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Drehelastische Wellenkupplung
Die Erfindung betrifft eine drehelastische Wellenkupplung mit einem zwischen zwei starren Kupplungshälften eingespannten und mit diesen durch Verzahnung formschlüssig verbundenen, das Drehmoment übertragenden Hohlkörper aus elastischem Material. Der elastische Hohlkörper wird beim axialen Zusammenschieben der Kupplungshälften auf Torsion beansprucht und stellt so die in bestimmten Grenzen nachgiebige Verbindung zwischen den beiden Kupplungshälften her. Solche Kupplungen bieten dank der elastischen Eigenschaft des eingeschalteten Gummihohlkörpers den Vorteil, dass die zu verbindenden Wellen nicht unbedingt genau gleichachsig zueinander liegen müssen, sondern auch etwas gegeneinander versetzt und/oder unter einem nicht allzu grossen Winkel zueinander stehen können.
Bei Kupplungen dieser Art wird der elastische ringförmige Hohlkörper üblicherweise mit Hilfe von durch Schraubenbolzen zusammengehaltenen Klemmringen, Klemmbacken oder ähnlichen Befestigungselementen mit den starren Kupplungshälften verbunden. Bei einer bekannten elastischen Kupplung ist das elastische Zwischenglied aus zwei scheibenförmigen Kupplungshälften zusammengesetzt, die an ihren äusseren Randzonen mittels Schrauben oder Nieten verbunden sind. Eine solche Kupplung ergibt einen nur kleinen elastischen Drehbereich und lässt kardanische Bewegungen nicht zu.
Bekannt sind ferner auf die starren Kupplungshälften aufschraubbare oder aufklemmbare Formschlusshalter, welche den elastischen Hohlkörper und die starren Kupplungshälften mit Vor-und Rücksprüngen in gegenseitigem Eingriff halten. Die zu diesen Verbindungsarten notwendigen Verbindungselemente vergrössern den Platzbedarf und erhöhen das Gewicht der Kupplung. Ausserdem erschweren sie die Montage und Demontage der Kupplung und stellen schliesslich auch eine Gefahrenquelle insofern dar, als die Halteglieder sich lockern können.
Schliesslich ist auch schon vorgeschlagen worden, den elastischen Hohlkörper ausschliesslich durch lose ineinander geschobene Verzahnungen mit den beiden Kupplungshälften zu verbinden. Zur Sicherung des Zahneingriffes ist es dabei unerlässlich, die Verzahnungen der starren Kupplungshälften über eine grössere Länge in die Verzahnungen des muffenförmigen elastischen Hohlkörpers einzuschieben.
Ausserdem muss das Zwischenglied in sich eine gewisse Steifigkeit haben und zu diesem Zweck aus verschiedenen Materialien, nämlich unelastischem bzw. wenig elastischem Material, wie z. B. Gewebe, und elastischem Material, beispielsweise Gummi oder elastischem Kunststoff, aufgebaut werden, wobei die Oberflächen der elastischen Zahnungskörper wiederum noch einen besonderen Schutz- und Versteifungsüberzug erhalten milssen. Zufolge der langen Eingriffstrecken der Verzahnungen in die Gegenverzahnungen beider Kupplungshälften und zufolge des mehrschichtigen Aufbaues des Zwischengliedes ist dessen Drehelastizität weitgehend eingeschränkt und eine elastische Verformbarkeit des Mittelabschnittes des Hohlkörpers in axialer Richtung völlig ausgeschlossen.
Durch die Erfindung ist eine besonders einfache, billig herstellbare und in der Betriebsweise zuverlässige und vollbefriedigende drehelastische Kupplung von geringem Gewicht geschaffen worden, die ohne besondere Befestigungselemente leicht zusammengebaut bzw. wieder auseinandergebaut werden kann. Dies ist nach der Erfindung dadurch erreicht, dass beide Enden des elastischen Hohlkörpers an den den Verzahnungen abgekehrten Flächen kegelig geformt sind und die ihnen zugeordneten Kupplunghälften je eine ringförmige Nut mit Gegenverzahnung und einer kegeligen Gegenfläche aufweisen, auf die beim axialen Zusammenschieben der Kupplungshälften das kegelige Ende des Hohlkörpers unter elastischer radialer Verformung desselben und unter festem Ineinanderdrücken der Verzahnungen aufgleitet.
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Eine in dieser Weise ausgebildete, drehelastische Kupplung bringt gegenüber den bisher bekannten drehelastischen Kupplungen einen erheblichen technischen Fortschritt hinsichtlich des elastischen Verhaltens im Betrieb, hinsichtlich der vielseitigeren Brauchbarkeit und einfacheren Montage und schliesslich auch in bezug auf grössere Haltbarkeit bei Dauerbeanspruchung, da ein tester Zahneingritt des elastischen Hohlkörpers mit den starren Kupplungshälften im Kupplungszustand sichergestellt ist.
