DE102006037888A1

DE102006037888A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE102006037888A1
Application number: DE200610037888
Authority: DE
Inventors: Roland Haas; Peter Horling; Sandra Kamm; Armin Olschewski
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28
Also published as: WO2008017433A1; DE112007001748A5

Abstract

Eine Kupplung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des übertragenden Drehmoments beinhaltet folgende Merkmale:
- Das erste Wellenteil ist mit einem ersten Anschlusselement drehfest verbunden, das einen zylinderartigen Mantel mit wenigstens einer Ein- oder Ausbauchung aufweist,
- ein Federelement, das zu besagtem Mantel im Wesentlichen konzentrisch und mit einer im Wesentlichen zum formschlussartigen Eingreifen in die Ein- oder Ausbauchung des Mantels entsprechend gestalteten Aus- oder Einbauchung ausgebildet ist, und
- das Federelement ist mit dem zweiten Wellenteil in Verbindung stehend.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments.
In vielen Bereichen der Technik sind sogenannte Überlastkupplungen bzw. Kupplungen mit einer Überlastsicherung bzw. Drehmomentbegrenzung bekannt. Dabei sind in vielfältigen Ausführungsformen Überlastkupplungen bekannt, die mit mittels separaten Federn gelagerten separaten Rastelementen arbeiten. Diese Überlastkupplungen weisen aber mit Nachteil eine vergleichsweise große Anzahl von Einzelteilen auf, was sich sowohl hinsichtlich Montage als auch Herstellungskosten nachteilig auswirkt. Weiterhin sind auch sehr einfach aufgebaute Überlastkupplungen bekannt, mit denen allerdings mit Nachteil nur eine Drehmomentübertragung bis zu vergleichsweise kleinen Grenzdrehmomenten möglich ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kupplung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments zu schaffen, die einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist und mit der auch eine Drehmomentenübertragung bis hin zu größeren Grenzdrehmomentwerten möglich ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 beinhaltet eine Kupplung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des übertragenden Drehmoments folgende Merkmale:

– Das erste Wellenteil ist mit einem ersten Anschlusselement drehfest verbunden, das einen zylinderartigen Mantel mit wenigstens einer Ein- oder Ausbauchung aufweist,
– ein Federelement, das zu besagtem Mantel im wesentlichen konzentrisch und mit einer im wesentlichen zum formschlussartigen Eingreifen in die Ein- oder Ausbauchung des Mantels entsprechend gestalteten Aus- oder Einbauchung ausgebildet ist, und
– das Federelement ist mit dem zweiten Wellenteil in Verbindung stehend.

