DE102012001450A1

DE102012001450A1 - Kupplungsvorrichtung, insbesondere für Industrieanwendungen

Info

Publication number: DE102012001450A1
Application number: DE102012001450A
Authority: DE
Inventors: Armin Drechsler; Marc Brandl; Joachim Reihle; Johann Löw; Matthias Schneider; Wolfgang Orthofer
Original assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-08-01
Also published as: AU2012367022A1; US9512885B2; BR112014018168A2; US20160097427A2; DE112012005297A5; BR112014018168A8; US20150038242A1; WO2013110425A1; AU2012367022B2

Abstract

Die Erfindung betrifft Kupplungsvorrichtung (10), insbesondere für Industrieanwendungen, zum drehmomentübertragenden Verbinden zweier Wellenabschnitte, umfassend: – ein erstes Kupplungsteil (12) zum Koppeln mit einem ersten Wellenabschnitt, – ein zweites Kupplungsteil (16) zum Koppeln mit einem zweiten Wellenabschnitt, und wobei das erste Kupplungsteil (12) eine Mehrzahl von in regelmäßigen Winkelabständen um eine Mittelachse (A) des ersten Kupplungsteils angeordneten Kupplungsvorsprüngen (26) aufweist, wobei das zweite Kupplungsteil (16) eine korrespondierende Mehrzahl von in regelmäßigen Winkelabständen um eine Mittelachse des zweiten Kupplungsteils (16) angeordneten Kupplungsvorsprüngen (24) aufweist, wobei wenigstens zwei einander benachbarte Kupplungsvorsprünge (24, 26) von erstem und zweitem Kupplungsteil (12, 16) jeweils über eine elastische Verbindungsanordnung (42) kraftübertragend verbunden sind, wobei die elastische Verbindungsanordnung (42) zwei zueinander abgewinkelte Verbindungsglieder (44, 46) aufweist, die sich zwischen den benachbart liegenden Kupplungsvorsprüngen (24, 26) erstrecken, wobei die Verbindungsglieder (44, 46) an einander zugewandten Bereichen mit wenigstens einem im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden Zugstrangabschnitt (54) kraftübertragend gekoppelt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere für Industrieanwendungen, zum drehmomentübertragenden Verbinden zweier Wellenabschnitte.
Derartige Kupplungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es sei verwiesen auf die Dokumente EP 0 167 654 A1 , DE 195 15 101 C1 sowie DE 10 40 854 B .
Bei diesen Rotationskupplungen aus dem Stand der Technik hat sich allerdings gezeigt, dass ihre Belastbarkeit, insbesondere im Falle von Industrieanwendungen, sehr eingeschränkt ist. Darüber hinaus besitzen diese aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsvorrichtungen kaum Möglichkeiten zur Anpassung an verschiedene Lastfälle, Es können lediglich unterschiedlich dimensionierte Kupplungslaschen verwendet werden, um eine Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle zu ermöglichen.
Darüber hinaus haben diese aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Nachteil, dass sie im Versagensfall keinen Durchdrehschutz bilden. Dies bedeutet, dass dann, wenn einzelne oder alle Kupplungslaschen reißen und die Kupplung sozusagen zur ordnungsgemäßen Drehmomentübertragung nicht mehr geeignet ist, die beiden Wellenabschnitte nicht mehr – auch nicht durch einen Sicherungsmechanismus – drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, sondern vollständig voneinander gelöst sind. Dies kann zu massiven Problemen führen, insbesondere dann, wenn an einen Wellenabschnitt ein leistungsstarker Industrieantrieb, wie beispielsweise ein leistungsstarker Großverbrennungsmotor, angeschlossen ist.
Ferner zeigen herkömmliche Industriekupplungen insbesondere dann Probleme, wenn sich ein starker Achsversatz zwischen den beiden zu verbindenden Wellenabschnitten zeigt. Gerade bei großindustriellen Anwendungen kann es aber zu starken Versatzsituationen oder Beugewinkelsituationen kommen, bei denen die beiden Achsen der miteinander zu verbindenden Wellenabschnitte lateral zueinander versetzt oder in einem Winkel oder gar windschief zueinander verlaufen. In solchen Situationen werden die herkömmlichen Industriekupplungen übermäßig stark belastet und leiden unter stark verkürzter Lebensdauer.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsvorrichtung der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, die die vorstehend genannten Probleme aus dem Stand der Technik vermeidet und die eine bessere Möglichkeit zur Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle, insbesondere auch einen Ausgleich von Achsversatz zwischen den Wellenabschnitten bietet.
Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsvorrichtung der eingangs bezeichneten Art gelöst, die umfasst:

– ein erstes Kupplungsteil zum Koppeln mit einem ersten Wellenabschnitt,
– ein zweites Kupplungsteil zum Koppeln mit einem zweiten Wellenabschnitt, und

Mit der erfindungsgemäßen Verbindung der beiden einander benachbarten Kupplungsvorsprünge der Kupplungsteile über eine Verbindungsanordnung, die sowohl die im Rahmen der Drehmomentübertragung auftretenden Kräfte in Umfangsrichtung als auch über den in radialer Richtung wirkenden Zugstrangabschnitt überträgt, ist es möglich, auch hohe radiale, axiale oder winklige Versätze der beiden zu verbindenden Wellenabschnitte auszugleichen. Daraus folgt, dass die Lagerbelastung in Aggregaten, die an die beiden zu verbindenden Wellenabschnitte angeschlossen sind, klein gehalten werden kann. Anders als bei herkömmlichen Lösungen ist die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung also auf einen entsprechenden Versatzausgleich ausgelegt und führt nicht zu versatzbedingten Belastungssituationen an den Wellenabschnitten und den daran angeschlossenen antreibenden oder angetriebenen Aggregaten. Hinsichtlich der Verbindungsanordnung ist festzustellen, dass sowohl im Bereich der zueinander angewinkelten Verbindungsglieder als auch dem wenigstens einen Zugstrangabschnitt lediglich Zugkräfte auftreten, was die auch bei hohen Drehmomenten auftretende Belastungssituation beherrschbarer macht. Darüber hinaus lässt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Montage erheblich vereinfachen. Bekannte Lösungen machen es oftmals erforderlich, dass die zu verbindenden Wellenabschnitte und die daran angeschlossenen Aggregate zur Montage der Kupplungsvorrichtung in eine Montagestellung gebracht werden müssen, die nicht ihrer Betriebsstellung entspricht. Dies ist deshalb erforderlich, weil herkömmliche Kupplungen sich in der Regel nicht in einem Spannungszustand montieren lassen. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen kommt es aufgrund der Verwendung der die beiden anderen Kupplungsteile verbindenden elastischen und gegebenenfalls flexiblen Verbindungsanordnung zu einem derartigen Erfordernis nicht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass sie in axialer Richtung verhältnismäßig wenig Bauraum beansprucht, gemessen an den Drehmomentübertragungseigenschaften.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsglieder gelenkig, vorzugsweise drehgelenkig, an dem zugeordneten Kupplungsvorsprung angebracht sind. Die gelenkige Anordnung, vorzugsweise drehgelenkige Anbringung der Verbindungsglieder an dem jeweiligen Kupplungsvorsprung verhindert Biegebeanspruchungen in den Verbindungsgliedern und erhöht deren Lebensdauer. Die gelenkige Anbringung kann beispielsweise über Bolzen realisiert werden, die fest mit dem jeweiligen Kupplungsvorsprung verbunden sind und auf denen die Verbindungsglieder verschwenkbar gelagert sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsglieder steif ausgebildete Streben oder/und flexible Zugelemente umfassen. Die Streben können beispielsweise massiv ausgebildete Metallstäbe sein. Als flexible Zugelemente kommen Seile, Laschen, fadenverstärkte Anordnungen oder dergleichen in Frage.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsglieder in ihrer Erstreckungsrichtung zwischen dem wenigstens einen Zugstrangabschnitt und Kupplungsvorsprung elastisch deformierbar sind. Dadurch ist es möglich, der Kupplung gewisse Dämpfungseigenschaften, insbesondere zur Dämpfung von Drehschwingungen bei der Drehmoment-übertragung zwischen den Wellenabschnitten zu verleihen. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsglieder jeweils wenigstens ein Zugfederelement, vorzugsweise wenigstens eine fadenverstärkte Gummilasche, aufweisen. So ist es möglich, Zugfederelemente, insbesondere zur Zugkraftübertragung bewährte fadenverstärkte Gummilaschen einzusetzen. Diese können als entsprechend dimensioniere Einzelelemente oder als standardisierte Bauteile in Serien- und/oder Parallelschaltungen eingesetzt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsglieder an ihren einander zugewandten Bereichen über wenigstens ein Kopplungselement miteinander und mit dem Zugstrangabschnitt, vorzugsweise gelenkig, gekoppelt sind. Das Kopplungselement kann beispielsweise ein Metallkörper sein, der eine entsprechende gelenkige Anbringung der Verbindungsglieder, beispielsweise über Lagerbolzen oder dergleichen, vorsieht. Je nach Art der Verbindungsglieder und auch des daran angeschlossenen Zugstrangabschnitts lässt sich das Kopplungselement dimensionieren. Dieses kann beispielsweise polygonal in Form eines flächigen dreieckigen Körpers ausgebildet sein. Es kann an lediglich einer Planfläche oder auch an zwei zueinander entgegengesetzten Planflächen Vorkehrungen zur Lagerung von Verbindungsgliedern oder/und eines Endes des Zugstrangabschnitts aufweisen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zugstrangabschnitt in seiner im Wesentlichen radialen Erstreckungsrichtung elastisch deformierbar ist. Dabei ist es möglich, dass der Zugstrangabschnitt jeweils wenigstens ein Zugfederelement, vorzugsweise wenigstens eine fadenverstärkte Gummilasche, aufweist. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Zugstrangabschnitt eine Mehrzahl mechanisch in Serie oder/und parallel angeordneter Gummilaschen aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich beispielsweise dann, wenn zwei einander zugeordnete Verbindungsglieder und der zugeordnete Zugstrangabschnitt ausgehend vom Kupplungszentrum betrachtet, in einer Y-Konfiguration angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Verbindungsglieder bei der Drehmomentübertragung nicht in Umfangsrichtung bzw. tangentialer Richtung voll auf Zug belastet werden, sondern dass diese unter Einbindung des Zugstrangabschnitts ggfs. sogar vollkommen steif ausgebildet werden können und der Zugstrangabschnitt in platzsparender Weise hinreichend stark dimensioniert werden kann, um auch hohe Drehmomente zu übertragen.
