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Elastische Wellenkupplung
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Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung, deren Kupplungshälften
je mindestens zwei quer zur Kraftübertragungsrichtung orientierte ebene Schräg-Flächen
tragen, wobei jeweils zwei Schräg-Flächen der einen und der anderen Kupplungshälfte
paarweise einander zugewandt sind und einen radial sich öffnenden Zwischenraum begrenzern,
wobei in einem radial federnden Lager mindestens ein Gleitkörper angeordnet ist,
welcher in den Zwischenraum eingreift und zwei voneinander abgewandte ebene Gleit-Flächen
trägt, wobei jede ebene Schräg-Fläche an einer Gleit-Fläche anliegt.
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Eine derartige elastische Wellenkupplung ist in der deutschen Offenlegungsschrift
27 42 442 vorgeschlagen. Bei dieser elastischen Wellenkupplung sind die Kupplungshälften
als außenverzahnte Zentralräder ausgebildet, welche von einem innenverzahnten Planetenrad
umgeben sind. Die ebenen Schräg-Flächen der Zähne der Zentralräder sind paarweise
einander zugewandt und begrenzen radial nach außen sich öffnende Zwischenräume.
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In diese Zwischenräume greifen die keilförmigen Zähne des Planetenrades
ein.
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Uberträgt diese elastische Wellenkupplung Drehmomente, so verdrehen
sich die beiden Kupplungshälften (Zentralräder) relativ zueinander. Hierbei verengen
sich die Zwischenräume und die eingreifenden keilförmigen Zähne des Planetenrades
werden, gegen eine elastisch nach innen drückende Federkraft, nach außen gedrückt.
Diese elastisch wirkende Kraft, die in unterschiedlicher Weise realisiert werden
kann, bewirkt die Elastizität der Wellenkupplung der deutschen Offenlegungsschrift
27 42 442. Wegen des Gleitens der keilförmigen Zähne des Planetenrades an den Flanken
der Zwischenräume wird diese elastische Wellenkupplung als "Gleitkeilkupplung" bezeichnet.
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Werden die Kupplungshälften (Zentralräder) gegeneinander um einen
gewissen Verdrehwinkel verdreht, so 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, umso kleiner (spitzer) wird somit der Öffnungswinkel. Bei den verschiedenen
Konstruktionen der deutschen Offenlegungsschrift 27 42 442 werden die Zähne des
Planetenrades an diese Winkeländerung des Zwischenraumes dadurch angepaßt, daß die
einzelnen Zähne des Planetenrades dadurch verformbar sind, daß sie aus Flankenteilen
bestehen, welche an der Zahnspitze gelenkig miteinander verbunden sind. Hierbei
drückt eine Federkraft die Flankenteile elastisch auseinander. Sind die Zahnflanken
eben, so liegen die Schräg- und Gleit-Flächen immer genau parallel; durch die flächige
Anlage. können hohe Drehmomente übertragen werden, ohne daß unzulässig hohe Flächenpressungen
auftreten.
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Zum Ausgleich eines ungenauen Fluchtens der zu kuppelnden Wellen ist
bei den Konstruktionen der deutschen Offenlegungsschrift 27 42 442 vorgesehen, die
Zähne des Planetenrades und/oder die Zähne der Zentralräder ballig auszuführen;
die Zahnflanken sind in diesem Fall nicht eben, so daß die Schräg-und
Gleit-Flächen
nur in Linien aneinander anliegen und das übertragbare Drehmoment dadurch begrenzt
ist, daß eine gewisse Flächenpressung nicht überschritten werden darf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in jedem Betriebszustand
einer elastischen Kupplung sicherzustellen, daß die aneinander anliegenden und gleitenden
Gleit- und Schräg-Flächen genau parallel sind.
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In Bezug auf den Ausgleich eines nicht genauen Fluchtens der zu kuppelnden
Wellexist diese Aufgabe dahingehend zu verstehen, daß eine ballige Ausbildung der
Schräg-Flächen bzw. Gleit-Flächen, die ein flächiges Anliegen verhindert, vermieden
werden soll.
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In Bezug auf das Problem des Ausgleichs des sich ändernden öffnungswinkels
des Zwischenraumes ist diese Aufgabe dahingehend zu verstehen, daß das genau flächige
Anliegen trotz sich ändernden öffnungswinkels des Zwischenraumes erzielt werden
soll, ohne elastisch verformbare Zähne der eingangs beschriebenen Bauart.zu verwenden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe läßt sich auch dahingehend
formulieren, daß die in der deutschen Offenlegungsschrift 27 42 442 vorgeschlagene
Kupplung als Ganzmetallkupplung ausgebildet werden soll, bei welcher in jedem Betriebszustand
die Gleit- und Schräg-Flächen genau parallel sind und flächig aneinander anliegen.
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Darüberhinaus soll die Kupplung einfach im Aufbau und daher kostengünstig
herzustellen und ihre Elastizität auf den jeweiligen Anwendungsfall leicht abzustimmen
sein.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Kupplung der eingangs angegebenen
Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine der einander zugeordneten
ebenen Flächen eines Zwischenraumes an einem kugelkalottenförmigen Ausgleichskörper
ausgebildet ist, der in einer hohlkugeligen Lagerpfanne allseitig schwenkbar gelagert
ist, daß die Anzahl der Zwischenräume, in denen je ein Gleitkörper angeordnet ist,
2 bis 12 beträgt und daß die Gleitkörper in ihre zugeordnetenZwischenräume von einem
Haltering gedrückt werden, welcher durch unrunde Verformbarkeit radial federnd ausgebildet
ist.
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Unter einem "kugelkalottenförmigen Ausgleich,körper" ist ein Körper
zu verstehen, welcher a) mit einer kugelkalottenförmigen Fläche in der hohlkugeligen
Lagerpfanne schwenkbar gelagert ist, b) eine ebene Fläche (Gleitfläche oder Schrägfläche)
des Zwischenraumes trägt.
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Durch die um einen Schwenkpunkt schwenkbare Lagerung einer Gleit-Fläche
und/oder einer gegenüberliegenden Schräg-Fläche wird sichergestellt, daß die schwenkbar
gelagerte Fläche sich immer parallel zu der anderen Fläche einstellt. Ohne Verwendung
verformbarer Zähne der eingangs beschriebenen Bauart, also insbesondere mit einem
völlig unelastischen, harten, metallenen Gleitkörper, wird auf diese Weise ein nicht
genaues Fluchten der Wellen und/oder eine Veränderung des öffnungswinkels des Zwischenraumes
ausgeglichen.
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Durch die Auswahl einer entsprechenden Anzahl von Zwischenräumen bzw.
Gleitkörpern kann die Kupplung auf den jeweiligen Anwendungsfall leicht abgestimmt
werden.
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Der Haltering wird von den radial (nach außen oder innen) drückenden
Gleitkörpern elastisch verformt, wobei er sich zwischen den Bereichen, in denen
er an den Gleitkörpern anliegt, entgegengesetzt (nach innen bzw. nach außen) verformt.
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Daher läßt sich die Elastizität der Kupplung durch die konstruktive
Ausbildung des elastisch verformbaren Halterings beeinflussen. Ist die Wandstärke
des Halterings im Verhältnis zu dem Durchmesser sehr gering und somit der Haltering
leicht verformbar, so bedeutet dies eine größere Elastizität der Kupplung gegenüber
einer Ausführungsform mit einem Haltering von größerer Wandstärke. Hierbei kann
die Elastizität der Kupplung zusätzlich noch durch den öffnungswinkel der Zwischenräume
beeinflußt werden. Bei geringem öffnungwinkel det Zwischenraume, zum Beispiel 300
bis 600 bei unbelasteter Kupplung, ist bei vorgegebenem zu übertragendem Drehmoment
die auf den Gleitkörper wirkende Radialkraft geringer als bei größerem Offnungswinkel.
