DE19804088C1 - Ausgleichkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichkupplung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellenpaaren nicht genau fluchtender oder im Betrieb sich ändernder Achslagen.

Es sind bereits Kupplungen bekannt, die in der Regel aus einem festen zylindrischen Körper mit einer hindurchführenden Längsachse bestehen. Zur Erreichung gelenkartiger Eigenschaf­ ten werden quer zur Längsachse schlitzartige Ausnehmungen, die sich entweder gegenüber­ liegen oder versetzt angeordnet werden, wie beispielsweise aus der DE 37 19 900 A1 ersicht­ lich, eingebracht, so daß zwischen den Schlitzen relativ dünne Materialabschnitte als Stege verbleiben. Diese Stege bewirken eine Federwirkung und dienen zum Ausgleich der axialen und radialen Fehlausrichtung. Weiter Lösungen der genannten Art sind in der DE 38 11 046 C2, der DE 24 33 282 A1 und der DE 37 40 707 A1 enthalten.

Es ist auch eine Kupplung nach der DE 42 15 725 A1 zum drehsteifen Verbinden zweier Wellen bekannt, die an ihren Anschlußstellen ein verbindendes torsionssteifes, elastisches Verbindungsglied aufweist. Dieses als Kunststoffspritzgußteil hergestellte Verbindungsglied setzt sich aus einer Vielzahl von im Axialabstand angeordneten parallel zueinander und quer zur Verbindungsgliedachse ausgerichtete Lamellen zusammen.

Gleichfalls wurde die Konstruktion einer Kupplung in der Zeitschrift "Der Konstrukteur" 10/97 S. 56 veröffentlicht, wo in einfache hohlzylindrische Drehteile an vorausberechneten. Stellen Schlitze eingebracht sind, so daß sich entsprechende Freiheitsgrade zum Ausgleich nicht fluchtender Wellen ergeben. Eine äußerst kompliziert und aufwendige Lösung, die eine starre und flexible Verbindung von Wellen ermöglicht, wird in der DE-OS 15 75 474 beschrieben. Sie besitzt auf zwei zu verbindenden Elementen zwei Endorgane mit geformten Kuppelflä­ chen, eine Reihe von Zwischenringen, die zwischen diesen Endorganen gelegt sind, mit ge­ formten Kuppelflächen um die Ringe aneinander und an die beiden Endorgane zu kippen, die sich voneinander entfernen können. Eine axiale flexible Zugstange dient hierbei dazu, die beiden Endorgane gegeneinander zu ziehen und die ringförmigen Organe anzuziehen unter Versteifen der Kupplung, gegen die Wirkung einer oder mehrerer Federn, die die beiden End­ organe auseinander drücken.

Ferner beinhaltet die EP 0215725 B1 eine elastische Kupplung, welche zwei gegenseitigen Ab­ stand aufweisende Übertragungsteile zum Übertragen der Drehkraft aufweist und wo wenig­ stens ein Biegeelement zwischen den Übertragungsteilen mit Abstand angeordnet ist.

Zwischen den eine axiale Dicke aufweisenden Biegeelementen sind Distanzglieder zur Kraftübertragung vorgesehen.

Der generelle Nachteil des beschriebenen Standes der Technik besteht insbesondere darin, daß diese Lösungen in ihrem Aufbau so konstruiert sind, daß durch die Gestaltung der im Regel­ fall hintereinander versetzt angeordneten Schlitze bzw. deren als Stege verbliebenen Material­ abschnitte, bezogen auf das zu übertragende Drehmoment, Querkräfte zur Drehachse erzeugt werden. Sind die Schlitze dabei im Sinne eines Schraubschlitzes ausgeführt, neigen diese da­ zu, sich, ähnlich eines Wendels, aufzuziehen und erzeugen so in der Kupplung axial uner­ wünschte Verspannungen, die sich auf die angeschlossenen Maschinenelemente übertragen. Das heißt, bei allen untersuchten Kupplungsausführungen sind die Schlitze/Nuten nicht in einer solchen Weise eingeschnitten, daß ein optimaler Kraftfluß zwischen den zu verbinden­ den Wellenenden erfolgt.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Ausgleichkupplung zu schaffen, die axiale und radiale Ausrichtungsfehler ausgleicht und einen optimalen Kraftfluß zwischen den zu verbindenden Wellenenden ermöglicht.

Diese, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Ausgleichkupplung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupt­ anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß trotz Ausgleichung axialer und radialer Aus­ gleichfehler, auch bei Eintritt ruckartiger Momente, die Kupplung insbesondere durch die Ein­ bringung der Querschlitze und der damit entstandenen kreissegmentartigen Teilung, diese sta­ bil bleibt und der sogenannte Schraubenfedereffekt ausgeschlossen wird, das heißt, die Dreh­ momente sind uneingeschränkt übertragbar.

