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Drehfedernde Kupplung mit einer in gezahnten Flanschen eingelegten
bandförmigen Schlangenfeder Die Erfindung betrifft eine drehfedernde Kupplung mit
einer in gezahnten Flanschen eingelegten bandföimigen Schlangenfeder und einem die
Verbindungsteile umschließenden Gehäuse, bei der die Zähne eines jeden Flansches
in dem dem anderen Flansch zugekehrten Abschnitt an den Flanken beidseitig gewölbt
und verjüngt ausgebildet sind.
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Es ist bereits eine derartige Kupplung bekannt, bei der die erwähnte
gewölbte Ausbildung der Flanken der Kupplungszähne eine größere Elastizität bewirkt
als bei den in axialer Richtung geraden Flanken. Bei geringen Belastungen ist hierbei
nämlich die nicht unterstützte Länge der bandförmigen Schlangenfedern zwischen den
beiden gezahnten Flanschen verhältnismäßig groß, jedoch wird diese unterstützte
Länge infolge der erwähnten gewölbten Ausbildung der Zahnflanken mit zunehmender
Belastung kleiner, da sich die bandförmige Schlangenfeder um die Wölbung herumlegt.
Bei der bekannten Kupplung tritt jedoch wie bei allen übrigen bekannten drehfedernden
Kupplungen dieser Art der Nachteil auf, daß die bandförmige Scnlangenfeder über
ihre radiale Höhe ungleichmäßig belastet ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß
die radial außen liegenden Teile der Kupplungszähne bei einer bestimmten Winkelbewegung
der Flansche gegeneinander einen größeren Weg zurücklegen als die achsnäheren Teile.
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Es ist weiter eine drehfedernde Kupplung mit einer in gezahnten Wellennaben
eingelegten Schlangenfeder bekannt, bei der die Kupplungszähne gleichfalls in dem
dem anderen Flansch zugekehrten Abschnitt in axialer Richtung verjüngt ausgebildet
sind. Zusätzlich ist hierbei der Zahnkopf um Radien geformt, deren Mittelpunkte
auf der Mittellinie der Wellen im Schnittpunkt mit den senkrecht zur Achse stehenden
Ebenen der Stirnflächen der Naben liegen. Die Belastungsverhältnisse sind hierbei
im wesentlichen die gleichen wie bei der zuvor erwähnten bekannten Kupplung, da
die Radien den Zahnkopf nur wenig abflachen. Das bedeutet, daß die bandförmige Schlangenfeder
über ihre Breite in radialer Richtung zur Kupplungsachse nach wie vor ungleichmäßig
belastet wird.
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Schließlich sind auch noch drehfedernde Kupplungen mit den in gezahnten
Flanschen eingelegten bandförmigen Schlangenfedern bekannt, bei denen der Querschnitt
der Schlangenfedern kreisförmig ist. Infolge des kreisförmigen Querschnitts berühren
diese Bandfedern die Zahnflanken jedoch nur linienförmig, so daß das erwähnte Problem
der ungleichmäßigen Belastung über die Breite der Federn nicht auftritt. Derartige
Federn sind auch nur für geringere Belastungen bestimmt. Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, die Belastung der bandförmigen Schlangenfedern durch die Wahl
einer besonderen Flankenform der Zähne gleichmäßiger zu gestalten als bisher.
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Gemäß der Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe bei einer drehfedernden
Kupplung der eingangs erwähnten Art vorgesehen, daß die Flanken der Zähne sowohl
wie bekannt in axialer als auch in radialer Richtung gewölbt sind. Hierdurch werden
gekrümmte Auflager für den Schenkel der Schlangenfeder geschaffen, die größere,
nicht unterstützte Abschnitte für die radial äußeren Fasern des Schenkels als bisher
ergeben. Bei den bekannten Kupplungen waren die nicht unterstützten Abschnitte der
Schenkel in Achsnähe genauso groß wie in den achsferneren Bereichen der Kupplungsflansche.
