DE29622017U1

DE29622017U1 - Kupplung mit elastischem Mitnehmerelement

Info

Publication number: DE29622017U1
Application number: DE29622017U
Authority: DE
Original assignee: GERWAH PRAEZISION GmbH
Current assignee: GERWAH PRAEZISION GmbH
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2006-12-19

Description

Kupplung mit elastischem Mitnehmerelement

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung, die zwei koaxiale Wellen durch formschlüssigen Eingriff zweier Kupplungselemente miteinander verbindet, die stirnseitig Erhöhungen aufweisen und jeweils an einer der Wellen befestigt sind, mit einem Mitnehmerelement, das zwischen die Kupplungselemente einsetzbar ist und radial außenseitig mit Erhebungen versehen ist, welche zwischen die Erhöhungen der Kupplungselemente eingreifen und sie in der Ebene senkrecht der Wellenachse voneinander beabstanden, wobei das Mitnehmerelement aus einem elastischen Material besteht und eine Öffnung aufweist, welche es in achsenparalleler Richtung durchgreift.

Zur Drehmomentübertragung zwischen koaxialen Wellen sind steckbare Kupplungen bekannt, welche zwei Kupplungselemente umfassen, die jeweils an einer der beiden Wellen befestigt sind, beispielsweise mittels einer Klemmvorrichtung. Die Kupplungselemente weisen stirnseitige Erhöhungen auf, vorzugsweise Zapfen, welche in gegenseitigen, formschlüssigen Eingriff miteinander verbringbar sind und auf diese Weise die Verbindung der Wellen herstellen.

Da die Kupplungselemente im allgemeinen aus starren Materialien, beispielsweise einem Metall, bestehen, besteht das Problem einer spielfreien Übertragung der Drehbewegungen, ohne das Ausrücken der Kupplung

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zu erschweren. Zu diesem Zweck ist es bekannt, ein elastisches Mitnehmerelement zwischen die Kupplungselemente einzusetzen. Das Mitnehmerelelemt weist eine etwa sternförmige Gestalt mit radial außenseitigen Erhebungen auf, welche sich zwischen die Erhöhungen der Kupplungselemente einbringen lassen und sie derart in der Ebene senkrecht der Wellenachse voneinander beabstanden. Somit ist nicht nur die spielfreie Übertragung von Drehbewegungen sichergestellt, insbesondere wenn beide Kupplungselemente unter Vorspannung am Mitnehmerelemenmt anliegen, sondern das Mitnehmerelement bewirkt auf Grund seiner Verformbarkeit auch eine Dämpfung von Kraftstößen sowie den Ausgleich eines Winkelversatzes oder achsparallelen Versatzes beider Kupplungselemente bzw. Wellen.

Häufig ist es notwendig, im Mitnehmerelement achsenparallele Öffnungen oder Kanäle vorzusehen, welehe beispielsweise zur Durchführung von durch die Wellen verlaufenden Signalleitungen sowie Versorgungsleitungen für Druckluft, Hydraulikflüssigkeit oder elektrischen Strom dienen. Die meist im zentralen Bereich des Mitnehmerelementes befindlichen Öffnungen haben eine erhöhte Nachgiebigkeit und damit eine Veränderung seines elastischen Verhaltens zur Folge, die im allgemeinen anisotrop ist. Die nachteilige Folge besteht in erhöhten Deformationen des Mitnehmerelementes während der Kraftübertragung, welche einen erhöhten Verschleiß bewirken und damit einen vergleichsweise häufigen Austausch notwendig machen. Zudem ändern sich die Übertragungseigenschaften der Kupplung in bezug auf das Verhal-

ten unter Belastung sowie ihre Dämpfung, was sich insbesondere dann als problematisch erweist, wenn die Bewegung der Abtriebswelle über einen Regelkreis die Antriebswelle steuert. Schließlich haben die Öffnungen einen geringfügig reduzierten Durchmesser des Mitnehmerelementes zur Folge, welcher eine exakte Passung zu den Kupplungselementen verhindert und die Einstellung einer definierten Vorspannung und das Aus- und Einrücken der Kupplung wesentlich erschwert.

Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine steckbare Kupplung mit einem von Öffnungen durchgriffenen, elastischen Mitnehmerelement zu entwickeln, dessen Verschleiß reduziert ist und das eine verbesserte Einstellbarkeit der geometrischen und elastischen Parameter gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Öffnung radial von einer Hülse aus starrem Material umschlossen ist.

