DE1956089A1

DE1956089A1 - Elastische Kupplung

Info

Publication number: DE1956089A1
Application number: DE19691956089
Authority: DE
Inventors: Croset Louis Paul
Original assignee: FORFORS AG
Current assignee: FORFORS AG
Priority date: 1968-12-12
Filing date: 1969-11-07
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3638454A; GB1286476A; CH500401A; FR2025938A1

Description

1958089

gr/30.9.1969

PATENTANWÄLTE Hew i-Sr 122 189·

DR.-ING. WOLFF, H. BARTELS, ^³" ¹~ —

DR. BRANDES, DR. -JNG. HELD
7 STUTTGART-N, LANGE STRASSE 51

F0RF0R5- A.G.-, Baarerstr. 43, 6300 Zug / Schweiz

Elastische Kupplung

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine elastische Kupplung, die zwei koaxiale Kupplungsglieder mit scheiben- . förmigen Flanschen umfasst. Die Flanschen weisen zur Uebertragung der jeweiligen Last bestimmte Nocken auf, die von den Flanschen axial hervorragen, sich allgemein radial erstrecken und in Umfangsrichtung abwechselnd mit .dem Flansch des.einen oder mit demjenigen des anderen der letzterwähnten Glieder verbunden sind. Zwischen den Nocken sind dabei Räume vorhanden, die zur Aufnahme eines aus gummiartigem-Material bestehenden Lastübertragungselementes bestimmt sind, das aus -einem Ringteil und einer derjenigen der letzterwähnten Räume entsprechenden Anzahl äusserer, r.adialer', zur -Uebertragung der jeweiligen Last bestimmter Druckstücke besteht, die eine elliptische Form und allgemein rechteckigen Querschnitt besitzen und zwischen den Nocken der Kupplungaglieder eingepasst sind.

Solche Kupplungen sind sowohl zur horizontalen als auch vertikalen Montage der verbundenen Wellen geeignet, wobei ein Kupplungsglied Naben- und- Flanschteile und das andere K-upplungsglied bloss einen Flanschteil oder beide.Kupplungsglieder bloss Flanschteile besitzen können.

Bekannte Kupplungen dieser Art weisen zwischen dem Ringteil des jeweiligen Lastübertragungselementes und benachbarten Innenflächen der Nocken einen lichten Raum au^:f, wobei zwischen dem Ringteil und den letzterwähnten Nockenflachen kein Berüh-

. . - ι - · ; 009825/1243

rungseingriff besteht. Wenn nun die jeweils die Last übertragenden Druckstücke des Lastübertragungselementes unter dem Druck der Nocken verformt sind, entsteht ein entsprechender Spielraum zwischen den jeweils unbelasteten Druckstücken des Lastübertragungselementes und den Nocken der Kupplungsglieder, wobei der Ringteil und die letzterwähnten Druckstücke des Lastübertragungselementes sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft nach aussen durchbiegen, da nichts vorhanden ist, um einer solchen Durchbiegung entgegenzuwirken. Im praktischen Betrieb entsteht dadurch der schwerwiegende Nachteil, dass das Lastübertragungselement zufolge örtlicher Uebsrbeanspruchungen frühzeitig zerstört wird, so dass die Kupplungen jeweils untragbar überdimensioniert werden müssen. Dementsprechend wurden bisher praktisch nur eher kleine elastische Kupplungen für verhältnismässig kleine Leistungen und zur Uebertragung kleiner Drehmomente gebaut.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun eine elastische Kupplung zu schaffen, die die Nachteile bekannter Kupplungen ■ dieser Art vermeidet und deren Dimensionen mit denjenigen von Zahnkupplungen jeweils"' gleicher Lastübertragungsfähigkeit vergleichbar sind und welche einen Neigungswinkel bis 1/2° aufnehmen kann. ·

