DE202008010765U1 - Wellenkupplung - Google Patents

Abstract

Wellenkupplung mit zumindest zwei, über wenigstens ein Zwischenstück miteinander drehfest zu verbindenden Kupplungsteilen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplungsteile (2, 3) sich etwa axial zu ihren Drehachsen erstreckende Aufnahmen (12) aufweisen,
daß das Zwischenstück (8) einen Rotationskörper (9) aufweist, an dem in die Aufnahmen der Kupplungsteile einsteckbare Verbindungsklauen (10, 11) ausgebildet sind, und
daß jede Verbindungsklaue (2, 3) und jede eine jeweilige Verbindungsklaue mindestens bereichsweise aufnehmende Aufnahme (12) formschlüssig korrespondierende Kraftübertragungsflächen (13, 14) aufweisen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine steckbare Wellenkupplung mit zumindest zwei, über. wenigstens ein Zwischenstück miteinander drehfest zu verbindenden Kupplungsteilen.
• Steckbare, axial- und winkelbewegliche Wellenkupplungen sind beispielsweise Klauenkupplungen, welche zur Drehmomentübertragung und zum Ausgleich von axialem, radialem bzw. -winkligem Wellenversatz an Antrieben der Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik eingesetzt werden. Derartige Kupplungen bestehen aus zumindest zwei Kupplungsteilen, welche über ihre Naben mit den an- und abtriebsseitigen Wellen verbunden sind, und einem jeweils zwei Kupplungsteile miteinander drehfest koppelnden Zwischenstück. Das Zwischenstück dient sowohl der drehelastischen Drehmomentübertragung als auch zum Ausgleich von Wellenverlagerungen, wobei durch die bei radialem und winkligem Wellenversatz auftretende Verformung des elastischen Zwischenstückes stets verhältnismäßig hohe Rückstellkräfte wirken. Solche Kupplungen werden von der KTR Kupplungstechnik GmbH in Rheine hergestellt und unter der Bezeichnung „Rotex" angeboten.
• Ein anderes, ebenfalls steckbares Kupplungssystem besteht aus kongruenten Kupplungsnaben mit einer Außenverzahnung und einem Verbindungsteil mit Innen verzahnung, welche in die Außenverzahnung der Kupplungsnaben eingreift. Darüber ist eine drehfeste Verbindung hergestellt, die Wellenverlagerungen über ihr doppelkardanisches Wirkprinzip ausgleicht. Nachteil dieser Kupplungsbauart ist ein sehr hoher fertigungstechnischer Aufwand zur Erzielung einer spielfreien Drehmomentübertragung. Derartige Kupplungen werden von der KTR Kupplungstechnik GmbH, Rheine unter dem Namen „Bowex" vertrieben.
• Weitere, jedoch nicht axial steckbare Kupplungssysteme bestehen insbesondere aus spiralartig eingeschnittenen Metallkörpern oder stellen mit Hilfe von gewellten Metallbälgen zwischen zwei Kupplungsteilen eine Drehmomentübertragung sicher. Mitunter kommen auch Kupplungssysteme zur Anwendung, welche ein mit zwei um 90° zueinander versetzten Nuten aufweisendes Kreuzschieberelement aufweisen. Diese Kreuzschieberkupplungen sind jedoch nur begrenzt axial steckbar und erfordern einen hohen Fertigungsaufwand.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine steckbare Wellenkupplung der vorbezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, daß diese eine kompaktere Bauform aufweist.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Wellenkupplung mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 angegeben.
• Bei einer Wellenkupplung mit zumindest zwei, über wenigstens ein Zwischenstück miteinander drehfest zu verbindenden Kupplungsteilen ist nach der Erfindung vorgesehen, daß jedes Kupplungsteil sich axial zu seiner Drehachse erstreckende Aufnahmen aufweist, daß das Zwischenstück einen Rotationskörper aufweist, an dem in die Aufnahmen der Kupplungsteile einsteckbare Verbindungsklauen ausgebildet sind, und daß jede Verbindungsklaue und jede eine jeweilige Verbindungs klaue mindestens bereichsweise aufnehmende Aufnahme formschlüssig korrespondierende Kraftübertragungsflächen aufweisen.
