DE2737149A1

DE2737149A1 - Tonnenkupplung

Info

Publication number: DE2737149A1
Application number: DE19772737149
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1977-08-17
Publication date: 1978-02-23
Also published as: JPS5324937A; US4127309A; JPS5432889B2

Description

DR.-ING. HERBERT PATZOLB PATENTANWALT

Mühlthaler Str. 102 MÜNCHEN 71

MMHMhMMMUirf TELEFON O89/75 77 2S

2737U9

Hiroshi Teramachi

Tokio JAPAN

Tonnenkupplung

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TBLEGHAMMADHK88E/CABLE: PATITIA MÜNCUEN TELEX 05MM4 »EUTSCHB BANK AO KONTO-NB. 58SC2 581 POSTSCHECK MÜNCHEN 149918-800

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Die Erfindung betrifft eine unbegrenzt axial verschiebliche Tonnenkupplung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des

ι
Anspruches 1.

Eine bekannte Tonnenkupplung dieser Art ist in Fig. 1 dargestellt. Die Tonnenkupplung besteht aus einer relativ dicken Außenhülse 2, die an ihrer Innenseite mehrere achsparallele Vertiefungen 4 von halbzylindrischem Querschnitt und innerhalb der Außenhülse 2 eine entsprechende Anzahl von kreisrunden Bohrungen 5 aufweist, die parallel zu den Vertiefungen verlaufen. Während die Vertiefungen 4 Flächenabschnitte von Bahnen für belastete Kugeln 6 zur Drehmomentübertragung darstellen, befinden sich in den Bohrungen 5 unbelastete Kugeln Die Vertiefungen 4 und die Bohrungen 5 erstrecken sich im wesentlichen über die ganze Länge der Außenhülse 2. In die Außenhülse 2 ist eine Welle 1 eingesetzt, die an ihrem Umfang mehrere achsparallele Vertiefungen 3 von halbzylindrischem Querschnitt aufweist, die sich im wesentlichen über die ganze Länge der Welle 1 erstrecken. Die Vertiefungen 3 in der Welle 1 und die Vertiefungen 4 in der Außenhülse 2 liegen einander genau gegenüber, wodurch geradlinige Kugellaufbahneη 3, 4 gebildet werden, in die die Kugelnö passen.

In den Kugellaufbahnen 3, 4 befinden sich die unter Last stehenden Kugeln 6 zur Drehmomentübertragung. Dabei sind die Kugellaufbahnen mit den parallelen Bohrungen 5 für die unbelasteten Kugeln zu endlosen Laufbahnen verbunden, die mit Kugeln angefüllt sind. Hierdurch ist eine unbegrenzte axiale Verschiebung zwischen Hülse und Welle möglich, wobei in jeder Relativstellung zwischen Hülse und Welle durch die Kugeln 6 innerhalb der von den Vertiefungen 3 und 4 gebildeten Kugellaufbahnen eine weitgehend spielfreie Drehmomentübertragung möglich ist.

Bei der bekannten Tonnenkupplung muß der Durchmesser der Welle 1 kleiner sein als der Innendurchmesser der Außenhülse 2. Wenn die Welle 1 in Richtung des Pfeiles A (Fig. 1) gedreht wird

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ist die Kugelkontaktfläche 7 in jeder Vertiefung 3 der Welle 1, die das Drehmoment auf die Kugel 6 überträgt, durch den Bogen ^al ^bl besti¹¹¹¹¹¹*· ^Der Punkt a^ ist der Schnittpunkt der radialen Linie durch das Zentrum einer Kugel 6 und die Achse der Welle 1 mit der Vertiefung 3. Der Punkt 6 ist bestimmt durch die äußerste Kante der Vertiefung 7 auf dem Außendurchmesser der Welle 1. Der Bogen a^b. ist wesentlich kleiner als ein Viertel des Umfanges einer Kugel 6 und entsprechend ist der Winkel θ ^ zwischen der Richtung des Kontaktdruckes P und der Linie durch das Zentrum der Kugel 6 und die Achse der Welle 1 wesentlich kleiner als 45°.

