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Wellenkupplung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenkupplung mit zwei Kupplungshälften,
welche jeweils mindestens zwei quer zur Kraftübertragungsrichtung orientierte ebene
Schräg-Flächen tragen, wobei jeweils zwei ebene Schräg-Flächen der einen und der
anderen Kupplungshälfte paarweise einander zugewandt sind und Zwischenräume begrenzen,
mit in den Zwischenräumen angeordneten Gleitkeilen, welche jeweils zwei voneinander
abgewandte ebene Gleit-Flächen tragen, sowie mit einem im wesentlichen ringförmigen
Haltekörper, an welchem die Gleitkeile anliegen, wobei jede Schräg-Fläche an einer
Gleit-Fläche anliegt und wobei von den vier einander zugeordneten Flächen (zwei
Schräg-Flächen der Kupplungshälften, zwei Gleit-Flächen des Gleitkeils) eines Zwischenraumes
mindestens eine um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar ist, welche zu derjenigen
ebenen Fläche parallel ist, an welcher die schwenkbare Fläche anliegt.
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In dem deutschen Patent 27 42 442 wird eine elastische Wellenkupplung
vorgeschlagen, deren Kupplungshälften als gleichartige Zentralräder ausgebildet
sind. Die ebenen Schräg-Flächen der Zähne der Kupplungshälften sind paarweise einander
zugewandt und
begrenzen sich in radialer Richtung öffnende Zwischenräume.
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In die Zwischenräume greifen keilförmige Zähne eines Planetenrades
ein. Überträgt die elastische Wellenkupplung Drehmomente, so verdrehen sich die
beiden Kupplungshälften relativ zueinander. Hierbei verengen sich die Zwischenräume,
bzw. bei der Ausbildung als Klauenkupplung jeder zweite Zwischenraum. In jedem sich
verengenden Zwischenraum werden die keilförmigen Zähne, welche auch als Gleitkeile
bezeichnet werden können, gegen eine elastisch nach innen (bzw. außen) drückende
Federkraft nach außen (bzw. innen) gedrückt. Diese elastisch wirkende Kraft, die
in unterschiedlicher Weise realisiert werden kann, bewirkt die Elastizität der Wellenkupplung.
Wegen des Gleitens der Gleit-Flächen der genannten Zähne bzw. Gleitkeile an den
Schräg-Flächen der Kupplungshälften wird die bekannte elastische Wellenkupplung
auch als "Gleitkeilkupplung" bezeichnet.
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Bei einer derartigen Kupplung tritt folgendes Problem auf: Werden
die Kupplungshälften gegeneinander um einen gewissen Verdrehwinkel verdreht, wo
werden die Schräg-Flächen nicht parallel verschoben, sondern um den gleichen Verdrehwinkel
geschwenkt. Dies bringt es mit sich, daß der von zwei einander zugewandten Schräg-Flächen
eingeschlossene Öffnungswinkel des Zwischenraumes um den genannten Verdrehwinkel
abnimmt. Je größer der Verdrehwinkel wird, um so kleiner (spitzer) wird somit der
öffnungswinkel.
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Um in jedem Betriebszustand sicherzustellen, daß die aneinander anliegenden
und gleitenden Gleit- und Schräg-Flächen genau parallel sind, wird in der deutschen
Patentanmeldung P 29 24 935 vorgeschlagen, von den vier einander zugeordneten Flächen
(zwei Schräg-Flächen der Kupplungshälften, zwei Gleit-Flächen
des
Gleitkeils) eines Zwischenraumes mindestens eine um wenigstens eine Schwenkachse
schwenkbar auszubilden, welche zu derjenigen ebenen Fläche parallel ist, an welcher
die schwenkbare Fläche anliegt. Die Gleitkeile sind in einem radial federnden Lager
angeordnet. Öffnen sich die genannten Zwischenräume beispielsweise radial nach außen
und sind die Gleitkeile von außen in die Zwischenräume eingesteckt, so besteht diese
elastische Lagerung der Gleitkeile in einem die gesamte Kupplung umgebenden Haltering,
der sich elastisch deformiert und/oder dehnt.
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Bei derartigen Wellenkupplungen kann, beispielsweise aufgrund von
Fertigungstoleranzen, zwischen den Kupplungshälften ein Spiel vorhanden sein, welches
beispielsweise beim Anfahren einer Arbeitsmaschine zu unerwünschten, großen Belastungen
der Wellenkupplung führen kann. Auch bei einer Drehrichtungsumkehrung können aufgrund
eines Spiels zwischen den Kupplungshälften große Stoßbelastungen auftreten, welche
für die Wellenkupplung selbst, aber auch für die übrigen Maschinenteile, wie zum
Beispiel Wellen und Lagerungen, vermieden werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung der
genannten Art derart auszubilden, daß mit geringem konstruktiven Aufwand ein Spiel
zwischen den Kupplungshälften weitgehend vermieden wird. Auch soll die Wellenkupplung
in hohem Maße für alle Anwendungsgebiete betriebssicher und den betrieblichen Anforderungen
gewachsen sein. Darüberhinaus soll die Kupplung in einfacher Weise an die jeweiligen
Anforderungen anpaßbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in wenigstens
einem Zwischenraum wenigstens eine der genannten vier
Flächen mittels
eines Federelements in Richtung auf diejenige Fläche beaufschlagt ist, an welcher
sie anliegt.
