-
Technisches Gebiet
-
Kupplungen sind Maschinenelemente, die Wellenenden miteinander verbinden und die Funktion haben, Drehmomente und Drehzahlen von einem zu einem anderen Aggregat weiterzuleiten. Bei Kupplungen wird zwischen schaltbaren und nicht schaltbaren Kupplungen unterschieden. Nicht schaltbare Kupplungen können entweder als starre Kupplungen oder auch als einen Bauteilversatz ausgleichende Kupplungen oder auch als elastische Kupplungen beschaffen sein.
-
Stand der Technik
-
Kupplungen, an welche die Anforderung einer hohen Geräuschdämpfung durch ausgewählte Elastizität sowie die Anforderung der Ausgleichbarkeit eines hohen axialen radialen Achs- und Winkelversatzes gestellt werden, sind häufig sehr komplex aufgebaut. So um fassen solche Kupplungen in der Regel Einlegeteile aus einem Elastomermaterial, die von metallischen Komponenten umschlossen bzw. tangential eingeklemmt sind. Über die aus Elastomermaterial beschaffenen Einlegeteile wird der Kupplung ein bestimmtes Maß an Elastizität verliehen. Diese durch die Auswahl und die Gestaltung der Elastomermaterialien eingestellte Elastizität kann jedoch durch einen zu starken radialen Versatz, den die beiden durch die Kupplung miteinander zu verbindenden Wellenenden aufweisen können, beeinträchtigt werden. Im Falle eines zu großen Versatzes der beiden miteinander zu kuppelnden Wellenenden erfolgt die Krafteinleitung vom treibenden Wellenende an das getriebene Wellenende so ungünstig, dass die ursprünglich eingestellte Elastizität einer elastisch ausgelegten Kupplung negativ beeinflusst wird.
-
Bei Kupplungen, die einfach aufgebaut sind, kann die Anforderung einer wirksamen Geräuschdämpfung durch einstellbare Elastizität nur eingeschränkt erfüllt werden; zudem weisen einfach aufgebaute Kupplungen nur einen sehr begrenzten Versatzausgleich auf und ermöglichen nur begrenzt eine Geräuschdämpfung. Die mit einfach aufgebauten Kupplungsbauarten erzielbare Ausgleichbarkeit ist auf den Ausgleich eines radialen Versatzes von ±0,1 mm bzw. auf einen Winkelversatz von etwa 1° beschränkt.
-
Aus
DE 24 56 091 A geht ein Induktionsmotor mit einer federbelastenden Bremsscheibe hervor. Gemäß dieser Lösung wird eine verdrehelastische Ankopplung offenbart, die ein prellfreies Arbeiten des Induktionsmotors ermöglicht.
-
DE 38 13 496 A1 offenbart einen Anlasserzahnkranz aus zwei über Elastomere verbundene Zahnkränzen. Durch die Elastomere werden Radialspiel und Klappergeräusche vermindert.
-
Aus
DE 42 40 045 C1 geht ein Elektromotor für ein Kraftfahrzeug mit einer Hohlwelle hervor. Es wird eine Dämpfungseinrichtung an einer Zahnradwelle vorgeschlagen, mit der ein Startergenerator unter Zwischenschaltung eines Zwischenrades mit einer Kurbelwelle gekoppelt wird. Gemäß dieser Lösung sind axial abstehende Stifte sowie gummielastische Buchsen vorgesehen, die als Federelemente fungieren. Es wird eine versetzte Freilaufscheibe sowie ein Freilaufring vorgeschlagen. Über diese wird für unterschiedliche Drehrichtungen jeweils eine unterschiedliche Dämpfungscharakteristik erzeugt.
-
GB 2 089 475 A bezieht sich auf eine Wellenverbindung, in welcher zwei im wesentlichen einander zuweisend orientierte Wellenenden mit Aufnahme mittels eines Verbindungsteils miteinander gekoppelt sind. Das Verbindungsteil ist als formschlüssiges Federteil ausgebildet und weist wulstförmig gebogene Federenden auf, welche in den Aufnahmen der Wellenenden verrastbar sind.
-
US 2,643,528 A bezieht sich auf eine Wellenverbindung zwischen zwei einander zuweisend orientierten Wellenenden. Es wird ein Verbindungselement beschrieben, welches zwei kreuzweise senkrecht zueinander angeordnete schneidenförmige Zapfen aufweist, die in schlitzförmiger Aufnehmung an den Wellenenden formschlüssig eingreifen.