Um das Zusammenstauchen des elastischen Hohlkörpers in axialer Richtung zu begrenzen, ist es zweckmässig, an jede der an den beiden Enden des Hohlkörpers gebildeten Kegeltlächen eine Kegelfläche mit einem grösseren Kegelöffnungswinkel anzuschliessen, die beim axialen Zusammenschieben der Kupplungshälften und dem dabei in axialer Richtung erfolgenden elastischen Zusammenstauchen des Hohlkörpers gegen die achsnormale Stirnseite der zugehörigen Kupplungshälfte zur Anlage kommt.
Wenn an diesen kegeligen Abschnitten der Mantelfläche des elastischen Hohlkörpers und an den achsnormalen Stirnseiten der zugehörigen Kupplungshälften nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung zusätzlich noch ineinander passende Verzahnungen gebildet werden, die beim axialen Zusammenschieben der Kupplungshälften in gegenseitigen Eingriff kommen. wird dadurch die Verbindung der Kupplungshälften mit dem zwischen ihnen eingefügten elastischen Hohlkörper noch wesentlich verbessert, und es ist dann möglich, auch grössere Drehmomente zu übertragen.
Um bei hohen Drehzahlen ein unerwünscht weites Ausbeulen des Mittelabschnittes des elastischen Hohlkörpers durch Fliehkraftwirkung zu vermeiden und bei winkliger Wellenverlagerung der Walkarbeit entgegenzuwirken, empfiehlt es sich, den als Muffe mit im wesentlichen zylindrischer Aussenfläche in einem Stück hergestellten elastischen Hohlkörper für ein gleichmässiges Vorwölben des Mittelabschnittes beim axialen Zusammenpressen mit von den beiden Enden zur Mitte hin stetig abnehmender Wandstärke auszuführen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Wellenkupplung dargestellt. Es zeigen : Fig. l einen Längsmittelschnitt durch die auseinandergerückten Einzelteile der Kupplung, Fig. 2 die Stirnansicht des elastischen muffenförmigen Hohlkörpers, Fig. 3 einen Querschnitt durch die eine Kupplungshälfte nach der Linie 1lI-1lI der Fig. 1, Fig. 4 und 5 Längsmittelschnitte durch die zusammengebaute Kupplung bei gleichachsig zueinander bzw. bei winkelig zueinander stehenden Wellen.
Die Kupplung nach der Erfindung besteht aus den beiden Kupplungsflanschen 1 und 2 und dem elastischen ringförmigen Hohlkörper 3, der aus Gummi, gummiähnlichem Kunststoff oder anderem elastischem Werkstoff gefertigt ist. Die Kupplungsflanschen 1 und 2 sind beispielsweise durch Keile 4 auf ihren Wellen 5 und 6 undrehbar und axial unverschiebbar festgelegt. Die beiden Enden des elastischen Hohlkörpers 3 sind je mit einer Innenverzahnung 7 und einer schwachkegeiigen Aussenmantelfläche 8 versehen.
Den schwachkegeligen Enden des elastischen Hohlkörpers 3 stehen die Nuten 9 in den Stirnseiten der Kupplungsflanschen 1 und 2 gegenüber. In jeder der Nuten 9 ist eine Aussenverzahnung 10 gebildet, die mit der Innenverzahnung 7 des ihr zugekehrten Endes des elastischen Hohlkörpers 3 in Eingriff gebracht werden kann. Die äusseren Begrenzungswandungen der Nuten 9 sind als schwachkegelige Mantelflächen 11 ausgeführt, die zu den schwachkegeligen Aussenmantelflächen 8 der beiden Enden des elastischen Hohl- körpers 3 passen.
Der Hohlkörper 3 kann daher mit seinen Enden in die ringförmigen Nuten 9 der Kupplungsflanschen 1, 2 eingeführt werden, wobei dann die Innenverzahnungen 7 des Hohlkorpers 3 und die Aussenverzahnungen 10 der Kupplungsflanschen 1 bzw. 2 so fest ineinandergefügt werden, dass sie ein Drehmoment übertragen können. Die eng aufeinanderliegenden schwachkegeligen Mantelflächen 8 und 11 verhindern auch bei grösseren Drehmomenten ein Voneinanderabheben der Verzahnungen, und selbst bei grossen Drehzahlen der Wellen 5, 6 ist es mit Sicherheit ausgeschlossen, dass die auf den freiliegenden Mittelabschnitt des elastischen Hohlkörpers 3 einwirkende Fliehkraft im Sinne des Voneinanderabhebens der Kupplungsteile wirksam wird.