Die Hülse des erfindungsgemäßen Mitnehmerelementes verhindert, daß sich sein elastisches Material in das freie Volumen der Öffnung hinein deformieren läßt. Auf diese Weise werden übermäßige Verformungen, insbesondere Atmungsbewegungen des Materials ausgeschlossen, was einen erheblich verringerten Verschleiß zur Folge hat. Weiterhin wird eine Erhöhung der Nachgiebigkeit des Materials im Bereich der Öffnungen vermieden, so daß sich die elastischen Parameter des Kupplungselementes wesentlich

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präziser einstellen lassen. Schließlich verhindert das starre Material der Hülse, daß sich der Durchmesser des Mitnehmerelementes aufgrund der Öffnung verringert. Eine erhebliche Verbesserung der Paßgenauigkeit ist die vorteilhafte Folge.

Zweckmäßig handelt es sich bei der Hülse um einen Hohlzylinder, dessen Gestalt dem Öffnungsquerschnitt entspricht, der also beispielsweise ein Kreiszylinder oder mehreckiger Zylinder ist. Denkbar ist, daß die Wandungen der Hülse Öffnungen aufweisen, etwa zur Gewichtsersparnis oder um eine mechanisch belastbare Verbindung mit dem elastischen Material des Mitnehmerelementes zu gestatten. Die Hülse kann sowohl frei in die Öffnung des Mitnehmerelementes eingeschoben sein, so daß die gegenseitige Verbindung durch reibschlüssiges Anliegen seines elastischen Materials an der Hülsenaußenseite erfolgt, als auch permanent, etwa durch Verklebung, mit dem Mitnehmerelement verbunden sein. Weist das Mitnehmereiement mehrere Öffnungen auf, so sind vorzugsweise alle mit einer Hülse versehen.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht die Hülse aus einem Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium. Auf diese Weise entsteht auch bei geringer Wandungsstärke eine hohe mechanische Belastbarkeit, so daß sich das Gewicht des Mitnehmerelementes sowie sein Trägheitsmoment allenfalls geringfügig ändern und die durch das elastische Material bestimmten Dämpfungseigenschaften erhalten bleiben.

Vorzugsweise besteht das Mitnehmerelement aus einem Kunststoff, so daß es sich im Spritzguß fertigen läßt und durch Variation der Herstellungsparameter unterschiedliche Materialeigenschaften erreichbar sind. Durch unterschiedliche Härten des Kunststoffes lassen sich somit Anpassungen an unterschiedliche Drehmomente, Kupplungsabmessungen oder eine Variation der Dämpfung erreichen. Als vorteilhaft und preiswert haben sich insbesondere Mitnehmerelemente aus Polyurethan erwiesen.

Um eine permanente, hochbelastbare und einfach zu fertigende Verbindung zwischen Hülse und Mitnehmerelement zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß die Hülse in das Mitnehmerelement eingespritzt ist. Bei der Fertigung als Spritzgußteil wird zu diesem Zweck zunächst die Hülse in das Formwerkzeug für das Mitnehmerelement eingelegt und anschließend der Kunststoff eingespritzt. Fertigungsvorgänge zur Befestigung der Hülse erübrigen sich damit.

Eine vorgespannte, spielfreie Verbindung beider Kupplungselemente läßt sich gewährleisten, indem die Erhebungen des Mitnehmereiementes ein Übermaß 5 zum Abstand der Erhöhungen beider Kupplungselemente aufweisen. In diesem Fall übersteigt der Durchmesser der Erhebungen des Mitnehmerelementes vor seinem Einsatz zwischen die Kupplungselemente den Abstand ihrer Erhöhungen senkrecht der Drehachse geringfügig.

In aller Regel ist es von Vorteil, die von der Hülse umschlossene Öffnung auf der Achse des Mit-

nehmerelementes, also der Drehachse der Wellen anzuordnen. Damit ist sichergestellt, daß Unwuchten vermieden werden und die elastischen Eigenschaften des Mitnehmerelementes in seinem äußeren Bereich, in welchem bei der Drehmomentübertragung die höchsten azimutalen Kräfte auftreten, nahezu unverändert sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert ist. Sie zeigt in prinzipienhafter Darstellung

Figur 1: Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung
Figur 2: Draufsicht auf das Mitnehmerelement.

