DE102004018740B4

DE102004018740B4 - Kupplungseinrichtung

Info

Publication number: DE102004018740B4
Application number: DE102004018740A
Authority: DE
Inventors: Horst Wanek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-17
Filing date: 2004-04-17
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2024-04-18
Also published as: DE102004018740A1

Abstract

Kupplungseinrichtung mit einem treibenden und einem getriebenen Teil, welche von einem Kupplungsgehäuse und einer Welle gebildet werden, und die kraftschlüssig über einander zugeordnete Reibflächen miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine Reibfläche durch ein radial wirksames Reibelement gebildet wird, das im Innern des Kupplungsgehäuses angeordnet ist und die Welle am Umfang mit definiertem Reibschluss umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung wenigstens zwei Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) zur Aufnahme der Welle (65) vorhanden sind, und dass der Reibschluss ausschließlich durch die Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) erzeugbar ist, wobei die Reibelemente durch mehrere handelsübliche O-Ringe (3, 4, 5; 32, 42, 52) gebildet werden, die in axialer Richtung beabstandet und frei beweglich nebeneinander liegend angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungseinrichtung gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Ansprüche 1, 2 und 3.
In der Technik kommt es häufig vor, dass eine Welle als antreibendes Teil mit einem angetriebenen Teil über eine Rohrhülse verbunden werden muss. Insbesondere, aber nicht ausschließlich bei Geräten in der Feinwerktechnik ist es zur Vermeidung von Beschädigungen sinnvoll, wenn das Drehmoment durch eine Rutschkupplung zwischen dem treibenden Teil und dem getriebenen Teil begrenzt wird.
Auf den verschiedensten Gebieten der Technik gibt es daher eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen um eine Rutschkupplung zu realisieren.

Als Beispiel sei hier die DE 33 15 532 C2 genannt, in der eine einstellbare Kupplung für einen Betonmischer vorgeschlagen wird, bei der auf einem Ende einer Welle in einer Rohrhülse koaxial ein ringförmiger elastischer Anpresskörper vorgesehen ist, der im Innern einen Schlauch enthält, welcher durch Zuführen eines flüssigen Mediums mehr oder weniger aufgebläht wird, so dass sich der Anpressdruck an den Innenflächen der Rohrhülse variieren lässt.

In der DE 74 23 789 U wird bei einer Rutschkupplung für Fotokopiergeräte vorgeschlagen, die einander zugeordneten Reibflächen in einem abgedichteten Hohlraum anzuordnen, welcher mit einem besonderen Schmiermittel gefüllt ist. Der Hohlraum ist nach außen über Dichtungen, beispielsweise so genannte O-Ringe abgedichtet, die in Ausnehmungen der Welle angeordnet sind. Zur Drehmomentübertragung dienen Reibflächen bzw. Reiblamellen, die in dem mit Schmiermittel gefüllten.

Hohlraum einander zugeordnet sind und deren Reibkraft durch Kraftspeicher, bevorzugt vorgespannte Tellerfedern einstellbar ist. Die O-Ringe haben ausschließlich die Funktion, den Durchgang der Welle zu dem schmiermittelgefüllten Hohlraum abzudichten.

In der US 25 61 103 A ist ein elastisch gelagertes Getrieberad beschrieben. Auf einer Getriebewelle ist dort eine Anzahl von halbkreisförmigen Ringen aus gummiartigem Werkstoff auf vulkanisiert. Ein Getrieberadrohling wird anschließend mittels Vorrichtungen auf die Welle mit den auf vulkanisierten Gummiringen aufgepresst und zentriert. Sodann werden stirnseitig Pressvorrichtungen zum Einspannen des Getrieberadrohlings angebracht und der Getrieberadrohling wird verzahnt. Anschließend werden die Pressvorrichtungen entfernt und das fertige Getrieberad ist elastisch auf seiner Getriebewelle gelagert. Eine Kupplung stellt diese Anordnung allerdings nicht dar.