Hierdurch ist auch der Einfluß des elastischen Halterings auf die Elastizität der
Kupplung geringer als bei größerem Offnungsdinkel der Zwischenräume.
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Insgesamt gesehen erfüllt somit die elastische Wellenkupplung gemäß
vorliegender Erfindung die an eine solche Kupplung zu stellenden Forderungen bezüglich
Aufbau, Anpaßbarkeit an gegebene Betriebsbedingungen, einfachem und sicherem Ubertragungsmechnismus
des Drehmoments sowie einfacher Beeinflutung der Drehelastizität.
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Zum öffnungswinkel der Zwischenräume ist noch zu bemerken, daß dieser
mindestens so groß sein muß, daß ein gutes Gleiten tier Gleit-Flächen an den Schräg-Flächen
möglich ist, damit bei einer Verdrehung der Kupplungshälften gegeneinander die Reibung
der aneinander anlieaenden Flächen überwunden wird und eine Radialbewegung der Gleitkörper
möglich ist.
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Um auch die Dämpfungscharakteristik gegebenenfalls auch nachträglich
verändern zu können, ist vorteilhaft jeweils zwischen zwei benachbarten Zwischenräumen
an der Peripherie mindestens einerKupplungshälfte wenigstens ein radialer Anschlag
für den Haltering angeordnet, der vorzugsweise verstellbar oder in radialer Richtung
elastisch ist.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen,
daß eine geradzahlige Anzahl von Gleitkörpern vorgesehen ist und daß jeweils zwei
in peripherer Richtung benachbarte Schräg-Flächen, die an verschiedenen Gleitkörpern
ausgebildet sind, an der gleichen Kupplungshälfte angeordnet sind.
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Auf diese Weise läßt sich die elastische Wellenkupplung nach dem Prinzip
einer Klauenkupplung aufbauen, welche in beiden Drehrichtungen elastisch: ist, wobei
die Zwischenräume zwischen den einzelnen Klauen ausgebildet sind.
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In den meisten Anwendungsfällen umgibt vorteilhaft der Haltering die
Gleitkörper,und die Zwischenräume erweitern sich radial nach außen. Bei Kupplungen,
die mit hoher utalaufsaeschwindigkeit umlaufen, ist es empfehlenswert, daß der Haltering
von den Gleitkörpern umgeben, also innenliegend ist und die Zwischenräume sich radial
nach innen erweitern.
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Eine'andere, vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen,
daß die Ausgleichskörper in den Kupplungshälften gelagert sind und daß die Gleitkörper
aus Gleitkeilen bestehen, welche die Gleitflächen aufweisen. Diese Ausführungsform
ist insbesondere für Kupplungen vorgesehen, die ein kleines Drehmoment zu übertragen
haben, zum Beispiel kleiner als 100 kpm. Denn bei solchen Kupplungen sind die Einzelteile
entsprechend klein ausgebildet, und eine ausreichende Lagerungsmöglichkeit für die
Gleitkörper ist meistens nur in den Kupplungshälften möglich.
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Ist eine Kupplung jedoch für die Übertragung größerer Drehmomente,
zum Beispiel größer als 100 kpm, vorgesehen und weisen somit die einzelnen Bauteile
gröBere Dimensionen auf, so ist es empfehlenswert, daß die Ausgleichskörper in den
Gleitkörpern
gelagert sind und die Gleitflächen aufweisen.
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Bezüglich der Schräg-Flächen sind hierbei verschiedene Ausführungsformen
möglich. Ist der Versatz der zu kuppelnden Wellen gering, zum Beispiel höchstens
1/100 bis 1/75 des Wellendurchmessers, und/oder ist der Winkelversatz der Wellen
gering, zum Beispiel höchstens 20, so genügt es in den meisten Fällen, die Schräg-Flächen
direkt an den Kupplungshälften auszubilden, wenn die Ausgleichskörper in den Gleitkörpern
gelagert sind.
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In anderen Fällen, in denen die vorgenannten Bedingungen nicht zutreffen,
sind vorteilhaft die Schräg-Flächen an weiteren kugelkalottenfönuaen Ausgleichskörpern
ausgebildet, die in den Kupplungshälften gelagert sind, d.h. sowohl in den Gleitkörpern
als auch in den Kupplungshälften sind Ausgleichskörper gelagert.
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Weitere Vorteile und Merkmale sowie die Wirkungsweise der verschiedenen
erfindungsgemäßem Wellenkupplungen werden nachstehend an den Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig.1 eine Ansicht in Richtung der Achse,
von einer erfindungsgemäßen, von keinem Drehmoment verdrehten Kupplung, Fig. 2 den
Schnitt II-II durch den Gegenstand der Fig. 1, Fig. 3 und 4 unterschiedliche Schwenklagerungen
von Ausgleichskörpern in Kupplungshälften und/oder Gleitkörpero, Fig. 5 eine Ansicht
in Richtung der Achse, von der Kupplung der Fig. 1, deren Kupplungshälften durch
eine Drehmomentbelastung gegeneinander verdreht sind, wobei der Haltering geschnitten
dargestellt ist, Fig. 6 den Schnitt VI-VI durch den Gegenstand der Fig. 5,
Fig.
7 zur Erläuterung des Bewegungsablaufes die schematische Darstellung des Schnittes
Vil-Vil durch den Gegenstand der Fig. 6 bzw. der Details VII der Fig. 1 und 5, Fig.
8 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie VIII-VIII durch den Gegenstand der Fig. 1,
Fig. 9 die Ansicht in Richtung der Achse (Schnitt IX-IX durch Fig. 10), von einer
weiteren erfindungsgemäßen, von keinem Drehmoment verdrehten und als Klauenkupplung
ausgebildeten Kupplung, Fig. 10 die Aufsicht X auf den Gegenstand der Fig. 9, mit
geschnittenem Haltering, Fig. 11 den Schnitt XI-XI durch den Gegenstand der Fig.
10, wobei der Gleitkörperlaus dem Zwischenraum versetzt gezeigt ist, Fig. 12 die
beiden Kupplungshälften der Fig. 9 in (über den Bereich XII-XII der Fig.9) abgewickelter
Ansicht radial von außen gesehen, Fig. 13 eine Ansicht in Richtung der Achse, von
einer Kupplungshälfte, welche vier Ausgleichskörper auf besonderen Einsteckteilen
trägt1 die in Schlitzen der Kupplungshälfte stecken, Fig. 14 den Schnitt XIV-XIV
durch den Gegenstand der Fig. 13, wobei hinter der Schnittebene liegende Teile nicht
dargestellt sind, Fig. 15 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße von keines Drehmoment
verdrehte Kupplung, welche als Klauenkupplung mit vier Zwischenräumen ausgebildet
ist gemäß der Schnittlinie XV-XV der Fig. 16.
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Fig. 16 den Schnitt XVI--XVI durch den Gegenstand der Fig. 15, Fig.
17 die gesamte abgewickelte Ansicht der beiden Kupplungshälften der Fig. 15, radial
von außen gesehen, in anderem Maßstab, Fig. 18 einen Schnitt senkrecht zur Achse,
durch die Kupplung der Fig. 15, deren Kupplungshälften durch eine Drehmomentbelastung
zueinander verdreht sind, wobei der Schnitt gemäß der Schnittlinie XV-XV geführt
ist, Fig. 19 bis 22 die Anordnung eines Nadelflachkäfigs zwischen einer Schräg-Fläche
und einer Gleit-Fläche, Fig. 23 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kupplung
mit innenliegendem Haltering im Schnitt gemäß der Schnittlinie XXIII-XXIIIder Fig.
