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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine flexible Wellenkupplung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Eine solche Wellenkupplung ist aus der
JP H08 226 456 A bekannt, auf die weiter unten näher eingegangen wird. Aber beispielsweise auch die
US 62 03 437 B1 , die
DE 199 39 510 C1 oder die
EP 0 318 669 A1 betreffen Kupplungen, die auf dem technischen Gebiet der Erfindung liegen.
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Eine solche flexible Wellenkupplung wird benutzt um eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle miteinander zu verbinden und zwischen denselben Kraft zu übertragen, und kann sich biegen, um die Verbindung beizubehalten, wenn eine Fehlausrichtung wie zum Beispiel eine Exzentrizität, Winkelverlagerung oder Schubverlagerung zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle hervorgerufen wird. Insbesondere weist eine solche flexible Wellenkupplung eine Nabe auf, welche mit einem oder mehreren Schlitzen versehen ist, um der Nabe Flexibilität zu verleihen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Verschiedene flexible Wellenkupplungen sind in der Vergangenheit bereits vorgeschlagen worden (vgl. z. B. die offen gelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung
JP H05 6226 U die offen gelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung
JP H06 78 631 U die offen gelegte japanische Patentanmeldung
JP H08 226 456 A die offen gelegte japanische Patentanmeldung
JP H10 47 365 A oder die japanische Patentregistrierung
JP 3 382 585 B2 Diese flexiblen Wellenkupplungen weisen eine Nabe auf, die aus einem rohrförmigen Teil besteht, wobei die Nabe mit einem oder mehreren Schlitzen versehen ist, um der Nabe Flexibilität zu verleihen, eine Fehlausrichtung der Wellen aufzunehmen und die Drehkraftübertragung zwischen den durch die Wellenkupplung verbundenen Wellen aufrecht zu erhalten.
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Gemäß der Darstellung in den beigefügten 1 und 2 kann bei den herkömmlichen flexiblen Wellenkupplungen, wie sie in den obigen Druckschriften offenbart sind, die rohrförmige Nabe aus einer Flanschnabe 1 bestehen, die durch einen Vorsprungsteil 2 und durch einen Flanschteil 3 gebildet wird, wie es in einer perspektivischen Ansicht in 1 gezeigt ist, wo der Vorsprungsteil 2 eine axiale Bohrung 5 hat. Weiter ist der Bohrungsteil 2 an einem Basisteil desselben mit einem Schlitz 4 versehen, um der Nabe 1 Flexibilität zu verleihen. Es sei angemerkt, dass in 1 ein Teil des Vorsprungsteils 2 weggeschnitten worden ist, um die Form des Schlitzes 4 zu zeigen. Ein Teil des Vorsprungsteils 2 hat, wie ersichtlich, umfangsmäßig an den Schlitz 4 angrenzend zwei ebene Umfangsenden 2a, 2b, und ein äußerer Umfang des Schlitzes 4 ist mit einem äußeren Umfang des Vorsprungsteils 2 ausgerichtet, wo hingegen ein innerer Umfang des Schlitzes 4 mit einem äußeren Umfang der axialen Bohrung 5 ausgerichtet ist.
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Im Gebrauch ist ein Paar solcher Flanschnaben 1, 1 mit Hilfe von Schrauben miteinander verbunden, die durch in dem Flanschteil 3 gebildete Befestigungslöcher 6, 7 hindurchgeführt sind, und eine Antriebswelle ist in die axiale Bohrung 5 von einer der Flanschnaben 1, 1 eingeführt, wohingegen eine Abtriebswelle in die axiale Bohrung 5 der anderen Flanschnabe eingeführt ist, so dass die beiden Wellen über das Paar Flanschnaben 1, 1 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist eine Federscheibe zwischen den Flanschteilen 3, 3 der Flanschnaben 1, 1 angeordnet (Federscheibenkupplung), so dass, wenn eine Drehkraft zwischen den Wellen übertragen wird, der Vorsprungsteil 2, der durch den Schlitz 4 mit Flexibilität versehen ist, sowie die Federscheibe sich flexibel verformen können, um eine Fehlausrichtung zwischen den Drehachsen der beiden Wellen aufzunehmen.
