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Elastische Zahnkupplung !Die Erfindung betrifft eine elastische Zahnkupplung
mit einem Kuppelstern, mit einer koaxial um den Kuppelstern herum ange@rinetern
rfup:je1uii\e und mit Zähnen aus elastischem Material, die mit ihren Füßen in lunten
in dem Kuppelstern der in der Zu@@elmuffe befestigt sind und mit ihren Köpfen in
Ausnehmungen des underen Kupplungsteils/eingreifen.
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Derartige elastische Zannkupplungen sind bekannt. Bei den bekannten
elastischen Zahnkupplungen (vgl. z.B. die DAS 1 267 480) erfolgt die Befestigung
des Zahnfußes an einem Kuplungsteil über eine Schwalbenschwanzverbindung; d.h. die
Nut für den Zahnfuß und der Zahnfuß haben einen trapezförmigen Querschitt, wobei
die längere Grundseite des Trapezes im Innern des jeweiligen Kupplungsteils liegt.
Maßgebend für diese Ausgestal-@ung ist offenbar die Überlegung, den Zahn gegen etwa
auftretenae Radialkräfte in seiner Nut zu halten, insbesondere wenn der Zahnfuß
im Kuppels@ern befestigt ist. Dabei wird der Nachteil in Kauf genommen, daß einmal
die schwalbenschwanzförmige Nut nicht in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann,
und daß zum anderen das Einbringen des Zahnfußes in die Nut nur von der Stirnseite
der Kupplung her in Axialrichtung erfolgen kann.
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Der Erfindung liegt folgende grundsätzliche Erkenntnis zugrunde:
An den Zähnen einer Zahnkupplung treten bei Übertragung eines Drehmoments nur Tangentialkräfte
auf.-Radialkräfte - können nur in Form von Fliehkräften auStreten. Diese Radialkräfte
haben bei in der Kuppelmuffe vbefestigten Zähnen/keine Wirkung, da sie den Zahnfuß
weiter in die Nut der Kuppelmuffe
zu drücken versuchen. Aber auch
bei Befestigung des Zahns in dem Kuppelstern können die Radialkräfte nichts ausrichten,
da sie den Zahnkopf lediglich gegen die Ausnehmung in der Kuppelmuffe zu drücken
suchen, was erwünscht ist, da der Zahnkopf bei Übertragung eines Drehmoments möglichst
mit der ganzen Fläche in der ausnehmung der Kuppelmuffe anliegen soll.
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Hinzu kommt, daß die bei einer Schwalbenschwanzverbindung größere
Berührungsfläche zwischen dem Zahnfuß und der Nut für die Drehmomentübertragung
ohne Bedeutung ist, da für die Drehmomentübertragung nur die Fläche senkrecht zu
den tangential angreifenden Kräften, die das Drehmoment hervorrufen, als wirksame
Fläche für die Auslegung der Kupplung zu berücksichtigen ist.
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Die Erfindung verfolgt den Zweck, elastische Zahnkupplungen der eingangs
genannten Art zu verbessern. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Nuten für die Aufnahme
der Zahnfüße so auszugestalten, daß sie wesentlich einfacher hergestellt und die
Zähne leichter in die Nuten eingebracht werden können, ohne daß dabei an der Funktionsfähigkeit
und -sicherheit etwas geändert wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese aufgabe dadurch gelöst, daß die Nuten
für die Aufnahme der Zahnfüße im Querschnitt Rechteckform aufweisen. Bei der elastischen
Zahnkupplung nach der Erfindung weist jede Nut für einen Zahnfuß in einem Querschnitt
senkrecht zur Kupplungsachse also Rechteckform auf; die gesamte Nut hat die Form
eines Quaders. Hierdurch ergibt sich gegenüber Nuten in Schwalbenschwanzform einmal
eine wesentliche Vereinfachung dadurch, daß die Nuten in einem Arbeitsgang gefertigt
werden können; zum anderen dadurch, daß die Zahnfüße in Radialrichtung in die Nuten
gedrückt und - bei Überholung der Kupplung - aus ihnen entfernt werden können, was
wesentlich einfacher ist als ein Durchziehen der Zahnfüße Axialrichtung durch die
Nut. Hinzu kommt, daß für
die übertragung der Drehmomente die wirksame
Fläche des Zahnfußes genau senkrecht zu den angreifenden Kräften an der Nutenwand
anliegt. Die Gefahr des Herausdrückens eines Zahns aus der Nut, die ohnehin nur
bei solchen Kupplungen bestehen könnte, bei denen der Zahnfuß im Kuppelstern befestigt
ist, bestelzt nicht, da der Fuß aus elastischem Material besteht und unter Vorspannung
in die Nut eingebracht wird und da der Zahnkopf beim Umlauf der Kupplung an der
Ausnehmung des gegenüberliegenden- Kupplungsteils anliegt, so daß eine Bewegung
in Radialrichtung unmöglich wird.
