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Elastische Klauenkupplung Die Erfindung betrifft eine elastische
Klauenkupplung mit zwei im wesentlichen gleich ausgebildeten Kupplungsscheiben,
welche auf ihren einander zugekehrten Scheibenflächen im Bereich der Randzonen wechselweise
ineinandergreifende, untereinander im wesentlichen gleich ausgebildete Klauen aufweisen
wobei zur Aufnahme jeweils eines elastischen Druckkörpers zwischen jeweils zwei
Klauen eine axial verlaufende Kammer vorgesehen ist, die von zwei einander zugekehrten,
im Querschnitt der Kupplung konkav gekrümmt ausgebildeten Seitenflächen zweier benachbarter
Klauen begrenzt ist.
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Bei einer bekannten Kupplung dieser Art sind die KrUmmungshalbmesser
der Seitenflächen der Klauen untereinander gleich groß und außerdem größer als der
halbe, im Kupplungsquerschnitt gemessene Durchmesser der unbelasteten Druckkörper
bemessen.Ferner sind die Krümmungshalbmesser um so viel größer als der halbe Durchmesser
der Druckkörper, daß die Mittelpunkte für die Krümmungshalbmesser außerhalb der
betreffenden Kammer liegen. Demzufolge sind die einzelnen Kammern bei der bekannten
Bauart im Kupplungsquerschnitt relativ schlank ausgebildet, wobei sie in genau radialer
Richtung die größte Abmessung aufweisen. Die in diese Kammern eingelegten elastischen
Druckkörper füllen jeweils den Innenraum der betreffenden Kammer vollständig aus.
Nur zwischen den Stirnflächen der Druckkörper und den Scheibenflächen der Kupplungsscheiben
ist ein geringes Spiel vorhanden.
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Diese bekannte Kupplung besitzt zunächst den wesentlichen Nachteil,
daß ihre Drehelastizität nicht sehr groß und für zahlreiche Anwendungsfälle nicht
ausreichend ist. Der Grund hierfür liegt vor allem darin, daß die Druckkörper die
von den Klauen gebildeten Kammern nahezu vollständig ausfüllen1 und daß den Druckkörpern
somit nur wenig, und zwar nur der zwischen ihren Stirnflächen und den Scheibenflächen
der Kupplungsscheiben vorhandene Raum verbleibt, in den hinein sie sich bei entsprechender
Belastung verformen können. Das Vorhandensein eines derartigen freien Raumes ist
jedoch für eine drehelastische Kupplung unbedingt erforderlich, da selbst hochelastische
Druckkörper dann, wenn sie vollständig und ohne Spiel von den Klauen der Kupplungsscheiben
umschlossen werden, die gleiche Wirkung wie gänzlich unelastische Druckkörper besitzen.
Die bekannte Klauenkupplung ermöglicht den Druckkörpern zwar ein geringfügiges Verformen
in axialer Richtung. Dieses Verformen ist jedoch aufgrund der Ausbildung der bekannten
Kupplung, insbesondere ihrer Druckkörper und Kammern sowie wegen des fehlenden radialen
Spiels nur relativ gering, so daß die Drehelastizität der gesamten Kupplung aus
diesem Grunde nicht sehr groß ist.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Kupplung ist der daß der Verschleiß
der Druckkörper verhältnismäßig stark ist.
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Der Grund hierfür liegt wiederum in der Ausbildung der Druckkörper
und ihrer Kammern, die keinen radialen Spielraum offenlassen.
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Aufgrund dieser Ausbildung kommt es schon bei geringen Fluchtfehlern
der miteinander zu kuppelnden Wellen, insbesondere dann, wenn diese seitlich oder
in der'Höhe versetzt zueinander verlaufen, zu hohen Flächenpressungen zwischen den
Mantelflächen der Druckkörper und den Seitenflächen der Klauen. Da die Klauen in
einem solchen Fall sich ständig in radialer Richtung wechselweise gegeneinander
bewegens wechselt auch die Belastungsrichtung der Druckkörper ständig, Da-bei haben
diese nicht einmal die Möglichkeit, etwas in radialer Richtung auszuweichen, Infolgedessen
ist
der Verschleiß der Druckkörper bei der bekannten Klauenkupplung beträchtlich, wodurch
ein entsprechend häufiger Wechsel der Druckkörper erforderlich wird. Ein derartiger
Wechsel der Druckkörper ist in aller Regel mit einem erheblichen Aufwand an Arbeitszeit
und Kosten verbunden, insbesondere dann, wenn zum Auswechseln der Druckkörper die
beiden Kupplungsscheiben in axialer Richtung auseinandergezogen werden müssen, was
in zahlreichen Fällen nur durch Verschieben mindestens eines der miteinander gekuppelten
Maschinenaggregate möglich ist. Ferner bewirkt das geringe Spiel der Druckkörper
in den Kammern nicht nur einen größeren Verschleiß der Druckkörper, sondern hat
auch zur Folge, daß die bekannte elastische Kupplung bei Fluchtfehlern der zu kuppelnden
Wellen diese bzw. deren Lager erheblich belastet.