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Die erfindungsgemäße Wellenkupplung zeichnet sich durch einen einfachen
Aufbau aus und weist aufgrund des Federelements zwischen den Kupplungshälften praktisch
kein Spiel mehr auf.
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Mittels des Federelements wird in einfacher Weise eine Vorspannung
zwischen den beiden Kupplungshälften erreicht, so daß die Spielfreiheit auch für
die gesamte Lebensdauer der Wellenkupplung gewährleistet werden kann. Treten nämlich
während der Lebensdauer der Wellenkupplung Abnutzungen auf ,so werden diese durch
das Federelement wieder ausgeglichen. Es ist somit in einfacher Weise sichergestellt,
daß in den Zwischenräumen die Gleitkeile unter allen Betriebsbedingungen sowohl
an den Kupplungshälften als auch an dem ringförmigen Haltekörper anliegen.
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Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der genannte, ringförmige
Haltekörper, auch starr ausgebildet sein kann, so daß gegebenenfalls eine drehsteife
Wellenkupplung vorliegt. Mit einer derartigen, drehsteifen Wellenkupplung, können
trotz geringer Baugröße vergleichsweise große Drehmomente übertragen werden, wobei
ein Versatz der gekuppelten Wellen ausgeglichen wird. Es sei hervorgehoben, daß
sowohl ein Winkelversatz der Wellen als auch ein Parallelversatz der Achsen der
angekuppelten Wellen mit der erfindungsgemäßen Wellenkupplung ausgeglichen werden
kann. Durch geeignete Ausbildung des Federelements und gegebenenfalls durch entsprechende
Anordnung mehrerer derartiger Federelemente kann die Kupplung an die jeweiligen
Anforderungen oder Betriebsbedingungen angepaßt werden. So können beispielsweise
in jedem Zwischenraum Federelemente angeordnet werden, so daß selbst bei einem starren
ringförmigen Haltekörper die Wellenkupplung in Drehrichtung elastisch ist und somit
auch Drehschwingungen
und/oder Drehstöße dämpfen kann. Die Federsteifigkeit
des oder der Federelemente ist sehr genau vorgebbar und die Wellenkupplung kann
daher ohne besondere Schwierigkeiten die geforderte Dämpfungscharakteristik aufweisen.
Schließlich können das oder die Federelemente in einfacher Weise ausgewechselt werden,
so daß eine ansonsten identisch ausgebildete Kupplung in ihrer Dämpfungscharakteristik
verändert und für die verschiedenen Anforderungen bzw. Betriebsbedingungen eingesetzt
werden kann. Es sei ausdrücklich hervorgehoben, daß die Elastizität und somit die
Dämpfungscharakteristik der Wellenkupplung durch die Federelemente und gegebenenfalls
durch einen elastisch ausgebildeten Haltekörper vorgegeben werden kann.
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Im Hinblick auf eine einfache Fertigung der Wellenkupplung wird mittels
des Federelements bevorzugt die Fläche beaufschlagt, welche um eine Schwenkachse
schwenkbar ist. Die übrigen Gleit- bzw. Schräg-Flächen können in einfacher Weise
an den Kupplungshälften bzw. den Gleitkeilen vorgesehen sein, und nur der oder den
schwenkbaren Flächen werden das oder die Federelemente zugeordnet.
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Damit die Wellenkupplung in einfacher Weise elastisch ausgebildet
ist und somit zur Dämpfung von Schwingungen und/oder Drehstößen dienen kann, wird
in einer bevorzugten, als Klauenkupplung ausgebildeten Ausführungsform der Haltekörper
nachgiebig verformbar oder elastisch ausgebildet. Der ringförmige Haltekörper ist
elastisch verformbar, wenn er beim Einwirken einer äußeren Kraft verformbar ist
und beim Wegfall der Kraft aufgrund seiner inneren Federsteifigkeit seine ursprüngliche
Form wieder annimmt. In diesem Sinne ist beispielsweise ein ringförmiger Haltekörper
aus Stahl, welcher eine vergleichsweise
geringe Wanddicke aufweist,
elastisch verformbar ausgebildet.
