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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsnabe für eine Klauenkupplung nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ferner eine Klauenkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 13.
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Bekannte aus Metall hergestellte Klauenkupplungen bestehen aus einer ersten Kupplungsnabe und einer zweiten Kupplungsnabe. Beide Kupplungsnaben weisen eine bestimmte Anzahl von Mitnahmeklauen auf, die im Zustand der formschlüssigen Verbindung der Kupplungsnaben miteinander in Eingriff sind.
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Derartige Klauenkupplungen weisen in der Regel einen Zahnkranz aus einem elastomeren Werkstoff auf. Der Zahnkranz ist dabei zwischen zwei Kupplungsnaben als separates Bauelement eingelegt. Die Zähne des Zahnkranzes sind zwischen den ineinander greifenden Mitnahmeklauen positioniert, wodurch im Betrieb eine gewisse Verdrehbarkeit der Kupplungsnaben gegeneinander besteht. Außerdem sind die Kupplungsnaben der vorbekannten Klauenkupplung über die Länge, und zwar im Bereich ihrer drehfesten Verbindung mit einer An- bzw. Abtriebswelle, als Vollmaterial ausgebildet, womit ein vergleichsweise hohes Gewicht und vergleichsweise hohe Schwungmomente bei der Übertragung von hohen Antriebsdrehmomenten auftreten.
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Bekannt ist aus dem Dokument
DE 10 2005 055 771 A1 eine Kupplungsnabe aus thermoplastischem Kunststoff zur Ausbildung einer Klauenkupplung.
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Die Kupplungsnabe bildet eine innere kreisringförmige Achsaufnahme und einen kreisringförmigen Außenring aus, an dem Mitnahmeklauen angeordnet sind. Zwischen der erwähnten Achsaufnahme und dem Außenring einerseits sind Verbindungsstege angeordnet und andererseits sind zwischen den Verbindungsstegen Hohlräume ausgebildet, die der Gewichtsreduzierung der Kupplungsnabe dienen.
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Des Weiteren ist aus
DE 10 2006 049 486 A1 eine hohlzylindrische Kupplungsnabe aus einem thermoplastischen Kunststoff bekannt, die einen den Hohlraum bildenden, im Querschnitt kreisförmige, innere Achsaufnahme sowie einen dazu konzentrischen, einen Außenmantel aufweisenden Außenring und wenigstens drei über eine parallel zu der Grundfläche verlaufende Stirnfläche, vorspringende, rotationssymmetrisch zu der Achse der Achsaufnahme angeordnete, gleich ausgebildete Mitnahmeklauen mit Hohlräumen aufweist, wobei die Oberseiten der Mitnahmeklauen in einer parallel zu der Grundfläche sowie der Stirnfläche angeordneten Deckfläche liegen und wobei die gesamte Kupplungsnabe durch Spritzgießen hergestellt ist.
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Die Kupplungsnabe weist dabei eine der Anzahl der Mitnahmeklauen entsprechenden Anzahl von Anspritzpunkten auf, die, ebenso wie die Mitnahmeklauen, zueinander rotationssymmetrisch in ein und derselben Ebene angeordnet sind.
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Ungeachtet der im Nabenkörper vorhandenen Hohlräume der vorgenannten, aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Kupplungsnaben, weisen derartige Kupplungsnaben keine hinreichende Maßhaltigkeit nach dem Herstellungsprozess auf.
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Mit der
DE 2818117 A1 eine elastische Kupplung mit drei oder mehr zu einem ersten Kupplungsteil gehörigen Armen, zwischen den Armen angeordneten Widerlagern und einem polygonartigen Ring aus Elastomerkörpern offenbart.
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Der Aufbau dieser Kupplung ist sehr kompliziert, was zu einer kostenintensiven Herstellung und einer aufwendigen Montage führt. Zudem wird bei der Kupplung gemäß D1 das gesamte Drehmoment über die aus einem Blechstreifen gefertigten Widerlager übertragen, wobei die Belastbarkeit eines Bleichstreifens eine Schwachstelle darstellt.
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Die
DE 44 14 575 A1 hat eine monolithisch aus Metall gefertigte Klauenkupplung zum Gegenstand, deren Klauen Freisparungen zur Aufnahme eines Koppelgliedes aufweisen.