24 im unbelasteten Zustand, Fig. 24 einen Schnitt XXIV-XXIV durch die Kupplung gemäß
Fig. 23, Fig. 25 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie XXV-XXV der Fig. 24 durch
die obere Hälfte der Kupplung und Fig. 26 einen Schnitt durch die Kupplung der Fig.
23 im belasteten Zustand entsprechend der Schnittlinie XXIII-XXIII.
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplung, deren beide Kupplungshälften
von keinem Drehmoment verdreht, also unbelastet sind in Ansicht.
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Fig. 2 zeigt den Schnitt II-II durch d-en Gegenstand der Fig. 1.
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In Fig. 2 zeigt der Pfeil I die Richtung, in der Fig. 1 gesehen ist,
Von den beiden in Fig. 2 gezeigten Kupplungshälften 12 und 14 ist in Fig. 1 nur
die vordere Kupplungshälfte 12 sichtbar. Diese vordere Kupplungshälfte 12 ist mit
einer zentralen Bohrung 102 versehen, wogegen die hintere Kupplungshälfte 14 eine
zentrale Bohrung 104 aufweist. Die Bohrung 102 ist für die Aufnahme einer Antriebswelle,
die Bohrung 104 für die Abtriebswelle vorgesehen.
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Die Festlegung der Wellen erfolgt über Paßfedern. Jede der Kupplungshälften
weist eine kreisförmige Kupplungsscheibe mit einer zentralen Nabe auf.
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Die in Fig. l-sichtbare vordere Kupplungshälfte 12 trägt drei winkelgleich
über den Umfang verteilte hohlkugelige Lagerpfannen96, die in Ebenen senkrecht zur
Zeichenebene der Fig. 1 angeordnet sind. In diesen drei hohlkugeligen Lagerpfannen
96 kugelkalottenförmige, z.B.
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sind dreirhalbkugelige Ausgleichskörper 74, 76 und 78 gelagert.
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Diese drei Ausgleichskörper tragen je eine ebene Schräg-Fläche 16,
18 bzw. 20. Diese drei ebenen Schräg-Flächen erstrecken sich quer zur Kraftübertragungsrichtung
unter einem Winkel. In Fig. 2 sind in der vorderen Kupplungshälfte 12 die hohlkugelige
Lagerpfanne 96, der Ausgleichskörper 74 sowie seine ebene Schräg-Fläche 16 im Schnitt
erkennbar. Der Einfachheit halber.
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ist hier von "halbkugeligen" Ausgleichskörpern die Rede. Diese Ausgleichskörper
müssen jedoch nicht exakt als "halbe" Kugeln ausgebildet sein, wie aus den Zeichnungen
ersichtlich ist.
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Die Ausgleichskörper können auch kleiner oder erforderlichenfalls
größer sein als Halbkugeln: wesentlich ist nur, daß sie mit einer Kugelfläche in
der hohlkugeligen Lagerpfanne lagern und daher allseitig schwenkbar sind.
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In gleicher Weise, jedoch entgegengesetzt orientiert, trägt die hintere
Kupplungshälfte 14 in hohlkugeligen Lagerpfannen 96 Ausgleichskörper 82, 84 und
86, die jeweils eine Schrägfläche 24, 26 bzw. 28 aufweisen. Zwischen den Schrägflächen
16, 18, 20 der vorderen Kupplungshälfte 12 und den Schrägflächen 24, 26, 28 der
hinteren Kupplungshälfte 14 ist jeweils ein Gleitkörper 42, 44, 46 angeordnet. Diese
Anordnung ist insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich. Die Gleitkörper erstrecken sich
in axialer Richtung über die beiden Kupplungshälften 12, 14.
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Jeweils paarweise stehen sich gemäß Fig. 1 gegenüber: a) die ebenen
Schräg-Flächen 16 und 24 der Ausgleichskörper 74 und 82, welche in hohlkugeligen
Lagerpfannen 96 der vorderen Kupplungshälfte 12 und der hinteren Kupplungshälfte
14 gelagert sind, so daß sich die Flächen 16 und 24 versetzt gegenüberstehen (vergl.
Fig. 2), b) die ebenen Schräg-Flächen 18 und 26 der Ausgleichskörper 76 und 84,
die in hohlkugeligen Lagerpfannen 96 der vorderen Kupplungshälfte 12 und der hinteren
Kupplungshälfte 14 gelagert sind, sowie c) die ebenen Schräg-Flächen 20 und 28 der
Ausgleichskörper 78 und 86, die in hohlkugeligen Lagepfannen 96 der vorderen Kupplungshälfte
12 und der hinteren Kupplungshälfte 14 gelagert sind.
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Jeweils eine ebene Schräg-F]äche der vorderen Kupplungshälfte 12 schließt
mit einer ebenen Schräg-Fläche der hinteren Kupplungshälfte 14 einen radial nach
außen sich öffnenden Zwischenraum 34 (vgl. Fig. 11) ein. In jedem Zwischenraum ist
ein Gleitkörper in Form eines Gleitkeils 42, 44 bzw. 46 angeordnet. Jeder Gleitkörper
42, 44 bzw. 46 trägt ebene Gleit-Flächen 52, 54 bzw. 56, 58 bzw. 60, 62, die jeweils
einer ebenen Schräg-Fläche eines der sechs Ausgleichskörper 74, 76, 78, 82, 84 und
86 anliegen.
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Die Querschnitte der Gleitkorpetsind dreieckförmig.
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Die drei Gleitkörper 42, 44 und 46 werden von einem umgebenden Haltering
98 in der eingezeichneten Stellung gehalten und wirkend ähnlich wie bei der elastischen
Wellenkupplung der eingangs erwähnten deutschen Offenlegungsschrift 27 42 442, wie
die Zähne eines zwei Zentralräder (vergleichbar mit den Kupplungshälften 12 und
14) umgebenden Planetenrades. Der Haltering 98 umgibt die Xupplungshälften mit einem
Abstand a, so daß ein Ringspalt 122 entsteht.
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Dreht sich die mit der Antriebswelle die'fest verbundene vordere Kupplungshälfte
12 in Drehrichtung 100, so drücken die ebenen Schräg-Flächen 16, 18 und 20 auf die
ebenen Gleit-Flächen 52, 56 und 60 der drei Gleitkörper 42, 44 und 46. Eine Kraftkomponente
wirkt hierbei in radialer Richtung nach außen auf die GleitorpLr ein. Diese stützen
sich außen an;Haltering 98 ab und übertragen das Drehmoment auf die ebenen Schräg-Flächen
24, 26, 28 der drei Ausgleichskörper 82, 84 und 86, die in hohlkugeligen Lagerpfannen
96 der hinteren Kupplungshälfte 14 gelagert sind. Bei dieser Übertragung eines Drehmomentes
werden die einzelnen, im wesentlichen keilförmigen Gleitkörper 42, 44 und 46 -auf
Pressung und Scherung belastet. Um zu verhindern, daß sie sich bei dieser Scherbelastung
zwischen den beiden Kupplungshälften verkanten, weist der Haltering innen zwei umlaufende
Führungswülste 99, 101 auf. Die Gleitkörper liegen zwischen den radial nach innen
verlaufenden, einander zugewandten Führungsflächen 103, 105 der Führungswülste und
können sich in Umfangsrichtung, nicht jedoch in Achsrichtung, verschieben (vergl.
Gleitkörper<46 in Fig. 2 links).
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Jede der Kupplungshälften 12, 14 weist in ihrer kreisförmigen Kupplungsscheibe
drei V-förmige Ausnehmungen auf, die gleichmäßig an der Peripherie verteilt sind.