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Der Haltekörper ist hingegen nur nachgiebig verformbar, wenn er beim
Einwirken einer äußeren Kraft zwar verformbar ist, aber bei Wegfall dieser Kraft
seine ursprüngliche Form oder Gestalt nicht mehr einnimmt. In diesem Sinne ist beispielsweise
ein Haltekörper aus einer Schnur oder einem Drahtgeflecht, welches aus vergleichsweise
dünnen Drähten besteht, nachgiebig ausgebildet. Bei einem wahlweise elastisch oder
auch nachgiebig ausgebildeten Haltekörper ist nur ein einziges Federelement erforderlich
und dennoch weist die Wellenkupplung die geforderte Elastizität auf. Nur ein einziges
Federelement wird bevorzugt vorgesehen, um mit einem möglichst geringen Herstellungsaufwand
die elastische Wellen- bzw. Klauenkupplung zu schaffen. Aus Gründen der Symmetrie
bzw. der Unwucht können bevorzugt auch mehrere der genannten Federelemente vorgesehen
werden. Der elastische oder auch nachgiebige Haltekörper wird zweckmäßigerweise
als Haltering ausgebildet, an dessen Innenfläche die genannten Gleitkeile bei sich
radial nach außen öffnenden Zwischenräumen bzw. an dessen Außenfläche die Gleitkeile
bei sich radial nach innen öffnenden Zwischenräumen anliegen. Bevorzugt wird der
Haltering nachgiebig ausgebildet, da er ohne besonderen Herstellungsaufwand zu fertigen
ist und lediglich die notwendige Bewegung der Gleitkeile ermöglichen (in radialer
Richtung herausdrücken) bzw. bewirken (in radialer Richtung hereindrücken) muß.
Ist hingegen der Haltekörper bzw. der Haltering, wie bekannt, elastisch ausgebildet,
so kann die Federbeaufschlagung sowohl durch das Federelement als auch durch den
Haltering erzielt werden. Je nach den betrieblichen Anforderungen, Einbauverhältnissen
oder den zur Verfügung stehenden Werkstoffen und Bauteilen, kann somit in bevorzugter
Weise eine Aufteilung der elastisch wirkenden Kraft auf das Federelement bzw. auf
den Haltering vorgenommen werden.
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Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Wellenkupplung
ebenfalls elastisch ausgebildet, denn in jedem Zwischenraum ist wenigstens eine
der genannten vier Flächen mittels eines Federelements beaufschlagt und der Haltekörper
selbst ist elastisch oder starr ausgebildet.
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In diesem Fall kann die Kupplung entweder als Klauen- oder auch als
Nockenkupplung ausgebildet sein. Sofern die Klauenkupplung in beiden Drehrichtungen
betrieben wird, ist in jedem Zwischenraum ein Gleitkeil vorzusehen. Wird hingegen
eine Klauenkupplung nur in einer Drehrichtung betrieben, so reicht es aus, in Kraftangriffsrichtung
gesehen, nur in jedem zweiten Zwischenraum einen Gleitkeil vorzusehen. Bei dieser
Art von Kupplungen muß der Haltekörper entweder elastisch oder starr ausgebildet
sein. Der Haltekörper wird bevorzugt starr ausgebildet, wobei in jedem Zwischenraum
wenigstens eine Fläche mittels eines Federelements beaufschlagt ist. Ein solcher
Haltekörper kann ohne besonderen Aufwand gefertigt werden, wobei auch die Innen--bzw.
Außenfläche, an welcher die Gleitkeile anliegen, die notwendige Festigkeit im Hinblick
auf eine lange Lebensdauer der Kupplung besitzen kann.
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Die Federbeaufschlagung der Fläche erfolgt vorteilhaft mittels einer
Metallfeder, vorzugsweise einer Tellerfeder, da Kunststoff- oder Gummifederungen
keine hinreichende Federkraft aufweisen. Auch die Verwendung einer Reibfeder hat
sich bewährt. Mittels der Reibfeder wird bevorzugt die Dämpfung der Wellenkupplung
gewährleistet, so daß in vorteilhafter Weise eine Ölschmierung vorgesehen werden
kann.
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Vorteilhaft ist jeweils mindestens eine der beiden aneinander anliegenden
Flächen (Schräg-Fläche und/oder Gleitfläche) der Kupplungshälfte bzw. des in den
Zwischenraum eingreifenden Gleitkeiles schwenkbar. Dies bringt die besonders einfache
Konstruktionsmöglichkeit, da in jedem Betriebszustand der Zwischenraum und der Gleitkeil
zu einer Radialebene symmetrisch sind.
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Der öffnungswinkel des Zwischenraumes ist, um eine gutes Gleiten der
Gleit-Flächen an den Schräg-Flächen zu ermöglichen mindestens so groß, daß bei einer
Verdrehung der Kupplungshälften zueinander die Reibung in den aneinander gleitenden
Flächen eine Radialbewegung des Gleitkeiles zuläßt.
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Soll durch die schwenkbare Lagerung mindestens einer der beiden aneinander
anliegenden Flächen der öffnungswinkel des Zwischenraumes konstant gehalten werden,
so liegt vorteilhaft die Schwenkachse der schwenkbaren, federbeaufschlagten Fläche
in einer die Achse der Kupplung einschließenden Ebene sowie, wie bereits vorstehend
gesagt, parallel zu der ebenen Fläche, an der die schwenkbare, federbeaufschlagte
Fläche anliegt.