Ferner kann durch die Anordnung der in einer axialen Ebene liegenden Federelemente mit den entstandenen Verbindungsstegen, bei einem eventuellen Bruch der Federelemente, das Dreh­ moment der Anlage im Notlauf weiter übertragen werden. Ebenso dient der als Vollring aus­ gebildete neutrale Zwischenring dazu, daß die Schlitze für die jeweils folgenden Federele­ mente als Kräftepaar im Winkel versetzt, einbringbar sind, so daß damit die axiale Schwin­ gungsfrequenz verringert und die inneren Kräfte der Kupplung symmetriert werden.

Durch die konstruktive Gestaltung der Kupplung besteht die Möglichkeit, diese sowohl aus Kunststoff, Verbundstoffen als auch aus Stahl bzw. aus nichteisenmetallischen Legierungen zu fertigen. Gleichfalls damit verbunden ist die Herstellung der Kupplung als Gußteil, durch spanabhebende erodierende oder durch wasserstrahlschneidende Verfahren. Ebenso ist die Fertigung uneingeschränkt in allen anfallenden Größen möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgen­ den näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Ausgleichkupplung

Fig. 2 einen Schnitt aus Fig. 1

Fig. 3 eine Darstellung nach Fig. 1 mit der Anordnung eines Nabenelementes zur Verbin­ dung zweier Wellen

Fig. 4 einen Schnitt zur Darstellung eines Querschlitzes in konischer Form

Fig. 5 eine Seitenansicht der Ausgleichkupplung unter Verwendung einer klauenartig aus­ gearbeiteten Verbindung zwischen Federteil und Kupplung

Fig. 6 einen Schnitt nach Fig. 5

Die Ausgleichkupplung nach Fig. 1 besteht aus einem zylindrischen Rohrkörper 1 in dem quer zu seiner Längsachse 2 jeweils zwei sich gegenüberliegende Federelemente 3 entstehen, indem vier sich gleichfalls gegenüberliegende Schlitze 4 eingebracht werden. Die Schlitze 4 sind dabei so weit eingearbeitet, daß sich durch das zwischen den Unterkanten der Schlitze 4 verbliebene Material Verbindungsstege 5 ausbilden.

Ferner werden die seitlichen Schlitze 4, welche das Federelement 3 zwischen sich bilden, jeweils soweit überdeckend, in Umfangrichtung, eingearbeitet, daß ein axialer Querschlitz 6 den Verbindungssteg 5 derart öffnet, daß sich je eine Hälfte einer kreissegmentartigen Ver­ bindung 7 nach Fig. 2 zwischen dem jeweiligen Anschlußring 8 und dem Vollring 9 ergibt. Diese mindestens zwei Federelemente 3 übertragen das eingeleitete Drehmoment als Kräf­ tepaar 10. Zur Anpassung an die verschiedensten Achsabstände und zur Erhöhung der Flexi­ bilität der Ausgleichkupplung können je nach Erfordernis beliebig viele Federelemente 3 als Kräftepaar angeordnet werden. Dabei ist es sinnvoll, bei der Addition der Federelemente 3 je­ weils den sich zwischen den zwei Federelementen 3 als Kräftepaar 10 befindlichen, als Voll­ ring 9 ausgebildeten Zwischenring, so dünn wie möglich auszulegen, so daß er im gesamten Federweg als Axialfederelement mitzubenutzen ist.

Ferner dient der als Vollring 9 ausgebildete neutrale Zwischenring dazu, daß die Schlitze 4 für die jeweils nächst folgenden Federelemente 3 als Kräftepaar 10 im Winkel, beispielsweise von 90° versetzt, einbringbar sind, so daß damit die inneren Kräfte der Kupplung symmetriert werden.

Abgesehen von der Stabilisierung des Drehmomentes durch den Querschlitz 6 eröffnet dieser noch folgende Möglichkeiten beim Einsatz der Ausgleichkupplung:

• 1. a.) Einbringung eines geeigneten Werkstückes 11, dessen Dicke einen Restspalt bildet, so daß dieser als ein genau berechenbarer Drehmomentbegrenzer dient.
• 2. b.) Installierung eines geeigneten elektrischen oder hydraulischen Meßsystems 12, welches den Verdrehwinkel mißt und zur Drehmomentenüberwachung dient.
• 3. c.) Einbringung von geeigneten zylindrischen Hartgummipfropfen von der Innenseite des zylindrischen Rohrkörpers nach außen, bei Ausbildung des Querschlitzes 6 als Boh­ rung, zur weiteren Dämpfung des Drehmomentes (nicht dargestellt).

Zur Verbindung mit dem jeweiligen Anschlußelement sind die Anschlußringe 8 mit auf dem Umfang verteilten Gewindebohrungen 13 versehen. Nach Fig. 3 wird ein Nabenelement 14 mit eingebrachter Nut 15 in die nach Fig. 1 dargestellte Ausgleichkupplung integriert. Dabei ist es gleichfalls möglich, das Nabenelement 14 auf die gleiche Art mit Federelementen und Querschlitzen bzw. Bohrungen zu versehen wie das Kupplungselement.

