DE1165942B

DE1165942B - Flexibly elastic torque coupling

Info

Publication number: DE1165942B
Application number: DEK36706A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Ruegg; Dipl-Ing Richard Keller; Dr-Ing Albert Klopfer
Original assignee: Dr-Ing Albert Klopfer
Current assignee: Dr-Ing Albert Klopfer
Priority date: 1959-01-13
Filing date: 1959-01-13
Publication date: 1964-03-19
Also published as: BE586273A; CH378107A

Description

Biegungselastische Drehmomentkupplung Die Erfindung betrifft eine biegungselastische Drehmomentkupplung zwischen einer Antriebswelle und einer getriebenen Welle, bei der mehrere selbständige, ineinandersteckende, Schlag an Schlag gewickelte, auf ihrer ganzen Länge runde, konzentrisch ineinander angeordnete satt anliegende Schraubenfederlagen im wesentlichen rechteckigen Drahtquerschnitts als Drehmomentübertragungsorgan vorgesehen sind, wobei einander benachbarte Lagen abwechselnd gegenläufigen Wicklungssinn haben und die Federenden mit den Anschlußstücken für die Wellen fest verbunden sind.Flexurally elastic torque coupling The invention relates to a Flexibly elastic torque coupling between a drive shaft and a driven one Wave in which several independent, interlocking, wound blow to blow, Round, concentrically arranged, snugly fitting along their entire length Coil spring layers of essentially rectangular wire cross-section as a torque transmission element are provided, with adjacent layers alternating in opposite directions of winding have and the spring ends are firmly connected to the connecting pieces for the shafts.

Bei einer bekannten Drehfederkupplung sind ins-C Gesamt zwei solcher selbständiger Schlag an Schlag gewickelter, konzentrisch ineinandersteckender und auf ihrer ganzen Länge runder Federn vorgesehen. Diese liegen jedoch nicht unmittelbar satt aufeinander, sondern mit ihren Enden auf zwischengeschalteten, an den Anschlußstücken für die Wellen vorgesehenen Zwischenhülsen.In a known torsion spring clutch, ins-C has a total of two of these independent blow to blow wound, concentrically interlocking and Round feathers are provided along their entire length. However, these are not immediate fed up with each other, but with their ends on interposed ones on the connecting pieces intermediate sleeves provided for the shafts.

Diese Hülsen werden benötigt, um jeweils ein langes Endstück der einmal innen und einmal außen anliegenden, gegenläufigen Wicklungssinn aufweisenden Federn zu führen und um das äußerste Ende mindestens reibungsschlüssig mit der Hülse des Anschlußstückes zu verbinden. Der Windungssteigungswinkel dieser Federn ist beträchtlich. Mit einer solchen bekannten Kupplung, die in der Hauptsache drehfedemd ausgebildet ist, kann praktisch im Hinblick auf den sehr kurzen, nicht auf den Hülsen der Anschlußstücke, aber auf Zwischenringen aufliegenden Mittelteile der Federn von einer Beugefähigkeit im Sinne von Wellengelenken nicht gesproch en werden.These sleeves are needed to each have a long end piece of the once springs having opposite directions of winding on the inside and one on the outside to lead and around the outermost end at least frictionally with the sleeve of the To connect the connector. The helix angle of these springs is considerable. With such a known coupling, which is mainly designed in a torsionally resilient manner is, can be practical in terms of the very short, not on the sleeves of the connecting pieces, but central parts of the feathers resting on intermediate rings have a bending ability in the sense of universal joints are not spoken.

