-
Beugeelastische Kupplung für nichtfluchtende Wellen
-
Gegenstand der Erfindung sind Kupplungen mit besonders gestalteten,elastischen
Kupplungssteinen, die zwischen einem inneren Läufer und einer diesen umschließenden
Außenhülse oder Glocke in Längsnuten eingefügt sind. Der Erfinder hat sich dabei
die Aufgabe gestellt, die elastischen Kupplungssteine so auszubilden, daß sich einerseits
zwar eine große Beugegelenkigkeit ergibt andererseits aber trotzdem eine hohe Verdrehungssteifigkeit
erhalten bleibt, sodaß die Kupplungen auch bei starken Fluchtabweichungen der zukuppelnden
Wellen hochbelastet werden können, und dennoch ein sehr genauer Gleichlauf zwischen
An- und Abtrieb gewährleistet bleibt.
-
Bisher werden Kupplungen mit elastischen Kupplungssteinen vorwiegend
eingesetzt, um Drehmomentstöße zwischen Antrieb und Abtrieb durch Verdrehungsausschläge
zu dämpfen. enn die gekunpelten zellen in einer Flucht liegen , 80 werden alle @upplungsstei@
auf ihrer ganzen Lanze gleich belastet. Wenn die gekunpelten @ellen Jedoch nicht
miteinander fluchten , so werden die Kupnlun, steine durch den Versatz bzw. die
Verschrnkung der Außenhülse oder Glocke gegenüber dem inneren Laufer in den verschiedenen
Umfangsstellungen sehr unterschiedlich verzwängt, wobei sich die nelastunz iiber
die Länge der Kupplungssteine ganz ungleichmässig verteilt. ei storkeren Fluchtabweichungen
trten dabei örtlich stark iSberhöhte Flächen- oder Kantenpressungen auf, die weit
über den normalen Drebmomentbelastungen liegen.
-
Es ist bekannt, zur Vermeidung bzw. Verminderung der örtlichen Kantenpressungen
die tragenden Flanken der Kupplungssteine balli auszubilden. Dabei ergeben sich
jedoch fiir die Anlage der Kupplungesteine Linienberübrungen mit entsprechend hohen
Hertzschen-Flächenpressungen. Durch diese hohen örtlichen Flächenpressungen wird
die Übertragungsleistung dieser Kupnlungen stark beeintrchtigt.
-
Zur Vermeidung überhöhter örtlicher Kanten- oder Flnchenpressungen
sieht die Erfindung vor, daß die Kupplungssteine an ihren Enden, wo beimVerschränken
die stErksten Verzwängungen auftreten, besonders nachgiebig gestaltet werde, sodaß
sie selbst bei starken Verschränkungen sowohl im inneren Läufer als auch in der
Außenhülse oder Glocke in den Längsnuten auf breiten Kontaktflächen anliegen.
-
Dies wird erfindungsgemäß einmal dadurch erreicht, afi a&n' Enden
der Kupplungssteine Bohrungen vorgesehen sind, die sich zweckmäßigerweise nach außen
trichterförmig erweitern. Die beidseitigen Bohrungen können durch eine Längsbohrung
miteinander verbunden sein. Dabei kann durch diese Längsbohrungen ein Stift zum
Halten der Kupplungssteine hindurchgeführt werden Zur Erhöhung der Verdrehungssteifigkeit
kann die Längsbohrung in ihrer Mitte durch Einsetzen eines Stopfens verschlossen
werden Ferner sieht die Erfindung vor, daß zur Erhöhung der Elastizität an den Enden
der Kupplungssteine statt der Bohrungen in deren Innern an deren Ober- und/oder
Unterseite Atsnehmungen oder Abschrägungen angeordnet werden. Dabei w-rden in der
Außenhülse oder Glocke bzw. in dem inneren Läufer in den Längsnuten zugleich Freiräume
geschaffen, in die der beim Verschränken an den Enden der Kupplungssteine verzwängte
Querschnitt ausweichen kann.