• Mit Hilfe eines scheiben- oder ringförmig ausgebildeten Rotationskörpers und daran abstehenden Verbindungsklauen, welche in sich axial zur Drehachse eines jeweiligen Kupplungsteiles erstreckende Aufnahmen der sich stirnseitig berührungslos gegenüberstehenden Kupplungsteile eingreifen, ist eine steckbare Wellenkupplung ausgebildet, die in Richtung ihrer Drehachse eine vorteilhaft verkürzte und somit kompakte Ausgestaltung aufweist. Auf die Ausbildung von beispielsweise ineinandergreifenden Klauen an den Kupplungsteilen kann somit verzichtet werden, so daß die Gesamtlänge der erfindungsgemäßen Wellenkupplung etwa um das Längenmaß der an den Kupplungsteilen abstehenden Klauen verringert ist. Die mit den Verbindungsklauen korrespondierenden Aufnahmen in den Kupplungsteilen können beispielsweise als ein das Kupplungsteil vollständig durchdringender Durchbruch oder als eine in das Kupplungsteil abschnittsweise hineinragende Ausnehmung ausgebildet sein.
• Mit Vorteil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß mindestens eine der Kraftübertragungsflächen in axialer Richtung der Wellenkupplung gewölbt ausgebildet ist. Bevorzugt ist eine erste Kraftübertragungsfläche zylindrisch und die zweite Kraftübertragungsfläche in axialer Richtung gewölbt ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der miteinander korrespondierenden Kraftübertragungsflächen ist eine vorteilhafte Winkelbewegung des Zwischenstückes zwischen den radial oder winkelig zueinander versetzt angeordneten Kupplungsteilen möglich, so daß mit Vorteil eine kompakte, steckbare Wellenkupplung in doppelkardanischer Wirkungsweise ausgebildet ist. Die miteinander in Anlage gebrachten Kraftübertragungsflächen bilden dabei bevorzugt einen ringförmigen Kontaktbereich aus. Vorzugsweise weist jede Kraft übertragungsfläche einer Verbindungsklaue eine zylindrische Ausbildung auf, wobei hingegen die Kraftübertragungsfläche der Aufnahmen eine in den Mittenbereich nach innen gewölbt bzw. evolvente Ausbildung aufweist, dergestalt, daß jede Aufnahme etwa in der Mitte des Kupplungsteiles ihr kleinstes Öffnungsmaß hat.
• Die stets einseitig auf beiden Seiten am Rotationskörper in axialer Ausrichtung abstehenden Verbindungsklauen sind jeweils unter einem bestimmten Winkel versetzt zueinander angeordnet. Durch die versetzte Anordnung der an- und abtriebsseitig vorgesehenen Verbindungsklauen erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der jeweils an den Verbindungsklauen wirkenden Kräfte über nahezu den gesamten als Scheibenkörper ausgeführten Rotationskörper des Zwischenstückes. Vorzugsweise weist das Zwischenstück auf beiden Seiten des Rotationskörpers jeweils vier senkrecht abstehende Verbindungsklauen auf, wobei einander unmittelbar benachbarte Verbindungsklauen in einem Winkel von 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Entsprechend sind die zu beiden Seiten des Rotationskörpers alternierend abstehenden Verbindungsklauen unter einem Winkelversatz von 45° zueinander ausgerichtet.
• Der Werkstoff für das zwischen den Kupplungsteilen eingesetzte Zwischenstück ist Kunststoff, vorzugsweise ein hartelastischer Kunststoff, welcher vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich seiner Festigkeit und seines zwischen der An- und Abtriebsseite zu gewährleistenden Übertragungsverhaltens aufweist. Des weiteren läßt sich durch den Einsatz eines Kunststoffes ein Verschleiß an den mit den Wellen verbundenen Kupplungsteilen auf vorteilhafte Weise nahezu vermeiden. Somit übernimmt das Zwischenstück die Funktion eines leicht austauschbaren Verschleißteiles. Je nach den dabei an das Zwischenstück gestellten Anforderungen kann die Härte des verwendeten Kunststoffes variieren.
• Jede axialgerichtete Verbindungsklaue ist in Erstreckungsrichtung als Hohlzylinderabschnitt ausgebildet, so daß in Kombination mit einer möglichen Ausbildung aus einem elastischen Kunststoff insbesondere eine vorbestimmte Flexibilität der Übertragungsklauen gegeben ist. Somit läßt sich durch die relativ flexiblen, insbesondere halbseitig hohlzylindrisch ausgebildeten Verbindungsklauen der Steckvorgang der miteinander zu koppelnden Kupplungsteile, auch bei einer nicht fluchtenden Anordnung der Drehachsen zueinander, mit Vorteil verbessern.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß jede Verbindungsklaue gemeinsam mit einer zumindest die Kraftübertragungsfläche der Verbindungsklaue einfassenden Aufnahme eine Paßverbindung ausbildet. Vorzugsweise bildet jede Verbindungsklaue mit einer jeweils zugehörigen Aufnahme eine Übermaßpassung aus, mittels der sich auf die Kraftübertragungsfläche der Verbindungsklaue eine vorteilhaft wirkende Vorspannung innerhalb der Aufnahme des bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff hergestellten Kupplungsteiles erzielen läßt, so daß eine kompakte, steckbare und zugleich spielfreie Wellenkupplung mit doppelkardanischer Wirkungsweise auf vorteilhaft einfache Weise erzeugt ist. Mit der Ausgestaltung der Verbindungsklauen als Hohlzylinderabschnitt bzw. halbseitiger Hohlzylinder ist darüber hinaus eine relativ gleichmäßige Vorspannung der Verbindungsklauen innerhalb der Aufnahmen selbst bei einer winkligen Ausrichtung der Kupplungsteile zueinander gewährleistet.