Bei einer bekannten biegsamen Welle, die an sich nicht als Drehmomentkupplung ün Sinne der Erfindung angesehen werden kann, sind die verschiedenen ineinanderliegenden, konzentrisch Schlag an Schlag gewickelten runden Windungen ebenfalls mit starkem Steigungswinkel versehen.- Da die eine Windungslage auf der anderen gewickelt wird und dabei ein Auffedern nach dem Wickeln unvermeidlich ist, kann in diesem Fall auch von einem satten Ineinanderstecken der Wicklungslagen nicht gesprochen werden. In a known flexible shaft, which cannot be regarded as a torque coupling in the sense of the invention, the various nested, concentrically wound round windings are also provided with a strong pitch angle springing up after winding is unavoidable, in this case it cannot be said that the winding layers are neatly nested into one another.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der bekannten biegungselastischen Drehmomentkupplungen mit mehreren Federlagen, bei denen Reibungen zwischen den einzelnen Wicklungslagen im Bereich verschiedener Längsabschnitte auch bei genauem Schleifen der Federdurchmesser unterschiedlich groß sein und wechseln können und deshalb dazu führen, daß durch unterschiedlicheLängsverschiebung der Windungen in den Federn zwischen zwei Längsabschnitten so große Lücken aufgerissen werden können, daß eine Windung der Nachbarlage darin einschnappen kann. Diese Gefahr ist um so größer, je größer das Drehmoment ist.The object of the invention is to improve the known flexurally elastic torque couplings with several spring layers, in which friction between the individual winding layers in the area of different longitudinal sections can vary in size and change even with precise grinding of the spring diameter and therefore lead to different longitudinal displacement of the windings in the springs between two longitudinal sections can be torn open so large gaps that a turn of the neighboring layer can snap into it. The greater the torque , the greater this risk.

Gemäß der Erfindung soll daher an biegungselastischen Drehmomentkupplimgen der eingangs definierten Art die Windungssteigung dieser Einzelfedern 10' nicht übersteigen und sollen die Federenden in an sich bekannter Weise stoffschlüssig mit den Anschlußstücken für die Wellenenden zumindest stimseitig verbunden sein.According to the invention, therefore, on flexible torque couplings of the type defined at the outset, the winding pitch of these individual springs 10 ' should not exceed and the spring ends should be cohesively connected to the connection pieces for the shaft ends at least on the front side in a manner known per se.

Das stoffschlüssige Verbinden eines Schraubenfederendes mit einem Endstück ist schon bei Kabelentlastungsschläuchen vorgesehen worden, bei denen die Entlastungsfedern mit den Endstücken verklebt sind. Eine Beanspruchung dieser Verklebungsstelle durch ein Drehmoment liegt dort jedoch nicht vor.The integral connection of a coil spring end with a End piece has already been provided for cable relief hoses where the Relief springs are glued to the end pieces. A stress on this bond point however, there is no torque there.

Bei einer aus mehreren Federlagen bestehenden beugefähigen Kupplung müssen große Drehmomente von den Federn auf die Anschlußstücke und umgekehrt übertragen werden können. I-Berfür haben sich die üblichen, durch Formschluß wirkenden Anschlußmittel nicht bewährt wie die polygonale Ausführung der Federwicklung und Aufstecken auf entsprechend polygonale Zapfen der Anschlußstücke, das Festklemmen der Federenden durch Klemmstücke oder Klemmschrauben oder das Aufschrauben der Federwindungen auf ein den Windungsgängen entsprechend profiliertes Anschlußstück. Schließlich ist auch eine solche Drehmomentübertragung zwischeu Federende und Anschlußstück durch Eingreifen des Federendes mit einem an ihm vorgesehenen axialen Zapfen oder axial abgewinkelten Drahtende in entsprechende Stirnlöcher bekannt.With a flexible coupling consisting of several spring layers must transmit large torques from the springs to the connecting pieces and vice versa can be. I-Berfür have the usual connection means acting by positive locking not proven like the polygonal design of the spring winding and plugging on corresponding polygonal pins of the connecting pieces, clamping of the spring ends by clamping pieces or clamping screws or by unscrewing the spring coils a connecting piece profiled according to the turns. Finally is also such a torque transmission between the spring end and the connecting piece intervention of the spring end with an axial one provided on it Pin or axially angled wire end known in corresponding face holes.

All diese forinschlüssigen Verbindungsarten haben sich bei beugefähigen Drehmomentkupplungen großer Leistuno, wohl in der Hauptsache deshalb nicht bewährt, weil diese Verbindungen eine Foringebung oder Belastung der Federenden bedingten, die ein vorzeitiges Brechen an diesen Stellen zur Folge hatten. All these form-fitting types of connection have proven themselves in flexible torque couplings of high performance, probably mainly because these connections required a shaping or loading of the spring ends, which resulted in premature breakage at these points.