Einer Weiterbildung der Erfindung sieht wenigstens ein Zwischenkupplungsteil vor, das zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil angeordnet ist und eine zentrale Drehachse aufweist, wobei die Verbindungsglieder an einander zugewandten Bereichen über den dem wenigstens einen in radialer Richtung verlaufenden Zugstrangabschnitt mit dem Zwischenkupplungsteil kraftübertragend gekoppelt sind.
Die Verwendung eines Zwischenkupplungsteils mit entsprechender Verbindungsanordnung lässt den Ausgleich von Versatzsituationen zwischen den beiden Wellenabschnitten in großem Bereich zu. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, ganz ohne Zwischenkupplungsteil auszukommen, indem die Zugstrangabschnitte sozusagen durchgehend miteinander verbunden sind. So ist es möglich, sozusagen zwei Y-Konfigurationen an ihren ”Fußpunkten” miteinander zu verbinden und durchgehend auszubilden. Bei Verwendung mehrerer entsprechender Verbindungsanordnungen können diese auch in verschiedenen Ebenen angeordnet sein. Die Verwendung eines Zwischenkupplungsteils ist jedoch eine vorteilhafte Ausgestaltung, die eine zentrale Verbindung der einzelnen Verbindungsanordnungen ermöglicht. Das Zwischenkupplungsteil kann massiv oder flexibel ausgebildet sein, beispielsweise lediglich in Form eines Seils oder eines Ringkörpers, das bzw. der die Verbindungsanordnungen, insbesondere deren Zugstrangabschnitte, zentral miteinander verbindet.
Hinsichtlich des Zwischenkupplungsteils ist es möglich, dass dieses radial innerhalb oder radial außerhalb der Verbindungsglieder angeordnet ist. Das Zwischenkupplungsteil kann so beispielsweise als zentraler Körper im Zentrum der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung zwischen den beiden Kupplungsteilen angeordnet sein. Alternativ ist es aber auch möglich, das Zwischenkupplungsteil als Ring auszubilden, welches sozusagen – in Achsrichtung betrachtet – radial außerhalb der Kupplungsarme verläuft. Die elastische Verbindungsanordnung aus wenigstens einem Paar von Verbindungsgliedern und dem damit gekoppeltem Zugstrangabschnitt kann also radial einwärts oder radial auswärts weisen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Zugstrangabschnitt gelenkig an dem Zwischenkupplungsteil angeordnet ist. Auch dadurch lässt sich vermeiden, dass der Zugstrangabschnitt in unerwünschter Weise Biege- oder Deflektionsbeanspruchungen im Betrieb unterliegt. Die gelenkige Anbringung zeigt insbesondere Vorteile beim Ausgleich von Achsversatzsituationen.
Zum weitmöglichen Spannungsabbau in derartigen Achsversatzsituationen ist ferner erfindungsgemäß vorteilhaft vorgesehen, dass das Zwischenkupplungsteil relativ zu dem ersten und zweiten Kupplungsteil frei beweglich ist. Das Zwischenkupplungsteil kann sich so in eine möglichst neutrale Stellung bewegen und den winkeligen, radialen oder axialen Achsversatz durch Einnahme einer solchen neutralen Stellung ausgleichen. Es ist sozusagen über die jeweiligen Verbindungsanordnungen mit Verbindungsgliedern und Zugstrangabschnitten in der neutralen Position ”gespannt” bzw. gehalten. Dabei bleibt aber festzustellen, dass der Spannungszustand in der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung einfach dadurch reduziert oder sogar ganz aufgehoben werden kann, dass die beiden Kupplungsteile relativ zueinander verdreht werden und dadurch die Spannung in der wenigstens einen Verbindungsanordnung deutlich reduziert wird. Die verbleibende Spannung wird ggfs. allein durch die Gewichtskräfte des Zwischenkupplungsteils und der Verbindungsanordnung hervorgerufen und ist dementsprechend vernachlässigbar. Es ergibt sich dann also eine einfache Montage bzw. Demontage.
