DE1775823A1

DE1775823A1 - Torsionally flexible, switchable shaft coupling

Info

Publication number: DE1775823A1
Application number: DE19681775823
Authority: DE
Inventors: Raoul Dipl-Ing Joern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-09-27
Filing date: 1968-09-27
Publication date: 1971-08-05
Also published as: AT298172B; GB1259325A

Description

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xrxpi.-xvo. 807 INGOLSTADT/DONAD, 26.5.68. ' nrrpr/ α g~i ττ TVr^-C τ τ Postfach 230 xrxpi.-xvo. 807 INGOLSTADT / DONAD, May 26th, 68. 'nrrpr / α g ~ i ττ TVr ^- C τ τ P.O. Box 230

RITZ SCHNELL· mnoneoMRITZ SCHNELL · mnoneoM

Torsionally flexible, switchable shaft coupling

Die Erfindung betrifft eine drehelastische, schaltbare Wellenkupplung mit eiHnem oder mehreren auf der Antriebswelle sitzenden Flanschen und zu deren beiden Seiten oder zwischen ihnen coaxial angeordneten ringförmigen, außen mit einer Reibfläche versehenen und in Drehrichtung kraftschlüssig mit dem Antriebsflansch verbundenen Teilen, die durch Luft- oder Flüssigkeitsdruck oder Hebelwirkung axial gegeneinander verschiebbar und gegen entsprechende Reibflächen eines umgebenden, mit der Abtriebswelle verbundenen Außengehäuses anpreßbar sind.The invention relates to a torsionally flexible, switchable shaft coupling with one or more sitting on the drive shaft Flanges and on both sides thereof or between them coaxially arranged annular, provided on the outside with a friction surface and non-positively connected to the drive flange in the direction of rotation Parts that can be axially displaced against one another and against corresponding ones by air or liquid pressure or leverage Friction surfaces of a surrounding outer housing connected to the output shaft can be pressed against.

Es sind Schaltkupplungen der genannten Art bekannt, bei denen die axial beweglichen Reibringe auf metallischen oder Kunststoff-Gleitstücken axial gegen die Krafteinleitungsflansche verschiebbar sind und durch Gleitstücke oder Gleitflächen in radialer Richtung gehalten werden. Die metallischen oder Kunststoff-Gleitführungen sind Verschleißteile, die ständigem Abrieb ausgesetzt und daher nicht wartungsfrei sind. Die Kupplungen benötigen zum Lösen der Reibringe von den Anlageflächen des Außengehäuses beim Abschalten axial wirkende Rückholfedern, die als Schraubenfedern ausgeführt werden. Letztere sowie die Gleitführung verursachen bei axialer Bewegung der Reibringe wie auch unter den auftretenden Zentrifugalkräften starke Geräusche. Außerdem sind Kupplungen dieser Art nicht drehelastisch und daher nicht zur Lösung von Drehschwingungsproblemen oder zur Aufnahme von Anfahrstößen brauchbar.Clutches of the type mentioned are known in which the axially movable friction rings on metallic or plastic sliders can be moved axially against the force introduction flanges and are held in the radial direction by sliding pieces or sliding surfaces. The metallic or plastic sliding guides are wearing parts that are exposed to constant abrasion and are therefore not maintenance-free. The clutches need for loosening the friction rings from the contact surfaces of the outer housing when switching off axially acting return springs, which as Coil springs are run. The latter as well as the sliding guide cause strong noises when the friction rings move axially as well as under the centrifugal forces that occur. In addition, couplings of this type are not torsionally flexible and therefore not useful for solving torsional vibration problems or for absorbing start-up impacts.