-
FR 570 987 A offenbart eine Wellenverbindung mit einem als Spiralfeder ausgeführten Verbindungselement. Die einander zuweisend orientierten Wellenenden werden jeweils von mehreren Windungen der Spiralfeder umschlossen, während die Federenden in Schlitzausnehmungen an den Wellenenden formschlüssig aufgenommen sind.
-
CH 246 762 A bezieht sich auf eine Wellenverbindung mit einem elastischen Verbindungselement in Form eines elastischen Doppelbügels. Zwei einander zuweisend orientierte Wellenenden weisen transversal durchgehende Langbohrungen oder Aufnahmeschlitze auf, in denen jeweils die zwei extremen Teile des Doppelbügels eingeführt werden. Die Enden des Doppelbügels umschließen formschlüssig die Mantelfläche des jeweiligen Wellenendes.
-
US 2,835,118 A bezieht sich auf eine Wellenverbindung mit einem Verbindungselement. Dieses ist als formschlüssiges Federteil ausgebildet. Zwei einander zuweisend orientierte Wellenenden haben transversale Ausnehmungen, in denen umgebogene Schenkel des Federteils verrastbar eingebracht werden. Vom Mittelteil des Federteils erstrecken sich lippenförmige Vorsprünge aus den Ausnehmungen in lateraler Richtung heraus und verhindern ein Herausgleiten des Federteils in dieser Richtung.
-
Darstellung der Erfindung
-
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich eine elastische Kupplung bereitstellen, die ein erhebliches Maß an Elastizität sowie Achs- und Winkelversatz zulässt, d. h. diese Versatze ausgleicht. Die Wellenverbindung wird durch ein Federbauteil dargestellt, welches in Aufnahmeschlitze eines treibenden und eines angetriebenen Wellenendes eingelassen wird. Die Aufnahmeschlitze an den Wellenenden sind mit Anfasungen versehen, so dass die Enden des Federbauteiles auch bei Winkelversatz und bei axialem Versatz der Wellenenden zueinander in den Aufnahmeschlitz einfädeln. Aufgrund der den Windungen des Federbauteiles innenwohnenden Elastizität wird der Axial-, der Winkel- und Achsversatz zwischen den Wellenenden kompensiert und das Federbauteil verliersicher zwischen den Wellenenden aufgenommen, da diese insbesondere bei Wellenversatz der beiden Wellenenden auf Torsion beansprucht ist und sich somit in die Aufnahmeschlitze der miteinander zu kuppelnden Wellenenden stellt.
-
Je nach Windungsanzahl und Materialstärke der Federwindungen lässt sich die Elastizität des die Wellenenden kuppelnden Federbauteiles hinsichtlich der für die jeweiligen Arbeitsbedingungen geforderten Kennlinie einstellen. Die Federenden des Federbauteiles, die in den Aufnahmeschlitzen der Wellenenden eingeführt werden, können sowohl eine senkrechte als auch eine parallele Ausrichtung zueinander haben. Das Federbauteil kann von einer Gummimanschette umgeben sein.
-
Das die Wellenenden formschlüssig verbindende Federbauteil kann durch Variation der Materialstärke, d. h. der Feder-Drahtstärke, des Wickeldurchmessers und der Anzahl der Federwindungen an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Steht wenig Bauraum zu Verfügung, weist das Federbauteil nur eine geringe Anzahl von Windungen auf. Ist bei geringem Bauraum eine hohe Federsteifigkeit gefordert, wird der Draht-Durchmesser der Federwindungen entsprechend groß gewählt. Steht hingegen mehr Bauraum zur Verfügung, können Federbauteile eingesetzt werden, die eine größere Anzahl von Windungen aufweisen, wobei die Federenden sowohl eine senkrechte als auch eine parallele Orientierung relativ zueinander annehmen können.
-
Zeichnung
-
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
-
Es zeigt:
-
1 ein erfindungsgemäß ausgeführtes Federbauteil, umgeben von einer Manschette aus Gummi,
-
1.1 eine Draufsicht auf die Gummimanschette,
-
1.2 eine Seitenansicht der Gummimanschette gemäß 1.1,
-
1.3 ein Detail des Manschettensteges der Gummimanschette gemäß 1.1,
-
1.4 eine perspektivische Ansicht der Gummimanschette,
-
2.1 eine perspektivische Ansicht des Federbauteiles,
-
2.2 eine Draufsicht auf das Federbauteil,
-
2.3 eine Seitenansicht des Federbauteiles,
-
3 eine beispielhaft dargestellte, eine Förderschnecke aufweisende Welle mit geschlitztem Wellenende,
-
4 eine Antriebswelle mit geschlitztem Wellenende,
-
5 eine Ausführungsvariante eines zwei Wellenenden verbindenden Federbauteiles,
-
6 eine Wellenverbindung,
-
7 die Draufsicht auf das Federbauteil gemäß 5,
-
8 eine perspektivische Ansicht des Federbauteiles gemäß 7 und
-
9 eine Wellenverbindung zweier Wellenenden im Längsschnitt.