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Soll durch die Schwenkbarkeit mindestens einer der beiden aneinander
anliegenden Flächen ein Ausgleich ungenauen Fluchtens der zu kuppelnden Wellen erzielt
werden, so liegt vorteilhaft die Schwenkachse der schwenkbaren, federbeaufschlagten
Fläche in einer zur Achse der Kupplung senkrechten Ebene sowie, wie bereits vorstehend
gesagt, parallel zu der ebenen Fläche, an der die schwenkbare, federbeaufschlagte
Fläche anliegt.
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Ist die schwenkbare, federbeaufschlagte Fläche nicht nur um eine einzige
Schwenkachse schwenkbar, sondern um die beiden zueinander senkrechten Schwenkachsen,
die in den vorstehenden Absätzen genannt wurden, so erzielt man mit einer einzigen
Konstruktion gleichzeitig den Ausgleich nicht genau miteinander fluchtender Wellen
und die Konstanthaltung des Öffnungswinkels des Zwischenraumes. Besonders einfache
konstruktive Lösungen hierfür ergeben sich, wenn die schwenkbare, federbeaufschlagte
Fläche
um eine Schar von Schwenkachsen schwenkbar ist, die sich in einem Drehpunkt schneiden.
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Eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausführung mit einer (in
einer die Achse der Kupplung einschließenden Ebene oder in einer zur Achse der Kupplung
senkrechten Ebene liegenden) Schwenkachse besteht darin, daß die schwenkbare, federbeaufschlagte
Fläche an einem Ausgleichskörper ausgebildet ist, welcher eine zur Schwenkachse
rotationssymmetrische zylindrische Drehfläche trägt, welche in einer hohlzylindrischen
Lagerpfanne lagert, welche federnd in einer Kupplungshälfte bzw. einem Gleitkeil
gelagert ist.
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Soll bei dieser Konstruktion eine Schwenkbarkeit um zwei zueinander
senkrecht stehende Schwenkachsen, von denen die eine in einer die Achse der Kupplung
einschließenden Ebene und die andere senkrecht dazu liegt, erzielt werden, so könnte
seinerseits der genannte Ausgleichskörper in einer zu der anderen Schwenkachse rotationssymmetrischen
Lagerpfanne einen zweiten gleichartigen Ausgleichskörper tragen, dessen schwenkbare
ebene Fläche an der anderen Fläche anliegt. Konstruktiv einfacher erzielt man diese
zweifache Schwenkbarkeit durch eine gleichsam kardanische Lagerung. Hierzu ist die
schwenkbare, federbeaufschlagte Fläche an einem Ausgleichskörper ausgebildet, welcher
eine zu einem Drehpunkt konzentrische Drehfläche trägt, die in einer hohlkugeligen
Lagerpfanne lagert, welche federnd in einer Kupplungshälfte bzw. in einem Gleitkeil
gelagert ist. Man erzielt so eine schwenkbare Lagerung um eine Schar von Schwenkachsen,
die in einer Ebene liegen, welche, wie bereits vorstehend gesagt, parallel zu der
ebenen Fläche, an der die schwenkbare, federbeaufschlagte Fläche anliegt, liegt.
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Das Federelement ist bevorzugt in einer Bohrung der Kupplungshälften
angeordnet, wobei in der Nut oder Bohrung ein gegen die Kraft des Federelements
verschiebbarer Lagerkörper vorgesehen ist. Der genannte Lagerkörper besitzt auf
der anderen Seite die hohlzylindrische bzw. hohlkugelige Lagerpfanne, in welcher
insbesondere ein Ausgleichskörper mit der schwenkbaren Fläche gelagert ist. Diese
besonders einfache konstruktive Ausführung ermöglicht ein schnelles Einsetzen oder
Austauschen des Federelements. Aufgrund des verschiebbaren Lagerkörpers wird für
alle Betriebsbedingungen ein sicheres Anliegen der schwenkbaren Fläche an der zugeordneten
weiteren Fläche gewährleistet.
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Weitere erfingunswesentliche Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen
Wellenkupplung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt quer zur Drehachse einer als Klauenkupplung
ausgebildeten Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II
gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt, jedoch mit
gegeneinander verdrehten Kupplungshälften,-Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines
Gleitkeiles mit nur einer schwenkbaren Fläche, Fig. 5 einen Schnitt, ähnlich wie
in Fig. 2 dargestellt, jedoch mit in den Klauen der Kupplungshälften angeordneten
schwenkbaren Flächen, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Klauenkupplung mit
einem radial innenliegenden Haltering und Fig. 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie
VII gemäß Fig. 6.
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In Fig. 1 ist ein Schnitt quer zur Achse einer als Klauenkupplung
ausgebildeten elastischen Wellenkupplung dargestellt.
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Eine hintere Kupplungshälfte 14 enthält drei Klauen 166, 168,170,
welche symmetrisch um die Achse 70 herum angeordnet sind.