Es ist daher unvermeidlich, daß die Komponente P₁ des Kontaktdruckes P in Drehrichtung relativ klein ist, so daß es mit der Kupplung nicht möglich ist, größere Drehmomente zu übertragen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine axial unbegrenzt verschieb liehe Tonnenkupplung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der wesentlich höhere Drehmomente zwischen der Außenhülse und der Welle übertragen werden können. Dabei soll die Tonnenkupplung besonders einfach im Aufbau und leicht zusammensetzbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird anhand eines bevazugten Ausführungsbeispieles mehr im einzelnen beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Tei!querschnitt durch eine bekannte axial unbegrenzt verschiebIiehe Tonnenkupplung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Tonnenkupplung,

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Pig. 3 einen vergrößerten Teilquerschnitt nach Fig. 2 und Pig. 4 einen Längsquerschnitt nach den Linien C-D in Fig.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer axial unbegrenzt verschieblichen Tonnenkupplung nach der Erfindung dargestellt. Die Tonnenkupplung enthält eine relativ dickwandige Außenhülse 12, eine innerhalb der Außenhülse 12 angeordnete Welle und eine Vielzahl von Kugeln 6 und Kugelhalterungen 17 an der Innenseite der Außenhülse 12.

Auf der Innenseite der Außenhülse 12 sind gleiche achsparallele Ausnehmungen 13, 14 vorgesehen, von denen jede einen nahezu halbzylindrischen Querschnitt besitzt. Die Wölbung der Ausnehmungen 13, I¹I entsprechen der Krümmung der Kugeln 6, so daß die Innenflächen der Ausnehmungen über einen weiten Bereich mit den Oberflächen der Kugeln 6 in Kontakt sind.

Die Außenhülse 12 enthält weiterhin eine den Ausnehmungen 13, entsprechende Anzahl von kreisrunden Bohrungen 15, 16 zur Aufnahme der nicht belasteten Kugeln 6. Die Bohrungen 15, 16 liegen parallel zu den Ausnehmungen 13 und 14 und erstrecken sich wie die Ausnehmungen im wesentlichen über die gesamte Länge der Außenhülse 12. An den beiden Enden der Außenhülse sind Kugelführungsabschnitte vorhanden, die jeweils die Bohrungen mit den Ausnehmungen zu einer endlosen Kugellaufbahn verbinden.

Die Welle 8 befindet sich innerhalb der Außenhülse 12. An der Außenseite der Welle 1 sind relativ breite achsparallele Ausnehmungen 9 vagesehen, wobei jeweils einer Ausnehmung 9 an der Welle 8 zwei Ausnehmungen 13 und 14 an der Außenhülse 12 zugeordnet sind. Jede Wellenausnehmung 9 ist so ausgebildet, daß die sie seitlich begrenzenden Wandabschnitte Zylinderabschnitte 10 und 11 bilden, die den gleichen Krümmungsradius wie die Kugeln 6 haben. Die Hülsenausnehmungen 13 und 14 und die Zylinder-

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abschnitte 10 und 11 einer zugehörigen Wellenausnehmung 9 liegen einander gegenüber, wodurch jeweils zwei geradlinige Kugellaufbahnen für die belasteten Kugeln 6 gebildet werden. Die parallel zu den Kugellaufbahnen vorgesehenen Bohrungen 15 und 16 in der Außenhülse bilden entsprechend geradlinige Kugellaufbahnen für die entlasteten Kugeln, wobei die Kugellaufbahnen für die belasteten und die entlasteten Kugeln durch Kugelführungsabschnitte 21 in vorgesetzten Endteilen 20 zu endlosen Bahnen für die Kugeln 6 miteinander verbunden sind. Die Endteile 20 befinden sich an den beiden stirnseitigen Enden der Außenhülse 12.

In den Wellenausnehmungen 9 sind jeweils leistenförmige Kugelhalterungen 17 mit trapezförmigen Querschnitten eingesetzt. Dabei ist jede trapezförmige Kugelhalterung 17 vorzugsweise an einem Abschnitt 25 der Außenhülse 12 zwischen zwei Ausnehmungen 13 und Ii angebracht. Zur Befestigung der Kugelhalterungen 17 dienen z.B. Nieten 18, die die Außenhülse 12 radial durchdringen. Die Kugelhalterungen 17 sind in der Lage, die belasteten Kugeln in den Ausnehmungen 13 und 14 zu halten. Sie können federelastisch ausgebildet sein oder aus einem federelastischen Material bestehen, wodurch die Kugeln 6 mit Vorspannung an der Außenhülse 12 gehalten werden können.