-
Ausführungsvarianten
-
1 ist ein erfindungsgemäß ausgeführtes Federbauteil zu entnehmen, welches von einer Manschette aus Gummi umschlossen ist.
-
Eine zur Symmetrieachse 1 rotationssymmetrisch ausgebildete Manschette 2 aus einem Elastomermaterial oder aus Gummi umschließt ein Federbauteil 5. Die in 1.1 ineinanderliegend dargestellten Komponenten 2 und 5 bilden eine Baueinheit, die nach außen durch eine Mantelfläche 3 der Manschette 2 gekapselt ist. Eine der Stirnseiten 4 der Manschette 2 ist in 1.1 nicht dargestellt. Das Federbauteil 5 ist als eine im Wesentlichen zylindrisch konfigurierte Druckfeder aufgebaut und umfasst in der Ausführungsvariante gemäß 1.1 zwei Federwindungen 6. Am Federbauteil 5 sind zwei gebogene Federenden 8 und 9 ausgebildet. Der Durchmesser des Federdrahtes des Federbauteiles 5 ist mit Bezugszeichen 7 gekennzeichnet. Die beiden Federenden 8 bzw. 9 liegen in Parallellage 11 zueinander. An jedem der beiden Federenden 8 und 9 ist eine etwa in der Mitte der freien Länge der Federenden 8, 9 liegende Abflachung 12 bzw. 13 ausgebildet. Im Bereich der Abflachung 12 bzw. 13 ist der Durchmesser 7 der Federenden 8 bzw. 9 reduziert. Durch die beispielsweise als Stanzungen ausgebildeten Abflachungen 12 bzw. 13 werden ein- oder beidseitig liegende Anlageflächen 14 zur Aufnahme in 1.1. nicht dargestellter Wellenenden gebildet.
-
Anstelle der in 1. dargestellten Parallellage 11 der beiden Federenden 8 bzw. 9 des Federbauteiles zueinander, können die Federenden 8, 9 auch senkrecht zueinander stehen und beispielsweise in einem Winkel von etwa 90° zueinander orientiert sein.
-
Aus 1.1 geht ein Manschettenkörper 20 hervor, der eine erste Öffnung 21 sowie eine weitere, zweite Öffnung 22 aufweist. Die erste Öffnung 21 und die zweite Öffnung 22 sind durch einen Manschettensteg 23 voneinander getrennt. Der Manschettenkörper 20 ist in einer Axiallänge ausgebildet, die im Wesentlichen der axialen Längenerstreckung des Federbauteils 5 entspricht. Der mit Bezugszeichen 25 identifizierte Durchmesser des Manschettenkörpers 20 übersteigt den Durchmesser des Federbauteiles 5. Die erste Öffnung 21 sowie die zweite Öffnung 22 ermöglichen ein Einführen von mit den Federenden 8 bzw. 9 des in 1.1 dargestellten Federbauteiles 5 in den Manschettenkörper 20. Der Manschettenkörper 20, der als Kapselung des Federbauteiles 5 dient, kann aus Gummi oder einem anderen, verformbaren elastischen Material gefertigt sein.
-
1.2 zeigt eine Seitenansicht der Gummimanschette gemäß 1.1.
-
In den Manschettenkörper 20 der Manschette 2 ist das Federbauteil 5 gemäß einer ersten Ausführungsvariante eingelassen. Die Axiallänge des Manschettenkörpers 20 des Federbauteils 5 ist mit Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Parallel zu den sich durch die Manschettenkörper erstreckenden Öffnungen 21, 22 verläuft der Manschettensteg 23, an dessen Außenseiten jeweils Erhebungen 26 ausgebildet sind (vgl. Darstellung gemäß 1.3). In gestrichelter Darstellung sind in 1.2 die Abflachungen 33, 34 bzw. 35, 36 an den Federenden 8, 9 des Federbauteiles angedeutet. Die Mantelfläche der Manschette 2 ist mit Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Mit den Bezugszeichen 31 bzw. 32 sind die Stirnseiten der Federenden des Federbauteiles 5 bezeichnet.
-
1.3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Manschettensteges, der die Öffnungen der Manschette gemäß 1.1 voneinander trennt.
