DE2229418B2 - Zahnkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine wartungsfreie, axial-, radial- und winkelbewegliche Zahnkupplung, insbesondere zur Verbindung der Schwungscheibe einer Kraftmaschine mit dem Wellenzapfen eines anzutreibenden Aggregats durch einen an die Schwungscheibe der Kraftmaschine anschraubbaren Flansch, wobei der Flansch aus zwei konzentrisch ineinanderruhenden Teilen besteht, deren innerer, eine Innenverzahnung tragender und mit Zähnen der zugehörigen, am Wellenzapfen befestigten Kupplungsnabe in Eingriff stehender Teil aus Kunststoff gefertigt ist, während der äußere Flanschteil aus Metall besteht.

Es sind Flanschwellenkupplungen zur Verbindung zwischen der Welle eines anzutreibenden Aggregats und der Schwungscheibe der Kraftmaschine in Form von Zahnkupplungen bekannt, bei denen der Flansch und die Nabe aus Metall sind. Diese Kupplungen haben den Nachteil, daß bei Relativbewegungen zwischen den Zahnflanken der An- und Abtriebsseite eine Schmierung erforderlich ist, da sonst ein vorzeitiger Verschleiß der Verzahnung droht. Solche Kupplungen sind also entweder nicht wartungsfrei oder nicht in der Lage, Axial-, Radial- und Winkelverlagerungen aufzunehmen.

Bei anderen Kupplungen ähnlicher Bauart werden auf die Zähne der An- oder Abtriebsseite Kappen aus Kunststoff gesetzt, damit es nicht zur Reibpaarung Stahl auf Stahl kommt. Solche Kupplungen sind nicht einfach herzustellen, sie haben auch den Nachteil, daß die vielen Kunststoffkappen als Einzelteile die Montage erschweren und eine aufwendige Lagerhaltung notwendig machen. Ein weiterer Nachteil der erstgenannten Zahnkupplung ganz aus Metall und der Zahnkupplung mit Kunststoffkappen ist, daß der Verschleiß an der An- und Abtriebsnabe sofort bzw. nach Zerstörung der Kunststoffkappen gleichzeitig auftritt, so daß bei einer Reparatur der Austausch beider Teile unerläßlich ist.

Es sind weiterhin Kupplungen aus Stahlmembranen bekannt, welche an der Antriebsseite mit ihrem äußeren Umfang an die Schwungscheibe geschraubt werden, während im Zentrum das Nabenteil mit oder ohne Radialspiel befestigt ist. Diese Kupplungen sind schwierig zu montieren, da zunächst die gesamte Kupplung an der Schwungscheibe des Motors befestigt wird und anschließend erst die Abtriebswelle in die Kupplungsnabe eingeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist die Befestigung der Nabe an der Membrane. Wird die Nabe spielfrei befestigt, kommt es zu einer Dauerbiegebeanspruchung der Membrane die verhältnismäßig schnell zu einem Dauerbruch fuhrt W.rd tue Nabe dagegen mit Radialspiel an der Membrane befestigt, besteht die Gefahr, daß aufgrund des Unrieichförmigkeitsgrades eines Verbrennungsmotors die dann hohen Torsionsschwingungen zum Ausschlagen der Verbindungsstelle und damit zur Zerstörung der Kupplung führea . .

Bei anderen bekannten Kupplungen wird zwischen dem'Flansch an der Schwungscheibe und der Nabe an der Abtriebsseite elastisches Material verwendet, das wie ein Balg ausgebildet sein kann und am Flansch und an der Nabe unter Reibschluß angeschraubt wird. Wenn als elastisches Material Gummi verwendet wird, kann dieser sowohl an der An- und Abtriebsseite oder auch nur an einer Seite aufvulkanisiert sein. Die Herstellung einer solchen Kupplung ist aufwendig und damit sehr teuer Die Montage wird durch das Anschrauben eines Gummibalges sehr erschwert. Als weiterer Nachteil ist eine geringe dynamische Drehsteifigkeit zu nennen, die beim Antrieb von Kolbenpumpen schwingungstechnische Schwierigkeiten bereiten kann. Eine andere bekannte elastische Kupplung dieser Art ist als Scheibenkupplung ausgeführt, bei der am äußeren Umfang ein elastischer Balg mit einer Nockenverzahnung versehen ist und der anzuschraubende Flansch mit halbkreisförmigen Ausnehmungen hergestellt wird. In die Nockenverzahnung des elastischen Ringes werden Rollen eingelegt, die in ihrem äußeren Umfang in die halbkreisförmigen Ausnehmungen des an die Schwungscheibe angeschraubten Flansches greifen. An der Abtriebsseite wird die Kupplungsnabe unter Reibschluß mit Schrauben an dem elastischen Ring befestigt. Die Herstellung derartiger Kupplungen ist sehr aufwendig, damit sehr teuer, und sie sind schwierig zu montieren. Sie haben außerdem eine sehr geringe dynamische Drehsteifigkeit, was in vielen Fällen unerwünscht ist.