• Um die insbesondere bei relativ hohen Drehzahlen ungünstig wirkenden Unwuchten so gering wie möglich zu halten, ist vorgesehen, daß die Aufnahmen für die Verbindungsklauen gleichmäßig auf zumindest einem Teilkreisdurchmesser eines jeweiligen Kupplungsteiles zueinander angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist das Bogenmaß zwischen den Mittenbereichen der auf dem Teilkreis stets unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Aufnahmen mit Vorteil identisch. Die Auf nahmen, welche zum Beispiel als zylindrische Bohrung ausgeführt sein können, nehmen dann wiederum die mit einer gewölbten Kraftübertragungsfläche versehenen Verbindungsklauen vollständig auf.
• Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufnahmen am Umfang jedes Kupplungsteiles als nutartige Vertiefungen ausgebildet sind. Somit läßt sich neben einer verkürzten Ausgestaltung der Wellenkupplung gleichzeitig eine vorteilhaft verringerte Ausgestaltung der Kupplungsteile im Durchmesser erzielen. Mittels der sich vorzugsweise in Längsrichtung über die gesamte Breite des Kupplungsteiles auf der Umfangsfläche erstreckenden, nutartigen Vertiefungen, welche bevorzugt in axialer Richtung gewölbte oder ballige Kraftübertragungsfläche aufweisen, läßt sich stets eine optimale Drehmomentübertragung gewährleisten. Jede gewölbte, insbesondere evolvent, ausgebildete Kraftübertragungsfläche weist insbesondere auf der Hälfte der Kupplungsteilbreite ihr geringstes Öffnungsmaß auf.
• Bei einem Zwischenstück für eine Wellenkupplung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, für das selbstständiger Schutz beantragt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Zwischenstück einen Rotationskörper aufweist, an dem sich axial zu seiner Drehachse erstreckende Verbindungsklauen angeordnet sind.
• Mit Hilfe eines derartig ausgebildeten Zwischenstückes läßt sich auf vorteilhaft einfache Weise eine drehfeste Verbindung zwischen zwei mit entsprechenden Aufnahmen ausgerüsteten Kupplungsteilen herstellen. Der sich vornehmlich in radialer Richtung erstreckende Rotationskörper, welcher ring- bzw. scheibenförmig ausgebildet sein kann, weist insbesondere plane bzw. ebene, als Anlagefläche für die Stirnseiten der jeweiligen Kupplungsteile dienende Stirnflächen auf und hat somit die Funktion eines Abstandshalters. Die Verbindungsklauen, welche entweder eine zylindrische oder eine gewölbte Kraftübertragungsfläche aufweisen, haben jeweils im Übergangsbereich zum Rotationskörper einen sich auf einem Radius verdickenden Schaft. Mit Hilfe eines derartigen Klauenschaftes können die senkrecht auf die Längsachse der Verbindungsklauen angreifenden Scherkräfte vorteilhaft aufgenommen werden. Für das vornehmlich aus einem Kunststoff hergestellte Zwischenstück kann es von Vorteil sein, wenn die zu beiden Seiten am Rotationskörper in axialer Ausrichtung abstehenden Verbindungsklauen versetzt zueinander angeordnet sind, wodurch sich zudem eine verbesserte Verteilung der auf das Zwischenstück wirkenden Kräfte ergibt. Vorteilhafter Weise weist jede Verbindungsklaue dabei in Erstreckungsrichtung die Form eines Hohlzylinderabschnittes bzw. halbseitigen Hohlzylinders auf.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.
• Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Ansicht einer dreiteiligen Wellenkupplung.