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Durch die Koppelglieder kann einen Winkelversatz der beiden Kupplungshälften bewerkstelligt werden (und auf die Kupplung einwirkende Drehschwingung gedämpft werden können. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Kupplungshälften sich nur im Bereich der Koppelglieder berühren, und dort somit einen hohen Verschleiß aufweisen, woraus ein erhöhter Wartungsaufwand resultiert. Weiterhin nachteilig ist das hohe Gewicht und das damit verbundene hohe Trägheitsmoment der Kupplung führt.
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Gegenstand der
US 5,928,083 A ist eine Klauenkupplung mit einem mittleren Verbindungselement, das ebenfalls Klauen aufweist, und zwischen den Kupplungshälften und dem mittleren Verbindungselement angeordneten elastomeren Koppelgliedern.
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Die Kupplung ist eine Einwegkupplung, die es der Abtriebswelle ermöglicht die Antriebswelle zu überlaufen analog einem Freilauf. Dies wird durch im Verbindungselement integrierte Lager bzw. eine integrierten Freilauf erreicht. Nachteilig hat die Kupplung daher einen, mit vermehrtem Wartungsaufwand und hohen Fertigungskosten verbundenen komplizierten Aufbau und weist ein hohes Gewicht und damit auch Trägheitsmoment auf.
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Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kupplungsnabe für eine Klauenkupplung zur schwingungsdämpfenden Kraftübertragung von einer Antriebswelle zu einer Abtriebswelle schaffen, deren struktureller Aufbau, im Vergleich mit dem Stand der Technik, sich durch hohe Maßhaltigkeit nach dem Herstellungsprozess, durch ein vergleichsweise geringes Gewicht, eine lange Lebensdauer und durch niedrige Schwungmomente bei der Übertragung von hohen Antriebsdrehmomenten auszeichnet.
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Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Klauenkupplung mit neuartigen Kupplungsnaben zu schaffen, die einfach zu montieren, im Wesentlichen wartungsfrei und in Temperaturbereichen zwischen –40°C und +120°C einsetzbar sind.
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Die erste Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und die zweite Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 gelöst.
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Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nach den Merkmalen von Patentanspruch 1 weist die Kupplungsnabe für eine Klauenkupplung zur schwingungsdämpfenden Kraftübertragung von einer Antriebswelle zu einer Abtriebswelle ein Metallteil (2) als erste Komponente mit mehreren Mitnahmeklauen (9) und eine aus einem Kunststoffmantel (11) bestehende zweite Komponente auf, wobei die zweite Komponente nahezu mit der gesamten Oberfläche der ersten Komponente durch Kunststoff-Spritzgießen formschlüssig verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsnabe handelt es sich somit um ein eine Hybridklauenkupplungsnabe.
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Die Hybridklauenkupplungsnabe beruht folglich auf einem Herstellungsprozess, in dem eine erste Komponente und eine zweite Komponente durch zwei Technologien miteinander kombiniert werden. Die Kombination besteht dabei darin, dass die erste Komponente ein Metallteil ist, das vorzugsweise nach dem Druckgießverfahren hergestellt ist und dass die zweite Komponente eine nahezu mit der gesamten Oberfläche der ersten Komponente durch Kunststoff-Spritzgießen formschlüssig verbundene Kunststoffummantelung ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Metallteil ein längserstreckter, vorzugsweise rotationssymmetrischer Körper mit einer zentrisch gelegenen Wellenaufnahme, und wobei die Wellenaufnahme wenigstens eine Vorkehrung zur drehfesten Verbindung mit der An- oder Abtriebswelle aufweist.
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Als Vorkehrungen können hier unterschiedliche Ausführungsvarianten vorgesehen sein.
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Denkbar ist eine Nut-Paßfederverbindung, eine Verbindung mittels Innen- und Außenverzahnung oder eine Klemmverbindung.
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Soweit eine axiale Arretierung der Hybridklauenkupplungsnabe auf der betreffenden Welle erforderlich wird, ist dafür zum Beispiel ein Gewindestift vorgesehen, der an geeigneter Position quer zur Rotationsachse das Metallteil und die Kunststoffummantelung durchdringt und in die betreffende Welle eingreift.
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Endseitig des längserstreckten Metallteils umschließt jeweils ein in Art einer Kreisscheibe ausgebildetes Endstück den Außenumfang der Wellenaufnahme.