Dadurch, dass die erfindungsgemäße Kupplung im Extremfall lediglich eine spezielle Ausbildung der einander gegenüberliegenden axialen Enden der beiden Wellenteile und ein beispielsweise ringartig und in Umfangsrichtung gewellt ausgebildetes Federelement benötigt, ist ein einfachster Aufbau mit einem Minimum an Einzelteilen möglich, was sich insbesondere durch die damit einhergehende, sehr einfache und damit auch schnelle Montage mit Vorteil auch positiv auf die Kosten einer derartigen Kupplung auswirkt. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Kupplung Reib- und Formschlusseffekte miteinander kombiniert, ist trotz des einfachsten Aufbaus mit Vorteil auch eine Begrenzung der zu übertragenden Drehmomente hin zu vergleichsweiße großen Grenzdrehmomenten möglich. Weiterhin ist es mit der erfindungsgemäßen Kupplung ebenfalls mit Vorteil möglich, einen gewissen Versatz und/oder eine gewisse Kippung der beiden Wellenteile gegeneinander durch die Kupplung auszugleichen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung, bei der sich die Wellenenden zweier zu koppelnder Wellenteile koaxial umschließen und dazwischen ein ringförmiges in Umfangsrichtung gewellt ausgebildetes Federelement angeordnet ist,
2 in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung, bei der entsprechende axiale Enden zweier zu koppelnder Wellenteile durch ein die Enden im wesentlichen umschließendes Federelement gekoppelt sind, und
3 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch ein Federelement, das im Gegensatz zu dem einstückig ausgebildeten Federelement der 2 aus zwei Teilen zusammengesetzt ist.
Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer perspektivischen Explosionsansicht eine Kupplung, bei der sich entsprechende Wellenenden zweier zu kuppelnden Wellenteile koaxial umschließen und dazwischen ein ringförmiges, in Umfangsrichtung gewellt ausgebildetes Federelement 30 angeordnet ist. An besagten Wellenenden sind die beiden nicht dargestellten Wellenteile mit Anschlusselementen 10 und 20 ausgebildet. Dabei kann insbesondere das erste Anschlusselement 10 des ersten Wellenteils unmittelbar durch entsprechende Ausbildung besagten Wellenendes ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann aber auch wenigstens eines der Anschlusselemente 10 und 20 beispielsweise als ein Sinterelement ausgebildet und mit dem Wellenteil entsprechend verbunden sein.
Das in Umfangsrichtung mit einer Wellung ausgebildet ringartige Federelement 30 ist dabei insbesondere spanlos aus einem gehärteten Stahlband oder Stahlblech, insbesondere einem Federstahlband hergestellt. In einer anderen Ausführungsform kann das Federelement auch mit einer Längsschlitzung in Umfangsrichtung nicht in sich geschlossen ausgebildet sein.
Zu der Wellung des Federelements 30 passend, sind sowohl der Außenmantel des ersten Anschlusselements 10 als auch der Innenmantel des zweiten Anschlusselements 20 mit einer entsprechenden Wellung bzw. mit entsprechenden Ein- und Ausbauchungen ausgebildet. Bei einem entsprechenden Ineinandersetzen der drei Elemente 10, 20 und 30 sind die beiden Anschlusselemente 10 und 20 über das Federelement 30 bis zu einem vorgebbaren Wert eines zu übertragenden Drehmoments drehfest miteinander verbunden. Wird besagter Wert überschritten, wird das Federelement 30 derart aufgeweitet, dass sich die beiden Anschlusselemente 10 und 20 gegeneinander verdrehen können bis das zu übertragende Drehmoment wieder unter den besagten Wert sinkt.
Besagter Wert zur Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments ist dabei beispielsweise durch einen Durchmesser des Federelements 30, durch Tiefe und Anzahl der Ein- und Ausbauchungen, durch eine Wanddicke des Federelements 30, aber auch durch eine beispielsweise auf den Außenmantel des ersten Anschlusselements 10 und/oder den Innenmantel des zweiten Anschlusselements 20 aufgebrachte, die Gleitreibung beeinflussende Beschichtung, einstellbar.