Die Ausnehmungen sind radial ausgerichtet und erweitern sich nach außen. Diese Ausnehmungen
dienen für die Aufnahme der keilförmigen Gleitkörper 42, 44, 46. Hierzu ist jede
Ausnehmung der vorderen Kupplungshälfte von einer V-Fläche 111, 113, 115 und einer
Gegenfläche
112, 114, 116 begrenzt; beide Flächen schneiden sich
jeweils im Grund der Ausnehmung. Die hintere Kupplungshälfte 14 weist entsprechende
V-förmige Ausnehmungen auf. In Fig. 2 ist die -Fläche 311 und die Gegenfläche 312
der hinteren Kupplungshälfte 14 zu erkennen. In jeder V-Fläche der beiden Kupplungshälften
ist eine der hohlkugeligen Lagerpfannen 96 angeordnet. Jede der Gegenflächen 112,
114, 116, 312 ist in der Neigung auf die Neigung der Gleitfläche des zugeordneten
Gleitkörpers abgestimmt.
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In der unbelasteten Stellung" der Fig. 1, in welcher die Kupplung
von keinem Drehmoment belastete ist, liegen die drei Gleitkörper 42, 44 und 46 mit
ihren jeweils zwei ebenen Gleit-Flächen 52, 54, 56, 58, 60, 62 an jeweils einer
ebenen Schräg-Fläche 16, 18, 20 und jeweils einer Gegenfläche 112, 114, 116 der
vorderen Kupplungshälfte an. Entsprechendes gilt auch für die hintere Kupplungshälfte
14 (vergl. Fig. 2).
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Gemäß Fig. 1 und 2 sind in jeder Kupplungshälfte drei hohlkugelige
Lagerpfannen 96 vorgesehen, in denen jeweils ein Ausgleichskörper um einen Drehpunkt
72 (vgl. Fig. 7) drehbar gelagert ist. Der Ausgleichskörper ist jeweils in Form
einer Kugelkalotte ausgebildet mit einer zum Drehpunkt 72 konzentrischen Drehfläche
94, welche in einer zum Drehpunkt konzentrischen hohlkugeligen Lagerpfanne 96 gelagert
ist (vergl.
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Fig. 2). Der Ausgleichskörper ist daher nach allen Seiten schwenkbar.
Da die in hohlkugeligen Lagerpfannen 96 gelager,ten Ausgleichskörper meist weniger
hoch sind als Halbkugeln, liegt der Drehpunkt 72 meist im Inneren des Gleitkörperw,
wie dies in Fig. 1, 2 dargestellt ist.
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Die Ausbildung der Ausgleichskörper als Kugelkalotte ermöglicht die
Verwendung der erfindungsgemäßen Kupplung auch dann, wenn die Achse 70 der Kupplung
im Bereich der Antriebswelle mit der Achse 70 der Kupplung im Bereich der Abtriebswelle
einen Winkel bildet. Die Schwenkbarkeit in den Ausgleichskörpern ermöglicht den
Ausgleich eines derartigen Winkelversatzes.
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Gemäß den Fig.l und 2 sind die ebenen Schräg-Flächen der Kupplungshälften
12 und 14 auf drehbaren Ausgleichskörpern angeordnet, die in hohlkugeligen Lagerpfannen
96 der V-Flächen gelagert sind. Andere Anordnungen von Ausgleichskörpern sind in
den Fig. 3 und 4 dargestellt, welche jeweils Abbildungen ähnlich Fig. 2 zeigen,
in denen jedoch jeweils nur der Bereich um den Gleitkörper 42 dargestellt ist.
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Danach ist es möglich, die ebenen Gleit-Flächen der drei Gleitkörper
auf schwenkbaren Ausgleichskörpern anzuordnen, welche in hohlkugeligen Lagerpfannen
gelagert sind, welche im Gleitkörper angeordnet sind. Fig. 3 zeigt ein derartiges
Ausführungsbeispiel, bei welchem die im Gleitkörper q2 gehaltenen Ausgleichskörper
74, 82 in hohlkugeligen Lagerpfannen sitzen. Die entsprechenden ebenen Schräg-Flächen
16 und 24 der Kupplungshälften 12 und 14 sind in diesem Fall an den Kupplungshälften
12, 14 unmittelbar angebracht. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Gleitkörper
42, 44, 46, 48 in Form von Gleitkeilen mit dreieckförmigem Querschnitt auszubilden.
Die Form der Gleitkörper kann beliebig sein, wesentlich ist lediglich, daß die Ausgleichs
körper von den Gleitkörpern in der richtigen Stellung gehalten werden. In den meisten
Fällen wird man jedoch auch im vorliegenden Falle den Gleitkörpern eine keilförmige
Form geben, da dies die einfachste konstruktive Ausführung ist.
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Eine weitere Möglichkeit zeigt Fig. 4. Gegenüber der vorbeschriebenen
Ausführungsform (Fig. 3) sind hier die ebenen Schräg-Flächen 16, 24 der beiden Kupplungshälften
auf weiteren Ausgleichskörpern 274 und 282 angeordnet. Diese Ausgleichskörper 274,
282 sind ebenfalls ungefähr halbkugelig ausgebildet und schwenkbar in Lagerpfannen
der Kupplungshälften angeordnet, wie dies sehr deutlich aus Fig. 4 zu ersehen ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung bringt den Vorteil einer größeren Schwenkbarkeit.
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Von jeweils zwei aneinander anliegenden Flächen (16/52 bzw.
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24/54) ist gemäß Fig. 3 und 4 eine schwenkbar angeordnet. In besonderen
Fällen ist es jedoch ausreichend, wenn nur eine der vier Flächen schwenkbar ist;
dies setzt dann allerdings voraus, daß der Gleitkörper 42 in seinem Lager 50 schwenkbar
gelagert ist und somit den fehlenden Ausgleichskörper'ersetzt, Überträgt die in
Fig. 1 dargestellt Kupplung ein Drehmoment von der vorderen Kupplungshälfte 12 auf
die hintere Kupplungshälfte 14, so werden die drei Gleitkörper 42, 44 und 46 radial
nach außen gegen den umgebenden Haltering 98 gedrückt. Hierbei bewirken sie eine
unrunde Verformung des Halteringes 98, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Die Anlageflächen
der drei Gleitkörper 42, 44 und 46 am Haltering 98 (der im Schnitt und ohne Führungswulste
99, 101 gezeigt ist) wirken als radial-federnde Lager 50. Gegen diese radiale Federung,
die auf der unrunden Verformung des Halteringes 98 beruht, sind gemäß Fig.5 die
drei Gleitkörper 42, 44 und 46 radial nach außen gedrückt, wobei ihre ebenen Gleitflächen
an den ihnen anliegenden ebenen Schräg-Flächen der beiden Kupplungshälften gleiten.
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Die in Fig. 6 dargestellte Schnittfigur längs der Linie VI-VI der
Fig. 5 gleicht im wesentlichen der Fig. 2. Ein Unterschied besteht darin, daß gemäß
Fig. 6 die ebenen Gleitflächen 52 und 54 des raial nach außen gedrückten Gleitkörpers
42 sich von den Gegenflächen 312 bzw. 112 abgehoben haben. In dieser belasteten
Stellung liegt der Gleitkörper 42 mit der vorderen Hälfte seiner ebenen Gleitfläche
52 an der ebenen Schräg-Fläche 16 des Ausgleichskörpers 74 der vorderen Kupplungshälfte
12 an, wogegen die hintere Hälfte seiner ebenen Gleitfläche 54 an der ebenen Schräg-Fläche
24 des Ausgleichskörpers 82 der hinteren Kupplungshälfte 14 anliegt. Diese beiden
beaufschlagten Hälften der ebenen Gleitflächen 42 und 54 sind geaeneinander derart
versetzt, daß die Gleitkörycr auf-Scherung beansprucht werden. Vorstehend wurde
schon dargelegt, daß umlaufende Führungswülste 99, 101
am Haltering
98 vorgesehen sind, um ein Verkanten der drei GleitkorPt zwischen den Kupplungshälften
zu verhindern. Hierzu werden die Stirnflächen 73 der GleitkörFer an den Führungsflächen
103, 105 geführt (Fig. 2).
