-
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung.
-
Stand der Technik
-
Bekannt sind Wellenkupplungen für Wellenantriebe. Eine Kupplung ist ein Maschinenelement zur starren, elastischen, beweglichen oder lösbaren Verbindung zweier Wellen. Durch die Verbindung wird es möglich, zwischen beiden Wellen Rotation und damit Drehmomente und letztlich mechanische Arbeit zu übertragen.
-
Wellenkupplungen werden eingesetzt, wenn ein Drehmoment dauerhaft oder zeitlich begrenzt von einem Wellenende auf ein anderes Wellenende übertragen werden soll. Zusätzlich werden noch weitere Anforderungen, wie dem Ausgleich von Fluchtungsfehlern oder das Trennen des Drehmoments zwischen den beiden Elementen an die Wellenkupplung gestellt. Eine Wellenkupplung kann auch eine längere Distanz zwischen den Wellenenden überbrücken. Drehelastische Kupplungen werden vorwiegend zum Ausgleich von ungleichförmigen Drehbewegungen eingesetzt. Es soll die Übertragung von Schwingungen oder Stößen von einem Aggregat auf das andere gemindert werden. Gleichzeitig können einige drehelastische Wellenkupplungen auch Fluchtungsfehler der Wellen ausgleichen.
-
Handelsübliche einfache oder kardanische Wellenkupplungen wie Klauenkupplungen, Bogenzahnkupplungen, Lamellenkupplungen, Balgkupplungen, Kreuzscheibenkupplungen und Gelenkwellen wie Kardangelenkwellen bieten wenig allseitige Flexibilität bei geringem Platzbedarf, d.h. werden Anpassungen in allen Freiheitsgraden gleichzeitig benötigt, bedingt das eine große Dimensionierung der Kupplung oder der Gelenkwelle in mindestens eine Richtung. Da bei handelsüblichen Wellenkupplungen die zulässige angulare Ablenkung sehr gering ist, muss z.B. bei großem seitlichem Versatz der zu verbindenden Wellen die kardanische Wellenkupplung relativ lang sein. Ändert sich im Betrieb der Abstand der zu verbindenden Wellen in axialer Richtung, z.B. auf Grund von Wärmedehnungen oder Veränderungen der Befestigungsart, ist oft eine gleitsitzgeführte Vielkeilwellenverbindung erforderlich.
-
Bekannte Vorrichtungen zum Übertragen von Drehmomenten zwischen zwei gleichlaufenden Wellen arbeiten nicht zufriedenstellend, wenn der zwischen den beiden Wellen gebildete Winkel kleiner als etwa 130° wird. Mit Kardangelenken oder Universalgelenken kann keine gleichförmige Winkelgeschwindigkeit erzielt werden. Doppelkardanische Antriebswellen, die einen axialen Ausgleich ermöglichen, sind beispielsweise mit einer Vielkeilzwischenwelle ausgestattet. Die Weite der periodischen Abweichungen der Winkelgeschwindigkeiten ist umso bedeutender, je kleiner der von den beiden Wellen gebildete Winkel ist. Um diesen Nachteil auszuschließen, werden zwei derartige Gelenkverbindungen vorgesehen. Bei Kugel- oder Rollenvorrichtungen kann der von beiden Wellen eingeschlossene Winkel im besten Fall niedriger als etwa 130° sein.
-
Die
DE 25 26 031 A1 offenbart eine „Vorrichtung zum homokinetischen Übertragen einer Drehbewegung zwischen zwei gleichlaufenden Wellen“. Mit der Vorrichtung können Drehbewegungen homokinetisch, d.h. gleichförmig von einer Welle auf eine andere Welle, die gelenkig miteinander verbunden sind und somit gleichlaufen, übertragen werden. Dies erfolgt mit einem homokinetischen Transmissionsgelenk.
-
Nachteilig an den bekannten Kupplungen ist, dass handelsübliche Wellenkupplungen, wie Bogenzahnkupplungen, Lamellenkupplungen, Bolzenkupplungen etc. keine ausreichenden axialen, lateralen und angularen Bewegungsmöglichkeiten zur Verfügung stellen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kompakte Kupplung zur Verfügung zu stellen, die gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise vergrößerte Bewegungsmöglichkeiten in allen Ausgleichsrichtungen bei gleichzeitiger Drehsteifigkeit ermöglicht.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs offenbart. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließenden weiteren Ansprüche.