-
1.3 ist entnehmbar, dass der Manschettensteg 23 einzelne, voneinander beabstandete Erhebungen 26 aufweist. Die Erhebungen 26 sind am Manschettensteg 23 auf der den Öffnungen 21 bzw. 22 des Manschettenkörpers 20 zuweisenden Seite angeordnet. Die Höhe der Erhebungen an den den Öffnungen 21 bzw. 22 zuweisenden Seiten des Manschettensteges 23 ist in 1.3 durch Bezugszeichen 27 angedeutet.
-
1.4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Manschettenkörpers gemäß der 1.1 und 1.2.
-
Die den Manschettenkörper der Manschette 2 in axiale Richtung durchziehenden Öffnungen 21 bzw. 22 sind durch den Manschettensteg 23 voneinander getrennt. Sowohl an den Innenseiten der Öffnungen 21, 22 als auch auf den den Öffnungen 21, 22 zuweisenden Seiten des Manschettensteges 23 können voneinander beabstandet, Erhebungen 26 ausgebildet sein. Die Erhebungen 26 liegen an den Außenseiten von klauenförmig konfigurierten Wellenenden (vgl. Darstellung gemäß der 3 und 4) an und ermöglichen deren spielfreien Sitz innerhalb des Manschettenkörpers 20 der Manschette 2.
-
2.1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Federbauteiles.
-
Das Federbauteil 5 gemäß der Darstellung in 2.1 ist symmetrisch zur Symmetrieachse 1 aufgebaut. Das Federbauteil gemäß 2.1 umfasst zwei Windungen 6, die in einem Windungsabstand 30 voneinander ausgeführt sind. Je nach geforderter Steifigkeit bzw. Elastizität der durch das Federbauteil 5 bereitgestellten Wellenverbindung können auch mehrere, anstelle der in 2.1 am Federbauteil 5 ausgebildeten zwei Federwindungen 6, vorgesehen sein. Das einen Durchmesser 7 aufweisende Federdrahtmaterial läuft an den Enden des Federbauteiles 5 in einem ersten Federende 8 und einem zweiten Federende 9 aus. Die beiden Federenden 8 bzw. 9 sind in Parallellage 11 zueinander orientiert. Die Stirnseite des ersten Federendes ist mit Bezugszeichen 31, diejenige des zweiten Federendes mit Bezugszeichen 32 gekennzeichnet. Etwa mittig orientiert und im Wesentlichen auf der Symmetrieachse 1 des Federbauteiles liegend, sind an dem ersten Federende 8 und dem zweiten Federende Abflachungen 12 bzw. 13 ausgebildet. Die Abflachungen 12 bzw. 13 können beispielsweise durch Stanzen oder eine andere Kaltumformung an den Federenden 8 bzw. 9 erzeugt werden. Durch die Ausbildung der Abflachungen 12 bzw. 13 am ersten Federende 8 und am zweiten Federende 9 werden seitlich liegende Anlageflächen geschaffen. Die erste Abflachung 12 am ersten Federende 8 weist einen ersten Anlagepunkt 33 sowie einen diesem gegenüber liegenden weiteren, zweiten Anlagepunkt 34 auf. Analog dazu wird durch die zweite Abflachung 13 am zweiten Federende 9 einerseits eine Durchmesserreduzierung im Bereich der zweiten Abflachung 13 an diesem erzeugt, andererseits ein dritter Anlagepunkt 35 und ein vierter Anlagepunkt 36 gebildet. Die in 2.1 dargestellten Anlagepunkte 33, 34 bzw. 35 und 36 dienen der formschlüssigen Aufnahme der Federende 8 bzw. 9 in entsprechenden Aufnahmeschlitzen an Wellenenden (vgl. Darstellung gemäß der 3 und 4). Die Abflachungen 12 bzw. 13 ermöglichen ferner eine definierte Axiallänge 24 der Manschette 2 beim Umspritzen des Federbauteiles 5.
-
Das formschlussfähig gebogene Federbauteil 5 lässt durch Variation bzw. Kombination zwischen dem Durchmesser 7 des Federdrahtmateriales sowie des Windungsabstandes 30 und seiner axialen Baulänge auf das maximal übertragbare Drehmoment und unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Einbauraumes dimensionieren. Aufgrund der dem als zylindrische Druckfeder ausgebildeten Federbauteil innewohnenden Elastizität können axiale und radiale sowie Winkelversatze ausgeglichen werden, die durchaus mehrere mm betragen können, auch Winkelversatze von bis zu 10° können durch die dem Federbauteil 5 innenwohnende Elastizität problemlos ausgeglichen werden. Da der Manschettenkörper 20, der das Federbauteil 5 gemäß 2.1 umschließt, ebenfalls aus elastischem, d. h. verformbarem Material gefertigt ist, passt sich der Manschettenkörper 20 der Verformung des Federbauteiles 5 zum Ausgleich von Axialversatz bzw. zum Ausgleich eines Winkelversatzes der miteinander zu kuppelnden Wellenenden an.