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Zwischen den genannten Klauen befinden sich drei weitere Klauen 167,
169, 171 einer vorderen, hier nicht näher dargestellten Kupplungshälfte 12. Die
Kupplung ist durch kein Drehmoment belastet, und die Kupplungshälften 12 und 14
sind um keinen Winkel gegeneinander verdreht, so daß die Klauen 166 bis 171 jeweils
einen Winkel von 600 zueinander aufweisen. Zwischen den Klauen der vorderen bzw.
der hinteren Kupplungshälfte 12 bzw. 14 sind Zwischenräume 34 vorhanden, in welchen
Gleitkeile 42 bis 47 angeordnet sind. Die Gleitkeile weisen einen etwa dreieckförmigen
Querschnitt auf, wobei die radial außen liegenden Oberflächen etwas abgerundet sind.
Die Gleitkeile 42 bis 47 liegen mit den genannten Oberflächen an einem umgebenden
Haltering 98 an und ihre Außenflächen haben einen geringeren Krümmungsradius als
der Haltering. Die Klauen 166, 168, 170 der hinteren Kupplungshälfte 14 tragen quer
zur Kraftübertragungsrichtung 32 sich erstreckende Schräg-Flächen 16, 18, 20, 22,
24, 26. Die Klauen 167, 169, 170 der vorderen Kupplungshälfte 12 tragen ebenfalls
sich quer zur Kraftübertragungsrichtung 32 erstreckende Schräg-Flächen 17, 19, 21,
23, 25, 27. Die genannten Schräg-Flächen sind jeweils eben ausgebildet und sind
zur Kraftübertragungsrichtung bzw. Umfangsrichtung unter einem Winkel angeordnet.
Von den beiden Kupplungshälften 12 und 14 sind somit jeweils zwei ebene Schräg-Flächen
einander paarweise zugewandt, wobei die derart gebildeten Zwischenräume 34 sich
jeweils in radialer Richtung nach außen öffnen. Jeder Gleitkeil 42 bis 47 weist
an einer Seite je eine hohlzylindrische Lagerpfanne 92 auf, in welcher ein mit einer
Zylinderkalotte versehenerAusgleichskörper 74 bis 79 gelagert ist.
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Die Schwenkachsen 68 der genannten Ausgleichskörper verlaufen parallel
zur Achse 70 und liegen somit jeweils in,die genannte Achse 70 einschließenden,
Axialebenen. Die Ausgleichskörper 74 bis 79 weisen ebene Gleit-Flächen 52 bis 57
auf, mit welchen sie an den jeweiligen
Schräg-Flächen der Klauen
171, 166 bis 170 anliegen. Aufgrund der Lagerung der Ausgleichskörper 74 bis 79
mittels Zylinderkalotten in den genannten hohlzylindrischen Lagerpfannen 92 der
Gleitkeile 42 bis 47 sind die ebenen Gleit-Flächen 52 bis 57 um die jeweilige Schwenkachse
68 schwenkbar. Auf der anderen Seite weist jeder Gleitkeil 42 bis 47 weitere Ausgleichskörper
82 bis 87 auf, welche mittels Kugelkalotten in hohlkugeligen Lagerpfannen 96 gelagert
sind. Die hohlkugeligen Lagerpfannen 96 befinden sich in Lagerkörpern 97, welche
in den Gleitkeilen 42 bis 47 angeordnet sind. Die Ausgleichskörper 82 bis 87 sind
somit um je einen Drehpunkt 72 schwenkbar. Auch die Ausgleichskörper 82 bis 87 enthalten
ebene Gleit-Flächen 58 bis 63, mit welchen sie an den ebenen Schräg-Flächen der
jeweils zugeordneten Klauen anliegen. Jeder der Gleitkeile 42 bis 47 t:räCjL somit
zwei voneinander abgewandte ebene Gleit-Flächen 52 bis 63. In der dargestellten
Klauenkupplung sind die Gleitflächen der Gleitkeile als schwenkbare Flächen ausgebildet,
wobei die ebenen Gleit-Flächen 52 bis 57 jeweils um eine zur Achse 70 parallele
Schwenkachse 68 und die Gleit-Flächen 58 bis 63 jeweils um einen Drehpunkt 72 schwenkbar
sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß anstelle oder auch zusätzlich die ebenen
Schräg-Flächen 16 bis 27 der Kupplungshälften in entsprechender Weise um eine Schwenkachse
oder einen Drehpunkt drehbar angeordnet sein können. Maßgebend ist jedoch, daß von
den jeweils vier, einem der Zwischenräume 34 zugeordneten Flächen, also jeweils
zwei Schräg-Flächen und zwei Gleit-Flächen, wenigstens eine Fläche um eine Schwenkachse
schwenkbar ist. Hierit wird für jeden Betriebszustand der Kupplung sichergestellt,
daß die Gleit- und Schräg.-Flächen jedes Zwischenraumes 34 parallel sind und flächig
aneinander liegen, um hohe Drehmomente übertragen zu können, ohne daß hierbei unzulässig
hohe Flächenpressungen auftreten.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie II gemäß Fig. 1
dargestellt, wobei einerseits die Zylinderkalotte des Ausgleichskörpers 76 und andererseits
wiederum die Kugelkalotte des Ausgleichskörpers 84 erkennbar sind. Der ringförmig
ausgebildete Lagerkörper 97 ist in einer zylindrischen Bohrung 107 verschiebbar
angeordnet. Der Lagerkörper 97 ist in der Bohrung 107 mit einer Spielpassung angeordnet,
um in allen Betriebs zuständen eine einwandfreie Verschiebbarkeit des Lagerkörpers
zu gewährleisten. Die Achse 108 der Bohrung 107 verläuft im wesentlichen senkrecht
zur Seitenfläche 109 des Gleitkeiles 44, wobei im unbelasteten Zustand der Kupplung
die genannte Seitenfläche 109 weitgehend parallel zur gegenüberliegenden Schräg-Fläche
20 der Klaue 168 liegt. Der Lagerkörper 97 stützt sich in Richtung der Achse 108
über ein Federelement 95 gegenüber dem Gleitkeil 44 ab. Mit anderen Worten, der
Ausgleichskörper 84 bzw. dessen schwenkbare, ebene Gleit-Fläche 60 ist mittels des
Federelements 95 zur zugeordneten Schräg-Fiäche 20 hin federbeaufschlagt. Das Federelement
95 ist eine als Tellerfeder ausgebildete Metallfeder. Wie aus Fig. 2 ersichtlich,
weist die Stirnfläche 110 des Lagerkörpers 97 zur Bodenfläche der Bohrung 107 bzw.
