DE3112543A1

DE3112543A1 - Kupplung zur verbindung zweier wellen

Info

Publication number: DE3112543A1
Application number: DE19813112543
Authority: DE
Inventors: Michel 78700 Conflans-Sainte-Honorine Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1981-03-30
Publication date: 1982-02-04
Also published as: US4439168A; ES500591A0; FR2479376A1; ES8201698A1; GB2073369A; JPS5718817A; GB2073369B; DE3112543C2; FR2479376B1; IT8167437A0; IT1143466B

Description

Kupplung zur Verbindung zweier Wellen

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur Verbindung zweier umlaufender Wellen mit jeweils einem an jeder Welle vorgesehenen scheibenförmigen Flansch und einem mit jedem der beiden Flansche verbundenen Zwischenglied, bestehend aus mindestens drei über ein Innenlager miteinander verbundenen Hebelelementen, welche jeweils am einen Ende über ein radial gleitendes Drehgelenk mit dem einen Flansch und am anderen Ende mit dem anderen Flansch verbunden sind.

Zur Verbindung zweier Transmissionswellen mit veränderlicher Achslage wird üblicherweise eine Zwischenwelle vorgesehen, welche an jedem Ende mit einem Universalgelenk (Kardangelenk, Gelenk in Tripod- oder Kugel-Bauart) ausgebildet ist, welches unter einem Winkel arbeitet, der um so größer wird, je größer die Verlagerung der beiden zu verbindenden Wellen und je kürzer die Zwischenwelle ist.

Für bestimmte Anwendungsgebiete (insbesondere für Schienenfahrzeuge) ist der axial verfügbare Raum sehr begrenzt, und die Zwischenwelle ist dann so kurz, daß sie übertriebene und

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für Universalgelenke, die mit hoher Geschwindigkeit umlaufen müssen, unzulässige Arbeitswinkel bedingt- Bei manchen Anwendungsgebieten ist der axial verfügbare Raum sogar so beschränkt, daß es unmöglich ist, zwei Gelenke und eine, wenn auch noch so kurze Zwischenwelle einzusetzen.

Für derartige Fälle hat man bereits Elastomerkupplungen vorgeschlagen, aber diese sind mit zwei Hauptschwierigkeiten behaftet, die ihre Einsatzmöglichkeiten beschränken:

- einerseits sind die sehr raschen tangentialen Verformungen ausgesetzten Elastomerteile Ursache von durch die Hysteresis bedingter überhitzung, die den elastischen Eigenschaften sehr abträglich ist, und Ermüdungserscheinungen und Bruchanfälligkeit setzen diese Kupplungen bald außer Funktion;

- andererseits erfordern sehr hohe Drehmomente (3000 m/kg) und hohe Geschwindigkeiten (3000 bis 4000 U/min), wie sie bei Schienenfahrzeugen auftreten, Kupplungen mit sehr großem Durchmesser (300 - 500 mm), bei welchen die Elastomerklötze zentrifugalen BEschleunigungen in der Größenordnung von 15000

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m/s erfahren.' Dies erfordert entweder verhältnismäßig harte Elastomere oder deren Verwendung in dünnen Lagen, was aber unmittelbar zur Folge hat, daß sich ihre Gelenkfunktion wesentlich verschlechtert und die Kupplung dann nur schwache Fluchtungsfehler der beiden Wellen aufzunehmen vermag.

Die Verwendung von Elastomeren ist daher auf Anwendungsgebiete beschränkt, die nur eine geringe Übertragungsleistung oder nur eine radiale Verlagerung geringer Amplitude gestatten.

Außerdem ist es bekannt (US-PS 2 481 640) Kupplungen der eingangs beschriebenen Art einzusetzen. Aber bei dieser bekannten Kupplungskonstruktion sind alle Drehgelenke axial gleitend ausgelegt. Daraus ergibt sich insbesondere, daß diese Kupplung bei axialer oder winkelförmiger Verlagerung zwischen den beiden zu verbindenden Wellen nicht homokinetisch bleibt, und zwar aufgrund des komplementären Kraftmoments und des Fehlens jeglicher Einstellmittel für das in einem solchen Fall vorgesehene Zwischenglied. 13Ö065/Ü743

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die imstande ist, diesen Mangel aufgrund folgender besonderer Eigenschaften vollkommen zu beheben: Vollkommene Homokinetik, vollkommene Ausgleichswirkung, welche zwischen den beiden zu kuppelnden Wellen winkelförmige axiale und radiale Relativbewegungen gestattet; völlige Reibungsfreiheit, welche somit eine höhrere Leistung mit sich bringt und jegliches Heißlaufen verhindert; platzsparender axialer und radialer Aufbau; dynamisches Gleichgewicht, welches sich mit Präzision herstellen läßt und auch im Laufe des Gebrauchs keine Beeinträchtigung erfährt; Funktionszuverlässigkeit und Haltbarkeit; einfacher Ein- und Ausbau, der sich auch an sehr beschränktem Raum durchführen läßt, ohne daß die Antriebs- und Abtriebswelle ausgebaut werden müssen; im Vergleich zu der übertragenen Kraft und der langen Lebensdauer verhältnismäßig geringe Herstellungskosten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Kupplung der eingangs beschriebenen Art vor, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eines der Drehgelenke jeden Hebelelements axial festgelegt ist.