-
2.2 zeigt eine Draufsicht auf das Federbauteil.
-
Aus der Draufsicht gemäß 2 geht hervor, dass eine freie Länge 38 der beiden in der Darstellung gemäß 2.2 übereinanderliegenden Federenden 8, 9 des Federbauteiles 5 im Wesentlichen dem mittleren Durchmesser 10 des Federbauteiles 5 entspricht. Während die Federenden 8 bzw. 9 sowie die Federwindungen 6, von denen in der Draufsicht gemäß 2.2 nur eine dargestellt ist, in einem Durchmesser 7 ausgebildet sind, ist die Materialstärke der Federenden 8 bzw. 9 im Bereich der Abflachungen 12 bzw. 13 aufgrund einer radialen Aufweitung der Federenden 8 bzw. 9 reduziert. Die reduzierte Materialstärke im Bereich der Abflachungen 12, 13 an den Federenden 8, 9 ist durch Bezugszeichen 37 angedeutet. Die Stirnseiten 31 bzw. 32 der Federenden 8, 9 liegen in der Draufsicht gemäß 2.2 übereinander.
-
2.3 zeigt eine Seitenansicht des Federbauteiles.
-
Aus der Darstellung gemäß 2.3 geht hervor, dass die Abflachungen 12 bzw. 13 an den beiden Federenden 8, 9 an diesen die Anlagepunkte 33 bzw. 34 im Bezug auf das erste Federende 8 sowie Anlagepunkte 35 und 36 in Bezug auf das zweite Federende 9 bilden. Der Windungsabstand der Federwindungen 6 des Federbauteiles 5 ist mit Bezugszeichen 30 angedeutet, der Wickelwinkel zwischen den einzelnen Federwindungen ist durch α angedeutet. Je nach geforderter Steifigkeit kann der Wickelwinkel α größer oder kleiner als der in 2.3 beispielhaft dargestellte Wickelwinkel α gewählt werden. Die Stirnseiten 31 bzw. 32 der beiden Federenden 8, 9 sind so angeordnet, dass sie etwa dem mittleren Durchmesser 10 des Federbauteiles 5 entsprechen.
-
3 zeigt eine eine Förderschnecke aufweisende Welle mit geschlitztem Wellenende.
-
Die in 3 dargestellte erste Welle 40 ist rotationssymmetrisch zu ihrer Symmetrieachse 1 aufgebaut. Die 1. Welle 40 umfasst einen Aufnahmeschlitz 41, der an einem kupplungsseitigen Wellenende 46 ausgebildet ist. Die den Aufnahmeschlitz 4 begrenzenden Materialbereiche am kupplungsseitigen Wellenende 46 der 1. Welle 40 weisen jeweils eine Anfasung 42 auf, um ein leichteres Führen der Abflachungen 12 bzw. 13 aufweisenden Federenden 8, 9 des elastischen Federbauteiles 5 zu ermöglichen.
-
Die Aufnahmeschlitze 41 am kupplungsseitigen Wellenende 46 der 1. Welle 40 umfassen einander gegenüberliegende Anlageflächen 43. Die Anlageflächen 43 des Aufnahmeschlitzes 41 werden durch eine Stirnseite 45 des kupplungsseitigen Wellenendes 46 begrenzt. Die Länge der Anlageflächen 43 am Aufnahmeschlitz 41 der 1. Welle 40 ist durch Bezugszeichen 44 gekennzeichnet. Die Länge 44 des Aufnahmeschlitzes 41 – in axiale Richtung gesehen – übersteigt den Durchmesser 7 der Federenden 8 bzw. 9 des elastischen Federbauteiles 5.
-
Bei der 1. Welle 40 kann es sich beispielsweise – wie in 3 dargestellt – um eine solche Welle handeln, an deren Umfang eine Förderschnecke 47 ausgebildete ist, die einen schraubenlinienförmig gewundenen Steg 48 aufweist, der sich in einer bestimmten Steigung am Außenumfang der 1. Welle 40 erstreckt.
-
4 zeigt eine Antriebswelle mit geschlitztem Wellenende.