Die elastische Kupplung zeichnet sich erfindungsgetnäss dadurch aus, dass jeweils zwischen den elliptischen Druckstücken gelegene Flächen des Ringteiles des Lastübertragungselementes mit entsprechenden Innenflächen der Nocken der Kupplungsglieder dauernd in Brührungseingriff stehen. Die letzterwähnten Druckstücke weisen dabei im Bereich ihrer Verbindung mit dem Ringteil jeweils zwei axiale Ausnehmungen auf, um den Berührungseingriff zwischen den letzterwähnten Ringteilflächen und den entsprechenden Nockeninnenflächen auch bei Verformung unter Last der jeweils belasteten Druckstücke des Lastübertragungselementes aufrechtzuerhalten und die jeweils unbelasteten, die Nocken nicht berührenden Arme des Lastübertragungselementes daran zu behindern, sich zufolge der Zentrifugalkraft nach aussen durchzubiegen. Alle Druckstücke des Lastübertragungselemenverbleiben dabei in ihrer zentrierten Betriebsstellung,

009825/1243

Neben einer erhöhten Lastübertragungsfähigkeit besteht ein erheblicher Vorteil der elastischen Kupplung darin, dass die letzterwähnte Zentrierung des Lastübertragungselementes bzw. dessen Druckstücke durch den Berührungseingriff mit den Innenflächen der Nocken sowohl die Verwendung eines einstückigen Lstübertragungselementes, insbesondere für verhältniss'mässig kleine Kupplungen, als auch die Verwendung eines aus mehreren Segmenten bestehenden Lastübertragungselementes, insbesondere zur wirtschaftlichen Herstellung, Zusammenbau und Instandhaltung relativ grosser elastischer Kupplungen, z.3. solcher für Walz werkantriebe oder ähnliche schwere industrielle Antriebe, er möglicht. Die elastische Kupplung weist übrigens, neben den Vorteilen der Zahnkupplungen, wie z.B. Ausgleich des Wellenver- satzes und axiale Relativbeweglichkeit der '/.'eilen, noch die- .jenigen keiner Schmierung, hoher Stossdäropfungsfähigkeit und geräuschlosen Betriebes auf.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen ela stischen Kupplung kann ein äusseres Kupplungsglied mit einem Hülsenteil und ein inneres Kupplungsglied mit einem in den Hü-1- senteil einführbaren Nabenteil aufweisen. Der Wabenteil kann in eine Bohrung des Hülsenteiles mit einem Gleitsitz- eingepasst sein, um eine genaue Zentrierung der hocken der Kupplungsglieder bezüglich der Druckstücke des Lastübertragungselerr.entes bein-. Einführen der letzterwähnten Nocken zwischen die letzterv\ärnten Druckstücke zu bewirken. Dabei kann vorteilhafter Weise ein Spielraum zwischen dem Nabenteil und dem Hülsenteil in cer He- triebsstellung der Kupplungsglieder vorhanden sein, um den Ausgleich des jeweiligen Wellenversatzes zu ermöglichen.

Die nachfolgende Beschreibung erörtert beispielsweise bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstanaes anhand der Zeichnung. Darin ist:

Fig. 1 eine Schnittansicht, einer für axialen Zusaxrrenbsu bestimmten elastischen Kupplung, wosei der Schnitt entlang der Linie 1-1 der Fig. 2 verläuft,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Kupplung der Fig. 1 entlang * '■'·- ■■ · ■ - der Linie 2-*2 der Fig. 1,

009825/1243 BAD

Ϋ· .

Fig. 2Α und 2B je ein Teilschnitt entlang einem Teilkreis einer elastischen Kupplung, wobei elliptische Druckstücke eines Lastübertragungselementes jeweils in ihrem belasteten bzw. unbelasteten Zustand dargestellt sind,

FJg. 3 eine halbe Endansicht eines Kupplungsgliedes, die zeigt, wie im Querschnitt kreisförmige Flanken benachbarter radialer Nocken des letzterwähnten Gliedes einen gemeinsamen Mittelpunkt besitzen, wobei abwechselnde Nocken von zwei Kupplungsgliedern Räume elliptischen Querschnittes bilden können,

Fig. 4 ein Längsschnitt einer einfachwirkenden elastischen Kupplung, wobei im untreren Figurteil ein äusseres Kupplungsglied gezeigt ist, dessen Bohrung über die Nabe eines inneren Kupplungsgliedes gleitet, um eine genaue wechselseitige Zentrierung bei Zusamenbau der letzterwähnten Glieder zu bewirken,.·

Fig. 5 eine Teilschnittansicht und eine äussere Teilan-. sieht einer doppeltwirkenden elastischen Kupplung, die zur Uebertragung verhältnismässig grosser Lasten bestimmt ist, und -

Fig. 6 eine 5chnittansicht entlang der Linie 6-6 der Fig.5, wobei ein aus sechs gleichen Segmenten bestehendes Lastübertragungselement gezeigt ist.

