DE2901933C2

DE2901933C2 -

Info

Publication number: DE2901933C2
Application number: DE2901933A
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing.(Grad.) 7920 Heidenheim Elsner; Friedrich Dipl.-Ing. 7923 Koenigsbronn Helfer; Wolfgang Dipl.-Ing. 7924 Steinheim Zaiser
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1979-01-19
Filing date: 1979-01-19
Publication date: 1981-01-15
Also published as: US4295348A; DE2901933B1

Description

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Die Erfindung geht aus von einer elastischen Wellenkupplung nach dem Oberbegriff des An- »pruchs 1. Bei einer bekannten Kupplung dieser Ai t (Kupplungs-Atlas. 4. Auflage. 1975. Seiten 40 bis 41, A.G.T.-Verlag Georg Thum. Ludwigsburg) sind die Blattfederpakete am Außenring eingespannt unter Verwendung von Zwischenstücken, die sich zwischen den Blattfederpaketen in Richtung zur Nabe erstrecken. Am radial inneren Ende der Zwischenstücke weisen diese Anschlagflächen auf. mit denen sie bei dem jeweils vorgesehenen maximalen Verdrehwinkel an denjenigen Blattfedern anschlagen, die in die Nabe eingreifen, also an den sogenannten Hauptfedern. Der so gebildete Endanschlag ist hart, und die Hauptfedern sind hierbei in hohem Maße auf Scherung beansprucht Dadurch besteht die Gefahr, daß bei starken Drei mornentst ißen die Hauptfedern brechen.

Bis hin /u dem Endanschlag ist die Steifigkeit der bekannten Kupplung gleichbleibend; d. h ihre Kupphingskennlinie steigt linear an. Häufig ist es jedoch ^hn erforderlich, daß die Verdrehsteifigkeit mit zunehmendem Verdrehwinkel progressiv ansteigt. Hierzu ist schon eine Kupplung vorgeschlagen worden, bei der von den Blatlfedefpäkeien nur einige ständig in die andere Ktipplungshälfte eingreifen, die anderen dage* gen erst nach einem bestimmten- Verdrehwinkel, Dadurch entsteht eine Kennlinie, die zWei lineare Bereiche mit unterschiedlichen Steigungen aufweist.

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65 Somit nähert sich diese Kennlinie zwar schon einer progressiven Kennlinie; sie kann als »gestuft progressive Kennlinie« bezeichnet werden. Die Stufung ist aber noch sehr grob; daraus können Schwingungsprobleme resultieren. Auß'-rdem ist unbefriedigend, daß sich einige Blattfederpakete nur zeitweise an der Drehmomentübertragung beteiligen, d. h. diese Blattfederpakete sind unterhalb des Verdrehwinkels, bei dem sie eingreifen, wirkungslos.

Eine andere bekannte e'astische Wellenkupplung (US-PS 19 90 683) weist dünne Hauptfedern und dicke Flankenfedern auf, die nur wenig kürzer als die lauptfedern sind. Deshalb sind auch dort die Enden der Hauptfedern so hoch belastet, daß Bruchgefahr besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe 'ugrunde. die eingangs erwähnte bekannte Kupplur g derart weiterzu bilden, daß sich ihre Kennlinie möglichst weitgehend einem stetig progressiven Verlauf annähen, wobei die gleichmäßige Ausnutzung der Blattfederpakete beibe halten werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene elastische Wellenkupplung gelöst.

In den bekannten Kupplungen werden bei Kraftübertragung in der einen Umfangsrichtung stets nur die sogenannten vorderen Flankenfedern zur Kraftübertra' gürig herangezogen, indem sie die Hauptfedern unterstützen- Die sogenannten hinteren Flankenfedern bleiben hierbei urlbelastet. (Deshalb werden übrigens

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bei einigen der bekannten Kupplungen die hinteren Flankenfedern ganz oder teilweise weggelassen.) Im Gegensatz hierzu zeichnet sich die erfindungsgemäße Kupplung dadurch aus, daß zumindest ein Teil der hinteren Flankenfedern zusätzlich zur Kraftübertragung ausgenutzt werden kann, indem diese Flankenfedern bei Oberschreiten bestimmter Verdrehwinkel mit Anschlägen der anderen Kupplungshälfte zusammenwirken. Dadurch erzielt man je nach Feinheit der Abstufung der Flankenfedern eine mehr oder weniger fein gestufte progressive Kennlinie und einen verhältnismäßig weichen Endanschlag, wobei die hohe Scherbeanspruchung der Hauptfedern vermieden ist Ferner wird durch die Mitwirkung der hinteren Flankenfedern und dadurch, daß schon bei kleinen Verdrehwinkeln sämtliche Federpakete an der Kraftübertragung beteiligt sind, die höchstmögliche Ausnützung der Blattfedern erreicht. Man kann hierdurch bei einem vorgegebenen maximalen Drehmoment entweder die Kupplung kleiner als bisher ausführen oder die Anzahl der Blattfederpakete verringern.