-
Die in 4 dargestellte, bezüglich ihrer Symmetrieachse 1 rotationssymmetrische Welle 49 umfasst ebenfalls ein kupplungsseitiges Wellenende 50, an welchem ein Aufnahmeschlitz 51 angeordnet ist. Der Aufnahmeschlitz 41 ist durch zwei einander gegenüberliegende Anlagefläche 43 analog zum Aufnahmeschlitz 41 der ersten Welle 40 gemäß der Darstellung in 3 begrenzt. Die mit Bezugszeichen 54 bezeichnete Öffnungsweite des Aufnahmeschlitzes 51 entspricht in etwa dem Durchmesser 7 des ersten bzw. des zweiten Federendes 8 bzw. 9 des Federbauteiles 5. Die Länge des Aufnahmeschlitzes 51 am kupplungsseitigen Wellenende 50 der zweiten Welle 59 ist mit Bezugszeichen 53 bezeichnet. Darüber hinaus ist am kupplungsseitigen Wellenende 50 der zweiten Welle 49 ein Wellenbund 52 ausgebildet, der zum Beispiel als Anlagefläche für einen länger bauenden Manschettenkörper 20, der die Axiallänge 15 des Federbauteiles 5 übersteigt, dient.
-
Werden die in 3 bzw. 4 dargestellten Wellen 40 bzw. 49 über das in den 2.1, 2.2 und 2.3 dargestellte elastische Federbauteil 5 gekuppelt, werden die Federenden 8 bzw. 9 des Federbauteiles in Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 der 1. Welle 40 und der zweiten Welle 49 eingeführt. Die im Bereich der Federenden 8, 9 ausgebildeten Abflachungen 12 bzw. 13 liegen mit ihren Anlagenstellen 14 bzw. 33, 34 und 35, 36 an den die Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 begrenzenden Anlagenflächen 43 an. Dadurch ergibt sich eine formschlüssige und eine verliersichere Verbindung zwischen dem Federbauteil 5 und den miteinander zu kuppelnden Wellen 40 bzw. 49. Ein Axialversatz sowie ein Winkelversatz zwischen den einander zuweisenden Wellenenden 46 bzw. 50 der ersten Welle 40 und der zweiten Welle 49 kann aufgrund der dem Federbauteil 5 innewohnenden Elastizität ausgeglichen werden. Je nach der Anzahl der Federwindungen 6 sowie des Wickelwinkels α sowie der Axiallänge 15 kann über die Ausbildung der als Federbauteil 5 dienenden zylindrischen Druckfeder eine Variation bzw. eine Kombination von Materialstärke, Wickelverhältnis und Baulänge eine auf das maximal zu übertragende Drehmoment entsprechende Auslegung des Federbauteiles 5 erfolgen. Neben der in 2.1 dargestellten Anordnung der Federenden 8, 9 in Parallellage 11, ist auch eine senkrechte Orientierung der beiden Federenden 8, 9 des Federbauteiles 5 möglich.
-
Zur Montage der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung durch ein Federbauteil 5 werden die Federenden 8 bzw. 9 einfach in die Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 an den einander zuweisenden Wellenenden 46 bzw. 50 eingeführt. Ist das Federbauteil 5 zuvor in einem Manschettenkörper 20 gemäß 1.3 eingeführt, kann auch ein einfaches Einschieben der Wellenenden 46 bzw. 50 in die durch einen Manschettensteg 23 begrenzten Öffnungen 21, 22 an den Stirnseiten des Manschettenkörpers 20 zur Montage der Kupplung erfolgen.
-
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung ist unempfindlich gegen Wärmeausdehnung und Kälteschrumpfung, wenn das Federbauteil 5 elastisch ausgebildet wird und die Wellen aus identischem Material gefertigt werden, da die Wärmedehnungkoeffizienten der Bauteile übereinstimmen. Das das Federbauteil 5 und die Manschette 2 umfassende Kupplungselement zeichnet sich durch eine sehr gut definierbare Elastizität aus. Durch die definierbare Elastizität ist eine optimale axiale Anstellung des Kupplungselementes 2, 5 an Lagerungsstellen, wie zum Beispiel Kugellager von miteinander zu verbindenden Wellen 40, 49 applikationsspezifisch mitgeliefert.
-
Der Darstellung gemäß 5 ist eine weitere Ausführungsvariante eines Federbauteiles entnehmbar, mit in einer aus Federstahlblech geformter Kontur.