zum Gleitkeil 44 im unbelasteten Zustand der Kupplung einen vorgegebenen Abstand
auf, um die geforderte Verschiebbarkeit des Lagerkörpers 97 bzw. die Federbeaufschlagung
des Ausgleichskörpers 84 mit seiner schwenkbaren Gleit.-Fläche 60 zu gewährleisten.
Aufgrund des Federelementes 95 wird also die Kupplung elastisch vorgespannt, so
daß die einzelnen Teile der Kupplung spielfrei miteinander in Eingriff stehen. Sofern
nur ein einziges Federelement 95 in der gesamten Kupplung vorhanden ist, weist der
Haltering 98 eine gewisse Nachgiebigkeit auf, um bei Belastung der Kupplung bzw.
beim Verdrehen der beiden Kupplungshälften 13 und 14 die notwendigen Bewegungen
der Gleitkeile 42 bis 47 zu ermöglichen. Es sei besonders hervorgehoben, daß der
Haltering keine Elastizität bzw.
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eine Federsteifigkeit aufweisen, sondern lediglich nachgiebig verformbar
sein muß. Die Dämpfungswirkung kann ausschließlich durch die Federsteifigkeit des
Federelementes 95 beeinflußt bzw.
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durch diese vorgegeben werden. Darüberhinaus kann der Haltering 98
auch starr, also ohne die genannte Nachgiebigkeit, ausgebildet sein. Damit für diesen
Fall die Bewegbarkeit der Gleitkeile 42 bis 47 gewährleistet ist, ist jedoch dann
in jedem der Zwischenräume wenigstens eine der genannten schwenkbaren Flächen federbeaufschlagt.
Dies bedeutet, daß im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Kupplung beispielsweise
jeder der Ausgleichskörper 82 bis 87, entsprechend der Federbeaufschlagung vom Ausgleichskörper
84, mittels eines Federelements 95 federbeaufschlagt ist. Bei einer derartigen Ausführungsform
mit einem starren und unelastischen Haltering 98 wird die Elastizität bzw. die Dämpfungswirkung
allein durch die genannten Federelemente bewirkt. Weiterhin kann die erfindungsgemäBe
Kupplung auch derart ausgebildet sein, daß sowohl der Haltering 98 elastisch verformbar
als auch wenigstens eine der schwenkbaren Flächen federbeaufschlagt bzw. elastisch
verschiebbar angeordnet ist. In allen Fällen kann die Drehelastizität, welche maßgebend
für die Dämpfungseigenschaften der Kupplung bei Torsionsschwingungen oder bei Anfahrstößen
ist, in einfacher Weise durch die Auswahl des oder der Federelemente(s) 95 bzw.
der Federsteifigkeit vorgegeben und an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt
werden.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Kupplung gemäß Fig. 1, wobei
jedoch die Kupplungshälften 12 und 14 aufgrund.eines zu übertragenden Drehmomentes
um einen Winkel # gegeneinander verdreht sind. Die hintere Kupplungshälfte 14 ist
in der gleichen Stellung wie in Fig. 1 dargestellt, während die vordere Kupplungshälfte
12 mit den Klauen 167, 169, 171 gegen den Uhrzeigersinn um den Winkels # verdreht
dargestellt ist. Aufgrund der Verdrehung sind die Gleitkeile 43, 45, 47 in radialer
Richtung nach außen und die Gleitkeile 42, 44, 46 in radialer Richtung nach innen
zur Achse 70 hin verschoben, wie es durch die Pfeile 117 angedeutet ist. Obgleich
die Öffnungswinkel der Zwischenräume 34 bzw. die Winkel zwischen den einen Zwischenraum
begrenzenden Schräg-
Flächen sich vergrößern bzw. verkleinern,
liegen die Gleitkeile 42 bis 47 mit ihren ebenen Gleit-Flächen 52 bis 63 aufgrund
der schwenkbaren Lagerung an den ebenen Schräg-Flächen 16 bis 27 vollständig an.