Um dies auf einfache Weise zu erreichen, besteht vorzugsweise jedes Drehgelenk aus einem drehbar auf einem axial ausgerichteten Zapfen gelagerten Rollkörper, welcher mit einem radial ausgerichteten Wälzbahnenpaar zusammenwirkt.

Nach einer ersten Ausführungsform sind alle Hebelelemente nur um eine gemeinsame Achse drehbar. In diesem Fall können alle dem einen Flansch zugeordneten Drehgelenke entweder axial gleitend ausgelegt sein oder der eine Arm jeden Hebelelements ist mit dem restlichen Hebelelement um eine senkrecht zur Mittelachse stehenden Achse gelenkig verbunden oder die Hebelglieder sind mit einer gewissen Flexibilität in axialer Ebene ausgestattet.

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Nach einer anderen Ausführungsform, bei der alle Drehgelenke gegen axiale Verschiebung gesichert sind, gestattet das innere Lager eine relative Verlagerung der Hebelelementein axialer Richtung sowie die Neigung mindestens eines Hebelelements gegenüber den anderen in einer die Mittelachse enthaltenden Ebene.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung nach

der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Kupplung;

Fig. 3 eine Teilansicht im Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 und 5 jeweils als Teilansicht einen Längsschnitt durch zwei Hebelglieder der Kupplung nach Fig. 1 und 2;

Fig. 6 bis 10 in schematischer Darstellung die Funktion der Kupplung;

Fig. 11 einen Schnitt analog Fig. 1 durch eine weitere Aus führungs form;

Fig. 12 eine Teilansicht im Schnitt nach Linie 12-12 in Fig. 11;

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Fig. 13 u. 14 in schematischer Darstellung die Punktion der Kupplung nach Fig. 11 und 12;

Fig. 15 den Aufriß einer dritten Ausführungsform der Kupplung;

Fig. 16 einen Schnitt nach Linie 16-16 in Fig. 15; Fig. 17 einen Längsschnitt, mit weggebrochenen Teilen

durch eine vierte Ausführungsform der Kupplung, nach Linie 17-17 in Fig. 20;

Fig. 18 u. 19 einen Längsschnitt durch zwei Hebelelemente der Kupplung nach Fig. 17;

Fig. 20 als Teilansicht einen Schnitt nach Linie 20-20 in Fig. 17;

Fig. 21 eine Teilansicht im Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform;

Fig. 22 einen Schnitt nach Linie 22-22 in Fig. 21; Fig. 23 als Teilansicht eine Draufsicht auf eine

Variante der Kupplung nach Fig. 21 und 22;

Fig. 24 einen Schnitt nach Linie 24-24 in Fig. 23;

Fig. 25 als Teilansicht einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform, und

Fig. 26 einen Schnitt durch ein anderes Teil der Kupplung nach Fig. 25.

Die in Fig. 1 bis 5 gezeigte Kupplung 1 dient zur Verbindung zweier rotierender Wellen 2 und 3, welche winklig, axial und radial gegeneinander mit veränderlicher Amplitude bewegbar sind.

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Diese Wellen 2 und 3 können z.B. zur Kraftleitung eines Schienenfahrzeuges gehören. Die Kupplung besteht aus zwei scheibenförmigen Flanschen 4 und 5 und einem frei beweglichen Zwischenglied 6.

In Ruhestellung können die Wellen 2 und 3 entweder nahezu koaxial oder aber gegeneinander versetzt und/oder verschwenkt sein. Zur besseren Veranschaulichung der einzelnen Ausführungsbeispiele sei angenommen, daß die beiden Wellen koaxial liegen und eine gemeinsame Achse X-X besitzen, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt.

Die scheibenförmigen Flansche 4 und 5 sind starr an den einander gegenüberliegenden Enden der Wellen 2 und 3 vorgesehen. Jeder Flansch erstreckt sich in einer zu seiner Welle radialen Ebene in Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks. Die beiden Dreiecke sind um einen Winkel von 60° gegeneinander um die Achse X-X versetzt.