• Mit 1 ist eine Wellenkupplung bezeichnet, welche zwei, miteinander zu koppelnde Kupplungsteile 2, 3 aufweist, die mit ihren Naben 4, 5 über Paßflächen 6, 7 auf den insbesondere nicht dargestellten, in der Regel fluchtend zueinander angeordneten Wellenenden aufgesetzt sind. Zwischen den Kupplungsteilen 2, 3 ist ein die Kupplungsteile miteinander drehfest verbindendes Zwischenstück 8 angeordnet. Das Zwischenstück 8 weist insbesondere ein sich vornehmlich in radialer Ebene zur Drehachse des Zwischenstückes erstreckenden Rotationskörper 9 auf, welcher zu beiden Seiten in einem vorbestimmten Abstand zur Drehachse sich parallel zu dieser erstreckende Verbindungsklauen 10, 11 aufweist. Die sich in entgegengesetzte Richtungen erstreckenden Verbindungsklauen 10, 11 sind in einem vorbestimmten Winkel zueinander versetzt an der Peripherie des Rotationskörpers 9 angeordnet und greifen in entsprechend an den Kupplungsteilen 2, 3 bevorzugt als nutartige Vertiefungen ausgebildete Aufnahmen 12 ein. Die Kraftübertragungsflächen 13 der als Hohlzylinderabschnitt ausgebildeten Verbindungsklauen weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine halbseitig zylindrische Form auf und die Kraftübertragungsflächen 14 der nutartigen Aufnahmen 12 sind bauchig bzw. gewölbt ausgebildet, wodurch eine vorteilhaft winkelbewegliche Formschlußverbindung zwischen den Verbindungsklauen 10, 11 und den Aufnahmen 12 gewährleistet ist. Die mit ihren Paßflächen 6, 7 auf den Wellenenden aufsitzenden Kupplungsteile 2, 3 werden insbesondere über Gewindebolzen 15 gegen eine mögliche radiale Verdrehung bzw. eine axiale Verschiebung gesichert, was stets eine einwandfreie Funktion der Wellenkupplung gewährleistet.

Claims (14)

1. Wellenkupplung mit zumindest zwei, über wenigstens ein Zwischenstück miteinander drehfest zu verbindenden Kupplungsteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile (2, 3) sich etwa axial zu ihren Drehachsen erstreckende Aufnahmen (12) aufweisen, daß das Zwischenstück (8) einen Rotationskörper (9) aufweist, an dem in die Aufnahmen der Kupplungsteile einsteckbare Verbindungsklauen (10, 11) ausgebildet sind, und daß jede Verbindungsklaue (2, 3) und jede eine jeweilige Verbindungsklaue mindestens bereichsweise aufnehmende Aufnahme (12) formschlüssig korrespondierende Kraftübertragungsflächen (13, 14) aufweisen.
2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kraftübertragungsflächen (13, 14) in axialer Richtung gewölbt ausgebildet ist.
3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kraftübertragungsfläche (13) zylindrisch und die zweite Kraftübertragungsfläche (14) gewölbt ausgebildet ist.
4. Wellenkupplung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten am Rotationskörper (9) in axialer Ausrichtung abstehenden Verbindungsklauen (10, 11) jeweils unter einem bestimmten Winkel versetzt zueinander angeordnet sind.
5. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für das Zwischenstück (8) Kunststoff ist.
6. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsklaue (10, 11) in Erstreckungsrichtung als Hohlzylinderabschnitt ausgebildet ist.
7. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsklaue (10, 11) gemeinsam mit einer jeweils zugeordneten Aufnahme (12) eine Paßverbindung ausbildet.
8. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (12) gleichmäßig auf zumindest einem Teilkreisdurchmesser eines jeweiligen Kupplungsteiles (2, 3) zueinander angeordnet sind.
9. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (12) am äußeren Umfang jedes Kupplungsteiles (2, 3) als nutartige Vertiefungen ausgebildet sind.
10. Zwischenstück für eine Wellenkupplung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (8) einen Rotationskörper (9) aufweist, an dem sich etwa axial zu seiner Drehachse erstreckende Verbindungsklauen (2, 3) angeordnet sind.
11. Zwischenstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsklaue (2, 3) eine Kraftübertragungsfläche aufweist, welche zylindrisch oder gewölbt ausgebildet ist.
12. Zwischenstück nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten am Rotationskörper (9) in axialer Ausrichtung abstehenden Verbindungsklauen (2, 3) jeweils unter einem bestimmten Winkel versetzt zueinander angeordnet sind.
13. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für das Zwischenstück (8) Kunststoff ist.
14. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsklaue (2, 3) in Erstreckungsrichtung als Hohlzylinderabschnitt ausgebildet ist.