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eines von erstem und zweitem Kupplungsteil einen ersten Kupplungskörper mit mehreren in radialer Richtung von einem zentralen Abschnitt ausgehenden Kupplungsarmen und einem zweiten Kupplungskörper mit mehreren in radialer Richtung von einem zentralen Abschnitt ausgehenden Kupplungsarmen umfasst. Bei dieser Ausführungsvariante kann der Kupplungskörper beispielsweise sternförmig mit zwei, drei, vier, fünf oder mehr Kupplungsarmen versehen sein. Die Kupplungsarme können im Überlastfall oder im Versagensfall direkt aneinander angreifen und bilden so einen Durchdrehschutz.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil im Ruhezustand derart winkelversetzt zueinander angeordnet sind, dass die Kupplungsarme des ersten Kupplungsteils und die Kupplungsarme des zweiten Kupplungsteils wechselweise aufeinanderfolgend in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Die beiden Kupplungsteile greifen beispielsweise verzahnungsartig ineinander ein.
Hinsichtlich der Kupplungsteile kann vorgesehen sein, dass das erste oder/und das zweite Kupplungsteil einen Anschlussabschnitt für einen Wellenabschnitt aufweist, von dem ausgehend sich die Kupplungsvorsprünge auf einer Kegelstumpffläche erstrecken. Dadurch ergibt sich ein kompakter und zugleich hinsichtlich der Kraftübertragung stabiler Aufbau. Ferner erlaubt diese Anordnung, dass das Zwischenkupplungsteil innerhalb des freien Raums des von den Kupplungsvorsprüngen beschriebenen Kegelstumpfes angeordnet werden kann. Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung nicht nur in axialer Richtung sondern auch in radialer Richtung kompakt ausgestalten.
Zur weiteren Stabilisierung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die benachbarte Kupplungsvorsprünge eines Kupplungsteils durch Querstreben versteifend miteinander verbunden sind.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
1 eine räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Innenansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß 1;
3 eine Frontansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß 1 und 2;
4 eine achsenthaltende Schnittansicht entsprechend Schnittlinie IV-IV aus 3;
5 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung;
6 eine achsenthaltende Schnittansicht entlang der Schnittlinie VI-VI aus 5;
7 eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung;
8 eine achsenthaltende Schnittansicht entlang der Schnittlinie VIII-VIII aus 7;
9 eine Vorderansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine achsenthaltende Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 9 entlang der Schnittlinie X-X;
11 eine Vorderansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
12 eine achsenthaltende Schnittansicht der Kupptungsvorrichtung gemäß 11 entlang der Schnittlinie XII-XII.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung in räumlicher Darstellung gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst ein erstes Kupplungsteil 12 zum Koppeln mit einem ersten Wellenabschnitt, der über einem Topfabschnitt 14 ausgebildet ist. Die Kupplungsvorrichtung 10 weist ferner ein zweites Kupplungsteil 16 auf, das im Wesentlichen identisch zu dem ersten Kupplungsteil 12 ausgebildet ist und gleichsam einer Topfabschnitt 18 aufweist. Man erkennt, dass in dem Topfabschnitt ein sternförmiges Innenprofil 20 bzw. 22 vorgesehen ist, in das ein entsprechend profilierter Wellenabschnitt spielfrei oder mit Spiel zur Drehmomentübertragung in seiner axialen Richtung A einsetzbar ist.
Im Folgenden wird zusätzlich auf die verschiedenen Ansichten dieser ersten Kupplungsvorrichtung gemäß 2 bis 4 Bezug genommen. Die beiden Kupplungsteile 12 und 16 weisen armartige Kupplungsvorsprünge 24 bzw. 26 auf. Genauer gesagt weist jedes Kupplungsteil sechs armartige Kupplungsvorsprünge auf, die in 2 allgemein mit 24 ₁ bis 24 ₆ bezeichnet sind. Entsprechend viele Kupplungsvorsprünge 26 sind im Kupplungsteil 12 vorgesehen. Man erkennt ferner, dass die einzelnen Kupplungsvorsprünge ausgehend vom Topf 18, wo sie einen im Wesentlichen in Achsrichtung verlaufenden Abschnitt 28 aufweisen, in einem Übergangsabschnitt 30 im Wesentlichen entlang einer Kegelstumpffläche verlaufen. Ausgehend vom Übergangsabschnitt 30 sind die Kupplungsvorsprünge 24 angewinkelt und bilden einen Radialabschnitt 32. Sämtliche Kupplungsvorsprünge 24 ₁ bis 24 ₆ liegen sozusagen in einer gemeinsamen im Wesentlichen achsorthogonal verlaufenden Ebene. Gleiches gilt für die Kupplungsvorsprünge 26, die ebenfalls einen axial verlaufenden Abschnitt 34, einen entlang einer Kegelstumpffläche verlaufenden Abschnitt 36 und einen Radialabschnitt 38 aufweisen. Es sei erwähnt, dass die Radialabschnitte 32 ₁ bis 32 ₆ mit den korrespondierenden Radialabschnitten 38 des anderen Kupplungsteils 12 in einem Ausgangszustand in einer im Wesentlichen gemeinsamen achsorthogonalen Ebene liegen, wie etwa in 1 und 4 zu erkennen ist. Im Betriebszustand ist dies allerdings allenfalls in seltenen Fällen zu erwarten. Die Kupplung 10 ist, wie im Folgenden noch im Detail beschrieben werden wird, gerade dafür ausgelegt, starke Achsversatzsituationen auszugleichen, bei denen zwei mit den Kupplungsteilen 12 und 16 verbundene Wellenabschnitte starken Parallelversatz, axialen Versatz, radialen Versatz oder winkeligen Versatz aufweisen, oder sogar stark windschief zueinander angeordnet sind.
