DE2215751A1

DE2215751A1 - Wellenkupplung

Info

Publication number: DE2215751A1
Application number: DE2215751A
Authority: DE
Inventors: Holmes A Downey
Original assignee: Reliance Electric Co
Current assignee: Reliance Electric Co
Priority date: 1971-06-10
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1973-02-22
Also published as: IT956407B; ES180119U; BE780980A; AT322300B; DK134247C; GB1348111A; US3727429A; DK134247B; NL7205698A; SE382101B; ZA721437B; LU65023A1; FR2141059A6; ES180119Y; CA943364A; CH559324A5

Description

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llenkupplung

Herkömmliche Wellenkupplungen weisen ein Torsionselement von im wesentlichen bogenförmigem Querschnitt auf, dessen nach innen gerichtete Seitenwände mittels Klemmringen an den gegenüberliegenden Wellenflanschen festgeklemmt sind. Die Klemmringe sind mittels Schrauben oder Bolzen an den Planschen fixiert. Das Torsionselement besteht gewöhnlich aus einem verstärkten, elastomeren Material und kann mit einem Schlitz versehen sein, um den Einbau zu erleichtern, ohne die Plansche an den Enden der beiden fluchtenden Wellen abnehmen zu müssen. Die normalerweise verhältnismäßig großen Abmessungen und vorstehenden Teile am Umfang des Elementes verursachen beträchtliche Axial- und Radialbelastung bei verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten. Infolgedessen ist die Leistungsfähigkeit und die Betriebsdauer bei Kupplungselementen bekannter Art nicht als zufriedenstel-

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lend anzusehen. Darüberhinaus führt ein Ungleichgewicht der Kräfte bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit zu einer Konzentrierung im Bereich entlang der Klemmringe, was des öfteren einen vorzeitigen Ausfall der Kupplung bzw· des Kupplungselementes zur Folge hat·

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Wellenkupplung mit einem flexiblen Torsionselement zu schaffen, bei welcher die bei verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit durch Zentrifugalkräfte entstehenden Axial- und Hadialkräfte auf ein Minimum reduziert und als Spannungen gleichförmig im Torsionselement verteilt werden. Die konstante Spannungsverteilung wird durch einen verhältnismäßig einfachen Aufbau erzielt, wobei die Wanddicke des Torsionselementes zur Erzielung optimaler Betriebseigenschaften in besonderer Weise ausgebildet sein kann.

Das Torsionselement der Wellenkupplung soll zur Aufnahme axialer, paralleler und winklig fehlfluchtender Wellen geeignet sein, entweder einzeln oder in Kombination unter Einwirkung geringer Reaktionskräfte, während Torsionskräfte wirksam von einer Welle auf die andere übertragbar sind.

Die Wellenkupplung dient zur Verbindung zweier im wesentlichen fluchtender Wellen bei Verwendung eines aus elastomerem Material bestehenden Torsionselementes, welches ent-

am weder von geteiltem bzw. geschlitztem Aufbau oderMJmfang kontinuierlich ausgebildet sein kann, um höhere Arbeitsge^· schwindigkeiten zu ermöglichen. Es wird ein radial orientierter Klemmdruck verwendet, um das Kupplungselement an den Flansch zu befestigen. Dabei bedient man sich der durch den Radialdruck bedingten Reibungskräfte, um das .

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Kupplungselement an der Kupplung zu "befestigen und um Torsionskräfte wirksam von der Antriebswelle über die Kupplung auf die Antriebswelle zu übertragene

Die verhältnismäßig einfache und verläßlich arbeitende Wellenkupplung ist mit einem Torsionselement versehen, welches schnell eingebaut und anschließend leicht gewartet werden kann· Das Kupplungselement ist so aufgebaut, daß es einfach herzustellen ist und für verschiedenartige Anwendungszwecke benutzt werden kann.

