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Wellenkupplung
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Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung enthaltend: eine erste
und eine zweite Kupplungshälfte und eine drehmomentübertragende Kinematik zwischen
den Kupplungshälften, welche einen Achsversatz zwischen den Wellen zuläßt, mit einem
Zwischenglied, dessen Achse bei fluchtenden Wellen mit den Wellenachsen fluchtet,
und Koppelgliedern, welche eine Antriebsverbindung zwischen der ersten Kupplungshälfte
und dem Zwischenglied und zwischen dem Zwischenglied und der zweiten Kupplungshälfte
herstellen.
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Bei einer bekannten Kupplung dieser Art (US-PS 4 040 270) sind Zwischenglieder
in Form von Ringen vorgesehen, die konzentrisch aufeinander gelagert sind. Jeder
Ring ist über einen ersten Lenker mit einer antriebsseitigen Kupplungshälfte und
über einen zweiten Lenker mit einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte verbunden.
Die Kupplung gestattet eine winkeltreue Übertragung einer Drehbewegung zwischen
umlaufenden Teilen, wobei bei einem Achsversatz die Lenker und die Ringe Ausgleichsbewegungen
ausführen. Die Lenker führen dabei hin- und hergehende Schwenkbewegungen aus, während
die Ringe gleichzeitig eine hin-und hergehende Drehbewegung relativ zueinander ausführen.
Eine
solche Kupplung gestattet eine kinematisch einwandfreie winkeltreue
Kupplung von Drehbewegungen auch bei relativ großem Achsversatz.
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Bei dieser bekannten Kupplung sind relativ große tag er erforderlich,
da die Ringe aufeinander gelagert sind.
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Es sind weiterhin Kupplungen bekannt, bei denen ein scheibenförmiges
Zwischenglied über ein Parallellenkergetriebe besteht aus drei gegeneinander um
120° versetzten Lenkern mit einer antriebsseitigen Kupplungshälfte und über ein
zweites Parallellenkergetriebe mit ebenfalls drei um 1200 gegeneinander versetzten
Lenkern mit einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte verbunden ist (DE-PS 1 233 667).
Solche Kupplungen gestatten ebenfalls eine kinematisch einwandfreie Übertragung
von Drehmomenten, allerdings nur dann, wenn ein Achsversatz zwischen den miteinander
zu kuppelnden Wellen besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute
Kupplung der eingangs definierten Art zu schaffen, bei welcher insbesondere nur
Schwenklager mit relativ geringem Durchmesser erforderlich sind und welche auch
bei fluchtenden Wellen eine einwandfreie Übertragung der Drehbewegung gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) wenigstens
zwei Koppelglieder in bezug auf die Achse des Zwischengliedes diametral einander
gegenüberliegend und um tangential verlaufende Schwenkachsen verschwenkbar an dem
Zwischenglied gelagert sind,
(b) die Koppelglieder an den Kupplungshälften
allseitig beweglich angelenkt sind und (c) Ausgleichsmittel zum Ausgleich der mit
einer Verschwenkung der Koppelglieder verbundenen Verkürzung des axialen Abstandes-der
Koppelgliederenden vorgesehen sind.
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Bei einer solchen Kupplung gestatten die Koppelglieder Achsversatz.
Das Zwischenglied stellt sicher, daß die Koppelglieder bei der Übertragung von Drehmomenten
nicht im verwindenden Sinne ausweichen können sondern im wesentlichen axial ausgerichtet
gehalten werden. Ein Achsversatz in der einen Richtung wird durch die Schwenkbewegung
der Koppelglieder relativ zu dem Zwischenglied ermöglicht. Ein Achsversatz in der
dazu senkrechten Ebene wird durch eine Verkantung des Zwischengliedes möglich gemacht.
Die Ausgleichsmittel gleichen die durch die Neigung der Koppelglieder zur Umlaufachse
bedingten Änderungen des axialen Abstandes der Koppelgliedenden aus. Diese Ausgleichsmittel
können verschiedener Natur sein.
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Im Betrieb liegt ein Achsversatz in einer bestimmten Ebene vor.