In der DE 17 69 656 U wird eine Verbindung zwischen Welle und Nabe beschrieben, bei der die Verbindung von einer Welle und einer Nabe eines sich drehenden Rotationskörpers mittels eines zwischengeschalteten elastischen, durch eine Verschraubung unter Druck zu setzenden Spannrings geschaffen wird. Um eine hinreichende Kuppelwirkung zu erzielen, muss ein entsprechender Druck auf den elastischen Spannring ausgeübt werden, dazu ist eine Spannverschraubung mit einem Gewinde auf dem Ende der zu kuppelnden Welle, ein Druckring und eine Spannmutter erforderlich.

Die DE 27 46 835 C2 und DE 27 46 836 C2 zeigen einander sehr ähnliche Kupplungen, die jeweils über polygonale Kuppelelemente verfügen, welche aus wendelförmigen Körpern bestehen, die in ringförmige Freiräume jeweils eines der kuppelnden Elemente einsetzbar sind, wobei sich die Freiräume in axialer Richtung verjüngen, um einen Klemmeffekt herbeizuführen, welcher letztlich die Kuppelwirkung hervorruft. Die beiden Druckschriften beschreiben dabei unterschiedliche Ausführungsbeispiele.

In der DE 17 11 030 U ist eine Verbindungsmethode zum Verbinden von Textilspulen und Flanschen offenbart, bei der die Verwendung von elastischen Materialien zur Verbindung zweier Elemente beschrieben ist.

Ferner ist in der DE 18 44 857 U ist eine Lagerung für eine Welle in einem Rad beschrieben, die einen elastischen Ring zur Klemmung der Welle in der Bohrung des Rades aufweist. Zur Führung der Welle im Rad ist eine Bohrung mit Gleitsitz-Toleranz bestimmt.

In der DE 200 22 295 U1 ist eine Gasfördereinrichtung beschrieben. Die dort gezeigte Vorrichtung beschreibt unter anderem eine Kupplung für ein Gasförderelement, die es erlaubt, den Antriebsmotor von dem Gasförderelement zu trennen. Dazu werden zwei Lösungen vorgeschlagen, nämlich einmal eine erste Kupplungsbauform mit einem ersten Kupplungsteil in Form einer Sackbohrung, in welche ein zweites Kupplungsteil in Form eines Wellenzapfens hineinragt, wobei die Kuppelwirkung von zwei auf dem Wellenzapfen aufvulkanisierten Elastomerprofilen erzeugt wird. Die Elastomerprofile sind dabei so ausgeformt, dass sich ihr Querschnitt zur Wandung der Sackbohrung hin verjüngt. Zur Verbesserung der Kuppelwirkung ist die Innenfläche der Sackbohrung verzahnt, so dass das sich verjüngende Profil 10 dort besser und wirkungsvoller eingreift. Die Spitzen der Dreiecksförmigen Elastomerprofile krallen sich gewissermaßen in die Innenverzahnung der Sackbohrung ein, so dass sich ein die Kuppelwirkung verstärkender Formschluss ergibt.

Die zweite dort beschriebene Kupplungsbauform kehrt die Anordnung der Kupplungsteile um. Dort sind die Elastomerringe in der Sackbohrung angeordnet und die Verzahnung befindet sich als Außenverzahnung auf dem Wellenzapfen. Auch bei dieser Bauform sollen gemäß einer als besonders vorteilhaft hervorgehobenen Bauweise die Spitzen der sich zum Wellenzapfen hin verjüngenden Querschnittskontur der Elastomerprofile in die Außenverzahnung des Wellenzapfens einlegen. Für eine Rutschkupplung sind diese Gegenstände nicht geeignet.

Ferner ist aus der US 33 64 700 A eine Kupplungsvorrichtung bekannt, bei der eine Anzahl von Ringen mittels einer Quetscheinrichtung so gespannt werden kann, dass ein Reibschluss gegenüber einer Welle erzeugt wird. Um die dort gezeigte Kupplungsvorrichtung funktionsfähig zu machen, müssen die Gummiringe jeweils über mehrere axiale Bohrungen verfügen, wobei mehrere Bolzen die Bohrungen in den Gummiringen durchdringen. Ferner sind Flansche auf jeder Stirnseite der Kupplungsvorrichtung vorhanden, welche ebenfalls von den Bolzen durchdrungen werden. Die Bolzen tragen jeweils an ihren Enden Gewinde, denen Gewindemuttern zugeordnet sind. Durch Drehung dieser Gewindemuttern auf den Gewinden der Bolzen können die Flansche axial verlagert werden und durch die axiale Verlagerung wird auf die zwischen ihnen befindlichen Gummiringe Druck ausgeübt, der sie deformiert. Durch die Deformation werden die Luftspalte im Lager verringert oder gänzlich beseitigt, derart, dass eine reibschlüssige Kupplung entsteht.

