DE102011100199A1 - Resilient tooth element for torsionally flexible shaft coupling of dog clutch for transmitting rotational torque in machine, has tooth arranged between claws of coupling, where element is formed from spring steel as single-piece component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Zahnelement zur Verwendung in einer Wellenkupplung, insbesondere in einer mit zwei kongruenten Kupplungshälften mit, konkav ausgebildeten, ineinander fassenden Klauen versehenen Klauenkupplung, umfassend mindestens ein zumindest elastisch wirkendes Zahnelement und mindestens einen metallischen Werkstoff an einer konkaven Flanke der Klauen anliegenden Oberfläche des Zahnelements. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Zahnelements sowie eine Klauenkupplung zur Übertragung eines Drehmoments.The invention relates to a toothed element for use in a shaft coupling, in particular in a claw coupling provided with two congruent coupling halves having concavely formed claws, comprising at least one at least elastically acting toothed element and at least one metallic material abutting a concave flank of the claw dental element. Moreover, the invention relates to a use of a toothed element and a dog clutch for transmitting a torque.
In Maschinen und Anlagen werden zur Übertragung von Drehmomenten Wellenkupplungen eingesetzt, wobei drehelastische oder drehsteife Wellenkupplungen zum Einsatz kommen. Die Erfindung bezieht sich auf drehelastische Wellenkupplungen und insbesondere auf die in den Wellenkupplungen eingesetzten Zahnelemente Selten wirken in Maschinen und Anlagen konstante, gleichmäßige Drehmomente, sondern es treten Drehmomentstöße, zum Beispiel beim Anlauf oder während unterschiedlicher Arbeitsvorgänge auf, wodurch sich Drehmomentstöße ergeben. Bei drehelastischen Wellenkupplungen kann eine Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle über elastische und/oder dämpfende Elemente, insbesondere Zahnelemente, erfolgen. Die Übertragung der Drehmomente mittels elastischer und/oder dämpfender Elemente mindert die Wirkung von abtriebsseitigen Stößen auf den Antrieb und dämpft gegebenenfalls unerwünschte Schwingungen im Antriebssystem. Dämpfungsglieder dieser Wellenkupplungen bestehen aus Kunststoffen, wie beispielsweise Gummi oder thermoplastischen Elastomeren, wobei deren Einsatz in Wellenkupplungen auf Temperaturen bis etwa 110°C begrenzt ist.In machines and systems, shaft couplings are used to transmit torques, whereby torsionally flexible or torsionally rigid shaft couplings are used. The invention relates to torsionally flexible shaft couplings and in particular to the toothed elements used in the shaft couplings Rarely act in machines and systems constant, uniform torques, but there are torque shocks, for example during startup or during different operations, resulting in torque surges. In torsionally elastic shaft couplings, a torque transmission between a drive shaft and an output shaft via elastic and / or damping elements, in particular tooth elements, take place. The transmission of the torques by means of elastic and / or damping elements reduces the effect of output side shocks on the drive and possibly attenuates unwanted vibrations in the drive system. Attenuators of these shaft couplings are made of plastics, such as rubber or thermoplastic elastomers, wherein their use in shaft couplings is limited to temperatures up to about 110 ° C.
Eine Wellenkupplung in Form einer drehelastischen Kupplung ist in der
Eine weitere drehelastische Klauenkupplung aus zwei kongruenten, innenseitig mit konkav ausgebildeten, ineinander fassenden Klauen versehenen Hälften und mit zwischen den Klauen angeordneten Zähnen aus einem elastomeren Material, ist aus der
Ein Dämpfungselement zum Einsatz in einer Wellenkupplung, das insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen einsetzbar ist, ist in der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zahnelement zur Verwendung in einer Klauenkupplung sowie eine Klauenkupplung zur Übertragung eines Drehmoments bereitzustellen, die sich gegenüber dem Stand der Technik durch verbesserte Eigenschaften auszeichnet. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Zahnelement, eine Verwendung eines Zahnelements sowie eine Klauenkupplung zu schaffen, die bei hohen Temperaturen und in einer aggressiven Umgebung einsetzbar ist und die gleichzeitig bei den hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit und Dauerfestigkeit aufweist.The object of the invention is to provide a toothed element for use in a dog clutch and a dog clutch for transmitting a torque, which is distinguished from the prior art by improved properties. In particular, it is an object of the invention to provide a toothed element, a use of a toothed element and a dog clutch, which can be used at high temperatures and in an aggressive environment and at the same time has a high strength and fatigue strength at high temperatures.