In Fig. 1 sind zwei identische, konzentrische Kupplungsglieder 10, 11 dargestellt, die mit einem Spielraum 20 auf Wellen 12, 13 montiert sind und Flanschen 14, 15 aufweisen, die radiale Nocken 16, 17 besitzen. Die Nocken 16, 17 der Kupplungsglieder 10, 11 sind in Umfangsrichtung der letzterwähnten Glieder abwechselnd angeordnet, wobei sie zwischen einander elliptische Räume bilden, in welche elliptische Druckstücke IB eines Lastübertragungselementes vorzugsweise mit einem Haftsitz eingepasst sind. Die Druckstücke 18 sind mit einem zentralen Ringteil 19 des Lastübertragungselementes einstückig ausgebildet. Die Flächen 21 zwischen den elliptischen Druckstücken 18 des Lastübertragungselementes stehen mit entsprechenden Innenflächen 21'

009 8 25/12 43

■ . ' ■ S .

■ der Nocken 16, 17 in engem Berührungseingriff. Dadurch sind die_< im Betrieb jeweils unbelasteten, freien Druckstücke 18', die die Flanken 22 der Kupplungsnocken nicht berühren (s.Fig. 2), daran behindert sich zufolge der Zentrifugalkraft nach aussen durchzubiegen. Zwei axiale Ausnehmungen 23 sind ferner im Bereich der Verbindung der elliptischen Druckstücke 18 mit dem Ringteil 19 vorhanden, um die Verformung unter Last der jeweils belasteten Druckstücke IB'' (s. Fig. 2B) derart auszugleichen, dass der letzterwähnte Berührungseingriff zwischen dem Lastübertragungselement und den Innenflächen 21' der Kupplungsnocken l6_r 17 der Kupplungsglieder 10, 11 auch während der, letzterwähnten Verformung dauernd aufrechterhalten bleibt.

In den Figuren 2A und 2B sind die Kupplungsnocken 16,. 17 und die Druckstücke 18 in unbelastetem bzw. belastetem Zustand in Teilschnittansichten dargestellt, die entlang einem Teilkreis 24 verlaufen. Die letzterwähnten Figuren illustrieren dabei den Verformungszustand der jeweils belasteten Druckstücke 18'' und den Spielraum 25, der unter Last jeweils zwischen den unbelasteten Druckstücken 18' des Lastübertragungselementes und .den Nocken 16, 17 der Kupplungsglieder 10, 11 entsteht.

In Fig. 3 sind im Querschnitt kreisförmige, hohle Flanken 26 benachbarter radialer Nocken 17 eines Kupp.lungsgliedes dargestellt. Die Flanken 26 haben im Querschnitt einen gemeinsamen Mittelpunkt 27 auf dem Teilkreis 24, so dass sie im Rahmen einer einzigen. Maschinene'instellung der jeweiligen Kupplungsgrösse entsprechend durch Fingerfräsen oder durch Bohren auf den jeweils erwünschten Durchmesser 29 bearbeitet werden können. Dabei sind zentrale, unbearbeitete lichte Räume 30 vorhanden, die Spielräume für die Enden der Kupplungsnacken 16, 17 und für die Verformung unter Last der Druckstücke 18 bilden (s. Fig. 2B)." Ringteil 19, das leicht breite.r als die Druck.stücke 18 ist, verfügt dabei über einen Spielraum 19' (s. Fig. 1), um den Ausgleich des jeweiligen Wellenversatzes zu ermöglichen.