Darüber hinaus ist in der DE 101 29 172 A1 ein Elektromotor als Antriebsvorrichtung für eine anzutreibende Welle bekannt, wobei der Motor eine Hohlwelle aufweist, und eine anzutreibende welle in dieser Hohlwelle des Motors mit Hilfe einer Vielzahl von O-Ringen reib- oder formschlüssig in Wirkverbindung steht. Die O-Ringe sind dabei voneinander durch starre Abstandshalter getrennt und durch Spannmittel vorgespannt.

In der US 2 848 884 A ist ein Getriebe beschrieben, bei dem der Reibschluss zwischen den treibenden und den getriebenen Bauteilen durch eine Anzahl von O-Ringen erfolgt, welche sich jeweils in einzelnen Hinterschneidungen befinden, die jeweils von einander beabstandet sind. Die O-Ringe können sich im einzelnen Raum, welcher durch die jeweilige Hinterschneidung gebildet wird, begrenzt verformen und die reibschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herstellen.

Die zum Stand der Technik aufgeführten Kupplungen deuten die Vielfalt der Lösungsmöglichkeiten und der unterschiedlichen Anwendungsgebiete für Kupplungen auf anschauliche Weise an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Kupplungen zu schaffen, die ein begrenztes Drehmoment übertragen können und die einfach zu fertigen sind. Dabei sollen sie robust im Betrieb sein, kleine Einbaumaße aufweisen, kostengünstig in der Herstellung und in großen Stückzahlen zu fertigen sein.

Diese Aufgabe wird durch Kupplungen mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kupplungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Das mit derartigen Kupplungen übertragbare Drehmoment ist hinreichend konstant und weitgehend unabhängig von der Gebrauchsdauer, Drehgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit. Ruckgleiten wird zuverlässig vermieden. Querkräfte können in gewissen Grenzen aufgenommen und ausgeglichen werden. Ferner ist ein gewisser Ausgleich von Winkel- und/oder Fluchtungsfehlern möglich.