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Jedoch kann in der Flanschnabe 1, die den oben genannten Schlitz 4 hat, wenn sie sich verformt, um die Fehlausrichtung zwischen den Wellen wie Exzentrizität, Winkelverlagerung und/oder Schubverlagerung aufzunehmen, welche durch Drehkraftausübung verursacht werden kann, die aus der Kraftübertragung zwischen den Wellen resultiert, eine Verteilung der Spannung, die auf den Vorsprungsteil 2 einwirkt, ungleichmäßig sein, wie es durch Pfeile 9 (9a, 9b) in 2 angegeben ist. Insbesondere kann die Spannung, die auf den äußeren und den inneren Umfangsteil des Vorsprungsteils 2 einwirkt, größer sein als diejenige, die auf einen Teil um eine zentrale Umfangslinie 8 einwirkt, und insbesondere ist die Spannung bestrebt, ihren Scheitel an dem äußeren Umfangsteil des Vorsprungsteils 2 zu haben, was einen Riss in einem Teil des Vorsprungsteils 2 nahe dem äußeren Umfang hervorrufen kann. Das kann eine günstige Drehkraftübertragung verhindern, und in einem extremen Fall kann die Flanschnabe unbenutzbar werden.
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Um ein solches Problem zu lösen, ist in der oben erwähnten offen gelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 8-226456 vorgeschlagen worden, das Ende (oder den Boden) des Schlitzes abgerundet auszubilden, wenn dieser in Richtung rechtwinkelig zu der Achse der Nabe betrachtet wird, um dadurch die Spannung zu reduzieren, die andernfalls dazu tendieren würde, sich an den Ecken des Endes des Schlitzes zu konzentrieren, um so die Festigkeit gegen eine ausgeübte Belastung zu verbessern und eine höhere Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit zu erzielen. Eine solche Maßnahme ist jedoch nicht ausreichend, und es ist eine weitere Verbesserung erwünscht.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts dieser Probleme des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine flexible Wellenkupplung zu schaffen, die mit einem Schlitz versehen ist, der eine verbesserte Form hat, durch welche die Spannungskonzentration reduziert oder abgeleitet und eine gleichmäßigere Spannungsverteilung erzielt werden kann, um dadurch die Erzeugung einer Rissbildung oder irgendeiner anderen Beschädigung der Wellenkupplung zu verhindern und die Zuverlässigkeit und die Dauerhaftigkeit der Kupplung zu verbessern. Weiter soll die flexible Wellenkupplung einen einfachen Aufbau haben und wenig kosten.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine flexible Wellenkupplung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die konvexen Umfangsenden des Teils der Nabe, der an den Schlitz angrenzt, können mit einer bogenförmig rückläufigen Oberfläche sowohl an dem inneren als auch an dem äußeren Umfangsteil versehen sein.
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Weil die Spannung, die auf die Umfangsenden der Nabe bei Belastungsausübung einwirkt, dazu tendiert, sich an dem inneren und dem äußeren Umfangsteil der Umfangsenden zu konzentrieren, und weil die Spannung dazu tendiert, ihren Scheitel an dem äußeren Umfangsteil zu haben, kann das Vorsehen der bogenförmig rückläufigen Oberfläche zumindest an dem äußeren Umfangsteil der Umfangsenden die Größe der darauf einwirkenden Spannung reduzieren. Wenn der innere Umfangsteil ebenfalls mit einer bogenförmig rückläufigen Oberfläche versehen ist, kann eine im Wesentlichen gleichförmige Spannungsverteilung erzielt werden.
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Das kann verhindern, dass die Umfangsenden der Nabe einen Ermüdungsbruch erleiden, der aus der Spannungskonzentration bei Belastungsausübung resultieren könnte, um dadurch die Zuverlässigkeit und die Dauerhaftigkeit der Wellenkupplung zu verbessern. Zusätzlich/alternativ kann die geringere konzentrierte Spannungsverteilung erlauben, eine geringere Menge/Qualität von Material in der Nabe zu verwenden, um dadurch eine kompaktere oder leichtere Nabe (oder Wellenkupplung) zu niedrigeren Kosten zu erzielen.