-
Die beiden gemäß 5 miteinander zu kuppelnden Wellen 40 bzw. 49 weisen an ihren Enden jeweils Aufnahmeschlitze 41, 51 auf. Die Aufnahmeschlitze sind in Axiallängen 44 bzw. 53 ausgebildet. Die Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 werden von Anlageflächen 43 begrenzt, die an ihren dem Kupplungselement zuweisenden Enden Anfasungen 42 aufweisen können. In die Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 der Wellen 40 bzw. 49 wird ein zweites Federbauteil 60 eingeführt. Das zweite Federbauteil 60 umfasst einen ersten Schenkel 61 sowie einen zweiten Schenkel 62. Ein Mittelsteg 63 des zweiten Federbauteiles 60 wird in die Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 eingeführt, wobei der erste Schenkel 61 sowie der zweite Schenkel 62 die beiden Wellenenden der Wellen 40 bzw. 49 an der Außenseite umgibt (vgl. Darstellung gemäß 6). Die Wellenenden der Wellen 40 bzw. 49 sind demnach einerseits an der Innenseite durch den in die Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 hineinragenden Mittelsteg 63 miteinander verbunden; andererseits liegen die federnd ausgebildeten Schenkel 61, 62 an der Außenseite der Wellenenden an. Somit ergibt sich gemäß der Darstellung in 6 eine federnde Verbindung zwischen angetriebener und getriebener Welle 40 bzw. 49.
-
7 zeigt die Draufsicht auf das zweite Bauteil gemäß der Darstellung in 5.
-
Das zweite Federbauteil 60 ist als Federstahlbauteil beschaffen und weist eine geformte Kontur auf.
-
Das zweite Federbauteil 60 gemäß der Draufsicht in 7 umfasst den ersten Schenkel 61 und den zweiten Schenkel 62. Die beiden federnd ausgebildeten Schenkel 61 bzw. 62 des zweiten Federbauteils 60 umfassen jeweils gerundet ausgebildete Schenkelenden 66, 67. Diese erleichtern eine einfache Montage des zweiten Federbauteiles 60 an den Wellenenden von miteinander zu kuppelnden Wellen 40 bzw. 49. Das zweite Federbauteil 60 umfasst den Mittelsteg 63, der eine erste Aufweitung 64 sowie eine zweite Aufweitung 65 aufweist. Die Außenseiten der ersten Aufweitung 64 bzw. der zweiten Aufweitung 65 liegen an den Anlageflächen 43 der Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 der Wellenenden der Wellen 40 bzw. 49 an. Die erste Aufweitung 64 sowie die zweite Aufweitung 65 sind durch eine Einschnürstelle 68 voneinander getrennt. Die Einschnürstelle 68 stellt den engsten Bereich des Mittelsteges 63 dar, wobei jedoch eine Schlitzbreite 69 zwischen den einander zuweisenden Enden des Mittelsteges 63 aufrechterhalten bleibt. In der in 7 dargestellten Ausführungsvariante des zweiten Federbauteiles 60 ist dieses aus zwei Lagen Federstahlblech entsprechend geformt. Die federnd ausgebildeten Schenkel 61, 62 des zweiten Federbauteils 60 umfassen die Umfangsflächen der Wellenenden der Wellen 40 bzw. 49, wobei die Montage des zweiten Federbauteils 60 an diesen dadurch erleichtert wird, dass die Federschenkel 61 bzw. 62 jeweils gerundete Endbereich 66, 67 aufweisen.
-
Der Darstellung gemäß 8 ist eine perspektivische Ansicht des zweiten Federbauteiles gemäß 5 entnehmbar.
-
Die beiden Federschenkel 61 bzw. 62 des zweiten Federbauteiles 60 sind über den Mittelsteg 63 miteinander verbunden, wobei dessen die erste Aufweitung 64 bzw. die zweite Aufweitung 65 begrenzende Wandung so geformt ist, dass zwischen den Begrenzungen der Aufweitungen 64, 65 ein Abstand 69 verbleibt. Dadurch wird dem zweiten Federbauteil 60 eine durch den Abstand 69 vorgegebene Elastizität verliehen.
-
9 zeigt eine Wellenverbindung zweier Wellenenden durch ein Kupplungsbauteil aus einer Manschette und ein in diese eingelassenes Federbauteil.
-
Die erste Welle 40 und die zweite Welle 49 sind über ein Kupplungselement verbunden, welches eine Manschette 2 aufweist, in der das Federbauteil 5 eingelassen ist. Der Manschettensteg 23 ist jeweils in Aufnahmeschlitze 41 bzw. 51 und den Wellenenden der ersten Welle 40 und der zweiten Welle 49 eingelassen. Mit den Bezugszeichen 12 und 13 sind die Abflachungen an den Federenden 8 bzw. 9 des Federbauteils 5 dargestellt, die in den Manschettenkörper der Manschette 2 eingegossen sind. Der Manschettensteg 23 liegt an den Anlageflächen 43 des ersten Aufnahmeschlitzes 41 sowie des zweiten Aufnahmeschlitzes 51 der ersten Welle 40 bzw. der zweiten Welle 49 an. Bei der ersten Welle 40 kann es sich beispielsweise um eine eine Schnecke 47 aufweisende Welle handeln, die mit einem in 9 nicht dargestellten Schneckenrad zusammenarbeitet.
