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Die Erfindung betrifft eine elastische Torsionskupplung mit
- a) einem ersten Verbindungsflansch zur Verbindung mit einer drehmomentenübertragenden Kraftquelle;
- b) einem zweiten Verbindungsflansch zur Verbindung mit einer angetriebenen Welle oder dergleichen;
- c) einem zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsflansch angeordneten Zwischenstück, das in Drehverbindung mit beiden Verbindungsflanschen steht; wobei
- d) die Drehverbindung zwischen dem Zwischenstück und mindestens einem Verbindungsflansch über eine Mehrzahl von Laschen erfolgt.
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Elastische, nicht schaltbare Torsionskupplungen werden zum Zwecke der drehmomentenübertragenden Verbindung zwischen zwei Wellenanschlüssen verbaut. Ihr Sinn besteht neben der Drehmomentenübertragung in Schwingungsisolierung und akustischen Abkopplung der beiden Wellen voneinander. Elastische Torsionskupplungen sind beispielsweise in der
DE 37 34 089 A1 , der
DE 43 04 274 C1 oder auch der
DE 10 2008 047 596 A1 beschrieben.
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Elastische Torsionskupplungen müssen in der Lage sein, einen lateralen Versatz der Achsen der beiden miteinander zu verbindenden Wellen zu kompensieren, also eine Situation zu bewältigen, in der die Achsen zwar parallel sind, aber nicht fluchten. Im Allgemeinen entstehen dabei Beugewinkel, welche einen ungünstigen Einfluss auf die Lebensdauer der Laschen besitzen. Um diese Beugewinkel möglichst gering zu halten, wird bisher der Abstand zwischen den beiden „Gelenkpunkten“ der Kupplungen möglichst groß gehalten. Unter „Gelenkpunkten“ werden hier diejenigen Bauteile verstanden, an denen bei der Kompensation eines lateralen Achselversatzes Winkel auftreten. Bei bekannten Doppel-Torsionskupplungen werden zur Erzielung eines ausreichenden Abstandes zwischen den „Gelenkpunkten“ Zwischenstücke eingesetzt, die rohrartig ausgebildet und verhältnismäßig lang sind. Gleichwohl können hier Abweichungen von der Koaxialität der beiden miteinander zu verbindenden Wellen nur unzulänglich kompensiert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elastische Torsionskupplung der eingang genannten Art zu schaffen, mit der ein verhältnismäßig großer lateraler Versatz der Achsen der beiden miteinander zu verbindenden Wellen bei möglichst kleiner axialer Abmessung der Torsionskupplung kompensierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- e) Gleitführungsmittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe der eine der beiden Verbindungsflansche linear gegenüber dem Zwischenstück in einer ersten, senkrecht auf den Achsen der beiden Verbindungsflansche stehenden Richtung und der zweite Verbindungsflansch linear gegenüber dem Zwischenstück in einer zweiten Richtung, die senkrecht auf der ersten Richtung und auf den Achsen der beiden Verbindungsflansche steht, verschiebbar ist.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit, zumindest einen Verbindungsflansch der Torsionskupplung gegenüber dem Zwischenstück lateral zu verschieben, können Abweichungen zwischen der Koaxialität der beiden miteinander zu verbindenden Wellen in großem Umfange kompensiert werden, ohne dass es dabei überhaupt zu einem Beugewinkel in dem Kupplungssystem kommt. Aufgrund der Tatsache, dass diese Verschiebbarkeit in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen gegeben ist, erfüllt das Zwischenstück eine Funktion, die ähnlich der eines Kreuzgelenks ist. Erfindungsgemäß wird allerdings die Torsionsbewegung eines klassischen Kreuzgelenkes durch eine gleitende Radialbewegung ersetzt. Durch Überlagerung der beiden möglichen Verschieberichtungen lassen sich laterale Verschiebungen der Achse der beiden Verbindungsflansche in allen Richtungen verwirklichen, die senkrecht auf den Achsen der beiden Verbindungsflansche stehen.