Vorteilhafte Weiterbildungen und verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen Wellenkupplung sind in den Unteransprüchen angegeben. Je größer die Anzahl der Flankenfedern ist, denen ein Anschlag zugeordnet ist, umso höher ist der Ausnutzungsgrad der Blattfedern insgesamt (Anspruch 4) 7nsätzlich kann durch die Merkmale des Anspruches 5 erreicht werden, daß die Drehsteifigkeit der Kupplung mit größer werdendem Verdrehwinkel in besonders feinen Stufen zunimmt. In ν den Ansprüchen 6 und 7 sind zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben. Dabei unterscheidet sich die zweite von der ersten im wesentlichen durch eine steiler ansteigende Kennlinie, vorausgesetzt, daß gleiche Blattfedern verwendet i> werden. Es ist hier dafür gesorgt, daß mit größer werdendem Verdrehwinkel beim Eingreifen der hinteren Blattfedern der Kraftangriffs-Radius zunehmend kleiner wird. Demgegenüber ist bei der Ausführung nach Anspruch 6 vorgesehen, daß das In-Eingriff-Kommen der Flankenfedern in verhältnismäßig kurzen Abständen erfolgt. Dadurch wird erreicht, daß die hinteren Flankenfedern zunächst als hirizelfedern wirken, d. h. nicht mit dem übrigen I cdcrpaket in Berührung kommen. Hierbei und auch dann noch, wenn ⁴' beim maximalen Verdrehwinkel alle Rlattfedern aufcin- «nderliegen. sind die Anschlagflächen gleichmäßiger belastet als bei Ausführung nach Anspruch 7. so daß weniger Verschleiß zu erwarten ist.

Durch Variieren der Federblechdicke kann einerseits '° die Kennlinie der Kupplung beeinflußt werden Außerdem kann, wenn man die Blechdicke um so mehr erhöht je kurzer die Blattfeder ist. erreicht werden, daß im Einspannbereich aller Federn die gleiche Biegespannung auftritt Im übrigen können die Anschläge derart ^ angeordnet werden, daß für das ein/eine Blattfederpa ket insgesamt eine kreisbogenförmige Biegelinie eriwungen wird. Damit kann erreicht werden, daß lumindest näherungsweise in allen Bereichen des Blattfederpaketes gleiche Biegespannungen herrschen. ^h0

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung können die Blattfederpakete entweder im Außenring (wie bekannt aus dem eingangs genannten Kupplungsätiäs) öder in der Nabe (wie bekannt aus DE-PS 5 55 438) eingespannt sein. Dabei ist aber die letztere Anordnung vorteilhafter (Anspruch 9); defiii hier werden die Anschläge von segmentartigen Teilen des Außenringes gebildet, die sich zu diesem Zweck raci/al nach innen in die zwischen den Blattfederpaketen befindlichen Zonen erstrecken. Falls die Kupplung Seitenscheiben aufweist (so daß der Kupplungs-Innenraum mit Schmiermittel gefüllt wer den kann) können diese Seitenscheiben zusätzlich an den segmentartigen Teilen des Außenringes befestigt werden, also nicht nur an dessen Außenumfang. Dabei können die zusätzlichen Befestigungsmittel (z.B. Schrauben) — wie an sich bekannt aus dem Kupplungsatlas — verhältnismäßig nahe an der Nabe angeordnet werden. Dadurch kann, wenn Flüssigkeitsfüllung vorgesehen ist, die unter dem Flüssigkeitsdruck auftretende Beanspruchung der Seitenscheiben besser beherrscht werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht im folgenden: Da gemäß der Erfindung — wie oben schon erwähnt — eine verringerte Anzahl von Blattfederpaketen verwendet werden kann, gewinnt man an der Nabe Platz für eine besonders kräftige Ausführung der zur Befestigung der Blattfederpakete an der Nabe dienenden Spanneiemente.

Ausführuiigsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. C in zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt durch e.iie elastische Wellenkupplung;

F i g. 2 bis 5 ein Blattfederpaket der Kupplung nach F i g. 1 bei verschiedenen Verdrehwinkeln;

F i g. C bis 9 ein Blattfederpaket einer anderen Kupplung, ebenfalls bei verschiedenen Verdrehwinkeln;

Fig. 10 die Kennlinie der Kupplung nach den F i g. 1 bis 5;

F i g. 11 die Kennlinie der Kupplung nach den F ι g. 6 bis 9;

Fig 12 und 13 ein Blattfederpaket einer weiteren Kupplung ^:m entlasteten bzw. im maximal belasteten Zustand.

Die in Fig. 1 gezeigtp und insgesamt mit 20 bezeichnete, als Blattfederkupplung ausgebildete drehelastische Kupplung umfaßt im wesentlichen eine Nabe 21 (als innere Kupplungshälfte), einen Außenring 22 (als äußere Kupplungshälfte) mit einem Anschlußflansch 22a und mehrere Blattfederpakete 23. die an der Nabe 21 eingespannt sind und sich in radialer Richtung in Ausnehmungen 26 des Außenringes 22 erstrecken. Zum Einspannen der Blattfederpakete 23 an der Nabe 21 sind keilförmige Zwischenstücke 24 und 25 vorgesehen, die sich in Richtung zur Kupplungsachsc hin verjüngen. Dabei wechseln — in Umfangsrichtung der Nabe 21 — feste, an der Nabe angeformte Zwischenstücke 24 und lose an die Nabe angeschraubte Zwischenstücke 25 einander ab. Dies ist eir e einfache, platzsparende und dnch sichere Befestigung (tor Blattfederpakete 23 an der Nabe 21.

Jedes der Blattfederpakete 23 weist nach Art eines Körpers gleicher Biegebsanspruchung unterschiedlich lange Ülittfedern auf. In vorzugsweise symmetrischer Anordnung sind in der Mitte des Blattfederpaketes die längsten Blattfedern 30. auch Hauptfedern genannt, angeordnet. Beidseitig von diesen sind mehrere sogenannte Flankenfedern 31, 32, 33 und 36, 37, 38 angeordnet, d¹·' ■■■> Länge von leder zu Feder stufenweise abnim, t.

Die in der äußeren Kupplungshälfte, d.h. in dem Außenring 22 vorgesehenen Ausnehmungen 26 siiid wie folgt geformt: Irt Ihrem radial äußersteil Bereich bilden sie achsparallel verlaufende Nuten 27, deren Breite nur geringfügig größer ist als die gesamte Dicke der Hauptfedern 30. Sötfiit stehen die Hauptfedern 30 ständig in Eingriff mit der äußeren Kupplungshälfte. Ein gewisses Spiel zwischen den Hauptfedern 30 und den

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Nut-Seitenflächen so\vie deren gerundete Form sorgen dafür, daß beim gegenseitigen Verdrehen der beiden Kupplungshälften 21 und 22 kein Klemmen erfolgt.

Jeder der Flankenfedern 31, 32, 33 und 36, 37, 38 ist eine Anschlagfläche zugeordnet, die eine gegenüber den Blattfedern um 10 erhöhte Bezugszahl aufweist. Die Obergänge zwischen diesen Anschlagflächen und von den Anschlagflächen zur Nut 27 sind gerundet, so daß die Begrenzung der gesamten Ausnehmung 26 wellenförmig ist.

Die F i g. 1 zeigt die Küpplungim entlasteten Zustand, also bei dem Verdrehwinkel NuIL Die F i g, 2 bis 5 zeigen am Beispiel eines der Blattfederpakete 23 verschiedene Betriebszustände der Kupplung, wobei angenommen ist, daß die Stellung der Nabe 21 unverändert bleibt und der Außenring 22 zunehmend im Uhrzeigersinne verdreht wird. Man erkennt, daß hierbei die Flankenfedern 31,32, 33 — dies sind in diesem Falle die sogenannten vorderen Flankenfedern — stets an den Hauptfedern 30 anliegen und diese unterstützen.

In Fig.2 ist der Anschlag 46 des Außenringes 22 — bei einem Verdrehwinkel a — mit der längsten der hinteren Flankenfedern, die mit 36 bezeichnet ist, in Eingriff gekommen, desgleichen in F i g. 3 der Anschlag 47 — bei dem größeren Verdrehwinkel b — mit der Feder 37 sowie in Fig.4 der Anschlag 48 — bei dem nochmals größeren Verdrehwinkel c — mit der Feder 38. In Fig.5 ist schließlich der Verdrehwinkel auf den Wert d angestiegen. Dies ist die Stellung, bei der die hinteren Flankenfedern 36,37 und 38 unter sich und mit den Hauptfedern 30 zum Anliegen gekommen sind und nunmehr als Endanschlag wirken. Es handelt sich hierbei allerdings nicht um einen starren Endanschlag; denn die Kupplung hat auch in diesem Zustand noch eine geringfügige Elastizität Unterhalb des Verdrehwinkels d wirken die Federn 36, 37 und 38 als Finzelfedern, wie insbesondere die F i g. 4 zeigt.