An jeder Ecke des Flansches 4 ist ein zur Achse X-X paralleler, zum gegenüberliegenden Flansch 5 gerichteter Zapfen 7 angeordnet. Auf jedem Zapfen 7 ist ein sphärischer Rollkörper 8 drehbar gelagert. Auch der Flansch 5 weist an jeder Ecke einen zum Flansch 4 weisenden Zapfen 9 auf, auf welchen jeweils ein sphärischer Rollkörper 10 drehbar gelagert ist. Die drei Rollkörper 8 des Flansches 4 sind außerdem auf ihren Zapfen verschiebbar gelagert, während die dem Flansch 5 zugeordneten Rollkörper 10 gegen eine axiale Verschiebbarkeit einerseits durch ein auf die Zapfen 9 zwischen den Rollkörpern und dem Flansch 5 aufgezogenes Abstandsstück 11 und andererseits über die Anordnung einer Unterlegscheibe 12 und eines Sicherungsringes 13 am freien Ende des Zapfens 9 festgelegt sind.

Das Zwischenglied 6 besteht aus drei Hebelelementen 14 bis 16, welche drehbar auf einer Stummelwelle 17 auf der Achse X-X angeordnet sind. Jedes Hebelelement 14 bis 16 ist zur Achse X-X symmetrisch und weist zwei Arme mit jeweils gabelförmigen Enden auf, in welchem ein zylindrisches Wälzbahnenpaar 18 ausgebildet

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ist. Die zwei Wälzbahnenpaare jeden Hebelelements haben eine gemeinsame, zur Achse X-X senkrechte Achse und sind im wesentlichen mit dem gleichen Außenradius ausgebildet wie die Rollkörper 8 und 10. An ihrem äußeren Ende sind die Wälzbahnenpaare 18 offen; jedes Hebelelement 14, 15, 16 nimmt über das eine Wälzbahnenpaar 18 einen Rollkörper 8 und über sein anderes Wälzbahnenpaar einen Rollkörper 10 auf.

Wie aus Fig. 1, 4 und 5 ersichtlich, ist der Mittelabschnitt 19 des Hebelelements 14 massiv ausgebildet, während die Mittelabschnitte 20 und 21 der Hebelelemente 15 und 16 jeweils aus zwei Laschen mit axialem Abstand bestehen, so daß die Abschnitte 19 bis 21 ineinander einschiebbar sind und gemeinsam eine zylindrische durchgehende Ausnehmung 22 begrenzen, zur Aufnahme der Stummelwelle 17. Die Stummelwelle ist in axialer Richtung durch zwei Sicherungsringe 23 festgelegt, welche die Außenflächen des am breitesten ausgebildeten Mittelabschnittes 21 beaufschlagen.

Somit sind die drei Hebelelemente 14, 15 und 16 frei drehbar, aber axial gegeneinander festgelegt und bilden gemeinsam einen sechsarmigen Stern (Fig. 2).

Fig. 6 zeigt in einem schematischen Aufriß die Stellung des Zwischengliedes bei vollkommen koaxialer Ausrichtung der Welle 2 und 3: die Rollkörper 8 und 10 sind alle um einen gleichen Abstand von der gemeinsamen Achse der Wellen 2 und 3 und der Stummelwelle 17 und untereinander um einenWinkelabstand von entfernt.

Fig. 7 zeigt, daß bei einer radialen Verschiebung der Welle 3 um einen Abstand h zur Welle 2 parallel zu einem Hebelelement z.B. dem Hebelelement 14, die Stummelwelle 17 eine Stellung zwischen den Wellen 1 und 2 einnimmt, d.h. sich in der gleichen Richtung um d/2 verschiebt, und äa.ß sich die zwischen den Hebelelementen 15 und 16 und zum Hebelelement 14 eingeschlossenen Winkel verändern. Ebenso verhält es sich auch, wenn die Verschiebung hi senkrecht zum Hebelelement 14 erfolgt(Fig. 8), wobei dann

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das Hebelelement 14 selbst ebenfalls eine Winkelbewegung beschreibt, unabhängig von der Richtung der relativen Verlagerung der Wellen 2 und 3 in axialer Richtung.

Daraus folgt, daß die Abstände zwischen den Mittelpunkten der Hebelelemente, d.h. dem Mittelpunkt der Stummelwelle 17 und den beiden Rollkörpern jeden Hebelelements stets gleich sind. Die Bewegungsübertragung erfolgt daher homokinetisch, wenn
die Wellen zueinander radial verschoben sind. Da sich außerdem die Hebelelemente ständig um die Stummelwelle 17, ohne
eine exzentrische Bewegung, drehen, läßt sich die Gesamtanordnung so perfekt wie erforderlich dynamisch auswuchten.

