgibt.
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Eine Wellenkupplung nach dem Hauptpatent gestattet, wie gesagt, einen
Knickwinkel zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle. Dadurch, daß die erste Kupplungshälfte
nicht direkt über eine Federstahllamelle mit der
zweiten Kupplungshälfte
verbunden ist sondern indirekt über ein Zwischenglied und zwei Federstahllamellen,
wird die effektive Länge der Federstahllamellen bei kompakter Bauweise der Wellenkupplung
vergrößert.
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Hierdurch erhöht sich die Flexibilität der Wellenkupplung bei Winkelversatz
zwischen Eingangsachse und Ausgangsachse. Für eine Drehrichtung erfolgt die Drehmomentübertragung
bei Zugbelastung der Federstahllamellen über das innere Zwischenglied, während bei
der anderen Drehrichtung die Drehmomentübertragung ebenfalls bei Zugbelastung der
Federstahllamellen über das äußere Zwischenglied erfolgt.
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Die Wellenkupplung nach dem Hauptpatent gestattet zwar einen Knickwinkel
zwischen Eingangsachse und Ausgangsachse, nicht jedoch einen Radialversatz der Wellen
gegeneinander.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung, die
nach dem Prinzip von Fig. 15 und 16 des Hauptpatents. aufgebaut ist, so auszubilden,
daß sie auch einen Radialversatz der Wellen zuläßt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs
1 angegebenen.Maßnahmen gelöst.
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Bei einer solchen Konstruktion kann durch einen Knickwinkel zwischen
der Eingangsachse und einen entgegengesetzten Knickwinkel zwischen der Achsen der
Zwischenglieder und der Ausgangsachse infolge der axialen Länge der Zwischenglieder
ein Radialversatz der Achsen aufgenommen werden.
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Die Geometrie ist dabei ähnlich wie bei bekannten Zahnkupplungen.
Gegenüber üblichen Zahnkupplungen bietet die erfindungsgemäße Konstruktion jedoch
den Vorteil, daß die Kupplung bei gleichen Abmessungen stärker belastbar ist, daß
keine Schmierung erforderlich ist und die Kupplung auch sonst verschleiß- und wartungsfrei
ist, da keine aufeinandergleitenden Teile vorhanden sind. Die Kupplung kann auch
axiale Bewegungen der Wellen gegeneinander besser ausgleichen als vorbekannte Lamellenkupplungen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme
auf de zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch
eine erfindungsgemäße Wellenkupplung längs der Linie I-I von Fig. 2.
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Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Wellenkupplung längs der
Linie II-II von Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
einer Wellenkupplung längs der Linie III-III von Fig.4.
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Fig. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie IV-IV von Fig. 3.
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Die Wellenkupplung enthält eine erste Kupplungshälfte 10 mit einer
Nabe 12 mit welcher die Kupplungshälfte 10 in üblicher Weise auf die eine der miteinander
zu kuppelnden Wellen aufsetzbar ist. An der Nabe 12 sind drei um jeweils 1200 gegeneinander
winkelversetzte radiale Ansätze 14,16,18 vorgesehen. Eine zweite Kupplungshälfte
20 enthält eine Nabe 22, mit welcher die
Kupplungshälfte 20 auf
die andere der beiden miteinander zu kuppelnden Wellen aufsetzbar ist. An der Nabe
22 sind ebenfalls drei um jeweils 1200 gegeneinander und um 600 gegen die benachbarten
Ansätze 14,16,18 der ersten Kupplungshälfte 10 winkelversetzte radiale Ansätze 24,26,28
angebracht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist in der Ruhestellung der Kupplung
bei fluchtenden Achsen der Ansatz 26 der zweiten Kupplungshälfte um 600 gegenüber
dem Ansatz 14 der ersten Kupplungshälfte 10 winkelversetzt. Entsprechend ist der
Ansatz 24 der zweiten Kupplungshälfte 20 um 600 gegenüber dem Ansatz 18 der ersten
Kupplungshälfte 10 winkelversetzt, und der Ansatz 28 der zweiten Kupplungshälfte
20 ist um 60° gegenüber dem Ansatz 16 der ersten Kupplungshälfte winkelversetzt.
Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist dann der Ansatz 24 der zweiten Kupplungshälfte
20 um 1800 gegen den Ansatz 14 der ersten Kupplungshälfte 10, der Ansatz 26 der
zweiten Kupplungshälfte 20 um 1800 gegen den Ansatz 16 der ersten Kupplungshälfte
10 und der Ansatz 28 um 1800 gegen den Ansatz 18 der ersten Kupplungshälfte 10 winkelversetzt.
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Mit 30 ist ein inneres Zwischenglied und mit 32 ein äußeres Zwischenglied
bezeichnet. Das innere Zwischenglied weist drei um jeweils 120° gegeneinander und
um 300 in einer ersten Richtung (im Uhrzeigersinn von Fig. 1) gegen die Ansätze
14,16,18 der ersten Kupplungshälfte winkelversetzte und radial nach außen vorspringende
Ansätze 34,36,38 auf. Das äußere Zwischenglied 32 weist ebenfalls drei um jeweils
1200 gegeneinander und um 300 in der entgegengesetzten, zweiten Richtung (gegen
den Uhrzeigersinn in Fig. 1) gegen die Ansätze 14,16,18 der ersten Kupplungshälfte
10 winkelversetzte, radial nach innen vorspringende Ansätze 40, 42,44 auf (Fig.