Weiterhin sind schaltbare Kupplungen der genannten Art bekannt, bei denen die auf der Antriebswelle befestigten Antriebsflansche oder -Naben durch konisch zur Welle verlaufende ringförmige Gummioffletall-Drehschubelemente mit den Reibringen verbunden sind. Bei pneumatischer Betätigung der Druckzylinder zum Einschalten der Kupplung werden die äußeren, an den Reibringen befestigten Ringe der Gummi-ffletall-Drehschubelemente axial verschoben, und der Gummi wird auf Schub und - infolge der konischen Form der Gummiringe - zusätzlich auf Druck beansprucht. Die bei dieser l/erformung auftretenden Spannungen wirken bei Entlastung desSwitchable clutches of the type mentioned are also known, where the drive flanges attached to the drive shaft or hubs are connected to the friction rings by annular rubber off-metal rotary thrust elements that run conically to the shaft. When the pressure cylinders are pneumatically actuated to switch on the clutch, the outer ones are attached to the friction rings Rings of the rubber-metal rotary thrust elements shifted axially, and the rubber is subjected to thrust and - due to the conical shape of the rubber rings - also to pressure. The one with this one The stresses that occur during the deformation act when the load is removed

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Druckzylinders als rückführende Kräfte und lösen die konischen Reibringe von den Innenflächen des Außengehäuses. Bei Kupplungen nach diesem Prinzip tritt bei axialer Verschiebung der Reibringe kein Gleiten an Führungsteilen und daher kein Abrieb auf, und es ist keine zusätzliche Führung zur Aufnahme dar Zentrifugalkräfte erforderlich, da diese von den Gummi-Bletall-Ringen übernommen ujird. Sie sind außerdem sehr drehelastisch und daher zur Isolation von Drehschuiingungen der Antriebswelle geeignet. Ihr Nachteil besteht jedoch darin, daß die drehschubbeanspruchten Gummi-Metall-Ringe bei Übertragung von- Überlastdrehmomenten, ujie sie beispielsweise in Schiffsantrieben infolge Grund- oder Eisberührung der Schraube auftreten können, eine degressive Charakteristik des Drehmoment-Uerdrehuiinkel-Diagraraes aufweisen, und daher bei plötzlicher Überlastung übermäßig hohe Spannungen im Gummi auftreten. Weiterhin ist die radiale Steifigkeit der Gummi-Iiletall-Ringe so groß, daß bei axialem Versatz der Antriebszur Abtriebsuielle, der bei modernen, elastisch gelagerten Schiffsmotoren unvermeidlich ist, unerwünscht hohe Radialkräfte in den UJellenlagern auftreten. Und schließlich haben diese Kupplungen, bedingt durch den Schubspannungsverlauf bei Drehbeanspruchung, einen großen Platzbedarf bzut. großen Außendurchmesser·Pressure cylinder as restoring forces and solve the conical Friction rings from the inner surfaces of the outer housing. With clutches According to this principle, when the friction rings are axially displaced, there is no sliding on guide parts and therefore no abrasion, and it is not an additional guide for absorbing the centrifugal forces required, as this is taken over by the rubber-metal rings ujird. They are also very torsionally flexible and therefore for Isolation of rotary shock absorbers of the drive shaft suitable. you The disadvantage, however, is that the rubber-metal rings, which are subjected to torsional thrust, are subjected to the transmission of overload torques ujie them for example in ship propulsion as a result of basic or Ice contact of the screw can occur, have a degressive characteristic of the torque-Uerdrehuiinkel-Diagraraes, and therefore excessively high stresses occur in the rubber in the event of a sudden overload. Furthermore, the radial stiffness is the Rubber-Iiletall-Rings so big that with an axial offset the drive for Abtriebsuielle, which is unavoidable in modern, elastically mounted marine engines, undesirably high radial forces in the UJellenlager occur. And finally, these clutches, due to the shear stress curve with torsional stress, a large space requirement bzut. large outer diameter