Fig. 9 und 10 zeigen in einem schematischen Aufriß die Kupplung 1. Sobald sich die Welle 3 um einen Winkel σ zur Welle 2 verschwenkt (Fig. 9), neigt sich die Symmetrie-Ebene P der drei Hebelelemente 14, 15, 16 um den gleichen Winkel 0 und bleibt dabei parallel zur Ebene des Flansches 5 der Welle 3, da die Rollkörper 10 auf ihren Zapfen nicht axial verschiebbar sind.

Nähert sich die Welle 3 in axialer Richtung der Welle 2 in einer Andruck- oder Teleskopbewegung um einen Betrag d (Fig. 10), verschiebt sich die Symmetrie-Ebene P der Hebelelemente 14, 15, auf gleiche Weise, aus dem vorstehend beschriebenen Grund. Umgekehrt würde eine Auswärtsbewegung um einen Betrag dj_ die
Ebene P nach P' und die Rollkörper 10 nach 10' führen, wie in Fig. 10 gestrichelt eingezeichnet.

Dies zeigt, daß die Verschiebbarkeit der Rollkörper 8 auf ihren Zapfen 7 den Freiheitsgrad der Winkelbelastbarkeit sowie Andruck- und Auswärtsbeweglichkeit zwischen den beiden Wellen 2 und 3 ermöglicht.

Bei der Ausfuhrungsform 1a nach Fig. 11 und 12 sind sowohl die Rollkörper 8 als auch die Rollkörper 10 gegen eine Verschiebung auf ihren Zapfen festgelegt und können also nicht in axialer

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Richtung gleiten. Das Zwischenglied 6a gestattet jedoch eine relative axiale Verschiebung der drei Hebelelemente 14, 15, sowie eine Schrägstellung der Achse mindestens eines Hebelelementes gegenüber der von den beiden anderen Hebelelementen beschriebenen Ebene.

Das heißt, auf der Stummelwelle 17 ist ein Ring 24 drehbar und gleitbar gelagert, der mit zwei ebenen, entgegengesetzten Stirnflächen 25 ausgebildet ist, welche sich zueinander und zur Achse X-X parallel erstrecken und mit zwei sich unter einem Winkel von 90 zu den Stirnflächen 25 erstreckenden Flächen 26, die die Achse X-X zylindrisch mit dem gleichen Radius umschließen und auf einer die Achse X-X senkrecht schneidenden Achse Y-Y zentriert sind.

Die mittige Ausnehmung 27 im Hebelelement 14 ist rechteckförmig und beaufschlagt an zwei Seiten die Flächen 25 und auf den anderen beiden Seiten den von den Flächen 26 begrenzten Zylinder an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten. Die beiden Laschen des Mittelabschnitts 20 des Hebelelements 15 liegen an den Stirnflächen des Ringes 24 und sind von jeder Seite des Mittelabschnittes 19 des Hebelelements 14 um einen Abstand e entfernt; die Laschen des Mittelabschnittes 21 des Hebelelements 16 sind um einen Abstand e_j_ von jeder Seite des Abschnitts 20 entfernt. Außerdem sind die auf der Stummelwelle 17 sitzenden Sicherungsringe um einen Abstand e^ von jeder Seite des Abschnitts 21 entfernt.

Auf diese WEise besitzt jedes Hebelelement über seine Drehbarkeit hinaus einen beschränkten Freiheitsgrad der Verschiebung auf der Stummelwelle 17,und das Hebelelement 14 ist um die Achse Y-Y gegenüber der Mittelebene P der beiden anderen Hebelelemente ohne eine radiale Verschiebbarkeit neigbar.

Fig. 13 und 14 veranschaulichen in einem schematischen Aufriß das Verhalten der Kupplung 1a.

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Bei einer relativen Winkelabweichung() der Wellen 2 und 3 (Fig. 13) ergibt sich gleichzeitig eine Neigung (f/2 der Achsen der Hebelelemente 14, 15, 16 und eine axiale Versetzung m zwischen den Hebelelementen, welche während der Rotation der Wellen 2 und 3 unter dem Winkel 0 nach einer sinusförmigen Gesetzmäßigkeit Amplitude und Vorzeichen verändert.

Bei relativer Teleskopbewegung der Wellen 2 und 3 mit einer Amplitude η (Fig. 14) neigt sich das Hebelelement 14 um einen Winkel OCgegenüber der Ebene der Hebelelemente 15 und 16.

Bei einer radialen Verlagerung der Wellen 2 und 3 verhält sich die Kupplung 1a genauso wie die Kupplung 1, das heißt, wie im Zusammenhang mit Fig. 6 bis 8 beschrieben.