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Bevorzugt umfassen die Führungsmittel:
- a) eine erste Mehrzahl von parallelen, in der ersten Richtung angeordneten Bolzen, die an dem Zwischenstück befestigt sind und in einer entsprechenden Mehrzahl von Bohrungen in einem Teil verschiebbar geführt sind, das mit dem ersten Verbindungsflansch in Drehverbindung steht;
- b) eine zweite Mehrzahl von parallelen, in der zweiten Richtung angeordneten Bolzen, die an dem Zwischenstück befestigt sind und in einer entsprechenden Mehrzahl von Bohrungen in einem Teil verschiebbar geführt sind, das mit dem zweiten Verbindungsflansch in Drehverbindung steht.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung übernehmen die in den Bohrungen gleitenden Bolzen eine Doppelfunktion. Zum einen stellen sie die Führungsmittel dar, welche die Verschiebbarkeit eines oder beider Verbindungsflansche gegenüber dem Zwischenstück ermöglichen. Zum anderen übertragen sie das Drehmoment. Die Zahl und die Dimensionierung der Bolzen müssen also entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment gewählt werden.
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Selbstverständlich ist auch die kinematische Umkehrung des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles denkbar, bei der die Positionen der Bolzen und der Bohrungen, in denen diese Bolzen verschiebbar geführt sind, vertauscht sind.
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Die erfindungsgemäße Torsionskupplung kann als Einzel-Torsionskupplung ausgebildet sein, wozu das mit dem ersten Verbindungsflansch in Drehverbindung stehende Teil starr, insbesondere einstückig, mit dem ersten Verbindungsflansch verbunden ist, während der zweite Verbindungsflansch über eine Mehrzahl von Laschen mit dem zugehörigen Teil in Drehverbindung steht.
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Alternativ ist die Ausbildung der erfindungsgemäßen Torsionskupplung als Doppel-Torsionskupplung möglich, wozu beide Verbindungsflansche jeweils über eine Mehrzahl von Laschen mit dem jeweils zugehörigen Teil in Drehverbindung stehen.
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Eine besonders günstige Bauweise der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Teil, welches mit einem Verbindungsflansch über eine Mehrzahl von Laschen in Drehverbindung steht, ein Ring ist, der einen radial verlaufenden Ringbereich, an dem jeweils ein Endbereich der Laschen befestigt ist, sowie einen axial verlaufenden Führungsabschnitt umfasst, in dem die Bohrungen ausgebildet sind, bzw. an dem die Bolzen befestigt sind.
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Besonders bevorzugt wird, wenn das Zwischenstück eine Platte ist, deren Dicke in Axialrichtung klein gegen ihre Abmessung in Radialrichtung ist. Die geringe Dicke dieses Zwischenstücks führt zu einer entsprechend kurzen Baulänge der Torsionskupplung in axialer Richtung. Diese massive Verkürzung der Baulänge insbesondere gegenüber bekannten Doppel-Torsionskupplungen ist deshalb möglich, weil aufgrund der erfindungsgemäßen Verschiebbarkeit der beiden Verbindungsflansche die Gefahren, die mit großen Beugewinkeln verbunden sind, eliminiert sind.
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Es empfiehlt sich, dass zwischen den Bolzen und den Bohrungen, in denen die Bolzen verschiebbar geführt sind, jeweils ein Gleitlager vorgesehen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
- 1 perspektivisch eine Doppel-Torsionskupplung für den nicht reversierenden Betrieb;
- 2 in vergrößertem Maßstab das Detail A aus 1;
- 3 eine Seitenansicht der Torsionskupplung von 1;
- 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV von 3;
- 5 einen Schnitt gemäß Linie V-V von 3;
- 6 eine Ansicht, ähnlich der 2, einer Doppel-Torsionskupplung für reversierenden Betrieb;
- 7 perspektivisch eine Einfach-Torsionskupplung für den reversierenden Betrieb;
- 8 in vergrößertem Maßstab das Detail A aus 7;
- 9 eine Seitenansicht der Torsionskupplung von 7;
- 10 einen Schnitt gemäß Linie X-X von 9;
- 11 einen Schnitt gemäß Linie XI-XI von 9.
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Zunächst wird auf die 1 bis 4 Bezug genommen, in denen eine Doppel-Torsionskupplung dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Sie Torsionskupplung 1 umfasst zwei im Wesentlichen identisch gebaute und spiegelsymmetrisch zur Mittelebene der Doppel-Torsionskupplung 1 angeordnete Torsionskupplungen 2, 3. Zwischen diesen ist ein Zwischenstück 4 angeordnet, das in nachfolgend näher beschriebener Weise der Drehmomentenübertragung zwischen den beiden Torsionskupplungen 2, 3 dient.