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Die Möglichkeit der bekannten Kupplung, Fluchtfehler auszugleichen,
ist infolge des geringen Spiels der Druckkörper und wegen ihrer daher geringen Verformungsmöglichkeiten
ebenfalls nur gering. Vor allem dann, wenn die Achsen der miteinander zu kuppelnden
Wellen parallel versetzt zueinander verlaufen, erweist sich die bekannte Kupplung
als zu starr und verursacht erhebliche Beanspruchungen von Wellen und Lagern sowie
von anderen Teilen der miteinander gekuppelten Maschinenaggregate.
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Darüber hinaus erzeugt die bekannte Klauenkupplung noch eine bedeutende
Druckkraft, mit der die Wellen, die Lager und die anderen Teile der miteinander
zu kuppelnden Maschinenaggregate in axialer Richtung belastet werden. Diese Druckkraft
entsteht durch das Abstützen der Stirnflächen der Druckkörper an den einander zugekehrten
Scheibenflächen der Kupplungsscheiben, Das Abstützen erfolgt dann, wenn die Druckkörper
der bekannten Kupplung unter der Einwirkung der zu übertragenden Drehmomente sich
in axialer Richtung verformens da eine Verformung in radialer Richtung aufgrund
des fehlenden Spielraumes in radialer Richtung nicht möglich ist.
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Schließlich besitzt die bekannte Kupplung noch den Nachteils daß
das Zusammensetzen der Kupplung aufgrund des fehlenden radialen Spiels erheblich
erschwert wird. Die Montage kann deshalb nur dann durchgeführt werden, wenn die
Klauen beider Kupplungsscheiben und die Druckkörper genau in Betriebsstellung zueinander
gebracht, insbesondere in radialer Richtung, ausgerichtet sind, Erst dann können
die Klauen der Kupplungsscheiben in die entsprechenden Zwischenräume zwischen jeweils
zwei Druckkörpern eindringen. Erfolgt das hierzu notwendige Verschieben der Kupplungsscheiben
und ihrer Klauen zueinander hin bereits dann, wenn die miteinander zu kuppelnden
Wellen nicht genau ausgerichtet sind, so kommt es wegen des fehlenden radialen Spiels
zu einem Verkanten und Verklemmen zwischen den Klauen und den Druckkörpern, was
häufig auch zu Beschädigungen der Druckkörper führt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine elastische Klauenkupplung
zu schaffen, der die vorstehend behandelten Nachteile nicht anhaften und die wesentlich
bessere Betriebseigenschaften als die bekannte Klauenkupplung besitzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den
die Kammern begrenzenden Seitenflächen der Klauen und dem unbelasteten Druckkörper
einer jeden Kammer in der in radialer Richtung äußeren Kammerhälfte ein etwa mondsichelförmiger
Spaltraum vorhanden ist, dessen in radialer Richtung breiteste Stelle etwa im Bereich
der radial verlaufenden Mittelachse der Kammer angeordnet ist. Hierdurch wirdzunächst
erreichte daß die erfindungsgemäße Kupplung gegenüber der bekannten Bauart eine
wesentlich größere Drehelastizität besitzt, Diese ergibt sich vor allem deshalb,
weil durch das Vorhandensein des mondsichelförmigen Spaltraumes zwischen den Mantel
flächen der Druckkörper und den Seitenflächen der Kammern ein verhältnismäßig großer
freier
Raum zur Verfügung stehts in den hinein sich die Druckkörper auch in radialer Richtung
elastisch verformen können, Die Druckkörper sind also nicht mehr wie bei der bekannten
Kupplung nur auf den freien Raum zwischen ihren Stirnflächen und den einander zugekehrten
Scheibenflächen der Kupplungsscheiben angewiesen, sondern sie besitzen durch die
erfindungsgemäße Ausbildung einen zusätzlichen Raum für eine Verformung in radialer
Richtung. Es können somit die beiden Kupplungsscheiben der erfindungsgemäßen Kupplung
wesentlich weiter gegeneinander verdreht werden als dies bei der bekannten Kupplung
möglich ist, was in zahlreichen Anwendungsfällen, insbesondere zum Dämpfen von Drehschwingungen
und zum weichen Anlaufen und Bremsen, erwünscht und erforderlich ist.