Die Erfindung ist verwirklicht in einer Wellenkupplung, bei welcher zwei im Abstand zueinander befindliche Plansche an mit deren Ende einander zugeordneten Wellen angebracht sind; ein Torsionselement aus elastomerem Material von im wesentlichen V-förmigem Querschnitt ist mit axial sich erstreckenden Rändern an den Planschen angebracht. Die Plansche tragen am Umfang eine Ringfläch'e, welche in Richtung der Innenseite der Plansche mit zunehmendem Durchmesser abgeschrägt ist. Die Klemmringe sind mittels Schrauben an den Planschen befestigt und weisen einen axial gerichteten, ringförmigen Teil auf, welcher die Ränder des Torsionselementes auf die schräg verlaufenden Umfangsflachen aufdrückt.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Pigur t ist eine Draufsicht der Wellenkupplung gemäß der Erfindung unter Darstellung der Befestigung an einer im Schnitt dargestellten Yfelle;

Pigur 2 ist eine längsschnittansicht von Linie 2-2 in Pigur 1;

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Figur 3 ist eine Teilschnittansicht einer Wellenkupplung gemäß einer weiteren Ausftihrungsform der Erfindung;

Figur 4 ist eine Draufsicht des Torsionselementes der in Figur 3 dargestellten Ausfiihrungsform;

Figur 5 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht

des in Figur 4 dargestellten Torsionselementes von Linie 5-5 in Figur 4.

In den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen ist die Wellenkupplung 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Die Wellenkupplung dient zur Verbindung der beiden Wellen 12 und 14, von welchen eine, beispielsweise die Welle 12 als Antriebswelle anzusehen ist, während die andere Welle als Abtriebswelle vorgesehen ist· Die beiden Wellen können gegenüber der Darstellung unterschiedliche Form besitzen; so kann eine Welle gegenüber der anderen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen· Obwohl die beiden Wellen im Idealzustand genau fluchten können Sie bei einer Vielzahl von Verwendungszwecken parallel, winklig zueinander oder in Form einer Kombination dieser Lagen angeordnet sein. Die vorliegend dargestellte Kupplung dient dazu, das Drehmoment von der Welle 12 auf die Welle 14 zu übertragen, ohne daß durch Fehlfluchtung bedingte Heaktionskräfte entstehen. Die Antriebswelle kann von einem Elektromotor oder von einer anderen Antriebsquelle angetrieben werden; die Welle 14 kann jeder beliebigen, anzutreibenden Vorrichtung zugeordnet sein.

Die vorliegend beschriebene Kupplung weist Flansche 16 und 18 auf, welche mit Hilfe von Keilen 20 und 22 und Schrauben 24 und 26 an den Wellen 12 und 14 befestigt

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sind. Es können andere Mittel zur Anwendung gebracht werden, am die Flansche starr mit den entsprechenden Wellen zu verbinden* Die beiden Plansche sind je mit radial sich erstreckenden Planschteilen 30 und 32 ausgestattet, welche einstückig in zylindrische Teile "bzw. in ITaben 34 und 36 übergehen. Der Umfang 40 und 42 der beiden radial sich erstreckenden Teile ist schräg abgeflacht, wobei der Durchmesser in Sichtung der Kupplungsmitte zunimmt.

Ein elastisches Torsions-Kupplungs-Element 50 verbindet die beiden Plansche und liegt auf den Umfangflächen 40 und 42 auf. Das Kupplungselement ist mit Hilfe von Klemmringen 52 und 54 an den Umfangsflächeη festgeklemmt» Jeder der beiden Klemmringe wird durch einen radialen Teil 56 und durch einen axialen Teil 58 gebildet. Der radiale Teil ist mittels mehrerer Schrauben 6Θ und 62 an den Planschteilen 30 und 32 angebracht. Die Schrauben 60 und 62 sind in Bohrungen 64 und 66 der Planschteile eingeschraubt. Ränder 70 und 72 des Kupplungselementes erstrecken sich unter die Innenfläche der axialen Teile 58 der beiden Klemmringe 52 und 54 und werden auf die schräg verlaufenden Umfangsflachen 40 und 42 aufgedrückt. Wenn die Schrauben 6o und 62 angezogen werden ziehen sich die Klemmringe 52 und 54 nach innen, d.h. aufeinander zugerichtet. Die Klemmringe drücken die Ränder 70 und 72 mit ausreichender Kraft auf die Umfangsflächeη 40 und 42, um einen wirksamen Griff zwischen den Rändern und den Halteflächen, insbesondere den Umfangflächen 40 und 42, zu gewährleisten. Der Druck wird infolgedessen im wesentlichen gleichförmig auf den gesamten Umfang der Ränder ausgeübt.