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schaltbare» hoch drehelastische und völlig wartungsfreie Kupplung zu schaffen, der die genannten Nachteile nicht anhaften. Sie sieht dazu eine drehelastische, schaltbare Wellenkupplung vor mit einem oder mehreren auf der Antriebswelle sitzenden Flanschen und zu deren beiden Seiten ader zwischen ihnen coaxial angeordneten ringförmigen, außen mit einer Reibfläche versehenen und in Drehrichtung kraftschlüssig mit dem Antriebsflansch verbundenen Teilen, die durch Luft- oder Flüssigkeitsdruck oder Hebeluiirkung axial gegeneinander verschiebbar und gegen entsprechende Reibflächen eines umgebenden, mit der Abtriebsuielle verbundenen Außengehäuses anpreßbar sind, und das Neue besteht darin, daß die Antriebsflansche und die mit Reibflächen versehenen axial verschiebbaren Ringe durch an sich bekannte, einen geschlossenen Ring bildende, polygonförmige Gummi-ffletall-Teile elastisch-kraftschlüssig verbunden sind, deren an den Polygonecken einvulkanisierte, in axialenThe invention is based on the object of creating a switchable »highly torsionally flexible and completely maintenance-free coupling, which does not adhere to the disadvantages mentioned. For this purpose, it provides a torsionally flexible, switchable shaft coupling with an or several flanges seated on the drive shaft and on both sides of which there are cores coaxially arranged between them, ring-shaped, externally provided with a friction surface and non-positively connected to the drive flange in the direction of rotation, the axially against each other by air or liquid pressure or by leverage displaceable and can be pressed against corresponding friction surfaces of a surrounding outer housing connected to the output shaft are, and the novelty is that the drive flanges and the axially displaceable rings provided with friction surfaces by known, a closed ring forming, polygonal Rubber / metal parts connected in an elastic, non-positive manner are, whose vulcanized at the polygon corners, in axial

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Ebenen radial verlaufende Metallteile wechselseitig an einem Antriebsflansch und dem dazugehörigen, mit Reibflächen versehenen Ring befestigt sind, wobei die zwischen den Metallteilen liegenden'säulenförmigen Gummiteile bei Uerdrehung der Kupplung abwechselnd auf Druck und Zug und bei axialer Verschiebung der mit Reibflächen versehenen Ringe auf Schub bee/KOpplung hoher Drehelastizität geschaffen, die den zur Isolierung von Drehschtuingungen bei Verbrennungsmotoren erforderlichen Verdrehwinkel erreicht, der beispielsweise für Schiffsantriebe bei Dauerdrehmoment wenigstens 5° bis 1D° beträgt. Bei Überlastung steigt das Drehmoment-Verdrehwinkel-Diagramm stark progressiv an, da die zwischen den radial verlaufenden metallteilen des Gummi-iKietall-Polygons liegenden säulenförmigen Gummi-Elemente durch das Drehmoment auf Druck beansprucht werden und das Kraft-lüeg-Diagramra von Gummi eine anfänglich gerade, dann aber stark progressive Charakteristik aufmeist. Stoßartige Überlastung/der Kupplung, etwa infolge Grundberührung der Schraube oder bei plötzlichem Umschalten können daher ohne Schwierigkeiten aufgenommen werden. Da für Gummi, insbesondere wenn die Querschnittsfläche im Verhältnis zur Höhe des Körpers groß ist oder wenn durch einvulkanisierte Ztuischenbleche eine Querdehnung des Gummis behindert wird, eine hohe Druckspannung zulässig ist, kann die erfindungsgemäße Kupplung große Drehmomente bei nur kleinem Platzbedarf übertragen. Wesentlich für die Festigkeit ist es, daß die Gummikörper, «ie bekannt, auf Druck vorgespannt sind, um die Zugspannungen der jeweils zugbeanspruchten Gummiteile abzubauen. Die metallteile an den Ecken der Gummi-Iiletall-Polygone werden dazu bei der montage radial zusammengezogen. Die Polygone werden am günstigsten als Sechs- oder Achteck ausgeführt.Flat, radial metal parts alternately on one Drive flange and the associated ring provided with friction surfaces are attached, the between the metal parts lying's columnar rubber parts when turning the Coupling alternately for pushing and pulling and for axial displacement of the rings with friction surfaces on thrust / coupling high torsional elasticity created, which is used to isolate rotary shocks Reached the required angle of rotation for internal combustion engines, for example, for marine propulsion at continuous torque is at least 5 ° to 1D °. In the event of an overload, the torque-angle of rotation diagram increases strongly progressive, as the metal parts of the rubber-iKietall polygon between the radial metal parts lying columnar rubber elements are subjected to pressure by the torque and the Kraft-lüeg-Diagramra initially straight, but then strongly progressive Characteristic. Sudden overload / clutch, For example, as a result of the screw touching the ground or a sudden switchover, it can therefore be recorded without difficulty. As for rubber, especially when the cross-sectional area is in proportion is large to the height of the body or when vulcanized by Ztuischenbleche a transverse expansion of the rubber is hindered, a high compressive stress is permissible, the inventive Coupling transmits large torques with only a small space requirement. It is essential for the strength that the rubber body, “They are known to be compression preloaded to reduce tensile stresses dismantle the respective tensile stressed rubber parts. The metal parts at the corners of the rubber-iiletall-polygons will be for this purpose pulled together radially during assembly. The polygons will be best executed as a hexagon or octagon.