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Die Kupplung rotiert relativ zu dieser Ebene, wobei die Zustände "verschwenkte
Koppelglieder" und "verkantetes Zwischenglied" einander abwechseln.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:
Fig.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt Längs der Linie A-B von Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie C-D von Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Erfindung, wobei der Zapfen nach Art von Fig. 1 an einem Zwischenring gelagert
zu denken ist.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie E-F von Fig. 4.
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Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der Linie G-H von Fig. 7.
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Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch die abgewandelte Ausführungsform,
wobei die Zapfen an einem Zwischenring ähnlich Fig. 1 schwenkbar gelagert ist.
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Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt ähnlich Fig. 4 durch eine weitere
Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 9 zeigt einen Schnitt längs der Linie J-K von Fig. 8.
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Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer
Darstellung ähnlich Fig. 9.
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Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform
ähnlich der nach Fig. 10.
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Fig. 12 zeigt einen zugehörigen Längsschnitt.
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Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform.
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Fig. 14 zeigt einen Schnitt längs der Linie L-M von Fig. 13.
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Fig. 15 zeigt eine weitere Abwandlung einer erfindungsgemäßen Kupplung.
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Fig. 16 zeigt eine noch andere Abwandlung der erfindungsgemäßen Kupplung.
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In Fig. 1 ist mit 10 eine erste Kupplungshälfte bezeichnet, die mittels
einer Keilführung 12 auf eine Welle aufsetzbar ist. Mit 14 ist eine zweite Kupplungshälfte
bezeichnet, die mittels einer Keilführung 16 auf eine zweite Welle aufsetzbar ist.
Die erste Kupplungshälfte 10 weist diametral einander gegenüberliegende radiale
Augen 18 bzw. 20 auf. Entsprechende radiale Augen 22 bzw. 24 besitzt die zweite
Kupplungshälfte 14. Mit 26 ist ein Verbindungsbolzen bezeichnet, der an seinen beiden
Enden kugelige Verdickungen 28 bzw. 30 aufweist. Die kugeligen Verdickungen 28,30
sind über dazu komplementäre Gummikörper 32 bzw. 34 in den Augen 18 bzw. 22 gelagert.
Damit ist eine Schwenkbarkeit gegenüber den Kupplungshälften 10 bzw. 14 gegeben,
wobei sich die Gummikörper 32 und 34 entsprechend ihrer Beschaffenheit deformieren
können. Ein entsprechender Bolzen 36 mit balligen Enden 38 und 40 ist über Gummikörper
42 bzw. 44 in den Augen 20 bzw. 24 gelagert. Die beiden Bolzen 26 und 36 sind, wie
aus Fig. 2 am besten ersichtlich ist, mit quer dazu verlaufenden Zapfen 46 und 48
bzw. 50 und 52 in
Wälzlagern 54,56 bzw. 58,60 in einem Zwischenring
62 gelagert.
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Dieser Zwischenring kann auch als Stange ausgeführt werden. Die Bolzen
26 und 36 sind somit gegenüber dem Zwischenring verschwenkbar und zwar um Achsen
64 bzw, 66, die tangential zur Umfangsrichtung des Zwischenrings verlaufen.
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Wenn beispielsweise die Kupplungshälfte 10 angetrieben wird, so würde
sich beispielsweise das Auge 18 nach vorn und das Auge 20 nach hinten bewegen. Ohne
den Zwischenring 62 würde sich daher, von oben in Fig. 1 gesehen, der Lenker 26
entgegen dem Uhrzeigersinn und der Lenker 36 im Uhrzeigersinn verkanten. Das wird
dadurch verhindert, daß beide Lenker um die Achsen 64 und 66 verschwenkbar in dem
Zwischenring 62 gehaltert sind. über die Bolzen 26 und 36 wird somit die zweite
Kupplungshälfte 14 unmittelbar winkeltreu auch bei einem gewissen Radialversatz
mitgenommen. Das ist kinematisch einwandfrei, solange der Radialversatz im Rahmen
der Verschwenkung der Bolzen liegt, die die Gummikörper zulassen. Die Kupplung gestattet
jedoch, je nach Ausführungsart, auch einen entsprechenden Achsversatz. In der Papierebene
von Fig. 1 kann ein solcher Achsversatz dadurch erfolgen, daß sich die Lenker 26
und 36 parallel zueinander verschwenken. In der dazu senkrechten Ebene erfolgt ebenfalls
eine Verschwenkung der Bolzen 26 und 36, allerdings unter Verkantung des Zwischenringes.