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Der Haltering 98 verformt sich elastisch, bis er in den drei Bereichen
zwischen den drei Glei.tkörpere an den Kupplungsscheiben anliegt. Das Drehmoment,
bei welchem dieses Anliegen erfolgt, ist einstellbar, wenn jeweils zwischen den
drei Gleitkorptre verstellbare oder federbeaufschlagte Anschläge vorgesehen sind.
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Gemäß den Ftg. 1 und 5 sind diese verstellbaren Anschläge als radiale
Schrauben 127, 128, 130 oder (rechter oberer Quadrant der Fig. 1) als Bolzen 132
ausgebildet, die am Umfang mindestens einer Kupplungshälfte angeordnet sind, wobei
die Bolzen 132 durch Federn, z.B. Tellerfedern 205, radial nach außen beaufschlagt
sind. Die Dämpfungscharakteristik der erfindungsgemäßen elastischen Wellenkupplung
kann lurch Verstellen der Schrauben oder durch entsprechende. Auswahl der Federn
eingestellt werden, bevor der Haltering 98 aufgeschoben wird. Auch kann durch die
Auswahl der Elastizität des Halterings 98 die Dämpfungscharakteristik zusätzlich
oder allein beeinflußt werden. Selbstverständlich wird man bei einer Kupplung nur
eine Art von Anschlägen verwenden, also entweder Schrauben 127, 128, 130 oder federbeaufschlagte
Bolzen 132.
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Aus dem Vergleich der Fig. l und 5 ist ersichtlich, daß die elastische
Verformung des Halterings 98 eine radiale Verschiebung der drei Gleitkörper 42,
44 und 46 gestattet. Zur Erläuterung der bei dieser radialen Verschiebung eines
Gleitkörpers auftretenden Schwenkbewegungen der Ausgleichskörper ist in Fig. 7 das
Detail VII der Fig. 1 und 5 bzw. der Schnitt VII-VII durch Fig. 6 stark vergörßert
dargestellt. Hierbei beziehen sich voll ausgezogene Linien auf die unbelastete Stellung
der Fig. 1 ud gestrichelte Linien auf die belastete Stellung der Fig. 5.
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Weiterhin ist in der rechten Hälfte der Fig. 7 ein Teil der
vorderen
Kupplungshälfte 12 längs der Bruchlinie 140 weggebrochen. Hierdurch ist von der
Gegenfläche 112 der vorderen Kupplungshälfte 12 nur ein kurzes Stückchen sichtbar;
die sich anschließende Linie bezeichnet die V-Fläche 311 der-V-förmigen Ausnehmung
der hinteren Kupplungshälfte 14. In dieser V-Fläche 311 ist die hohlkugelige Lagerpfanne
96 vorgesehen, in welcher der kugelkalottenförmige Ausgleichskörper 82 schwenkbar
gelagert ist.
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Die V-Fläche 111 der vorderen Kupplungshälfte 12 weist die hohlkugelige
Lagerpfanne 96 auf, in welcher der Ausgleichskörper 74 schwenkbar gelagert ist.
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Die V-Flächen 111 und 311, in denen jeweils ein Ausgleichskörper schwenkbar
gelagert ist, schließen miteinander einen Winkel C ein.
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Die ebenen Gleitflächen 52'und 54 des keilförmigen Gleitkörpers 42
schließen miteinander den gleichen Winkelocein, den die V-Flächen 111 und 311 der
Kupplungshälften 12 und 14 einschließen. In der voll ausgezogenen Stellung der Fig.
7, entsprechend der von keinem Drehmoment belasteten Stellung der Fig. 1, schließen
also auch die ebenen Schrägflächen 16 und 24 der Ausgleichskörper 74 und 82 diesen
Winkel.' miteinander ein.
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Bei Drehmomentbelastung der erfindungsgemäßen elastischen Wellenkupplung
wird, wie bereits dargelegt wurde, der Gleitkörper 42 gegen die elastische Kraft
des umgebenden Halteringes 98 radial nach außen gedrückt. In dieser Stellung ist
er in Fig. 7 gestrichelt dargestellt. Diese gestrichelte belastete Stellung ist,
ebenso wie die ausgezogene unbelastete Stellung, symmetrisch zur Radialebene 134
gezeichnet, obgleich diese Radialebene während des Aufbringens des Drehmomentes
bereits eine Drehbewegung beschrieben hat, die mehrere Umläufe um die Kupplungsachse
betragen kann. Die Darstellung der Fig. 7 gewinnt
jedoch an Übersichtlichkeit,
wenn man die unbelastete Stellung und die belastete Stellung symmetrisch zu einer
einzigen Radialebene 134 zeichnet, die senkrecht auf der Zeichenebene steht und
sich als Linie abbildet.
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Die ebenen Gleitflächen 52 und 54 schließen nach Aufbringen eines
Drehmoments unverändert miteinander den Winkel oC ein, da der Gleitkörper 42 in
sich unverformbar ist. Da der Gleitkörper 42 seine zur Radialebene 134 symmetrische
Stellung beibehält, bewirkt eine Verdrehung der -beiden Kupplungshälften um den
Winkel y gegeneinander: 1.) eine Schwenkung der V-Fläche 111 der vorderen Kupplungshälfte
12 um einen Winkel 2.) eine Schwenkung der V-Fläche 311 der hinteren Kupplungshälfte
14 um y/2.
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Diese beiden Schwenkwinkel y/2 sind jeweils rechts und links eingetragen.
Da es sich um Schwenkungen handelt, werden die V-Flächen 111 und 311 n-icht parallel
verschoben, sondern auchim Verhältnis zueinander verschwenkt, so daß der von ihnen
eingeschlossene Winkel von Z auf i- y abnimmt. Dieser Winkel ist y ist in Fig. 7
oben eingetragen.
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Lägen die ebenen Gleitflächen 52 und 54 (gemäß dem bisherigen Stand
der Technik) unmittelbar den V-Flächen 111 und 311 an, so wäre bei der Verdrehung
der beiden Kupplungshälften um den Winkelykein flächiges Anliegen der ebenen Gleitflächen
52 und 54 an den V-Flächen 111 und 311 mehr gegeben. Aus diesem Grund sind erfindungsgemäß
die Ausgleichskörper 74 und 82 vorgesehen, die sich in den hohlkugeligen Lagerpfannen
96 derart verschwenken, daß ihre ebenen Schräg-Flächen 16 und 24 in jeder Stellung
des Gleitkörpers 42 dessen ebenen Gleitflächen 52 und 54 vollständig flächig anliegen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die ebenen Schrägflächen 16 und 24 um
einen Winkel
</2 geschwenkt.
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In Fig. 7 ist der Fall dargestellt, daß die beiden Ausgleichskörper
in hochkugeligen Lagerpfannen 96 gelagert sind. Der Drehpunkt 72 liegt genau in
der ebenen Gleit-Fläche 52 bzw. 54.
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Im allgemeinen wird man es jedoch vorziehen, die Ausgleichskörper
flacher, also nicht halbkugelig, zu machen, so daß die Drehpunkte 72 innerhalb des
Gleitkörpers 42 zu liegen kommen.