Nach Fig. 4 ist der im weitesten Sinne axial ausführbare Querschlitz 6 schräg nach innen zur Achse konisch ausgeführt, damit bei einem eventuellen Bruch die kreissegmentartige Verbin­ dung 5 des Federelementes 3 diese nicht nach außen wegbrechen läßt.

Nach Fig. 5 und 6 ist eine Ausgleichkupplung dargestellt, dessen Außenring klauenförmig ausgebildet ist. Die nasenförmigen Eingriffelemente 16 greifen dabei entsprechende Ausspa­ rungen 17 eines Nabenelementes 18 ein, so daß auf diese Art die Drehmomentübertragung erfolgt. Finden jedoch nur mittig durch einen Vollring 9 verbundene Federelemente als Kräf­ tepaar 10 Verwendung, die ohne seitliche Anschlußringe 8 gefertigt sind, greift der einseitig pro Kräftepaar 10 vorhandene Steg 19 wie eine Paßfederverbindung in die Aussparung oder Nuten der Anschlußteile ein.

Bezugszeichenliste

1

= Rohrkörper

2

= Längsachse

3

= Federelement

4

= Schlitz

5

= Verbindungssteg

6

= Querschlitz

7

= kreissegmentartige Verbindungen

8

= Anschlußring

9

= Vollring

10

= Kräftepaar

11

= Werkstück

12

= Meßsystem

13

= Gewindebohrung

14

= Nabenelement

15

= Nut

16

= Eingriffselement

17

= Aussparung

18

= Nabenelement

19

= Steg

Claims (9)

1. Ausgleichkupplung unter Verwendung von Kunststoffen, Verbundstoffen, Stahl oder anderen nichteisenmetallischen Legierungen, wobei in einem zylindrischen Rohrkör­ per (1) quer zu seiner Längsachse (2) jeweils zwei sich gegenüberliegende Federele­ mente (3) entstehen, indem vier sich gleichfalls gegenüberliegende Schlitze (4) einge­ arbeitet werden, so daß durch das zwischen den Unterkanten der Schlitze (4) verblie­ bene Material Verbindungsstege (5) entstehen, und wobei die seitlichen Schlitze (4), welche das Federelement (3) zwischen sich bilden, jeweils in Umfangrichtung sich überdeckend eingearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlich ange­ brachter axialer Querschlitz (6) den Verbindungssteg (5) derart öffnet, daß sich je eine Hälfte des Federelements (3) als kreissegmentartige Verbindung (7) zwischen dem jeweiligen Anschlußring (8) und einem Vollring (9) ergibt.

2. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die durch Sehlitze (4) einbringbaren Federelemente (3) durch die Wahl geeigneter Winkel, wie beispiels­ weise 90° und 120° zur weiteren Steigerung des Übertragungsmomentes diese versetzt einbringbar sind.

3. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schlitz (6) je nach Fertigungsmöglichkeit und Bedarf verschiedenartig ausbildbar ist, so daß beispielsweise bei runder Ausführung (Bohrung) von der Innenseite der zylin­ drischen Bohrung aus, in Richtung des Außendurchmessers, arretierbare Hartgummi­ pfropfen oder andere elastische Materialien, zur weiteren Dämpfung des Drehmomen­ tes einbringbar sind.

4. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß im Quer­ schlitz (6) ein geeignetes Werkstück (11) einbringbar ist, dessen Dicke so ausgelegt ist, daß dieser als ein genau berechenbarer Drehmomentbegrenzer dient.

5. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß im oder in der Nähe des Querschlitzes (6) ein elektrisches oder hydraulisches Meßsystem (12) instal­ lierbar ist, welches den Verdrehwinkel mißt und zur Drehmomentenüberwachung dient.

6. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der im wei­ testen Sinne axial ausführbare Querschlitz (6) in Richtung Längsachse (2) schräg/winklig ausgeführt ist, damit bei einem eventuellen Bruch eines Federelemen­ tes (3) die kreissegmentartige Verbindung (5) nach außen hin nicht wegbrechen kann.

7. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich durch die je­ weilige Einbringung eines möglichst dünnen Vollringes (9) je nach Bedarf beliebig viele Federelemente (3), als Kräftepaare (13), addieren lassen.

8. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 und 7 dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwen­ dung nur eines mittig angeordneten, dünnen Vollringes (9) mit daran verbundenen Fe­ derelementen (3), als Kräftepaar (10), das heißt, unter Wegfall des seitlichen An­ schlußringes (8), der sich so ergebende Steg (19) wie eine Paßfederverbindung in die Aussparungen oder Nuten der Anschlußteile eingreift.

9. Ausgleichkupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch den zylin­ drischen Rohrkörper (1) als Grundelement, jede Art der Flanschung zur Übertragung der Drehmomente durch Kombination mit innen oder außen angeordneten Nabenele­ menten möglich ist, beispielsweise formtechnisch aus einem Stück hergestellt.