DE202014010552U1

DE202014010552U1 - Klauenkupplung mit einem elastisch einfederbaren Zahnelement

Info

Publication number: DE202014010552U1
Application number: DE202014010552.9U
Authority: DE
Original assignee: Delta Antriebstechnik GmbH
Current assignee: Delta Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2016-01-15
Anticipated expiration: 2024-03-27
Also published as: WO2014154358A1; DE102013005142A1; DE102013005142B4

Abstract

Klauenkupplung (1) mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften, wobei die Kupplungshälften jeweils Klauen (10a, 10b) aufweisen, zwischen denen je ein Zahnelement (11) angeordnet ist, wobei mindestens ein Zahnelement (11) einen Federkörper (12) umfasst, welcher wenigstens eine Federschlaufe (13) bildet, wobei die Federschlaufe (13) zwischen den Klauen (10a, 10b) angeordnet ist und bei einer Momentenübertragung zwischen den Kupplungshälften elastisch einfederbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klauenkupplung mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften, wobei die Kupplungshälften jeweils Klauen aufweisen, zwischen denen je ein Zahnelement angeordnet ist, wobei das Zahnelement einen Federkörper umfasst, der wenigstens eine Federschlaufe zur Anordnung zwischen den Klauen bildet und wobei die Federschlaufe bei einer Momentenübertragung zwischen den Kupplungshälften elastisch einfederbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Zahnelement für eine solche Klauenkupplung.
STAND DER TECHNIK
Klauenkupplungen dienen in Maschinen, Anlagen und insbesondere in Antriebssystemen zur Übertragung von Drehmomenten, und um eine Dämpfung von Drehmomentstößen zu erreichen, ist es bekannt, zwischen den Klauen der Klauenkupplung Zahnelemente anzuordnen, die über einen gewissen Weg einfedern können, um eine leichte Verdrehung der Kupplungshälften zueinander zu ermöglichen, sodass die Übertragung der Drehmomentstöße abgeschwächt werden kann. Die durch das Einfedern der Zahnelemente über einen begrenzten Winkelbereich erzeugte Verdrehung der Kupplungshälften zueinander kann sich nach dem Drehmomentstoß durch elastische Rückfederung der Zahnelemente wieder zurückstellen. Beispielsweise kann eine Klauenkupplung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle eines Antriebssystems eingesetzt werden, und unerwünschte Drehmomentstöße im Antriebssystem können so abgedämpft werden.
Beispielsweise zeigt die DE 20 2008 000 772 U1 eine Klauenkupplung mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften, wobei die Kupplungshälften Klauen aufweisen, zwischen denen jeweils Zahnelemente angeordnet sind. Erfolgt eine Drehmomentübertragung zwischen den Kupplungshälften, so erfolgt eine leichte Deformation der Zahnelemente, wobei bei einer Drehmomententlastung durch elastische Rückfederung des Materials der Zahnelemente die Verdrehung der Kupplungshälften zueinander wieder rückgeführt wird. Die Drehsteifigkeit zwischen den Kupplungshälften wird dabei bestimmt durch die Geometrie der Zahnelemente und durch die Nachgiebigkeitseigenschaften des Materials, aus dem die Zahnelemente gefertigt sind. Durch eine rein elastische Deformation der Zahnelemente entsteht im Antriebssystem zwischen den beiden Kupplungshälften jedoch ein Torsionsfedersystem, welches abhängig von der Anregungsfrequenz im Antriebssystem zu unerwünschten Schwingungen führen kann. Ferner ist die sich ergebende Drehsteifigkeit zwischen den Kupplungshälften nur durch einen Austausch der Zahnelemente zwischen den Klauen der Kupplungshälften ermöglicht, und Zahnelemente unterschiedlicher Steifigkeit müssen gegeneinander ausgetauscht werden. Weiterhin entsteht durch den Einsatz eines gummielastischen Kunststoffes der Nachteil, dass die Klauenkupplung für hohe Einsatztemperaturen ungeeignet ist.
Mit der DE 10 2011 100 199 A1 ist eine Klauenkupplung mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften bekannt geworden, und zwischen den Klauen der Kupplungshälften befinden sich Zahnelemente, die aus einem Federkörper gebildet sind und der jeweilige Federschlaufen bildet. Die Federschlaufen sind dabei etwa oval ausgebildet, und die Außenkontur der Federschlaufen sind der konkaven Kontaktfläche der Klauen zum Kontakt gegen die Federschlaufen angepasst. Erfolgt eine Momentenübertragung zwischen den Kupplungshälften, so können die Federschlaufen in sich elastisch einfedern. Innenseitig in den Federschlaufen der Zahnelemente sind Dämpfungselemente eingesetzt, die mit einem fließfähigen Stoff oder mit einem Viskosestoff gefüllt sind. Zwar sind die Federschlaufen aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit geeignet, Drehmomentstöße zwischen den Kupplungshälften zu dämpfen und durch die Materialwahl sind hohe Einsatztemperaturen möglich. Auch eine spielfreie Übertragung eines Drehmomentes zwischen den Kupplungshälften ist gewährleisten, jedoch können im Antriebssystem unerwünschte Schwingungen auftreten, da auftretende Deformationen im Wesentlichen elastisch sind. Weisen die Federschlaufen innenseitig zusätzlich Dämpfungselemente auf, so können die Schwingungen in der Klauenkupplung gedämpft werden. Besonders vorteilhaft sind dabei Dämpfungselemente mit einem Hohlraum, die mit einem fließfähigen Stoff oder mit einem Viskosestoff gefüllt sind, wodurch sich die jedoch eine aufwendige Ausgestaltung und Herstellung der Dämpfungselemente in den Zahnelementen ergibt. Insbesondere dann, wenn in jeder Federschlaufe zwei Dämpfungselemente angeordnet werden müssen, entstehen aufwändig ausgebildete Zahnelemente, die hohe Kosten verursachen. Außerdem ist das Dämpfungsverhalten nur sehr gering ausgeprägt und das maximal zu übertragende Moment ist bauraumbedingt sehr begrenzt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist damit die Weiterbildung einer Klauenkupplung mit zur Drehmomentübertragung vorgesehenen Zahnelementen, die konstruktiv und