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Die beiden Kupplungshälften 12, 14 können einander gegenüberstehende
Radialflächen 133, 135 tragen, welche von V-Flächen und/oder Gegenflächen sich radial
und gegeneinander axial nach innen erstrecken. Wenn diese Radialflächen aneinander
anliegen, ist der maximal mögliche Verdrehwinkel w erreicht. Bei noch höherer Drehmomentbelastung
wirkt die Kupplung als starre, unelastische Kupplung, ohne daß die Gefahr einer
Beschädigung oder Überlastung bestände.
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Eine Ausführungsform einer solchen Begrenzung des Verdrehwinkels y
ist in Fig. 8 dargestellt, die einen Schnitt gemäß der Schnittlinie VIII-VIII durch
Fig. 1 zeigt. Danach ist an der vorderen KupplungshäLfte 12 ein axialer Vorsprung
240 angeordnet, welcher die Radialfläche 133 aufweist. Dieser Vorsprung 240 greift
in eine Vertiefung 242 ein, die in der hinteren Kupplungshälfte 14 angebracht ist
und welche die Radialfläche 135 aufweist. Die Anordnung ist nun so getroffen, daß
bei unbelasteter Kupplung die beiden Radialflächen 133, 135 sich mit Abstand gegenüberstehen.
Im Falle einer Belastung, das heißt bei einer Verdrehung der beiden Kupplungshälften
gegeneinander, nähern sich die beiden Radialflächen 133, 135 und liegen bei einem
maximalen Verdrehwinkel y max aneinander an. Die Kupplung wirkt jetzt als starre
Kupplung, die Radialflächen 133, 135 begrenzen den Elastizitätsbereich der Kupplung.
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Der Vorsprung 240 kann gegebenenfalls von einem eingeschraubten
Bolzen
und die Vertiefung 24-2 von einer Bohrung gebildet sein.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn mehrere Radialflächen 133, 135 am Umfang
verteilt angeordnet sind.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten radialen Verschiebung des Gleitkörpers
42 bewegt sich die innere Spitze 142 des Gleitkörpers 42 vom Radius r1 auf den Radius
r2. Um die Differenz r2 - r1 = a r ändert sich die Weite a des Ringspaltes 122 zwischen
dem Außenumfang 144, 146. der Kupplungsscheiben und dem nicht dargestellten Haltering
98. Im Bereich der Gleitkörper nimmt die Weite a des Ringspaltes 122 um diesen Wert
a r zu, wogegen an den drei dazwischenliegenden Punkten des Außenumfangs 144, 146
eine Abnahme der Weite a des Ringspaltes erfolgt. Die Schrauben 127, 128, 130 bzw.
Bolzen 132 der Figuren 1 und 5 werden derart eingestellt, daß die Dämpfungskennlinie
der Kupplung den gewünschten Wrlauf erhält; von dem Augenblick an, an welchem der
Haltering 98 die Anschläge 127, 128, 130, 132 berührt, wird diese Kennlinie steiler
(vergl. Fig. 5).
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Die Fig. 9-bis 12 zeigen eine erfindungsgemäße elastische Wellenkupplung,
die sich von den Fig. 1 und 5 darin unterscheidet, daß sie als Klauenkupplung ausgebildet
ist.
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Fig. 9 zeigt eine Ansicht entsprechend Fig. 1, genauer gesagt, einen
Schnitt längs der Linie IX-IX durch den Gegenstand der Fig. 10. Fig. 10 ist eine
Ansicht in Richtung X des Gegenstandes der Fig. 9, wobei die obere Hälfte des Halteringes
98 weggelassen ist. Weiterhin zeigt Fig. 11 schematisch den Schnitt XI-XI durch
Fig. 10 und Fig. 12 eine Abwicklung der Ansicht XII-XII.
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Der in Fig. 12 dargestellten Abwicklung sowie Fig. 9 entnimmt man1
daß die hintere Kupplungshälfte 14 drei wink elgleich verteilte Klauen 166 (in Fig.
12 nicht erkennbar) 168 und 180 trägt, die senkrecht von der Ebene der Kupplungshälfte
14 vorstehen und bis nahe zur vordereii Kupplungshälfte 12 reichen.
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Diese vordere Kupplungshälfte 12 trägt ihrerseits drei winkelgleich
verteilte Klauen 170, 172 und 174, welche senkrecht von der vorderen Kupplungshälfte
12 abstehen und bis nahe zur hinteren Kupplungshälfte 14 ragen. Die einander zugewandten
Flächen a) der Klauen 172, 180 b) der Klauen 174, 166 sowie c) der Klauen 170, 168
entsprechen den in Bezug auf die Fig. 1 bis 8 besprochenen V-Flächen 111, 113; 115
und 311 und tragen in hohlkugeligen Lagerpfannen die um einen Drehpunkt schwenkbaren
Ausgleichskörper. Diese Ausgleichskörper tragen ebene Schräg-Flächen, welche in
gleicher Weise wie bei den Fig. 1 bis 8 an ebenen Gleit-Flächen der Gleitkörper
42, 44 und 46 anliegen. Die Gleitkörper sind als Gleitkeile ausgebildet mit dreieckförmigem
Querschnitt.
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Ebenso wie bei der Kupplung der Fig. 1 bis 8 bewirkt ein Drehmoment,
daß die Gleitkörper 42, 44 und 46 nach außen verschoben werden. Hierbei wirken jedoch
auf diese Gleitkörper 42, 44 und 46 keine Sch,,erkräfte, da die einander zugewandten
V-Flächen der Klauen, welche die hohlkugeligen Lagerpfannen aufweisen, sich direkt
gegenüberstehen und die ebenen Gleit-Flächen der Gleitkörper über ihre gesamte axiale
Erstreckung unterstützen.
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Diese Ausbildung der erfindungsgemäßen elastischen Wellenkupplung
als Klauenkupplung macht somit die Verwendung der Führungswülste 99, 101 am lIaltering-98
überflüssig und ermöglicht die Übertragung besonders hoher Drehmomente durch die
Verteilung der auftretenden Kräfte auf größere Flächen.
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Die Ausgleichskörper der Fig. 9 bis 12 sind Kugelkalotten, wie dies
insbesondere gut in Fig. 11 zu erkennen ist. Man erkennt
dort einen
Gleitkdrper 42 mit seinen beiden ebenen Gleit-Flächen 52 und 54. Parallel zu- diesen
beiden ebenen Gleit-Flächen liegen die ebenen Schräg-Flächen 16 und 24 der kugelkalottenförmigen
Ausgleichskörper 74 und 82, die in hohlkugeligen Lagerpfannen 96 der Klauen 172
und 180 schwenkbar gelagert sind.
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Um die Gleit-Flächen 52 und 54 einerseits und die ebenen Schräg-Flächen
16 und 24 andererseits getrennt darstellen zu können, ist in Fig. 11 der Gleitkörper
42 etwas radial nach außen versetzt dargestellt; im tatsächlichen Betrieb der Kupplung
tritt eine derartige Stellung natürlich niemals auf, da der Haltering 98 den Gleitkörper
immer radial nach innen drückt.
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Gemäß den Fig. 9 bis 12 ist die Klauenkupplung in konventioneller
Weise dadurch gebildet, daß die winkelförmigen Klauen mit ihrem langen Schenkel
an der jeweiligen Kupplungsscheibe angeschweißt oder angeschraubt sind und mit ihrem
kurzen Schenkel in den Raum zwischen den Kupplungshälften ragen. Bei der Konstruktion
der Fig. 13 und 14 wird der lange Schenkel überflüssig.
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Fig. 13 zeigt die Ansicht einer hinteren Kupplungshälfte 14 in axialer
Richtung, von der Antriebswelle in Richtung zur Ab-- triebswelle. Die zugehörige
vordere Kupplungshälfte ist entsprechend der hinteren Kupplungshälfte 14 ausgebildet.