Ferner erkennt man in 1, dass zur Stabilisierung der Anordnung die einzelnen Kupplungsvorsprünge 24 bzw. 26 über Verbindungselemente 40 paarweise miteinander verbunden sind. Dadurch wird jedes Kupplungsteil versteift.
Die beiden Kupplungsteile sind über Verbindungsanordnungen 42 miteinander verbunden. Genauer gesagt sind wiederum sechs Verbindungsanordnungen vorgesehen, wie in 2 gezeigt und dort mit 42 ₁ bis 42 ₆ bezeichnet. Die Verbindungsanordnungen 42 weisen zwei zueinander angewinkelte Verbindungsglieder 44, 46 auf. Diese sind über Verbindungsbolzen 48 jeweils gelenkig an einem Kupplungsvorsprung 24 bzw. 26 angeordnet. In 2 und 4 erkennt man, dass tatsächlich pro Verbindungsanordnung 42 zwei parallel angeordnete Verbindungsglieder 44 bzw. 46 vorgesehen sind. An ihren einander zugewandten Enden sind die Verbindungsglieder über ein massiv ausgebildetes Kopplungselement 50 verbunden. Auch hierfür werden Gelenkbolzen 52 verwendet. Die Gelenkbolzen 48 bzw. 52 durchsetzen die Verbindungsglieder und sind in Öffnungen der radialen Abschnitte 32 bzw. 38 der Kupplungsvorsprünge 24 bzw. 26 angebracht.
Eine ähnliche Verbindung befindet sich an den Kopplungselementen 50. Radial innerhalb der Kopplungselemente 50 erstrecken sich Ketten aus Verbindungslaschen, die allgemein mit 54 bezeichnet sind. Diese Ketten 54 aus Verbindungslaschen umfassen in der gezeigten Ausführungsform jeweils vier Verbindungslaschen. Insgesamt sind vier derartige Ketten 54 angeordnet, zwei nebeneinander und zwei hintereinander, wie in 1 erkennbar. Diese Ketten aus Verbindungslaschen bilden radial verlaufende Zugstrangabschnitte, die an ihrem einen Ende gelenkig an dem Koppelement 50 angebracht sind und an ihrem anderen Ende ebenfalls gelenkig an einem scheibenförmigen Zwischenkupplungsteil 60.
Jede Verbindungsanordnung 42 umfasst also zwei Paare aus Verbindungsgliedern 44 bzw. 46, ein Kopplungselement 50 sowie einen radialen Zugstrangabschnitt aus entsprechenden Laschenketten 54, die eine Y-Konfiguration bilden und so benachbarte Kupplungsarme 24 und 26 der beiden Kupplungsteile 12 und 18 unter Einbindung des Zwischenkupplungsteils 60 miteinander verbinden. Die gezeigte Y-Konfiguration jeder Verbindungsanordnung hat Vorteile, die im Folgenden beschrieben werden.
Für die Zugstrangabschnitte 54 werden herkömmliche, als Standardbauteil erhältliche Kupplungslaschen verwendet. Diese sind als Gummilaschen mit Befestigungsösen ausgebildet, wobei in das Gummimaterial die Befestigungsösen umschlingende Fadeneinlagen eingebettet sind. Es ist allgemein bekannt, dass derartige Zuglaschen bei ausgesprochen langer Lebensdauer sehr gute Zugkraftübertragungseigenschaften aufweisen und auch in schwierigen Umgebungen mit thermischer Belastung unter Aussetzung aggressiver Medien Bestand haben. Derartige Laschen kommen beispielsweise in dieser oder ähnlicher Form in verschiedenen Industrieanwendungen aber auch im Kraft- und Nutzfahrzeugbereich zum Einsatz.