baulich einfach ausgeführt sind und eine Schwingungsdämpfung bei der Drehmomentübertragung zwischen den Kupplungshälften ermöglichen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Klauenkupplung gemäß den vorstehend genannten Merkmalen des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird eine Klauenkupplung mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften vorgeschlagen, wobei die Kupplungshälften jeweils Klauen aufweisen, zwischen denen je ein Zahnelement angeordnet ist, wobei das Zahnelement einen Federkörper umfasst, der wenigstens eine Federschlaufe zur Anordnung zwischen den Klauen bildet und wobei die Federschlaufe bei einer Momentenübertragung zwischen den Kupplungshälften elastisch einfederbar ist. Beim Einfedern findet eine reibbehaftete Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen statt, wodurch eine Dämpfung der Federbewegung erzeugt wird.
Eine Ausgestaltung der Klauenkupplung sieht vor, dass eine Positionssicherung für das Zahnelement vorgesehen ist, vorzugsweise ein Stützring zur Positionierung des Zahnelements. Mittels der Positionssicherung wird vorzugsweise verhindert, dass das Zahnelement, vorzugsweise ein Verbindungsabschnitt von zwei darüber miteinander verbundenen Zahnelementen, die jeweils eine Federschlaufe bilden, nicht verrückt, insbesondere nicht nach Innen ausweicht. Vielmehr bleibt damit diese Komponente in ihrer Position in der Klauenkupplung. Vorzugsweise wird ein Stützring genutzt, der jeweils außenseitig einen umlaufenden Steg aufweist. Der Steg ist vorzugsweise geschlossen umlaufend, kann aber auch durchbrochen sein und somit mehrere voneinander getrennte Stegabschnitte aufweisen. Zwischen zwei gegenüberliegenden Stegabschnitten wird mittig der Verbindungsabschnitt durch die beiden Stegabschnitte in der Position gehalten. Neben der Nutzung von Stegen können auch andere geometrische Formen zur Positionierung des Verbindungsabschnittes genutzt werden. Andere Mittel zur Positionssicherung sind ebenfalls einsetzbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Klauenkupplung sieht vor, dass die Federschlaufe zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten der Federschlaufe einen freien Innenraum ohne einen zwischen den gegenüberliegenden Seiten angeordneten Dämpfer bildet, wobei die Federschlaufe in den so gebildeten freien Innenraum einfedert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Klauenkupplung ist vorgesehen, dass das Zahnelement weiterhin zumindest einen Dämpfungsfederbügel aufweist, der in der Federschlaufe einsitzt. Insbsondere besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung ebenfalls die Möglichkeit, auch ohne Dämpfungsfederbügel oder einem anderen Dämpfer oder elastischen Zwischenglied im freien Innenraum die Klauenkupplung zu verwenden. Bevorzugt dämpft die Federschlaufe allein über eine Kontaktfläche zur Klaue der Klauenkupplung und durch eine eigene Werkstoffdämpfung.
Vorzugsweise ist vorgesehen, eine verbesserte Schwingungsdämpfung der Klauenkupplung dadurch zu erhalten, dass der Federkörper durch ein weiteres Nachgiebigkeitselement ergänzt wird, um die Zahnelemente zu bilden. Durch das Einbringen eines Dämpfungsfederbügels in die Federschlaufe des Federkörpers wird erreicht, dass der Dämpfungsfederbügel ebenfalls eine elastische Einfederung erfährt, wenn sich die Kupplungshälften der Klauenkupplung bei einer Momentenübertragung gegeneinander verdrehen. Durch die elastische Deformation der Federschlaufe bei einer Momentenübertragung erfolgt zugleich eine elastische Deformation des Dämpfungsfederbügels, da diese innerhalb der Federschlaufe einsitzend angeordnet ist und eine Deformation von der Federschlaufe wird auf den Dämpfungsfederbügel übertragen. Die Federschlaufe kann ein einfaches, einteiliges Element bilden, das leicht herstellbar und auf einfache Weise in den Federkörper einsetzbar ist. Die Variation der Steifigkeiten sowohl des Federkörpers zur Bildung der Federschlaufe als auch des Dämpfungsfederbügels ermöglichen eine Einstellung der Drehsteifigkeit zwischen den Kupplungshälften der Klauenkupplung, ohne dass die gesamten Zahnelemente ausgetauscht werden müssen.
Mit besonderem Vorteil kann der Federkörper und/oder insbesondere der Dämpfungsfederbügel aus einem Federwerkstoff, beispielweise einem Federstahlwerkstoff ausgebildet sein. Ein Federwerkstoff ist vorzugsweise ein federnder metallischer Werkstoff, insbesondere auch ein Tellerfederstahl, ein federnder Kunststoff, ein federnde faserverstärkter Kunststoff und/oder ein federnder carbonfaserverstärkter Kunststoff. Neben der Nutzung von nur einem Werkstoff können auch mehrere Werkstoffe zum Einsatz kommen, zum Beispiel lagenweise, abschnittsweise oder ins sonstiger Weise. Durch die Werkstoffwahl kann die Klauenkupplung bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden, die oberhalb der Temperaturen liegen, die durch den Einsatz von Kunststoffen maximal zulässig sind. Beispielsweise können die Temperaturen zum Betrieb der Klauenkupplung leicht 120°, bevorzugt 250° und insbesondere sogar 400°C überschreiten, ohne Schaden zu nehmen. Die Zahnelemente mit einem Federkörper zur Bildung der Federschlaufe und mit einem in der Federschlaufe einsitzenden Dämpfungsfederbügel können jedoch auch aus Kunststoffmaterialien, beispielsweise aus einem polymeren Werkstoff, gefertigt sein, ebenfalls besteht die Möglichkeit, nur den Federkörper oder nur den Dämpfungsfederbügel aus einem Kunststoffmaterial auszubilden, während der Dämpfungsfederbügel beziehungsweise der Federkörper aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
Als vorteilhaft hat sich beispielsweise die Verwendung von vergütetem Federstahl, von kaltverfestigtem wie auch warmverfestigtem Federstahl erwiesen. Auch kann ein nickelbasierter Werkstoff zum Einsatz kommen. Insbesondere die folgenden Werkstoffe haben sich bewährt:
Federstähle:

C60S (1.1211)
C75S (1.1248)
51CrV4 (1.8159)

Korrisionsbeständige Werkstoffe:

X10 CrNi 18-8 (1.4310)
X7 CrNiAl 17-7 (1.4568)
X5 CrNiMo 17-12-2 (1.4401)

Werkstoffe für höhere Temperaturen (> 250°C):

X22 CrMoV 12-1 (1.4923)
X39 CrMo 17-1 (1.4122)

Werkstoffe für höchste Temperaturen (> 400°C) und/oder starke Korrosionsbeanspruchung:

NiCr 20 Co 18 Ti (NIMONIC 90) (2.4632)
NiCr 15 Fe 7 TiAl (INCONEL X 750) (2.4669)
NiCr 19 NbMo (INCONEL 718) (2.4668)

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Zahnelemente kann der Dämpfungsfederbügel derart in der Federschlaufe einsitzen, dass bei einer Einfederung der Federschlaufe wenigstens eine Kontaktfläche des Dämpfungsfederbügels an der Innenfläche der Federschlaufe reibbehaftet abgleitet. Das reibbehaftete Abgleiten der Kontaktfläche des Dämpfungsfederbügels an der Innenfläche der Federschlaufe erzeugt eine Dissipation von Energie, durch die Schwingungen im Antriebssystem durch die Klauenkupplung gedämpft werden können. Durch das reibbehaftete Abgleiten entsteht eine Verlustenergie, sodass die Kopplung der Kupplungshälften über die Zahnelemente nicht mehr vollelastisch erfolgt, sondern ein Teil der Verformungsenergie in den Zahnelementen wird in Reibungswärme umgewandelt. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise eine Schwingungstilgung erzeugt, die sich auf die Vermeidung unerwünschter Torsionsschwingungen beispielsweise in einem Antriebssystem positiv auswirken.
Die Klauen an den Kupplungshälften können gemäß einer Ausgestaltung konkave Flächen aufweisen, die den Außenflächen der Zahnelemente zugewandt sind, und die Oberfläche der Klauen kann der Kontur der Außenfläche der Federschlaufen angepasst sein. Bei einer Änderung des zu übertragenden Drehmomentes zwischen den Kupplungshälften kann ein Abgleiten der Außenseite der Federschlaufen an den konkaven Flächen der Klauen erfolgen, wodurch ebenfalls Energie dissipiert wird. Die Kupplung kann daher auch ohne Dämpfungsfederbügel betrieben werden. Dieser ermöglicht jedoch eine höhere Steifigkeit, eine höhere Dämpfung und die Übertragung höherer Momente.
Der Dämpfungsfederbügel und/oder die Federschlaufe kann jeweils ein Halboval bilden und/oder U-förmig ausgebildet sein. Die im Wesentlichen ovale Ausgestaltung der Federschlaufen kann eine geöffnete Seite umfassen, und der als Halboval oder wenigstens U-förmig ausgebildete Dämpfungsfederbügel sitzt derart in der Federschlaufe ein, dass die Öffnungsseite der Federschlaufen durch den Dämpfungsfederbügel geschlossen wird. Insbesondere kann der Dämpfungsfederbügel dabei unter Vorspannung in der Federschlaufe einsitzen, sodass dieser selbsthaltend in der Federschlaufe eingebracht werden kann.
Beispielsweise kann der Dämpfungsfederbügel einen Federschenkel aufweisen, der bei Einfederung der Federschlaufen ruhend in dieser einsitzt und/oder es kann vorgesehen sein, dass der Dämpfungsfederbügel einen Federschenkel aufweist, der bewegbar in der Federschlaufe einsitzt und an dem die Kontaktfläche zum reibbehafteten Abgleiten gegen die Innenfläche der Federschlaufe ausgebildet ist. Der ruhend in der Federschlaufe einsitzende Federschenkel kann eine Kontur aufweisen, die der Kontur der Federschlaufe wenigstens über seinem Kontaktabschnitt angepasst ist. Der Federschenkel zum Abgleiten gegen die Innenfläche der Federschlaufe kann hingegen eine abweichende Geometrie aufweisen, sodass zwischen der Kontaktfläche des Federschenkels und der Innenseite der Federschlaufe ein Linienkontakt bzw. eine bereichsweise begrenzte Kontaktfläche entsteht, wodurch bei geometrischer Veränderung der Berührungspunkte die Federeigenschafen gezielt beeinflusst werden können. Beim Einfedern der Federschlaufe durch ein sich änderndes Moment zwischen den Kupplungshälften wird dabei vorzugsweise der Bereich der Federschlaufe bewegt, gegen den der mit der Kontaktfläche versehene und gegen die Innenseite der Federschlaufe abgleitende Federschenkel anliegt.