-
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kupplungssteine, durch die
deren Elastizität nach den Enden hin zunehmen vergrößert wird, erhält die Kupplung
eine erhöhte Beugeelastizität, sodaß die gekuppelten Wellen auch stärker zueinander
abgewinkelt werden können.
-
Der weitgehend massive Mittelteil der Kupplungssteine sorgt jedoch
für eine beträchtliche Drehstarrheit und auch für eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegen Parallelversatz zwischen Außenhülse bzw. Glocke und innerem Läufer. Mitunter
kann der innere Läufer sogar mit einer kugelförmig gestalteten Zone seines Außenumfanges
in der Bohrung der Außenhülse oder Glocke mit leichtem Passungsspiel zentriert sein.
-
Zum Ausgleich eines Parallelversatzes der zukuppelnden Wellen ist
daher wie bei Zahnkupplungen oder Gelenkwellen die Anordnung von zwei Kupplungsköpfen
mit einer gemeinsamen Außenhülse oder einer gemeinsamen Gelankwelle erforderlich.
Damit läßt sich dann je nach Schrägstellung und Länge des gemeinsamen Zwischenstückes
ein sehr beträchtlicher Parallelversatz der Wellen überbrücken.
-
Kupplungen mit erfindungsgemäß gestalteten Kupplungssteinen können
somit, sofern eine gewisse Drehschwingungsdämpfung erwünscht oder zumindest zulässig
ist, nicht nur statt Zahnkupplungen sondern auch als Ersatz für Gelenkwellen eingesetzt
werden.
-
Dabei bieten sich für die Gestaltung der Kupplungen und der Kupplungssteine
eine Reihe verschiedener Ausführungsmöglichkeiten.
-
So können z.B. die Kupplungssteine entweder in dem inneren Läufer
oder in der Außenhülse bzw. Glocke durch Anschläge oder Preßsitz gegen axiales Gleiten
gesichert werden.
-
Die Längsnuten können sowonl im inneren Läufer als auch in der Außenhülse
oder Glocke über ihre ganze Länge mit gleichbleibendem Querschnitt ausgeführt werden.
Die Nutenquerschnitte können dabei mit ebenen Flanken oder halbrunil gefertigt sein.
Ebene Nutenflanken bieten den Vorteil, daß in ihnen die Kupplungssteine verdrehungssicher
eingebettet liegen, ohne daß wie bei halbrunden Nutenquerschnitten eine besondere
Sicherung gegen Verdrehen vorgesehen werden muß. Querschnitte mit ebenen Flanken
eignen sich daher besonders filr die Längsnuten,in denen die Kupplungssteine axial
fixiert eingebettet liegen.
-
Halbrunde Nutenquerschnitte sind lichter und vorallem mit sehr glatter
Oberfläche herstellbar. Sie eignen sich daher besonders für jene Längsnuten, in
denen die Kupnlungssteine axial gleiten können. InBbesondEre im Walzwerksbau kommen
für den Antrieb der Kaliberwalzen sogenannte Kleeblattzapfen mit je vier halbrunden
Ausneemungen zur Anwendung. Die Anwendung von Außenhülsen oder Glocken, in die erfindungsgemäß
ausgefbhrte Kupplungssteine eingesetzt sind, verspricht hier wesentlich größere
Übertragungsleistungen und einen wesentlich ruhigeren Lauf als dies mit den bisherigen
Ausführungen, die übergroße Spiel wrforderten, möglich war.
-
Um auch bei starken Verschränkungen und hohen Drehzahlen große Drehmomente
übertragen zu können und den Verschleiß zu vermindern, kann man die gleitenden Partien
der Kupplungssteine mit Gleitschuhen oder dünnwandigen Gleitschichten ausstatten,
die gegeniiber dem weicheren Kern der Kupplungssteine bessere Gleiteigenschaften
und höhere Verschleißfestigkeit aufweisen.
