DE2001639A1 - Elastic shaft coupling with metallic coil springs - Google Patents

Elastic shaft coupling with metallic coil springs

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DE2001639A1 DE19702001639 DE2001639A DE2001639A1 DE 2001639 A1 DE2001639 A1 DE 2001639A1 DE 19702001639 DE19702001639 DE 19702001639 DE 2001639 A DE2001639 A DE 2001639A DE 2001639 A1 DE2001639 A1 DE 2001639A1
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Karlheinz Dipl-Ing Timtner
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Ringspann Albrecht Maurer KG
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
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    • F16D3/60—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members comprising pushing or pulling links attached to both parts
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Description

Elastische Wellenkupplung mit metallischen Schraubenfedern Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkuppiung mit metallischen elastischen Elementen in Form von Schraubenfedern.Elastic shaft coupling with metallic coil springs The invention relates to an elastic shaft coupling with metallic elastic elements in Form of coil springs.

Es sind Schraubenfederkupplungen bekannt, bei denen zwischen den Kupplungshälften vorgespannte zylindrische -Schraubenfedern in Umfangsrichtung angeordnet sind und durch Führungskörper in ihrer Lage gehalten werden upplung-Durch derartige Schraubenfederkpplungen wird einerseits eine beachtliche elastische Verdrehung der Kupplungshälften gegeneinander ermöglicht. Die Kupplungen lassen auch in begrenztem Maße winklige, axiale und radiale gegenseitige Verlagerung der zu kuppelnden Wellen zu, wobei allerdings au-ch nicht unbedeutende Reaktionskräfte -von den der Kupplung benachbarten Wellenlagern aufgenommen werden müssen.There are known coil spring clutches in which between the coupling halves prestressed cylindrical coil springs are arranged in the circumferential direction and are held in their position by guide bodies coupling-By such helical spring couplings on the one hand allows a considerable elastic rotation of the coupling halves against each other. The couplings also allow angular, axial and radial mutual displacement of the shafts to be coupled to a limited extent, although not insignificant reaction forces must be absorbed by the shaft bearings adjacent to the coupling.

Durch die Charakteristik der Federung, die einen linearen Anstieg des Übertragungsdrehmomentes in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel der Kupplung bringt, ist weiterhin die Entstehung von Resonanzschwingungen im kritischen Drehzahlbereich gegeben, deren schädliche Folgen nur durch den Einbau zusätzlicher Federelemente zur Änderung der Federcharakteristik ohne zusätzliche Dämpfungselemente vermieden werden können.Due to the characteristics of the suspension, which have a linear increase of the transmission torque as a function of the angle of rotation of the coupling brings, there is still the development of resonance vibrations in the critical speed range given, their harmful consequences only through the installation of additional spring elements to change the spring characteristics without additional damping elements can be.

Der erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die keines Einbaus-von Zusatzfederungen bedarf und die folgende Eigenschaften vereint: 1) Progessiver Verlauf des Drehmomentes in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel der Kupplungshälften gegeneinander, möglichst entsprechend dem Gesetz: Drehmoment proportional der dritten Potenz des Verdrehwinkels, also Freiheit von Resonanzschwingungen in kritischen Drehzahlbereichen.The invention is therefore based on the task of a clutch create that does not require the installation of additional springs and has the following properties united: 1) Progressive course of the torque as a function the angle of rotation of the coupling halves against each other, if possible according to the Law: Torque proportional to the third power of the angle of rotation, i.e. freedom of resonance vibrations in critical speed ranges.

2) Große zulässige Verdrehwinkel, um starke Ungleichförmigkeitsgrade zu überbrücken.2) Large permissible torsion angles to avoid strong degrees of irregularity to bridge.

3) Entbehrlichkeit wärmeerzeugendender Dämpfungsvorrichtung.3) Dispensability of heat-generating damping device.

4) Minimale Reaktionskräfte bei radialer, axialer oder winkliger gegenseitiger Verlagerung der zu kuppelnden Wellen, deshalb keine nennenswerten Zusatzkräfte auf die Wellenlagerungen.4) Minimal reaction forces with radial, axial or angular mutual Displacement of the shafts to be coupled, therefore no significant additional forces the shaft bearings.

5) Unempfindlichkeit gegen höhere Umgebungstemperaturen.5) Insensitivity to higher ambient temperatures.