-
Auf dem Wellenbund 52 der zweiten Welle 49 ist in der Darstellung gemäß 9 ein Lager 70 aufgenommen. Bei diesem Lager handelt es sich um Wälzlager, welches sowohl als Kugellager oder auch als Rollenlager zur Aufnahme von radialen bzw. axial wirkenden Kräften dient. Der Innenring 71 des Lagers 70 wird durch die Manschette 2 des Kupplungselementes 2, 5 gegen einen Bund der zweiten Wellen 49 gedrückt. Aufgrund der dem Kupplungsbauteil 2, 5 innenwohnende Elastizität stellt sich sowohl eine erste Axialspannung 74 auf den Innenring 71 des Lagers 70 ein, als auch eine zweite Axialspannung 75, die zwischen einem Wellenbund der ersten Welle 40 und der diesem gegenüberliegenden Stirnseite des Manschettenkörpers der Manschette 2 erzeugt wird. Die sich einstellenden Axialvorspannungen 74 und 75 verlängern einerseits die Lebensdauer des Lagers 70 und tragen andererseits zur Verbesserung der Laufruhe, insbesondere bei Drehrichtungsumkehr der als Antriebswelle dienenden zweiten Welle 49 bei. Die zweite Welle 49 stellt gemäß der Darstellung in 9 beispielsweise die Ankerwelle eines elektrischen Antriebes an, die mit der ersten Welle 40, die eine Schnecke 47 aufweisen kann, über das das definiert elastisch ausbildbare Kupplungselement 2, 5 angetrieben wird. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Lager 70 neben dem Innenring 71 einen Außenring 72 umfasst, wobei zwischen dem Innenring 71 und dem Außenring 72 Lagerkörper 73 aufgenommen sind, die in der Darstellung gemäß 9 als Kugeln ausgeführt sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Symmetrieachse
- 2
- Manschette
- 3
- Mantelfläche
- 4
- Stirnseite
- 5
- Federbauteil
- 6
- Federwindung
- 7
- Materialstärke Windungsmaterial
- 8
- 1. Federende
- 9
- 2. Federende
- 10
- Durchmesser Federbauteil
- 11
- Parallellage Federenden
- 12
- 1. Abflachung
- 13
- 2. Abflachung
- 14
- Anlage Aufnahmeschlitz
- 15
- Axiallänge
- 20
- Manschettenkörper
- 21
- 1. Öffnung
- 22
- 2. Öffnung
- 23
- Manschettensteg
- 24
- Axiallänge Manschettenkörper
- 25
- Durchmesser Manschettenkörper
- 26
- Erhebung
- 27
- Erhebungshöhe
- 30
- Windungsabstand
- 31
- 1. Stirnseite
- 32
- 2. Stirnseite
- 33
- 1. Anlagepunkt
- 34
- 2. Anlagepunkt
- 35
- 3. Anlagepunkt
- 36
- 4. Anlagepunkt
- 37
- Materialstärke Abflachung
- 38
- freie Länge Federende
- 40
- 1. Welle
- 41
- 1. Aufnahmeschlitz
- 42
- Anfasung
- 43
- Anlageflächen Aufnahmeschlitz
- 44
- Länge Aufnahmeschlitz
- 45
- Stirnseite
- 46
- kupplungsseitiges Wellenende
- 47
- Förderschnecke
- 48
- Steg
- 49
- zweite Welle
- 50
- Wellenende 2. Welle 49
- 51
- Aufnahmeschlitz
- 52
- Wellenbund
- 53
- Länge Aufnahmeschlitz
- 54
- Öffnungsweite
- 55
- Schlitzbreite
- 60
- 2. Federbauteil
- 61
- erster Schenkel
- 62
- zweiter Schenkel
- 63
- Mittelsteg
- 64
- 1. Aufweitung
- 65
- 2. Aufweitung
- 66
- gerundetes Schenkelende
- 67
- gerundetes Schenkelende
- 68
- Einschnürstelle
- 69
- Schlitzbreite
- 70
- Lager
- 71
- Innenring
- 72
- Außenring
- 73
- Lagerkörper
- 74
- 1. Axialvorspannung
- 75
- 2. Axialvorspannung