Gemäß einer Variante läßt sich die Kupplung 1a dahingehend abwandeln, daß die drei Hebelelemente 14 bis 16 dank eines entsprechenden Drehgelenks gegeneinander neigbar sind.

Diese Ausführungsform zeigt außerdem, daß die Erfindung eine befriedigende Kupplungskonstruktion ermöglicht, mit nichtgleitenden Rollkörpern, welche in zwei verschiedenen parallelen z.B. um einen Abstand η entfernten Ebenen liegen; die Ausführungsform nach Fig. 14 entspricht somit dem Ruhezustand der Kupplung bei koaxial ausgerichteten Wellen.

Fig. 15 und 16 zeigen insofern eine gegenüber der Ausführungsform 1a umgekehrte Ausführungsform 1b, als die drei Rollkörper an den Enden der drei Schwinghebel gelagert sind, während die mit den Rollkörpern zusammenwirkenden Wälzbahnen in den Flanschen 4b und 5b ausgebildet sind.

Jeder Flansch ist hier als gleichförmiger, dreiarmiger Stern ausgebildet, und jeweils ein Wälzbahnenpaar 18b ist am Ende jeden Armes vorgesehen, wobei jedes Wälzbahnenpaar einen Zylinder umschließt, dessen Achse senkrecht zur Achse X-X steht. Außerdem besteht jedes Hebelelement 14b, 15b, 16b aus zwei Laschen oder

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Lamellen, die an jedem Ende jeden Hebelelemenis über eine Abstandsbuchse 7b oder 9b miteinander verbunden sind, welche von einem durchgehenden, sich gegen die Außenfläche des Hebelelementes abstützenden Bolzen 28 gesichert wird. Auf dieser Buchse ist drehbar aber nicht gleitend ein zwischen einem Wälzbahnenpaar 18b festgelegter Rollkörper 8b oder 10b gelagert.

Somit trägt jedes Hebelelement einen Rollkörper 8b, der mit einem Wälzbahnenpaar 18b des Flansches 4b zusammenwirkt, und einen mit einem Wälzbahnenpaar 16b des Flansches 5b zusammenwirkenden RollKrper 10b. Die drei Hebelelemente sind auf gleiche Weise wie in Fig. 11 und 12 angeordnet und bilden ein Zwischenglied 6b. Das Verhalten dieser Kupplung 1b entspricht der vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 13 und 14 beschriebenen Kupplung 1a. Diese Variante ist auch bei allen anderen Ausführungsformen nach der Erfindung möglich.

Bei jeder Ausführungsform werden die Kupplungsreibungen ausgeschaltet, z.B. unter Verwendung von Nadellagern für die Dreh- und Verschiebebewegung unter Last. Fig. 17 bis 20 zeigen eine Kupplung 1c, welche gänzlich auf Nadeln gelagert ist, um eine hohe Kraft ohne Warmlaufen übertragen zu können und um den relativen Verlagerungen der beiden gekuppelten Wellen 2 und 3 möglichst geringen Widerstand entgegenzustellen.

Die Ausfuhrungsform 1c ist ähnlich der Kupplung 1a nach Fig. 11 und 12 aufgebaut, insofern, als jeder Flansch 4, 5 drei Zapfen 7, 9 aufweist, auf welchen die Rollkörper 9, 10 drehbar aber nicht gleitend gelagert sind, wobei zwischen jedem Rollkörper bzw. dessen Innenwand und dem zugehörigen Zapfen ein Nadellager

29 vorgesehen ist.

Jedes Hebelelement 14c bis 16c besteht aus einer mittigen Nabe die mit einer einzigen, sich in zwei entgegengesetzte Richtungen erstreckenden Lasche oder Lamelle verbunden ist. Die Nabe

30 des Hebelelements 14c ist drehbar über ein Nadellager 31 auf der Nabe 32 des Hebelelements 15c gelagert und axial gegen des-

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sen Lasche 33 über eine Unterlegscheibe 34 und einen in einer ringförmigen umlaufenden Nut am freien Ende der Nabe 32 aufnehmbaren Sicherungsring 35 festgelegt.

Die Nabe 32 ihrerseits ist über ein Nadellager 36 drehbar auf einer Hülse 37 gelagert, welche auf einer Stummelwelle 17c größerer Länge aufgezogen ist, die an ihrem einen Ende einen Gewindeabschnitt 38 geringeren Durchmessers aufweist und am anderen Ende mit einem Kopf 39 ausgebildet ist. Die Nabe 40 des Hebelelements 16c ist in Anlage gegen die Nabe 32 gehalten und axial zwischen dieser und dem Kopf 39 mittels einer auf dem freien Ende 38 aufgeschraubten, einen Abstützring 42 beaufschlagenden Mutter 41 festgelegt.