-
Es wird eine Wellenkupplung offenbart, die als Gelenkekupplung ausgebildet ist. Durch die Ausbildung von insbesondere zwei drei- oder mehrgelenkigen hintereinander geschalteten Gelenkeeinheiten, ähnlich eines mehrgelenkigen Scharniers, wird eine in sich axial, lateral und angular anpassende Wellenkupplung zum Ausgleich eines Versatzes einfacher Bauart zur Verfügung gestellt. Die Gelenkeeinheiten sind in ihrer auf die Wellenachse bezogene Beweglichkeit gleichgerichtet. In ihrer auf die Wellenachse bezogene Orientierung sind sie zwar nicht bindend rechtwinklig, jedoch idealerweise rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Die Gelenkachsen der Gelenkeeinheiten sind in der Grundstellung ungleich zur jeweiligen Kupplungsdrehachse ausgerichtet.
-
Die Gelenkebenen der Gelenkeeinheiten sind ungleich zueinander ausgerichtet, beispielsweise optional um 90°. Die Kräfteübertragung erfolgt durch ein Verbindungelement, z.B. eine Scheibe oder eine Stabkonstruktion, von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite der Gelenkekupplung. Der axiale, laterale und angulare Versatz kann somit ausgeglichen werden. Dies erfolgt auf vergleichsweise kurze Entfernungen bzw. Distanzen von einem Drehpunkt. Die Kräfteübertragung ist auch über Eck möglich. Die Kraftübertragung über die Gelenkeeinheiten kann sowohl über Gleitlager - theoretisch satt aufliegende Flächen -, als auch über Wälzlager erfolgen. Dadurch können hohe Kräfte übertragen und alle Richtungen abgedeckt werden.
-
Durch die größere Fläche der Kraftaufnahme können Bewegungen geneigt, schräg, zusammen- bzw. auseinanderlaufend aufgenommen werden. Es müssen wenigstens zwei Gelenkeeinheiten ausgebildet sein. Das zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite der Kupplung angeordnete Verbindungselement, vorliegend eine Verbindungsplatte, wird durch die Gelenkeeinheiten überwiege in der Mitte gehalten und ist je nach der Bewegung der Gelenkeinheiten zueinander hin / voneinander weg, Winkel- bzw. Rotationsstellung, anderer Rotationswinkel, unterschiedlich ausgerichtet. Dies wird für die jeweilige benötigte Anwendung berechnet. Ein beschriebenes Ausführungsbeispiel zeigt zwei hintereinander geschaltete Mehrfachgelenkeeinheiten in Form eines Scharniers, wobei die Gelenkflügel der Scharniere an den Flügelenden jeweils mittels eines zusätzlichen Gelenks das Antriebs-, bzw. Abtriebsbauteil mit dem mittigen Verbindungsbauteil verbindet. Die Schenkel der Scharniere können gleich oder unterschiedlich lang ausgebildet sein. Es erfolgt eine Rotations- bzw. Drehbewegung mit gleichzeitiger Kraftübertragung mit mindestens zwei Scharnieren in allen Richtungen und Winkeln.
-
Die Gelenkekupplung eignet sich für manuell betriebene Wellenantriebe oder motorisch angetriebene Wellenantriebe, wobei mit zunehmendem Winkelversatz und Fluchtfehler zwischen der Antriebsachse D1 und der Abtriebsachse D2, vgl. Figurenbeschreibung, die Drehzahl verringert werden muss, da zum einen die Gelenkflügel entsprechend zu Taumelbewegungen und somit zur Erzeugung von Schwingungen gezwungen wird, und zum anderen ein dynamisches Auswuchten der Kupplung auf Grund der vielen Bauteile schwierig erscheint. Die Scharnierkupplung eignet sich gut für beispielsweise Stellantriebe, Wickelantriebe oder ähnliches, beispielsweise zum Antrieb einer Drehbank, jedoch nur bedingt für hochtourige Antriebe wie z.B. Pumpen oder Gebläse.