Die mit dieser Verkantung verbundene Axialbewegung der kugeligen Enden 28,30 bzw.
38,40 relativ zu den Kupplungsgliedern 10 und 14 kann bei der Ausführungsform nach
Fig. 1 durch elastische Deformation der Gummikörper 32,34 bzw. 42,44 ausgeglichen
werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Figuren 4 bis 7 ist nicht ein einziger
durchgehender Bolzen vorgesehen, der unmittelbar an den Kupplungshälften 10 bzw.
14 angelenkt ist wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Vielmehr ist ein Bolzen
68, der in ähnlicher Weise wie der Bolzen 26 an einem Zwischenring gelagert ist,
in einem sich senkrecht zur Papierebene von Fig. 4 erstreckenden Lenker 70 gelagert.
Diese Lagerung erfolgt
ebenfalls mittels eines kugeligen Endes
72 des Bolzens 68, welches in einem Gummikörper 74 gehalten ist, der seinerseits
in einem Auge 76 des Lenkers 70 sitzt. Der Lenker 70 ist seinerseits an seinem anderen
Ende an einem Zapfen 78 angelenkt. Der Zapfen 78 weist ein kugeliges Ende 80 in
der gleichen Radialebene wie das Ende 72 des Bolzens 68 auf. Dieses kugelige Ende
80 ist in einem Gummikörper 82 gehaltert, der in einem Auge 84 des Lenkers 70 sitzt.
Der Lenker 70 ist somit gegenüber dem Zapfen 78 allseitig schwenkbar gelagert. Er
ist weiterhin allseitig schwenkbar gegenüber dem Bolzen 68. Wie aus Fig. 5 am besten
ersichtlich ist, erstreckt sich der Lenker 70 im wesentlichen tangential in bezug
auf den Umlauf um die Achse 86. Der Zapfen 78 sitzt an einem radialen Ansatz 88
einer hülsenförmigen Kupplungshälfte 90, die über eine Keilverbindung 92 mit einer
Welle kuppelbar ist.
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In entsprechender Weise ist ein Bolzen 94, welcher dem Bolzen 36 von
Fig. 1 entspricht, mit einem kugeligen Ende 96 in einem Lenker 98 (Fig. 5) gelagert.
Das verdickte Ende 96 des Bolzen 94 sitzt in einem dazu komplementär ausgebildeten
Gummikörper 100, der seinerseits in einem Auge 102 des Lenkers 98 gehalten ist.
Zwischen dem Gummikörper 100 und dem verdickten Ende 96 ist im unteren Teil der
Figuren 4 und 5 eine Gleitschicht 104 dargestellt. Diese Gleitschicht 104 erleichtert
die Relativverdrehung von Bolzen 94 und Lenker 98.
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Der Lenker 98 ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, in ähnlicher Weise
wie der Lenker 70 an einem Zapfen 106 angelenkt, welcher an einem radialen Ansatz
108 der Kupplungshälfte 90 sitzt.
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Dieser Zapfen 106 weist ein kugelig verdicktes Ende 110 auf, welches
über eine Gleitschicht 112 in einem Gummikörper 114 gehaltert ist, der seinerseits
in einem Auge 116 des Lenkers 98 gehalten wird. Die Lenker 70 und 98 erstrecken
sich antiparallel zueinander, wie aus Fig. 5 erkennbar ist.
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Fig. 6 und 7 zeigt die andere Seite der Kupplung.
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Der Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie bei Fig. 4 und 5 und
daher nicht mehr im einzelnen beschrieben.
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Die Kupplungshälfte 118 trägt an radialen Ansätzen 120,122 Zapfen
124 bzw. 126, die über Kugelgelenke ähnlich Fig. 4 und 5 mit Lenker 128 bzw. 130
verbunden sind. Die Lenker 128 und 130 sind wiederum über Kugelgelenke mit den kugeligen
Enden 132 bzw. 134 der Bolzen 94 bzw. 68 verbunden.