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Ausgehend vom Außenumfang der Wellenaufnahme bis hin zum Außenumfang des betreffenden Endstücks sind nach einer vorbestimmten Anordnung und parallel zur Rotationsachse Verbindungsstege vorhanden, die an einem der Endstücke zu Mitnahmeklauen ausgebildet sind.
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Zur Massereduzierung und Gewichtsersparnis der Hybridklauenkupplungsnabe sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung um den Außenumfang der Wellenaufnahme mehrere in den Endstücken vorhandene Ausnehmungen oder Durchbrüche vorhanden, die vorzugsweise symmetrisch um die Mitten- oder Rotationsachse und zwischen den betreffenden Verbindungsstegen angeordnet sind.
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Die geometrische Ausbildung der Ausnehmungen ist dem Fachmann überlassen. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass im fertig gestellten Metallteil eine solche Masseverteilung um dessen Rotationsachse derart vorhanden ist, dass Unwuchten im Betrieb der montieren Klauenkupplung nahezu ausgeschlossen sind.
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Um ein möglichst geringes Gewicht der Hybridklauenkupplungsnabe zu realisieren ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Metallteil ein Nichteisenmetall ist. Eine erste Variante besteht dabei darin, dass das Nichteisenmetall vorzugsweise eine aus Zink (Zn) bestehende Legierung ist.
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Legierungen aus Aluminium (Al) oder Magnesium (Mg) sind denkbar.
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Die zweite Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Klauenkupplung eine erste Kupplungsnabe und eine zweite Kupplungsnabe und einen zwischen den Mitnahmeklauen der beiden Kupplungsnaben manuell oder mechanisch eingelegten, sternförmigen Elastomer-Zahnkranz umfasst, und dass beide Kupplungsnaben als Hybridklauenkupplungsnaben ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Hybridklauenkupplungsnabe und die aus diesen Naben bestehende Klauenkupplung zeichnen sich durch kleine Baumaße, vergleichsweise geringes Gewicht, eine lange Lebensdauer und niedrige Schwungmomente bei der Übertragung von hohen Antriebsdrehmomenten aus.
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Gegenüber reinen thermoplastischen Kupplungsnaben zeichnet sich die erfindungsgemäße Hybridklauenkupplungsnabe ferner durch eine dämpfende Eigenschaftscharakteristik bei der Kraftübertragung aus, die von ungleichmäßig arbeitenden Kraftmaschinen ausgehen können und der erhöhten Bauteilgenauigkeit.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den anliegenden Zeichnungen zeigen:
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1 das Metallteil als erste Komponente der Hybridklauenkupplungsnabe in der Vorderansicht,
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2 das Metallteil als erste Komponente der Hybridklauenkupplungsnabe in Schnittdarstellung nach der Linie B-B in 1,
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3 das Metallteil als erste Komponente der Hybridklauenkupplungsnabe in Schnittdarstellung nach der Linie A-A in 1,
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4 das Metallteil als erste Komponente der Hybridklau-Enkupplungsnabe in Iso-Ansicht,
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5 die Hybridklauenkupplungsnabe mit thermoplastischer Kunststoffummantelung in der Vorderansicht,
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6 die Hybridklauenkupplungsnabe mit thermoplastischer Kunststoffummantelung in Schnittdarstellung nach der Linie A-A in 5,
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7 die Hybridklauenkupplungsnabe mit thermoplastischer Kunststoffummantelung in Schnittdarstellung nach der Linie B-B in 5,
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8 die Hybridklauenkupplungsnabe mit thermoplastischer Kunststoffummantelung in der Seitenansicht nach 5 und
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9 die Hybridklauenkupplungsnabe mit thermoplastischer Kunststoffummantelung in Iso-Ansicht.
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In den 1 bis 4 ist das zum Beispiel aus einer Zinklegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung bestehende Metallteil 2 die erste Komponente der erfindungsgemäßen Hybridklauenkupplungsnabe 1. Die fertige bzw. montierbare Hybridklauenkupplungsnabe 1 ist in 9 dargestellt.
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Das als erste Komponente ausgebildete Metallteil 2 wird im Druckgießverfahren auf einer hier nicht dargestellten Druckgießmaschine hergestellt. Daher besitzt das Metallteil 2 nach dem Herstellungsprozess in vorteilhafter Weise eine hohe Maßhaltigkeit.