Zur weiteren Verbesserung der erfindungsgemäßen Klauenkupplung kann die Kontaktfläche des Dämpfungsfederbügels zum reibbehafteten Abgleiten gegen die Innenfläche der Federschlaufe und/oder die Innenfläche der Federschlaufe und/oder die Außenfläche der Federschlaufe eine wenigstens bereichsweise ausgebildete Beschichtung aufweisen, die bevorzugt geeignet ist, einen Verschleiß des Zahnelementes zu mindern. Die Beschichtung kann beispielsweise eine keramische oder galvanische oder eine sonstige, die gewünschte Eigenschaft hervorrufende Beschichtung sein. Aufgrund der Dynamik der Klauenkupplung und/oder aus Gründen eines Achsversatzes zwischen den Wellen der Klauenkupplung und/oder aus Gründen impulsartiger Belastungen auf einen Abtrieb der Klauenkupplung kann es zu Relativbewegungen zwischen den Kupplungshälften kommen. Diese Relativbewegungen werden dabei vom Zahnelement aufgenommen, wobei es ebenfalls zu Relativbewegungen zwischen dem Zahnelement und den Kupplungshälften der Klauenkupplung kommen kann. Wird nun auf wenigstens eine der Reibflächen am Zahnelement, insbesondere am Federkörper und/oder am Dämpfungsfederbügel, eine Beschichtung aufgebracht, das heißt mit einem Überzug versehen, so kann dadurch die Standzeit des Zahnelementes und somit die Standzeit der Klauenkupplung erhöht werden. Hierbei kann es sich um eine reibungsmindernde und/oder verschleißmindernde Beschichtung handeln. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können auch die Kontaktflächen der Klauen zum Kontakt gegen die Federschlaufen der Zahnelemente eine Beschichtung aufweisen. Zwar können zum Betrieb der Klauenkupplung Schmiermittel verwendet werden, ein Vorteil kann jedoch dadurch erreicht werden, dass durch die Verwendung einer Beschichtung auf Schmiermittel verzichtet werden kann, sodass die Klauenkupplung, insbesondere der Kontakt der Klauen zu den Zahnelementen, trocken ausgebildet ist und die Klauenkupplung schmiermittelfrei betrieben werden kann. Auch entsteht der Vorteil, dass die Höhe der Dissipation durch eine Anpassung der Beschichtung eingestellt werden kann. Des Weiteren ist beispielsweise vorgesehen, dass eine Klauenkupplung auch ohne eine Beschichtung der Federn und/oder der Klauen ihre Funktionsweise erfüllt. Auch ohne Beschichtung und ohne zusätzliche Schmierung, nämlich im Trockenlauf ist die Nutzung der Klauenkupplung ebenfalls möglich. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Oberflächenhärtung der Klaue im Bereich des dortigen Abgleitens der Federschlaufe vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine Wärmebehandlung und/oder ein Kugelstrahlen zur Erhöhung der statischen und dynamischen Festigkeit vorgesehen sein. Auch besteht die zusätzliche wie auch alternative Möglichkeit, zur Oberflächenhärtung eine Hartverchromung, ein Einsatzhärten, ein Borierhärten oder anderes vorzusehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Klauenkupplung kann der Dämpfungsfederbügel selbsthaltend und insbesondere entnehmbar in der Federschlaufe einsitzen. Der Dämpfungsfederbügel kann in der Federschlaufe vorgespannt sein, beispielsweise indem die Federschenkel des Dämpfungsfederbügels beim Einsetzen in die Federschlaufen leicht zusammengedrückt werden. Folglich verklemmen die Federschenkel innenseitig in der Federschlaufe, sodass der Dämpfungsfederbügel ohne weitere Haltemittel, jedoch vorzugsweise durch einen leichten geometrischen Formschluss in Seitenrichtung, beispielsweise durch Nut und Feder, innenseitig in der Federschlaufe einsitzen kann.
Eine weitere Ausgestaltung sieht die Nutzung eines Stützrings, insbesondere eines oben beschriebenen Stützrings, zum Beispiel als Montagehilfe vor. Beispielsweise kann auch die Montagehilfe dazu dienen, in die Federschlaufe einen Dämpfungsfederbügel einsetzen zu können. Auch andere Befestigungselemente zwischen Federschlaufe und Dämpfungsfederbügel können genutzt werden. Durch einen ein- oder mehrteiligen Stützring kann die Federschlaufe und der eventuell vorhandene Dämpfungsbügel in radialer und/oder axialer Richtung fixiert werden. Weiterhin kann der Stützring als Montagehilfe zur Fixierung der Federn während der Montage dienen. Die Verbindung zwischen den Federn und dem ein- oder mehrteiligen Stützring kann beispielsweise formschlüssig zum Beispiel mittels Nieten und/oder Aussparungen erfolgen, kraftschlüssig zum Beispiel mittels clipsen erfolgen, und/oder auch stoffschlüssig zum Beispiel mittels Kleben, Schweißen, Löten ausgeführt werden. Vorzugsweise wird ein Verbindungssteg derart mit dem Stützring verbunden.
