DE112007000105T5

DE112007000105T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Drehmomentübertragung

Info

Publication number: DE112007000105T5
Application number: DE112007000105T
Authority: DE
Inventors: Arne F. Jonsson
Original assignee: TORQUE GRIP SCANDINAVIA AB
Current assignee: Baerke Invent Se AB
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2008-10-23
Also published as: KR101395247B1; JP5327747B2; SE530580C2; WO2008066469A1; WO2008066469A8; JP2010511128A; KR20090083333A; SE0602539L; US20100219033A1; EP2265836A2; US8151960B2; EP2265836A4; RU2009103311A

Abstract

Verfahren zur Kraft- und Momentübertragung, bevorzugt Drehmomentübertragung, zwischen einem ersten Objekt (4) und einem zweiten Objekt (5), welche durch eine Lücke (g) getrennt werden, wobei das Verfahren das Anordnen einer Kraftübertragungsvorrichtung (1) in der Lücke (g) umfasst, welche mindestens ein flexibles Element (3A, 3B; 3C, 3D; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') und eine Mehrzahl von kraftübertragenden Elementen (2) umfasst, welche durch das flexible Element (3A, 3B; 3C, 3D; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') zusammengehalten werden, wobei die kraftübertragenden Elemente (2) einen Querschnitt haben, der durch zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Kontaktseiten (25, 28) begrenzt wird, umfassend mindestens zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche (25', 28''; 28', 25'') und zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Seitenflächen (26, 27), wobei eine Querschnittabmessung zwischen den Kontaktseiten, welche im Wesentlichen quer dazu ist, eine erste Querschnittabmessung (a) hat, wobei die Querschnittabmessung (a) geringer ist, als eine zweite Querschnittabmessung (a_max), die erste Querschnittabmessung (a) kleiner ist als die Lücke (g) und die zweite...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Momentübertragung, bevorzugt zur Drehmomentübertragung, zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt, die durch einen Spalt bzw. eine Lücke getrennt sind, wobei das Verfahren das Anordnen einer Kraftübertragungsvorrichtung in der Lücke umfasst, welche mindestens ein flexibles Element und eine Mehrzahl an Kraftübertragungselementen umfasst, welche bevorzugt nicht Teil des flexiblen Elements sind, aber an dem flexiblen Element angeordnet sind, und das Anordnen der Kraftübertragungselemente, um eine maximale Querschnittsabmessung zu haben, die größer als die Lücke ist, und eine andere Querschnittsabmessung, die kleiner als die Lücke ist, in der Reihenfolge ihrer Reibung, durch Verkeilen, um das Moment zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt zu übertragen. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Kuppelvorrichtung bzw. eine Kopplungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung (Produkt) bezieht sich auf Ausrüstungen, bevorzugt in Verbindung mit Maschinen, in welchen ein Schaft mit einer Nabe verbunden ist. Die Nabe kann ihrerseits als eine Schaftkupplungshälfte, als Zahnrad, als Riemenrad, als Pumpen- oder Turbinenrad oder irgendein anderes Element, welches mit einem Schaft oder ähnlicher Ausrüstung verbunden wird, gebildet und/oder damit verbunden sein. Bekannte Konstruktionselemente für die Kupplung können im Wesentlichen in formbestimmt, wie beispielsweise eine Schlüsselverbindung, oder reibungsbestimmt, wie beispielsweise eine Druckverbindung oder eine Reibungsverbindung mit konischer Hülle, eingeteilt werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Gebiet der Reibungsverbindungen mit im Wesentlichen zylinderförmigen Flächen für den Schaft und die Nabe.
Ein Typ bekannter Reibungsverbindungen sind so genannte Toleranzringe die aus einem Streifen bestehen, der in seiner tangentialen Richtung wellenförmig verläuft. Die radiale Ausdehnung der Wellen des wellenförmigen Verlaufs ist größer als die radiale Lücke zwischen den zylinderförmigen Flächen eines Schaftes und einer Nabe die miteinander verbunden werden sollen. Ein Moment wird mittels Reibung von der Normalkraft übertragen, die von dem Streifen auftritt, wenn er in der Lücke angebracht wurde. Das übertragene Moment hängt direkt von der axialen Kraft ab, die benötigt wird, um die Details anzubringen.
Es ist auch aus der GB 1,157,138 bekannt, schräge Elemente zu verwenden, die dazu vorgesehen sind, ein Drehmoment in beide Drehrichtungen zu übertragen. Die Vorrichtung umfasst einen (Stahl-)Streifen, der (in einer Maschine) auf unterschiedliche Dicken gepresst wird, zu einer bestimmten Form mit Vertiefungen gestanzt wird und dann verbunden wird, um eine tangential abgeschlossene Form zu bilden. Der Streifen wird als „endlos" definiert und kann daher aufgerollt werden. Vor dem Anbringen wird eine geeignete Länge abgeschnitten und zu der geeigneten Kreisform für einen Schaft verbunden und wird gehärtet. Voraussichtlich werden bei dieser Vorrichtung viele Probleme auftreten, unter anderem in bezug auf die Toleranz des Abstandes zwischen Kontaktpunkten für Kraftübertragungsteile (dickere Teile), was wahrscheinlich ihre offensichtlich eingeschränkte kommerzielle Anwendung erklärt.
Eine ähnliche Vorrichtung in „Streifenform", welche aus Federstahl besteht, wird in der US 3,353,639 gezeigt. Sie hat stark abgeschrägte Zähne, die plastisch dazu vorgesehen sind, in den Schaft bzw. die Nabe einzugreifen. Folglich basiert das Prinzip darauf, dass die Zahnkanten in der Lage sein sollten, in das Gegenmaterial einzudringen, was in vielen Fällen unerwünscht ist. Unter anderem muss das Gegenmaterial relativ weich sein, wie beispielsweise Aluminium, und/oder die Zähne müssen sehr scharfe und harte Kanten haben. Des Weiteren wird eine doppelseitige Ausführung wegen der permanenten Verformungen in Verbindung mit einem Verschieben oder Verändern der Momentbelastung nicht funktionieren.
Aus der US 4,569,614 ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt, welche einen Streifen als Hauptelement umfasst. Der Streifen hat Teile, die in tangentialer Richtung U-förmig sind, wobei diese Teile, ebenso wie Toleranzringe, größer als die radiale Lücke sind. Diese Teile können ein Moment (welches im Folgenden meistens als Drehmoment bezeichnet wird) in zwei Richtungen übertragen, indem sich die Abschrägung in Richtung des Drehmoments selbst justiert. Üblicherweise wird die Abschrägung durch elastische Deformation des U-förmigen Teils erreicht, d. h. des Teils, auf welches die Kräfte wirken. Für die Kontaktflächen mit dem Schaft der Nabe wurde gezeigt, dass sie sehr geringe Krümmungsradien haben, was vermutlich notwendig ist, damit der Streifen in der Lage ist, das Drehmoment ohne Abrutschen zu übertragen. Die Vorrichtung hat eine geringere Befestigungskraft in axialer Richtung als herkömmliche Toleranzringe, aber der sehr dünne Teil in den U-Teilen muss zu einer nennenswerte Schwäche führen, was dazu führt, dass sie verformt werden oder zerbrechen. Dies ist bei vielen Anwendungen ein großer Nachteil.
Eine andere Vorrichtung zur Drehmomentübertragung in nur eine Richtung, der so genannte Freilauf, US 4,809,831 , offenbart eine Halterung für Elemente mit einer Abschnittsform ähnlich einer „Erdnussschale". Die Elemente sind von komplexer Form mit Vertiefungen in den Seitenflächen zum sicheren Halten in zentralen Vertiefungen in einem „kontinuierlichen" Streifen. Die Elemente sind so angeordnet, dass Sie sich in diesen Vertiefungen frei bewegen und werden durch Bildung eines Vorsprungs auf dem Streifen gehalten, damit die Elemente nicht in der Lage sind herauszufallen. Die Vorrichtung ist relativ komplex und daher teuer in der Herstellung. Weiterhin werden Feilaufelemente normalerweise aus gehärtetem Stahl hergestellt, um gegen harte Oberflächen betrieben zu werden, was sie noch teurer macht.