Das Tors ιon3-Kupplungselernent der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform i3t am Umfang kontinuierlich, d.h. nicht durch einen Schlitz unterbrochen.

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Angesichts des verhältnismäßig kleinen Durchmessers des Kupplungselementes werden die bei Drehung entstehenden Zentrifugalkräfte an der Kupplung auf ein Minimum reduziert. Durch eine Fehlfluchtung der "beiden Wellen 12 und 14 entstehende Ungleichgewichtskräfte werden auf der gesamten Kupplung oder entlang der innerhalb der Klemmringe 52 und 54 festgeklemmten Randkörper gleichförmig verteilt und nicht an einem besonderen Punkt konzentriert. Das Torsions-Kupplungs-Element besteht vorzugsweise aus Gummi oder aus einem anderen geeigneten, elastomeren Material» Das Kupplungselement kann durch geeignete Materialien verstärkt werden, so aus Gewebelagen, welche sich auf den Umfang des Elementes erstrecken·

Wenn die Wellenkupplung vor Gebrauch zusammengesetzt wird, werden die beiden Plansche an den entsprechenden Wellen angeordnet und mittels Kaeilen 20 und 22 und Schrauben 24 und 26 befestigt. Nachdem die Flansche an den Wellen angebracht sind wird das Torsions-Kupplungs-Element 50 befestigt, indem die Ränder 70 und 72 im Zwischenraum zwischen den Innenflächen der Klemmringe 52 und 54 und den schräg verlaufenden Umfangsflächen 40 und 42 beim Anziehen der Schrauben 60 und 62 festgeklemmt werden. Die beiden Klemmringe 52 und 54 werden durch die Schrauben axial nach innen gezogen, wobei sich die Ränder des Elementes axial nach innen drücken. Das Kupplungselement setzt sich fest auf den schräg verlaufenden UmfangsfLächen 40 und 42 auf, wobei die Ränder gleichförmig auf ihren gesamten Umfang festklemmbar sind.

Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist ein Paar von Flanschen 80 und 81 an den Enden der beiden mit Hilfe der Kupplung zu verbindenden Wellen angebracht. Ein Kupplungselement 82 von im wesentlichen gleicher Umfangs- und Querschnittsform gemäß Darstellung

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in den Figuren 1 und 2 ist mittels innerer Klemmringe 84 und 86 an den Planschen 80 und 8r festgeklemmt. Die "beiden Klemmringe sind an der Innenseite der Plansche 80 und 81 mittels mehrerer Bolzen 88 und 90 "befestigt· Die Bolzen erstrecken sich durch die Plansche und sind in Gewindebohrungen der Klemmringe 84 und 86 eingeschraubt. Die Ränder 92 und 93 des flexiblen Elementes sind mittels überlappender, axial sich erstreckender Teile 96 der Plansche 80 und 81 an deram Umfang "befindlichen Schrägfläche 94 der "beiden Klemmringe angebracht· Bei dieser Ausfuhrungsform "befinden sich die schräg verlaufenden Klemmringe am Außenumfang der Klemmringe und und nicht an den Planschen; Die Umfangsfläehe 97 an der Innenseite des Teils 96 greift der Schrägfläche 94 gegenüberliegend am Rand des Plansches an.