Die Zahnelemente können verschiedenartig ausgebildet sein, und beispielsweise kann der Federkörper des Zahnelementes eine einzelne Federschlaufe umfassen oder der Federkörper des Zahnelementes umfasst beispielsweise zwei Federschlaufen, zwischen denen sich zum Beispiel der Verbindungssteg erstreckt. Die Federschlaufen bilden jeweilige Zähne zwischen den Klauen der Kupplungshälften, und in die Zwischenräume der Klauen können jeweils einzelne Zahnelemente eingesetzt werden, die eine Federschlaufe mit einem in der Federschlaufe einsitzenden Dämpfungsfederbügel umfassen. Die Seitenbereiche der Federschlaufen sind etwa ballig ausgeführt und können eine Krümmung aufweisen, die in etwa mit der Krümmung der Kontaktflächen an den Klauen korrespondiert. Die Federschlaufe kann offen ausgeführt sein und der Federkörper weist einen Anfang und ein Ende für jede einzelne Federschlaufe auf. Dadurch bildet die Federschlaufe eine Art Druckfeder, die in ihrer Steifigkeit durch das Vorhandensein des Dämpfungsfederbügels innenseitig in der Federschlaufe und insbesondere durch die Nachgiebigkeit des Dämpfungsfederbügels beeinflusst werden kann. Auch kann der Federkörper durch entsprechende geometrische Abmessungen und eine vorteilhafte Materialwahl in der Steifigkeit eingestellt werden. Vorstellbar ist es hierbei, dass das Zahnelement aus einem gebogenen Blechsteifen gebildet wird. Der Blechstreifen kann derart gebogen werden, dass die Enden des Blechstreifens voneinander beabstandet sind, und somit weist der aus einem Federstahl gebildete Blechstreifen eine Elastizität auf, die auch bei hohen und höchsten Temperaturen eine hohe Dauerfestigkeit gewährleistet. Als Bleche sind hierbei zum Bespiel Feinbleche zu nennen, die eine Dicke von kleiner 3 mm aufweisen können. Es sind aber auch Grobbleche vorstellbar, die je nach Einsatzgebiet und Größe der Klauenkupplung eine Dicke aufweisen können, die in einem Bereich über 3 mm liegen und auf eine Übertragung von großen Drehmomenten ausgelegt sind.
Bei Zahnelementen mit einem Federkörper, aus dem zwei Federschlaufen gebildet sind, erstreckt sich zwischen den Federschlaufen ein Verbindungssteg, wobei der Federkörper, der beispielsweise aus einem Flachband gebildet sein kann, durchgehend ausgebildet ist, und die Federschlaufen weisen nur noch ein freies Ende auf, welches den beweglichen Federschenkel der Federschlaufe bilden kann.
Ist ein Zahnelement mit zwei Federschlaufen und einem zwischen diesen verlaufen Verbindungssteg ausgestaltet, so kann das Zahnelement an einer Klaue einer Kupplungshälfte selbsthaltend angeklipst werden, wodurch Montagevorteile entstehen. Die Zahnelemente können dabei leicht vorgespannt unter geringer elastischer Deformation des Verbindungssteges und/oder der Federschlaufen an die Klauen angebracht werden.
Mit besonderem Vorteil kann der Federstahlkörper und insbesondere das Dämpfungsfederelement aus einem Flachband ausgebildet sein, sodass die Anlage der Federschlaufe gegen die Oberfläche der Klaue einen Linienkontakt bildet. Die Krümmung der Außenfläche der Federschlaufe, insbesondere der Federschenkel, kann von der Krümmung der konkaven Oberfläche der Klauen so abweichen, dass der Kontakt zwischen der Federschlaufe und den Klauen auf einen Punktkontakt begrenzt wird. Der Punktkontakt kann insbesondere an dem Federschenkel vorliegen, der bei einer Verdrehung der Kupplungshälften beweglich bleibt. Neben der Reibung zwischen dem Dämpfungsfederbügel und der Innenseite der Federschenkel entsteht dabei auch eine Reibung zwischen dem Federschenkel und der Klaue, die ebenfalls eine Dissipation von Energie bewirkt und schwingungsdämpfende Eigenschaften der Klauenkupplung erzeugt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Flachband zusätzlich ballig ausgeführt wird. Dieses ermöglicht beispielsweise bei Winkelversatz der Kupplungshälften eine Kantenpressung zu vermeiden. Vorzugsweise wird für die Balligkeit ein Längsradius zwischen 200 bis 300 mm genutzt, je nach Dimensionierung der Klauenkupplung.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Zahnelement für eine Klauenkupplung mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften gerichtet, wobei die Kupplungshälften jeweils Klauen aufweisen, zwischen denen das Zahnelement anordbar ist, wobei das Zahnelement einen Federkörper umfasst, der wenigstens eine Federschlaufe zur Anordnung zwischen den Klauen bildet und wobei die Federschlaufe bei einer Momentenübertragung zwischen den Kupplungshälften elastisch einfederbar ist. Zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Zahnelementes ist vorgesehen, dass dieses weiterhin zumindest einen Dämpfungsfederbügel aufweist, der in der Federschlaufe einsitzt. Die weiteren Merkmale und zugehörigen Vorteile des Zahnelementes, die in Zusammenhang mit der vorstehend dargestellten Klauenkupplung aufgeführt sind, finden beim erfindungsgemäßen Zahnelement ebenfalls Berücksichtigung.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Klauenkupplung mit zumindest einer Federschlaufe wie oben beschrieben vorgeschlagen, wobei bei der Herstellung eine Fläche der Klaue, an der die Federschlaufe später im Betreib der Klauenkupplung abgleitet, eine Oberflächenhärtung erhält.