Demgegenüber ergibt sich eine gleichmäßigere Verteilung der Beanspruchung über dem
Querschnitt der Schlangenfeder, und es tritt insbesondere eine Entlastung des als
kritischen Querschnitt bekannten Einspannquerschnitts zwischen dem Band und den
Zähnen ein. Die gleichmäßigere Verteilung der Beanspruchung verringert auch die
maximale Beanspruchung über dem Querschnitt der Schlangenfeder. Somit wird die Leistung
der Kupplung verbessert und eine volle Ausnutzung der Leitungsfähigkeit des Kupplungsmaterials
ermöglicht.
In der Zeichnung ist ein. Ausführungsbeispiel einer
Kupplung nach der Erfindung dargestellt. In dieser zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, der Kupplung, F i g. 2 eine teilweise Seitenansicht und Schnitt
nach der Ebene der Linie 2'-2' der F i g. 1, F i g. 3 eine Draufsicht auf einen
Teil der Kupplungsflansche und der sie verbindenden Schlangenfeder unter Belastung,
F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der verjüngten Kupplungszähne mit einem Teil
einer eingelegten Schlangenfeder, F i g. 5 einen Schnitt in der Ebene der Linie
5'-5' der F i g. 4, F i g. 6 einen Schnitt in der Ebene der Linie 6'-6' der F i
g. 4 und F i g. 7 einen Schnitt in der Ebene der Linie 7'-7' der F i g. 3.
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In der Zeichnung und insbesondere in F i g. 1 ist eine drehfedernde
Kupplung gezeigt, die eine treibende Welle 1 und eine getriebene Welle 2 verbindet.
Die Kupplung besteht aus zwei gleichartigen Naben 3, die gegenüberliegend an den
Wellen 1 und 2 befestigt sind.
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Jede Nabe 3 weist einen Flansch 8 auf. Die Flansche liegen einander
gegenüber. Die Innenfläche des Flansches 8 und der Nabe 3 bildet eine innere Fläche
9.
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Die Flansche 8 sind am äußeren Umfang mit axial gerichteten Schlitzen
10 versehen, in die eine im Querschnitt verjüngte Schlangenfeder eingesetzt ist.
Zwei gegenüberliegende Schlitze sind mit einem zwischen zwei Endschlaufen 28 liegenden
Schenkel 11 der Schlangenfeder verbunden. Die zwischen den Schlitzen 10 ausgebildeten
Zähne 12 weisen je eine erhöhte Deckelauflagefläche 13 auf.
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Die Zähne 12 sind mit gewölbten Flanken 22 und 23 versehen.
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Die Art der Wölbung der Zahnflanken 22 und 23 ist in der F i g. 4
veranschaulicht. Die Zahnflanken 22 und 23 sind je mit einer geneigten zylindrischen
Oberfläche versehen, die von einer Erzeugenden beschrieben wird, deren eine Stellung
durch eine gestrichelte Linie 24 dargestellt ist. Diese Erzeugende 24 neigt sich
zur inneren Fläche9 der Nabe 3. Da eine Schlangenfeder mit konischem Querschnitt
verwendet wird, sind die Schlitze 10 mit einer gleichen Verjüngung versehen.
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Aus F i g. 4 bis 6 ergibt sich, daß die Zahnflanken 22 und 23 sowohl
-axial als auch radial gegenüber der Nabe 3 gewölbt sind.
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Wenn die Kupplung belastet wird, berühren die Schenkel 11 die Zahnflanken
22 oder 23 je nach der Richtung der Drehung der einen Kupplungshälfte gegenüber
der anderen. Die Berührungslinien zwischen den Schenkeln 11 und den Zähnen 12 liegen
parallel zur Erzeugendene24. Der Abstand der Berührungslinien beider Kupplungshälften
hängt von der Größe der Belastung der Kupplung ab.