Aus der US 5,355,981 ist weiterhin eine Vorrichtung für einen „Freilauf" oder genauer gesagt einen Schalter bekannt, umfassend Elemente, welche denen gleichen, die in der US 4,809,831 beschrieben werden, aber über zwei konzentrische Streifen verfügt, welche es erlauben, die Richtung des Freilaufes durch Bewegung mittels einer externen Aktion des ersten bzw. des zweiten Streifens zu wählen und zu ändern. Dies ist entsprechend eine komplexe Vorrichtung, welche daher wesentliche Nachteile hat.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, mindestens einen der oben erwähnten Nachteile zu eliminieren oder zumindest zu verringern, was für die Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Koppelungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 erreicht wird.
Die Verbesserung, welche durch die Erfindung erreicht wird betrifft hauptsächlich eine verbesserte Fähigkeit, ein Drehmoment zu übertragen; die Ermöglichung größerer möglicher Änderungen der Abmessungen wegen Toleranzen in der radialen Lücke; die Ermöglichung eines geringeren Kontaktdrucks gemäß Herz, was zu weniger permanenten Deformationen und einem geringeren Risiko führt, dass die kraftübertragenden Elemente (im Folgenden Stift/Stifte genannt) durch die auftretenden Kräfte zerbrochen oder verformt werden. Gemäß der Erfindung werden Stifte in der radialen Lücke „g" angeordnet, bevorzugt zwischen zylinderförmigen Flächen für einen Schaft und eine Nabe. Diese Stifte haben im zusammengesetzten Zustand mindestens eine Radialquerschnittabmessung, welche kleiner ist, als die Lücke und eine andere, die größer ist als die Lücke. Hierdurch kann ein Verkeilen erfolgen. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen gemäß der Erfindung klar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung detaillierter unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, in denen:
1A, B einen Teil einer Kopplungsvorrichtung in einer Seitenansicht zeigen,
2 eine perspektivische Ansicht eines kraftübertragenden Elements/Stifts von schräg oben zeigt,
3 eine perspektivische Ansicht einer Befestigungsvorrichtung von schräg oben zeigt, welche eingerichtet ist, um zusammen mit der Erfindung verwendet zu werden, wenn diese in kreisförmigen Lücken verwendet wird,
4 schematisch eine Seitenansicht einer Kopplungsvorrichtung in einer kombinierten Kreisform zeigt,
5 einen Querschnitt einer Seitenansicht eines Teils einer Kopplungsvorrichtung zeigt, die zwischen einem Schaft und einer Nabe montiert ist,
6A, B schematisch Seitenansichten zeigt, welche einige Prinzipien der Funktion eines Stiftes veranschaulichen,
7 schematisch eine prinzipielle Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Stiftes zeigt,
8 schematisch die Funktionsprinzipien eines Stiftes gemäß 6B erklärt,
9 schematisch eine Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform eines Stiftes zeigt,
10A, B eine alternative Konfiguration einer Kopplungsvorrichtung in einer Seitenansicht zeigt,
11 schematisch eine alternative Kopplungsvorrichtung in einer Querschnitt-Seitenansicht zeigt,
12 im Querschnitt einen Teil eines Stiftes mit einem zusammengesetzten Streifen zeigt,
13 eine Alternative mit einer gewebten Matte zeigt,
14 einen Querschnitt gemäß der Linie XIV-XIV in 13 zeigt,
15 einen Querschnitt gemäß der Linie XIV-XIV in 13 zeigt,
16 eine Ansicht einer Alternative zeigt, in welche Stifte und flexibles Element integriert sind,
17 einen Querschnitt von Stiften zeigt, welche durch die geometrische Form der Stifte zusammengehalten werden,
18A, B Endansichten von Stiften zeigen, die für eine radiale Lücke mit großen Abweichungen vorgesehen sind,
19A, B Seitenansichten von Stiften gemäß 18A zeigt, welche zwischen dem Schaft und der Nabe montiert sind,
20 von oben eine perspektivische Ansicht eines alternativen flexiblen Elements für eine Ausführungsform gemäß 19 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1A und 1B zeigen eine erste Ausführungsform als Seitenansichten eines Teils einer Kopplungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung. 1A zeigt eine gedachte Anordnung, welche auftritt, wenn die Stifte 2 in der Vorrichtung 1 zwischen eine obere und untere gedachte Ebene gedrückt werden, so dass diese parallel und gleichförmig sind, um die Form der beiden Streifen 3A, 3B zu veranschaulichen, welche die Stifte 2 zusammenhalten. 1B zeigt die Vorrichtung 1 in einem nicht beeinflussten Zustand, in welchem die Stifte 3A, 3B sich in ein und derselben Ebene befinden. Folglich zeigen die Figuren, dass die Kopplungsvorrichtung 1 aus einer Anzahl von Stiften 2 besteht, die im Querschnitt eine bestimmte repräsentative Breite b haben, welche quer (d. h. in einem Winkel von ungefähr 90°) zu einer vertikalen Abmessung a gemessen wird, welche im Folgenden genauer erklärt wird. In dieser Ausführungsform wird gezeigt, dass die Abmessung a größer ist, als die Breite b und kleiner als die maximale Querschnittabmessung c der Stifte. Die Stifte 2 sind mittels eines flexiblen Elements, hier in Form von zwei Streifen 3A, 3B, mit jedem Ende 20A, 20B (2) des entsprechenden Stifts 2 gruppiert/verbunden. Der Streifen 3A ist flexibel und hat eine gewisse Elastizität und seine Aufgabe besteht darin, in der Lage zu sein, die Stifte 2 wie gewünscht elastisch in der radialen Richtung anzuordnen, d. h. eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht im Bezug auf die Richtung L des Streifens ist, und außerdem jeden Stift 2 an einer bestimmten Position in Bezug auf die anderen Stifte 2 an dem Streifen 3A zu befestigen. Die Ausführungsform in 1A, 1B zeigt eine Vorrichtung mit „neutral angeordneten" Stiften 2 in welcher jeder Stift 2 dazu vorgesehen ist, an einer Drehmomentübertragung in zwei entgegen gesetzten Richtungen teilzunehmen.
Die Stifte 2 sind in geeigneter Weise zusammengenietet, indem die Enden 20A, 20B der Stifte an die Streifen 3A, 3B gedrückt sind, um sie zu einer Art von Matte zu formen. Das flexible Element ist bevorzugt als ein Streifen ausgebildet, was bedeutet, dass die Matte quer zur Längsrichtung der Stifte flexibel wird und entlang derselben steif wird. Alternativ kann das Verbinden mittels anderer Verfahren erfolgen, wie beispielsweise Schweißen, Kleben etc.
Es ist aus den 2, 6A und 8 klar, dass jeder Stift 2 einen zentralen festen Teil 21 umfasst, der vier Seiten 25, 26, 27, 28 hat, von welchen zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Kontaktflächen 25 und 28 sind, welche gekrümmte gegenüberliegende Kontaktbereiche 25', 28'' bzw. 25'', 28' umfassen (8). Die Kontaktbereiche 25', 25'', 28', 28'' sind so geformt, dass sie einen Krümmungsradius r haben (1), dessen Größe für die Erfindung wesentlich ist.