Erst durch die gemäß der Erfindung vorgesehene, ausschließlich stoffschlüssige Verbindung - zumindest an der Stirnseite der Federenden - können die wegen des geringen Steigungswinkels der Federwindungen an sich übertragbaren hohen Drehmomente auch an der Verbindungsstelle zwischen Federstim und Anschlußstück der Kupplung einwandfrei übertra(Yen werden, weil die Federenden in ihrer Materialstruktur und ihrer Urform erhalten und von zusätzlichen Kräften freigehalten werden. Eine ausreichende, stoffschlüssige Verbindung ist dadurch gegeben, daß die Kontaktfläche der eben geschliffenen Federstim jeder Einzellage an der entsprechenden Fläche des Anschlußstückes anliegt, wobei die Verbindungsfläche um so größer wird, je flacher der Steigungswinkel der Federwindung ist.Only through the exclusively cohesive connection provided according to the invention - at least on the face of the spring ends - can the high torques that can be transmitted due to the low angle of inclination of the spring coils also be transmitted properly at the connection point between the spring stim and the connector of the coupling, because the spring ends are obtained in its material structure and its original form, free of additional forces. sufficient material connection is provided by the fact that the contact surface of the flat-ground spring Stim applied every single location on the corresponding face of the connecting piece, wherein the connection area is greater, depending the angle of inclination of the spring coil is flatter.

Insbesondere zur Vermeidung der für die obenerwähnte Lückenbildung nachteiligen Reibungsunterschiede hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für sehr kleine Beugungswinkel der Kupplung die Schraubenfedern auf ihrer ganzen Länge kalibriert und mit satter Passung der kalibrierten Flächen ineinandergeschoben sind.In particular, to avoid the gap formation mentioned above disadvantageous friction differences, it has proven to be advantageous if for very small flexion angle of the coupling the coil springs along their entire length are calibrated and pushed together with a snug fit of the calibrated surfaces.

Wenn hierbei ein gewisses Maß des Beugungswinkels der Kupplung überschritten werden soll, sind in an sich bekannter Weise die äußeren Begrenzungsseiten des im wesentlichen rechteckigen Drahtquerschnitts mindestens auf einer der eingeschobenen Federn als ballige Anlage an der Nachbarfeder nach außen gewölbt.If this exceeds a certain amount of the flexion angle of the coupling is to be, are in a known manner, the outer boundary sides of the im substantial rectangular wire cross-section at least on one of the inserted Feathers arched outwards as a spherical contact with the neighboring spring.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Hierin zeigt F i g. 1 drei nur teilweise ineinandersteckende Einzelfedern, die die Einzellagen der Gesamtfeder bilden sollen, wobei sie für den Gebrauchszustand in Richtung der Pfeile ineinanderzuschieben sind, F i g. 2 den ineinandergeschobenen Zustand im Schnitt, F i g. 3 und 4 die beiden auf die ineinandergeschobenen Federn aufzustülpenden und damit zu verbindenden Endmuffen im Schnitt, die als Anschlußstücke für die Wellenenden dienen, F i g. 5 die Kupplung im Betriebszustand in Ansieht, wobei die Stummel der antreibenden und der getriebenen Wellen als Vierkante ausgebildet und in entsprechenden Vierkantlöchern der Endmuffen eingesetzt sind, F i g. 6 ein Beispiel für die Gestaltung des Drahtquerschnitts.In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically. Herein, FIG. 1 three individual springs which are only partially interlocked and which are intended to form the individual layers of the overall spring, whereby they are to be pushed into one another in the direction of the arrows for the state of use, FIG. 2 shows the nested state in section, FIG. 3 and 4 the two end sleeves to be slipped onto the nested springs and to be connected to each other, in section, which serve as connecting pieces for the shaft ends, FIG . 5 shows the coupling in the operating state, the stubs of the driving and driven shafts being designed as square edges and being inserted into corresponding square holes in the end sleeves, FIG . 6 an example of the design of the wire cross-section.