6) Verwendung von nicht alterndem Federmaterial.6) Use of non-aging spring material.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß das eine Wellenende an am anderen Wellenende axial angeordneten Schraubenfedern angreift.This object is achieved according to the invention in that the one Shaft end engages on the other shaft end axially arranged helical springs.

Zweckmäßig liegt der Angriffspunkt des einen Wellenendes an den Schraubenfedern des anderen Wellenendes etwa in der Mitte der Schraubenfedern.The point of application of one shaft end is expediently on the helical springs of the other end of the shaft approximately in the middle of the coil springs.

Ein grundsätzlicher Vorteil wird dadurch erzielt, die Schraubenfedern zweiteilig auszubilden und aus zwei hintereinander liegenden gleichlangen Schraubenfedern zusammen zu setzen. Demgemäß ist es zweckmäßig, daß an einem Flansch des einen Kupplungsteils gleichmäßig auf dem Flanschumfang verteilt Schraubenzugfedern an einem Ende um radialstehende Achsen schwenkbar angelenkt sind, daß das jeweils andere Ende der Federn abwechselnd in Richtung des Antriebes und des Abtriebes weist, und daß diese jeweils anderen Federenden an zwei Flanschen des anderen Kupplungsteiles ebenfalls um radialstehende Achsen schwenkbar so angelenkt sind, daß die Zugrichtung der Federn bei unbelasteter Kupplung parallel zur Wellenachse verläuft.A fundamental advantage is achieved by the coil springs to be designed in two parts and from two helical springs of the same length lying one behind the other to put together. Accordingly, it is expedient that on a flange of a coupling part Helical tension springs distributed evenly on the flange circumference at one end around radially protruding Axes are pivotably articulated that the other end of the springs alternately in the direction of the drive and the output, and that these each other Spring ends on two flanges of the other coupling part also protrude radially Axes are pivoted so that that the direction of pull of the springs runs parallel to the shaft axis when the coupling is not under load.

Eine das Erfindungsprinzip vorteilhaft verwirklichende Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, daß eine an einem Wellenende befestigte Kupplungsschalenhälfte über das andere Wellenende greift und die dort angeordneten Schraubenfedern ganz abdeckt.A construction that advantageously realizes the principle of the invention is characterized in that a coupling shell half attached to one shaft end engages over the other end of the shaft and the coil springs arranged there completely covers.

Eine abgewandelte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die das andere Wellenende übergreifende Kupplungsschalenhälfte die Schraubenfedern nur etwa zur Hälfte abdeckt, wobei die verbleibende Schraubenfederhälfte durch einen fett- und staubdichten Balg aus elastischem, nichtmetallischem Werkstoff abgeschlossen ist.A modified embodiment is characterized in that the the other end of the shaft overlapping coupling shell half, the coil springs only covers about half, with the remaining half of the coil spring through a Grease- and dust-tight bellows made of elastic, non-metallic material is.

Das von dem einen Wellenende auf das andere übertragene Drehmoment kann durch die Schraubenfedern und durch die das andere Wellenende übergreifende Kupplungsschalenhälfte geleitet werden.The torque transmitted from one end of the shaft to the other can through the coil springs and through the overlapping the other shaft end Coupling shell half are passed.

Zweckmäßig sind die Schraubenfedern an radial verlaufenden Achsbolzen schwenkbar angelenkt. In an den Enden der Schraubenfedern befindlichen Ösen können Lagerbüchsen für die Achsbolzen eingesetzt sein. Die Achsbolzen können auch als Schneidenlager ausgebildet sein.The helical springs on axially extending axle bolts are expedient pivoted. In eyelets located at the ends of the coil springs Bearing bushes should be used for the axle bolts. The axle bolts can also be used as Be formed cutting edge bearings.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert und beschrieben.Two embodiments of the Invention explained and described in more detail.

Es zeigen: Figur 1 : Einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform, Figur 2 : Einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform, Figur 3 2 Einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Figur 2 und Figur 4: Eine konstruktive Einzelheit bezgl. der Anlenkung der Schraubenfeder.They show: FIG. 1: A longitudinal section through a first embodiment, Figure 2: a longitudinal section through a further embodiment, Figure 3 2 one Cross section along the line III-III in Figure 2 and Figure 4: One constructive detail regarding the articulation of the helical spring.