Beim axialen Verschieben der Reibringe während des Einschaltens, das beispielsweise durch Einpressen von Druckluft in einen zwischen den Reibringen liegenden Druckzylinder erfolgt, werden die mit den Reibringen verschraubten metallteile des Polygons nach außen verschoben. Die Gummisäulen werden dabei verformtWhen moving the friction rings axially during switch-on, which takes place, for example, by forcing compressed air into a pressure cylinder located between the friction rings the metal parts of the polygon screwed to the friction rings shifted outwards. The rubber columns are deformed in the process

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und auf Schub beansprucht. Da es sich hierbei um eine reine fflolekularverschiebung im Gummi handelt, erfolgt diese Verformung völlig reibungs- und u/artungsfrei. Die auftretenden Schubspannungen wirken als rückführende Axialkraft beim Entlasten des Druckzylinders. Das Gummi-Metall-Polygon dient daher soujohl als Rückholfeder ujie auch als Führungselement.and stressed on thrust. Since this is a pure molecular shift in rubber, this deformation takes place completely frictionless and maintenance-free. The occurring Shear stresses act as a returning axial force when the pressure cylinder is relieved. The rubber-metal polygon is used therefore soujohl as a return spring ujie also as a guide element.

Da sich der Reibring ohne weiteres Führungselement lediglich auf das Polygon abstützt und dieses bei radialer Verschiebung des Reibringes gegen den Antriebsflansch in den einzelnen säulenartigen Gummielementen vorwiegend auf Schub beansprucht ujird, sind die rückführenden Radialkräfte relativ klein. Die Kupplung kann radial leicht verformt werden und nimmt einen Radialversatz der zu verbindenden UJellen leicht auf, ohne daß übermäßige Radialkräfte in den UJellenlagern hervorgerufen werden. Since the friction ring is only supported on the polygon without any further guide element and this is supported in the event of radial displacement of the friction ring against the drive flange in the individual column-like rubber elements are mainly subjected to thrust, the returning radial forces are relatively small. the Coupling can be easily deformed radially and easily absorbs a radial offset of the UJellen to be connected without excessive radial forces are caused in the UJellenlager.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß im ausgeschalteten Zustand der Kupplung die Haftflächen der an den Reibringen befestigten Metallteile der Gummi-Metall-Polygone axial gegenüber den Haftflächen der an den Antriebsflanschen befestigten Metallteile um den Betrag des Schaltweges verschoben sind. Damit wird erreicht, daß im eingeschalteten Zustand der Kupplung alle Mittellinien der einzelnen Gummielemente in einer senkrecht zur Achse stehenden Ebene liegen und die Haftflächen sich, in tangentialer Richtung gesehen, überdecken. Damit wird der Gummi durch das Drehmoment rein auf Druck bzw. Zug beansprucht und zusätzliche ungünstige Biegespannungen werden vermieden. In a further embodiment of the invention it is provided that When the clutch is switched off, the adhesive surfaces of the metal parts of the rubber-metal polygons attached to the friction rings shifted axially with respect to the adhesive surfaces of the metal parts attached to the drive flanges by the amount of the switching travel are. This ensures that when the clutch is switched on, all center lines of the individual rubber elements are in one are perpendicular to the axis and the adhesive surfaces, seen in the tangential direction, overlap. So that will the rubber is subjected to compression or tension by the torque and additional unfavorable bending stresses are avoided.

Die Abbildungen veranschaulichen die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel: The figures illustrate the invention using an exemplary embodiment:

Abb. 1 zeigt die Kupplung im Axialschnitt ABC derFig. 1 shows the coupling in axial section ABC of

Abbildung 2, .Figure 2,.