Diese Aufgabe wird durch ein Zahnelement gemäß dem Patentanspruch 1, eine Klauenkupplung gemäß dem Patentanspruch 18 und in Bezug auf die Verwendung gemäß dem Patentanspruch 16 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die einzelnen Merkmale in den Ansprüchen sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern können mit anderen Merkmalen aus der nachfolgenden Beschreibung, die auch aus den Unteransprüchen zur weiteren Ausgestaltung verknüpft werden.This object is achieved by a toothed element according to the
Ein Zahnelement, das die genannte Aufgabe löst, ist ein Zahnelement zur Verwendung in einer Wellenkupplung insbesondere in einer mit zwei kongruenten Kupplungshälften mit konkav ausgebildeten, ineinander fassenden Klauen versehenen Klauenkupplung, umfassend mindestens ein zumindest elastisch wirkendes Zahnelement und mindestens einem metallischen Werkstoff an einer, an einer konkaven Flanke der Klauen anliegenden Oberfläche des Zahnelements, wobei das Zahnelement einstückig und aus einem Federstahl gebildet ist. Durch den Einsatz eines als Zahnelement ausgebildeten einstückigen Federstahls, ist nunmehr die Möglichkeit geschaffen, ein Zahnelement bereitzustellen, das bei hohen und höchsten Temperaturen einsetzbar ist. Als Zahnelement kann hierbei ein einzelner Zahn angesehen werden, der in einer Ausführung aus einem gebogenen Federstahl gebildet ist. Ein Zahnelement kann aber auch mehrere Zähne umfassen, wobei beispielsweise das Zahnelement aus einem gebogenen Metallblech in Form eines Federstahls gebildet werden kann, Die Zahnelemente oder Zähne sind hierbei zwischen die Klauen zusammenwirkender Kupplungen einfügbar, und dienen als elastisches Element zwischen den das Drehmoment übertragenden Klauen.A toothed element that achieves the above object is a toothed element for use in a toothed element Shaft coupling in particular in a provided with two congruent coupling halves with concave, nested claws claw clutch, comprising at least one at least elastically acting toothed element and at least one metallic material on a, abutting a concave flank of the claw surface of the toothed element, the toothed element in one piece and from a spring steel is formed. By using a one-piece spring steel designed as a tooth element, it is now possible to provide a toothed element which can be used at high and highest temperatures. In this case, a single tooth, which is formed in one embodiment from a bent spring steel, can be regarded as the tooth element. But a toothed element may also comprise a plurality of teeth, wherein, for example, the toothed element may be formed from a bent metal sheet in the form of a spring steel, the toothed elements or teeth are in this case between the claws of cooperating couplings insertable, and serve as an elastic element between the torque transmitting claws.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet sind Klauenkupplungen und insbesondere Klauenkupplungen, die mit zwei kongruenten, konkav ausgebildeten, ineinander fassenden Klauen versehen sind. Die kongruenten Kupplungshälften weisen dabei in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete, konkav ausgebildete Klauen auf, zwischen denen ein Freiraum verbleibt, wobei in den Freiraum die Zahnelemente als elastische Komponenten eingefügt werden. Die Zahnelemente wirken dabei elastisch mit den Klauen der Kupplungshälften zusammen, so dass eine Minderung von abtriebsseitigen Stößen auf einen Antrieb erfolgen kann. Wird beispielsweise das Zahnelement in einer Wellenkupplung zwischen einer Antrieb und einer Abtrieb für ein Förderband eingesetzt, so wird bei einem unbelasteten Förderband eine gleichmäßige Drehmomentübertragung vom Antrieb auf den Abtrieb am Förderband vollzogen. Wird nun beispielsweise das Förderband diskontinuierlich belastet, so erzeugen die diskontinuierlichen Belastungen impulsartige Stöße auf den Abtrieb, die als Drehmomentschwankungen über die Wellenkupplung an den Antrieb weitergeleitet werden. Ein elastisch wirkendes Zahnelement mindert diese abtriebsseitigen Stöße, so dass der Antrieb geschont wird. Insbesondere bei einem Einsatz des Zahnelements in einer Wellenkupplung, die hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann hierbei das einstückig aus einem Federstahl gebildete Zahnelement eine kontinuierlich gleich bleibende elastische Drehmomentübertragung gewährleisten. Vorstellbar ist es hierbei, dass das Zahnelement aus einem gebogenen Blechsteifen gebildet wird. Wird das Zahnelement aus einem gebogenen Blechstreifen gebildet, wobei der Blechstreifen derart gebogen ist, dass die Enden des Blechstreifens voneinander beabstandet sind, so weist der aus einem Federstahl gebildete Blechstreifen eine Elastizität auf, die auch bei hohen und höchsten Temperaturen eine hohe Dauerfestigkeit gewährleistet. Bleche sind hierbei zum Bespiel Feinbleche bezeichenbar, die eine Dicke von kleiner 3 mm aufweisen. Es sind aber auch Grobbleche vorstellbar, die je nach Einsatzgebiet der Wellenkupplung eine Dicke aufweisen können, die in einem Bereich von größer als 3 mm liegen.A preferred field of use are jaw clutches and in particular jaw clutches which are provided with two congruent, concave, nested claws. The congruent coupling halves have in the circumferential direction offset from one another arranged, concave claws, between which a free space remains, being inserted into the space, the tooth elements as elastic components. The tooth elements act elastically together with the claws of the coupling halves, so that a reduction of output side impacts can be done on a drive. If, for example, the toothed element is used in a shaft coupling between a drive and an output for