1).
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Es sind drei erste Systeme von Lenkern in Form von je zwei Federstahllamellen
46,48 (Fig. 1) vorgesehen, von denen jeweils eine Federstahllamelle sich von einem
Ansatz (z.B. 14) der ersten Kupplungshälfte 10 in der ersten Richtung, also im Uhrzeigersinn
von Fig. 1 um die Wellen herum, zu einem Ansatz (z.B. 44) des äußeren Zwischenglieds
32 und eine weitere Federstahllamelle 48 sich von diesem Ansatz 44 weiter in der
ersten Richtung zu einem Ansatz 24 der zweiten Kupplungshälfte erstreckt, welcher
gegenüber dem zugehörigen Ansatz 14 der ersten Kupplungshälfte 10 um 1800 winkelversetzt
ist. Der Deutlichkeit halber ist in Fig. 1 nur ein solches System von Federstahllamellen
mit den Federstahllamellen 46 und 48 dargestellt, über welche eine Verbindung zwischen
dem Ansatz 14 der ersten Kupplungshälfte und dem Ansatz 24 der zweiten Kupplungshälfte
hergestellt wird. Entsprechende Systeme mit Paaren von Federstahllamellen verbinden
die Ansätze 16 und 26 und die Ansätze 18 und 28.
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Es sind weiterhin drei zweite Systeme von Lenkern in Form von je zwei
Federstahllamellen 50 und 52 vorgesehen, von denen jeweils eine Federstahllamelle
50 sich von einem Ansatz (z.B. 14) der ersten Kupplungshälfte 10 in der zweiten
Richtung, also entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 1 um die Wellen herum, zu einem
Ansatz, z.B. 38 des inneren Zwischenglieds 30 und eine weitere sich von diesem Ansatz
38 weiter in der zweiten Richtung zu dem Ansatz 24 der zweiten Kupplungshälfte 20
erstreckt, welcher gegenüber dem zugehörigen Ansatz 14 der ersten Kupplungshälfte
um 180° winkelversetzt ist. Entsprechende Systeme von jeweils zwei Federstahllamellen
verbinden über das innere Zwischenglied 30 die Ansätze 16 und 26 sowie die Ansätze
18 und 28. Auch diese Systeme sind in Fig. 1 der Deutlichkeit halber weggelassen.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind bei der vorliegenden Wellenkupplung
die Ansätze 14,16,18 bzw.
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24,26,28 der beiden Kupplungshälften 10 und 20 an den einander abgewandten,
axial äußeren Enden der Naben 12 bzw. 22 vorgesehen. Die Kupplungshälften sind also
im Vergleich zu Fig. 15 und 16 des Hauptpatents gewissermaßen umgekehrt auf die
Enden der miteinander zu kuppelnden Wellen aufgesetzt. Das äußere und das innere
Zwischenglied 32 bzw. 30 sind zwei langgestreckte rohrförmige Teile, die koaxial
zueinander um die Nabe 12 und 22 herum angeordnet sind.
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Die Ansätze an dem äußeren und dem inneren Zwischenglied 32 bzw. 30
enthalten bei dieser Ausführung je einen Ansatzteil, z.B. 34A und 36A an dem einen,
der ersten Kupplungshälfte 10 zugewandten, und einen Ansatzteil, z.B. 34B,36B, an
dem anderen, der zweiten Kupplungshälfte 20 zugewandten Ende des betreffenden Zwischenglieds
30 bzw. 32. Die jeweils mit der ersten Kupplungshälfte verbundenen Federstahllamellen
sind mit dem Ansatzteil an dem einen Ende und die mit der zweiten Kupplungshälfte
verbundenen Federstahllamellen sind mit dem Ansatzteil an dem anderen Ende verbunden.
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Beispielsweise sind also die Federstahllamellen 46 und 50, die an
dem Ansatz 14 der ersten Kupplungshälfte 10 befestigt sind, an den (in Fig. 2 nicht
sichtbaren) linken Ansatzteilen der Ansätze 38 und 44 befestigt.
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Die Federstahllamellen 48 und 52, die mit dem Ansatz 24 der zweiten
Kupplungshälfte 20 verbunden sind, sind an den (in Fig. 2 ebenfalls nicht sichtbaren)
rechten Ansatzteilen der Ansätze 44 bzw. 38 befestigt.
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Die Befestigung der Federstahllamellen an den Ansätzen erfolgt durch
Bolzen 54 (vgl. Ansatz 14 in Fig. 2) welche durch Durchbrüche an den Enden der Federstahllamellen
46,50 und eine Bohrung des Ansatzes 14 hindurchgesteckt sind und durch jeweils eine
Mutter 56 festgezogen werden. Zwischen dem Kopf des Bolzens 54
und
der benachbarten Federstahliamelle 50, zwischen den Federstahllamellen 50 und 46
und zwischen der Federstahllamelle 46 und der Stirnfläche des Ansatzes 14 sind jeweils
Abstandsscheiben 58 eingelegt.