Es sei an dieser Stelle nochmals hervorgehoben, daß grundsätzlich für jeden Zwischenraum
eine schwenkbare Fläche ausreicht, wobei diese entweder indem Gleitkeil oder in
der Kupplungshälfte angeordnet sein kann. Aus Symmetriegründen und im Hinblick auf
eine möglicheUnwucht der Kupplung empfiehlt es sich jedoch, wie dargestellt, pro
Zwischenraum zwei derartige schwenkbare Flächen vorzusehen. Bevorzugt wird für jeden
der Zwischenräume 34 auf der einen Seite ein Ausgleichskörper 74 bis 79 mit einer
Zylinderkalotte und auf der anderen Seite ein Ausgleichskörper 82 bis 87 mit Kugelkalotte
vorgesehen. Aufgrund der Zylinderkalotten, deren Schwenkachse 68 im wesentlichen
parallel zur Achse 70 der Kupplung verläuft, wird eine Stabilisierung des Gleitkeiles
in Richtung der Achse 70 und eine Anpassung an Anderungen des Umfangwinkels bewirkt.
Aufgrund der Kugelkalotten wird sowohl eine Anpassung bzw. ein Ausgleich von Umfangswinkeländerungen
als auch ein Ausgleich eines Winkelversatzes der Achsen beider Kupplungshälften
12 und 14 bewirkt.
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Pig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Gleitkeiles, welcher nur
eine schwenkbare Fläche aufweist. Der Einfachheit halber sei angenommen, daß es
sich hier wiederum um den Gleitkeil 44 handelt, bei welchem jedoch anstelle des
um eine Schwenkachse schwenkbaren Ausgleichskörpers mit einer Gleit-Fläche die Gleit-Fläche
54 unmittelbar an dem Gleitkeil 44 befestigt ist.
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Der Lagerkörper 97 für den Ausgleichskörper 84 ist wiederum mit einer
Bohrung 107 in Richtung der Achse 108 verschiebbar angeordnet. In der Bohrung 107
ist weiterhin eine Reibfeder vorgesehen, auf welcher sich der Lagerkörper 97 mit
seiner hinteren Stirnfläche 110 abstützt. Die Reibfeder besteht aus zwei
äußeren
Ringen 123, 125, auf welchen über konische Flächen sich ein mittlerer Ring 129 abstützt.
Eine derartige Reibfeder ist im Hinblick auf die Dämpfungscharakteristik der Kupplung
von besonderer Bedeutung, da der Reibbeiwert sehr genau vorgegeben und beibehalten
werden kann. Durch geeignete Auswahl bzw.
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Dimensionierung der Reibfedern kann daher in besonders einfacher Weise
die Dämpfungscharakteristik der Kupplung beeinflußt werden.
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In Fig. 5 ist ein Schnitt ähnlich Fig. 2 dargestellt, jedoch mit in
den Klauen 167 und 168 angeordneten schwenkbaren Flächen.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß auch bei dieser Ausführungsform,
bei welcher die Ausgleichskörper 76 und 84 in den Klauen 167 und 168 angeordnet
sind, der Gleitkeil 44 in der geforderten Weise verschiebbar ist, wobei die einander
zugeordneten ebenen Flächen in jedem Betriebszustand vollständig aneinander liegen.
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Der Ausgleichskörper 76 ist mit seiner Zylinderkalotte in der hohlzylindrischen
Lagerpfanne eines Lagerkörpers 131 gelagert.
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Der Lagerkörper 131 ist in einer Nut 137 der Klaue 167 verschiebbar.
In der genannten Nut 137 befindet sich ein Federelement 95, welches als Tellerfeder
ausgebildet ist Die in der oben angegebenen Weise schwenkbare Fläche des Ausgleichskörpers
76 ist somit in Richtung auf die zugeordnete Gleit-Fläche des Gleitkeiles 44 federbeaufschlagt.
Der Ausgleichskörper 84 ist in entsprechender Weise in der Klaue 168 der Kupplungshälfte
12 federnd in einer Kugelkalotte gelagert.