Die elastische Nachgiebigkeit des Hohlkörpers 3 schafft einen Ausgleich, wenn die zu kuppelnden Wellen im Winkel zueinander stehen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Die schwachkegeligen Aussenmantelflächen 8 an den beiden Enden des elastischen Hohlkörpers 3 sind durch Abschnitte mit kegeligen Aussenmantelflächen 12 fortgesetzt, deren Öffnungswinkel wesentlich grösser ist als derjenige an den beiden schwachkegeligen Enden 8 des elastischen Hohlkörpers 3. Die kege- ligen Aussenmamelfläehen 12 legen sich, wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, gegen die achsnormalen Stirnflächen 13 der Kupplungsflanschen 1 bzw. 2 an, wenn die Kupplung in der Achsrichtung zusammengeschoben wird.
Es ist erfindungsgemäss möglich, die Verzahnungen 7, 10 so flach auszuführen, dass ein Drehmoment von bestimmter Grösse übertragen wird und bei Überschreiten des vorbestimmten zulässigen Höchstdrehmomentes die Kupplung schleift bzw. sogar völlig unwirksam wird.
An der rechten Seite der Fig. l ist eine Ausführung gezeigt, die für die Übertragung von grossen Dreh-
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momenten besonders geeignet ist. An den kegeligen Abschnitten der Mantelfläche 12 des elastischen Hohlkörpers 3 sind zusätzliche Verzahnungen 14 gebildet, die entsprechenden Verzahnungen 15 an den Stirnseiten 13 der Kupplungsflanschen 1, 2 gegenüberstehen und mit ihnen beim Zusammenschieben der Kupplung ebenfalls noch in Eingriff kommen.
Fig. 4 zeigt die Kupplung in betriebsfertig zusammengebautem Zustand. Der ringförmige Hohlkörper 3 ist dabei unter elastischer Verformung kräftig zusammengepresst, so dass Flächenteile seiner Innenwandung 16, deren Erzeugende aus zwei konvex nach innen gekrümmten Linien gebildet ist, gegeneinander anliegen. Auch in Fig. 4 ist auf der linken Seite die einfache Ausführung und auf der rechten Seite die Ausführung mit der zusätzlichen Verzahnung 14, 15 dargestellt.
Durch Zusammenstauchen des Hohlkörpers 3 wird der Druck auf die ineinandergefügten Verzahnungen 7,10 sowie gegebenenfalls 14, 15 wirksam aufrechterhalten, und der Hohlkörper 3 kann auch der Bewegung bei winkelig zueinanderstehenden Wellen 5 und 6 folgen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist ; denn die Vorspannung des zusammengestauchten Hohlkörpers 3 ist gross genug, um bei geringer Entspannung des Hohlkörpers 3 in der Stellung gemäss Fig. 5 im unteren Teil noch soviel Kraft aufzubringen, dass die Kupplungszähne im gekuppelten Zustande fest zusammengehalten sind.
Die Herstellung der drehelastischen Verbindung von zwei Wellen mittels der Kupplung nach der Erfindung ist ausserordentlich einfach. Die Kupplungshälften 1, 2 werden mit den Keilen 4 auf den Wellenenden 5 und 6 festgelegt, und dann wird unter Einschaltung des elastischen ringförmigen Hohlkörpers 3 ohne jede weiteren Befestigungselemente die Kupplung einfach zusammengeschoben.
Wenn die Wellen 5,6 bereits fest eingebaut sind und nachträglich nicht mehr voneinander abgerückt werden können, dann müssen die Kupplungsflanschen l, 2 und der elastische Hohlkörper 3 schon bei der Montage der Wellen auf die Wellenenden aufgeschoben werden. Es wird sodann der eine Kupplungsflansch, z. B. der Flansch 1 auf seiner Welle 5 befestigt und danach der andere Kupplungsflansch 2 unter Zusam- menstauchen des Hohlkörpers 3 in seine richtige Lage gebracht und ebenfalls festgelegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drehelastische Wellenkupplung mit einem zwischen zwei starren Kupplungshälften eingespannten und mit diesem durch Verzahnung formschlüssig verbundenen, das Drehmoment übertragenden Hohlkörper aus elastischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden des elastischen Hohlkörpers (3} an den den Verzahnungen (7) abgekehrten Flächen (8) kegelig geformt sind und die ihnen zugeordneten Kupplungshälften (1 bzw. 2) je eine ringförmige Nut (9) mit Gegenverzahnung (10) und einer kegeligen Gegenfläche (11) aufweisen, auf die beim axialen Zusammenschieben d'-r Kupplungshälften das kegelige Ende des Hohlkörpers unter elastischer radialer Verformung desselben und unter festem Ineinanderdrükken der Verzahnungen (7 und 10) aufgleitet.