a conveyor belt, an even load transfer from the drive to the output on the conveyor belt is carried out with an unloaded conveyor belt. If, for example, the conveyor belt is loaded discontinuously, the discontinuous loads produce impulsive impacts on the output, which are transmitted as torque fluctuations via the shaft coupling to the drive. An elastically acting tooth element reduces these abutment side shocks, so that the drive is spared. In particular, in an application of the toothed element in a shaft coupling, which is exposed to high temperatures, in this case, the integrally formed from a spring steel toothed element can ensure a continuously constant elastic torque transmission. It is conceivable here that the toothed element is formed from a bent sheet metal stiffeners. If the toothed element is formed from a bent sheet-metal strip, wherein the sheet-metal strip is bent such that the ends of the sheet-metal strip are spaced from each other, then the sheet-metal strip formed from a spring steel has an elasticity which ensures high fatigue strength even at high and highest temperatures. Sheets are denoted here for example thin sheets, which have a thickness of less than 3 mm. However, heavy plates are also conceivable which, depending on the field of application of the shaft coupling, can have a thickness which lies in a range of greater than 3 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Zahnelement einen einzelnen, zwischen zwei Klauen angeordneten Zahn. Bildet das Zahnelement einen einzelnen Zahn, so können die einzelnen Zähne zwischen zwei Klauen verschiedener Kupplungshälften angeordnet werden. Wird das Zahnelement dabei in Form eines Zahns ausgebildet, wobei der Zahn zumindest in einem Bereich zwischen den benachbarten Klauen durchgängig ausgebildet ist, so bildet der derart gebogene Zahn eine Druckfeder, die zwischen den Klauen der unterschiedlichen Kupplungshälften federnd wirken kann. Bevorzugt weist ein Zahn eine als oval beschreibbare Form auf. Zur Verminderung einer Reibung und zur Gewährleistung eines elastischen Spiels weist das im Querschnitt als oval beschreibbares Zahnelement eine Öffnung auf, so dass sich mindestens ein freier Schenkel bildet, der elastisch federnd wirken kann.In a further preferred embodiment of the invention, the toothed element comprises a single tooth arranged between two jaws. If the tooth element forms a single tooth, then the individual teeth can be arranged between two jaws of different coupling halves. If the toothed element is designed in the form of a tooth, wherein the tooth is formed continuously at least in a region between the adjacent claws, then the tooth thus bent forms a compression spring which can act resiliently between the claws of the different coupling halves. A tooth preferably has a shape that can be described as oval. In order to reduce friction and to ensure an elastic play, the toothed element, which can be described as oval in cross-section, has an opening, so that at least one free leg is formed, which can have an elastically resilient effect.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Zahnelement mindestens zwei, zwischen den Klauen einer Klauenkupplung angeordnete Zähne. Eine Ausbildung eines Zahnelements, das mindestens zwei Zähne umfasst, kann zum Beispiel im Falle einer Montage erleichternd wirken. Werden die Zähne beispielsweise wieder in einer als oval beschreibbaren Form ausgebildet, so können die Zähne einstückig aus einem Blech eines Federstahls geformt sein. Die beiden Zähne sind dann mittels eines Verbindungsstegs miteinander verbunden und zum Beispiel symmetrisch ausbildbar. Die Form eines Zahns kann dabei der Form eines elastomeren Zahnelements nachempfunden sein, um einer Austauschbarkeit zwischen einem erfindungsgemäßen Zahnelement und einem aus einem polymeren Werkstoff gebildeten Zahnelement zu ermöglichen.In a further embodiment, the toothed element comprises at least two teeth arranged between the jaws of a dog clutch. An embodiment of a toothed element comprising at least two teeth can, for example, facilitate in the case of assembly. If, for example, the teeth are again formed in a form that can be described as oval, then the teeth can be formed in one piece from a sheet of spring steel. The two teeth are then connected to each other by means of a connecting web and, for example symmetrically formed. The shape of a tooth can be modeled on the shape of an elastomeric tooth element in order to enable interchangeability between a toothed element according to the invention and a dental element formed from a polymeric material.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Zähne des Zahnelements zumindest bereichsweise ballig ausgeführt. Eine ballige Ausführung der Zähne des Zahnelements ermöglicht es hierbei einerseits eine Austauschbarkeit mit vorhandenen elastomeren Zahnelementen oder Zahnkränzen zu ermöglichen und andererseits einen Versatz zwischen den Kupplungshälften der Wellenkupplung auszugleichen. Aus einem Versatz zwischen zwei Wellen beziehungsweise den Kupplungshälften der Wellenkupplung können axiale, radiale und Winkelversätze entstehen. Eine Balligkeit der Zähne des Zahnelements ermöglicht es hierbei, dass trotz eines Versatzes zwischen den Kupplungshälften stets eine Linien- oder Flächenberührung zwischen dem Zahnelement und den Klauen der Kupplung vorliegt. Insbesondere in dem Fall, in dem die Klauen konkav ausgebildet sind, kann ein kontinuierliches Anliegen des Zahnelements an den Klauen gewährleistet werden.In a preferred embodiment of the invention, the teeth of the tooth element are at least partially crowned. A crowned design of the teeth of the toothed element makes it possible on the one hand to allow interchangeability with existing elastomeric tooth elements or sprockets and on the other hand to compensate for an offset between the coupling halves of the shaft coupling. From an offset between two shafts or the coupling halves of the shaft coupling can axial, radial and Angular offsets arise. A crowning of the teeth of the toothed element makes it possible in this case that, despite an offset between the coupling halves, there is always a line or area contact between the toothed element and the claws of the coupling. In particular, in the case where the claws are concave, a continuous abutment of the toothed element on the jaws can be ensured.