Abb. 2 zeigt die axiale Ansicht des polygonförmigen Gummi-Metali-Teiles.Fig. 2 shows the axial view of the polygonal Rubber-metal part.

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Wach Abb. 1 sind auf der Antriebswelle 1 die mit Armen versehenen Flansche 2,3 befestigt. Mit den Flanscharmen sind die metallteile 4,5 und jedes u/eitere zweite der polygonförmigen Gummi-IYletall-Teile 6,7 verschraubt, während die jeweils dazwischen liegenden Metallteile 8,9 des Gummi-Metall-Polygons mit den ringförmigen Teilen 10,11 verschraubt sind, an denen konische Reibflächen 12,13 angebracht sind. Die Gummi-IKletall-Polygone 6,7 tragen daher die ringförmigen Teile 10,11 und übertragen auch das eingeleitete Drehmoment am Wach Fig. 1, the flanges 2, 3 provided with arms are attached to the drive shaft 1. The metal parts 4, 5 and every other second of the polygonal rubber-metal parts 6, 7 are screwed to the flange arms, while the respective intermediate metal parts 8, 9 of the rubber-metal polygon are screwed to the ring-shaped parts 10, 11 are, on which conical friction surfaces 12,13 are attached. The rubber-IKletall-Polygons 6,7 therefore carry the ring-shaped parts 10,11 and also transmit the introduced torque on

auf diese. Die einander zugekehrten Innenseiten der Teile 10 und 11 sind als Druckzylinder mit einem ringförmigen Druckraum 14 ausgebildet. Wird der Druckraum über eine hier nicht dargestellte flexible Leitung mit Druckluft gefüllt, so verschieben sich die Ringe 10,11 axial gegeneinander und legen sich mit ihren Reibflächen 12,13 an die konischen Innenflächen 15,16 des Gehäuses 17 an und bewirken eine Mitnahme des Gehäuses 17 und der daran angeflanschten Abtriebsiuelle. Die axiale Verschiebung der Ringe 10,11 erfolgt völlig reibungsfrei lediglich durch Schubverformung der zwischen je 2iuei Metallteilen der polygonförmigen Gummi-ffletall-Körper einvulkanisierten säulenförmigen Gummischichten. Die dabei entstehenden Schubspannungen ziehen bei Entlastung des Druck-Zylinders 14 die Ringe 10,11 wieder axial zusammen. Dadurch ^Pto this. The mutually facing inner sides of the parts 10 and 11 are designed as a pressure cylinder with an annular pressure space 14 trained. The print room won't have one here flexible line shown filled with compressed air, the rings 10,11 move axially against each other and put their friction surfaces 12, 13 adjoin the conical inner surfaces 15, 16 of the housing 17 and cause the housing to be entrained 17 and the output source flanged to it. the axial displacement of the rings 10,11 takes place completely frictionless only by shear deformation of the between each 2iuei Metal parts of the polygonal rubber-metal body vulcanized into it columnar rubber layers. The resulting shear stresses pull when the pressure cylinder is relieved 14 the rings 10, 11 back together axially. Thereby ^ P

lösen sich die konischen Reibflächen 12,13 von den Gehäuseteilen 15,16 und die Kupplung ist ausgeschaltet. Statt des ringförmigen Druckraumes 14 kann zwischen den Teilen 10,11 ein entsprechend ausgebildeter Gummi-Luftfederbalg angebracht werden.the conical friction surfaces 12, 13 detach from the housing parts 15,16 and the clutch is switched off. Instead of the annular pressure space 14, between the parts 10, 11 a suitably designed rubber air spring is attached will.

Abb. 2 zeigt das zur Verbindung der Antriebsflansche 2,3 mit den ringförmigen Teilen 10,11 dienende Gutnmi-Metall-Polygon in axialer Richtung gesehen. Die keilförmigen MetallteileFig. 2 shows the connection of the drive flanges 2,3 with the ring-shaped parts 10, 11 serving goodnmi metal polygon seen in the axial direction. The wedge-shaped metal parts

4,20,22,24 sind an den Antriebsflanschen und die dazwischen liegenden keilförmigen Metallteile 19,21, 8,25 an den ringförmigen mit einer Reibfläche versehenen Teilen verschraubt.4,20,22,24 are on the drive flanges and the wedge-shaped metal parts 19,21, 8,25 lying between them are on the ring-shaped ones screwed with a friction surface provided parts.