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Da die Systeme von Federstahllamellen, die mit dem inneren bzw. mit
dem äußeren Zwischenstück 30 bzw. 32 verbunden sind, jeweils in regelmäßiger Anordnung
um 1200 gegeneinander versetzt angeordnet sind, heben sich die auf die Zwischenstücke
ausgeübten Radialkomponenten der Kräfte auf, so daß die Zwischenstücke 30 und 32
einwandfrei gehalten sind.
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Die beschriebene Anordnung gestattet eine Winkelbewegung der Zwischenstücke
30 und 32 gegenüber der Kupplungshälfte 10 beispielsweise im Uhrzeigersinn, d.h.
nach unten in Fig. 2. Es ist ebenso eine Winkelbewegung zwischen den Zwischenstücke
30 und 32 einerseits und der Kupplungshälfte 20 andererseits möglich, so daß beispielsweise
die Kupplungshälfte 20 gegenüber dem Zwischenstück 30 und 32 entgegen dem Uhrzeigersinn
um den gleichen Winkel verschwenkbar ist, um den die Zwischenstücke 30 und 32 im
Uhrzeigersinn gegenüber der Kupplungshälfte 10 verschwenkt worden waren. Infolge
der Länge der Zwischenstücke 30 und 32 entspricht das einem Radialversatz der Kupplungshälften
10 und 20 gegeneinander.
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Die beschriebene Kupplung gestattet also nicht nur einen Winkelversatz
wie die Kupplung nach Fig. 15 und 16 des Hauptpatents sondern zusätzlich auch noch
einen Radialversatz. Dabei sind die axialen wie die radialen Abmessung der Kupplung
nicht größer als dort.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist in ihrer Funktion ähnlich
wie die Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, und entsprechende Teile sind mit den
gleichen Bezugszeichen versehen wie dort.
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Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 die Ansätze 14,16,18
bzw. 24,26,28 der beiden Kupplungshälften 10 und 20 an den einander abgewandten,
axial äußeren Enden der Naben 12,22 vorgesehen sind, sind die Ansätze 14,16,18 und
24,26,28 hier an den einander zugewandten Enden der Naben 12 und 22 angeordnet.
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Die Naben 12-und 22 enthalten jeweils einen rohrförmigen, mit der
Welle verbindbaren Innenteil 12A bzw. 22A und einem dazu konzentrischen, ebenfalls
rohrförmigen, die Ansätze 14,16,18 bzw. 24,26,28 tragenden Außenteil 12B bzw. 22B.
Zwischen Innenteil 12A bzw. 22A und Außenteil 12B bzw. 22B sitzt jeweils ein Mantel
12C bzw. 22C aus gummielastischem Material.
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Bei der Nabe 12 sind Innen- und Außenteile 12A und 12B gerade Rohrstücke
mit im wesentlichen zylindrischen Innen- und Außenflächen.
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Bei der Nabe 22 besitzt der Innenteil 22A eine doppelkonische, sich
zu den Enden hin verjüngende Außenfläche 60. Der Außenteil 22B ist zweiteilig aus
zwei rohrförmigen Hälften 22B1 und 22B2 mit konischen Innenflächen 62,64 ausgebildet.
Die beiden Hälften weisen an den den größeren Innendurchmessern entsprechenden Enden
radiale Flansche oder Laschen 66,68,70 auf die durch Schraubbolzen 72 und Muttern
74 gegeneinander festgezogen sind.
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Der Mantel 22C aus gummielastischem Material ist von zwei Hälften
22C1 und 22C2 gebildet, von denen jeweils eine zwischen einem konischen Teil der
Außenfläche 60 des Innenteils 22A und einer Hälfte 22B1 bzw.
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22B2 des Außenteils unter Vorspannung gehalten ist.
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Es können dabei zunächst die beiden Hälften 22B1 und 22B2 in einem
Abstand voneinander gehalten werden, welcher durch die gewünschte Vorspannung des
Mantels 22C bestimmt ist. Dann werden die beiden Hälften 22C1 und 22C2 des Mantels
22C gegossen, und anschließend werden die Hälften 22B1 und 22B-2 des Außenteils
22B durch die Schraubbolzen 72 und Muttern 74 zusammengezogen. Dadurch wird die
gewünschte Vorspannung des Mantels 22C erhalten.
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Die Kupplung nach Fig. 3 und 4 gestattet nicht nur einen Knickwinkel
und einen Radialversatz zwischen Eingangs- und Ausgangsachse. Sie ist auch in Umfangsrichtung
elastisch.
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Statt dreier um jeweils 1200 gegeneinander winkelversetzter Systeme
von Federstahllamellen können auch ggf. nur zwei solche Systeme vorgesehen sein,
die um 1800 gegeneinander winkelversetzt sind.