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Andere und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher hervorgehen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
- 1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Flanschnabe einer herkömmlichen flexiblen Wellenkupplung zeigt, welche mit einem Schlitz versehen ist, der der Nabe Flexibilität verleiht, wobei ein Teil der Nabe weggeschnitten worden ist, um die Form der Umfangsenden eines Vorsprungsteils der Nabe, welcher an den Schlitz angrenzt, sichtbar zu machen,
- 2 eine Endansicht des Vorsprungsteils der Nabe nach 1 ist und schematisch eine Spannungsverteilung an den Umfangsenden des Teils der Nabe, der an den Schlitz angrenzt, zeigt;
- 3 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Flanschnabe für eine flexible Wellenkupplung nach der Erfindung zeigt;
- 4 eine perspektivische Ansicht ist, die die flexible Wellenkupplung im Gebrauch zeigt, wo ein Paar Flanschnaben gemäß der Darstellung in 3 benutzt wird;
- 5 eine perspektivische Ansicht ist, die die Flanschnabe nach 3 zeigt, von der ein Teil weggeschnitten worden ist, um die Form der Umfangsenden eines Vorsprungsteils der Nabe sichtbar zu machen, der an den Schlitz angrenzt, welcher der Nabe Flexibilität verleiht;
- 6a eine Endansicht eines Vorsprungsteils der in 3 gezeigten Nabe ist und schematisch die Form der Umfangsenden desjenigen Teils der Nabe zeigt, der an den Schlitz angrenzt;
- 6b eine ähnliche Ansicht wie in 6a ist und eine Spannungsverteilung an den Umfangsenden des an den Schlitz angrenzenden Teils der Nabe zeigt;
- die 7a - 7c eine Vorder-, eine Seiten- bzw. eine Rückansicht sind, die eine weitere Ausführungsform einer flexiblen Wellenkupplung nach der Erfindung zeigen, und
- 8 eine perspektivische Ansicht ist, die noch eine weitere Ausführungsform einer flexiblen Wellenkupplung nach der Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Flanschnabe 11 zeigt, welche als ein Hauptkörper einer flexiblen Wellenkupplung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt wird. Die Flanschnabe 11 hat eine rohrförmige Gestalt mit einem Vorsprungsteil 12 und einem Flanschteil 13, der einstückig an einem axialen Ende des Vorsprungsteils 12 gebildet ist. Die Flanschnabe 11 ist in ihrem Zentrum mit einer axialen Bohrung 14 versehen, welche eine anzu- -schließende Welle mit Passsitz aufnimmt. Der Vorsprungsteil 12 ist mit einem Umfangsschlitz 15 versehen, der sich umfangsmäßig oder in einer Richtung, die rechtwinkelig zu der Achse der Nabe 11 ist, in einer Position nahe bei einem Rand des Flanschteils 13 (vgl. 5) erstreckt. Der Vorsprungsteil 12 ist weiter mit einem axialen Schlitz 16 und mit einer inneren Nut oder Kerbe 17 versehen, die umfangsmäßig entgegengesetzt zueinander angeordnet sind und sich in axialer Richtung erstrecken.
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Gemäß der Darstellung in 4 kann die flexible Wellenkupplung 10 aus einem Paar identischer Flanschnaben 11 (11A, 11B) aufgebaut sein, die so angeordnet sind, dass ihre Flanschteile 13, 13 einander zugewandt sind, wobei eine Federscheibe 18 zwischen demselben angeordnet ist. Die Federscheibe 18 kann mehrere übereinander gestapelte Federstücke aufweisen. Verbindungsschrauben 20 sind durch entsprechende abgestufte Löcher 19 hindurchgeführt, die in dem einen Flanschteil 13 gebildet sind, und mit zugeordneten Gewindelöchern 21 des anderen Flanschteils 13 in Eingriff, um die Flanschnaben 11A, 11B aneinander zu befestigen. Eine Antriebswelle 22 und eine Abtriebswelle 23 sind in Axialbohrungen 14 der beiden Flanschnaben 11A, 11B eingeführt und darin durch eine Verbindungsschraube 26 befestigt, die mit einem abgestuften Gewindeloch 24 über ein abgestuftes Loch 25 in Eingriff ist, welche so gebildet sind, dass der axiale Schlitz 16 zwischen ihnen angeordnet ist.
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Gemäß der Darstellung in den 5, 6a und 6b ist der Umfangsschlitz 15 gebildet durch Abtragen von etwa einer Umfangshälfte des Materials eines Teils des Vorsprungsteils 12, wo der Schlitz 15 gebildet werden soll, und beide Umfangsenden 12a, 12b des Vorsprungsteils 12, die an den Schlitz 15 angrenzen, sind mit einer konvexen Form versehen, wenn sie in Richtung längs der Achse der Nabe 11 betrachtet werden, wo die konvexe Form auf der Basis der Spannungsverteilung bestimmt wird, die in 2 gezeigt ist, um eine gleichförmigere Spannungsverteilung zu erzielen. In 6a ist am besten gezeigt, dass die konvexen Enden 12a, 12b eine im Wesentlichen ebene Oberfläche im Bereich einer zentralen Umfangslinie 27 des Vorsprungsteils 12 und bogenförmige, von dem Schlitz weg gekrümmte Oberflächen an inneren und äußeren Umfangsteilen aufweisen.