Zur Montage werden die beiden Kupplungsteile 12 und 16 jeweils über ihre Innenprofile 20 und 22 an korrespondierenden Wellenabschnitten (nicht gezeigt) angebracht, die beispielsweise endseitig mit einem Vierkantprofil ausgebildet sind, das mit einem gewissen Spiel in den Innenprofilen 20, 22 aufnehmbar sind. Dabei lassen sich die beiden Kupplungsteile derart zueinander positionieren, dass die Verbindungsanordnungen spannungsfrei sind. Ggfs. können die Verbindunganordnungen auch einseitig oder zweiseitig von den Kupplungsteilen 12, 16 gelöst werden.
In einer Betriebssituation, in der beispielsweise ein mit dem Kupplungsteil 12 gekoppelter Wellenabschnitt mit einem Antriebsaggregat gekoppelt ist und der mit dem Kupplungsteil 16 gekoppelte Wellenabschnitt anzutreiben ist, wird ein Drehmoment über die Kupplungsarme 26 über die Verbindungsanordnungen 42 und das Zwischenkupplungsteil 60 auf die Verbindungsarme 24 und schließlich den an das Kupplungsteil 16 angeschlossenen Wellenabschnitt übertragen. Während dieser Übertragung werden die Verbindungsglieder 44, 46 allein auf Zug belastet. Diese sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch steif ausgebildet. Eine Elastizität der Kupplung wird durch die Zugbelastung der Zugstrangabschnitte 54 erreicht.
Aufgrund der Tatsache, dass das Zwischenkupplungsteil 60 frei zwischen den beiden Kupplungsteilen 12 und 16 angeordnet ist und allein zwischen den einzelnen Verbindungssträngen 54 verspannt ist, kann sich dieses frei positionieren. Aufgrund der gelenkigen Anbringung der einzelnen Verbindungsglieder 44, 46 und der dem Zugstrangabschnitt aufgrund seiner Ausbildung als Kette mehrere Kupplungslaschen innewohnenden Flexibilität lassen sich auch starke Versatzsituationen zwischen den angeschlossenen Wellenabschnitten ausgleichen, wobei sich das Zwischenkupplungsteil 60 immer in eine Situation bewegt, die für einen Ausgleich unter geringstmöglicher Spannung sorgt.
Anders als bei herkömmlichen Kupplungen, bei denen die Kupplungsarme durch tangential bzw. in Umfangsrichtung verlaufende Verbindungsanordnungen verbunden sind, zeigt die erfindungsgemäße Anordnung besondere Vorteile, weil deren elastisches Dämpfungsverhalten allein über Relativbewegungen der beiden Verbindungsgliederpaare 44, 46 und reine Zugbeanspruchung der Zugstrangabschnitte 54 erfolgt. Die auf die Einzelkomponenten wirkenden Kräfte können dadurch gegenüber herkömmlichen Anordnungen erheblich reduziert werden. Ein wesentlicher Vorteil liegt aber auch in der Möglichkeit zur Ausgleichung von Ersatzsituationen. Insgesamt lässt sich mit dieser Kupplungsvorrichtung eine hohe Lebensdauer erreichen, obgleich die Einzelkomponenten nicht übermäßig massiv ausgebildet werden müssen.
Durch einfache Relativverdrehung der beiden Kupplungsteile zueinander in einen weitgehend spannungsfreien Zustand wird auch die Montage und Demontage erheblich erleichtert, so dass einzelne Laschen oder ganze Verbindungsanordnungen (Y-Anordnungen) mit geringem Aufwand ausgetauscht werden können. Der Hauptanteil der Elastizität der Kupplung wird allein durch die im Wesentlichen radial verlaufenden Zugstrangabschnitte erreicht. Eine solche Konfiguration der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung erlaubt auch eine einfache Anpassung der Kupplung an den jeweiligen Anwendungsfall. Werden hohe Drehmomente übertragen, so können die Zugstrangabschnitte 54 entsprechend widerstandsfähig ausgebildet werden, beispielsweise durch Anbringung zusätzlicher Ketten oder Verwendung stärker ausgebildeter Laschen. Müssen nur geringe Drehmomente übertragen werden, so lässt sich die Kupplung insgesamt kleiner dimensionieren oder auch nur dadurch anpassen, dass die Zugstrangabschnitte entsprechend schwächer ausgelegt werden, beispielsweise durch Verwendung einer geringen Anzahl von Zuglaschenketten. Dies hat den Vorteil, dass sich die Kupplung insgesamt aus Standardkomponenten zusammensetzen lässt und je nach Anwendungsfall (Belastungssituation) eine entsprechend angemessene Auslegung der Zugstrangabschnitte unter Berücksichtigung erforderlicher mechanischer Sicherheit erfolgt.
5 und 6 zeigen eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 4 eingegangen werden soll. Zur Vermeidung von Wiederholungen und zur Vereinfachung der Beschreibung werden für dieselben Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wie vorangehend.