Wenn die Welle 8 in Richtung A dreht, wird das Drehmoment über den Bogen a?^b2 *^{n der} Ausnehmung 9 auf die Kugel 6 und von dieser auf den Bogen a*b, der Ausnehmung 13 der Außenhülse 12 übertragen. Der Punkt a₂ ist gebildet von dem Schnittpunkt der radialen Linie vom Zentrum einer Kugel 6 durch die Achse der Welle 8 mit der Wellenausnehmung 9. Der Punkt b₂ ist der Schnittpunkt des Außenumfanges 22 der Welle 8 mit der Ausnehmung 9· Der Punkt a, liegt auf der radialen Linie durch die Achse der Welle 8 und den Punkt a₂ im Schnittpunkt mit der Ausnehmung 13 und der Punkt b, ist der Schnittpunkt des minimalen Innendurchmessers der Außenhülse 12 mit der Ausnehmung 13· Der Innendurchmesser 23 zwischen zwei Ausnehmungen 13» 1** der Hülse 12 ist etwas kleiner als der an die Ausnehmungen anschließende größere Innendurchmesser zu beiden Seiten der Ausnehmungen 13 und 14.

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Wenn die Welle 8 in Richtung des Pfeiles B rotiert, wird das Drehmoment über den Bogen a^b^ der Wellenausnehmung 9 auf eine Kugel 6 und von der Kugel 6 auf den Bogen a^b,. der Ausnehmung Ik in der Hülse 12 übetragen.

Der maximale äußere Durchmesser 22 der Welle 8, auf dem die äußeren Stirnflächen der Wellenabschnitte 2k liegen, die als Rippenteile jeweils zwischen zwei Wellenausnehmungen 9 liegen, ist etwas größer als der minimale Innendurchmesser 23 der Außenhülse 12, auf dem die inneren Stirnflächen der Vorsprünge an der Innenwand der Außenhülse 12 liegen. Diese Vorsprünge 25 liegen einer Wellenvertiefung 9 jeweils mittig gegenüber. Dadurch, daß der minimale Innendurchmesser 23 der Außenhülse 12, der die Flächenpunkte b, und b(- bestimmt, kleiner ist als der maximale Außendurchmesser 22 der Welle 8, der die Flächenpunkte bp und bjj bestimmt, sind die Kugellauf lageflächen 10, 11 und 13, 14 jeweils größer als ein Viertel des Umfanges einer Kugel

Wenn sich die Welle 8 in Richtung des Pfeiles A (Fig. 3) dreht, w .rden die Kugeln 6 in der Wellenausnehmung 9 von den Kugelauflageflächen 10 und 13 beaufschlagt, wobei das betreffende Drehmoment übertragen wird. Dabei ist der Bogen ap^? J^e<^^er Kugelauflagefläche 10 oder 13 größer als ein Viertel des Umfanges einer Kugel 6. Die Auflageflächen 10 und 13 sind daher größer als die entsprechenden Auflageflächen bei den bekannten Tonnenkupplungen nach Fig. 1. Demzufolge ist auch der Winkel Θ« zwischen der Richtung des Kontaktdruckes P und der radialen Linie durch das Kugelzentrum und die Wellenachse größer als ^5 · Somit ist auch die Komponente Pp des Kontaktdruckes P in Drehrichtung der Welle 8 größer als die entsprechende Komponente P₁ bei der bekannten Tonnenkupplung nach Fig. 1.

Bei der erfindungsgemäßen Tonnenkupplung werden die Kugeln 6 in den endlosen Kugellaufbahnen durch die Kugelhalterungen 17 an der Innenseite der Außenhülse 12 airückgehalten. Wenn daher die Welle 8 aus der Außenhülse herausgezogen wird, fallen die Kugeln aus der endlosen Kugellaufbahn nicht unkontrolliert aus der Bahn

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heraus. Es ist daher mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kugelhalterungen 17 auf einfache Weise möglich, die Kugeln 6 in die Außenhülse 12 einzubringen bzw. auszuwechseln, um jedes Spiel bei der Drehmomentübertragung zu vermeiden.