Die DT-PS 1174114 zeigt zwar bereits zwei konzentrisch ineinanderruhende Flanschteile, von denen der innere eine Innenverzahnung tragende und mit den Zähnen einer Kupplungsnabe in Eingriff stehende Teil aus Kunststoff, der äußere dagegen aus Metall besteht. Der Flansch ist jedoch nicht zur Befestigung an der Schwungscheibe einer Kraftmaschine bestimmt. Die Verbindung der beiden bekannten Flanschteile erfolgt durch gegenseitiges Anpressen in axialer Richtung. Dadurch soll der innere, als Hülsenteil benannte Flanschteil eine spielfreie, radiale Selbstzentrierung erhalten, wodurch ein zentrischer Lauf des außenverzahnten Kupplungsteils gewährleistet wird. Die Verwendung der vorbekannten Kupplung für eine Verbrennungskraftmaschine mit ihrer stoßweisen Belastung ist nicht möglich, da die Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Teil der Kupplung diesen Ansprüchen nicht gewachsen ist.

Aufgabe ist es daher, eine Kupplung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ihr Aufbau einfach, ihre Herstellung preiswert und die Montage einfach und schnell durchführbar ist, wobei die Verbindung des inneren mit dem äußerer. Flanschteil zur Übertragung einer sehr hohen dynamischen Drehsteifigkeit bei ausreichender Stabilisierung des Flanschteils geeignet sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung beider Flanschteile

Sacklöcher zur Aufnahme hakenförmiger Federelemente in wechselnder Reihenfolge auf beiden Seiten des Flansches angeordnet sind.

Aus der FR-PS 9 51 915 geht zwar bereits die Lehre hervor, den Zahnkranz eines Zahnrades mit seiner Nabe S über in Sacklöcher einsteckbare Hülsenfedern zu verbinden. Den Gedanken jedoch, diese Verbindungsmöglichkeit unter wechselnder Reihenfolge auf beiden Seite des Flansches einer gemäß vorliegender Erfindung auszubildenden Kupplung vorzusehen, läßt diese Patentschrift nicht erkennen.

In der Zeichnung ist ein Ausführngsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt einer Kupplung aus zwei Teilen unterschiedlicher Werkstoffe, und

F i g. 2 die Frontansicht der Kupplung gemäß F i g. 1.

Die Kupplung besteht aus zwei konzentrisch ineinanderruhenden Flanschteilen 1 und 5, wobei das innere Teil 1 als Kunststoffhülse und das Teil 5 als äußerer Metallflansch 5 ausgebildet sind. Beide sind über hülsenförmige Federelemente 7 miteinander verbunden. Mit Hilfe der Durchgangslöcher 6 wird der Flansch 5 an die Schwungscheibe eines Motors geschraubt. Über den Metallflansch 5, die Hülsendemente 7 und die Innenverzahnung 4 der Kunststoffhülse 1 wird das Drehmoment des Motors auf die Außenverzahnung 4a des Nabenteils 2 übertragen und von dort auf die Welle des anzutreibenden Aggregats weitergeleitet.