Der in Figur 1 gegebenen Darstellung ist zu entnehmen, daß auf dem einen Wellenende 1 eine das andere Wellenende 2 übergreifende Kupplungsschalenhälfte 4 aufgeschrumpft oder sonstwie befestigt ist. In dem durch die Kupplungsschalenhälfte 4 gebildeten Hohlraum befindet sich ein dem Wellenende 2 verbundenes zylinderförmiges Kupplungsteil 9, aus dem mehrere radialverlaufende Achsbolzen 6 nach außen vortreten. Weitere radialstehende Achsbolzen 6 sind an der Kupplungsschalenhälfte 4 befestigt und treten snach innen vor. Zwischen je zwei dieser Achsbolzen 6 ist jeweils eine Schraubenfeder in axialer Richtung gespannt, die in ihrer Gesamtheit das Drehmoment von dem einen Wellenende auf das andere übertragen.The representation given in Figure 1 shows that on the one shaft end 1 one the other shaft end 2 overlapping coupling shell half 4 is shrunk on or otherwise attached. In the one through the coupling shell half 4 there is a cylindrical cavity connected to the shaft end 2 Coupling part 9, from which several radial axle bolts 6 protrude to the outside. Further radial axle bolts 6 are attached to the coupling shell half 4 and step forward inside. Between every two of these axle bolts 6 there is one Helical spring tensioned in the axial direction, which in its entirety the torque transferred from one end of the shaft to the other.

In Figur 1 ist auch noch eine etwas abgewandelte Ausführungsform strichpunktiert angedeutet, bei welcher die rechte Hälfte 4' der Kupplungsschalenhälfte wegfällt und durch einen elastischen, nicht metallischen fett- und staubdichten Balg 5 beliebigen Werkstoffs ersetzt ist.In FIG. 1, a somewhat modified embodiment is also shown in dash-dotted lines indicated, in which the right half 4 'of the coupling shell half is omitted and by an elastic, non-metallic grease and dust-tight bellows 5 arbitrary Material is replaced.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform macht sich das Erfindungsprinzip ebenfalls zunutze, die Schraubenfedern 3 sind diesmal jedoch an zwei Punkte an der übergreifenden Kupplungsschalenhälfte 4 befestigt und in der Mitte mit dem anderen Wellenende verbunden. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.The embodiment shown in Figure 2 makes the principle of the invention also use, the coil springs 3 are this time at two points on the cross coupling shell half 4 attached and in the middle with the other Shaft end connected. Otherwise, the same parts are provided with the same reference numerals.

Der Querschnittsdarstellung nach Figur 3 ist zu entnehmen, daß mehrere Schraubenfedern 3 verhältnismäßig dicllt nebeneinander liegend angeordnet sein können.The cross-sectional view of Figure 3 can be seen that several Helical springs 3 can be arranged lying next to one another in a relatively dicllt manner.

Die Einzeldarstellung gemäß Fig. 4 zeigt, daß die Enden der Schraubenfedern 3 Ösen 7 besitzen, in denen Lagerbuchsen 8 Stecken, die zur Aufnahme der Achsbolzen 6 dienen.The individual representation according to FIG. 4 shows that the ends of the coil springs Have 3 eyelets 7, in which the bearing bushes 8 are inserted, which are used to hold the axle bolts 6 serve.

In der Zeichnung nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die Achsbolzen 6 als Schneidenlager auszubilden.Not shown in the drawing is the possibility of using the axle bolts 6 to be designed as a cutting edge bearing.

Die Wirkungsweise der oben geschilderten Wellenkupplung ist folgende: Die progressive Drehelastizität wird durch in einem Punkt miteinander verbundene zylindrische Schraubenfedern erreicht, die in ihrer unbelasteten Lage eine gemeinsame Längsachse haben. Die Belastung greift am Verbindungspunkt der beiden Schraubenfedern an. Da die Kraftrichtung zunächst senkrecht zur Längsachse der Schraubenfedern ist, können die Schraubenfedern der Belastung keinen Widerstand entgegensetzen, sondern es entsteht eine Auslenkung. Die in Richtung der Belastung wirkende Komponente der Schraubenfederkräfte steht mit der Belastung im Gleichgewicht. Bei zunehmender Belastung ändert sich der Winkel der Schraubenzugfederachsen zur Kraftrichtung und die Federn werden stärker gespannt.The mode of operation of the shaft coupling described above is as follows: The progressive torsional elasticity is connected to one another at one point cylindrical coil springs achieved, which in their unloaded position a common Have longitudinal axis. The load engages at the connection point of the two coil springs at. Since the direction of force is initially perpendicular to the longitudinal axis of the coil springs, the coil springs cannot offer any resistance to the load, but rather there is a deflection. The component of the acting in the direction of the load Coil spring forces are in equilibrium with the load. With increasing load changes the angle of the helical tension spring axes to the direction of force and the springs become more tense.