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Auf diese Weise kann, im Gegensatz zu der herkömmlichen Ausführungsform, wo die Spannung an inneren und äußeren Umfangsteilen konzentriert ist, wenn eine Belastung ausgeübt wird, die Spannung, die auf die konvexen Umfangsenden 12a, 12b des Vorsprungsteils 12, der dem Schlitz 15 benachbart ist, einwirkt, verteilt werden, um die Größe der Spannung an den inneren und äußeren Umfangsteilen der Umfangsenden 12a, 12b zu reduzieren und eine im Wesentlichen gleichförmige Spannungsverteilung zu erzielen, wie es durch die Pfeile 28 (28a, 28b) in 6b gezeigt ist. Das kann verhindern, dass die Umfangsenden 12a, 12b einen Ermüdungsbruch erleiden, der aus der Spannungskonzentration resultieren könnte, um dadurch die Zuverlässigkeit und die Dauerhaftigkeit der Wellenkupplung zu verbessern. Zusätzlich/alternativ kann die weniger konzentrierte Spannungsverteilung eine geringere Menge/Qualität des für die Nabe zu verwendenden Materials erlauben, um dadurch eine kompaktere oder leichtere Nabe (oder Wellenkupplung) zu niedrigeren Kosten zu erzielen.
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Um die oben beschriebene flexible Wellenkupplung 10 nach der Erfindung mit der in den 1 und 2 gezeigten herkömmlichen Ausführungsform zu vergleichen, ist ein Ermüdungsbruchtest ausgeführt worden. Der Test hat gezeigt, dass, wenn eine Belastung, die 150 % größer als eine Nennbelastung ist, ausgeübt wird, die herkömmliche Wellenkupplung bei etwa 3 Millionen wiederholten Ausübungen der Belastung gebrochen ist, wo hingegen die Wellenkupplung nach der Erfindung selbst nach 10 Millionen wiederholten Ausübungen der Belastung noch richtig arbeiten konnte.
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Es sei angemerkt, dass die Spannungsverteilung an den Umfangsenden des Teils des Vorsprungsteils, der an den Umfangsschlitz angrenzt, in Abhängigkeit von dem Gesamtaufbau oder der Gesamtform der Wellenkupplung variieren kann und dass deshalb die Form der von dem Schlitz weg gekrümmten Oberflächen der konvexen Umfangsenden gemäß den besonderen Spannungsverteilungen geeignet bestimmt werden muss. In der gezeigten Ausführungsform kann, wenn die Wanddicke des Vorsprungsteils 12 mit T bezeichnet wird (6a), die von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche an dem äußeren Umfangsteil vorzugsweise aus einer bogenförmigen Fläche bestehen, die eine Abmessung von T/2-T/3 hat, wo hingegen die von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche an dem inneren Umfangsteil vorzugsweise aus einer bogenförmigen Fläche bestehen kann, die eine Abmessung von T/3-T/4 hat.
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In der obigen Ausführungsform sind die konvexen Enden 12a, 12b mit von dem Schlitz weg gekrümmten Flächen sowohl an den inneren als auch an den äußeren Umfangsteilen versehen. Da jedoch weniger Spannung bestrebt ist, sich an dem inneren Umfangsteil als an dem äußeren Umfangsteil zu konzentrieren, kann das konvexe Ende eine von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche nur an dem äußeren Umfangsteil aufweisen und der Teil einwärts von der zentralen Umfangslinie 27 kann durch eine ebene Fläche, also ohne eine von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche gebildet sein. Das kann bei einer kleinen flexiblen Wellenkupplung besonders zu bevorzugen sein, bei der es schwierig ist, eine von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche an dem inneren Umfangsteil zu bilden.
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Die 7a - 7c zeigen eine Ausführungsform einer flexiblen Wellenkupplung, bei der eine Nabe mit einer anderen Form gemäß der Erfindung benutzt wird. Diese Wellenkupplung 30 hat eine Nabe (oder einen Kupplungshauptkörper) 31, die durch ein gerades, rohrförmiges Teil ohne einen Flanschteil gebildet ist, in welchem eine axiale Bohrung 32 längs der Mittelachse gebildet ist, um eine zu verbindende Welle aufzunehmen. Die Nabe 31 ist mit einem Umfangsschlitz 33 versehen, der sich umfangsmäßig in einer Halbringform erstreckt, und mit einem axialen Schlitz (oder einer axialen Nut) 34, der sich axial erstreckt, so dass er zu dem Umfangsschlitz 33 rechtwinkelig ist.