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegen die Zähne des Zahnelements unter Vorspannung zwischen den Klauen der Wellenkupplung an. Das Aufbringen einer Vorspannung zwischen den Klauen bietet den Vorteil, dass eine stoßfreie Drehmomentübertragung zu jedem Zeitpunkt gewährleistet werden kann. Die Dicke des Federwerkstoffs des Zahnelements und dessen Steifigkeit bieten dabei eine Möglichkeit zur Einstellung einer Drehmomentübertragung mittels des Zahnelements. Eine Vorspannung ist beispielsweise dadurch erzielbar, dass jeder Zahn des Zahnelements größer ist als der sich zwischen den Klauen der sich gegenüberliegenden Kupplungshälften ergebende Freiraum. Das lichte äußere Abmaß des gebogenen Zahns weist ein Übermaß in Bezug auf den Freiraum zwischen den Klauen auf, das heißt ein aus einem Federstahlblechstreifen geformter Zahn, der beispielsweise eine ovale Form aufweist, weist Schenkel auf, deren äußeres Abstandsmaß in radiale Richtung größer ist als der Freiraum zwischen benachbarten Klauen. Ein derartig ausgebildetes Zahnelement ist leicht zu montieren und gewährleistet zu jedem Zeitpunkt auch in dem Falle eines Achsversatzes zwischen den Kupplungshälften eine kontinuierliche Drehmomentübertragung mittels der Wellenkupplung.In a further advantageous embodiment of the invention, the teeth of the tooth element are under bias between the jaws of the shaft coupling. The application of a bias between the jaws offers the advantage that a bumpless transmission of torque can be ensured at any time. The thickness of the spring material of the toothed element and its rigidity thereby offer a possibility for setting a torque transmission by means of the toothed element. A bias voltage can be achieved, for example, by virtue of the fact that each tooth of the toothed element is larger than the clearance resulting between the claws of the coupling halves lying opposite one another. The clear outer dimension of the bent tooth has an excess with respect to the clearance between the jaws, that is, a formed from a spring steel sheet strip tooth, for example, has an oval shape, has legs whose outer distance dimension in the radial direction is greater than that Free space between adjacent claws. Such a trained tooth element is easy to assemble and ensures at any time, even in the case of a misalignment between the coupling halves a continuous torque transmission by means of the shaft coupling.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Zahnelement zumindest eine bereichsweise Beschichtung, bevorzugt einen Verschleiß des Zahnelements vermindernde Beschichtung und noch bevorzugter eine keramische Beschichtung umfasst. Aufgrund der Dynamik der Wellenkupplung und/oder aus Gründen eines Achsversatzes zwischen den Wellen der Wellenkupplung und/oder aus Gründen impulsartiger Belastungen auf einen Abtrieb der Wellenkupplung kann es zu Relativbewegungen zwischen den Kupplungshälften kommen. Diese Relativbewegungen werden vom Zahnelement aufgenommen, wobei es ebenfalls zu Relativbewegungen zwischen dem Zahnelement und den Kupplungshälften der Wellenkupplung kommen kann. Wird nun in vorteilhafter Weise das Zahnelement beschichtet, das heißt mit einem Überzug versehen, so kann dadurch die Standzeit des Zahnelements und somit die Standzeit der Wellenkupplung erhöht werden. Hierbei kann es sich um eine reibungsmindernde und/oder verschleißmindernde Beschichtung handeln. Ähnlich wie in anderen einem Verschleiß unterliegenden System, wie beispielsweise dem tribologischen System aus Kolben, Kolbenring und Zylinder, kann eine Beschichtung einen aus der Relativbewegung der Systemkomponenten der Wellenkupplung einen Verschleiß der Wellenkupplung minimieren oder sogar verhindern. Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn auf zumindest den Bereich des Zahnelements, der mit der Wellenkupplung in Eingriff steht mit einer Beschichtung versehen ist. Eine bevorzugte Beschichtung kann hierbei eine Beschichtung sein, die zumindest keramische Elemente enthält oder eine keramische Beschichtung ist. Möglich ist es dabei auch, nicht nur das Zahnelement, sonder auch die Klauen der Wellenkupplung oder ausschließlich die Klauen der Wellenkupplung zu beschichten, beziehungsweise mit einer keramischen Beschichtung zu versehen. Aber auch andere verschleißmindernde Beschichtungen, wie sie in anderen, einem Verschleiß unterliegenden Systemen zum Einsatz kommen, können auf das Zahnelement und/oder die Klauen der Wellenkupplung aufgebracht werden. Ein weiterer Vorteil, der sich durch den Einsatz einer verschleißmindernden Beschichtung ergibt ist der, dass ein schmiermittelfreier und somit wartungsfreier Betrieb der Wellenkupplung realisierbar ist.A further embodiment of the present invention provides that the toothed element comprises at least one partial coating, preferably a wear of the dental element-reducing coating, and more preferably a ceramic coating. Due to the dynamics of the shaft coupling and / or for reasons of axial