Die Ausführungsform gemäß 5 und 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 bis 4 lediglich darin, dass die steifen Verbindungsstreben 44 bzw. 46 aus 1 bis 4 durch Kettenabschnitte 70 bzw. 72 ersetzt werden. Die Kettenabschnitte selbst sind aus Stahlgliedern gebildet und in sich im Wesentlichen steif, d. h. sie besitzen gegenüber der Elastizität der radial verlaufenden Zugstrangabschnitte 54 kaum eigene Elastizität. Allerdings unterscheidet ihre Flexibilität als Kette sie von der Ausführungsform gemäß 1 bis 4, was bei der Montage und Demontage Vorteile bietet. Selbstverständlich sind die Kettenabschnitte 70, 72 hinreichend belastungsstark ausgebildet, um den auftretenden Kräften im Fall der Drehmomentübertragung standzuhalten.
Die Ausführungsvariante gemäß 7 und 8 ist ähnlich der Ausführungsvariante gemäß 5 und 6 ausgebildet. Allerdings sind dort die Kettenabschnitte 70, 72 aus Stahlgliedern ersetzt durch ebenfalls in Zugrichtung elastisch ausgebildete Ketten aus Gummilaschen, wie sie auch für die Zugstrangabschnitte 54 verwendet werden. Diese Ketten sind mit dem Bezugszeichen 76, 78 bezeichnet. Wie man in 8 erkennt, sind auch diese Ketten 76, 78 paarweise angeordnet.
Ein weiterer Unterschied mit vorangehenden Ausführungsformen besteht in der Ausgestaltung des Koppelements. Statt des in 5 in der Vorderansicht rechteckig ausgebildeten Koppelelements erkennt man in 7 ein im Wesentlichen dreieckförmiges Koppelelement 80, das die Kettenabschnitte 76 und 78 sowie den Zugstrangabschnitt 54 entsprechend aufnimmt.
Ansonsten sind gleichwirkende und gleichartige Komponenten wiederum mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie oben und werden nicht näher beschrieben.
Die Ausführungsform gemäß 9 und 10 ist wiederum ähnlich der Ausführungsform gemäß 5 und 6 ausgebildet, wobei dort montierbare Kettenabschnitte 82, 84 in massiverer Ausgestaltung verwendet werden, als dies bei der Ausführungsform gemäß 5 und 6 der Fall ist.
Ansonsten sind gleichwirkende und gleichartige Komponenten wiederum mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie oben und werden nicht näher beschrieben.
Schließlich zeigt die Ausführungsform gemäß 11 und 12 eine Anordnung ähnlich der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 4, jedoch etwas weniger stark ausgebildet. Man erkennt, dass dort der Zugstrangabschnitt 84 lediglich von zwei parallel zwischen den Koppelelementen 50 und dem Zwischenkupplungselement 60 angeordneten Kettenabschnitten aus Zuglaschen gebildet ist. Ein weiterer Unterschied dieser Kupplung im Vergleich zu den vorangehend beschriebenen Kupplungen besteht darin, dass lediglich vier armartige Kupplungsvorsprünge 24 ₁ bis 24 ₄ bzw. 26 ₁ bis 26 ₄ vorgesehen sind. Allerdings sind alle Kupplungsarme beidseitig über Verbindungsanordnungen 42 ₁ bis 42 ₈ drehmomentübertragend gekoppelt, so dass eine Drehmomentübertragung in zwei Richtungen erfolgen kann. Dies macht es möglich, die beiden über die Kupplungsvorrichtung gemäß 11 miteinander gekoppelten Wellenabschnitte wechselweise in beiden Drehrichtungen anzutreiben.
Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß 1 bis 10 lassen dies nicht oder nur bedingt zu.
Ansonsten sind gleichwirkende und gleichartige Komponenten wiederum mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie oben und werden nicht näher beschrieben.
Anhand der vorangehenden Beschreibung erkennt man, dass die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung in vielfältiger Gestaltung ausgeführt werden kann. Wesentlich ist dabei die Anordnung eines Zwischenkupplungsteils 60 zwischen den beiden Kupplungsteilen 12 und 16 und die entsprechende drehmomentübertragende Verbindung der beiden Kupplungsteile über das Zwischenkupplungsteil unter Verwendung der jeweiligen Verbindungsanordnungen 42. Die Elastizität zum Ausgleich von Drehschwingungen ergibt sich insbesondere aus der Elastizität der radial verlaufenden Zugstrangabschnitte. Die Flexibilität hinsichtlich eines Versatzausgleichs ergibt sich durch die entkoppelte Anordnung der beiden Kupplungsteile und der im Wesentlichen freien Beweglichkeit des Zwischenkupplungsteils unter Vermittlung der Verbindungsanordnungen. Die Y-Konfiguration der Verbindungsanordnungen erlaubt eine entsprechend Zugbeanspruchung des Zugstrangabschnitts 54.