Mit der in Figur 1 dargestellten Kupplung, welche aus den Kupplungselementen (1, 2) sowie dem Mitnehmerelement (3) besteht, lassen sich zwei koaxiale Wellen (4, 5) zur Übertragung von Drehbewegungen miteinander verbinden, wobei sich die Kupplung durch axiales Verschieben einer oder beider Wellen (4, 5) ein- und ausrücken läßt. Der gegenseitige Eingriff der Kupplungselemente (1, 2), welche jeweils mit einem Spannelement (6, 7) durch Anziehen einer Spannschraube endseitig an den Wellen (4, 5) befestigt sind, erfolgt durch zapfenartige Erhöhun-

gen (8, 9) auf ihren Stirnseiten. Bei hinreichender Annäherung der Kupplungselemente (I, 2) greifen die Erhöhungen (8) des einen somit in die Zwischenräume der Erhöhungen (9) des anderen ein, so daß eine formschlüssige Verbindung sichergestellt ist.

Die spielfreie Übertragung der Drehbewegungen wird dabei durch das Mitnehmerelement (3) aus elastischem Material gewährleistet, welches Figur 2 in Draufsicht zeigt. Entlang seines äußeren Umfanges ist es mit Erhebungen (10) versehen, welche durch Zwischenräume (11) voneinander getrennt sind, so daß eine etwa sternförmige Gestalt entsteht. Im eingerückten Zustand der Kupplung greift alternierend jeweils eine Erhöhung (8) des Kupplungselementes (1) und eine Erhöhung (9) des Kupplungselementes (2) in die Zwischenräume (11) ein, deren Durchmesser zur Erzeugung einer Vorspannung geringfügig kleiner als der Durchmesser der Erhöhungen (8, 9) senkrecht der Wellenachse wählbar ist. Entsprechend bewirkt das Mitnehmerelement (3) nicht nur eine spielfreie Übertragung der Bewegungen, sondern dient auch zur Dämpfung sowie zum Ausgleich eines Versatzes beider Wellen (1, 2).

Eine zentrale, durchgehende öffnung (12) des Mitnehmerelementes ermöglicht es beispielsweise, Versorgungsleitungen durch die Kupplung hindurchzuführen. Zur Verringerung des Verschleißes des Mitnehmerelementes (3) sowie zur präzisen Einstellung des Durchmessers und seiner mechanischen Eigenschaften ist die Öffnung (12) von einer Hülse (13) aus starrem Material, vorzugsweise einem Metall, umgeben.

Die Hülse (13) ist in das elastische Material des Mitnehmerelementes (3) eingespritzt und verhindert insbesondere radiale Atmungsbewegungen, welche einen erhöhten Verschleiß zur Folge haben. Zweckmäßig erfolgt sowohl die Anordnung der Öffnung (12) als auch der Hülse (13) koaxial zur Achse (14) der Kupplung, so daß Unwuchten bei der Drehbewegung ausgeschlossen sind.

Im Ergebnis entsteht somit eine steckbare Kupplung mit elastischem Mitnehmerelement, welches einen verringerten Verschleiß sowie eine verbesserte Paßgenauigkeit und ein präzise einstellbares Dämpfungsverhalten zeigt.

Claims

ANSPRUCHE

1. Kupplung, die zwei koaxiale Wellen durch formschlüssigen Eingriff zweier Kupplungselemente miteinander verbindet, die stirnseitig Erhöhungen aufweisen und jeweils an einer der Wellen befestigt sind, mit einem Mitnehmerelement, das zwischen die Kupplungselemente einsetzbar ist und radial außenseitig mit Erhebungen versehen ist, welche zwischen die Erhöhungen der Kupplungselemente eingreifen und sie in der Ebene senkrecht der Wellenachse voneinander beabstanden, wobei das Mitnehmerelement aus einem elastischen Material besteht und eine Öffnung aufweist, welche es in achsenparalleler Richtung durchgreift, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (12) radial von einer Hülse (13) aus starrem Material umschlossen ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (14) aus Metall besteht.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material des Mitnehmerelementes (3) ein Kunststoff ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) außenseitig durch das elatische Material des Mitnehmerelementes (3) um-

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spritzt ist.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen

(10) des Mitnehmerelementes (3) ein Übermaß zum Abstand der Erhöhungen (8, 9) beider Kupplungselemente (1, 2),aufweisen.

6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) auf der Achse (14) des Mitnehmerelementes (2) angeordnet ist.