In Fig. 4 ist eine einfachwirkende Kupplung in ihrer Betriebsstellung auf einer nicht gezeigten Welle dargestellt. 5ie umfasst ein inneres Kupplungsglied 31, ein äusseres Kupplungsglied 32 und ein einstückiges oder segmentförmiges Lastübertra-

00982 57⁵1 2 A3

t956089

gungselement 33, wobei ein Flansch 34 des äusseren Kupplungsgliedes 32 mit einem Flansch 35 einer starren, auf einer.anderen nicht gezeigten Welle angeordnete Halbkupplung 36 verbolzt ist, . Im unteren Teil der Fig. 4 sind die .Druckstücke des Lastübertragungselementes 33 zwischen den Nocken des inneren Kupplungsgliedes 31 angeordnet dargestellt. Das ä.ussere Kupplungsglied 32 besitzt dabei, zwecks dessen genauer Zentrierung während seiner Montage in bezug auf das innere Glied 31, eine Bohrung 37, die mit dem Durchmesser 38 der Nabe des. inneren Kupplungsgliedes 31 eine Gleitsitzpassung bildet, wo dass die Nocken des äusseren Kupplungsgliedes 32 leicht und genau zentriert zwischen die Druckstücke des Lastübertragungselementes 33 eingeführt werden können. Ausnehmungen 39 und 40 mit unter 30 abgeschrägten Enden sind ferner an dem Naben- bzw. Hülsenteil der inneren und äusseren Kupplungsglieder 31 und 32 vorhanden, um den Ausgleich des jeweiligen Wellenversatzes um einen Neigungswinkel bis zu 1/2° zu ermöglichen.

Wie Zahnkupplungen, kann auch die beschriebene elastische Kupplung dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend in zahlreichen Varianten ausgeführt werden. Fig. 5 und 6 zeigen eine doppeltwirkende elasti'öche Kupplung, deren innere und äussere Kupplungsglieder 31 und 32 denjenigen der vorangehend beschriebenen einfachen Kupplung ähnlich sind. Flanschen 34 der äusseren Kupplungsglieder 32 sind miteinander verbolzt. Das Lastübertragungselement der doppelt wirkenden elastischen Kupplung besteht P aus sechs Segmenten 42, deren jedes vier elliptische Druckstücke 43 und einen Ringteil aufweist. Stumpfe Enden der Ringteile der , Segmente 42 sind bei 44 miteinander eng benachbart angeordnet. ;■ Die letzterwähnten Ringteile stehen dabei mit entsprechenden : Innenflächen 45' der Nocken 46 und 47 dei* inneren und äusseren \ Kupplungsglieder 31 und 32 in engem Berührungseingriff. Eine . solche Aufteilung des Lastübertragungselementes in 5egmente ist insbesondere im Falle von Kupplungen grosser Dimensionen vorteilhaft, da sie Herstellung und Zusammenbau der Kupplungen auf wirtschaftliche Weise erlaubt. Nach Einführung der' Lastübertragungselementsegmente 42 zwischen die Nocken der inneren Glieder

00 98 2 5/12 43

31, werden die äusseren Glieder 32 zentriert über die inneren Glieder 31 gleitend montiert. Die Bohrung 37 und der Durchmesser 38 bilden dabei eine Gleitsitzpassung.

Bevorzugterweise kann das einstückige oder aus Segmenten bestehende Lastübertragungselement aus synthetischem Kautschuk, z.B. aus .Butadienacrylnitril hergestellt sein. Die hohe Härte des Butadienacrylnitrils trägt dazu bei,' die Herstellung der beschriebenen elastischen Kupplung mit solchen Dimensionen zu ermöglichen, die mit denjenigen von Zahnkupplungen etwa gleicher Lastübertragungsfähigkeit vergleichbar sind. Dabei kann die Verformung der elliptischen Druckstücke 18, 43 bei höchstzulässiger Dauerlast einer torsionalen Relativdrehung der jeweiligen Kupplungsglieder entsprechen, die etwa 1° bis 2° beträgt.

Die Kupplungsglieder 10, 11, 31, 32 können für kleinere elastische Kupplungen vorzugsweise aus 5tahl als Gesenkschmiede-Stücke oder als Kokillenstahlgussstücke und für mittlere und grosse Kupplungen aus Stahlguss hoher Festigkeit und Zähigkeit hergestellt werden.