Deshalb muß bei Vergrößerung der Auslenkung die Belastung überproportional anwachsen. Wie man durch kurze Rechnung zeigen kann, wächst für nicht zu große Auslenkungen die Belastung mit der dritten Potenz der Auslenkung.Therefore, when the deflection is increased, the load must increase disproportionately. As one can show by brief calculation, for does not grow to large deflections the load with the third power of the deflection.

Die Tatsache, daß die Kräfte zur Auslenkung aus der Nulllage zunächst Null sind, gilt nicht nur für die gegenseitige Verdrehung, sondern auch fir die radiale Verlagerung der zu kuppelnden Wellen zueinander. Die Kräfte auf die benachbarten Wellenlager sind bei radialem und winkligem Versatz der Wellen zueinander äußerst gering.The fact that the forces to deflect from the zero position initially Are zero applies not only to the mutual rotation, but also to the radial displacement of the shafts to be coupled to one another. The forces on the neighboring Shaft bearings are extremely difficult with radial and angular misalignments between the shafts small amount.

Die oben geschilderte Wellenkupplung hat mehrere entscheidende Vorteile. The shaft coupling described above has several decisive advantages.

Der Drehmomentverlauf ist günstig, da das Drehmoment der Kupplung bis zu einem Schrägzug von ca. 300 gegenüber der Richtung der Wellenachse etwa in der dritten Potenz des Verdrehwinkels der beiden Kupplungsteile gegeneinander zunimmt. Durch diese Drehmomentcharakteristik wird die Ausbildung kritischer Drehzahlbereiche mit Resonanzschwingungen verhindert und konstruktive Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung erübrigen sich.The torque curve is favorable, since the torque of the clutch increases up to a diagonal pull of approx. 300 in relation to the direction of the shaft axis approximately in the third power of the angle of rotation of the two clutch parts with respect to one another. This torque characteristic prevents the formation of critical speed ranges with resonance vibrations and constructive measures for vibration damping are unnecessary.

Der große zulässige Verdrehwinkel der gekuppelten Wellen macht es möglich, mit Hilfe der elastischen Kupplung auch große Ungleichförmigkeitsgrade zu überbrücken.The large permissible twist angle of the coupled shafts makes it possible, with the help of the elastic coupling also large degrees of irregularity to bridge.

Infolge der achsparallelen Zugrichtung der Federn entstehen bei radialem und winkligem Versatz der gekuppelten Wellen nur minimale elastische Reaktionskräfte in der Kupplung, also praktisch überhaupt keine nennenswerten Zusatz-belastungen in den der Kupplung benachbarten Wellenlagern.As a result of the axially parallel pulling direction of the springs, radial and angular misalignment of the coupled shafts only minimal elastic reaction forces in the clutch, so practically no additional loads worth mentioning at all in the shaft bearings adjacent to the coupling.

Die Kupplung ist in Folge der Verwendung von Federn aus Stahl oder anderen geeigneten Metallen weitgehend unempfindlich gegen Lauf bei hohen Temperaturen der Umgebung. Ein Nachlassen der elastischen Eigenschaften in Folge Alterung des Materials entfällt.The clutch is a result of the use of steel or springs other suitable metals largely insensitive to running at high temperatures the environment. A decrease in the elastic properties as a result of aging Materials are not required.

In Folge des Fehlens schwingungsdämpfender Elemente entfällt auch jegliche Wärmeentwicklung durch Dämpfungsarbeit.As a result of the lack of vibration-damping elements, it is also omitted any heat development due to damping work.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Wirtschaftlichkeit.Another advantage is its economy.