Mit Hilfe der Zeichnungen soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Die Zeichnungen sind rein schematisch und weder maßstäblich noch entsprechen sie exakt den Regeln der Technischen Zeichnungsnormen, sie sollen lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung beitragen. Dabei sind gleichartige oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, wobei zur Unterscheidung in den Figuren die Figurennummerierung als Indexziffer den Bezugszeichen angehängt ist.
Es zeigt
1 mit
1a einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei Reibelementen;
1b einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei Reibelementen und gekuppelter Welle;
2 mit
2a einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit drei Reibelementen;
2b einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit drei Reibelementen und gekuppelter Welle;
3 mit
3a einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei variierten Reibelementen;
3b einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei variierten Reibelementen und gekuppelter Welle;
4 mit
4a einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei weiteren variierten Reibelementen;
4b einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei weiteren variierten Reibelementen und gekuppelter Welle und
5 mit
5a einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei Reibelementen und Wellenlagern;
5b einen Teilschnitt durch ein Kupplungsgehäuse mit zwei Reibelementen und gekuppelter Welle und Wellenlagern.
In 1a ist im Teilschnitt ein Kupplungsgehäuse 1 dargestellt, welches an einem der zu kuppelnden Geräte befestigt ist. Das Gerät ist in dieser und den folgenden Figuren nicht gezeigt, weil es zum Verständnis der Erfindung nicht beiträgt und im Übrigen beliebiger Art und Gestalt sein kann.
Das Kupplungsgehäuse 1 weist eine Hinterschneidung 2 auf, die zwei Reibelemente 3 und 4 in Form von O-Ringen aufnimmt. Die Reibelemente 3 und 4 sind in Materialauswahl und Abmessungen je nach gewünschter Reibeigenschaft auswählbar. D, h. durch die Materialauswahl kann über die Eigenschaft der O-Ringe die zu erzeugende Reibung an einer zu kuppelnden Welle 6 bestimmt werden.
In 1b ist in dem teilgeschnittenen Kupplungsgehäuse 1 neben den Reibelementen 3 und 4 eine Welle 6 eingezeichnet. Diese Welle 6 gehört zu dem anderen zu kuppelnden Gerät, welches in Analogie zu 1a ebenfalls nicht explizit dargestellt ist. Die als O-Ringe ausgebildeten Reibelemente 3 und 4 sind im weitesten Sinne elastisch und die Welle 6 wird unter einem bestimmbaren Kraftaufwand in das Kupplungsgehäuse 1 gegen den Klemmwiderstand der Reibelemente 3 und 4 eingeführt. Da die Elastizität der O-Ringe 3 und 4 fachbegrifflich in „Shorehärte" gemessen wird, ist die Shorehärte ein Parameter für die Größe des zu übertragenden Drehmoments. Ein weiterer Parameter sind die Abmessungen der O-Ringe 3 und 4 in Bezug auf das Innenmaß der Hinterschneidung 2 und den Durchmesser der Welle 6. Ein weiterer Parameter ist durch die Geometrie und Anzahl der Reibelemente bestimmbar, wie mit Hilfe der folgenden Figuren noch erläutert werden wird.
In 2a ist ein Kupplungsgehäuse 12 gezeigt, welches ebenfalls eine Hinterschneidung 22 aufweist. In der durch die Hinterschneidung 22 geschaffenen Aussparung sind – zur Erhöhung des Reibmoments gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus 1 – drei Reibelemente 3, 4, 5 angeordnet. Für die Reibelemente 3, 4, 5 gilt auch hier wieder, dass sie als O-Ringe ausgebildet sind und dass ihre Shorehärte mitbestimmend für die Größe des zu übertragenden Drehmoments ist.
In 2b ist in die Anordnung gemäß 2a mit drei Reibelementen 3, 4, 5 eine Welle 62 in das Kupplungsgehäuse 12 eingeführt. Das übertragbare Drehmoment ist entsprechend größer, als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist in 3a ein Kupplungsgehäuse 13 mit Reibelementen 33 und 43 gezeigt, die in Hinterschneidungen 23 angebracht sind. Die Reibelemente 33 und 43 sind im wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet und können in der Hinterschneidung 23 genau eingepasst sein. Darüber hinaus ist es fertigungstechnisch aber auch möglich, die Reibelemente 33 und 43 direkt in das Kupplungsgehäuse 13 mit einzuspritzen, wenn dieses im Spritzgussverfahren hergestellt wird.
In 3b ist zusätzlich wieder eine Welle 63 in dem Kupplungsgehäuse 13 dargestellt. Im Übrigen gilt das zu den bisherigen Ausführungsbeispielen Erläuterte auch bei dieser Figur. Es versteht sich, das analog zu der in 2 gezeigten Ausführungsform auch bei dieser Bauform drei oder mehrere Reibelemente vorgesehen werden können.
4 zeigt, dass auch die Geometrie der Reibelemente bezüglich ihrer an einer Welle 64 wirksamen Fläche anders ausgestaltet werden kann, als bisher beschrieben. Im Beispiel gemäß 4a sind zwei flache Ringe als Reibelement 34 und 44 in Hinterschneidungen 24 eingesetzt. Die kann wiederum bereits bei der Fertigung des Kupplungsgehäuses 14 oder nachträglich geschehen.
4b ist um eine zu kuppelnde Welle 64 ergänzt und es ist ersichtlich, dass die wirksame Reibfläche bei dieser Ausgestaltung der Reibelemente 34 und 44 größer ist, als bei den bisher beschriebenen Beispielen. Diese Maßnahme lässt erwarten, dass das zu übertragende Drehmoment größer sein kann, als bei den bisher vorgeschlagenen Lösungen. Eine Erhöhung der Anzahl der eingebauten Reibelemente ist auch hier möglich und führt zu einer weiteren Erhöhung des übertragbaren Drehmoments.
Eine weitere Variante der Erfindung ist in der 5 dargestellt, wobei 5a die Kupplung alleine und 5b die Kupplung mit integrierter Welle 65 zeigt. Das Kupplungsgehäuse 15 ist an einer seiner Stirnseiten geschlossen, Die offene Seite weist ein Stützlager 7 für die Welle 65 auf, die in 5b eingezeichnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel kann bei Präzisionsgeräten Anwendung finden, wenn die zu kuppelnde Welle 65 extra gelagert werden soll. Die Reibkräfte der Reibelemente 35 und 45 lassen sich ebenso einstellen, wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen. Es liegt im Rahmen der Erfindung bei dieser Bauform auch an der geschlossenen Seite des Kupplungsgehäuses ein weiteres Lager für die Welle 65 vorzusehen, wenn die Anwendung dies erfordern sollte.
Ferner ist es möglich, die Anzahl der Reibelemente über die gezeigten Ausführungsbeispiele hinaus zu verändern oder auch die Geometrie der Reibelemente zu variieren. Es sind auch Kombinationen der gezeigten Bauformen möglich.