Wie aus F i g. 1 und 2 zu erkennen ist, sind die Einzelfedern 11, 12 und 13 aus Draht von mindestens annähernd quadratischem Querschnitt Schlag an Schlag gewickelt. Der Umfang und die Innenfläche der Einzelfedern sind entweder durch überschleifen oder aber durch einen geeigneten sorgfältigen Wickelvorgang jeweils so kalibriert, daß die Einzellagen 1.1, 12 und 13 satt (»saugend«) ineinanderpassen. Die Windungsrichtung ist zwischen je zwei benachbarten Lagen bzw. Einzelfedern gegensinnig.As shown in FIG. 1 and 2 can be seen, the individual springs 11, 12 and 13 made of wire of at least approximately square cross-section are wound beat by beat. The circumference and the inner surface of the individual springs are either calibrated by grinding or by a suitable, careful winding process so that the individual layers 1.1, 12 and 13 fit snugly ("sucking") into one another. The winding direction is in opposite directions between every two adjacent layers or individual springs.

Zylindrische Anschlußstücke in Form von Endmuffen 14 und 15 weisen eine zentrische Durchgangsöffnung 14 a bzw. 15 a von quadratischem Querschnitt mit gebrochenen Ecken und in den Stirnflächen jeweils eine Ringnute 14 b bzw. 15 b auf. Diese Ringnuten haben einen Querschnitt, mit dem sie sich auf die letzten Windungen der aus den drei Einzelfedern 11, 12, 13 bestehenden Gesamtfeder aufstülpen lassen. Im Endzustand sind die Muffen an die Federenden angelötet, zumindest bei den mittleren Lagen jedoch nur stirnseitig. Auch ein Verkleben mit entsprechendem Klebemittel oder irgendeine andere stoffschlüssige Verbindungsart ist denkbar.Cylindrical connecting pieces in the form of end sleeves 14 and 15 have a central through opening 14 a and 15 a of square cross-section with broken corners and an annular groove 14 b and 15 b in each of the end faces. These annular grooves have a cross section with which they can be slipped onto the last turns of the overall spring consisting of the three individual springs 11, 12, 13. In the final state, the sleeves are soldered to the spring ends, at least in the middle layers, but only on the front side. Gluing with an appropriate adhesive or some other type of material connection is also conceivable.

In die Durchgangsöffnungen 14 a bzw. 15 a passen die entsprechenden vierkantig geformten Endstummel 16 a bzw. 17 a der antreibenden Welle 16 und der getriebenen Welle 17. The corresponding square-shaped end stubs 16 a and 17 a of the driving shaft 16 and the driven shaft 17 fit into the through openings 14 a and 15 a.

Wenn der Beugungswinkel der Kupplung während des Betriebes oberhalb des eingangs erwähnten Bereiches der sehr kleinen Beugungswinkel liegt, ist es notwendig, daß die äußeren Begrenzungsseiten des rechteckigen Federdrahtquerschnitts mindestens auf einer der eingeschobenen Federn nach außen gewölbt sind (F i g. 6). Dabei ist es vorteilhaft, wenn bei quadratischem Querschnitt des Federdrahts von der Seitenlänge a der Radius R dieser Wölbung das 10- bis 40fache der radialen Rechteckseitenlänge beträgt, um bei einem Biegen der Feder zu vermeiden, daß die Eckkanten des rechtwinkligen Drahtquerschnitts als solche die einzige Anlage an der ebenen Innenfläche der nächst äußeren Nachbarlage bilden und dadurch eine zu hohe Flächenpressung mit entsprechender Abnutzung usw. auslösen.If the flexion angle of the coupling during operation is above the range of very small flexion angles mentioned at the beginning, it is necessary that the outer boundary sides of the rectangular spring wire cross-section are curved outwards on at least one of the inserted springs ( FIG. 6). It is advantageous if, with a square cross-section of the spring wire of side length a, the radius R of this curvature is 10 to 40 times the radial side length of the rectangle, in order to avoid that the corner edges of the rectangular wire cross-section as such are the only system when the spring is bent on the flat inner surface of the next outer neighboring layer and thereby trigger excessive surface pressure with corresponding wear, etc.