-
Die Gelenkeeinheiten der erfindungsgemäßen Gelenkekupplung können auch aus Kettengliedern einer Flyerkette beschaffen sein. Sie weist in dieser Ausgestaltung Laschen und Bolzen auf. Die Flyerkette wird vor allem als Lastkette bei Kranen und Hebezeugen verwendet. Die Flyerketten verfügt in der Regel über eine höhere Zugfestigkeit als eine Rollenkette und wird über unverzahnte Rollen anstatt über Kettenräder geführt und es können daher keine Drehmomente vom Rad auf die Kette übertragen werden. Die Flyerkette eignet sich für hängende, schwingende oder bewegungsübertragende Anwendungen. Flyerketten werden beispielsweise als Zug- oder Gegengewichtskette für Werkzeugmaschinen, Aufzugtüren, Gabelstapler, Spinnmaschinen und ähnliche Hebe- oder Lastvorrichtungen eingesetzt.
-
Die Wellenkupplung in der Ausbildung als Gelenkekupplung, oder auch als Gel enkekupplung in Scharnierbauweise, hat im Vergleich zu bekannten Wellenkupplungen wie Bogenzahnkupplungen, Lamellenkupplungen, Bolzenkupplungen o.dgl. wesentlich größere axiale, laterale und angulare Bewegungsmöglichkeiten. Gegenüber einer doppelkardanischen Antriebswelle, die zum axialen Ausgleich mit Vielkeilzwischenwellen ausgestattet ist, weist die erfindungsgemäße Gelenkekupplung wesentlich weniger, und kostengünstigere Bauteile auf.
-
Die erfindungsgemäße Gelenkekupplung hat dabei den Vorteil, dass sie aufgrund der beiden hintereinandergeschalteten, dreigelenkigen Gelenkeeinheiten die Fähigkeit hat, axial versetzte, lateral versetzte und winkelversetzte Wellenpositionen auszugleichen. Durch die Spiegelung der Gelenkeeinheiten um die zur Wellenachse senkrecht, und zur Scharniergelenkachse parallel angeordnete Spiegelachse lässt sich das zu übertragende Antriebsmoment verdoppeln und zusätzlich die Unwucht bei Rotation verringern. Die Gelenkeeinheiten können in der Länge gespiegelt werden, sie können auch mehrgliedrig und unterschiedlich lang sein. Die Gelenkachsen der Gelenkeeinheiten auf der Antriebsseite sollten zu den Gelenkachsen der Gelenkeeinheiten auf der Abtriebsseite idealerweise um 90° versetzt sein, bei gleichzeitiger, idealerweise rechtwinkliger Ausrichtung auf die jeweiligen Drehachsen.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 zeigt eine Wellenkupplung in einer Ausbildung als Scharnierkupplung in einer ersten Ansicht,
- 2 zeigt die Wellenkupplung aus 1 in einer Ansicht aus der Richtung A,
- 3 zeigt die Wellenkupplung aus 1 in einer Ansicht aus Richtung B,
- 4 zeigt die Vorderansicht eines Scharniers,
- 5 zeigt das Scharnier aus 4 als Schnitt der Schnittebene C - C,
- 6 stellt das komplementäre Scharnier zum Scharnier aus 4 dar,
- 7 zeigt das Scharnier aus 6 als Schnitt der Schnittebene D - D,
- 8 zeigt die Seitenansicht der Verbindungsscheibe,
- 9 zeigt die Ansicht der Verbindungsscheibe in 8 aus der Richtung A,
- 10 zeigt die Ansicht der Verbindungsscheibe in 8 aus Richtung B,
- 11 zeigt die Ansicht der Antriebsplatte/ Abtriebsplatte mit symbolisch angedeuteter Drehachse (D1/D2),
- 12 zeigt die Ansicht der Antriebs-/ Abtriebsplatte in 1 1 aus Richtung A,
- 13 zeigt die Ansicht der Antriebs-/ Abtriebsplatte in 1 1 aus Richtung B,
- 14 stellt die Scharnierkupplung mit zusammengeschobenen Antriebs-/Abtriebsplatten und den angedeuteten Drehachsen D1 und D2 dar,
- 15 zeigt die Scharnierkupplung mit weiter entfernten und zueinander lateral versetzten Antriebs-/ Abtriebsscheiben,
- 16 zeigt die um 90° gedrehte Scharnierkupplung aus 15 bei gleicher Blickrichtung und gleichen Achsenpositionen wie in 15,
- 17 stellt die Scharnierkupplung mit zueinander angular abweichenden Achsen D1 und D2 dar,
- 18 zeigt die um 90° gedrehte Scharnierkupplung aus 17 bei gleicher Blickrichtung und gleichen Positionen der Drehachsen wie in 17,
- 19 stellt eine vierscharnierige, sechsgelenkige Ausführungsform der Scharnierkupplung dar, wobei der Scharnierflügel 13 sowohl einen Scharnierflügel des Scharniers 16, als auch einen Scharnierflügel des Scharniers 17 verkörpert,
- 20 zeigt die um 90° gedrehte Scharnierkupplung aus 19 bei gleicher Blickrichtung und gleichen Positionen der Drehachsen wie in 19,
- 21 zeigt eine Scharnierkupplung mit jeweils nach außen zeigenden Scharnieren,
- 22 zeigt die Scharnierkupplung aus 21 aus Richtung A und
- 23 stellt die Scharnierkuppel aus 21 mit einer axialen Verdrehung um 90° dar.