Die Kontaktbereiche halten die Flächen, welche dazu vorgesehen sind, durch Reibungs/Klemmvorgänge aktiv zu werden, um ein Drehmoment zu übertragen, z. B. von einem Schaft 4 zu einer Nabe 5 (5). Die Stifte 2, welche beispielsweise in 2 und 8 gezeigt werden, haben eine Doppelfunktion und haben zwei Paare gegenüberliegender Kontaktbereiche 25'', 28' und 25', 28'', welche paarweise interagieren. Ein Paar ist dazu vorgesehen, ein Drehmoment in einer Richtung zu übertragen und das andere Paar in die andere Richtung. Im Fall der Übertragung eines Drehmoments besteht ein Kontakt in einer Linie zwischen dem Stift 2 und dem Schaft 4 bzw. der Nabe 5 an den zwei gegenüberliegenden Kontaktpunkten k₁, m₁ (8), welche sich im Bereich der Kontaktbereiche 25', 25'', 28', 28'' befinden, die einen Teil der Kontaktseiten 25, 28 bilden, oder im Extremfall die ganzen sind. Um die Höhenabmessung eines Stiftes 2 zu beschreiben, wird eine Querschnittabmessung verwendet, welche einen Minimalwert a hat, welcher der senkrechte Abstand zwischen zwei parallelen Tangenten für zwei gegenüberliegende Kontaktpunkt mit der Bezeichnung k_1', m_1' ist, welche zwischen den Kontaktbereichen 25'', 28' bzw. 25', 28'' liegen. Jede Seite 25–28 ist mit der angrenzenden Seite 25–26, etc., mittels einer Verbindungsfläche verbunden, die eine Art von Eckbereich 23 bildet, wobei der Eckbereich bevorzugt den Kontaktbereich in keiner Weise umfasst, aber geeigneterweise eine Konfiguration hat, die durch produktionstechnische Aspekte bestimmt wird. Es wird festgestellt, dass eine maximale Höhenabmessung a_max (8) weniger als die maximale Querschnittabmessung c eines Stiftes sein kann (1A) und dass die Höhenabmessung für einen Kontaktbereich in einem Bereich a bis a_max liegt.
Jeder Stift 2 hat eine Länge l(2) die wesentlich größer ist, als die vertikale Abmessung des Stiftes, bevorzugt 1 > 10a, wobei jeder Stift 2 eine lange und schmale Konfiguration erhält. Ein großer Vorteil dieser langen und schmalen Konfiguration ist, dass eine wesentliche Materialersparnis erreicht wird, ohne die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Vorrichtung zu verringern. Auf beiden Seiten des zentralen Abschnitts 21 sind es die Enden 20A, 20B des Stiftes, im Folgenden als Anordnungsabschnitte 20A, 20B bezeichnet, welche eine geringere Länge l' haben, als die Länge l'' des zentralen Abschnitts 21. Eine lange und schmale Vertiefung ist in Form einer Nut (eines Spaltes) 24 im entsprechenden Positionierungsabschnitt 20A angeordnet und dazu vorgesehen, den Stift 2 aufzunehmen und an einem ersten Streifen 3A bzw. einem zweiten Streifen 3B zu fixieren. Wie aus der Figur klar ist (siehe auch 1B), sind die Nuten 24 vertikal so versetzt, dass die Nuten 24 an einem Ende oberhalb der „zentralen Ebene" des Stiftes angeordnet sind und am anderen Ende unterhalb derselben angeordnet sind, so dass der Abstand h'' von einer Seit 25, 28 zur Nut 24 wesentlich kürz wird, als der Abstand h' von der anderen Seite, d. h. h' > h'' und h' + h'' + s = a. Die Öffnung s in der Nut 24 ist an die Dicke s' des Streifens 3A, 3B angepasst, d. h. sie ist groß genug, um die Montage des Stiftes 2 auf dem Streifen und eine folgendes Fixieren des Streifens zu ermöglichen. Geeigneterweise werden Stahlstreifen 3A, 3B verwendet, die eine Dicke von ungefähr 0,05–0,5 mm haben, hergestellt aus Federstahl geeigneter Elastizität. Die Öffnung s der Nut 24 hat eine geeignete Toleranz von ungefähr 0,01–0,1 mm größer als die Dicke des Streifens.
Um dem freien Teil f (1B) des Streifens 3A, 3B zwischen zwei angrenzenden Stiften 2 die Möglichkeit zu geben, mit einer guten Spanne zu schwingen, befinden sich Vertiefungen in den Enden jedes Stiftes 2, an beiden Seiten der Anordnungsbereiche 20A, 20B, so dass Schultern 22 zwischen dem Übergang von den Anordnungsbereichen 20A, 20B zum Zentralbereich 21 gebildet werden, wobei die Dicke e der Anordnungsbereiche 20A, 20B wesentlich kleiner wird, als die Breite b des Stiftes 2. Eine größere freie Länge f führt außerdem zu einer größeren Elastizität und einer verringerten Kontaktkraft, was wiederum zu einer kleineren axialen Kraft in Verbindung mit Zusammenbauen und Auseinanderbauen führt. Die größere Elastizität führt außerdem zur Ermöglichung größerer Variationen im radialen Spiel, ohne dass die Streifen 3A, 3B überlastet werden. Bei der gleichen Elastizität führen die Schultern 22 dazu, dass eine größere Anzahl von Stiften verwendet werden kann.
3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Befestigungsvorrichtung, welche dazu vorgesehen ist, zum Befestigen einer Kopplungsvorrichtung 1 verwendet zu werden, und sie in sich zu verbinden, um eine entsprechende kreisförmige Kopplungsvorrichtung 1 zu bilden (4). Die Befestigungsvorrichtung 6 besteht aus einem zentralen geraden oder gebogenen plattenförmigen Teil 60, von dem sich ein erstes 61 und ein zweites 62 Befestigungsbein senkrecht erstreckt, wobei die Befestigungsbeine 61, 62 mit einer Nut 63 versehen sind, welche dafür angepasst ist, um einen der zwei Streifen 3A, 3B aufzunehmen. Da die Ausdehnung des zentralen plattenförmigen Teils 60 angemessen groß ist, was eine verringerte Breite c beinhaltet (2), können zwei Anordnungsbereiche zweier benachbarter Stifte 2 mit einer Abweichung von ± einem halben Abstand zwischen den Befestigungsbeinen 61, 62 aufgenommen werden, wobei die Kopplungsvorrichtung 1 in einer Kreisform befestigt ist.
Es wird weiterhin in 4 gezeigt, dass einige Abstandhalter 9 geeigneterweise verwendet werden können, welche in im Wesentlichen gleichen Abständen von den Stiften 2 angeordnet sind. In 4 werden beispielsweise vier Abstandhalter 9 verwendet. Die Abstandhalter 9 sind z. B. mit einer komplett kreisförmigen zylindrischen Außenfläche gefertigt und sind geeigneterweise rohrförmig mit einem offenen oder geschlossenen Bereich, um radial flexibel zu sein. Die Funktion der Abstandhalter 9 besteht darin, beim Zentrieren der Narbe 5 relativ zum Schaft 4 zu helfen, zwischen denen eine Kopplungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung angeordnet wird. Folglich erhalten die Abstandhalter 9 selbst dann eine vorgesehene gleichförmige Lücke g zwischen der Nabe 5 und dem Schaft 4 aufrecht, wenn die stifte 2 „inaktiv" sind. De Abstand zwischen den Abstandhaltern 9 in einer Matte ist so gewählt, dass mindestens drei Abstandhalter für einen bestimmten Schaftdurchmesser d vorhanden sind. Im Allgemeinen muss die zylindrische Form nicht verwendet werden, sondern kann durch jede Form ersetzt werden, die mit entsprechender Genauigkeit in der Lage ist, die Lücke g zu füllen und die Nabe am Schaft zu zentrieren. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zentrierung z. B. durch Stifte 2, die längs gekrümmt sind 3G (11).
5 zeigt im Querschnitt eine Kopplungsvorrichtung 1 gemäß 4, welche angeordnet ist, um in der Lücke g dazwischen permanenten Kontakt zwischen einem Schaft 4 und einer Nabe 5 herzustellen. Wie aus 5 klar ist, wird die Elastizität der Streifen 3A, 3B die Stifte 2 so beeinflussen, dass sie abwechselnd mit einem Ende (einem äußeren Kontaktpunkt k₂) an die Nabe 5 stoßen und mit dem anderen Ende (innerer Kontaktpunkt k₁) gegen den Schaft 4 stoßen. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Bewegung zwischen dem Schaft 4 und der Nabe 5 die Stifte 2 in der Kopplungsvorrichtung 1 immer so beeinflussen wird, dass sie in eine aktive Position zur Kraftübertragung gebracht werden.