offset between the shafts of the shaft coupling and / or for reasons impulsive loads on an output of the shaft coupling may cause relative movement between the coupling halves. These relative movements are absorbed by the toothed element, wherein it can also come to relative movements between the toothed element and the coupling halves of the shaft coupling. Now, if the toothed element coated in an advantageous manner, that is provided with a coating, so that the service life of the toothed element and thus the life of the shaft coupling can be increased. This may be a friction-reducing and / or wear-reducing coating. Similar to other systems subject to wear, such as the tribological system of piston, piston ring and cylinder, a coating can minimize or even prevent wear of the shaft coupling from relative movement of the system components of the shaft coupling. It may be advantageous if at least the region of the toothed element which is in engagement with the shaft coupling is provided with a coating. A preferred coating may in this case be a coating which contains at least ceramic elements or is a ceramic coating. It is also possible to coat not only the toothed element, but also the claws of the shaft coupling or exclusively the claws of the shaft coupling, or to provide them with a ceramic coating. But other wear-reducing coatings, such as those used in other systems subject to wear, can also be applied to the toothed element and / or the claws of the shaft coupling. Another advantage that results from the use of a wear-reducing coating is that a lubricant-free and thus maintenance-free operation of the shaft coupling can be realized.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Zahnelement ein Halteelement umfasst, wobei das Halteelement die Zähne in einer Klauenkupplung positioniert und einteilig, insbesondere einen Haltering bildend, oder aus mehreren Abschnitten, insbesondere mehreren Ringabschnitten, gebildet ist. Wird das Zahnelement beziehungsweise werden die Zähne auf einem Halteelement befestigt, so kann beispielsweise eine Montage des Zahnelements in einer Wellenkupplung erleichtert werden. Dabei ist es vorstellbar einen einteiligen Haltering zur Befestigung der Zähne zu verwenden. Die Zähne können form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Haltering verbunden sein. Darüber hinaus besteht ebenfalls die Möglichkeit, die Zähne auf einem Halteelement zu befestigen, das aus mehreren Ringabschnitten gebildet ist. Neben der leichteren Montierbarkeit der Zahnelemente beim Einsatz eines Halteelements kann das Halteelement auch eine Vorspannung erzeugen, so dass ein spielfreier Einbau der Zähne ermöglicht wird.In a further embodiment of the present invention, it is provided that the toothed element comprises a holding element, wherein the holding element the teeth positioned in a dog clutch and one piece, in particular forming a retaining ring, or from several sections, in particular a plurality of ring sections is formed. If the toothed element or the teeth are fastened on a holding element, then, for example, an assembly of the toothed element in a shaft coupling can be facilitated. It is conceivable to use a one-piece retaining ring for attaching the teeth. The teeth can be positively, positively and / or materially connected to the retaining ring. In addition, it is also possible to attach the teeth on a holding element, which is formed from a plurality of ring sections. In addition to the ease of mounting the tooth elements when using a holding element, the holding element can also generate a bias, so that a backlash-free installation of the teeth is made possible.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Zahnelement mindestens ein Dämpfungselement, wobei das Dämpfungselement einen mit einem fließfähigen und/oder viskosen Stoff gefüllten Hohlraum umfasst. Das Zahnelement ist alleine aufgrund seiner Ausbildung aus einem Federstahl dazu geeignet, elastische Verformungen auszugleichen, und somit eine spielfreie Übertragung eines Drehmoments in der Wellenkupplung zu gewährleisten. Weist das Zahnelement zusätzlich ein Dämpfungselement auf, so können beispielsweise unerwünschte Schwingungen in der Wellenkupplung gedämpft werden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich hierbei aus dem Einsatz fließfähiger und/oder viskoser Stoffe in einem Hohlraum, der mit dem Zahnelement fest verbunden ist. Eine Dämpfung ergibt sich hierbei aus einer inneren Reibung des fließfähigen und/oder viskosen Stoffes. Die dem fließfähigen und/oder viskosen Stoffes inhärente Reibung ermöglicht hierbei eine Energieaufnahme und somit eine Verminderung oder Eliminierung von Stößen und/oder Schwingungen, die auf die Wellenkupplung wirken.In a further embodiment, the toothed element comprises at least one damping element, wherein the damping element comprises a filled with a flowable and / or viscous substance cavity. The toothed element alone, due to its design made of a spring steel suitable to compensate for elastic deformation, and thus to ensure a backlash-free transmission of torque in the shaft coupling. If the toothed element additionally has a damping element, unwanted vibrations in the shaft coupling, for example, can be damped. One particular advantage results from the use of flowable and / or viscous substances in a cavity which is firmly connected to the toothed element. A damping results here from an internal friction of the flowable and / or viscous substance. The inherent friction of the flowable and / or viscous substance in this case allows an energy absorption and thus a reduction or elimination of shocks and / or vibrations acting on the shaft coupling.