Obwohl die Kupplungsflansche und Klemmringe von etwas unterschiedlicher Form sind entsprechen sie im wesentlichen den vorangehend beschriebenen Bauteilen, was das Festklemmen des Kupplungselementes in seiner Arbeitsposition betrifft· Figur 4 stellt das von der Kupplung abgenommene Kupplungselement dar; gemäß Darstellung weist es einen Schlitz 98 auf, welcher sich von Seite zu Seite und von Innenseite zur Außenseite durch das Kupplungselement erstreckt. Das Element kann infolgedessen am Schlitz federnd geöffnet werden, um die normalerweise angrenzenden Enden des Kupplungselementes am Schlitz über die Flansche quer zur Achse gleiten zu lassen. Das Kupplungselement kann infolgedessen unter einem Minimum von Aufwand und ohne Lösen oder Abnehmen der Plansche an diesen angebracht werden. Nachdem das Kupplungselement über die Plansche der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform oder über die Klemmringe der in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsform der Kupplung gezogen bzw. gelegt ist nimmt es seine im wesentli-

it

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chen vollständig kreisförmige Gestalt ein# Das Kupplungselement kann nunmehr ohne weiteres mit Hilfe der Klemmringe und der zugehörigen Flächen der Plansche festgeklemmt werden. Die Querschnittsform des nichteingeklemmten Elementes der Kupplung ist aus Figur 5 ersichtlich. Wenn das Kupplungselement an der Kupplung befestigt ist werden die Flansche 92 und 93 an den beiden Rändern bzw. Seiten von der in Figur 5 dargestellten Form auf die in Figur 3 dargestellte Form zusammengedrückt. Die bei Betätigung der Kupplung entstehenden Kräfte, welche auf die Drehbewegung der Kupplung und auf die Fehlfluchtung der Wellen zurückzufuhren sind, werden in gleichförmiger Weise auf den Umfang der Kupplung verteilt. Mit Ausnahme des Schlitzes 98 weist das Kupplungselement 82 im wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Betriebseigenschaften auf wie das vorangehend beschriebene Kupplungselement. Ein Element der vorangehend beschriebenen Ausführungsform, welches jedoch zwei oder mehrere, dem Schlitz 98 vergleichbare Schlitze aufweist, kann benutzt werden, um die Steifheit des Elementes zu reduzieren.

Der Aufbau und die Klemmanordnung des Torsions-Kupplungselementes einschließlich des V-förmigen Querschnittes, der verhältnismäßig kleine Durchmesser und die gleichförmige, auf den Umfang sich erstreckende Klemmwirkung an den Rändern 70 und 72 gestatten höhere Arbeitsgeschwindigkeiten am Umfang und eine bessere Verteilung der Zentrifugalkräfte und der durch die Fehlfluchtungen derWellen entstehenden Kräfte. Die Kupplung kann über längere Zeit mit optimalen Betriebseigenschaften gefahren werden; zudem werden übermäßige Belastungen in bestimmten, konzentrierten Bereichen, welche zu einem vorzeitigen Ausfell des Kupplungselementes führen könnten, vermieden. Das Torsions-Kupplungselement bei Befestigung an den beiden Flanschteilen 30 und 32 dient zur Verbindung von Wellen in axialer, paralleler und fehlfluchteii-

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der lage oder in einer Kombination jedweder Lage. Die Kupplung arbeitet mit kleinen Reaktionskräften und übepträgt das Drehmoment wirksam von einer Welle auf die andere«