6B–8 veranschaulichen, dass die Drehmomentübertragung, einschließlich einiger axialer und radialer Kräfte, mittels der speziell geformten Stifte 2 gemäß der Erfindung erfolgt. Die Form der Stifte 2 ist so, dass eine Verkeilung durch Reibung das Drehmoment von einem ersten Teil 4 zu einem zweiten Teil 5 überträgt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Krümmungsradien r eines Stiftes 2 an den Kontaktbereichen 25', 25'' bzw. 28', 28'', in 8 als rs bzw. rh bezeichnet, wobei s „Schaft" bedeutet und h „Nabe" bedeutet, geeigneterweise größer als die Hälfte der kleinsten Querschnittabmessung des Stiftes a, d. h. rs > ½·a bzw. rh > ½·a. Um dies geometrisch in Verbindung mit großen Schwankungen im radialen Spiel „X" (6B) verwirklichen zu können, ist ein repräsentativer Wert der kleinsten Querschnittabmessung b des Stiftes (dies stimmt geeigneterweise auch für eine Abmessung b' (7), welche in eine Richtung gemessen wird, die ungefähr tangential ist, wenn der Stift zwischen dem Schaft und der Nabe montiert ist) größer als ein Viertel der Abmessung a oder b > ¼·a und bevorzugt b > 1/3·a und besonders bevorzugt b > ½·a. Diese Größe von b ist auch notwendig, um zu verhindern, dass der Stift 2 zerbrochen wird, wenn er belastet wird, was zu schwerwiegenden Fehlern und einem Betriebsausfall führen würde. Die Abmessung b bestimmt auch die möglichen Abweichungen der Lücke und deren Toleranz X. Die Abweichung X ist in der Praxis wesentlich, da sie nicht nur die Herstellungstoleranzen von Schaft 4, Nabe 5 und Stiften 2 umfasst, sondern auch elastische und plastische Deformationen in diesen Teilen, welche aus der Belastung resultieren. Da die Vorrichtung 1 zu einer gleichmäßigen Verteilung der Normalkräfte führt, können die Wanddicke der Nabe und des Schaftes, insbesondere eines hohlen Schaftes, klein gemacht werden, was zu wesentlichen Kosteneinsparungen führt. Selbstverständlich wird die geringere Wanddicke die elastischen Deformationen vergrößern und somit die Abweichung von X.
8 zeigt eine Ausführungsform in der a_max ≈ c ist, d. h. in welcher die Kontaktbereiche 25', 25'', 28', 28'' nahezu den gesamten Weg bis zum äußersten Punkt des Eckbereichs erreichen und in der die gesamten Kontaktseiten 25, 28 als Kontaktbereiche 25', 25'' bzw. 28', 28'' verwendet werden, was bedeutet, dass kein Bedarf an einer Lücke zwischen den Kontaktbereichen besteht, d. h. 25' und 25'' berühren einander in der Mitte des Kontaktbereiches 25. Da das radiale Spiel X relativ gering ist, kann allgemein gesagt werden, dass die Abmessung a gleich der Lücke g ist, wenn die Erfindung zwischen einer Nabe 5 und einem Schaft 4 mit einem gegebenen Durchmesser d verwendet wird.
Für einen „neutral positionierten/zweifachwirkenden" Stift 2 kann die Abmessung a direkt am Stift 2 gemessen werden (6B) was in Verbindung mit gegenüberliegenden Stiften 2 spezifischer Form nicht der Fall ist (7). Die Punkte k₁', m₁'; k₁'', m₁'', welche in 6 mit Ringen markiert sind, sind Kontaktpunkte am kleinsten bzw. dem größten Spiel X. In Verbindung mit einer Drehmomentbelastung mit dem kleinsten Spiel, fungieren die verbleibenden Reibungskräfte und Normalkräfte entlang der gepunkteten Linie F₁ zwischen k₁' und m₁'. Beim größten Spiel resultiert eine entsprechende Kraft F₂ zwischen den äußeren Punkten k₁'', m₁''. In der entgegengesetzten Richtung des Drehmoments verschieben sich alle Punkte auf die anderen Seiten. Der Bereich zwischen den zentralen Punkten an de Oberseite und der Unterseite wird normalerweise nicht verwendet. Das kleinste radiale Spiel X wird geeigneterweise unter Berücksichtigung des einfachen Zusammenbaus der Vorrichtung 1 und ihrer Stifte 2 zwischen dem Schaft 4 und der Nabe 5 bestimmt und ist ungefähr 0,01% des Schaftdurchmessers oder ungefähr 0,2% von „a". Das größte Spiel X wird aus der Abmessung b und dem Betriebsbereich des flexiblen Elements bestimmt und hat aus praktischen Gründen eine Größe von 5% von „a". In einer alternativen Ausführungsform mit einem beweglich gebogenen Element kann das radiale Spiel X immerhin eine Größe von 25% von 1 haben (18, 19).
Stifte 2, welche so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen (10A, 10B), können eine stark verkleinerte Querschnittform haben (7). Grundsätzlich ist die Querschnittform in 7 als Teil der Form in 6B genommen, d. h. sie enthält nur ein Paar gegenüberliegender Kontaktbereiche 25'', 28'', da solch ein verkleinerter Stift 2 dazu vorgesehen ist, nur in eine Richtung zu wirken, während ein anderer gleicher aber gegenüberliegender Stift in die entgegen gesetzte Richtung wirkt. 7 zeigt auch die gepunktete Linie F₁ als Linie der Wirkung der Kräfte am geringsten radialen Spiel. Das Maß der Abmessung a kann festgestellt werden, aber die Messung erfordert die Kenntnis eines Winkels γ. Mit einem bekannten oder geschätzten Wert eines Reibungskoeffizienten μ_d, Normalwert 0,05–0,15, wird der Winkel γ (Reibungswinkel) als γ = arctan(μ_d) bestimmt. Dieses praktische Verfahren ergibt eine Genauigkeit für die Messung von a, welche wesentlich besser ist, als ½ Prozent. Genauer gesagt ist die Abmessung a die kleinste Abmessung, welche einen Winkel γ hat, der größer als Null ist und gleichzeitig keiner als ein bestimmter Maximalwert. Zwischen parallelen oder konzentrischen Flächen basiert eine Verkeilung mit longitudinaler oder tangentialer Kraftübertragung nämlich darauf, dass die Kontaktpunkte k₁ und m₁ nicht direkt einander gegenüberliegend angeordnet sind, sondern dass eine Verbindungslinie F zwischen ihnen einen Winkel γ gegenüber einer Normale zu parallelen Tangenten in diesen Punkten bildet. Analogerweise ist die größte Abmessung a_max die größte Abmessung, die einen Winkel γ hat, der größer als Null und kleiner als ein bestimmter Maximalwert ist. Bei einigen Querschnittformen kann es geschehen, dass der Reibungswinkel für a und a_max unrealistisch groß wird. Erfindungsgemäß wird der Maximalwert des Reibungswinkels daher für „natürliche" unbehandelte Kontaktbereiche auf 12° begrenzt und für jene, die so behandelt wurden, dass sie einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen auf 24°, siehe auch weiter unten. Die Kontaktbereiche sind folglich jene Bereiche, in denen der Winkel γ, größer als Null und kleiner als ein bestimmter Wert ist, unabhängig davon, ob die gesamten Bereiche in einer bestimmten Anwendung verwendet werden oder nicht.
Die Krümmungsradien rs und rh in den Kontaktbereichen 28 bzw. 25 (8) bestimmen durch die Größe der Kontaktbelastung gemäß Herz, zusammen mit den Werten des Reibungskoeffizienten μ_d, das übertragbare Drehmoment. 8 zeigt die Basisgeometrie mit Kontraktpunkten k₁ bzw. m₁ gegen den Schaft 4 und die Nabe 5. An diesen Kontaktpunkten decken sich die Richtungen der Krümmungsradien rs und rh, mit Mittelpunkten bei Ms bzw. Mh, mit den Radien des Schaftes bzw. der Nabe von einem gemeinsamen Schaftmittelpunkt Co. Eine Linie F (gepunktet) zwischen den Kontaktpunkten k₁ und m₁ bildet die Winkel γs und γh gegenüber den Radien rs bzw. rh. Diese Winkel sind Reibungswinkel und werden wie oben bestimmt. Die resultierenden Reibungskräfte und Normalkräfte werden daher entlang der Linie F wirken.