-
Die Abbildungen Fig.1 bis Fig.6 zeigen drei ausführungsbeispiele der
Erfindung.
-
Bei der AusfiShrunz nach Fig.1 und Fig.2 werden die auf den-Endzapfen
der Wellen 1 + 2 aufgeschobenen inneren Läufer 3 mit den in ihren Längsnuten eingelegten
Kupplungesteinen 4 von einer gemeinsamen Außenhülse 5 umschlossen.
-
Fig.1 zeigt einen Lnngsschnitt durch die Kupplung längs der Linie
A-A der Fig.2. Fig.2 zeigt auf der linken Hälfte einen Querschnitt längs der Linie
B- B der Fig.1 und auf der rechten Hälfte einen Querschnitt längs der Linie C-C
der Fig.1 In den inneren Läufern 3 befinden sich prismatische Längsnuten, in denen
die Kupplungssteine 4 mit ebenen Seitenflächen anliegen.
-
Die Längsnuten in der Auß@nhülse 5 haben einen halbrunden Querschnitt.
Entsprechend sind auch die Kupplungssteine 4 in der Mitte an der Außenseite halbrund
ausgebildet.
-
Im Innern der Kupplungssteine 4 sind Bohrungen angeordnet, die sich
nach außen trichterförmig erweitern. Ferner sind die Kupplungssteine 4 an den Ober-
und Unterseiten nach beiden Enden hin abgewnhrägt. Die trichterförmigen Bohrungen
sind durch Längsbohrungen verbunden, durch die Haltestifte 6 gesteckt sind, die
mit ihren Enden in Scheiben 7 gelagert sind, die ihrerseits zu beiden Seiten auf
den inneren Läufern 3 aufgesetzt sind.
-
Die inneren Läufer 3 sind an ihrem Umfang nach beiden Seiten hin etwas
konisch verjüngt und in ihrer Mitte ballig abgeddreht. Dabei ist der maximale Durchmesser
so bemessen, daß die inneren Läufer 3 in der Bohrung der Außenhülse 5 zentriert
sind.
-
Die linke Hälfte der Fig.2 zeigt, daß die Kupplungssteine 4 in der
Querschnittsebene B-B zusammen mit den Haltestiften 6 sowohl in dem inneren Läufer
3 als auch in der Außenhülse 5 die Längsnuten vollständig ausfüllen. Die Kupplungssteine
4 bestehen aus Kunststoff, der zwar sehr elastisch nicht aber zusammendrückbar ist.
Zum elastischen Nachgeben muß daher der Werkstoff aus dieser Querschnittsebene in
Richtung der Längsnuten zur Seite ausweichen.
-
Dieser ungünstige Materialfluß erfordert viel Energie. die Kupplung
ist daher in dieser Ebene gegen Verdrehung aehr unnachgiebig.
-
Die rechte Hälfte der Fig.2 zeigt, wie in der Querschnittsebene C-C
die Querschnitte der Kupplungssteine 4 geschwächt sind , und wie sowohl in ihrem
Inneren als auch in den Längsnuten Freiräume geschaffen wurden. Namit kann an den
Enden der Kupnlungssteine 4 bei Querschnittsverzwängungen, wie sie bei einer Verkantung
zwischen der Außenhfilse 5 und dem inneren Läufer 3 entstehen, der verdrängte Werkstoff
leicht innerhalb der Querschnittsebene ausweichen. durch werden hohe Kantenrressungen
vermieden, und die Kupplungasteine 4 liegen in den Längsnuten mit ihren Druckflächen
huber einen großen Längenbereich an. Die Kupplung ist daher auch bei Verkantung
hochbela-stbar. Sie somit zum Kuppeln nicht fluchtender Wellen hervorragend geeignet
Sie bietet dabei zugleich eine Drehschwingungsdämpfung, die so klein gehalten werden
kann, daß ein ausreichender Gleicblauf zwischen Antrleb und Abtrieb gewährleistet
wird.