Schraubenfedern lassen sich sehr billig herstellen und haben eine äußerst günstige Werkstoffausnutzung.Coil springs are very cheap to make and have a extremely favorable material utilization.

Claims (10)

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Elastische Wellenkupplung mit metallischen elastischen Elementen in Form von Schraubenfedern, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wellenende (1) an am anderen Wellenende (2) axial angeordneten Schraubenfedern (3) angreift.1.) Elastic shaft coupling with metallic elastic elements in the form of helical springs, characterized in that one shaft end (1) acts on helical springs (3) axially arranged on the other shaft end (2). 2.) Wellenkupplung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffspunkt an den Schraubenfedern (3) etwa in deren Mitte liegt.2.) Shaft coupling according to claim, characterized in that the The point of application on the coil springs (3) is roughly in the middle. 3.) Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekea zeichnet, daß an einem Flansch des einen Kupplungsteils (1,2) gleichmäßig auf den Flanschumfang verteilt Schraubenzugfedern (3) an einem Ende um radialstehende Achsen (6) schwenkbar angelenkt sind, daß das jeweils andere Ende der Federn abwechselnd in Richtung des Antriebes und des Abtriebes weist, und daß diese jeweils anderen Federenden an zwei Flanschen des anderen Kupplung teiles- (1,2) ebenfalls um radialstehende Achsen (6) schwenkbar so angelenkt sind, daß die Zugrichtung der Federn bei unbelasteter Kupplung parallel zur Wellenachse verläuft.3.) Shaft coupling according to claim 1, characterized in that gekea a flange of a coupling part (1,2) evenly distributed over the flange circumference Helical tension springs (3) are articulated at one end so that they can pivot about radially projecting axes (6) are that the other end of the springs alternately in the direction of the drive and the output has, and that these respective other spring ends on two flanges of the other coupling part- (1,2) also pivotable about radially projecting axes (6) are articulated in such a way that the pulling direction of the springs is parallel when the clutch is not under load runs to the shaft axis. 4.) Wellenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zylindrische Schraubenfedern verwendet werden.4.) Shaft coupling according to claim 2, characterized in that cylindrical Coil springs are used. 5.) Wellenkupplung nach Anspruch 3T dadurch gekennzeichnet, daß eine an einem Wellenende (1) befestigte Kupplungsschalenhälfte (4) über das andere Wellenende (2) greift und die dort angeordneten Schraubenfedern ganz abdeckt.5.) Shaft coupling according to claim 3T, characterized in that a Coupling shell half (4) attached to one shaft end (1) over the other shaft end (2) engages and completely covers the coil springs arranged there. 6.) Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das andere Wellenende (2) übergreifende Kupplungsschalenhälfte (4) die Schraubenfedern nur etwa zur Hälfte abdeckt, wobei die verbleibende Schraubenfederhälfte durch einen fett-und staubdichten Balg (5) aus elastischem, nichtmetallischem Werkstoff abgeschlossen ist.6.) Shaft coupling according to claim 5, characterized in that the the other shaft end (2) overlapping coupling shell half (4) the coil springs covers only about half, with the remaining half of the coil spring being replaced by a Grease-tight and dust-tight bellows (5) made of elastic, non-metallic material is. 7.) Wellenkupplung nach den Ansprüchen 5/und/ oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das andere Wellenende übergreifende Kupplungsschalenhälfte an den Schraubenfedern des anderen Wellenendes angreift und das Drehmoment überträgt.7.) Shaft coupling according to claims 5 / and / or 6, characterized in that that the coupling shell half overlapping the other shaft end on the coil springs attacks the other end of the shaft and transmits the torque. 8.) Wellenkupplung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern an radial verlaufenden Achsbolzen (6) schwenkbar angelenkt sind.8.) Shaft coupling according to one or more of the preceding claims, characterized in that the coil springs on radially extending axle bolts (6) are pivoted. 9.) Wellenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß e in Ösen (7-) an den Enden der Schraubenfedern Lagerbüchsen (8) für die Achsbolzen (6) eingesetzt sind.9.) Shaft coupling according to claim 8, characterized in that e in eyelets (7-) at the ends of the coil springs bearing bushes (8) for the axle bolts (6) are used. 10.)Wellenkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsbolzen als Schneidenlager ausgebildet sind.10.) Shaft coupling according to claim 9, characterized in that the Axle bolts are designed as blade bearings. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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