Für eine gegebene Form der Kontaktbereiche können die vollständigen geometrischen Beziehungen in einem System von Koordinaten x, y (8) zusammen mit Gleichgewichtsbedingungen der Kräfte formuliert werden. In Verbindung mit Lücken unterschiedlicher Größen und somit unterschiedlicher radialer Spiele X = g – a werden unterschiedliche Teile der Kontaktbereiche in Aktion sein. Die Form der Kontaktbereiche 25', 25'', 28', 28'', d. h. ihre Krümmungsradien rs, rh, bestimmen einen Reibungskoeffizienten (Reibungswinkel) der verwendet wird, um den Aufbau zu bemaßen. Die Radien rs und rh sind für konvexe Kontaktflächen der Stifte positiv. Für eine Drehmomentübertragung ohne Schlupf muss der bemaßte Reibungskoeffizient um eine bestimmte Spanne, die Schlupfspanne, größer sein, als der in Frage stehende echte; die Schlupfspanne.
Erfindungsgemäß werden die Formen der Kontaktflächen nach Kriterien bestimmt, welche auf den Reibungswinkeln γs und γh basieren. Diese Winkel werden in erster Linie so gewählt, dass sie für alle Werte des radialen Spiels X konstant und gleich sind. Außerdem werden sie so gewählt, dass sie die Nabe 5 in Bezug auf den Schaft 4 selbstzentrierend machen, ansteigend mit dem Spiel und mit einer Abweichung um einen Hauptwert von bevorzugt ± 30%. Da das Gleichgewicht der Kräfte durch Krümmungsradien, das Spiel und den Reibungskoeffizienten bestimmt wird, resultieren aus unterschiedlichen Spielen aus einer Außermittigkeit zwischen Nabe/Schaft Normalkräfte, wobei die Kräfte bestrebt sind, die Außermittigkeit zu eliminieren. In diesen beiden Fällen wird eine geometrische Form durch Anwendung üblicher mathematischer Berechnungsmethoden erreicht.
Wenn die Reibungswinkel gemäß obigen Kriterien an das vorliegende Spiel angepasst werden, wird sichergestellt, dass die Schlupfspanne bei allen fraglichen Werten des Spiels gleich ist. Eine Folge ist, dass die Schlupfspanne nicht übermäßig groß gewählt werden muss, was wiederum zu der Möglichkeit führt, risikolos größere Drehmomente zu erlauben. Eine festgesetzte Schlupfspanne führt außerdem dazu, dass die axiale Kraft beim Auseinanderbauen (Rücknahme) unverhältnismäßig hoch wird. Für geometrische Formen, welche die obigen Kriterien erfüllen kann gezeigt werden, dass das Spiel X negativ sein muss, wenn rs/a + rh/a < 1 ist, d. h. dass die Hauptabmessung a des Elements größer als die Lücke sein muss, wie für den Stand der Technik angeführt wurde, welcher im gleichnamigen Abschnitt erwähnt wurde.
Das Zusammendrücken von 3A, 3B wird geeigneterweise so durchgeführt, dass es ein wenig schräg erfolgt (12) und an den äußeren Enden der Stifte größer ist. Dadurch wird eine Schräge erzeugt, welche die Befestigung des Schaftes an der Nabe unterstützt. Die Abschrägung führt außerdem zu der Möglichkeit, den Kontaktdruck gemäß Herz wesentlich zu verringern, welcher seinen Maximalwert an den Enden der Stifte hat. In einer weiter verbesserten Ausführungsform erfolgt die Abschrägung, um einen so genannten modifizierten Linienkontakt zu erreichen. Die Querschnittabmessung a wird dann am äußeren aktiven Abschnitt eines Stiftes 2 um ein paar Prozent verringert, um nach einem axialen Abstand von ungefähr 2-mal der Abmessung a vollständig ohne Verringerung zu sein.
In einer Ausführungsform (nicht gezeigt) sind die Kontaktseiten der Stifte gegen den Schaft konkav ausgeführt; d. h. die Krümmungsradien rs werden negativ. Die geometrischen Bedingungen werden dann dazu führen, dass rh größer gewählt werden sollte. Folglich wird für Kontaktpunkte am Schaft ebenso wie an der Nabe ein wesentlich besserer und näherer Kontakt erreicht, welcher wiederum dazu führt, dass das übertragene Drehmoment unter ansonsten gleichen Bedingungen um einen Faktor 3 steigt.
Die Elastizität der Streifen 3A, 3B und damit die der Vorrichtung 1 ist groß genug, um zu ermöglichen, dass sie „endlos" aufgerollt wird, um eine Rolle zu bilden und um ihr zu ermöglichen einfach manuell der Form eines Schaftes 4 nachgebildet zu werden. Das minimale Oberflächenträgheitsmoment „I" für die Abwinklung gegen die Längsrichtung L der Vorrichtung in Bezug auf die flexiblen Elemente, Streifen, sollte demnach an beiden Seiten der Vorrichtung 1 die Anforderung I < (0,1·a)⁴ erfüllen.
Wie ebenfalls unten beschrieben, sind die Nuten 24 bevorzugt nicht symmetrisch und zentral an den Enden der Stifte 2 angeordnet. Eine anfängliche Vorbelastung der Stifte 2 gegen den Schaft 4 bzw. die Nabe 5 findet durch eine unsymmetrische abwechselnde Anordnung jedes zweiten Stiftes statt. Wenn die Vorrichtung 1 zusammengesetzt wird, haben alle Stifte 2 einen permanenten leichten Lagerdruck gegen den Schaft 4 bzw. die Nabe 5. Wenn doppelte und gegenüberliegende Stifte 2 verwendet werden, wobei ein Stift für den Antrieb in jede Drehrichtung vorgesehen ist, werden die Nuten schräg in einem Winkel α angeordnet (10A und B).
Wenn ein und derselbe Stift 2 für den Antrieb in beide Drehrichtungen vorgesehen ist, wobei die Stifte neutral angeordnet sind, werden die Nuten 24 entsprechend abwechselnd versetzt, jede zweite Nut in einer parallelen Richtung nach außen und jede zweite Richtung in einer parallelen Richtung nach innen, wie in radialer Richtung im zusammengesetzten Zustand zwischen dem Schaft und der Nabe 5 zu sehen ist (siehe 1). Wenn die Vorrichtung 1 zusammengebaut ist (5), befindet sich jeder Stift 2 in Kontakt k₁, k₂ mit dem Schaft 4 und der Nabe 5 an oder in der Nähe seines bzw. ihres Endpunktes. Als Alternative zur parallelen Versetzung, können die Stifte 2 mit einer leichten Krümmung/Abwinkelung 3G in ihrer Längsrichtung gebildet werden (11), so dass mindestens ein Kontaktpunkt k₁ am Schaft 4 erreicht wird und ein k₃ an der Nabe 5 sichergestellt wird. Bei größeren Werten der axialen Länge der Stifte wird die einfache Kurve in 11 durch mehrere Kurven ersetzt, welche so geformt sind, dass sie einer Sinuskurve entsprechen. Hierdurch werden mehr Kontaktpunkte erreicht. Damit gegenüberliegende Stifte mit verkleinertem Querschnitt nicht in der Lage sind umzukippen, indem sie sich um ihre eigene Achse drehen, wird eine Begrenzung benötigt, welche durch die Seitenstreifen 3A, 3B erreicht werden kann und/oder dadurch, dass die Stifte Oberflächen haben, die dafür geformt sind und in ihrer einfachsten Form symmetrisch sein können, wie es für neutral angeordnete Stifte gemäß 1 der Fall ist.