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In Ausgestaltung der Erfindung sind in die Nuten Zähne unterschiedlicher
Länge einsetzbar. Bei dieser Ausgestaltung ist die Nut von vornherein so beschaffen,
daß in sie Zähne unterschiedlicher Länge eingesetzt werden können, und zwar angefangen
von einer wirtschaftlich sinnvollen kleinsten Länge bis zu einer Länge, die gleich
der Länge der Nut ist. Zähne mit der kleinstmöglichen länge ergeben das geringste
hbschermomen-t, Zähne mit der größtmöglichen Länge das größte Abschermoment für
die Kupplung. Innerhalb dieser Grnzen kann die Kupplung noch an ihrem Einsatzort
für ein anderes Abschermoment dimensioniert werden, was sie insbesondere als Sicherheitskupplung
für unterschiedlichste Belastungen geeignet macht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: in schematischer Darstellung
Fig. 1 einen Querschnitt einer elastischen Zahnkupplung, ei der die Zahnfüße im
Kuppelstern befestigt sind und die Ausnehmungen für die Aufnahme der Zahnköpfe Trapezquerschnitt
aufweisen; Fig. 2 einen sektorförmigen Ausschnitt aus einem Querschnitt einer elastischen
Zahnkupplung mit einer Zahnausbildung wie in Fig. 1 jedoch mit in der Kuppelmuffe
befestigten Zahnfüßen;
Fig. 3 einen sektorförmigen Ansschnitt/aus
einem Querschnitt einer elastischen Zahnkupplung, sei der die Füße im Kuppelstern
befestigt sind und die Ausnehmungen für die Aufnahme der Zahnköp@e Kreissegmentquerschnitt
aufweisen; Fig. 4 einen sektorförmigen Ausschnitt aus eineni Querschnitt einer elastischen
Zahnkupplung mit einer Zahnausbildung wie in Fig. 3, jedoch mit in der Kuppelmuffe
befestigten Füßen; Fig. 5 einen Axialschnitt eines Zahns, der in eine Flansc@-kupplung
eingebaut ist.
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Die elastische Zahnkupp@ung besteht aus einem Kuppelstern 1, dessen
äußere Oberfläche im wesentlichen die Form eines Zylindermantels aufweist, und einer
zu dem Kuppelstern 1 koaxial angeordneten, über den Kuppelstern 1 geschoben Kuppelmuffe
2, deren innere Oberfläche im wesentlichen die Form eines Zylindermantels aufweist.
Zwischen Kuppelstern 1 und Kuppelmuffe 2 ist ein Luftspalt 3 vorhanden. Die TJbertragun&-.
ines Drehmoments von dem Kuppelstern -1 auf die Kuppelmuffe 2 oder umgekehrt erfolgt
mit hilfe von Zähnen 4 aus elastischem Material, in der kegel aus Kunststoff oder
Gummi, Zur Aufnahme der Zähne 4 weist der Kuppelstern 1 - Fig. 1, 3 und 5 - oder
die Kuppelmuffe 2 - Fig. 2 und 4 - Nuten 5 auf, in denen je ein Zahnfuß 6 befestigt
ist. auf der öhe je einer Nut 5 weisen dir Kuppelmuffe 2 - Fig. 1, j' und 5 - oder
der Kuppelstern 1 - Fig. 2 und 4 - je eine Ausnehmung '/ auf, in die jeweils ein
Zahnkopf 8 eingreift.
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Jede Nut 5 weist im Querschnitt senkrecht zur Kupplungsachse Rechteckform
auf; sie hat insgesamt die Form eines Quaders.