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Wenn der Drehwinkel zwischen den Naben unter größer werdender Belastung
größer wird, verschiebt sich die Berührungslinie zu den inneren Flächen 9. Dabei
sind unter allen Belastungsbedingungen die Fasern der Schenkel 11 mit verschieden
langen, nicht unterstützten Abschnitten versehen, wobei sich der größte Abschnitt
an der äußeren Fläche 26 befindet.
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Dies ergibt eine gleichmäßigere Verteilung der Beanspruchung über
dem Querschnitt und insbesondere an dem kritischen Querschnitt.
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Weiterhin wird die maximale Beanspruchung des Schenkels 11 verringert.
Das ergibt sich aus einer Verkürzung der durchschnittlichen Länge der nicht unterstützten
Abschnitte eines jeden Schenkels 11. Bei jeder beliebigen Belastung ist die Länge
der nicht unterstützten Abschnitte der Fasern an der äußeren Oberfläche 26 am größten.
Alle anderen Fasern des Schenkels 11 haben kürzere, nicht unterstützte Abschnitte.
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Die Verminderung der Beanspruchung der Schlangenfeder ist am größten,
wenn ein verjüngter Querschnitt vorliegt. Auch ein rechtwinkliger Querschnitt führt
auf eine wesentliche Verminderung der Beanspruchung.
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Wie aus F i g. 4 bis 6 hervorgeht, ist die Stärke der Zähne 12 am
größten in der Nähe der inneren Fläche 9 der Nabe 3, wo das Biegemoment am größten
ist.
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Die Querschnittsform der verwendeten Schlangenfeder bestimmt den Grad
der Neigung für die Erzeugende 24 der Wölbung eines jeden Zahnes 12. Die Neigung
der Erzeugenden 24 zur gleichmäßigen Verteilung der Beanspruchung über die radiale
Breite eines jeden Schenkels 11 ist aus der Gleichung
bestimmt. Darin ist ax die halbe Länge des nicht unterstützten Abschnitts einer
Faser x des Schenkels 11, die eine radiale Entfernung R" von der Kupplungsmittellinie
aufweist (s. F i g. 2); wobei a, die halbe Länge des nicht unterstützten Abschnitts
einer Faser an der äußeren Oberfläche 26 des Schenkels 11 ist und in einem radialen
Abstand R, von der Kupplungsmittellinie liegt und L die halbe Länge einer Halbwindung
der Schlangenfeder, gemessen von Endschlaufe zu Endschlaufe, wie in F i g. 7 gezeigt.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist t" die Stärke des Schenkels 11 an der Stelle der
Faser x und t, die Stärke des Schenkels 11 an der äußeren Oberfläche 26. Es ist
darauf hinzuweisen, daß tx und t, von der Querschnittsgestalt der verwendeten Schlangenfeder
abhängen. Das obengenannte Verhältnis nimmt eine Berührungslinie zwischen den Schenkeln
11 und den Zähnen 12 an, und Versuche haben gezeigt, daß diese Annahme zutrifft.
Die Gleichung ergibt eine nichtlineare Erzeugende. Zur Erleichterung der Herstellung
der Zähne 12 kann eine Erzeugende 24 durch eine gerade Linie ersetzt werden, die
sich der theoretischen Erzeugenden nähert.
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Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse können mit verschiedenen Arten
von Schlangenfedern erreicht werden. So ergibt sich die Vergrößerung der Kupplungskapazität
sowohl mit einer Einfach- oder Mehrfachschlangenfeder als auch mit einer kontinuierlich
umlaufenden oder aus einer einzelnen Abschnitten bestehenden Schlangenfeder.
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Das Material, aus dem die Schlangenfedern hergestellt sind, kann Metall
oder ein anderer Werkstoff' sein, bei dem sich Elastizität mit relativer axialer
Steifheit verbindet. Materialien, die weich, biegsam oder übermäßig spröde sind,
eignen sich nicht