-
Fig.3 und Fig.4 zeigen einen einzelnen, beugeelastischen belenkkopf
mit erfindungsgemäß gestalteten Kupplungssteinen 8, die mit Gleitschuhen 9 ausgerüstet
sind.
-
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch den Gelenkkopf längs der Linie
D-D Fig.4. Fig,4 zeigt auf der linken Hälfte einen Querschnitt durch die Mitte der
Kupplungssteine 8 längs dEr Linie E- E, und die rechte Hälfte der Fig.4 einen Querschnitt
längs der Linie F-F Fig.3.
-
Auf der Welle 10 ist der innere Läufer 11 aufgeschoben und durch eine
Paßfeder 12 gegen Verdrehung gesichert. Der Läufer 11 weist hanbzylindrische Längsnuten
auf, in denen die Kupplungsteine 8 eingebettet liegen und durch Kugeln 13 in ihrer
Lage fixiert sind.
-
Die Grundform der Kupplungssteine 8 ist zylindrisch. An beiden Enden
tragen sie Bohrungen mit langrundem Querschnitt, der sich nach außen trischterförmig
wrweitert.Ferner sihd an den Ober- und Unterseiten der Kupplungssteine 8 nach den
Enden zu schräg abfallende Ausnehmungen. An ihren Oberseiten tragen die Kupplungssteine
8 Gleitschuhe 9, die als halbrunde Schalen ausgebildet sind und durch Kugeln 14
in ihrer Lage gegenüber den Kupplungssteinen 8 fixiert sind. Diese schalenförmigen
Gleitschuhe greifen in halbzylindrische Längsnuten, die in einer Glocke 15 angeordnet
sind.
-
Diese Glocke 15 ist mit einer seitlich angeordneten Nabe auf der Welle
16 aufgeschrutipft und greift weit über den inneren Läufer 11 und die Kupplungssteine
8 mit den Gleitschuhen 9.
-
Beiderseits des inneren Läufers 11 sind auf der Welle 10 Druckscheiben
17+18 aufgeschoben, die außen kugelig abgedreht sind.
-
Diese Kugelflächen legen sich gegen entsprechend kugelig ausgedrehte
Ringe 19 + 20, die in der Glocke 15 eingesetzt sind. Da sich der Umfang des inneren
Läufers 11 nach beiden Seiten konisch bzw. ballig verjüngt, ergibt sich zwischen
Glocke 15 und innerem Läufer 11 eine Winkelbeweglichkeit.
-
Bei einem Abwinkeln der Glocke 15 gegenüber dem inneren Läufer 11
werden die Kupplungssteine 8 jeweils an einem Ende entsprechend stark verzwängt.
Wie die rechte Hälfte der Fig.4 zeigt, ist der ouerschnitt der KupPlungssteine 8
in der Schnittebene F-F sehr geschwächt und reichlich Freiraum für die Aufnahme
des verdrängten Werkstoffes vorhanden. Damit reicht die Beugeelastizität auch für
Ablenkungen von mehreren Winkelgraden. Der Gelankkopf ist damit gut für Gelenkwellen
verwendbar.
-
Da die schalenförmigen Gleitschuhe 9 in den Längsnuten der Glocke
15 stets auf voller Länge anliegen, bleiben die Flächenpressungen
stets
sehr niedrig. Darit ergibt sich selbst bei großen ginkelausschlägen und hohen Drehzahlen
ein geringer Verschleiß.
-
Da, wie die rechte Hälfte der Fig.4 zeigt, in der Querschnittsebene
E- E die Längsnuten durch die Kupnlungssteine.8 und Gleitschuhe 9 vollständig ausgefüllt
sind, ist bei guter DreFstarrheit die Drehschwingungsdnmpfung gering,sodaA. sich
zwischen An-und Ab trieb ein guter Gleichlauf ergibt.