Wenn die erfindungsgemäße Tonnenkupplung in einer Maschine z.B. einer automatischen Werkzeugmaschine eingesetzt ist, so ist es häufig notwendig, die Welle 8 von der Außenhülse 12 zu trennen, was auf Grund der Kugelhalterungen 17 zu keinerlei Schwierigkeiten führt. Im anderen Falle, wie beim Stand der Technik, ist es schwierig, die Kugeln in den endlosen Kugellaufbahnen zurückzuhalten und durch neue Kugeln zu ersetzen, die eine spielfreie Drehmomentübertragung sichern.

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Claims

Ansprüche :

!unbegrenzt axial verschiebliche Tonnenkupplung mit einer zylindrischen Außenhülse, einer innerhalb der zylindrischen Außenhülse angeordneten Welle und zwischen der Außenhülse und der Welle angeordneten, über den Umfang verteilt angeordneten achsparallelen Laufbahnen für Kugeln zur weitgehend spielfreien Übertragung von Drehmomenten zwischen Außenhülse und Welle, wobei die Laufbahnen von zylindrischen Kugelkontaktflächen an der Außenfläche der Welle und an der Innenfläche der Außenhülse gebildet werden und mit parallelen Bohrungen für unbelastete Kugeln in Ver Ündung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenseite der Außenhülse (12) erste Ausnehmungen (13) mit ersten Kugelkontaktflächen (a, b,) und zweite Ausnehmungen (I¹I) mit zweiten Kugelkontakt flächen (ap- b,-) und in der Außenseite der Welle (8) Ausnehmungen (9) mit ersten und zweiten Kugelkontaktflächen (a~ b~ und aj, bj.) in die Ausnehmungen (9) jeweils begrenzenden ersten und zweiten Seitenflächen (10 und 11) vorhanden sind, wobei jeweils zur Bildung zweier paralleler Kugellaufbahnen zwei benachbarte erste und zweite Ausnehmungen (13 und 14) in der Außenhülse (12) einer Ausnehmung (9) in der Welle (8) zugeordnet sind und die eine der Kugellaufbahnen durch gegenüberliegende Kugelkontaktflächen (a₂ b₂ und a^ b,) in der ersten Seitenfläche (10) der Wellenausnehmung (9) und in der ersten Hülsenausnehmung (13) und die andere Kugellaufbahn durch gegenüberliegende Kugelkontakt flächen (aj.bj, und a^b,-) in der zweiten Seitenfläche (11) der Wellenausnehmung (9) und in der zweiten Hülsenausnehmung (I¹O gebildet sind, wobei die radial äußersten Punkte (b₂ und b^) der ersten und zweiten Kugelkontaktflächen in der Wellenausnehmung (9) auf einem maximalen Außendurchmesser der Welle (8) liegen, der größer ist als der minimale Innendurchmesser der Außenhülse (12), auf dem die radial innersten Punkte (b, und b,-) der ersten und zweiten Kugelkontaktflächen in der Außenhülse (12) liegen.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Tonnenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten ersten und zweiten Ausnehmungen (13 und 14) der Außenhülse (12) radial einwärts weisende Vorsprünge (25) liegen, deren Stirnflächen (23) auf dem minimalen Innendurchmesser der Außenhülse (12) liegen und daß zwischen benachbarten Ausnehmungen (9) der Welle (8) radial auswärts weisende Vorsprünge (24) liegen, deren Stirnflächen (22) auf dem maximalen Außendurchmesser der Welle (8) liegen.
3. Tonnenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittig in den Ausnehmungen (9) der Welle (1) zwischen zwei Kugellaufbahnen ein leistenförmiger Körper (17) parallel zu den Kugellaufbahnen angeordnet ist.
4. Tonnenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ofer leistenförmige Körper (17) zur Halterung der Kugeln (6) an der Innenseite der Außenhülse einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, der den freien Raum in den Ausnehmungen (9) keilförmig ausfüllt.
5. Tonnenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (17) an den Vorsprüngen (25) zwischen zwei benachbarten ersten und zweiten Ausnehmungen (13 und 14) der Außenhülse (12) befestigt ist, wobei der freie Querschnitt zwischen einer Ausnehmung (13 oder 14) und dem Körper (17) kleiner ist als der Durchmesser einer Kugel (6).
6. Tonnenkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (17) federelastisch ausgebildet ist bzw. aus einem federelastischen Material besteht.

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