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Auch. hier sind die Lenker 128 und 130 antiparallel zueinander und
im wesentlichen in Tangentialrichtung angeordnet.
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Die Lenker 70 und 98 bzw. 128 und 130 gestatten einen Ausgleich der
"Verkürzung" der Bolzen 26 und 36 bei einer Schwenkbewegung, die sich aus einem
Achsversatz der Kupplungshälften 10 und 14 ergibt. In diesem Falle erfolgt eine
Schwenkbewegung der Lenker, z.B. des Lenkers 70 in Fig. 4 sowohl in der Ebene von
Fig. 5 als auch in der Papierebene von Fig. 4. Dieser Ausgleich braucht daher nicht
durch die Gummikörper allein zu erfolgen. Es kann daher ein größerer Achsversatz
zugelassen werden als bei der Ausführung nach Fig. 1. Auch ist ein Winkelversatz
der beiden zu kuppelnden Wellen gegeneinander möglich.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 sind die Lenkerhebel 136,138
V-förmige Teile, die an den beiden Enden und in der Mitte jeweils ein Auge 140,142
bzw. 144,146 und 148 bzw. 150 aufweisen. Die Augen 140 und 142 bzw. 144,146 nehmen
je ein Kugelgelenkt der beschriebenen Art auf, mit welchem die Lenkerhebel 136 bzw.
138 an Zapfen der einen Kupplungshälfte 152 angelenkt sind, von denen in Fig. 8
die Zapfen 154 und 156 gestrichelt dargestellt sind. Die Augen 148 und 150 in der
Mitte der V-förmigen Lenkerhebel 136 und 138 nehmen je ein Kugelgelenk auf, dessen
Gelenkkugel von dem kugeligen Ende 158 bzw. 160 je eines Bolzens 162 bzw. 164 gebildet
ist, der nach Art von Fig. 1 an einem (nicht dargestellten) Zwischenring
gelagert
ist. Die (nicht dargestellte) andere Kupplungshälfte ist in entsprechender Weise
aufgebaut und über V-förmige Lenker an den anderen Enden der Bolzen 162,164 angelenkt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 10, die einen Schnitt ähnlich Fig.
2 zeigt, sind an dem Zwischenring 166 zwei Paare von Bolzen 168,170 und 172,174
gelagert. Jeder dieser Bolzen ist über einen Lenker 176,178 bzw. 180,182 mit der
einen Kupplungshälfte 184 in der beschriebenen Weise verbunden.
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Eine ähnliche Ausführung zeigen die Figuren 11 und 12.
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Bei dieser Ausführung sind auf gegenüberliegenden Seiten des Zwischengliedes
252 zwei Paare 254,256 und 258,260 von nebeneinander angeordneten Koppelgliedern
und je eine gemeinsame, tangential zu dem Zwischenglied 252 verlaufende Schwenkachse
262 bzw. 264 verschwenkbar gelagert. Ein Ende jedes Koppelgliedes 254,256,258,260
ist jeweils über ein Kugelgelenkt mit einem Lenker 266,268,270 bzw. 272 verbunden,
der seinerseits über ein weiteres Kugelgelenk an der jeweils benachbarten (nicht
dargestellten) Kupplungshälfte angelenkt ist. Die Lenker 266,268,270 und 272 sind
im wesentlichen tangential angeordnet, wobei sich die mit den Koppelgliedern z.B.
254,256 eines Paares verbundenen Lenker 266,268 jeweils nach entgegengesetzten Richtungen
erstrecken. Die Anlenkpunkte der Lenker 266,268,270,272 an den Koppelgliedern 254,256,258,
260 und an den Kupplungshälften liegen bei fluchtenden Achsen in regelmäßiger Anordnung
auf einem gemeinsamen Zylinder 274 um diese Achsen.
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Die beiden Koppelglieder 254,256 bzw. 258,260 jedes Paares sind starr
miteinander verbunden. Bei der Ausführung nach Fig. 11 und 12 ist das Zwischenglied
252 ein Rahmen von rechteckiger Grundform. Koppelglied-Grundkörper 276,278 mit im
wesentlichen doppelkeilförmiger Gestalt erstrecken sich längs eines Paares von gegenüberliegenden
Seitenteilen des Rahmens und sitzen auf
je einer Welle 284 bzw.