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Die zwischen dan Metallteilen liegenden und festhaftend mit ihnen verbundenen säulenförmigen Gummiteile 26,27,28,29,30, 31,32^33 werden bei Übertragung des Drehmomentes vom Antriebsflansch auf den Reibring abwechselnd auf Zug und Druck beansprucht, mährend sie bei einer axialen Verschiebung des letztgenannten Teiles lediglich auf Schub verformt werden. Die bei dieser Verformung auftretende Spannung bewirkt eine rückführende Axialkraft. Die keilförmigen Metallteile sind so ausgebildet, daß die Krafteinleitungsflächen senkrecht zur Druckrichtung des Gummikörpers stehen. Sie können auch paral-™ lele oder annähernd parallel v/erlaufende Außenflächen,besitzen. Those lying between the metal parts and firmly adhering to columnar rubber parts connected to them 26,27,28,29,30, 31,32 ^ 33 are alternately subjected to tension and compression when the torque is transmitted from the drive flange to the friction ring, while they at an axial displacement of the latter Part can only be deformed on thrust. The stress that occurs during this deformation causes a return Axial force. The wedge-shaped metal parts are designed so that the force application surfaces are perpendicular to Pressure direction of the rubber body. You can also use paral- ™ lele or approximately parallel outer surfaces.

Im ausgeschalteten Zustand der Kupplung können die Haftflächen der am Antriebsflansch befestigten Metallteile 4-,20,22_f24 des Gummi-Metall-Polygons gegenüber den Haftflächen der «it dem Reibring verbundenen metallteile 19,21₁.&,25 axial um den Betrag des Schaltuieges verschoben sein. Beim Einschalten der Kupplung und axialer Verschiebung der Teile 19,21, 8»25 fallen die Mittellinien aller Haftflächen in. die gleiche senkrecht zur Drehachse stehende Ebene und die Haftflächen kommen in Richtung der auftretenden Tangentialkräfte voll zur Öberdeckung,In the off state of the clutch, the adhesive surfaces of the fixed to the drive flange metal parts 4, 20.22 _f 24 of the rubber-metal polygon with respect to the adhesive surfaces of the "it connected to the friction ring metal parts 19,21. ₁ & 25 can axially by the amount of Schaltuieges be postponed. When the coupling is switched on and the parts 19, 21, 8-25 are axially displaced, the center lines of all adhesive surfaces fall into the same plane perpendicular to the axis of rotation and the adhesive surfaces fully overlap in the direction of the tangential forces that occur.

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Claims

1. Torsionally flexible, switchable shaft coupling with a or several flanges seated on the drive shaft and coaxially on either side or between them arranged annular, outside with a friction surface provided and in the direction of rotation frictionally with the

■ Parts connected to the drive flange, which can be axially displaced against one another by air or liquid pressure ad the leverage effect and can be pressed against corresponding friction surfaces sm of a surrounding outer housing connected to the output shaft, characterized in that the drive flanges (2, 3) and those with friction surfaces (12, 13) provided axially displaceable rings (10, 11) are connected in an elastically non-positive manner by polygonal rubber-metal parts (6, 7) which are known per se and form a closed ring, the metal parts (4 , 5) and (8,9) are alternately attached to a drive flange (2,3) and the associated ring (10,1-1) provided with friction surfaces (12,13), with the between the metal parts (4,19 , 20,21,22, 8 * 24,25) lying columnar rubber parts (26,27,28,29,30,31,32,33) alternately on tension and compression when the coupling is rotated and when the with friction surfaces ve The rings (10, 11) are subjected to thrust stress.

2. Torsionally flexible, switchable shaft coupling according to claim 1, characterized in that when the clutch is switched off, the adhesive surfaces of the friction rings (10, 11) attached metal parts of the rubber-metal-polygons (6,7) axially opposite the adhesive surfaces of the metal parts attached to the drive flanges (2,3) by the amount of the Schaltuieges are shifted.

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