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In der Vorderansicht nach 1 besitzt das im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildete Metallteil 2 eine um seine Rotationsachse 3 zentrisch gelegene Wellenaufnahme 4.
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Die Wellenaufnahme 4 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine als Nut ausgebildete Vorkehrung 5, um eine hier nicht dargestellte An- oder Abtriebswelle mittels nicht dargestellter Paßfeder drehfest mit der Hybridklauenkupplungsnabe 1 zu verbinden. Alternativ zur Nut kann die Wellenaufnahme 4 zum Beispiel mit einer Innenverzahnung ausgebildet sein, die mit einer Außenverzahnung auf der An- bzw. Abtriebswelle in Eingriff gebracht wird.
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In seiner Längserstreckung ist das Metallteil 2 jeweils endseitig mit einem die Wellenaufnahme 4 umschließenden Endstück 6; 7 versehen. Die Endstücke 6; 7 sind in Art einer Kreisscheibe mit vorbestimmter Dicke ausgebildet.
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Ausgehend vom Außenumfang der Wellenaufnahme 4 sind bis hin zum Außenumfang des betreffenden Endstückes 6; 7 Verbindungsstege 8 parallel zur und um die Rotationsachse 3 angeordnet, die dann an dem freien Ende des Endstücks 6 als Mitnahmeklauen 9 ausgebildet sind, am besten zu sehen in 4.
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Wie insbesondere aus den 1 und 4 deutlich zu erkennen ist, sind in den Endstücken 6; 7 Ausnehmungen oder Durchbrüche 10 ausgebildet, die symmetrisch um den Außenumfang der Wellenaufnahme 4 angeordnet sind und der Gewichtsreduzierung des Metallteils 2 dienen. Die Ausnehmungen oder Durchbrüche 10 sind dabei zwischen den Verbindungsstegen 8 eingebracht.
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Die über das Endstück 6 ragenden Mitnahmeklauen 9 sind, wie insbesondere aus den 1 und 4 hervorgeht, mit einer speziellen Querschnittsform ausgebildet, und zwar in vorliegendem Falle in Art eines Zahnprofilquerschnitts. Eine solche Querschnittsform erweist sich als erforderlich, weil im montierten Zustand der Klauenkupplung zwischen den ineinander greifenden Mitnahmeklauen 9 zweier Hybridklauenkupplungsnaben 1 ein sternförmiger Elastomer-Zahnkranz eingelegt ist. Das heißt, die Zahnflanken der Zähne des Elastomer-Zahnkranzes kontaktieren die Flanken der in Art eines Zahnprofils ausgebildeten Mitnahmeklauen 9. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine dämpfende Kraftübertragung von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle realisiert.
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Das zuvor beschriebene Metallteil 2 ist in dem weiteren Prozess der Ausbildung ein Einlegeteil für ein Spritzgießwerkzeug einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, dessen Oberfläche mit einer teilweise umschließenden Kunststoffummantelung 11 versehen wird.
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Dabei werden durch Spritzgießen zunächst die am Außenumfang der Wellenaufnahme 4 des zwischen den Endstücken 6; 7 des Metallteil 2 vorhandenen Freiräume mit thermoplastischem Kunststoff ausgefüllt, um daraufhin die Kunststoffummantelung 11 auf der Oberfläche des gesamten Metallteils 2 auszubilden.
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Die 6 bis 9 zeigen die nach der Ausbildung der Kunststoffummantelung 11 fertige Hybridklauenkupplungsnabe 1.
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Wenn zuvor von einer die Oberfläche des Metallteils 2 teilweise umschließenden Kunststoffummantelung 11 gesprochen wird, dann ist darunter zu verstehen, dass die Wellenaufnahme 4 und die als Nut ausgebildete Vorkehrung 5 von der Kunststoffummantelung 11 in zweckmäßiger Weise nicht umschlossen sind.
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Die Dicke der Kunststoffummantelung 11 soll im vorliegenden Falle vorzugsweise > 1 mm betragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridklauenkupplungsnabe
- 2
- Metallteil
- 3
- Rotationsachse
- 4
- Wellenaufnahme
- 5
- Vorkehrung
- 6
- Endstück
- 7
- Endstück
- 8
- Verbindungssteg
- 9
- Mitnahmeklaue
- 10
- Ausnehmung/Durchbruch
- 11
- Kunststoffummantelung