Grundsätzlich ist aber auch möglich, sämtliche Teile der Verbindungsanordnungen massiver, also nicht elastisch auszubilden, um so einen entsprechenden Versatzausgleich zu ermöglichen, die Dämpfungseigenschaften jedoch weniger stark auszubilden oder diese ganz zu eliminieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0167654 A1 [0002]
DE 19515101 C1 [0002]
DE 1040854 B [0002]

Claims

Kupplungsvorrichtung (10), insbesondere für Industrieanwendungen, zum drehmomentübertragenden Verbinden zweier Wellenabschnitte, umfassend: – ein erstes Kupplungsteil (12) zum Koppeln mit einem ersten Wellenabschnitt, – ein zweites Kupplungsteil (16) zum Koppeln mit einem zweiten Wellenabschnitt, und wobei das erste Kupplungsteil (12) eine Mehrzahl von in regelmäßigen Winkelabständen um eine Mittelachse (A) des ersten Kupplungsteils angeordneten Kupplungsvorsprüngen (26) aufweist, wobei das zweite Kupplungsteil (16) eine korrespondierende Mehrzahl von in regelmäßigen Winkelabständen um eine Mittelachse des zweiten Kupplungsteils (16) angeordneten Kupplungsvorsprüngen (24) aufweist, wobei wenigstens zwei einander benachbarte Kupplungsvorsprünge (24, 26) von erstem und zweitem Kupplungsteil (12, 16) jeweils über eine elastische Verbindungsanordnung (42) kraftübertragend verbunden sind, wobei die elastische Verbindungsanordnung (42) zwei zueinander abgewinkelte Verbindungsglieder (44, 46) aufweist, die sich zwischen den benachbart liegenden Kupplungsvorsprüngen (24, 26) erstrecken, wobei die Verbindungsglieder (44, 46) an einander zugewandten Bereichen mit wenigstens einem im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden Zugstrangabschnitt (54) kraftübertragend gekoppelt sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (44, 46) gelenkig, vorzugsweise drehgelenkig an dem zugeordneten Kupplungsvorsprung (24, 26) angebracht sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (44, 46) steif ausgebildete Streben oder/und flexible Zugelemente (70, 72) umfassen.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (76, 78) in ihrer Erstreckungsrichtung zwischen Zugstrangabschnitt (54) und Kupplungsvorsprung (24, 26) elastisch deformierbar sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (76, 78) jeweils wenigstens ein Zugfederelement, vorzugsweise wenigstens eine fadenverstärkte Gummilasche, aufweisen.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder an ihren einander zugewandten Bereichen über wenigstens ein Kopplungselement (50, 80) miteinander und mit dem Zugstrangabschnitt, vorzugsweise gelenkig, gekoppelt sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugstrangabschnitt (54) in seiner im Wesentlichen radialen Erstreckungsrichtung elastisch deformierbar ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugstrangabschnitt (54) jeweils wenigstens ein Zugfederelement, vorzugsweise wenigstens eine fadenverstärkte Gummilasche, aufweist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugstrangabschnitt (54) eine Mehrzahl mechanisch in Serie oder/und parallel angeordneter Gummilaschen aufweist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander zugeordnete Verbindungsglieder (44, 46) und der zugeordnete Zugstrangabschnitt (54) in einer Y-Konfiguration angeordnet sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zwischenkupplungsteil (60), das zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil angeordnet ist und eine zentrale Drehachse (A) aufweist, wobei die Verbindungsglieder an einander zugewandten Bereichen über den wenigstens einen in radialer Richtung verlaufenden Zugstrangabschnitt mit dem Zwischenkupplungsteil kraftübertragend gekoppelt sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenkupplungsteil (60) radial innerhalb oder radial außerhalb der Verbindungsglieder angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zugstrangabschnitt (54) gelenkig an dem Zwischenkupplungsteil (60) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenkupplungsteil (60) relativ zu dem ersten und zweiten Kupplungsteil (12, 16) frei beweglich ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines von erstem und zweitem Kupplungsteil einen ersten Kupplungskörper mit mehreren in radialer Richtung von einem zentralen Abschnitt ausgehenden Kupplungsarmen (24 ₁–24 ₆) und einem zweiten Kupplungskörper mit mehreren in radialer Richtung von einem zentralen Abschnitt ausgehenden Kupplungsarmen (26 ₁–26 ₆) umfasst.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungsteil (12) und das zweite Kupplungsteil (16) im Ruhezustand derart winkelversetzt zueinander angeordnet sind, dass die Kupplungsarme des ersten Kupplungsteils und die Kupplungsarme des zweiten Kupplungsteils wechselweise aufeinanderfolgend in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder/und das zweite Kupplungsteil (12, 16) einen Anschlussabschnitt (14, 18) für einen Wellenabschnitt aufweist, von dem ausgehend sich die Kupplungsvorsprünge auf einer Kegelstumpffläche erstrecken.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarte Kupplungsvorsprünge eines Kupplungsteils durch Querstreben (40) versteifend miteinander verbunden sind.