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Claims

Patentansprüche

Wellenkupplung mit einem aus einem elastomeren Material geformten Torsionselement kreisförmiger Gestalt, welches durch einen ringförmigen, vorstehenden Mittelteil und seitlich sich erstreckende, ringförmige Randteile gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im Abstand zueinander befindliche, je eine Axialbohrung zur Aufnahme einer Welle aufweisende Plansche (30,32) mit einer ringförmigen Umfangsfläche (40,42) versehen sind, welche an einem Randteil des Torsionselementes aufliegt, daß je ein Ring (52,54) den Planschen (30,32) zugeordnet ist und mit seiner Umfangsfläche am Randteil (70,72) des Torsionselementes, der Umfangfläche des Flansches gegenüberliegend, aufgelegt ist, daß eine (40,42) der Umfangsflachen in Richtung der anderen schräg ausgebildet ist und einen ringförmigen Klimmschlitz für den Randteil des Elementes bile et, uni daß Mittel (60,62) die Ringe axial bewegen, um sie auf den Planschen aufzulegen und um die Randteile des Torsionselementes an den Schrägflächen anzudrücken.
2. Wellenkupplung, gekennzeichnet durch zwei im Abstand befindliche, je eine Axialbohrung zur Aufnahme einer Welle aufweisende Plansche, welche am Umfang eine Schrägfläche mit zunehmendem Durchmesser in Richtung der Planschinnenseite aufweisen, ein Torsionselement (50) aus einem elastomeren Material, welches von ringförmiger Gestalt ist und einen ringförmigen Mittelteil und seitlich sich erstreckende, ringförmige Randteile aufweist, die sich auf den Schrägflächen auflegen, Ringe (52,54) mit seitlich sich erstreckenden Ringteilen, welche die Randteile des Torsionselementes auf die Schrägflächen aufdrücken, und Mi t-

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tel (60,62), am die Ringe axial auf die Plansche aufzusetzen und um dieRandteile an den Schrägflachen festzuklemmen.
3« Wellenkupplung nach Handbuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement von kontinuierlicher Kreisform ist«
4. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement (82) von Kreisform ist und einen Schlitz (98) aufweist, welcher sich radial und axial durch das Torsionselement erstreckt, um dieses "bei Einbau und Ausbau an den Plansch zu öffnen«
5. Wellenkupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Mittelteil des Torsionselementes von im wesentlichen V-Porm ist, und daß sich die ringförmigen Randteile auf den gegenüberliegenden Seiten im wesentlichen in axialer Richtung erstrecken.
6. Wellenkupplung nach Anspruch 3 oder 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe im wesentlichen L-Querschnittsform besitzen, und daß seitlich sich erstrekkende Ringteile (58) an der Außenfläche der Randteile des Torsionselementes aufliegen.
7. Wellenkupplung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe einen radial sich erstreckenden Teil aufweisen, welcher auf den entsprechenden Planschen aufgesetzt isto
8. Wellenkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur axialen Bewegung der Ringe aus mehreren Schrauben (60,62) bestehen, welche sieh durch die radial gerichteten Teile erstrecken.

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9. Wellenkupplung nach Anspruch 3 oder 4_t dadurch gekennzeichnet, daß sich mehrere Schrauben durch die Hinge erstrecken und in Bohrungen der Flansche eingeschraubt sind.
10. Wellenkupplung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe einen radial gerichteten Teil aufweisen und daß die Schrauben in diesen Teil eingreifen, um ihn am entsprechenden Flansch anzulegen.
11. Wellenkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche einen radial gerichteten Teil mit einer äußeren, radial gerichteten Fläche aufweisen, und daß sich die radial gerichteten Teile der Ringe auf die radial gerichteten Flächen der Flansche auflegen, wenn die Schrauben in den Gewindebohrungen der Flansche angezogen werden.
12. Wellenkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schrägflächen am Umfang der radial gerichteten Teile der Flansche befinden·
13· Wellenkupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich gerichteten, ringförmigen Randteile des Torsionselementes einstückig verbunden sind und in die Kanten des V-förmigen Mittelteiles übergehen, und daß die Schrägflächen und die Ringe die Randteile des Torsionselementes im wesentlichen vollständig umschließen.
14. Torsionselement für Wellenkupplungen, gekennzeichnet durch einen Kreisform besitzenden Körper aus einem elastomeren Material, welcher einen ringförmigen, vorstehenden Mittelteil von V-Form und seitlich parallel mit der Achse des Torsionselementes sich erstreckende liand teilt¹ aufweist.

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15o Torsionselement nach Ansprach 13» dadurch gekennzeichnet, daß der V-förmige Teil auf seinem gesamten Querschnitt im wesentlichen gleiche Dicke aufweist»

ο 'Torsionselement nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Randteile nahe der Außenkanten dicker sind als in der Nähe des V-förmigen Teiles.

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