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Außerdem ist die erfindungsgemäße Kupplung aufgrund der besonderen
Ausbildung der Kammern in der Lage, beträchtliche Fluchtfehler der miteinander gekuppelten
Wellen auszugleichen, was vor allem deshalb von Bedeutung iSt. weil sich derartige
Fluchtfehler in der Praxis niemals ganz vermeiden lassen Die bei Fluchtfehlern,
insbesondere bei seitlich oder in der Höhe versetzt zueinander verlaufenden Wellen,
auftretenden Relativbewegungen der beiden Kupplungsscheiben und ihrer 1(1 auen in
radialer Richtung können bei der erfindungsgemäßen Kupplung ohne unzulässig hohe'Flächenpressungen
zwischen den Druckkörpern und den Klauen der Kupplungsscheiben besonders weitgehend
ausgeglichen werden0 Auch dies wird durch den erfindungsgemäßen mondsichelförmigen
freien Spaltraum erreicht, in den hinein sich die Druckkörper radial verformen können.
Dabei werden durch die radialen Bewegungen der Kupplungsscheiben und ihrer Klauen
bei seitlich oder in ihrer Höhe versetzt zueinander verlaufenden Wellenenden die
Druckkörper im Bereich ihrer Mantelflächön kaum noch elastisch verformt - was allenfalls
noch aufgrund des Drehmomentes erfolgt - sondern es kommt vor allem zu einer Art
Abrollbewegung,
welche die Flächenpressung und damit den Verschleiß
der Druckkörper gering hält. Auch entfällt der bei der bekannten Kupplung auftretende
Axialschub und die hierdurch verursachte Belastung der Wellenlager und anderen Teile
der zugeordneten Maschinenaggregate, weil die Druckkörper sich wegen des relativ
großen radialen Spiels zwischen ihren Mantelflächen und den Seitenflächen der Klauen
nicht mehr so weit in axialer Richtung verformens daß ein Axialschub entsteht. Dardber
hinaus wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung auch der Zusammenbau der Kupplung
erleichtert, und zwar vor allem deshalb weil die Druckkörper beim Zusammenschieben
der Kupplungsteile aufgrund des vorhandenen radialen Spiels besser den Klauen ausweichen
können Ein Verklemmen und Verkanten, vor allem aber ein Beschädigen der Druckkörper,
wird hierdurch weitgehend vermieden. Schließlich weist die erfindungsgemäße Kupplung
noch den Vorteil auf, daß sie sich ohne Kopierfräsen herstellen läßt, was eine w:£rtschaftlichere
Fertigung ermöglicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch in der
in radialer Richtung inneren KamnerhAl.fte, u mindest im Bereich der radial innenliegenden
Kopf- bzw. Fuß abschnitte der Klauen, zwischen diesen und dem unbela3teten Druckkörper
jeweils ein etwa mondsichelförmiger Spaltraum vorhanden. Dieser ist in aller Regel
zwar kleiner ausgebildet als der in radialer Richtung außenliegende mondsichelförmige
Spalt raum und gegebenenfalls durch einen Verbindungsabschnitt zwiscN dem Druckkörperund
einem die Druckkörper haltenden elastischen Ring unterteilt t aber auch dieser kleinere,
innenliegende Spal raum ermöglicht eine Verformung der Druckkörper in radialer Richtung
und vergrößert somit die Vnrformung8mbglichkei-tens was eine weitere Vergrößerung
der Drehelastizität bedeutet,
Bei einer Kupplung, bei welcher die
Seitenflächen der Klauen Krümmungshalbmesser besitzen, die untereinander gleich
groß, jedoch größer als der halbe, im Kupplungsquerschnitt gemessene Durchmesser
der unbelasteten Druckkörper bemessen sind, ist es vorteilhaft, wenn die Mitelpunkte
für die Krümmungshalbmesser der Seitenflächen innerhalb des Bereiches der betreffenden
Kammer und auf einem Teilkreis liegen, welcher größer ist als der Teilkreis auf
dem die Mittelpunkte der im Kupplungsquerschnitt kreisrunden, unbelasteten Druckkörper
angeordnet sind.
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Bei einer solchen Anordnung der Mittelpunkte für die Krümmungshalbmesser
entsteht eine besonders günstige Form der Kammern, wobei sich die bereits erwähnten
Vorteile in besonderem Maße sowohl beim Betrieb der Kupplung als auch bei deren
Fertigung ergeben. Hierbei ist es empfehlenswert, wenn im Kupplungsquerschnitt die
beiden Verbindungslinien zwischen den zwei Mittelpunkten der Krümmungshalbmesser
einer Kammer und der Drehachse der Kupplung einen Winkel von etwa 2 bis 150. vorzugsweise
von etwa 4 bis sol zwischen sich einschließen. Außerdem empfiehlt es sich, den Teilkreisdurchmesser,
auf dem die Mittelpunkte der Krümmungshalbmesser liegen, um etwa 1 bis 10 %, vorzugsweise
2 bis 4 %t größer als den Teilkreisdurchmesser der Druckkörpermittelpunkte zu bemessen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Krümmungshalbmesser etwa gleich dem 0,4-
bis 0,8-fachen, vorzugsweise etwa gleich dem 0>6-fachen, des Durchmessers der
unbelasteten Druckkörper zu bemessen, Die vorerwähnten Abmessungsverhältnisse haben
sich, wie die praktische Erprobung gezeigt hat, in besonderer Weise bewährt, und
zwar sowohl hinsichtlich des Betriebes der Kupplung als auch bezüglich ihrer Fertigung.