In anderen Ausführungsformen können insbesondere die Stirnseiten des Federelements 30, insbesondere in denjenigen Bereich, in dem sie zum Eingriff in die Anschlusselemente 10 und 20 vorgesehen sind, mit einer Verrundung ausgebildet sein und/oder die Ein- bzw. Ausbauchungen des Federelements 30 sind bezogen auf eine Mitte der Ein- bzw. Ausbauchung zur entsprechenden Gegenfläche der Anschlusselemente 10 und 20 hin leicht sphärisch ausgebeult.
Die 2 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer perspektivischen Explosionsansicht eine Kupplung, bei der die entsprechenden axialen Enden zweier zu koppelnder Wellenteile durch ein die Enden im Wesentlichen umschließendes Federelement 30' gekoppelt sind. Dabei umfassen besagte Enden besagter Wellenteile im Wesentlichen identisch ausgebildete Anschlusselemente 10' und 20'.
Das einstückig ausgebildete ringartige Federelement 30' umfasst dabei einen ersten in Umfangsrichtung gewellten ringartigen Teilbereich für das erste Anschlusselement 10', einen hohlkreiszylinderartigen Zwischenbereich und einen zweiten in Umfangsrichtung gewellten ringartigen Teilbereich für das zweite Anschlusselement 20'. Die beiden gewellten Teilbereiche sind dabei derart über den Zwischenbereich miteinander verbunden, dass bei axialer Betrachtung sozusagen die Berge der Wellung des ersten Teilbereichs auf Täler der Wellung des zweiten Teilbereichs treffen. Die Wellung der beiden ringartigen Teilbereiche ist dabei wiederum zum Eingreifen in entsprechend gewellt ausgebildete Außenmäntel der beiden Anschlusselemente 10' und 20' vorgesehen.
Der Zwischenbereich ist weiterhin mit Einschnitten 32' ausgebildet, die abwechselnd von der einen und der anderen Stirnseite her und außerhalb der Verbindungsstellen zu den beiden gewellten Teilbereichen ausgebildet sind. Dadurch wird insbesondere beim Überschreiten des Grenzwerts des zu übertragenden Drehmoments ein Aufweiten des Federelements 30' in einer für das Federelement 30' materialvertraglichen Art und Weise gewährleistet. In einer anderen Ausführungsform können die Einschnitte axial auch über eine mittlere Umfangslinie des Zwischenbereichs hinausgehend ausgebildet sein.
Weiterhin sind an den Verbindungsstellen zwischen den gewellten Teilbereichen und dem Zwischenbereich Kerbspannungen reduzierende Ausrundungen 34' vorgesehen, was in der 2 lediglich einmal exemplarisch dargestellt ist. Ansonsten gilt das vorausgehend zu der 1 Beschriebene für die Ausführungsform der 2 entsprechend.
Die 3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Abwandlung des Federelements 30' der 2, wobei das Federelement 30'' der 3 im Zwischenbereich geteilt aus zwei Teilen 31'' und 32'' hergestellt ist. Die 3 zeigt dazu einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch das Federelement 30'' in seinem Zwischenbereich, in dem die beiden Teile 31'' und 32'' miteinander verbunden sind.
Dabei umfassen die beiden zum Verbinden vorgesehenen Teile 31'' und 32'' des Federelements 30'' an ihren zu verbindenden Stirnseiten an wenigstens einigen Umfangsstellen radial nach innen umgeformte, sich in den Zwischenraum zwischen den beiden Anschlusselementen hinerstreckende Bereiche, die insbesondere durch ein Druckfugen was auch als Durchsetzfügen oder Clinchen bezeichnet wird, miteinander verbunden sind, was an der Stelle 35'' angedeutet ist.
Damit das Federelement 30' der 2 axial in Position bleibt, sind die Einbauchungen auf den Außenmäntel der Anschlusselemente 10' und 20' nach außen hin durch eine Art Steg begrenzt, in den die Einbauchungen sphärisch übergehend gestaltet sind. Beim Federelement 30'' gemäß der 3 kann diese axiale Positionierung durch den zwischen die beiden Anschlusselemente hineinragenden Teil des Federelements 30'' übernommen werden, so dass die Anschlusselemente auch ohne besagten Steg, also zahnradartig ausgebildet werden können. Ansonsten gilt das vorausgehend zu den 1 und 2 Beschriebene für die Ausführungsform der 3 entsprechend.
In anderen Ausführungsformen können die Federelemente natürlich auch aus mehr als zwei Teilen und/oder mit anderer Verbindungstechnik ausgebildet sein.