Auch wird ein Verfahren zur Herstellung einer Klauenkupplung mit zumindest einer Federschlaufe wie oben beschrieben vorgeschlagen, wobei ein oder mehrere Federschlaufen beim Zusammenbau der Klauenkupplung auf einer Montagehilfe, insbesondere einem Stützring, angeordnet und in die Klauenkupplung eingesetzt werden.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht durch eine Klauenkupplung mit Klauen, zwischen denen erfindungsgemäß ausgestaltete Zahnelemente angeordnet sind,
2 eine Ansicht eines Zahnelementes mit zwei Federschlaufen,
3 eine Ansicht eines Zahnelementes mit einer einzigen Federschlaufe,
4 eine perspektivische Ansicht mehrerer Zahnelemente sowie eines Stützrings, wobei der Stützring koaxial zur Rotationsachse angeordnet ist und die mehreren Zahnelemente außenseitig auf dem Stützring aufsitzen,
5 ein weiteres, nichtbauchiges Zahnelement mit zwei Federschlaufen,
6 das Zahnelement aus 5 in einer Aufsicht,
7 bis 11 ein bauchiges Zahnelement mit zwei Federschlaufen in verschiedenen perspektivischen Darstellungen,
12 bis 15 einen Zusammenbau einer Klauenkupplung unter Nutzung von bauchigen Zahnelementen, die auf einer Montagehilfe in Form eines Stützrings sitzen,
16 bis 19 einen detaillierten Zusammenbau von Zahnelementen unter Nutzung eines zusammensetzbaren Stützrings aus zwei ineinander setzbaren Teilen,
20 und 21 ein weiteres Beispiel eines Zusammenbaus unter Nutzung einer anderen Montagehilfe in Form eines anderen Rotationsrings mit jeweils seitlich umlaufendem Steg, und
22 und 23 ein weiteres Beispiel eines Zusammenbaus unter Nutzung einer anderen Montagehilfe in Form eines anderen Rotationsrings und der Zuhilfenahme von Clipsen zu Befestigung der Zahnelemente.
1 zeigt eine Klauenkupplung 1 in einer Schnittansicht, wobei der Schnitt derart durch die Klauenkupplung verläuft, dass eine stirnseitige Draufsicht auf Klauen 10a einer ersten Kupplungshälfte und eine quergeschnittene Ansicht von Klauen 10b einer komplementär ausgebildeten, zweiten Kupplungshälfte dargestellt sind. Die Klauen 10a und 10b der jeweiligen Kupplungshälften greifen so ineinander, dass in Umfangsrichtung abwechselnd eine Klaue 10a einer ersten Kupplungshälfte auf eine Klaue 10b einer zweiten Kupplungshälfte folgt, wobei zwischen den Klauen 10a und 10b Zwischenräume ausgebildet sind. In den Zwischenräumen sitzen Zahnelemente 11 ein, und wird zwischen den Kupplungshälften ein Drehmoment übertragen, das um die Rotationsachse 19 der Klauenkupplung 1 wirkt, so wird das Drehmoment zwischen den Klauen 10a und 10b über die Zahnelemente 11 übertragen.
Die Zahnelemente 11 weisen Federkörper 12 auf, und die Federkörper 12 sind durch ein metallisches Flachband gebildet, das beispielsweise eine Dicke von etwa 3 mm aufweist. Das metallische Flachband ist durch einen Federstahlwerkstoff ausgebildet und weist elastische Federeigenschaften auf. Der Federkörper 12 ist dabei derart ausgebildet, dass dieser eine erste Federschlaufe 13 bildet, die in einem ersten Zwischenraum zwischen zwei Klauen 10a und 10b einsitzt, und der Federkörper 12 bildet eine weitere Federschlaufe 13, die in einem weiteren Zwischenraum zwischen zwei Klauen 10a und 10b einsitzt. Das Ausführungsbeispiel zeigt damit Zahnelemente 11 mit je zwei Federschlaufen 13, und zwischen den Federschlaufen 13 erstreckt sich ein Verbindungssteg 18. Durch die Ausführung der Zahnelemente 11 mit jeweils zwei Federschlaufen 13 sind lediglich vier Zahnelemente 11 erforderlich, um die zwischen den Klauen 10a und 10b gebildeten insgesamt acht Zwischenräume auszufüllen. Wird ein Drehmoment zwischen den Kupplungshälften aufgebaut, so können die Federschlaufen 13 unter elastischer Formänderung einfedern, ohne dass dabei die Anordnung der Federschlaufen 13 in den Zwischenräumen zwischen den Klauen 10a und 10b verändert wird.
Die Zahnelemente 11 umfassen erfindungsgemäß Dämpfungsfederbügel 14, die in den jeweiligen Federschlaufen 13 einsitzen. Federn die Federschlaufen 13 elastisch ein, so wird in die Dämpfungsfederbügel 14 ebenfalls eine elastische Verformung eingeleitet, wodurch eine Erhöhung der Gesamtverformungssteifigkeit der Federschlaufen 13 bewirkt wird, wie in Zusammenhang mit der folgenden 2 näher erläutert.