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Gemäß Fig. 13 sind winkelgleich verteilte axial verlaufende Schlitze
194, 196, 197 und 198 in der Kupplungshälfte 14 vorgesehen. In diesen Schlitzen
stecken Einsteckteile 200. Diese Einsteckteile sind ähnlich orientiert wie die Klauen
der Klauenkupplung der Fig. 9 bis 12; die Orientierung der Schlitze 194, 196, 197
und 198 ist damit festgelegt. Nach dem Einstecken der Einsteckteile in die zugeordneten
Schlitze kann
Fig. 15 bezeichnet mit der Angabe XVIIA-XVII8 die
Zuordnung der unteren Hälfte der Fig. 17 zum linken Umfangsteil der Fig. 15 und
der oberen Hälfte der Fig. 17 zum rechten Umfangsteil der Fig. 15.
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Die Anordnung einer geraden Anzahl von Gleitkörpern ermöglicht es,
abwechselnd zwei ebene Schräg-Flächen auf einer Klaue der einen Kupplungshälfte
und zwei ebene Schräg-Flächen auf einer Klaue der anderen Kupplungshälfte anzuordnen,
wogegen es bei der Anordnung der Fig. 9 bis 12.nur möglich war, abwechselnd eine
ebene Schräg-Fläche auf einer Klaue der einen Kupplungshälfte und eine ebene Schräg-Fläche
auf einer Klaue der anderen Kupplungshälfte anzuordnen.
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Gemäß Fig. 17 sind die beiden Klauen 166, 168 an der hinteren Kupplungshälfte
14 und die beiden Klauen 178, 180 an der vorderen Kupplungshälfte 12 angebracht.
Die Anordnung ist nun derart getroffen, daß zwischen den Klauen 1.) 166 und 180
der Gleitkörper 42 liegt, 2.) 180 und t68 der Gleitkörper 48 liegt, 3.) 168 und
178 der Gleitkörper 46 liegt, 4.) 178 und 166 der Gleitkörper 44 liegt (vergl.Fig.15
und 17).
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Wirkt auf die Antriebswelle und somit auf die vordere Kupplungshalfte
12 ein Drehmoment, so verdrehen sich die beiden Kupplungshälften 12 und 14 gegeneinander
in Richtung der Pfeile 220 und 222 der Fig. 17. Dies bewirkt: 1.) eine Annäherung
der Klauen 166 und 180 2.) eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den Klauen 180und
168, 3.) eine Annäherung der Klauen 168 und 178 sowie 4.) eine Vergrößerung des
Abstandes zwischen den Klauen 178 und 166.
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eine Arretierung mittels Arretierschrauben 204 erfolgen, welche in
Bohrungen angeordnet sind, die vom Innern der Kupplungshälfte 14 sich bis zum Schlitz
erstrecken. Die Einsteckteile 200 tragen in hohlkugeligen Lagerpfannen die kugelkalottenförmigen
Ausgleichskörper, ebenso wie die Klauen der Klauenkupplung der Fig. 9 bis 12. Der
Vorteil der Anordnung der Fig. 13 und 14 gegenüber der Klauenkupplung der Fig. 9
bis 12 besteht in der leich,teren Herstellbarkeit und im unkomplizierten Zusammenbau.
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In Fig. 14 sind hinter der Schnittebene liegende Teile nicht dargestellt.
Die Einsteckteile sind quaderförmig ausgebildet.
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Fig. 15 zeigt einen Schnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Klauenkupplung,
die sich von der in Fig. 9 dargestellten Klauen kupplung dadurch unterscheidet,
daß vier Gleitkörper anstelle von nur drei Gleitkörpern vorgesehen sind. Der Schnitt
ist gemäß der Schnittllnie XV-XV durch Fig. 16 geführt.
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Fig. 16 zeigt den Schnitt XVI-XVI durch den Gegenstand der Fig. 15.
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Weiterhin zeigt Fig. 17 eine ähnliche Abwicklung wie Fig. 12, jedoch
erstreckt sich die Abwicklung der Fig. 17 über den gesamten Umfang der beiden Kupplungshälften,
ohne den umgebenden Haltering 98 zu zeigen. Hierbei ist die Länge der Abwicklung
nicht maßstäblich.
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Die Fig. 15, 16 und 17 zeigen die Klauenkupplung in einer Stellung,
in der kein Drehmoment eine gegenseitige Verdrehung der Kupplungshälften bewirkt.
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Fig. 18 zeigt einen Fig. 15 entsprechenden Schnitt mit einer Verdrehung
der Kupplungshälften um den Verdrehwinkel y gegeneinander.
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Die Auswirkungen dieser Verminderungen bzw. Vergrößerungen der Abstände
zwischen den vier Klauen auf die vier Gleitkörper sind in Fig. 18 ersichtlich: a)
Die einander diametral gegenüberliegenden Gleitk~Drper 42 und 46 werden radial nach
außen verschoben, wobei sie den Haltering99 unrund verformen.
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b) Der sich unrund verformende Haltering schiebt die beiden anderen
einander gegenüberliegenden Gleitkörper 44 und 48 radial nach innen; diese radiale
Verschiebung nach innen wird möglich durch die Zunahme des Abstandes der zugeordeten
Klauen.
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Die in den Fig. 1 und 9 gezeigten Klauenkupplungen wirken nur in einer
Drehrichtung dämpfend, in der anderen Drehrichtung dagegen starr und unelastisch.
Die Konstruktion der Fig. 15 bis 18 wirkt in beiden Drehrichtungen dadurch dämpfend,
daß an den zwischen zwei nach außen drückenden Gleitkörpern (42 und 46 in Fig. 18)
liegenden, sich dementsprechend radial nach innen bewegenden Stellen des Halteringes
98 weitere Gleitkörper (44 und 48 in Fig. 18) angeordnet sind, die sich entsprechend
radial nach innen verschieben lassen. Der Haltering ist somit in jeder Stellung
zwischen den beiden nach außen sich bewegenden Gleitkörpern (in Fig. 18; 42 und
46) einerseits und den beiden sich nach innen bewegenden Gleitkörpern (in Fig. 18;
44 und 48) andererseits sicher und spielfrei eingespannt.
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Wird die Richtung der Pfeile 220 und 222 (Fig. 17) umgekehrt, so bedeutet
dies eine Umkehrung der Richtung des Drehmomentes.
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Es werden dann die beiden Gleitkörper 44 und 48 radial nach außen
gedrückt und dementsprechend die beiden anderen Gleitkörper 42 und 46 radial nach
innen gedrückt. Da die Kupplung der Fig. 15 bis 18 kcin Spiel hat, erfolgt diese
Umkehrung des
Drehmoments, ohne daß der sogenannte "Geschwindigkeitsstoß"
auftritt, d.h. ohne daß die Gleit-Flächen von den Schräg-Flächen abheben. Wie insbesondere
aus Fig. 17 ersichtlich, sind die Klauen in vorliegendem Beispiel jeweils aus paarweisen
Vorsprüngen der Kupplungshälften gebildet. Man kann jedoch die Klauen auch winkelförmig,
wie in den Fig. 9 bis 12, ausbilden. Die Gleitkörper bestehen aus Gleitkeilen mit
dreieckförmigem Querschnitt und sind winkelgleich am Umfang verteilt.
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Bei der unrunden Verformung des Halteringes durch die nach außen geschobenen
Gleitkörper (in Fig. 1 und 5: Gleitkörper 42, 44 und 46; in. Fig. 15 und 18: Gleitkörper
42 und 46) wird der Krümmungsradius des Halteringes 98 in den Druckstellen, in denen
die Gleitkörper auf ihn von innen drücken, vermindert.