Es versteht sich, daß die Kraftübertragung, abweichend von der Darstellung in F i g. 2 bis F i g. 5, auch in der anderen Umfangsrichtung stattfinden kann. In diesem Falle übernehmen die Blattfedern 36, 37, 38 die Funktion der vorderen Flankenfedern und die Blattfedern 31,32,33 die Funktion der hinteren Flankenfedern.

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können in bekannter Weise Seitenscheiben, die in der Zeichnung nicht sichtbar sind, befestigt werden. Für hierzu erforderliche Schrauben sind im Außenring 22 zusätzlich zu den im radial äußeren Bereich angeordneten Bohrungen 28 weitere Bohrungen 29 vorgesehen, die im radial inneren Bereich des Außenringes 22 angeordnet sind.

Die Seitenflächen der Nuten 27 und die Anschlagflächen 41, 42, 43 und 46, 47, 48 können, wie bei 19 angedeutet ist, mit einer Blecharmierung versehen und hierdurch vor Verschleiß geschützt werden.

In den F i g. 6 bis 9 ist ein gegenüber den F i g. 1 bis 5 abweichendes Ausführungsbeispiel dargestellt Die Nabe dieser Kupplung ist mit 51, der Außenring mit 52 und eines der Blechfederpakete mit 53 bezeichnet sowie dessen Hauptfedern mit 60, die — bei der dargestellten Kraftflußrichtung — vorderen Flankenfedern mit 61 und 62 und die hinteren Flankenfedern mit 66 und 67. Den Flankenfedern sind wieder am Außenring 52 Anschlagflächen 71,72,76,77 zugeordnet Im Vergleich zu den F i g. 1 bis 5 ist der in Umfangsrichtung gemessene Abstand zwischen den Anschlagflächen 71 und 72 bzw. 76 und 77 größer. Dadurch wird folgendes bewirkt:

Nachdem der Verdrehwinkel¹ e (Fig. 7), bei dem die erste hintere Flankenfeder 66 in Kontakt mit ihrer Anschlagfläche 76 kömmt, überschritten worden ist, wird die Feder 66 spätestens schon dann zum Anliegen an die Hauptfedern 60 gebracht, wenn die nächste Feder 67 mit ihrem Anschlag 77 in Eingriff kommt Dies geschieht bei dem größeren Verdfehwinkel /(Fig.8).

lö Bei weiterer Erhöhung des Verdrehwinkels auf den Wert ^(F i g* 9) wird auch die Feder 67 zum Anliegen an das übrige Federpaket gebracht Diese Methode körinte selbstverständlich auch bei einem Federpaket mit einer größeren Anzahl von Flankenfedern, d. h. bei einem feiner unterteilten Federpaket, angewendet werden. Das wesentliche hierbei ist, daß mit größer werdendem Verdrehwinkel beim In-Eingriff-Kommen der Flankenfedern 66,67 der Kraftangriffsradius zunehmend kleiner wird und gleichzeitig die Dicke des im Blockj:ustand befindlichen Teiles des Federpakets stufenweise zunimmt. Dies bedeutet (siehe Fig.9), daß beim maximalen Verdrehwinkel der der kürzesten F«der 67 zugeordnete Anschlag 77 im wesentlichen die gesamte Umfangskraft auf das Federpaket 53 überträgt.

während die Enden der übrigen Federn 66 und 60 weitgehend kräftefrei sind. Man erkennt dies in Fig.9 auch daran, daß oberhalb des am weitesten innen liegenden Anschlages 77 das Federpaket nicht mehr gekrümmt ist.

Die 1- ig. 10 zeigt den Verlauf der Kupplungs-Kennlinie K der Kupplung 20 der F i g. 1 bis 5. In diesem Diagramm ist das durch die Kupplung übertragbare Drehmoment M über dem Verdrehwinkel W aufgetragen. Wie schon aus den obigen Erläuterungen zu den Fig.2 bis 5 hervorgeht, nimmt die Drehsteifigkeit der Kupplung jeweils bei den Verdrehwinkeln a, b, c und d zu. Dies kommt in Fig. 10 durch die jeweils größer werdende Steigung der Kennlinie zum Ausdmck. In gleicher Weise zeigt die F i g. 11 die Kupplungs-Kennlinie /C'für das Ausführungsbeispiel der F ι g. 6 bis 9. Man erkennt deutlich den insgesamt steileren Verlauf dieser Kennlinie.
Die F i g. 12 und 13 zeigen ein weiteres Ausführungs-