1: Kupplungsgehäuse
2: Hinterschneidung
3: Reibelement
4: Reibelement
5: Reibelement
6: Welle
7: Lager

Claims

Kupplungseinrichtung mit einem treibenden und einem getriebenen Teil, welche von einem Kupplungsgehäuse und einer Welle gebildet werden, und die kraftschlüssig über einander zugeordnete Reibflächen miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine Reibfläche durch ein radial wirksames Reibelement gebildet wird, das im Innern des Kupplungsgehäuses angeordnet ist und die Welle am Umfang mit definiertem Reibschluss umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung wenigstens zwei Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) zur Aufnahme der Welle (65) vorhanden sind, und dass der Reibschluss ausschließlich durch die Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) erzeugbar ist, wobei die Reibelemente durch mehrere handelsübliche O-Ringe (3, 4, 5; 32, 42, 52) gebildet werden, die in axialer Richtung beabstandet und frei beweglich nebeneinander liegend angeordnet sind.
Kupplungseinrichtung mit einem treibenden und einem getriebenen Teil, welche von einem Kupplungsgehäuse und einer Welle gebildet werden, und die kraftschlüssig über einander zugeordnete Reibflächen miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine Reibfläche durch ein radial wirksames Reibelement gebildet wird, das im Innern des Kupplungsgehäuses angeordnet ist und die Weile am Umfang mit definiertem Reibschluss umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung wenigstens zwei Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) zur Aufnahme der Welle (65) vorhanden sind, und dass der Reibschluss ausschließlich durch die Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) erzeugbar ist, wobei die Reibelemente durch mehrere im Wesentlichen halbkreisförmige Ringe (33, 43) gebildet werden, die in axialer Richtung nebeneinander liegend angeordnet sind.
Kupplungseinrichtung mit einem treibenden und einem getriebenen Teil, welche von einem Kupplungsgehäuse und einer Welle gebildet werden, und die kraftschlüssig über einander zugeordnete Reibflächen miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine Reibfläche durch ein radial wirksames Reibelement gebildet wird, das im Innern des Kupplungsgehäuses angeordnet ist und die Welle am Umfang mit definierten Reibschluss umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung wenigstens zwei Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) zur Aufnahme der Welle (65) vorhanden sind, und dass der Reibschluss ausschließlich durch die Reibelemente (3, 4, 5; 32, 42, 52) erzeugbar ist, wobei die Reibelemente durch mehrere, zur Reibfläche hin trapezförmig abgeflachte Ringe (34, 44) gebildet werden, die in axialer Richtung in Hinterschneidungen nebeneinander liegend angeordnet sind.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (3, 4; 32, 42, 52; 33, 43; 34, 44; 35, 45) im Innern des Kupplungsgehäuses (1; 12; 13; 14; 15) in Hinterschneidungen (2; 22; 23; 24; 25) angeordnet sind.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (3, 4, 5) in die Hinterschneidungen (2; 22) eingesetzt sind.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (3, 4, 5) in die Hinterschneidungen (23; 24) eingespritzt sind.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsgehäuse (15) auf einer Stirnseite offen ist.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsgehäuse (1; 12; 13; 14) auf beiden Stirnseiten offen ist.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den in axialer Richtung nebeneinander liegenden Reibelementen (35, 45) in axialer Richtung wenigstens ein Lager (7) für die Welle (65) vor und/oder nachgeordnet ist.