-
In 1 ist eine Wellenkupplung 100 in einer Ausbildung als Scharnierkupplung 100 dargestellt. Der Begriff „Scharnier“ ist die Bezeichnung für ein um eine Achse drehbares Gelenk. Die Rotationsachsen für diese Scharnierkupplung 100 sind hier als Wellenachsen D1 bzw. D2 bezeichnet. Um diese Wellenachsen D1, D2 lässt sich die Scharnierkupplung 100 herum um 360° drehen bzw. rotieren. An Antriebsscheibe 10 ist ein erster Scharnierhalter 1 angeordnet. Ein erster Scharnierflügel 2 ist mit einem zweiten Scharnierflügel 3 gelenkig verbunden. Der zweite Scharnierflügel 3 ist gelenkig am zweiten Scharnierhalter 4 angeordnet. Die mit den Bezugszeichen 1 bis 4 gekennzeichneten Bauteile bilden ein mehrgelenkiges Scharnier. Dieses Scharnier kann mit der mit ihm verbundenen Antriebsscheibe 10 um die Antriebsachse D1 rotiert bzw. gedreht werden.
-
Dieser erste Bereich, die Antriebsseite der Kupplung, ist um 90° versetzt zum zweiten Bereich, der Abtriebsseite der Kupplung, der um die Abtriebsachse D2 rotiert werden kann, dargestellt. Der zweite Bereich weist einen dritten Scharnierflügel 5 sowie einen damit gelenkig verbundenen vierten Scharnierflügel 6 auf. Die mit dem Bezugszeichen 7 versehene Abtriebsscheibe entspricht der Antriebsscheibe 10. Des Weiteren sind eine Gelenkbolzenssicherung/ein Sicherungsring, sowie ein Gelenkbolzen 9 des zweiten Scharnierbereichs, der in dieser Darstellung in einer Seitenansicht sichtbar ist, dargestellt. Es ist eine Verbindungsscheibe 13 ausgebildet. Die Verbindungsscheibe 13 und die Antriebsscheibe 10 sind in dieser Darstellung parallel zueinander ausgerichtet. Sie können auch in verschiedenen Winkeln zueinander verkippt werden. Die Scharniere können eine Bewegung zueinander hin bzw. voneinander weg der Antriebsscheibe 10 und der Verbindungsscheibe 13 ermöglichen, d.h. die Abstände und die Neigung der Antriebsscheibe 10 und der Verbindungsscheibe 13 sind mit den Scharnieren variierbar. Auch die jeweiligen Drehachsen D1, D2 der einzelnen Scharniere können in ihrer Ausrichtung parallel oder aber abgewinkelt, d.h. verkippt sein.
- Die 1 zeigt die Kupplung in der Ansicht senkrecht zu den Drehachsen D1, D2.
- 2 zeigt die Kupplung in 1 aus Richtung A.
- 3 stellt die um 90° rotierte Anordnung der Kupplung 100 aus 1 dar. Der vierte Scharnierflügel 6 ist gelenkig an der Abtriebsscheibe 7 angeordnet.
- 4 zeigt die Ansicht des Scharnierflügels 3.
- 5 stellt einen Schnitt C - C durch den Scharnierflügel 3 dar.
- 6 zeigt die Ansicht des Scharnierflügels 4.
- 7 stellt einen Schnitt D - D durch den Scharnierflügel 4 dar.
- 8 zeigt die Verbindungsscheibe 13 aus 1.
- 9 stellt die Ansicht der Verbindungsscheibe 13 aus 8 aus Richtung A dar.
- 10 zeigt die Verbindungsscheibe 13 aus 8 aus Richtung B.
- 11 zeigt die Antriebsscheibe 10 aus 1.