-
Fig.5 + Fig.6 zeigen einen Gelenkkopf mit erfindungsgemäß gestalteten
Kupnlungssteinen 21 zum Ankuppeln des Kleeblattzapfens 22 einer Kaliberwalze an
einer Gelenkwelle 23.
-
Fig.5 zeigt einen Lnngsschnitt durch den Gelenkkopf längs der Linie
G-G der Fig.6. Fig.6 zeigt auf der linken Hälfte einen Ouerschnitt längs der Linie
H-H der Fig.5 durch die Kitte der Kupplungssteine 21. die rechte Hälfte der Fig.6
zeigt einen Querschnitt längs der Linie J-J der Fig.5 durch die Enden dpr Kupplungssteine
21.
-
4uf der Gelenkwelle 23 ist die Glocke 24 mit ihrer seitlich angeordneten
Nabe axial verschiebbar aufgesetzt und durch eine Paßfeder 25 drehstarr gehalten.
Durch einen Gewindestift 26 wird die Glocke 24 in vorgeschobener Stellung, in der
sie über den Kleeblattzapfen 22 greift, gehalten. Nach Lösen des Gewindestiftes
26 kann die Glocke 24 somit zum Lösen der Kupplung zurückgezogen werden.
-
In der Glocke 24 sind die Kupplungssteine 21 in schwalbenschwanzförmigen
Längsnuten mit Vorspannung eingeschoben. Diese Schwalbenschwänze weisen an beiden
Hälften zwei nebeneinander angeordnete, nach außen schrng abfallende Ausnehmungen
auf. In den nach innen gerichteten Zylinderabschnitten sind ebenfalls nach beiden
Enden hin zunehmende Ausnehmungen vorgesehen. Die Ausnehmungen überschneiden sich
in der mitte alle.
-
Wie die linke Hälfte der Fig.6 zeigt, ist somit der verschnitt der
Kuppluhgssteine 21 auch in der Mitte nicht vollkommen massiv, sodaß auch hier Freiräume
zum elastischen nachgeben bei Verzwängungen vorhanden sind. Auf der rechten Hälfte
der Fig.6 erkennt man, daß der Querschnitt der Kupniungssteine an den Enden außerordentlich
stark geschwächt ist. Die dadurch erzielte, nach außen @un@hmende große Nachgiebigkeit
der Kupolung ssteine 21 ist für den Eingriff in Kleeblattzapfen 22 notwendig, weil
bier die weit nach innen ragenden Kupplungssteipe 21 ganz gesonders stark verzwingt
werden.
-
Durch eine sehr schrnge Neigun der Endflächen der Kupplung steine(21
) wird der in die Ausnehmungen des Kleeblattzapfens ( 22 ) eingreifende Teil derselben
verkürzt und somit weniger verzwängt, während der in die Schwalbenschwanznuten der
Glocke ( 24 )eingeschobene Teil zur Erzielung eines festen Sitzes länger ausgeführt
ist.
-
Dank der hohen Elastizität ihrer Enden benötigen diese Kupplungssteine
21 in den Langsausnehmungen des Kleeblattzapfens 22 ein wesentlich geringeres Passungsspiel
als die bisher üblichen Klee-Flatt - Kupplungen, deren Steine meist einige I'illimeter
Spiel aufweisen und stark klappern. ETm trotz des geringen Spieles die Glocke 24
mitsamt den Kupplungssteinen 21 von der Seite auf den Kleeblattzapfen 22 aufachieben
zu können, mllssen entweder, wie in Fig.5 gezeigt, die Ausnehmungen im Kleeblattzapfen
22 angefast sein, oder die Einführkanten der Kupplungssteine 21 müßten entsprechend
angeschrägt sein.
-
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kupplungssteine 21 können
somit die bisher sehr rauh und unruhig arbeitenden Kleeblatt-Kupplungen zu einem
ruhig arbeitenden Ubertragungsmittel mit hoher Belastbarkeit werden.
-
L e e r s e i t e