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Die flexible Wellenkupplung 30 weist ein Paar dieser Naben 31 (31A, 31B) auf, die durch eine Verbindungsschraube 37 verbunden sind, wobei eine Federscheibe 36 zwischen denselben angeordnet ist. Eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle werden in axiale Bohrungen 32 eingeführt und darin durch Anziehen von Verbindungsschrauben 38 festgelegt. Somit tragen wie bei der vorherigen Ausführungsform die Schlitze 33 und die Federscheibe 36 dazu bei, der Wellenkupplung 30 Flexibilität zu verleihen, obgleich es möglich ist, die Federscheibe 36 wegzulassen.
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In dieser flexiblen Wellenkupplung 30 sind, um die eine Spannungskonzentration an dem inneren und dem äußeren Umfangsteil der Umfangsenden 31a, 31b eines Teils der Nabe 31, welcher dem Schlitz 33 umfangsmäßig benachbart ist, zu verhindern, die Umfangsenden 31a, 31b mit einer konvexen Form versehen, die eine von dem Schlitz weg gekrümmte bogenförmige Fläche hat, wie in der vorherigen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist jedoch die von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche nur an dem äußeren Umfangsteil gebildet, wo die Spannung dazu tendiert, ihren Scheitelwert zu haben, obgleich es möglich ist, auch eine von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche an dem inneren Umfangsteil vorzusehen.
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8 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer flexiblen Wellenkupplung nach der Erfindung, bei der eine Nabe benutzt wird, die eine andere Form hat. Diese Wellenkupplung 40 weist eine Nabe 41 auf, die aus einem geraden rohrförmigen Teil besteht und in deren Zentrum eine axiale Bohrung 42 vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform ist die Nabe 41 mit einer Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitzen 43 versehen, obgleich die Schlitze durch einen einzelnen Spiralschlitz oder eine einzelne Spiralnut ersetzt werden können. Die Nabe 41 ist weiter mit Befestigungslöchern 44 versehen, durch die Schrauben hindurchgeführt werden können, um die Antriebswelle und die Abtriebswelle, die in die axiale Bohrung 42 eingeführt werden, festzulegen.
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Bei dieser flexiblen Wellenkupplung 40 können auch, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, die Umfangsenden eines Teils der Nabe 41, der an den Schlitz 43 angrenzt, eine konvexe Form haben, die eine von dem Schlitz weg gekrümmte Fläche entsprechend der Spannungsverteilung aufweist, so dass die Größe der Spannung, die auf den inneren und den äußeren Umfangsteil (insbesondere auf den äußeren Umfangsteil) ausgeübt wird, reduziert wird, um eine im Wesentlichen gleichförmige Spannungsverteilung zu erzielen.
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Die Erfindung kann bei jeder anderen flexiblen Wellenkupplung neben den oben beschriebenen angewandt werden, solange die Wellenkupplung mit einem Schlitz versehen wird, der für Flexibilität sorgt, um gleiche vorteilhafte Effekte zu erzielen. Verschiedene Abwandlungen und Modifikationen sind möglich, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen.
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Zum Beispiel kann die Nabe aus verschiedenem starren Material bestehen, welches ein metallisches Material wie Aluminium oder rostfreien Stahl umfassen kann, sowie ein Harz wie Polyimid oder Polyacetal. Die Form der Nabe braucht sich nicht auf die zylindrische Form wie in den gezeigten Ausführungsformen zu beschränken, sondern kann ein rohrförmiges Teil sein, bei dem die inneren und/oder äußeren Umfänge eine polygonale oder ovale Form haben. Obgleich bei den obigen Ausführungsformen die Antriebswelle und die Abtriebswelle beide in der axialen Bohrung der einen bzw. anderen Nabe aufgenommen sind, kann die Abtriebswelle an einem Ende der Nabe einstückig ausgebildet sein oder mit der Nabe über einen Flansch verbunden sein, der an dem Ende der Nabe gebildet ist.
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Obgleich in den dargestellten Ausführungsformen die bogenförmigen Flächen der konvexen Enden jeweils durch eine von dem Schlitz weg gekrümmte bogenförmige Fläche gebildet sind, kann weiter die bogenförmige Fläche eine Vielzahl von linearen oder ebenen Flächen aufweisen, die in Kombination eine quasi-bogenförmige Fläche bilden, welche ähnliche Effekte wie bei den gezeigten Ausführungsformen erzielen kann und daher ebenfalls in den Schutzbereich der Ansprüche fällt.