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Entsprechend nimmt der Zahnfuß 6 nach dem Einbringen indie Nut 5 Quaderforin
an. Dagegen@sind die ausnehmungen 7 unterschiedlich ausgebildet: Jede Ausnehmung
weist entweder im Querschnitt senkrecht zur Kupplungsachse Trapezform - Fig. 1
und
2 - oder Kreissegmenfform - Fig. 3 und 4 - auf. Für diese Ausnehmungen sind auch
andere Querschnitte, z.B. Ellipsense@mente, denkbar. Die Zahnköpfe 8 sind in ihrer
Ausbildung den Ausnehmungen 7 angepaßt, sie haben lediglich einen im Vergleich zu
den husnehmungen 7 geringfügig kleineren Querschnitt, der gewährleistet, daß die
Kupplungsteile bei der Mon@tage ohne Störung in Axialrichtung übereinander geschoben
werden können.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Zähne
4 Teil einer Flanschkupplung sind, ist die Kuppelmuffe 2 - hier auch als Flanschmuffe
bezeichnet - über nicht im einzelnen dargestellte Schraubverbindungen 11 mit einer
Flanschnabe 12 verbunden. An der der Flanschnabe 12 abgewandten Seite ist die Kuppelmuffe
2 durch einen Ring 13 begrenzt.
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Die in dem Kuppelstern 1 - hier auch als Treffer bezeichnet -vorgesehenen
Nuten 5 nehmen jeweils einen der Zähne 4 auf.
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Die Zähne 4 haben im Ausführungsbeispiel eine geringere Länge als
die Nuten 5. In die Nut 5 können auch Zähne 4 eingebracht werden, die die gesamte
Nut ausfüllen. Die maximale Länge der Zähne 4 ist durch die Länge der Nut 5 bestimmt,
der die Kuppelmuffe 2 mit dem an ihrem freien Ende nach innen ragenden Ring 13 angepaßt
ist. Durch eine bestimmte Länge der Zähne 4 ist ein bestimmtes Abschermoment der
Kupplung bestimmt. Dieses Abschermoment kann durch die Verwendung anderer Zahnlängen
verändert werden. Es ergibt sich so die Möglichkeit, noch am Ort des Einsatzes der
Kupplung das Abschermoment zu bestimmen, was insbesondere von Bedeutung ist, wenn
die Kupplung als Sicherheitskupplung arbeiten soll.
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Herstellung und Montage der elastischen Zahnkupplung nach der Erfindung
sind denkbar einfach: Die Nuten 5 für die Aufnahme der Zahnfüße 6 werden in den
Kupplungsstern 1 - Fig. 1 , 3 und 5 - oder die Kuppelmuffe - Fig. 2 und 4 - in einem
Ärbei gang eingearbeitet, z.B. eingefräst; ebenso die Ausnehmungen 7
in
dem jeweils anderen Kupplungsteil. Es entfällt das Nacharbeiten der Nutenwände,
wie es bei schwalbenschwanzförmigen Nuten notwendig ist. Sodann werden die Zähne
4 mit ihren Füßen 6 in Radialrichtung in die Nuten 5 gedrückt. Danach braucht nur
noch die Kuppelmuffe 2 koaxial über den Kuppelstern 1 geschoben zu werden, und gegebennfalls
der Ring -13 auf die Stirnfläche der Kuppelmuffe 2 aufgesetzt zu werden und die
Kupplung ist einsatzbereit. Ebense erfolgt das Auswechseln von Zähnen durch Ansetzen
eines Werkzeugs zwischen dem Grund der Nut 5 und der Sohle des Fußes 6, wonach die
Zähne 4 aus der Nut 5 in Radialrichtung herausgedrückt werden können. Es entfällt
das mühsame Einbringen und Austreiben der Zähne in Axialrichtung, wie es bei schwalbenschwanzförmiger
Ausbildung der Nuten und Zahnfüße n@twendig ist.
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Neben der Länge der Zähne ist auch die Zahl der Zähne für das zu übertragende
Drehmoment von Bedeutung, Aus Gründen der einfacheren Darstellung wurden im Ausführungsbeispiel
nach Fig.
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1 vier Zähne 4 gewählt. Wie Fig. 5 zeigt, braucht der Kuppelstern
1 auch nicht - wie in den Fig. 1 bis 4 aus Gründen der Einfachheit geschehen - Teil
eines vollen Wellenstumpfs zu sein, vielmehr kann er die Form einer auf einen Wellenstumpf
aufzubringenden Kuppelmuffe oder-hülse aufweisen.
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Die elastische Zahnkupplung nach der Erfindung kann überall dort eingesetzt
werden, wo zwei Maschinenelemente durch eine formschlüssige Wellenkupplung drehfest
miteinander verbunden werden müssen. Die Zahnkupplung kann außer als Flanschkupplung
- vgl. Fig. 5 - auch als Steck- oder Verschiebekupplung ausgebildet sein.