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Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Kupplung für zwei im wesentlichen koaxial zueinander angeordneten Wellen, wobei jeder Welle eine Nabe mit einem Flansch zugeordnet ist und zwischen den Naben eine mit diesen fest verbundene flexible Verbindungsanordnung.
Eine geringe axiale Fehlausrichtung zweier im allgemeinen ausgerichteter Wellen, die miteinander verkuppelt werden sollen, tritt häufig auf. Die Stützlager für die Wellen halten nämlich die Wellen nur selten vollständig ausgerichtet. Um zu verhindern, dass sich in den Wellen bei der Drehung hohe Spannungen ausbilden, und um eine unzulässig hohe Belastung der Stützlager der Wellen bei der Drehung zu verhindern, werden derartige Wellen durch Kupplungen miteinander verbunden, die diese Spannungen aufnehmen. Derartige Kupplungen werden als elastische Kupplungen bezeichnet.
Es wurde bisher versucht, elastische Kupplungen aus nicht metallischen, federnden, elastomeren Materialien herzustellen, weil diese Kupplungstypen Vorteile mit sich bringen. Beispielsweise brauchen Kupplungen aus elastomeren Materialien nicht geschmiert zu werden. Sie können wirtschaftlich hergestellt werden und sind torsionsfedernd. Die miteinander verbundenen Wellen werden häufig Stossbelastungen ausgesetzt. Dies ist eine sehr plötzlich auftretende Belastung. Die Natur der Kupplung bestimmt das Ausmass, um welches der Stoss von einer Welle zur andern übertragen wird. Federnde Kupplungen werden also besonders dort gerne verwendet, wo nur eine minimale Übertragung stossartiger Belastungen von einer Welle auf die andere gewünscht wird, weil die flexible Kupplung diese Stossbelastung absorbiert, so dass sie nicht mehr zwischen den Wellen übertragen wird.
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 296, 827 wird eine federnde Kupplung beschrieben, die die Spannungen aufnehmen kann, die durch eine axiale Fehlausrichtung hervorgerufen werden, und die von Schockbelastungen herrühren. Bei dieser Kupplung sind zwei Naben vorgesehen, zwischen denen ein polygonal geformter Elastomerring angeordnet ist. Dieser Elastomerring hat alternierende elastomere Arme, die sich vom Ring aus gesehen nach vorne und hinten erstrecken. Die alternierenden Arme haben Metallansätze, die mit der jeweiligen Nabe verbunden sind.
Es wurde jedoch beobachtet, dass diese Kupplung nicht nur Spannungen unterworfen ist, die auf eine axiale Fehlausrichtung und auf eine Stossbelastung zurückgehen, sondern dass sie auch Kräften unterliegt, die die jeweiligen Naben der Kupplung voneinander wegzuziehen trachten. Die Lebensdauer dieser Kupplung wird dadurch verkürzt, weil die Naben sich axial voneinander wegbewegen, wodurch die elastomeren Arme des elastomeren Ringes von den metallischen Ansätzen weggezogen werden, die den Ring zwischen den Naben halten. Neben Spannungen im elastischen Element treten auch übertragungen der Kräfte auf die Lager der Wellen auf. Weiters sind auch elastische Kupplungen bekannt, bei denen eine zusätzliche Axialhalterung zwischen den beiden Kupplungsflanschen vorgesehen ist.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie stellt eine Verbesserung der elastischen Kupplung nach der USA-Patentschrift Nr. 3, 296, 287 dar. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, zu verhindern, dass die elastomeren Arme weggezogen werden und von ihren metallischen Ansätzen abgezogen werden.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass koaxial zu den Wellen an den Flanschen der Naben je ein Ansatz vorgesehen ist, und dass beide Ansätze mittels einer starren Verbindungseinrichtung miteinander mit Spiel und lösbar verbunden sind.
Es ist zweckmässig, dass die starre Verbindungseinrichtung eine Hülse aufweist, die ein Paar mit axialem Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordneten Rippen hat, die von der Hülse radial nach innen weisen, u. zw. von der zylindrischen Innenfläche der Hülse, und dass der Ansatz jeder Nabe am Aussenumfang eine Rille hat, die jeweils einer der Rippen der Hülse zugeordnet ist.