Die beschriebene elastische Kupplung besitzt■neben der hohen Lastübertragurigsfähigkeit vergleichbarer Zahnkupplungen sowohl die Vorteile der letzterwähnten Kupplungen, inderr sie den Ausgleich eines jeweiligen Wellenversatzes und eine axiale helätivbeweglichkeit der jeweils verbundenen Wellen gewährleistet, als auch die für elastische Kupplungen typischen Vorteile keiner Schmierung, hoher Stossdämpfungsfähigkeit, Geräuschlosigkeit und Wirtschaftlichkeit in Herstellung und Betrieb.

009825/1243

Claims

Patentansprüche

1. Elastische Kupplung, die zwei koaxiale Kupplungsglieder mit scheibenförmigen Flanschen umfasst, die zur Uebertragung der jeweiligen Last bestimmte Nocken aufweisen, die von den Flanschen axial hervorragen, sich allgemein radial erstrecken und in Umfangsrichtung der Kupplungsglieder abwechselnd mit dem Flansch des einen oder mit dem Flansch des anderen der letzterwähnten Glieder verbunden sind, wobei zwischen den Nocken Räume vorhanden sind, die zur Aufnahme eines aus gummiartigem Material bestehenden Lastübertxagungselementes bestimmt sind, das einen Ringteil und eine derjenigen der letzterwähnten Räume entsprechende Anzahl äussersr, radialer, zur Uebertragung der jeweiligen Last bestimmter Druckstücke besitzt, die eine elliptische Form" und rechteckigen Querschnitt haben und zwischen den Nocken der Kupplungsglieder, eingepasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den elliptischen Druckstöcken (IB) gelegene-Flächen (21) des Ringteiles (19) des Lastübertrag'ungselementes mit entsprechenden Innenflächen (21') der Nocken (16, 17) der Kupplungsglieder (ΙΟ-ill) dauernd in Berührungseingriff stehen, wobei die letzterwähnten Druekstücke im Bereich ihrer Verbindung mit dem Ringteil jeweils zwei axiale Ausnehmungen (23) aufweisen, um den Berührungseingriff zwischen den letzterwähnten Ringteilflächen und den entsprechenden Nockeninnenflächen auch

" ' bei Verformung unter Last jeweils belasteter Druekstücke (IB¹¹) des Lastübertragungselementes'aufrechtzuerhalten und jeweils unbelastete, die Nocken nicht berührende Druekstücke (IB¹) des Lastübertragungselementes zu behindern, sich zufolge der Zentrifugalkraft nach aussen durchzubiegen, so dass alle Druekstücke des Lastübertragiixigselementes dauernd in ihrer zentrierten Betriebssteilung verbleiben. ·

2. Kupplung nach Anspruch 1, wobei ein äusseres Kupplungsglied einen Hülsenteil und ein inneres Kupplungsglied einen in den Hülsenteil einführbaren Nabenteil aufweist, dadurch gekenn-

00982 5/12 43

zeichnet, dass da's Nabenteil (3B)- in ei'ne Bohrung des Hülsenteiles (37) mit einem Gleitsitz eingepasst ist, um eine genaue Zentrierung der Nocken (46, 47) der Kupplungsglieder (31, 32) bezüglich der Druckstücke (33, 43) des Lastübextragungselerr.entes beim Einführen der letzterwähnten Nocken zwischen die letzterwähnten Druckstücke zu bewirken, wobei ein Spielraum (41) zwischen dem Nabenteil und dem Hülsenteil in der Betriebsst.ellung der Kupplungsglieder vorhanden ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastübertragungseleme.nt (IB, 19) einstückig ist. .

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastübertragungselement aus mehreren Segmenten (33, 42, 43) besteht. >

5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstücke (18, 43) des Lastübertragungselementes zwischen den Nocken (16, 17, 46, 47) der Kupplungsglieder (.10, 11, 31, 32) mit einem Haftsitz eingepasst sind.

-S-

0098 25/1243

Leerseite