2 zeigt in einer Seitenansicht ein Zahnelement 11, wie dieses zwischen Klauen 10a und 10b einer Klauenkupplung 1 gemäß 1 eingesetzt werden kann. Die Grundstruktur des Zahnelementes 11 ist gebildet durch einen Federkörper 12 in Form eines metallischen Flachbandmaterials, und der Federkörper 12 bildet zwei Federschlaufen 13, die durch eine entsprechende Umformung des Federkörpers 12 hergestellt sind. Zwischen den Federschlaufen 13 erstreckt sich ein Verbindungssteg 18, der durch einen mittleren Abschnitt des Federkörpers 12 gebildet ist.
Innenseitig in den Federschlaufen 13 sind Dämpfungsfederbügel 14 eingebracht, die eine U-förmige Gestalt aufweisen und einen ersten Federschenkel 14a und einen zweiten Federschenkel 14b aufweisen. Der erste Federschenkel 14a ist der Innenfläche 16 der Federschlaufe 13 angepasst und liegt an dieser ruhend an. Der zweite Federschenkel 14b weist eine Kontaktfläche 15 auf, mit der der Federschenkel 14b gegen die Innenfläche 16 der Federschlaufe 13 einfederbar anliegt.
Wird auf die Klauenkupplung ein Drehmoment aufgebracht, so wandern die Klauen 10a und 10b unter elastischer Verformung der Federschlaufen 13 im Umfangsrichtung leicht aufeinander zu, sodass sich jeder zweite Zwischenraum, der in Umfangsrichtung im Kraftfluss liegt und in denen die Federschlaufen 13 einsitzen, geringfügig verkleinert. Dadurch entsteht eine Kontaktkraft zwischen der Oberfläche der Klauen 10a und 10b sowie der Außenfläche 17 der Federschlaufen 13, wobei die Kontaktkraft F durch Pfeile angedeutet ist. Durch die Kontaktkraft F federn die frei beweglichen Abschnitte der Federschlaufen 13 elastisch ein, sodass sich auf gleiche Weise eine elastische Verformung im Dämpfungsfederbügel 14 einstellt. Die Verformung bewirkt, dass die ovale Form der Federschlaufen 13 leicht zusammengedrückt wird, wodurch die Federschenkel 14a und 14b der Dämpfungsfederbügel 14 ebenfalls relativ aufeinander zu bewegt werden. Dadurch gleitet die Kontaktfläche 15 am zweiten Federschenkel 14b an der Innenfläche 16 der Federschlaufe 13 ab, sodass eine Relativbewegung zwischen den Flächen 15 und 16 entsteht, wie durch jeweilige Pfeile angedeutet.
Durch die Abgleitbewegung der Flächen 15 und 16 aufeinander entsteht eine Reibung, wodurch die Drehfedersteifigkeit der Klauenkupplung 1 beeinflusst wird, insbesondere wird durch die Reibung aber ein Anteil an Energie dissipiert, sodass die Torsion zwischen den Kupplungshälften der Klauenkupplung 1 nicht vollständig elastisch erfolgt.
3 zeigt ein Zahnelement 11 aus einem Federkörper 12, der zu einer einzigen Federschlaufe 13 geformt ist, und in der Federschlaufe 13 sitzt ein Dämpfungsfederbügel 14 ein. Das einzelne Zahnelement 11 kann auf gleiche Weise wie in 1 gezeigt in die Zwischenräume zwischen den Klauen 10a und 10b eingesetzt werden, und erfolgt eine Änderung des durch die Klauenkupplung 1 übertragenen Drehmomentes, so wirkt auf die Federschlaufe 13 die Kontaktkraft F, wodurch ebenfalls ein Abgleiten der Kontaktfläche 15 des Dämpfungsfederbügels 14 an der Innenfläche 16 der Federschlaufe 13 erfolgt.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht mehrerer Zahnelemente 11 in ihrer Anordnung, wie diese zwischen den Klauen 10a und 10b einsitzen, wobei gemäß dieser weiteren Ausführungsform der Klauenkupplung 1 ein Stützring 20 koaxial zur Rotationsachse 19 angeordnet ist. Die Anordnung des Stützringes 20 erfolgt dabei so, dass die mehreren Zahnelemente 11 außenseitig auf dem Stützring 20 aufsitzen können. Im montierten Zustand der Klauenkupplung 1 befindet sich dabei der Stützring 20 zwischen den Kupplungshälften radial innenseitig der Klauen 10a und 10b. Der Stützring 20 kann dazu dienen, dass eine axiale und radiale Relativbewegung der Zahnelemente 11 auf der Außenfläche des Stützringes 20 einschränkt wird, insbesondere können die Zahnelemente 11 wahlweise lose oder fest mit dem Stützring 20 verbunden sein.
Die weiteren 5 bis 23 zeigen weitere Ausgestaltungen der Erfindung insbesondere mit freiem Innenraum ohne Dämpfungsfederbügel wie auch mit Federdämpfungsbügel. Auch werden verschiedene Montagehilfen bzw. Stützringe gezeigt, um prinzipielle Möglichkeiten der Montage aber auch von Positioniermitteln aufzuzeigen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Klauenkupplung
10a: Klaue
10b: Klaue
11: Zahnelement
12: Federkörper
13: Federschlaufe
14: Dämpfungsfederbügel
14a: erster Federschenkel
14b: zweiter Federschenkel
15: Kontaktfläche
16: Innenfläche
17: Außenfläche
18: Verbindungssteg
19: Rotationsachse
20: Stützring
F: Kontaktkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008000772 U1 [0003]
DE 102011100199 A1 [0004]