Kann an jedem Zahnelement ein Dämpfungselement befestigt sein, so ist es eine bevorzugte Ausführungsform, wenn ein jeder Zahn des Zahnelements zwei Dämpfungselemente umfasst. Die Anzahl der Dämpfungselemente ist selbstverständlich nicht beschränkt und kann zwei und mehr Dämpfungselemente je Zahnelement umfassen und richtet sich je nach eingesetztem Stoff für den Hohlraum. Das Einsatzgebiet und die Anforderungen an die Wellenkupplung, die Abmaße und Beanspruchungen der Wellenkupplung können entsprechend einer notwendigen konstruktiven Auslegung variieren. Vorteilhafterweise ist das Dämpfungsverhalten des Dämpfungselements entsprechend des Einsatzes eines fließfähigen und/oder viskosen Stoffes und entsprechend der Größe des Hohlraums beziehungsweise der Anzahl der Hohlräume einstellbar. Im Vergleich zu bekannten Dämpfungselementen, die zum Beispiel aus Elastomeren gebildet werden, kann das Dämpfungsvermögen des Dämpfungselements beziehungsweise des Dämpfungselemente mit dem Dämpfungsvermögen eines Elementes auf dem Niveau harter Elastomeren, mit beispielsweise einer Härte von 64 Shore D, eingestellt werden.If a damping element can be attached to each toothed element, it is a preferred embodiment if each tooth of the toothed element comprises two damping elements. The number of damping elements is of course not limited and may include two or more damping elements per tooth element and depends on the material used for the cavity. The area of application and the requirements for the shaft coupling, the dimensions and stresses of the shaft coupling can vary according to a necessary structural design. Advantageously, the damping behavior of the damping element is adjustable according to the use of a flowable and / or viscous substance and according to the size of the cavity or the number of cavities. Compared to known damping elements, which are formed for example from elastomers, the damping capacity of the damping element or the damping elements with the damping capacity of an element at the level of hard elastomers, for example, a hardness of 64 Shore D, can be adjusted.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Dämpfungselement einen metallischen Hohlraum. Der Einsatz metallischer Hohlräume in Kombination mit dem metallischen Zahnelement ermöglicht es, das Zahnelement bei hohen und höchsten Temperaturen sowie im Bereich aggressiver Medien einzusetzen. So ist es möglich, den Hohlraum zum Beispiel aus einem Eisenwerkstoff zu fertigen, was einerseits eine kostengünstige Lösung darstellt und Eisen aufgrund seiner relativ geringen Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel im Vergleich zu Aluminium, kurzfristig mit höchsten Temperaturen zu beaufschlagen, ohne eine Minderung in den Eigenschaften der Wellenkupplung hervorzurufen.In a further embodiment of the invention, the damping element comprises a metallic cavity. The use of metallic cavities in combination with the metallic toothed element makes it possible to use the toothed element at high and highest temperatures as well as in the range of aggressive media. Thus, it is possible to manufacture the cavity, for example, from a ferrous material, which on the one hand represents a cost-effective solution and iron due to its relatively low thermal conductivity, for example, compared to aluminum, at short notice to apply the highest temperatures without a reduction in the properties of Cause shaft coupling.
Bevorzugt kann das mit dem metallischen Hohlraum versehene Zahnelement als Hochtemperaturkupplung mit elastischen und dämpfenden Eigenschaften eingesetzt werden. So ist eine Dauereinsatztemperatur von ≥ 400°C möglich. Bei Temperaturen von ≥ 400°C können Nennmomente von > 405 Nm, ein Maximalmoment von > 810 Nm und ein Wechselmoment von > 105 Nm bis zu 400°C im Dauereinsatz realisiert werden. Dies bedeutet eine deutliche Steigerung, das heißt höhere übertragbare Drehmomente im Vergleich zu Wellenkupplungen mit elastomeren Dämpfungselementen, die eine gleiche Kupplungsgröße aufweisen.Preferably, the provided with the metallic cavity tooth element can be used as a high-temperature coupling with elastic and damping properties. Thus a continuous operating temperature of ≥ 400 ° C is possible. At temperatures of ≥ 400 ° C nominal torques of> 405 Nm, a maximum torque of> 810 Nm and an alternating torque of> 105 Nm up to 400 ° C in continuous operation can be realized. This means a significant increase, that is higher transmittable torques compared to shaft couplings with elastomeric damping elements having a same coupling size.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann, wenn der Hohlraum mindestens zwei miteinander verbundene Schalen, insbesondere mindestens zwei miteinander verbundene Halbschalen, umfasst. Der Einsatz miteinander verbundener Schalen zur Bildung eines Hohlraums ermöglicht eine leichte Fertigung des Dämpfungselementes, was sich wiederum günstig auf die Herstellungskosten des Zahnelements und somit auf die Wirtschaftlichkeit des Zahnelements auswirkt. Darüber hinaus sind Hohlräume aus miteinander verbundenen Schalen vor einem Verschließen leicht füllbar, so dass auch diesbezüglich die Herstellung erleichtert wird. Schalenförmige Hohlräume ermöglichen es zusätzlich, dass die Hohlräume aufgrund ihrer Form leicht in einem Inneren des geformten Zahnelements befestigbar sind. Insbesondere dann, wenn das Zahnelement aufgrund seines Einsatzgebietes ballig ausgeführt ist, kann eine schalenförmige äußere Form des Dämpfungselements zur Integration und Befestigung in das Zahnelement vorteilhaft sein. Bevorzugt ist das Dämpfungselement beziehungsweise sind die Dämpfungselemente an einer inneren Oberfläche des geformten Zahnelements befestigt.A preferred embodiment of the invention results when the cavity comprises at least two interconnected shells, in particular at least two interconnected half-shells. The use of interconnected shells to form a cavity allows for easy production of the damping element, which in turn has a favorable effect on the manufacturing cost of the toothed element and thus on the economy of the toothed element. In addition, cavities of interconnected shells are easily fillable before closing, so that in this respect the production is facilitated. In addition, cup-shaped cavities make it possible for the cavities, due to their shape, to be easily fastened in an interior of the shaped toothed element. In particular, when the toothed element is executed crowned due to its field of application, a cup-shaped outer shape of the damping element for integration and attachment in the toothed element may be advantageous. Preferably, the damping element or the damping elements are attached to an inner surface of the shaped toothed element.