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Bei dem Zwischenstück 4 handelt es sich im Wesentlichen um eine kreisrunde, in Axialrichtung verhältnismäßig dünne Platte. Aus ihrem Außenumfang ragt eine erste Mehrzahl von parallelen Bolzen 5, die mit dem Zwischenstück 4 fest verbunden, beispielsweise, wie in 4 erkennbar, in Bohrungen des Zwischenstücks 4 eingelassen und dort verpresst sind. Eine zweite Mehrzahl von parallelen Bolzen 5' ist um 90° winkelversetzt in derselben Weise am Außenumfang des Zwischenstücks 4 befestigt. Die Bolzen 5, 5' bilden, wie später noch deutlich wird, Führungsmittel für die beiden Torsionskupplungen 2, 3 in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen.
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Da, wie oben schon erwähnt, die Bauweise der beiden Torsionskupplungen 2, 3 im Wesentlichen identisch ist, genügt nachfolgend eine Beschreibung der in den 1, 2, 4 und 5 rechts dargestellten Torsionskupplung 2.
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Die Torsionskupplung 2 weist einen Verbindungsflansch 6 auf, der - einstückig oder, wie dargestellt, aus zwei miteinander verbundenen Teilen bestehend - eine rohrförmige Nabe 6a und einen sich in Radialrichtung erstreckenden, in Axialrichtung dünnen plattenförmigen Flansch 6b aufweist. Die Nabe 6a dient zur formschlüssigen Verbindung mit einer der beiden Wellen, beispielsweise der Ausgangswelle des Elektromotors. Sie ist hierzu mit einer in 1 zu erkennenden, im Querschnitt quadratischen Innenausnehmung 7 versehen, in welche ein komplementär geformter Abschnitt der Ausgangswelle des Elektromotors eingeführt werden kann.
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Der mit der Nabe 6a drehschlüssig und starr verbundene Flansch 6b ist an seinem Außenumfang, der der groben Form eines Kreises entspricht, mit einer Vielzahl von in regelmäßigen Winkelabständen positionierten Nasen 8 versehen. Der Flansch 6b ähnelt in der Seitenansicht somit einem Zahnrad, wie dies der 3 zu entnehmen ist.
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An jeder Nase
8 ist auf gegenüberliegenden Seiten mit Hilfe eines Bolzen
9 ein Endbereich einer Lasche
10 befestigt. Die Laschen
10 können grundsätzlich von jeder beliebigen Bauart sein, sofern sie nur die für die Dämpfung erforderlichen elastischen Eigenschaften besitzen. Bevorzugt werden jedoch solche Laschen
10, die einen elastomeren Körper umfassen, in welchen ein kräfteübertragendes Fadenpaket eingebettet ist. Die prinzipielle Bauweise einer derartigen Lasche
10 ist beispielsweise in der
DE 35 26 273 C3 beschrieben, worauf Bezug genommen wird. Jede Lasche
10 besitzt zwei als Befestigungselement dienende, von der einen zur anderen Stirnseite gehende Buchsen
11, die als Verschraubungspunkte dienen.
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Der Flansch 6b des Verbindungsflansches 6 ist von einem Ring 12 umgeben, dessen Hauptteil ein durchgehender, radial ausgerichteter Ringflansch 12a ist. Der Ringflansch 12a besitzt eine radial innere Kontur, die grob einem Kreis entspricht, die aber ähnlich wie der Außenumfang des Flansches 6b des Verbindungsflansches 6 eine Vielzahl von Nasen 13 aufweist, die sich radial nach innen erstrecken. Die Nasen 13 haben denselben Winkelabstand voneinander wie die Nasen 8 des Flansches 6b, sind aber gegenüber diesen so verdreht, dass sie jeweils in Umfangsrichtunge gesehen etwa in der Mitte zwischen benachbarten Nasen 8 des Verbindungsflansches 6 zu liegen kommen.
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An den Nasen 13 des Ringes 12 sind jeweils erneut mit Bolzen 9 auf gegenüberliegenden Seiten die anderen Endbereiche der Laschen 10 befestigt. Wie insbesondere die 2 deutlich macht, ist also die Anordnung so, dass jede Nase 13 des Ringes 12 über zwei beidseits liegende, parallel angeordnete Laschen 10 mit einer benachbarten Nase 8 des Verbindungsflansches 6 verbunden ist.