- 12 zeigt die Antriebsscheibe 10 aus 11 aus Richtung A.
- 13 zeigt die Antriebsscheibe 10 aus 11 aus Richtung B.
Die Abtriebsscheibe 7 aus 1 ist in diesem Beispiel baugleich mit der Antriebsscheibe 10.
- In 14 ist das Scharnier der Kupplung 100 mit den beiden Scharnierflügeln 2 und 3 um das Gelenk 14 näher zueinander geschoben, so dass die Antriebsscheibe 10 und die Verbindungsscheibe 13 näher zusammengerückt sind, was durch die Pfeilrichtungen angegeben ist. Die Antriebsscheibe 10 und die Verbindungsscheibe 3 sind quasi parallel zueinander ausgerichtet.
- 15 zeigt eine erste Ansicht der Kupplung 100. Auf Grund des lateralen Versatzen der Antriebssachse D1 zur Abtriebsachse D2 ist der Scharnierflügel 2 gegenüber dem Scharnierflügel 3 weiter weg geschwenkt.
- 16 zeigt die um 90° rotierte Kupplung aus 15 um die Drehachsen D1 und D2. Die Achsen D1 und D2 befinden sich in derselben Position wie in 15.
- In 17 ist in einer ersten Ansicht die Scharnierkupplung 100 dargestellt, bei der die Richtungen von D1 und D2 voneinander abweichen, indem sie zueinander verkippt sind. Daher wird der Winkel zwischen der Antriebsscheibe 10 und der Abtriebsscheibe 7 entsprechend vergrößert.
- 18 zeigt die um 90° rotierte Kupplung um die Achsen D1 und D2 aus 17.
- 19 stellt eine Gelenkekupplung als Gelenkekupplung in Scharnierbauweise dar. Die Scharniere 15, 16 sind um die Achse D1 rotierbar, die Scharniere 17, 18 sind um die von der Achse D1 richtungsabweichende Achse D2 rotierbar. Die jeweilige Rotation ist durch die beiden Pfeilrichtungen angegeben. Der Scharnierflügel 13 des Scharniers 16 ist gleichermaßen der zu Scharnier 16 um 90° verdrehte Scharnierflügel des Scharniers 17.
- In 20 ist die Kupplung in 19 in einer um 90° rotierten Stellung dargestellt. (Die Achsen D1 und D2 befinden sich in derselben Position wie in 19.)
- 21 zeigt eine Gelenkekupplung 100, bei der zwei entgegengesetzt gegenüber angeordnete Scharniere ausgebildet sind. Diese Scharniere zeigen in dieser Ansicht nach außen, also außerhalb der Wellenkupplung 100 liegend, so dass die Antriebsscheibe 10 und die Verbindungsscheibe 13 beim steileren Winkel zwischen den Scharnierflügeln 2 und 3 zueinander und bei einem flacheren Winkel wieder voneinander weg bewegt werden.
- Die 22 stellt die Gelenkekupplung in 21 in der Ansicht von links dar.
- In 23 ist die Scharnierkupplung 100 aus der 21 um 90° verdreht bzw. rotiert dargestellt.
-
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Erster Scharnierhalter
- 2
- Erster Scharnierflügel
- 3
- Zweiter Scharnierflügel
- 4
- Zweiter Scharnierhalter
- 5
- Dritter Scharnierflügel
- 6
- Vierter Scharnierflügel
- 7
- Abtriebsscheibe
- 8
- Erstes Gelenk
- 9
- Gelenkschraube
- 10
- Antriebsscheibe
- 11
- Dritter Scharnierhalter
- 12
- Vierter Scharnierhalter
- 13
- Verbindungsscheibe
- 14
- Zweites Gelenk
- 15
- Erstes Scharnier
- 16
- Zweites Scharnier
- 17
- Drittes Scharnier
- 18
- Viertes Scharnier
- 19
- Fünfter Scharnierflügel
- 20
- Sechster Scharnierflügel
- 21
- Drittes Gelenk
- 22
- Gelenkbolzen
- 23
- Gelenkbolzensicherung
- 100
- Wellenkupplung (Scharnierkupplung)
- A
- Richtung
- B
- Richtung
- C
- Schnittrichtung
- D
- Schnittrichtung
- D1
- erste Scharniergelenk- / Rotationsachse
- D2
- zweite Scharniergelenk- / Rotationsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