Bei einer andern Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die starre Verbindungseinrichtung eine Hülse mit einem Paar von axial unter Abstand voneinander angeordneten und sich in Umfangsrichtung erstreckenden Rillen an der Innenfläche der Hülse aufweist, dass jeder Ansatz der Nabe eine damit fluchtende, in Umfangsrichtung angeordnete Aussenrille hat, die jeweils einer der Rillen der Hülse zugeordnet ist, und dass ein Sicherungsring in dem Raum aufgenommen ist, der von beiden miteinander fluchtenden Rillen des Ansatzes und der Hülse gebildet ist, wobei der Sicherungsring einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser ist, der von beiden Rillen gebildet wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt Fig. l in einer perspektivischen Explosionsansicht einer elastischen Kupplung nach der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Kupplung nach Fig. l, wobei die flexible Verbindungsanordnung der Kupplung gestrichelt eingezeichnet ist, Fig. 3 in einer perspektivischen Explosionsansicht die starre Verbindungseinrichtung der elastischen Kupplung nach den Fig. l und 2, Fig. 4 eine teilweise Seitenansicht einer andern Ausführungsform der elastischen Kupplung nach der Erfindung, Fig. 5 ein Detail des geschlitzten Ansatzes der flexiblen Verbindungsanordnung nach Fig. 1.
In Fig. l ist ein Paar von im wesentlichen axial angeordneten und aneinander anstossenden Wellen-11 und 13-gezeigt, die zur übertragung von Drehmomenten durch die neue Kupplung, die als Ganzes bei Pos. 15 gezeigt ist, miteinander gekuppelt werden sollen. Die flexible Kupplung hat Naben-17 und 19--für jede der Wellen--11 und 13--, ferner eine flexible Verbindungsanordnung-21-, die koaxial zwischen den Naben - 17 und 19--vorgesehen ist, und eine starre Verbindungsanordnung-23-, die koaxial zwischen den
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und 13--wie auch an den Naben-17 und 19--vorgesehen sind.
Die Naben--17 und 19--haben einen Schaftteil--29--und einen Flanschteil --31--, dessen
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angeordnete Gewindebohrung --35-- besteht in jedem Schlitz--33--.
Die flexible Verbindungsanordnung --21--, die vollständig in der USA-Patentschrift Nr. 3, 296, 827 beschrieben ist, umfasst einen elastomeren Ring mit einer Reihe von rechteckigen, federnden und kompressiblen Säulen--37--, die mit ihren Längsachsen --39-- an den Seiten eines regulären Polygons angeordnet sind.
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bevorzugt, wenn die Ansätze vollständig in dem federnden Material der Säulen eingekapselt sind, um eine gute Bindung der Ansätze --41-- mit den Säulen zu bewirken.
Die Säulen --41-- sind so ausgebildet, dass sie in die Schlitze--33--passen. Die Ansätze sind ebenfalls keilförmig ausgebildet, so dass sie zu den Schlitzen--33--passen. Jeder Ansatz schliesst eine Öffnung --43- ein, durch die eine Kopfschraube--45--oder ein anderes Verbindungsmittel in die Öffnung --35-- der Schlitze --3-- geschraubt ist.
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--41-- und- -37-- montiert. Das hat den Vorteil, dass sich die ergebende flexible Verbindungsanordnung --21-- ein Stück ist und leicht und preisgünstig hergestellt werden kann. Noch wichtiger ist es, dass die Anordnung leicht gehandhabt und eingebaut werden kann.
Die Ansätze --41-- erstrecken sich alternierend zunächst von einer Seite der flexiblen Verbindungsanordnung --21-- und dann von der andern Seite dieser Anordnung, wie das in Fig. 1 gezeigt ist.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind vier Ansätze in einer Richtung von einer Seite der flexiblen Verbindungsanordnung und vier Ansätze vorgesehen, die sich in der andern Richtung erstrecken. Die Ansätze - -41-- an jeder Seite sind um 900 voneinander entfernt, so dass der Winkelabstand zwischen jeweils zwei benachbarten Ansätzen 450 beträgt. Es können jedoch auch drei Ansätze an jeder Seite der flexiblen Verbindungsanordnung--21--vorgesehen sein, die dann jeweils einen Winkel von 120 miteinander einschliessen. Der Winkel zwischen zwei benachbarten Ansätzen ist dann 60 . Dies wird für kleine Kupplungen bevorzugt. Die Ansätze --41-- verbinden die flexible Verbindungsanordnung --221-- versetzt mit den Naben - 17 und 19--.