Um es einem schmalen Streifen 3A, 3B zu erleichtern (12) in die Nut 24 eingeführt zu werden, ist das Material auf einer Seite der Nut 24 entsprechend in axialer Richtung etwas länger ausgeführt als notwendig, so dass es einen vorspringenden unteren Abschnitt 201 bildet, der dazu vorgesehen ist, als Montagehilfe zu fungieren. Der Streifen 3A, 3B kann dann gegen den vorspringenden Abschnitt 201 und in die vorgesehene Position rutschen. Wenn der Streifen sich an seiner vorgesehenen Position befindet, kann der vorspringende Abschnitt 201 entfernt werden. Geeigneterweise ist die Erweiterung 1' der Nut länger als die Breite des flexiblen Elements, wobei letzteres vom vorspringenden Material arretiert und zurückgehalten werden wird.
Die axiale Länge l'' oder l des kraftübertragenden Abschnitts 21 wird geeigneterweise länger gemacht als 10a. Hierdurch resultiert eine weiche Drehmomentübertragung zwischen dem Schaft 4 und der Nabe 5, wodurch die Bedingungen erfüllt werden, welche in der Deutschen Technologie als „Kraftfluss" bezeichnet werden. Die Bewegung wird durch elastische und plastische (= permanente) Änderungen der Form auf Grund der geringen Querschnittabmessungen der Stifte in Bezug auf den Schaft erzielt. Die große Länge l'' des kraftübertragenden Abschnitts 21 stellt außerdem eine sicherere Übertragung von der Vorlast zur Drehmomentübertragung sicher. Ein Verhältnis der großen Länge l/a kompensiert Abweichungen im radialen Spiel auf Grund geometrischer Mängel, wie beispielsweise Zylinderform oder Konizität. Die Länge l'' des kraftübertragenden Abschnitts 21 kann geeigneterweise über mehrere kürzere Stifte verteilt werden, deren axiale Gesamtlänge die obigen Kriterien erfüllen muss. Die Verwendung großer nachgiebiger Kontaktflächen, d. h. die Kombination einer relativ großen Länge l in der Größenordnung von ½- bis ½-mal dem Schaftdurchmesser d, relativ vielen Elementen 2 und einem relativ großen Krümmungsradius r, führt dazu, dass die Vorrichtung 1 auch für relativ weiche Konstruktionsmaterialien verwendet werden kann, d. h. ungehärteten Stahl (HB unter 450), Bronze, Aluminium, Kunststoffe, etc.
Der Reibungskoeffizient μ ist ein Hauptparameter der Erfindung. Er sollte so groß wie möglich sein und einen Sicherheitswert haben, dessen Größe nur durch Umgebungsfaktoren begrenzt wird, wie beispielsweise Schmierung. Geeigneterweise wird den stiften eine raue Oberfläche gegeben, was durch chemischen oder mechanischen Einfluss (Sandstrahlen) erreicht wird oder durch eine geeignete Beschichtung, wie beispielsweise Karborund oder „Nylock Torque Patch" (Nylock Corporation, USA). Wenn der Reibungskoeffizient und damit der Reibungswinkel auf diese weise zugenommen hat, ändern sich die Kotaktbereiche und die Krümmungsradien der Stifte geeigneterweise gemäß obigen Kriterien, um den vollen Vorteil zu erreichen.
In 9 wird gezeigt, dass der Stift so gefertigt werden kann, dass er leicht konkave Seitenflächen 26, 27 hat, was in einigen Fällen vorteilhaft sein kann, um eine gute Anordnung (z. B. bei der Herstellung) der Stifte zu erreichen, da es dabei möglich ist, sicherzustellen, dass die äußeren Bereiche in den entsprechenden Eckgebieten 23 Anschläge, wie beispielsweise Halterungen, bilden können.
10A und 10B stellen klar, dass die Nut 24 eingerichtet werden kann, um mit dem Schutzbereich der Erfindung zu variieren. 1A und 1B zeigen eine Ausführungsform mit „neutral angeordneten Stiften" 2, in welcher die Nuten 24 in einer horizontalen Ebene H angeordnet sind (wie in Bezug auf die Längsachse der Kopplungsvorrichtung 1 in einem planaren Zustand zu sehen ist) und mit einer Verschiebung gegenüber solch einer horizontalen Ebene H, so dass die Nut 24 auf einer Seite der Kopplungsvorrichtung 1 näher an der oberen Fläche 25 des Stiftes 2 endet, während die Nut 24 auf der selben Seite des benachbarten Stiftes näher an der unteren Fläche 28 endet. Andererseits wird in den 10A und 10B eine Ausführungsform mit „entgegen gesetzten Stiften" 2 gezeigt, wobei die Nuten 24 schräg mit einem Winkel α in Bezug auf die horizontale Ebene H anordnet werden können und geeigneterweise dann so, dass diese auf ein und derselben Seite der Vorrichtung 1 am, Ende eines ersten Stiftes 2 abwärts geneigt ist und am benachbarten zweiten Stift 2 aufwärts geneigt ist. In 10B wird die Vorrichtung 1 in einem unbeeinflussten Zustand gezeigt, in dem die Elastizität der Streifen 3A, 3B diese dazu bringt in ein und derselben Ebene zu liegen, während 10A einen beeinflussten Zustand zeigt, in dem die Stifte gezwungen wurden, Positionen mit parallelen Seitenflächen 26, 27 einzunehmen, wobei die Streifen 3A, 3B gebogen sind. Der Nut 24 wird dabei geeigneterweise dieselbe Neigung α gegeben, mit einer Ausdehnung in derselben Ebene an jedem Ende 20A, 20B jedes Stiftes 2. In dieser „entgegen gesetzten Ausführungsform" nimmt nur jeder zweite Stift 2 an der Kraftübertragung in der entsprechenden Richtung teil. Sie wird weiter so verwirklicht, dass die Nut 24 in ihrer Höhe mittig angeordnet werden kann und sich somit an beiden Enden auf demselben Niveau befindet und in die horizontale Ebene H erstreckt. Gemäß letzterer Ausführungsform sind die Streifen 3A, 3B entsprechend angeordnet, um eine gewisse Vorspannung (z. B. durch Krümmung) aufzuweisen, so dass die Elemente sich selbst wie gewünscht anordnen, z. B. gemäß dem oben beschriebenen.
13–15 zeigen eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform, welche beispielsweise für einfachere Konstruktionen geeignet ist und eine gewebte Matte 2', 8 oder ein gewebtes Netz verwendet. Es existiert eine große Anzahl von Webmustern, unter denen das so genannte „Tressengewebe in Köperbindung" („Twilled Dutch Weave") besonders geeignet sein kann und in den 13–15 gezeigt ist. Die besondere Eigenschaft einer momentübertragenden gewebten Matte besteht darin, dass der „Strang" 2 in der Momentübertragungsrichtung einen nichtkreisförmigen Querschnitt hat. Die Abmessung des Stranges kann sehr klein sein (< 1 mm). In 14 wurden die Kontaktbereiche 25', 25'' bzw. die gegenüberliegenden 28', 28'' an 2' der Einfachheit halber so gezeichnet, als wäre sie gerade. Selbstverständlich sind sie tatsächlich leicht gebogen, so dass sie, zusammen mit den geneigten Abschnitten von 2', zu einem anfänglichen Lagerdruck gemäß denselben Prinzipien führen, die in 11 gezeigt sind. Die gewebte Matte kann so verwendet werden, wie sie ist oder um den Schaft gerollt werden. Sie kann außerdem mittels eines Verfahrens, ähnlich dem des Tiefziehens/-pressens von Dosen aus planaren Steifen, ein „Ausgangsmaterial" für die Herstellung von Buchsen bilden.