Claims

Kupplung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments, beinhaltend folgende Merkmale: – Das erste Wellenteil ist mit einem ersten Anschlusselement drehfest verbunden, das einen zylinderartigen Mantel mit wenigstens einer Ein- oder Ausbauchung aufweist, – ein Federelement, das zu besagtem Mantel im wesentlichen konzentrisch und mit einer im wesentlichen zum formschlussartigen Eingreifen in die Ein- oder Ausbauchung des Mantels entsprechend gestalteten Aus- oder Einbauchung ausgebildet ist, und – das Federelement ist mit dem zweiten Wellenteil in Verbindung stehend.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei das Federelement mit dem zweiten Wellenteil fest verbunden ist.
Kupplung nach Anspruch 1, wobei das Federelement wenigstens eine weitere Ein- oder Ausbauchung umfasst und das zweite Wellenteil mit einem zweiten Anschlusselement verbunden ist, das einen zylinderartigen Mantel mit einer zur weiteren Ein- oder Ausbauchung des Federelements passenden Aus- oder Einbauchung ausgebildet ist.
Kupplung nach Anspruch 3, wobei der Mantel des ersten Anschlusselements ein Innen- oder Außenmantel und der Mantel des zweiten Anschlusselements ein Außen- oder Innenmantel ist und radial zwischen beiden Mänteln das Federelement angeordnet ist.
Kupplung nach Anspruch 3, wobei die Mäntel des ersten als auch des zweiten Anschlusselements entweder beide Innenmäntel oder beide Außenmäntel sind.
Kupplung nach Anspruch 5, wobei das Federelement einen ersten in Umfangsrichtung gewellten ringartigen Teilbereich für das erste Anschlusselement und einen zweitem in Umfangsrichtung gewellten ringartigen Teilbereich für das zweite Anschlusselement umfasst.
Kupplung nach Anspruch 6, wobei das Federelement derart ausgebildet ist, dass bei axialer Betrachtung die Berge der Wellung des ersten Teilbereichs auf Täler der Wellung des zweiten Teilbereichs treffen.
Kupplung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die beiden Teilbereiche über einen hohlkreiszylinderartigen Zwischenbereich miteinander verbunden sind.
Kupplung nach Anspruch 8, wobei wenigstens einer der Teilbereiche ausschließlich im Bereich seiner Täler oder Berge mit dem Zwischenbereich verbunden ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Zwischenbereich abwechselnd von der einen und der anderen Stirnseite her und außerhalb der Verbindungsstellen zu den beiden Teilbereichen mit sich axial erstreckenden Einschnitten ausgebildet ist.
Kupplung nach Anspruch 10, wobei die Einschnitte axial über eine mittlere Umfangslinie des Zwischenbereichs hinausgehend ausgebildet sind.
Kupplung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei an wenigstens einer Verbindungsstelle zwischen einem der Teilbereiche und dem Zwischenbereich eine Kerbspannungen reduzierende Ausrundung ausgebildet ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Zwischenbereich an wenigstens einer Umfangsstelle sich radial zwischen die Stirnseiten der Wellenteile oder Anschlusselemente hineinerstreckend ausgebildet ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Mantel des ersten Anschlusselements, der Mantel des zweiten Anschlusselements und/oder der Federring in Umfangsrichtung mit einer Wellung ausgebildet sind.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei wenigstens eines der axialen Enden der Ein- bzw. Ausbauchung des Federelements abgerundet und/oder die Ein- bzw. Ausbauchung des Federelements bezogen auf eine Mitte der Ein- bzw. Ausbauchung zur entsprechenden Gegenfläche des Anschlusselements hin leicht sphärisch ausgebeult ausgebildet sind.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Federelement aus einem Stück hergestellt ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Federelement aus mehreren Teilen zusammengesetzt hergestellt ist.
Kupplung nach Anspruch 17, wobei eines der Teile wenigstens einen der gewellten ringartigen Teilbereiche und wenigstens eine Hälfte des hohlkreiszylinderartigen Zwischenbereichs umfasst.
Kupplung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei die Teile miteinander, insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung oder durch ein Druckfügen verbunden sind.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Federelement spanlos hergestellt ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Federelement aus einem ungehärteten Stahlband oder -blech geformt ist, das einer Formgebung nachfolgend gehärtet ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Federelement aus einem gehärteten Stahlband oder -blech, insbesondere einem Federstahlband hergestellt ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Federelement ringartig mit oder ohne einem Axialschlitz ausgebildet ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das Anschlusselement und das zugehörige Wellenteil einstückig und/oder materialeinheitlich ausgebildet sind.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei wenigstens eines der Anschlusselemente wenigstens im Bereich der Ein- oder Ausbauchung mit einer, insbesondere die Gleitreibung beeinflussenden Beschichtung versehen ist.