Der Abstand oder Radius dieser Ansätze --41-- von der Achse der flexiblen Verbindungsanordnung ist um 10 bis 20% grösser als der Abstand oder Radius der Öffnungen --35-- von der Achse der Wellen-11 und 13--. Da die Ansätze-41-in die Schlitze --33-- der Naben --15 und 17--passen, verringern sie den Durchmesser der flexiblen Verbindungsanordnung --21- und komprimieren also diese Anordnung. Die Ansätze werden vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl, hergestellt, um belastet werden zu können. Metallansätze können auch einfach mit dem Material verbunden werden, aus dem die flexible Verbindungsanordnung hergestellt ist.
Ein weiteres Merkmal der flexiblen Verbindungsanordnung, das insbesondere in Fig. 5 gezeigt ist, besteht darin, dass einer der Ansätze--41--längs einer sich in radialer Richtung erstreckenden Ebene, die durch den Mittelpunkt des Ansatzes geht, gespalten ist. Dadurch kann die flexible Verbindungsanordnung gespreizt werden, so dass sie um Wellen gelegt werden kann, die sehr nahe zusammenliegen. Auch wenn die Wellen nicht eng verkuppelt werden sollen, weil dies die Natur der betreffenden Kupplung verlangt, war es bisher notwendig, die Wellen zurückzuversetzen, um eine flexible Verbindungsanordnung mit den Naben zu verbinden. Die neue gespaltene Kupplung vermeidet diesen Nachteil, weil die flexible Verbindungsanordnung geöffnet werden kann, um um eine Welle oder Kupplungseinheit gelegt und wieder von ihr entfernt werden zu können.
Dieses Merkmal der gespaltenen flexiblen Verbindungsanordnung gestattet die Anwendung der Kupplung unter Bedingungen, unter denen bisher eine Welle von der andern zurückgezogen werden musste, um die Kupplung zu installieren.
Die flexible Verbindungsanordnung --21-- besteht aus federndem Material, vorzugsweise aus einem solchen Material, das wie beispielsweise Kautschuk unter einer Kompressionskraft deformierbar ist. Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, kann auch verwendet werden. Das jeweils verwendete federnde, komprimierbare Material hängt natürlich von den jeweiligen Arbeitsbedingungen ab. Der Kautschuk, aus dem die flexible Verbindungsanordnung hergestellt wird, hat vorzugsweise eine Härte von 55 bis 65 gemessen mit einem Härtemesser Shore A. Wenn das Material zu weich ist, verformt es sich zu stark. Ist es zu hart, so überträgt es eine unzulässig hohe Lagerbelastung auf die Wellen--11 und 13--.
In den Fig. 2 und 3 ist die starre Verbindungseinrichtung --23-- der flexiblen Kupplung--15-- gezeigt. Diese starre Verbindungseinrichtung--23--umfasst eine starre Hülse oder Manschette--47--, deren Länge ausreicht, um den Abstand zwischen den Naben-17 und 19--zu überspannen. Die Hülse --47--
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der damit zusammenarbeitenden Rippe--49--, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die starre Verbindungseinrichtung --23-- der flexiblen Kupplung --15-- kann dadurch also eine axiale Fehlausrichtung aufnehmen, von der die Spannungen mittels der flexiblen Verbindungsanordnung --21-- absorbiert werden. Die starre Verbindungseinrichtung --23-- begrenzt jedoch den Betrag der axialen Bewegung der Naben-17 und 19-zueinander.
Die Hülse-47-ist axial zwischen den Naben-17 und 19-angeordnet und begrenzt den Betrag an axialer Bewegung der Naben sowohl zueinander wie auch voneinander weg, wodurch die axialen
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dass die Wellen-11 und 13-bewegt werden müsen. Jeder Absschnitt-47a und 47b-hat wenigstens eine Gewindebohrung-55-, die durch zwei parallele gemeinsame Gurte beider Abschnitte --47a und 47b-reicht, so dass die Bohrungen --55-- in jedem Abschnitt miteinander fluchten und zueinander komplementär sind.
Eine Kopfschraube--59--oder ein ähnliches Verbindungsmittel erstreckt sich durch jede der Bohrungen --55-- in jedem Abschnitt--47a und 47b--, um die Abschnitte der Hülse zusammenzuhalten.
Die Hülse-47-kann aus Metall bestehen, beispielsweise Stahl oder Aluminium. Falls es erwünscht ist,
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zwischen den Naben angeordnet, wobei die Rippen --49-- in die Aussenrille-53-des Schaftes-29- jeder Nabe --17 und 19--passen. Der zweite Abschnitt --47b-- wird dann an der andern Seite des ersten Abschnittes plaziert, wodurch der Abstand zwischen den Naben--17 und 19--überspannt wird. Die Kopfschrauben-59-werden angezogen, um die Abschnitte --47a und 47b-um den Schaft --29-- der flexiblen Kupplung --15-- zu verbinden.