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Hohlraum zwei stoffschlüssig miteinander verbundene, vorzugsweise metallische Halbschalen umfasst. Das Dämpfungselement beziehungsweise der Hohlraum des Dämpfungselements kann aus zwei miteinander verbundenen Halbschalen gebildet sein, wobei sich, insbesondere im Falle des Einsatzes des Zahnelements, der Einsatz metallischer Halbschalen als vorteilhaft herausgestellt hat, da metallische Halbschalen bevorzugt im Hochtemperaturbereich und/oder in aggressiver Umgebung als vorteilhaft herausgestellt hat. Wird als metallischer Werkstoff beispielsweise ein Eisenbasiswerkstoff und insbesondere ein schweißgeeigneter Eisenbasiswerkstoff verwendet, so können einerseits die Halbschalen leicht mittels eines Schweißens verbunden werden und andererseits ist eine Anbindung des geformten Dämpfungselements an das Zahnelement leicht möglich. So kann das Dämpfungselement in diesem Falle beispielsweise mittels stoffschlüssiger Verbindung beziehungsweise mittels eines Schweißens mit dem Zahnelement verbunden werden. Neben metallischen Werkstoffen zur Herstellung der Halbschalen zur Bildung eines Hohlraums können auch Kunststoffe zum Einsatz kommen.In a further embodiment of the present invention, it is provided that the cavity comprises two cohesively connected, preferably metallic, half-shells. The damping element or the cavity of the damping element may be formed from two interconnected half-shells, which, in particular in the case of the use of the toothed element, the use of metallic half shells has been found to be advantageous, since metallic shells preferably in the high temperature range and / or in an aggressive environment as advantageous has exposed. If, for example, an iron-based material and in particular a weld-suitable iron-based material is used as the metallic material, then the half-shells can easily be connected by means of welding and, on the other hand, a connection of the molded damping element to the toothed element is easily possible. Thus, the damping element can be connected in this case, for example by means of material connection or by means of welding with the toothed element. In addition to metallic materials for producing the half-shells to form a cavity, plastics can also be used.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Zahnelement eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Dämpfungselement und dem Zahnelement umfasst. Je nach Einsatzgebiet des Zahnelements und/oder Anforderung an die Wellenkupplung, in der das Zahnelement verwendet wird, kann eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit dem Dämpfungselement vorteilhaft sein. So bietet der Einsatz einer stoffschlüssigen Verbindung dann einen Vorteil, wenn beispielsweise die Wellenkupplung starken dynamischen Wechselbelastungen ausgesetzt ist. Eine formschlüssige Verbindung bietet zum Beispiel den Vorteil, dass das Dämpfungselement leicht mit dem Zahnelement verbindbar ist. Eine kraftschlüssige Verbindung kann ebenfalls zu einer leichten Montage des Dämpfungselements führen und bietet darüber hinaus den Vorteil, dass eine Austauschbarkeit des Dämpfungselementes ermöglicht wird. Selbstverständlich sind die Vorteile nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele der Verbindung beschränkt, sondern können gegebenenfalls auch kombiniert vorliegen.Another embodiment of the present invention provides that the Tooth element comprises a frictional and / or positive and / or material connection between the damping element and the toothed element. Depending on the field of application of the toothed element and / or requirement of the shaft coupling in which the toothed element is used, a non-positive and / or positive and / or material connection with the damping element may be advantageous. Thus, the use of a cohesive connection offers an advantage when, for example, the shaft coupling is exposed to strong dynamic alternating loads. A positive connection offers, for example, the advantage that the damping element is easily connectable to the toothed element. A non-positive connection can also lead to a simple assembly of the damping element and also offers the advantage that an interchangeability of the damping element is made possible. Of course, the advantages are not limited to the aforementioned embodiments of the compound, but may optionally be combined.
Eine weitere Ausführungsform ergibt sich dann, wenn der den Hohlraum füllende Stoff ein Keramikpulver umfasst. Eine einem Keramikpulver inhärente Eigenschaft ist die, dass das Pulver bei einer stoßartigen Belastung eine hohe Energie aufnehmen kann. Die Energieaufnahme erfolgt hierbei durch eine Umwandlung der aus dem Impuls des Stoßes generierten Energie in Reibungsenergie zwischen den Pulverteilchen beziehungsweise Pulverkörnern. Dabei eignet sich bevorzugt ein Keramikpulver als ein fließfähiger Stoff zur Füllung des Hohlraums, da Keramikpulver beispielsweise äußerst temperaturbeständig untereinander agieren. Ein Vorteil des Einsatzes von Keramikpulvern besteht somit darin, dass das Zahnelement auch bei hohen Temperaturen von beispielsweise 400°C nahezu oder unveränderte Dämpfungseigenschaften aufweist.A further embodiment results when the substance filling the cavity comprises a ceramic powder. A characteristic inherent in a ceramic powder is that the powder can absorb high energy under a shock load. The energy absorption takes place here by a conversion of the energy generated by the pulse of the shock into frictional energy between the powder particles or powder grains. In this case, a ceramic powder is preferably suitable as a flowable substance for filling the cavity, since ceramic powders, for example, act extremely temperature-resistant with one another. An advantage of the use of ceramic powders is thus that the toothed element has almost or unchanged damping properties even at high temperatures of for example 400 ° C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann ein Vorteil, wenn der den Hohlraum füllende Stoff gefüllte Hohlkugeln umfasst. Sind die Hohlkugeln beispielsweise mit