Die Lasche jeden Hebelelements weist, wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen, am einen Ende ein Wälzbahnenpaar 18 zur Aufnahme eines Rollkörpers 8 auf. Jedoch auf der anderen Seite der Nabe endet die Lasche in einem kurzen Abstand zu dieser in einer zylindrischen Lagerhülse 43 mit zur Achse X-X senkrechter Achse, durch welche sich eine auf beiden Seiten überstehende Spindel 44 erstreckt. Das auf dieser Seite der Nabe gelegene Wälzbahnenpaar 10 ist am einen Ende eines angesetzten, getrennt ausgebildeten Bauteils 45 vorgesehen, welches an seinem, dem Wälzbahnenpaar abgewandten Ende zwei parallele Wangen

46 aufweist. Durch jede Wange 46 erstreckt sich eine Bohrung, in welche jeweils ein Ende der Spindel 44 über ein Nadellager

47 drehbar gelagert ist, wobei als Variante auch ein Kegelrollenlager, Kugellager oder dgl., vorgesehen sein kann.

Dank eines axialen Abstandes der Laschen der Hebelelemente 15c und 16c (Fig. 18 und 19) liegen bei Ruhezustand der Kupplung 1c alle Wälzbahnenpaare 18 und alle Lagerhülsen 43 in einer gemeinsamen Hauptebene P. Diese Kupplung verhält sich im wesentlichen wie die Kupplung 1 nach Fig. 1 bis 6, wobei die Gleitbeweglichkeit der Rollkörper 10 durch die sehr freie Winkelbeweglichkeit der Elemente 45 um die Spindeln 44 ersetzt ist. Der Abstand q

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zwischen der Spindel 44 und der Achse X-X wird im Hinblick auf die erforderliche mechanische Haltbarkeit und die Beweglichkeit und im Hinblick auf die Einbauerfordernisse vorzugsweise so klein wie möglich gewählt.

Dank der Nadellager gestattet diese Kupplung 1c den Wellen 2 und 3 während der Rotation unter Lastaufbringung relative Verlagerung und teleskopische Bewegbarkeit mit einem Minimum an mechanischem Verlust.

Die in Fig. 21 und 22 ausschnittweise dargestellte Kupplung 1d unterscheidet sich von der Kupplung 1 nach Fig. 1 bis 5 lediglich dadurch, daß die Rollkörper 8 und 10 auf Nadellagern laufen, und durch die reine Drehgelenklagerung der Hebelelemente auf der Stummelwelle 17. Jedes Hebelelement14d bis 16d besteht aus einer flachen Lasche 48, 49, 50 und einer geteilten Nabe, mit jeweils zwei diametral gegenüberliegenden zylindrischen Segmenten 51, 52 und 53. Die drei Laschen weisen eine mittige Ausnehmung 54 gleichen Durchmessers auf und beaufschlagen einander. In jede Ausnehmung 54 erstrecken sich die zwei zylindrischen Nabensegmente jeweils über einen Bogen von weniger · als 60 . Die Mittellinie zwischen den beiden Nabensegmenten eines Hebelelements verläuft senkrecht zur Hauptachse und entspricht der Richtung des mittleren Anlagedruckes F des Hebelelements an der Stummelwelle 17.

Die Nabensegmente 52 des mittleren Hebe Clements 14d erstrecken sich axial beiderseits der Lasche 49, und die Nabensegmente 51 und 53 der äußeren Hebe !elemente 15d und 16d erstrecken sich axial zum Hebelelement 14d. Alle Segmente 51 bis 53 besitzen die gleiche axiale Länge und sind um einen Winkelabstand von 60° untereinander versetzt.

Jedes Segment 51 bis 54 ist drehbar auf der Stummelwelle 17 über einer entsprechenden Nadelreihe 55 gelagert, welche in Umfangsrichtung über radial zur Achse X-X vorspringende, seitliche Halteelemente 56 festgelegt sind. Die Hebelelemente 14d

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bis 16d sind somit auf der Stummelwelle 17 über einen einzigen unterbrochenen Nadelkranz gelagert, wobei zwischen den Kranzsegmenten 55 ein ausreichendes Umfangsspiel besteht, um eine relative Winkelbeweglichkeit zwischen den drei Hebelelementen zu gewährleisten. Die von den Sicherungsringen gehaltenen Anschlagringe 57 legen die Gesamtheit der drei Hebelelemente auf der Stummelwelle 17 axial fest. Diese Kupplung 1d arbeitet wie die Kupplung 1 nach Fig. 1 bis 5.