286, welche mit ihren vorstehenden Enden in den anderen Seitenteilen 288,290 des
Rahmens gelagert sind. An den Koppelglied-Grundkörpern sind auf gegenüberliegenden
Seiten Paare von fluchtenden Zapfen, z.B. 292,294 vorgesehen, die zusammen jeweils
ein Koppelglied 254 bilden. An den Zapfen 292,294 sind kugelige Verdickungen vorgesehen,
welche die Gelenkkugeln der Kugelgelenke bilden.
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Fig. 13 und 14 zeigen eine Anordnung, die ähnlich Fig. 1 und 2 aufgebaut
ist. Jedoch sind dort die Kugelgelenke vollständig durch Gummiverbindungen ersetzt.
In den oberen Hälften der Figuren 11 und 12 ist eine Ausführung gezeigt, bei welcher
Gummiformkörper 186,188 zwischen die Kupplungshälfte 190 und einen Bolzen 192 auf
Blechwinkel einvulkanisiert sind. Die Kupplungshälfte 190 weist zu diesem Zweck
eine Scheibe 194 senkrecht zur Umlaufachse auf, die eine Ausnehmung 196 aufweist.
Mit der Scheibe sind Blechwinkel 198,200 verschraubt.
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Ein Blechwinkel 202 von U-förmigem Querschnitt ist vor die Stirnfläche
des Lenkers 192 geschraubt, wobei die seitlichen Schenkel des Blechwinkels 202 zwischen
den in axialer Richtung sich erstreckenden Schenkeln der Blechwinkel 198 und 200
angeordnet sind. Zwischen diesen Schenkeln 198 und 200 sind die Gummikörper 186
und 188 einvulkanisiert.
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In der unteren Hälfte der Figuren 13 und 14 ist eine Ausführungsform
gezeigt, bei welcher auf ein Einvulkanisieren der Gummikörper 204,206 verzichtet
werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist die Scheibe 194 mit einer hinterschnittenen
Ausnehmung 208 versehen und der Bolzen 193 trägt ein T-förmiges Ansatzstück 210
vor seiner Stirnfläche, so daß die Gummikörper 204 und 206 formschlüssig zwischen
diesen Teilen gehalten werden und somit der Kupplungs-Zwischenring über die T-förmigen
Ansatzstücke 210 zentrisch gehalten wird.
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Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher statt eines Zwischenringes
ein doppel-T-förmiges Zwischenstück 212 und ein gekreuzt dazu angeordnetes, ebenfalls
doppel-T-förmiges Zwischenstück 214 vorgesehen sind. Jedes der Zwischenstücke 212
und 214 trägt ein Paar von daran schwenkbar gelagerten Koppelgliedern 216,218 bzw.
220,222, die nach Art von Fig. 1 ausgebildet sind und wirken. Bei dieser Ausführungsform
sind die beiden Wellen über zwei parallel geschaltete Kupplungen miteinander verbunden,
wobei die beiden Kupplungen einander nicht stören und ebenfalls jede einen Achsversatz
gestattet.
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Eine ähnliche Ausführung ist in Fig. 16 dargestellt. Hier ist das
eine Zwischenglied ein äußerer Ring 224, an welchem ein Paar von Bolzen 226 und
228 zwischen nach innen ragenden Lageraugen 230,232 bzw. 234,236 schwenkbar gelagert
ist. Das andere Zwischenglied ist -wie in Fig. 2- ein innerer Ring 238, an welchem
ein Paar von Bolzen 240,242 zwischen nach außen ragenden Lageraugen 244,246 bzw.
248,250 schwenkbar gelagert ist. Die Bolzen 226,228 und 240,242 sind in der Ruhelage
900 gegeneinander winkelversetzt.
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Auch bei den Ausführungsformen nach Figur 15 und Figur 16 können statt
jeweils eines Koppelgliedes 216,218,220,222 bzw. 226,228,240,242 deren zwei vorgesehen
werden, und zwar in einer Anordnung ähnlich Figur 11.
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