Die Werkstoffverbindung Kunststoff-Metall bringt besondere Probleme mit sich, da bei Verbrennungsmotoren eine Erwärmung der Kupplungen bis auf über 80° C zu erwarten ist, wobei sich unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe besonders stark bemerkbar machen. Weiterhin ist bekannt, daß manche Thermoplaste aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften bei Erwärmung Wasser abgeben und nach erfolgter Abkühlung schrumpfen, so daß ursprüngliche Passungen nicht mehr stimmen. Da jedoch Verbrennungsmotoren in ihrem Drehmomentenverlauf häufig einen sehr hohen Ungleichförmigskeitsgrad haben, ist eine spielfreie Verbindung der Kunststoffhülse 1 in dem Metallflansch 5 notwendig. Aus diesem Grunde wird die Kunststoffhülse 1 in den Metallflansch eingepreßt. In den Teilkreis zwischen Kunststoff und Metall werden Bohrungen gebracht, deren Radien sowohl in dem Kunststoff sowie im Metall liegen. In diese Bohrungen werden unter Vorspannung geschlitzte Hülsenfedern 7 geschlagen. Aufgrund ihrer Federkraft überbrücken diese Federn die unterschiedlichen Materialausdehnungen und Schrumpfungen, wie oben beschrieben. Eine spielfreie Drehmomentübertragung zwischen Metallflansch und Kunststoffhülse ist dadurch sicher gewährleistet Die Hülsenfedern dienen sowohl zur Drehmomentübertragung als auch zum Dehnungsausgleich. Bei ungünstigen Durchmesserverhältnissen des Außendurchmessers des als Kunststoffhülse ausgebildeten Teils 1 zum Innendurchmesser der Verzahnung 4 kann es aufgrund plastischer Verformung im Kunststoff als Folge der großen Radialkräfte durch das Einpressen des aus Kunststoff bestehenden Flanschteils 1 und durch die Vorspannkräfte der Federelemente 7 zu einer Verringerung des Innendurchmessers der Verzahnung 4 kommen, so daß sich dann die Kupplungsnabe 2 nur noch mit großer Kraftaufwendung in den Kupplungsflansch einführen läßt Diese Schwierigkeit wird jedoch dadurch behoben, daß am Umfang des Flanschteils 1 zur Stabilisierung jeweils am Ende der Bohrung ein Steg 8 erhalten bleibt j

Bei der Montage wird der Flansch mit der Innengeradverzahnung 4 an die Schwungscheibe eines Motors geschraubt Die Nabe 2 mit der Außenverzahnung 4a wird auf dem Wellenstumpf der Abtriebsseite befestigt, so daß die Teile zur Herstellung des Kraftschlusses zwischen An- und Abtriebsseite nur noch ineinandergeschoben zu werden brauchen. Bei einer derartigen Kupplung ist beim Zusammenschieben nur eine ganz geringe Verdrehung der An- oder Abtriebsseitc notwendig, um die Teile ineinanderschieben zu können, falls die Innenzähne des Flansches und die Außenzähne der Nabe zufällig voreinanderstehen sollten. Eine einfachere Montage wie vorstehend beschrieben ist nicht denkbar. Da trotz sorgfältiger Ausführung immer damit zu rechnen ist, daß die Mittellinien der An- und Abtriebsachsen nicht fluchten, findet bei den Rotationen der Aggregate eine Relativbewegung an der Verbindungsstelle zwischen der An- und Abtriebsseite statt. Die Verbindungsstelle ist im vorliegenden Fall die Eingriffsstelle der Verzahnungen von Kupplungsflansch und Kupplungsnabe. Durch die Verzahnung des Flansches in Kunststoff werden ohne zusätzliche Schmiermittel gute Gleiteigenschaften und ein entsprechend geringer Verschleiß erreicht. Die Größe des Verschleißes ist dabei abhängig von der Höhe des Fluchtungsfehlers zwischen An- und Abtriebsachse und von der Drehzahl des Aggregates und damit der Gleitgeschwindigkeit zwischen den Zahnpaaren. Außerdem bestimmten die Höhe und der Ungleichförmigkeitsgrad des zu übertragenden Drehmomentes die Verschleißfestigkeit der Zähne. Sollte nach entsprechender Betriebsdauer die Kunststoffverzahnung verschlissen sein, so genügt es, für eine Reparatur das Kunststoffteil auszuwechseln, während die Stahlnabe und das äußere Flanschteil wieder verwendet werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wartungsfreie, axial-, radial- und winkelbewegliche Zahnkupplung insbesondere zur Verbindung der Schwungscheibe einer Kraftmaschine mit dem Wellenzapfen eines anzutreibenden Aggregats durch einen an die Schwungscheibe der Kraftmaschine anschraubbaren Flansch, wobei der Flansch aus zwei konzentrisch ineinanderruhenden Teilen besteht, deren innerer, eine Innenverzahnung tragender und mit den Zähnen der zugehörigen, am Wellenzapfen befestigten Kupplungsnabe in Eingriff stehender Teil aus Kunststoff gefertigt ist, während der äußere Flanschteil aus Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, daßzu~Verbindung beider Flanschteile Sacklöcher zur Aufnahme hülsenförmiger Federelemente (7) in wechselnder Reihenfolge auf beiden Seiten des Flansches (1, 5) angeordnet sind.