16 zeigt, wie von oben zu sehen ist, eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, in welche flexible Elemente 3A', 3B', welche mit den Stiften 2 integral sind, zum Zusammenhalten der Stifte 2 verwendet werden (hierbei sollte beachtet werden, dass zur Interpretation gemäß den Ansprüchen dieser Patentanmeldung der Begriff Zusammenhalten breit ausgelegt werden sollte, um auch eine Vorrichtung zu umfassen, in welcher die Teile integriert sind). Eine Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist entsprechend so ausgeführt, dass das selbe Ausgangsmaterial verwendet wird, um sowohl die Stifte 2 als auch die „Streifen" 3A', 3B' zu fertigen, wobei dem Material, welches verwendet wird, um als Streifen 3A', 3B' zu fungieren, eine wesentlich geringere Materialdicke gegeben wird, als den Stiften 2, um eine entsprechende Flexibilität/Elastizität zu ermöglichen.
17 zeigt eine Seitenansicht über eine andere alternative Ausführungsform, welche zeigt, dass es möglich ist die erfindungsgemäßen Prinzipien auch ohne kontinuierliches flexibles Element anzuwenden, um zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zu gelangen. Aus dieser Figur ist klar, dass ein flexibles Element 3C, 3D, welches für das Zusammenhalten der Stifte 2 sorgt, statt dessen durch ein männliches Element 3C, welches auf einer Seite 27 des Stiftes 2 angeordnet ist und ein weibliches Element 3D, welches jeweils auf der anderen Seite 26 des Stiftes angeordnet ist, gebildet ist, so dass eine lange Matte aus Stiften 2 mit flexiblen Elementen 3C, 3D zwischen diesen gebildet werden kann.
18A, B zeigen eine Form von Stiften 2, welche für extrem große radiale Spiele X vorgesehen sind. Die Kontaktbereiche umfassen praktisch den gesamten Querschnitt oder zwischen Linien F₁ und F₂ (25'', 28'') und den entsprechenden für die Gegenrichtung der Rotation (25', 28''). Die Breite b kann größer als die Abmessung a sein. Die Breite b und die Abmessung am a_max können identisch und sogar deckungsgleich mit der maximalen Abmessung c des Stiftes sein. Im Fall einer reduzierten Querschnittform (18B), welche für gegenüberliegende Stifte möglich ist, ist die Abmessung b eine Abmessung, welche gewählt wird, um für die fragliche Querschnittform repräsentativ zu sein. 19A, B veranschaulichen Stifte 2 gemäß 18A und die Prinzipien ihrer Verwendung, was zeigt, dass sie für sehr große Spiele X = g₂ – g₁ vorgesehen sind, und ihre unterschiedlichen Winkelpositionen F₁ bzw. F₂ bei einer minimalen und maximalen Lücke g₁ bzw. g₂. In diesem Fall sind die Reibungswinkel für das maximale und das minimale Spiel gleich. Wenn die Position eines Stiftes sich an die Lücke anpasst, kann ein Drehwinkel von ungefähr 90° notwendig sein. Dieser kann zweckmäßigerweise mit Stiften 2 verwirklicht werden, welche, zum Zusammenhalten mit einem deutlichen/gebogenen Element 3A'', 3B'', hier in Form eines Streifens mit integralen Hüllen 30, welche an die Pflöcke 29 angepasst sind (20), oder in Form von Doppelstreifen (nicht gezeigt), welche gemeinsam um die Pflöcke 29 der Stifte herum gewunden sind, oder in Form von Strängen, die paarweise verflochten sind (nicht gezeigt), mit einer Vertiefung mit einer Drehfläche in Form eines runden Pflockes 29 (oder einer runden Nut oder dergleichen) versehen sind. Ein benötigtes anfängliches Anliegen gegen den Schaft und die Nabe kann durch leicht gebogene Stifte gemäß dem obigen und/oder eine versetzte Anordnung der Pflöcke 29 erreicht werden.
Die Erfindung kann in ihrem weitesten Sinne innerhalb der Idee variiert werden, welche die Basis der Erfindung bildet. An Stelle der abwechselnden Anordnung einer nach dem anderen in tangentialer Richtung, können die Stifte folglich auch abwechselnd in Gruppen von zwei, drei, vier und so weiter Stiften in jeder Gruppe angeordnet werden. Es wird außerdem festgestellt, dass alternative Elemente (an Stelle von streifenförmigen) verwendet werden können, um eine gewünschte Anordnung der Stifte 2 zu erreichen, z. B. können an Stelle von Streifen ein Draht von geeigneter Flexibilität/Elastizität oder eine Mehrzahl von Drähten in diagonalen oder endlosen Anordnungen als eine Sinuskurve, z. B. gefertigt aus Federstahl oder einem anderen geeigneten Metall/Legierung, geeignetem Polymer oder Kombinationen davon, verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff flexibel außerdem beweglich (17, 18). Die Erfindung kann weiterhin auch dann verwendet werden, wenn die Stifte 2 an einem Streifen 3A, 3B in einer anderen Weise angebracht werden, als oben beschrieben, z. B. ein Streifen oder mehrere Streifen in Form eines Drahtes, der Löcher in dem Stift durchdringt etc., und dass Kombinationen unterschiedlicher Typen von Streifen/Drähten in einer Vorrichtung verwendet werden können, wie beispielsweise Streifen auf einer Seite und Drähte auf der anderen Seite. Es wird auch festgestellt, dass es bei bestimmten Anwendungen angemessen ist, wenn ein Streifen 3A auf einer Seite angeordnet ist und er als Alternative in einer zentralen Nut angebracht werden kann.
Es wird festgestellt, dass einige der Aspekte, z. B. bevorzugte Auswahlen von Abmessungsparametern gemäß der Erfindung, auch zu Vorteilen bei freilaufenden Konstruktionen führen, und dass der Anmelder sich daher das Recht vorbehält, z. B. Schutz auch auf Verfahren/Vorrichtungen zu richten die dazu vorgesehen sind ein Drehmoment nur in eine Richtung zu übertragen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Momentübertragung, bevorzugt Drehmomentübertragung zwischen einem ersten Objekt (4) und einem zweiten Objekt (5), welche durch eine Lücke (g) getrennt werden, wobei das Verfahren das Anordnen einer Kraftübertragungsvorrichtung (1) in der Lücke (g) umfasst, welche mindestens ein flexibles Element (3A, 3B) und eine Mehrzahl von kraftübertragenden Elementen (2) umfasst, welche nicht Teil des flexiblen Elements (3A, 3B) sind, aber an dem flexiblen Element (3A, 3B) angeordnet sind, wobei die kraftübertragenden Elemente (2) eingerichtet sind, um eine maximale Querschnittabmessung (a_max) zu haben, die größer als die Lücke (g) ist und eine andere Querschnittabmessung (a) zu haben, die kleiner als die Lücke (g) ist, um Drehmomente durch Reibung durch Verkeilung zwischen dem ersten Objekt (4) und dem zweiten Objekt (5) zu übertragen, wobei die Elemente (2) eingerichtet sind, um eine Bauform und eine Einrichtung am flexiblen Element (3A, 3B) zu haben, die ohne äußeren Einfluss auf die Vorrichtung (1) eine Übertragung von Kraft in zwei entgegen gesetzte Richtungen ermöglicht. Die Erfindung umfasst außerdem solch eine Vorrichtung.