Die Kupplung kann praktisch für beliebig große Drehmomente ausgelegt werden, weil das Auftreten von Torsion verhindert ist, die an den Schraubenfedern mit ihrer hohen Torsionselastizität bisher selbst für mäßige Drehmomente sehr starkes Federmaterial erforderte. Dies wirkte sich wieder nachteilig auf das Gewicht und die unerwünschte Steifigkeit der Schraubenfederachse aus.The coupling can practically be designed for torques of any size because torsion is prevented from occurring on the coil springs with their high torsional elasticity so far very strong even for moderate torques Spring material required. This again had a detrimental effect on the weight and the unwanted stiffness of the coil spring axis.

Die Möglichkeit einer Verwendung der Kupplung an allen denkbaren Wellenzapfenausführungen ist bei der Kupplung durch die Verwendung stoffschlüssig anschließbarer Endmuffen in einfacher und doch sicherer Weise geschaffen. Die Endmuffen lassen sich praktisch für jede anzuschließende Wellenart ausbilden. Die stoffschlüssige Verbindung der Kupplungsteile kann in der Fabrik geschehen. Dabei soll darauf geachtet werden, daß die Enden der jeweils letzten Windung jeder Feder mit ihren ganzen Anlageflächen an die Muffe unter Vermeidung von Temperaturen von mehr als 2001 C angelötet oder auch angeklebt werden.The possibility of using the coupling on all conceivable shaft journal designs is created in a simple and yet safe manner in the coupling by using end sleeves that can be connected in a cohesive manner. The end sleeves can be designed for practically every type of shaft to be connected. The integral connection of the coupling parts can be done in the factory. Care should be taken that the ends of the last turn of each spring with their entire contact surfaces are soldered or glued to the sleeve while avoiding temperatures of more than 2001 C.

Die weitere Forderung, daß sowohl feste als auch veränderliche Steigungswinkel an der Kupplung ohne schädliche Seitenkräfte auf die Lager der Welle zulässig sind, läßt sich bei der neuen Bauart dadurch leicht verwirklichen, daß man in allen Nonnalfällen mit kalibriert ineinandergeschobenen Schraubenfedern auskommt, die bevorzugt eingängig gewickelt sind. Dabei kann dann der als besonders günstig erkannte Steigungswinkel je Windung, der sich im allgemeinen unter 5 bis 10' halten soll, eingehalten werden. Die elastisch beugungsfähige, aber praktisch torsionsstarre Drehmomentkupplung läßt auch eine 5-fönnige Biegung zwischen zwei zueinander versetzten Wellen zu.The further requirement that both fixed and variable pitch angles are permissible on the coupling without damaging side forces on the shaft bearings can easily be met with the new design by using calibrated, nested helical springs in all normal cases, which are preferably coiled are. The pitch angle per turn, which is recognized as being particularly favorable and which should generally be kept below 5 to 10 ' , can then be maintained. The elastically flexible, but practically torsionally rigid torque coupling also allows a five-fold bend between two mutually offset shafts.

Claims

Patent claims: 1. Flexibly elastic torque coupling between a drive shaft and a driven shaft, in which several independent, interlocking, blow-to-blow wound, over their entire length round, concentrically arranged, tightly fitting helical spring layers of essentially rectangular spring wire cross-section are provided as torque transmission members, with each other adjacent layers alternately have opposite winding directions and the spring ends are firmly connected to the connecting pieces for the shaft ends, characterized in that the winding pitch of these individual springs (11, 12, 13) does not exceed 10 ' and the spring ends cohesively with the Connection pieces (14, 15) for the shaft ends (16, 17) are connected at least at the end.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that for very small angles of deflection of the coupling, the coil springs are calibrated over their entire length and pushed into one another with a snug fit of the calibrated surfaces. 3. Coupling according to claim 2, characterized in that, in a manner known per se, the outer boundary sides of the substantially rectangular wire cross-section are arched outwards at least on one of the inserted springs as a convex abutment on the neighboring spring (F i g. 6). Considered publications: German Patent Nos. 175 1572 640 207, 680 803, 718 377, 822 044; Austrian patent specification No. 201368-2 French patent specification No. 843 574, 989 151; U.S. Patent Nos. 1008,379, 1337,646, 2,054,009, 2,254,566; Prof. Dr.-Ing. A. Matting-E. Rubo, "Die Metallklebetechnik in Deutschland" from "Der Maschinenmarkt", Vogel-Verlag, Coburg, 1956, issue No. 38, pp. 3 to 7.