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In Fig. 6 ist eine Ausführungsform der elastischen Wellenkupplung
mit einem radial innen liegenden Haltering 398 dargestellt. Die vordere Kupplungshälfte
12 weist auf einer kreisförmigen Kupplungsscheibe drei gleichmäßig über den Umfang
verteilte Klauen 370, 372, 374,auf welche sich in Richtung der Achse 70 erstrecken,
wobei zwischen den Klauen Lücken frei bleiben. In diese Lücken 351 greifen entsprechende
Klauen 366, 368, 380 der hinteren Kupplungshälfte 14 ein. Einander gegenüberstehende
Klauen weisen ebene Schräg-Flächen
316, 318, 320 der vorderen Kupplungshälfte
12 und ebene Schräg-Flächen 324, 326, 328 der hinteren Kupplungshälfte 14 auf. Die
genannten Schräg-Flächen erstrecken sich nicht vollständig bis zum Außenumfang 144
bzw. 146 der Kupplungshälften, sondern gehen in Radialflächen 333, 335 über, welche
sich mit peripherem Abstand gegenüberstehen und die zur Begrenzung des Elastizitätsbereichs
der Kupplung dienen. Die radiale Länge der Radialflächen 333, 335 beträgt jeweils
ungefähr ein Drittel bis ein Fünftel der radialen Dicke der Klauen. Die Klauen sind
jeweils in Form von Kreisring-Sektoren ausgebildet. Hierbei befindet sich zwischen
jenen Bereichen der Klauen, die keine Schräg-Flächen aufweisen, jeweils eine im
wesentlichen radial verlaufende Lücke 351, deren Weite ungefähr gleich ist dem peripheren
Abstand der Radialflächen 333, 335.
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Im Unterschied zu dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel der Fig.
1 sind zwischen den Klauen nur drei Zwischenräume 334 mit Gleitkeilen 342, 344,
346 vorgesehen, deren Querschnitt etwa dreieckförmig ausgebildet ist. In jedem Gleitkeil
sind in den beiden Flächen, welchen den Klauen gegenüberliegen, Ausgleichskörper
82 bis 87 mit einer Kugelkalotte allseitig schwenkbar gelagert.
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Die Ausgleichskörper 82 bis 87 sind mit ihren Kugelkalotten in hohlkugeligen
Lagerpfannen 96 um einen Drehpunkt 72 schwenkbar angeordnet. Die Ausgleichskörper
82 bis 87 weisen jeweils ebene Gleit-Flächen 358 bis 363 auf, welche jeweils an
einer der Schräg-Flächen 316, 318, 320, 324, 326, 328 anliegen. In den Gleitkeilen
342, 344, 346 sind die Ausgleichskörper 83, 84, 87 jeweils mittels eines ringförmigen
Lagerkörpers 97 in einer zylindrischen Bohrung verschiebbar angeordnet. Mittels
des Federelements 95, welches als Tellerfeder ausgebildet ist, wird zum Beispiel
der Ausgleichskörper 84 mit seiner ebenen Gleit-Fläche 359 auf die zugeordnete Schräg-Fläche
318 der Klaue 372 gedrückt. Auch bei dieser Ausführungsform der elastischen Wellenkupplung
erfolgt somit mittels des Federelements 95 eine Vorspannung.
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Innerhalb der Klauen ist der elastisch verformbare Haltering 398 angeordnet,
auf welchem sich die Gleitkeile 342, 344, 346 mit ihrer Dreieckseite bzw. mit ihren
Anlageflächen 182, 184, 186 anlegen. Die Radien r4 der Anlageflächen 182, 184, 186
sind jeweils etwas größer als der äußere Radius r3 des Halteringes 398.
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Um die Dämpfungscharakteristik der Klauenkupplung verstellen zu können,
ist jeweils eine im wesentlichen radial verlaufende Schraube 327, 329, 330 an jeweils
einer der Klauen 366, 368, 380 im Bereich zwischen den Gleitkeilen in der Nähe der
Lücken 351 angeordnet. Die genannten Schrauben ragen in radialer Richtung in den
Innenraum der Kupplung und bilden so einen Anschlag für den Haltring 398. Die genannten
Schrauben sind jedoch nur dann erforderlich, wenn der Haltering 398 elastisch verformbar
ist.
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Wie oben bereits ausführlich erläutert, kann entsprechend der Ausbildung
des Halterings 98 auch der Haltering 398 starr ausgebildet sein. In diesem Fall
muß in jedem Zwischenraum wenigstens eine der schwenkbaren Flächen von einem Federelement
beaufschlagt sein, sofern die Kupplung drehelastisch sein soll.
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Für eine drehsteife Wellenkupplung ist hingegen aus den oben gekannten
Gründen nur ein einziges Federelement erforderlich.
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Fig. 7 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie VII gemäß Fig.
6. Wird die Kupplung durch ein an der vorderen Kupplungshälfte 12 in Richtung des
Pfeiles 32 angreifendes Drehmoment belastet, so kommt eine Winkelverdrehung der
beiden Kupplungshälften 12 und 14 zustande, und der Abstand zwischen den beiden
Klauen 370 und 366 bzw. deren Schräg-Flächen 316 und 324 verringert sich. Infolgedessen
wird der Gleitkeil 342 ebenso wie die anderen Gleitkeile 344, 346 gegen den Widerstand
des Halteringes 398 nach innen gedrückt, wobei dieser sich elastisch verformt.
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Falls hingegen der innere Haltering 398 starr ausgebildet ist und
in jedem der Zwischenräume 334 wenigstens eine der schwenkbaren Flächen federbeaufschlagt
ist, so wird durch die Nach-