einem fließfähigen und/oder körnigen und/oder pulverförmigen Stoff gefüllt, so kann wiederum jede Hohlkugel eine die Dämpfung des Dämpfungselements steigernde Wirkung hervorrufen. Darüber hinaus kann der Einsatz von gefüllten Mikrohohlkugeln eine zusätzliche dämpfende Wirkung durch eine Reibung zwischen den Mikrohohlkugeln bewirken. Eine Dämpfung wird mittels der Hohlkugeln durch eine Umwandlung der Energie einer stoßartigen oder schwingenden Belastung des Zahnelements, beziehungsweise des mit dem Zahnelement verbundenen Dämpfungselements, durch eine Umwandlung dieser Energie in Reibungsenergie bewirkt.In a further preferred embodiment of the invention, there is an advantage if the hollow material filling the cavity comprises filled hollow spheres. If the hollow spheres are filled, for example, with a flowable and / or granular and / or pulverulent substance, then in turn each hollow sphere can cause an effect which increases the damping of the damping element. In addition, the use of filled hollow microspheres can cause an additional damping effect by a friction between the hollow microspheres. A damping is effected by means of the hollow balls by a conversion of the energy of a jerky or oscillating load of the toothed element, or of the damping element connected to the toothed element, by a conversion of this energy into frictional energy.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines Zahnelements mit zwei kongruenten Kupplungshälften mit konkav ausgebildeten, ineinander fassenden Klauen versehenen Klauenkupplung zur Übertragung eines Drehmoments, wobei das Zahnelement ein einstückiges Zahnelement umfasst und aus einem Federstahl gebildet ist. Die Verwendung eines Zahnelements der vorstehend beschriebenen Art weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf und kann ohne Reduzierung der elastischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Die Verwendung zeichnet sich durch eine Verwendung in einem Temperaturbereich vom mehr als 120°C, bevorzugt mehr als 250°C und noch bevorzugter von mehr als 400°C aus. Insbesondere in einem Einsatzgebiet von mehr als 250°C und noch bevorzugter von mehr als 400°C ist das Zahnelement mit Momenten von > 405 Nm, einem Maximalmoment von > 810 Nm und einem Wechselmoment von > 105 Nm im Dauereinsatz verwendbar.A further aspect of the invention relates to a use of a toothed element with two congruent coupling halves with concavely formed, clawed claw claw clutch for transmitting a torque, wherein the toothed element comprises a one-piece toothed element and is formed from a spring steel. The use of a toothed element of the type described above has a high temperature resistance and can be used without reducing the elastic properties at high temperatures. The use is characterized by use in a temperature range of more than 120 ° C, preferably more than 250 ° C and more preferably more than 400 ° C from. In particular, in a field of application of more than 250 ° C and more preferably of more than 400 ° C, the toothed element with torques of> 405 Nm, a maximum torque of> 810 Nm and a torque of> 105 Nm in continuous use usable.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Klauenkupplung zur Übertragung eines Drehmoments bei dem die Klauenkupplung ein Zahnelement mit mindestens einem zumindest elastisch wirkenden Zahnelement versehen ist und mindestens einem metallischen Werkstoff an einer, an einer Flanke der Klauen anliegenden Oberfläche des Zahnelements, wobei das Zahnelement ein einstückiges Zahnelement umfasst und aus einem Federstahl gebildet ist.Moreover, the invention relates to a dog clutch for transmitting a torque in which the dog clutch is a toothed element provided with at least one at least elastically acting toothed element and at least one metallic material on a voltage applied to a flank of the jaw surface of the toothed element, wherein the toothed element is a one-piece toothed element comprises and is formed of a spring steel.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus denen weitere Ausgestaltungen der Erfindung hervorgehen. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind nicht beschränkend, vielmehr können die dort jeweils beschriebenen Merkmale untereinander und mit den oben beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden. Des Weiteren sei darauf verwiesen, dass die in den Figuren angegebenen Bezugszeichen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verweisen. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass das dargestellte Ausführungsbeispiel eine Ausführungsform für eine Wellenkupplung und insbesondere eine Klauenkupplung mit zwei kongruenten Kupplungshälften mit konkav ausgebildeten, ineinander fassenden Klauen offenbart, die Erfindung aber nicht auf eine derartige Verwendung beschränkt ist, sondern bei jeglicher Art von Übertragung von Drehmomenten zwischen achssymmetrischen beziehungsweise nahezu achssymmetrischen Wellenkupplungen eingesetzt werden kann.The invention will be explained in more detail with reference to figures, from which further embodiments of the invention will be apparent. The further developments shown there are not restrictive, but rather the features described in each case can be combined with one another and with the features described above to form further embodiments. Furthermore, it should be noted that the reference numerals indicated in the figures do not limit the scope of the present invention, but merely refer to the embodiments shown in the figures. It should also be noted that the illustrated embodiment discloses an embodiment for a shaft coupling and in particular a dog clutch with two congruent coupling halves with concave interlocking claws, but the invention is not limited to such use, but in any type of transmission of Torques between axisymmetric or nearly axisymmetric shaft couplings can be used.
Es zeigt:It shows:
Die
Indem eine Dicke d des Zahns
Der Zahn
Der Abstand aD zwischen den Dämpfungselementen
In der
Wie in Bezug auf das Dämpfungselement
In der
Die Klauen
In der dargestellten Ausführungsform in der
Die Kupplungshälfte
Die Klauenkupplung
Ein Winkelversatz ist dabei in der dargestellten Ausführungsform dadurch ausgleichbar, dass nicht nur die Zahnelemente
Wellenkupplungen werden nach Größen unterteilt. Beispielhaft sind in die Tabelle der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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