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An den Ringflansch 12a des Ringes 12 sind an diametral gegenüberliegenden Seiten jeweils Führungsabschnitte in Form von Führungsklauen 14 einstückig angesetzt. Die Führungsklauen 14 sind so umgebogen, dass sie einen achsparallelen Bereich 14a aufweisen. Sie erstrecken sich über eine Bogenlänge, die etwas größer als die Bogenlänge ist, über welche hinweg das Zwischenstück 4 Bolzen 5 aufweist. Durch den achsparallelen Bereich 14a verlaufen Bohrungen 15, durch welche jeweils ein Bolzen 5 des Verbindungsstückes 4 hindurchgeführt ist. Die Anordnung ist also so, dass der Ring 12 gegenüber dem Zwischenstück 4 in Richtung der Bolzen 5 eine gewisse Strecke hin- und her bewegt werden kann, wobei die Bolzen 5 in den Bohrungen 15 des Ringes 12 gleiten. Zur Verringerung der Reibung können zwischen den Bolzen 5 und den Bohrungen 15 Gleitlager eingesetzt sein, die jedoch nicht dargestellt sind.
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Die in den 1, 2, 4 und 5 links dargestellte Torsionskupplung 3 ist, wie schon mehrfach erwähnt, identisch wie die oben beschriebene Torsionskupplung 2 aufgebaut. Ihr Ring 12' ist jedoch gegenüber dem Ring 12 der Torsionskupplung 2 um 90° verdreht. Durch die Bohrungen 15' im achsparallelen Bereich 14a' des Ringes 12' erstrecken sich die Bolzen 5' in einer Richtung, die tung senkrecht auf der Richtung der Bolzen 5 ist, die mit dem Ring 12 der Torsionskupplung 2 zusammenwirken.
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Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine Anordnung, bei welcher die beiden Torsionskupplungen 2, 3 ähnlich einem Kreuzgelenk in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen gegenüber dem Zwischenstück 4 und damit auch gegeneinander verschoben werden können.
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Die Funktionsweise der oben beschriebenen Doppel-Torsionskupplung 1 ist wie folgt:
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Es sei, wie oben schon erwähnt, angenommen, dass die in der Zeichnung rechts dargestellte Torsionskupplung 2 mit der Ausgangswelle eines Elektromotors verbunden ist. Diese treibt den Verbindungsflansch 6 der Torsionskupplung 2 in der Sicht der 3 im Uhrzeigersinn an. Der Ring 12 wird bei dieser Drehbewegung durch die Laschen 10 nachgeschleppt, wobei auf die Laschen 10 eine Zugkraft wirkt. Die Drehbewegung des Ringes 12 wiederum wird über die Bolzen 5 auf das Zwischenstück 4 übertragen. Sie wird sodann über den Ring 12' der Torsonskupplung 3 und die Laschen 10' auf den Verbindungsflansch 6' der Torsionskupplung 3 weiter gegeben. Hierdurch wird letztendlich die Eingangswelle des Getriebes in Drehung versetzt.
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Sofern die Ausgangswelle des Elektromotors und die Eingangswelle des Getriebes exakt fluchten, stehen sich auch die Achsen der Verbindungsflansche 6, 6' der beiden Torsionskupplungen 2, 3 koaxial gegenüber. Ist jedoch eine dieser Achsen gegenüber der anderen lateral versetzt, so kann dies durch entsprechende Verschiebung einer oder beider Torsionskupplungen 2, 3 kompensiert werden, wobei sich das jeweilige Ringteil 12 bzw. 12' geführt durch die Bolzen 5 bzw. 5' gegenüber dem Zwischenstück 4 bewegt.
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Die oben anhand der 1 bis 5 beschriebene Doppel-Torsionskupplung 1 war, wie erwähnt, nur zum Betrieb in einer Drehrichtung gedacht. Man spricht in diesem Falle von einer nicht reversierenden Kupplung. Alle Laschen 10, 10' sind nur auf Zug beansprucht. Die Anordnung jeweils eines Laschenpaares auf gegenüberliegenden Seiten des entsprechenden Flansches 6b, 6b' des Verbindungsflansches 6, 6' dient hier nur zur Erhöhung der Kapazität der Doppel-Torsionskupplung 101. Grundsätzlich könnte jeweils eine dieser Laschen 10, 10' im Laschenpaar weggelassen werden, wenn an die Kapazität der Doppel-Torsionskupplung l entsprechend geringere Anforderungen gestellt werden.
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Das oben beschriebene Prinzip, einen seitlichen Versatz der Achsen der zu verbindenden Wellen zu kompensieren, lässt sich aber auch bei einer reversierenden Doppel-Torsionskupplung verwirklichen. Dies ist in 6 dargestellt. Teile der Ausführungsform der 6, die solchen der Ausführungsform der 1 bis 5 entsprechen, sind mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet.