Fig. 23 und 24 zeigen als weitere Variante eine Kupplung 1e, bei der die sechs Nadelkranzsegmente 55 durch sechs,mit ümfangsabstand angeordnete Elastomerklötze 58 ersetzt sind, die eine unterteilte Buchse bilden. Diese Klötze sind auf die Stummelwelle 17 und auf Blechwangen 59 aufgeformt, welche an ihren Enden mit hochgezogenen Borden 60 die Nabensegmente 51 bis 53 übergreifen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die sechs Klötze 58 an ihren Innenabschnitten miteinander verbunden.

en Diese Elastomerklötze 58 gestatten relative Schwenkbewegung der Hebelelemente 14e bis 16e, und zwar nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch konische und axiale Schwenkbewegungen. Die Rollkörper 8 und 10 sind daher an den Enden der Hebelelemente gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert.

Die in Fig. 25 und 26 gezeigte Variante 1f sieht als Innenlager der drei Hebelelemente 14f bis 16f zwei konzentrisch angeordnete Buchsen aus Kautschuk oder anderem Elastomermaterial vor. Jedes Hebelelement besteht hier aus zwei z.B. aus Stahlblech hergestellten Laschen 61 und trägt an seinen Enden die Rollkörper 62, welche über Nadeln 63 auf einer zwischen den beiden Laschen 61 über einen Bolzen 65 gesicherten Abstandhülse 65 gelagert sind. In die mittige Ausnehmung der Laschen des am schmälsten ausgebildeten Hebelelements 14f ist ein Ring 66 eingeschweißt. In die Ausnehmung der leicht divergierenden Laschen des Hebelelements 15f ist ein Ring 67 geringeren Durchmessers eingesetzt, welcher am einen Ende mit einem nach außen ragenden Umfangsbund 6 8 und am anderen Ende mit einem Gewindeabschnitt 69 ausgebildet

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ist, auf welchen eine Mutter 70 aufschraubbar ist. Die noch weiter divergierenden Laschen des Hebelelements 16f sind direkt auf einen Bolzen 17f aufgezogen, der hier die mittlere Stummelwelle des Zwischenelements 6f bildet.

Eine Elastomerbuchse 71 umgibt den Bolzen 17f im Preßsitz und wird axial durch diesen gegen die Laschen des Hebelelements 16f angedrückt; mit ihrer Außenfläche beaufschlagt sie die Innenfläche des Rings 67. Eine zweite Elastomerbuchse 72 umschließt den Ring 67 und beaufschlagt nach außen die Innenfläche des Rings 66 und wird axial gegen die beiden Laschen des Hebelelements 15f durch die festgezogene Mutter 70 angepreßt.

Bei dieser Ausführungsform gewährleisten die Zwischenbuchsen aus Kautschuk 71 und 72 außer einer gewissen relativen Drehfreiheit der drei Hebelelemente um ihre Mittelachse X-X, eine leichte konische und axiale Winkelbeweglichkeit, die für bestimmte Zwecke ausreichend ist. Zudem wird bei dieser Anordnung die Gefahr des Bruchs bei heftiger Zentrifugalkraft, wie sie bei den bekannten mit Kautschukklötzen ausgestatteten Kupplungen gegeben war, vermieden.

In allen Fällen, die eine relative Gleitbeweglichkeit zwischen den Rollkörpern und ihren Zapfen oder zwischen den Hebelelementen des Zwischengliedes erfordern, wie in Fig. 1-5, 11-12, 15-16 und 21-22 gezeigt, lassen sich diese axiale Verschiebbarkeit und die Drehbarkeit der Rollkörper und des Zwischengliedes praktisch völlig reibungsfrei halten durch Verwendung eines Wälzlagers mit freier Gleitbeweglichkeit mit parallelen, zur Achse X-X senkrechten Nadeln (DE-Anm. P 31 05 632.6)

Die Leistung dieser Kupplung liegt sehr nahe bei 100%, und zwar ohne jegliches Heißlaufen des Mechanismus oder Warmwerden des Schmiermittels.

Bei allen in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen besteht das Zwischenglied 6, 6a bis 6f aus drei Hebelelementen.

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Auf diese Weise arbeitet die Kupplung isostatisch, so daß sich die Drucklasten trotz geometrischer Konstruktionsgenauigkeiten gleichmäßig auf die sechs Rollkörper verteilen.

In weiterer Abwandlung ist es jedoch auch möglich, Kupplungen nach der Erfindung mit vier, fünf, sechs etc. Hebelelementen zu bauen, obwohl dies zwei Nachteile mit sich bringt: Hyperstatik der Lenkverbindungen, die hohe Anforderungen an die geometrische Präzision der aktiven Teile bedingt und komplizierter Aufbau der Kupplung aufgrund einer höheren Anzahl von Bauteilen.