Die flexible Verbindungsanordnung --21-- wird anschliessend so zwischen die Wellen gelegt, dass die Ansätze --41-- in den Schlitzen --3-- im Flanschteil jeder Nabe - 17 und 19-aufgenommen werden. Die Kopfschrauben-45-werden angezogen, um die Ansätze fest in dem Flanschteil der Naben zu befestigen. Die flexible Verbindungsanordnung ist anfänglich in ihrem freien Zustand 10 bis 20% in ihrem Durchmesser grösser als im komprimierten Zustand, wenn die Ansätze mit den Naben fest verbunden sind. Da sich die Ansätze nach unten bewegen, um die Schlitze in den Naben zu ergreifen, verringert sich der Durchmesser des Polygons, das die flexible Verbindungsanordnung ausbildet. Das bedeutet, dass das Material zwischen den Ansätzen komprimiert wird und dadurch eine Kompressions-Vorspannung erhält.
Die beschriebene Kupplung kann also zu erneuerungs- und Reparaturzwecken schnell abgebaut und auch schnell wieder eingebaut werden. Das federnde Material der Kupplung steht unter Kompressionsdruck. Dies geschieht jedoch erst, wenn die Kupplung betriebsbereit gemacht wird. Beim Lagern in einem Gestell unterliegt die Kupplung also keinen kompressiven Spannungen. Die Kupplung ist mehrteilig, so dass sie an Ort und Stelle leicht installiert werden kann. Ausserdem ist sie flexibel und federnd.
Die Kupplung nach der Erfindung hat weitere Vorteile, die von den bekannten Kupplungen nicht erreicht werden. Es ist beispielsweise bekannt, dass die Wellen zum Schwimmen neigen, d. h. beim Drehen bewegen sich die Wellen axial vor und zurück. Dabei wird Energie absorbiert, wodurch der Wirkungsgrad der Drehmoment-übertragung von einer Welle auf die andere verringert wird. Folglich müssen Axialdrucklager verwendet werden, die diese Axialbewegung der Wellen aufnehmen. Bei der Kupplung nach der Erfindung wird der Betrag dieses Schwimmens verringert, weil beide Wellen als eine Einheit zusammen schwimmen.
Darüberhinaus wird die Abnutzung an den Axiallagern reduziert.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Kompression der flexiblen Verbindungsanordnung beibehalten bleibt, so dass die Drehmoment-Übertragung von einer Welle auf die andere nicht berührt wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Kupplung so hergestellt werden kann, dass Elektrizität von einer Welle auf die andere nicht mehr übertragen wird, wenn die Hülse aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.
Die flexible Verbindungsanordnung der beschriebenen Kupplung ist ein Polygon mit achteckiger Anordnung. Es können natürlich auch andere Polygone verwendet werden. Die Säulen zwischen den Ansätzen können gebogen sein, so dass der Ring kreisförmig wird oder sich der Kreisform annähert. Ein kreisförmiger Ring hat jedoch Nachteile, weil die dann verwendeten kreisförmig gebogenen Säulen bei exzentrischer Belastung bei verhältnismässig niedrigen Spannungen ausbeulen.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der starren Verbindungseinrichtung der dargestellten flexiblen
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Kupplung. Die starre Hülse --47-- hat ein Paar von axial unter Abstand voneinander angeordneten und am Umfang vorgesehenen Rillen die an der inneren Zylinderfläche --51-- der Hülse ausgebildet sind.
Jede Nabe--17 und 19-hat eine äussere damit übereinstimmende Umfangsrille--53--, deren Radius mit dem der Rillen an der Hülse --47-- übereinstimmt. Beide Rillen-61 und 53--arbeiten zusammen. Ein Sicherungsring --63-- ist in dem Raum angeordnet, der von den beiden miteinander fluchtenden Rillen-53
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Bewegung der Naben zueinander begrenzt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elastische Kupplung für zwei im wesentlichen koaxial zueinander angeordneten Wellen, wobei jeder Welle eine Nabe mit einem Flansch zugeordnet ist und zwischen den Naben eine mit diesen fest verbundene
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den Flanschen (31) den Naben (17,19) je ein Ansatz (29) vorgesehen ist, und dass beide Ansätze (29) mittels einer starren Verbindungseinrichtung (23) miteinander mit Spiel und lösbar verbunden sind.
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