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Im allgemeinen empfiehlt es sich die Druckkörper in an sich bekannter
Weise zylinderförmig auszubilden. Es ist jedoch auch möglich, anstelle von Druckkörpern
mit rein zylindrischer Form solche mit Tonnenform oder einer anderen Ausbildung
zu verwenden,
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Klauenkupplung in auseinandergezagenem
Zustand und perspektivischer Darstellung; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II
der Fig. 1 in zusammengebautem Zustand.
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In Fig. 1 ist mit 1 und 2 jeweils eine Nabe bezeichnet, die auf eine
nicht dargestellte Welle eines Maschinenaggregates aufziehbar ist. Die Naben 1 und
2 bes-itzen Kupplungsscheiben 3 und 4, die auf ihren einander zugekehrten, mit 5
und 6 bezeichneten Scheibenflächen im Bereich ihrer Randzonen untereinander gleich
ausgebildete Klauen 7 und 8 aufweisen.
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Die Klauen 7 und 8 sind in solcher Weise angeordnet, daß sie dann,
wenn die Naben 1 und 2 bzw. die Kupplungsscheiben 3 und 4 zueinander hingeschoben
sind, wechselweise ineinandergreifen.
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Zwischen den wechselweise ineinandergreifenden Klauen 7 und 8 bilden
sich aufgrund der Ausbildung der Klauen 7 und 8 in zusammengeschobenem Zustand der
Kupplung axialverlaufende, im wesentlichen zylindrische Kammern, die von jeweils
einer Seitenfläche 9 einer Klaue 7 und einer zweiten Seitenfläche 10 einer Klaue
8 gebildet sind.
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In die durch jeweils eine Seitenfläche 9 bzw. 10 sowie durch die
einander zugekehrten Scheibenflächen 5 und 6 begrenzten Kammern sind Druckkörper
11 eingelegt. Sie besitzen ebene Stirnflächen lla, die etwa parallel zu den Scheibenflächen
5 und 6 der Kupplungsscheiben 3 und 4verlaufen. Die Druckkörper 11 sind einstückig
mit einem Ring 12 ausgebildet, durch den sie zusammengehalten werden. Die Druckkörper
11 und der Ring 12 bestehen aus einem elastischen Werkstoff, wie z.B, Gummi oder
einem elastischen Kunststoff.
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In Fig. 2 sind zwei einander benachbarte Klauen 7 und 8 im Schnitt
zu erkennen. Außerdem zeigt Fig. 2 die Querschnittsform der Druckkörper 11, die
jedoch nicht geschnitten dargestellt sind. Deutlich erkennt man in Fig. 2 ferner
den mondsichelförmigen Spaltraum 13 im Bereich der in radialer Richtung äußeren
Kammerhälfte. Außerdem ist erkennbar, daß in der in radialer Richtung inneren Kammerhälfte
im Bereich der radial innenliegenden Kopf- bzw. Fußabschnitte der Klauen 7 und 8
zwischen diesen und dem unbelasteten Druckkörper 11 jeweils ein etwa mondsichelförmiger
Spaltraum 14 vorhanden ist.
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Zur Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse ist die Mittelachse
der Kammer eingetragen und mit A bezeichnet.
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Die Mittelachse A der Kammer geht durch die Drehachse der Kupplung,
die in Fig, 2 als Schnittpunkt D dargestellt ist. Im Bereich der Kammer liegen die
Mittelpunkte M1 und M2 der Krümmungshalbmesser », die untereinander gleich groß
sind und welche ebenfalls eingetragen sind. Die Mittelpunkte M1 und M2 der Krtmmungshalbmesser
r liegen auf einem Teilkreis, dessen Durchmesser K1 um etwa 2 bis 4 % größer ist
als der mit K2 bezeichnete Durchmesser des Teilkreises, auf dem die Mittelpunkte
M3 der Druckkörper 11 angeordnet sind. Der Durchmesser d der Druckkörper 11 ist
ebenfalls eingezeichnet. Dieser ist kleiner als das Doppelte der Krummungshalbmesser
r. Verbindet man die Mitelpunkte M1 und M2 der Krümmungshalbmesser r mit der Drehachse
D der Kupplung, so schließen diese beiden Verbindungslinien einen Winkel Cc von
etwa 4 bis 80 zwischen sich ein.