Für Anwendungsgebiete, die lediglich eine geringe Winkelbeweglichkeit zwischen den zu kuppelnden Wellen und lediglich geringfügige axiale Verlagerungen erfordern, läßt sich die Kupplung auch wie folgt vereinfachen:

Die Hebelelemente werden aus gehärtetem Stahlblech hergestellt, wie in Fig. 2 5 und 26 gezeigt, wobei die Laschen 61 nur sehr dünn ausgebildet sind, so daß sie hochgradige Flexibilität besitzen. Das Innenlager wird dann wie in Fig. 1 und 2 oder 21 -22 ausgebildet, d.h. ohne jegliches axiales Spiel noch Drehmöglichkeit, und die sechs Rollkörper sind axial auf ihren Lagerzapfen, wie in Fig. 11-12 dargestellt, festgelegt. In diesem Fall bewirkt allein die Flexibilität der Hebelelemente die Relativbewegungen der beiden Wellen.

Die Konstruktionsmerkmale je zweier hier beschriebener Ausführungsformen lassen sich natürlich auch zu einer weiteren Ausführungsform kombinieren, z.B. kann an jedem Hebelelement ein Wälzbahnenpaar am einen Ende und ein Rollkörper am anderen Ende vorgesehen sein.

Patentanwälte

Dip!.-ing. E. EFdGr

Dip!.-inc·. K. Schisse:·!-.-?

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. E. Eder
Dipl.-Ing, K. Schieschk©

SOOO München 40, Elisatiitiistr. 34

GLAENZER SPICER
F-78301 Poissy

Kupplung zur Verbindung zweier Wellen

Patentansprüche

. ../Kupplung zur Verbindung zweier Wellen, mit jweils einem an jeder Welle fest angeordneten scheibenförmigen Flansch und einem mit jedem der beiden Flansche verbundenen Zwischenglied, bestehend aus drei über ein Innenlager miteinander verbundenen Hebelelementen, welche jeweils am einen Ende über ein radial gleitendes Drehgelenk mit dem einen Flansch und an ihrem anderen Ende mit dem anderen Flansch verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Drehgelenke (8, 18, 10-18; 8b-18b, 1b-18b) jeden Hebelelements (14-16, 14a-16a; 14f-16f) gegen axiale Verschiebung gesichert ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drehgelenk (8-18, 10-18; 8b-18b, 10b-18b) aus einem Rollkörper (8, 10; 8b, 10b) besteht, der drehbar auf einem Zapfen (7, 9; 7b, 9b) gelagert ist, welcher sich in axialer Richtung erstreckt und mit einem radial vorgesehenen Wälzbahnenpaar (18; 18b) zusammenwirkt.

13006S/0743
3. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelelemente (14-16; 14d-16d) nur um eine gemeinsame Achse (X-X) drehbar angeordnet sind und daß alle dem einen Flansch (4) zugeordneten Drehgelenke axial gleitend ausgebildet sind.
4. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Drehgelenke gegen axiale Verschiebung gesichert sind, daß die Hebelelemente (14c-16c; 14d-16d) nur um eine gemeinsame Achse (X-X) drehbar sind und daß ein Arm (45) jeden Hebelelements am restlichen Hebelelement um eine zur Mittelachse (X-X) senkrechte Achse (44) angelenkt ist.
5. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Drehgelenke gegen axiale Verschiebung gesichert sind und daß das Innenlager (17-24, 17-59, 17f-7O-71)· eine relative axiale Verlagerung der Hebelelemente "(14-16, 14f-16f) sowie eine Neigung mindestens eines Hebelelements gegenüber den anderen in einer die Mittelachse (X-X) enthaltenden Ebene gestattet.
6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelelemente (14d-16d) zylindrische Nabensegmente (51-53) aufweisen, die mit einem Umfangsspiel ineinanderschiebbar sind, wobei alle Segmente auf einer gemeinsamen Stummelwelle (17) angeordnet sind.
7. Kupplung nach Anspruch 6, in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (51-53) drehbar auf der Stummelwelle (17) über in Umfangsrichtung festgelegte Nadelreihen (55) gelagert ist.
8. Kupplung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (51-53) über einen Elastomerklotz (58) auf der Stummelwelle (17) gelagert ist.

130066/07A3
9. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelelemente (14f-16f) auf der Stummelwelle (17f) über konzentrische Buchsen aus Elastomer (70, 71) gelagert sind.
10. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenlager (17-24) als Drehgelenk (24) zur Aufnahme mindestens eines Hebelelements (14) ausgebildet ist.
11. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Drehgelenke gegen axiale Verschiebung gesichert sind und daß alle Hebelelemente nur um eine gemeinsame Achse drehbar sind und eine gewisse Flexibilität in axialer Ebene besitzen.

Patent

13006Π/07Ο