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

- GB 1157138 [0004]
- US 3353639 [0005]
- US 4569614 [0006]
- US 4809831 [0007, 0008]
- US 5355981 [0008]

Claims

Verfahren zur Kraft- und Momentübertragung, bevorzugt Drehmomentübertragung, zwischen einem ersten Objekt (4) und einem zweiten Objekt (5), welche durch eine Lücke (g) getrennt werden, wobei das Verfahren das Anordnen einer Kraftübertragungsvorrichtung (1) in der Lücke (g) umfasst, welche mindestens ein flexibles Element (3A, 3B; 3C, 3D; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') und eine Mehrzahl von kraftübertragenden Elementen (2) umfasst, welche durch das flexible Element (3A, 3B; 3C, 3D; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') zusammengehalten werden, wobei die kraftübertragenden Elemente (2) einen Querschnitt haben, der durch zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Kontaktseiten (25, 28) begrenzt wird, umfassend mindestens zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche (25', 28''; 28', 25'') und zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Seitenflächen (26, 27), wobei eine Querschnittabmessung zwischen den Kontaktseiten, welche im Wesentlichen quer dazu ist, eine erste Querschnittabmessung (a) hat, wobei die Querschnittabmessung (a) geringer ist, als eine zweite Querschnittabmessung (a_max), die erste Querschnittabmessung (a) kleiner ist als die Lücke (g) und die zweite Querschnittabmessung (a_max) größer ist als die Lücke (g), um Kräfte und Drehmomente durch Reibung durch Verkeilung zwischen dem ersten Objekt (4) und dem zweiten Objekt (5) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) angeordnet ist, um eine Bauform und eine Einrichtung in Bezug auf das flexible Element zu haben, die in Kombination und ohne äußeren Einfluss auf die Vorrichtung (1) eine Übertragung von Kraft/Kräften in zwei entgegen gesetzte Drehmomentrichtungen ermöglicht, wobei eine repräsentative Querschnittabmessung (b) zwischen den Seitenflächen (26, 27) im Wesentlichen quer dazu angeordnet ist, um größer zu sein, als ein Viertel der ersten Querschnittabmessung (a), d. h. b >¼·a, und wobei der Krümmungsradius (r) in den Kontaktbereichen (25', 28''; 28'', 25') größer ist als 0,4 mal die erste Querschnittabmessung (a), d. h. r > 0,4 a, wobei die Übertragung der Kraft/Kräfte bei Lücken mit stark variierenden Größen stattfinden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (3A, 3B; 3C, 3D; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') und/oder die Bauform (3G) des kraftübertragenden Elements (2) eingerichtet ist, um mindestens einen permanenten Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Objekt (4, 5) zu erreichen, wobei die Kontaktpunkte (k₁, k₂, k₃), die an ein und demselben kraftübertragenden Element (2) erhalten werden, durch Reibung von Kräften in Kontaktpunkten bevorzugt eine Drehbewegung des kraftübertragenden Elements (2) in Verbindung mit Verschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt (4, 5) initiieren.
Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form innerhalb eines Kontaktbereiches durch die für die Abmessung gewählten Werte der Reibungswinkel (γs, γh) bestimmt wird, welche in Bezug auf das radiale Spiel (X = g – a) konstant oder ansteigend sind, welches in der Lücke (g) zwischen Flächen des ersten bzw. zweiten Objektes (4, 5), verringert um die erste Querschnittabmessung (a), existiert.
Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit einer begrenzten Anzahl von mindestens drei Spezialelementen (2, 9) gebildet ist, die unter den anderen kraftübertragenden Elementen (2) verteilt sind, um eine verbesserte Zentrierung einer Nabe (5) an einem Schaft (4) zu erreichen, wobei die Spezialelemente (2) eine leichte Krümmung (3G) zeigen, um durch ihre radiale Elastizität in der Lage zu sein, Abmessungsunterschiede der Lücke (g) aufzunehmen und dadurch eine ungefähr gleichförmige Lücke zu erhalten, oder aus kreisförmigen zylindrischen Abstandhaltern (9) aufgebaut sind, wobei den Abstandhaltern (9) in einer bevorzugten Ausführungsform eine offene oder geschlossene Rohrform gegeben wird, um in der Lage zu sein, Abmessungsunterschiede in der Lücke (g) aufzunehmen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftübertragenden Elemente (2') als Stränge mit nichtkreisförmigem Querschnitt gebildet sind und in einem Gewebe einen Schuss bilden, welcher gemäß einem Webmuster mit einer Kette (8) verwoben ist, welches an sich bekannt ist, geeigneterweise ein so genanntes „Tressengewebe in Köperbindung".
Kopplungsvorrichtung zur Kraft- und Momentübertragung, bevorzugt Drehmomentübertragung, wobei die Kopplungsvorrichtung (1) mindestens ein flexibles Element (3A, 3B; 3C, 3D; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') und eine Mehrzahl von kraftübertragenden Elementen (2) umfasst, welche durch das flexible Element (3A, 3B; 3C, 3D; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') zusammengehalten werden, wobei die kraftübertragenden Elemente (2) einen Querschnitt haben, der durch zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Kontaktseiten (25, 28) begrenzt wird, umfassend mindestens zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche (25', 28''; 28', 25'') und zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Seitenflächen (26, 27), welche im Wesentlichen quer zur Längsrichtung (L) der Vorrichtung (1) ausgerichtet sind, wobei eine Querschnittabmessung zwischen den Kontaktseiten, welche zwischen parallelen Tangenten der Kontaktseiten gemessen wird, eine erste Querschnittabmessung (a) hat, wobei die Querschnittabmessung (a) geringer ist, als eine zweite Querschnittabmessung (a_max), um Kräfte und Drehmomente durch Reibung durch Verkeilung zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) angeordnet ist, um eine Bauform und eine Einrichtung in Bezug auf das flexible Element zu haben, die in Kombination und ohne äußeren Einfluss auf die Vorrichtung (1) eine Übertragung von Kraft/Kräften in zwei entgegen gesetzte Drehmomentrichtungen ermöglicht, wobei eine repräsentative Querschnittabmessung (b) zwischen den Seitenflächen (26, 27) im Wesentlichen quer dazu angeordnet ist, um größer zu sein, als ein Viertel der ersten Querschnittabmessung (a), d. h. b > ¼·a, und wobei der Krümmungsradius (r) in den Kontaktbereichen (25', 28''; 28', 28'') größer ist als 0,4 mal die erste Querschnittabmessung (a), d. h. r > 0,4 a.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Elemente (3A, 3B; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') in einer Vertiefung und/oder einem vorspringenden Abschnitt (24, 29) in/an dem kraftübertragenden Element (2) angeordnet sind, bevorzugt in Form einer sich axial erstreckenden Nut (24) und/oder einer umlaufenden Fläche (29), die sich quer zur Längsachse des Elements erstreckt, und dadurch dass das flexible Element in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Streifen (3A, 3B; 3A', 3B'; 3A'', 3B'') gebildet ist, wobei die Vertiefung und/oder der vorspringende Abschnitt (24, 29) so angeordnet und positioniert ist, dass die gewünschten Kontaktpunkte (k₁, k₂, k₃) erhalten werden.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 6–7, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftübertragenden Elemente (2) mit Krümmungsradien (rs, rh) in den Kontaktbereichen (25', 28''; 28', 28'') der Kontaktseiten (25, 28) eingerichtet sind, welche größer sind, als die Hälfte der ersten Querschnittabmessung (a), d. h. rs > ¼ a bzw. rh > ½ a, und bevorzugt dadurch dass die Summe der Absolutwerte der Minimalwerte der Krümmungsradien (rs, rh) an den beiden Kontaktseiten so angeordnet sind, dass sie länger als die erste Querschnittabmessung (a) sind.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte axiale Ausdehnung (1) der kraftübertragenden Elemente (2) größer ist, als 8–100 mal die erste Querschnittabmessung (a), bevorzugt ungefähr 10–40 mal größer.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (3A, 3B) in einer Richtung flexibel ist, die quer zur Längsrichtung des kraftübertragenden Elements (2) ist, wobei das minimale Flächenträgheitsmoment über Achsen, die quer zur Längsrichtung des flexiblen Elements verlaufen, geringer ist, als die vierte Kraft von 10% des Ausmaßes der ersten Querschnittabmessung (a), wobei die ersten kraftübertragenden Elemente (2) und das flexible Element (3A, 3B) zusammen eine Matte bilden, die leicht aufgerollt werden kann.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens Teile der Fläche der kraftübertragenden Elemente (2) durch eine relativ hohe Oberflächenrauheit, welche bevorzugt durch Sandstrahlen und/oder eine Spezialbeschichtung und/oder Additive erreicht wird, eingerichtet sind, um einen erhöhten Reibungskoeffizienten zu haben.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (2) zwischen gegenüberliegenden Kontaktbereichen (25', 28''; 28', 25'') die zweite Querschnittabmessung (a_max) haben, welche mindestens 5% größer ist, als die erste Querschnittabmessung (a), d. h. a_max > 1,05 a.