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Die Doppel-Torsionskupplung 101 der 6 unterscheidet sich von derjenigen nach den 1 bis 5 ausschließlich dadurch, dass die Laschen 10 nicht mehr paarweise, parallel zueinander angeordnet sind. Vielmehr erstrecken sich von jedem Bolzen 109 aus zwei Laschen 110, 110' in entgegengesetzten Richtungen. Die Anordnung ist so, dass die Laschen 110, 110' zusammengenommen einen geschlossenen Polygonzug bilden. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei Drehung beispielsweise des Verbindungsflansches 106 der Torsionskupplung 102 in der einen Richtung ein Satz von Laschen 110, die auf einer Seite des Ringflansches 112a des Ringes 112 bzw. auf einer Seite des Flansches 106b des Verbindungsflansches 106 liegen, auf Zug beansprucht wird. Der andere Laschensatz dagegen wird in gewissem Umfange auf Druck beansprucht.
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Dreht sich die Drehrichtung der Verbindungsflansches 106 der Torsionskupplung 102 um, so wechselt die Funktion der Laschen 110: Diejenigen Laschen 110, die vorher einer Zugbeanspruchung ausgesetzt waren, erfahren nunmehr eine Druckbeanspruchung und umgekehrt. Allerdings ist die Kapazität der in 6 dargestellten Doppel-Torsionskupplung 101 bei gleicher Bauweise der Laschen 110 bzw. 110' nur halb so groß wie die des zuerst beschriebenem Ausführungsbeispiels.
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Das grundlegende Funktionsprinzip, das oben für Doppel-Torsionskupplungen beschrieben wurde, lässt sich auch bei Einfach-Torsionskupplungen verwenden. Dies wird nachfolgend anhand der 7 bis 11 beschrieben. Soweit Teile dieses Ausführungsbeispieles einer Torsionskupplung solchen der 1 funktional entsprechen, werden dieselben Bezugszeichen zuzüglich 200 dert gekennzeichnet.
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Die Einzel-Torsionskupplung der 7 bis 11 umfasst, wie ihr Name bereits zum Ausdruck bringt, nur eine einzige Torsionskupplung 203 mit einem einzigen Satz von Lasche 210'. Diese in den 7, 8, 10 und 11 links dargestellte Torsionskupplung 203 entspricht in ihrem Aufbau vollständig der Torsionskupplung 103 der 6, ist also für den reversierenden Betrieb gedacht. Abgesehen von der damit verbundenen anderen Anordnung der Laschen stimmt, wie oben erwähnt, diese Bauweise mit derjenigen der Einzel-Torsionskupplung 3 des Ausführungsbeispieles der 1 bis 5 überein, worauf Bezug genommen werden kann. Auf eine nähere Beschreibung der Einzel-Torsionskupplung 203 in den Frguren 7 bis 11 kann daher verzichtet werden.
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Hauptunterschied dieses letzten Ausführungsbeispieles gegenüber den beiden ersten ist, dass die Führungsabschnitte 214, die bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen der ersten Torsionskupplung 2 bzw. 102 zugeordnet waren, hier einstückig mit dem Flansch 206b des Verbindungsflansches 206 verbunden sind. Die Übertragung des Drehmomentes von dem Verbindungsflansch 6 auf die Führungsabschnitte 214 und damit auf das Zwischenstück 204 erfolgt also nicht mehr über einen gesonderten Satz von Laschen, sondern direkkt durch die Einstückigkeit des Flansches 206b mit den Führungsabschnitten 214.
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Für die Funktion der Einzel-Torsionskupplung 201 der 7 bis 11 bedeutet dies folgendes:
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Im Falle eines lateralen Versatzes der Achsen der beiden Wellen, die mit den beiden Verbindungsflanschen 206, 206' gekoppelt werden, kann sich zum einen der Verbindungsflansch 206 in Richtung der Bolzen 205 gegenüber dem Zwischenstück 204 und die gesamte Einzel-Torsionskupplung 203 in Richtung der Bolzen 205' gegenüber dem Zwischenstück 204 verschieben. Auch hier hat offensichtlich das Zwischenstück 204 eine Funktion, die - mit den oben schon erwähnten Abstrichen - derjenigen eines Kreuzgelenkes ähnlich ist.