Claims

Klauenkupplung (1) mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften, wobei die Kupplungshälften jeweils Klauen (10a, 10b) aufweisen, zwischen denen je ein Zahnelement (11) angeordnet ist, wobei mindestens ein Zahnelement (11) einen Federkörper (12) umfasst, welcher wenigstens eine Federschlaufe (13) bildet, wobei die Federschlaufe (13) zwischen den Klauen (10a, 10b) angeordnet ist und bei einer Momentenübertragung zwischen den Kupplungshälften elastisch einfederbar ist.
Klauenkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionssicherung für das Zahnelement (11) vorgesehen ist, vorzugsweise ein Stützring zur Positionierung des Zahnelements (11).
Klauenkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federschlaufe (13) zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten der Federschlaufe (13) einen freien Innenraum bildet ohne einen zwischen den gegenüberliegenden Seiten angeordneten Dämpfer, in den die Federschlaufe (13) einfedert.
Klauenkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnelement (11) weiterhin zumindest einen Dämpfungsfederbügel (14) aufweist, der in der Federschlaufe (13) einsitzt.
Klauenkupplung (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federkörper (12) und/oder insbesondere der Dämpfungsfederbügel (14) aus einem Federwerkstoff ausgebildet ist, vorzugsweise einem federnden metallischen Werkstoff, einem federnden Kunststoff, einem federnden faserverstärkten Kunststoff und/oder einem federnden carbonfaserverstärktem Kunststoff.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsfederbügel (14) derart in der Federschlaufe (13) einsitzt, dass bei einer Einfederung der Federschlaufe (13) wenigstens eine Kontaktfläche (15) des Dämpfungsfederbügels (14) an der Innenfläche (16) der Federschlaufe (13) reibbehaftet abgleitet.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federschlaufe (13) und/oder der Dämpfungsfederbügel (14) jeweils ein Halboval bildet und/oder U-förmig ausgebildet ist.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsfederbügel (14) einen Federschenkel (14a) aufweist, der bei Einfederung der Federschlaufe (13) ruhend in dieser einsitzt und/oder dass der Dämpfungsfederbügel (14) einen Federschenkel (14b) aufweist, der bewegbar in der Federschlaufe (13) einsitzt und an dem die Kontaktfläche (15) zum reibbehafteten Abgleiten gegen die Innenfläche (16) der Federschlaufe (13) ausgebildet ist.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein reibbehaftetes Abgleiten der Federschlaufe (13) an der Klaue (10a, 10b) erfolgt, an der die Federschlaufe (13) anliegt.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (15) des Dämpfungsfederbügels (14) zum reibbehafteten Abgleiten gegen die Innenfläche (16) der Federschlaufe (13) und/oder die Innenfläche (16) der Federschlaufe (13) und/oder die Außenfläche (17) der Federschlaufe (13) eine wenigstens bereichsweise ausgebildete Beschichtung aufweist, die bevorzugt geeignet ist, einen Verschleiß des Zahnelementes (11) zu mindern.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (17) der Federschlaufe (13) direkt ohne eine Beschichtung dazwischen auf der Klaue (10a, 10b) anliegt, entlang der sie reibbehaftet abgleitet, vorzugsweise schmierungsfrei abgleitet.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsfederbügel (14) selbsthaltend und insbesondere entnehmbar in der Federschlaufe (13) einsitzt.
Klauenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützring für eine Federschlaufe als Montagehilfe vorgesehen ist.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federkörper (12) des Zahnelementes (11) eine einzelne Federschlaufe (13) umfasst.
Klauenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Federkörper (12) des Zahnelementes (11) zwei Federschlaufen (13) umfasst, zwischen denen sich ein Verbindungssteg (18) erstreckt.
Klauenkupplung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federkörper (12), vorzugsweise ein Federstahlkörper, und/oder insbesondere das Dämpfungsfederelement (14) aus einem Flachband ausgebildet ist, wobei die Anlage der Federschlaufe (13) gegen die Oberfläche der Klaue (10) vorzugsweise einen Punktkontakt bildet. (Andere Materialien möglich)
Zahnelement (11) für eine Klauenkupplung (1) mit zwei zueinander komplementär ausgebildeten Kupplungshälften, wobei die Kupplungshälften jeweils Klauen (10a, 10b) aufweisen, zwischen denen das Zahnelement (11) anordbar ist, wobei das Zahnelement (11) einen Federkörper (12) umfasst, der wenigstens eine Federschlaufe (13) zur Anordnung zwischen den Klauen (10a, 10b) bildet und wobei die Federschlaufe (13) bei einer Momentenübertragung zwischen den Kupplungshälften elastisch einfederbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnelement (11) weiterhin zumindest einen Dämpfungsfederbügel (14) aufweist, der in der Federschlaufe (13) einsitzt oder aber die Federschlaufe (13) zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten der Federschlaufe (13) einen freien Innenraum bildet ohne einen zwischen den gegenüberliegenden Seiten angeordneten Dämpfer, insbesondere einen Dämpfungsfederbügel (14), wobei die Federschlaufe (13) in den freien Innenraum einfedert.
Zahnelement (11) nach Anspruch 11 für eine Klauenkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Stützring zur Fixierung eines Zahnelements nach Anspruch 17 oder 18 und/oder als Montagehilfe eines Zahnelements nach Anspruch 17 oder 18 für eine Klauenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 16.