Außenring mit 82 und eines der Blattfederpakete mit 83 bezeichnet, ferner eine im Außenring 82 für das Federpaket 83 vorgesehene Ausnehmung 86. Deren Begrenzung wird durch kontinuierlich gekrümmte Flächen 87 gebildet, im Gegensatz zu den abgestuften Flächen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die mit diesen Flächen 87 in Eingriff kommenden Enden der Federn des Blattfederpaketes 83 sind abgerundet. Die Fig. 12 zeigt den Ruhezustand dieser Kupplung, während in Fig. 13 der Zustand bei maximalem Verdrehwinkel dargestellt ist

In allen Ausführungsbeispielen sind die Blattfederpakete und die Ausnehmungen mit den Anschlagflächen symmetrisch geformt, um hierdurch eine gleichartige Wirkung der Kupplung in den beiden Kraftflußrichtungen zu erzielen. Es versteht sich jedoch, daß bei Bedarf auch unsymmetrische Formen der Blattfederpakete und/oder der im Außenring angeordneten Ausnehmungen vorgesehen werden können, wenn die Zunahme der Drehsteifigkeit der Kupplung in den beiden Kraftflußrichtungen ungleich sein soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elastische Wellenkupplung mit zwei ringförmigen, koaxial ineinander greifenden Kupplungshälften, die durch radial angeordnete Blattfederpakete, die an einem ihrer Enden jeweils in einer der Kupplungshälften eingespannt sind und mit den freien Enden ihrer Hauptfedern in Ausnehmungen der anderen Kupplungshälfte eingreifen, miteinander drehelastisch verbunden sind, wobei die Blattfederpakete nach Art eines Körpers gleicher Biegebeanspruchung unterschiedlich lange Blattfedern derart aufweisen, daß den längsten Blattfedern (»Hauptfedern«) mehrere sogenannte Flankenfedern zugeordnet sind, deren Länge von Feder zu ^l'^J Feder stufenweise abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (26) der anderen Kupplungshälfte (22) Anschläge (41, 42,43, 46, 47, 48) aufweisen, die nach Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels (a, b, c, d) mit wenigsteas einem Teil der Flankenfedern (31,32,33, 36,37,38) in Eingriff kommen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß solche Anschläge (41,42,43,46,47,48) zur Drehmomentübertragung in nur einer der beiden Umfangsrichtungen vorgesehen sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß solche Anschläge (41,42,43,46,47,48) zur Drehmomentübertragung in beiden Umfangsrichtungen vorgesehen sind.

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, diJ jeder Flankenfeder (31, 32, 33, 36, 37, 38)ein Anschlag(41,4?,43,4f 47,48)zugeordnet ist.

5. Kupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (<", 42, 43, 46, 47, 48) ^J5 durch stufenartige Erweiterungen der Ausnehmungen (26) entstehen, wobei jede Stufe dem freien Ende einer der Flankenfedern (31, 32, 33, 36, 37, 38) zugeordnet ist, so daß die einzelnen Flankenfedern (31,32,33,36,37,38) jedes Blattfederpaketes (23) bei unterschiedlichen Verdrehwinkeln (a, b, c, d) mit ihren Anschlägen in Eingriff kommen.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung der Ausnehmungen so getroffen ist, daß die Flankenfedern nach dem In-Eingriff-Kommen mit den Anschlägen bei zunehmendem Verdrehwinkel zunächst als Einzelfedern wirken und erst bei weiterer Zunahme des Verdrehwinkels untereinander und/oder am übrigen Federpaket anliegen (F i g. 1 bis F i g. 5).

7. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung der Ausnehmungen so getroffen ist, daß eine Flankenfeder (67) frühestens bei demjenigen Verdrehwinkel (f) mit ihrem Anschlag (77) in Eingriff kommt, bei dem die zuvor in Eingriff gekommene Flankenfeder (66) am übrigen Federpaket (53) anliegt (F i g. 6 bis 9).

8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Blattfederpaket (83) zugeordneten Anschläge durch eine kontinuierlich gekrümmte Fläcne (87) der anderen Kupplungshälfte (87) gebildet und die Enden der Blattfedern abgerundet sind (F i g. 12 und 13).

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederpakete, wie an sich bekannt, in der Nabe (21) eingespannt sind und mit ihren Hauptfedern (30) in den Außenring (22) eingreifen.