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Stimmt der Krümmungsradius der äußeren Anlageflächen 182, 184, 186
und 187 der Gleitkörper 42, 48, 46 und 44 der Fig. 15 mit dem Krümmungsradius des
unbelasteten Halteringes 98 überein, so liegen diese Anlageflächen der Gleitkörper
in der belasteten Stellung nur noch in zwei seitlichen Randbereichen am Haltering;
in der Mitte der Gleitkörper entsteht zwischen dem Haltering 98 und dem Gleitkörper
ein Hohlraum. Dies bringt die Gefahr mit sich, daß zwischen den Rändern der Anlageflächen
der Gleitkörper und dem Haltering eine hohe Flächenpressung auftritt, was zum Verschleiß
führen kann.
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Bei der Klauenkupplung der Fig. 15 bis 18, bei welcher nur zwei Gleitkörper
radial nach außen verschoben werden, ist die Veränderung des Krümmungsradius des
Halteringes 98 in den Druckstellen weitaus erheblicher als bei den vorhergehend
beschriebenen Konstruktionen, welche drei Druckstellen aufweisen.
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Aus diesem Grund sind nur bei dem Ausführungsbeispiel der l;ic3. 15
bis 18 die Krümmungsradien der Anlagefle(.hen 182, 184, 186, 187 derart gewählt,
daß in der in Fig. 18 dargestellten belasteten Stellung (maximal vorgegebener Verdrehwinkel
y
in den Druckstellen die Krümmungsradien der Anlage flächen der
Gleitkörper 42 und 46 mit dem Krümmungsradius des Halteringes 98 in den Druckstellen
weitgehend übereinstimmen. In diesen Druckstellen, in denen die größten radialen
Kräfte übertragen werden, ist somit eine flächige Anlage zwischen den Anlageflächen
und der Innenfläche des Halteringes sichergestellt, welche einen übereinstimmenden
Krümmungsradius im Falle des maximalen Verdrehwinkels y aufweisen. Entsprechend
geringer ist die kraftübertragende Fläche zwischen den Gleitkörpern und dem Haltering
einerseits in Ruhestellung (Fig. 15) und andererseits in den zwischen den Druckstellen
liegenden Bereichen, wo die Gleitkörper 44 und 48 unter Last am flach verformten
Haltering 98 anliegen.
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Um die Charakteristik der Kupplung beeinflussen zu können, kann man
an den Klauen radial vorstehende Schrauben oder federbelastete Bolzen anbringen
(vergl. Schrauben bzw.
-
Bolzen 127, 128, 130, 132 der Fig. 1).
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Die Fig. 19 bis 22 zeigen die Anordnung zweier Nadel-Flachkäfige
zwischen je einer Schräg-Fläche und einer Gleit-Fläche.
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Fig. 19 zeigt nur den Gleitkörper 42, in dessen hohlkugeligen Lagerpfannen
96 mit den konzentrischen Drehflächen 94 die Ausgleichskörper 74, 82 schwenkbar
gelagert sind. In Fig. 20 ist der Gleitkörper und die ebene Gleit-Fläche 54 in Aufsicht
gezeigt.
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Gemäß Fig. 21 steht der ebenen Gleit-Fläche 54 des Ausgleichskörpers
82 die ebene Schräg-Fläche 24 gegenüber. Gemäß Fig. 21 liegen jedoch diese Flächen
nicht unmittelbar aneinander an, sondern zwischen ihnen liegt ein Nadelkäfig 206.
In Fig. 22 ist dieser Nadelkäfig 206 in Aufsicht dargestellt. Man erkennt, daß die
Achsen der einzelnen Walzen 224, 226, 228, 230 und 232 des Nadelkäfigs 206 in der
Ebene der einander gegenüberstehenden
Gleit- bzw. Schräg-Flächen
liegen und derart orientiert sind, daß sie zur Richtung der Achse 70 der Kupplung
senkrecht stehen. Diese Anordnung eines Nadelkäfigs 206 hat folgenden Sinn: Wenn
die Antriebswelle und die Abtriebswelle, welche durch die erfindungsgemäße Kupplung
miteinander verbunden sind, einen größeren Winkel-Versatz haben, das heißt, wenn
die Achsen der upplungshälften sich schneiden, so verschieben sich während des Umlaufs
die Kupplungshälften in axialer Richtung zueinander.
-
Diese Verschiebung erfolgt zwischen den aneinander anliegenden ebenen
Gleit-Flächen und Schräg-Flächen. Die Verschiebungen betragen unter Umständen einige
Millimeter. Die erfindungsgemäße Anordnung eines Nadelkäfigs zwischen den Gleit-Flächen
und Schräg-Flächen vermindert die Kraftwirkungen (Längskräfte, Querkräfte) auf die
Welle und erleichtert die Verschiebung der Kupplungshälften zueinander.
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Soll mittels eines zwischen den Gleit- und Schräg-Flächen angeordneten
Nadelkäfigs ein Radialversatz der Wellen ausgeglichen werden, so wird dieser Nadelkäfig
gegenüber der Anordnung der Fig. 22 umd 900 verdreht. Er kann dann radiale Verschiebungen
der Wellen zueinander, welche beim Umlauf auftreten, ausgleichen und gegebenenfalls
auch die radiale Bewegung der Gleitkörper erleichtern.
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Die in den Fig. 1 bis 22 beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen
Kupplungen, bei denen sich die Zwischenräume 34 radial nach außen erweitern und
bei denen sich die inZwischenräumen angeordneten Gleitkörper an einem äußeren Haltering
98 abstützen. Im Rahmen des Erfindungsgedankens ist jedoch auch eine umgekehrte
Anordnung möglich, d.h. die Zwischenräume erweitern sich radial nach innen und die
in den Zwischenräumen angeordneten Gleitkörper stützen sich an einem innerhalb der
Kupplung angeordneten Haltering ab.
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Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Kupplung ist in den Fig. 23
bis 25 dargestellt.
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Wie insbesondere aus dem Vertikalschnitt gemäß Fig. 23 (SchnittlinieXXIII-XXIII
der Fig. 24) und dem Horizontalschnitt gemäß der Schnitt linie XXIV-XXIV zu ersehen
ist, weist die vordere Kupplungshälfte 12 auf ihrer kreisförmigen Kupplungsscheibe
drei gleichmäßig am Umfang verteilte Klauen 370, 372, 374 auf, die axial vorspringen,
wobei zwischen den Klauen Lücken frei bleiben. In diese Lücken greifen entsprechende
Klauen 366, 368, 380 der hinteren Kupplungshälfte 14 ein.
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Einander gegenüberstehende, kraftübertragende Bereiche der Klauen
erweitern sich in radialer Richtung nach innen, bilden die Zwischenräume 334 und
weisen die ebenen Schräg-Flächen 316, 318, 320 der vorderen Kupplungshälfte 12 und
die ebenen Schräg-Flächen 324, 326 und 328 der hinteren Kupplungshälfte 14 auf,
wie sehr deutlich aus Fig. 23 zu ersehen ist. Diese Schräg-Flächen erstrecken sich
jedoch nicht bis zum Außenumfang 144, 146 der Kupplungshälften' sondern gehen in
Radialflächen 333 und 335 über, die sich mit peripherem Abstand gegenüberstehen
und die zur Begrenzung des Elastizitätsbereichs der Kupplung dienen. Die radiale
Länge der Radialflächen 333, 335 beträgt jeweils ungefähr 1/3 bis 1/5 der radialen
Dicke der Klauen.
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Wie weiter aus Fig. 23 zu ersehen ist, sind die Klauen in Form von
Kreisring-Sektoren ausgebildet. Hierbei ist zwischen jenen Bereichen der Klauen,
die keine Schräg-Flächen aufweisen, jeweils eine radial verlaufende Lücke 351 angeordnet,
deren Weite ungefähr gleich ist dem peripheren Abstand der Radialflächen 333 und335.
-
In den Zwischenräumen 334 sind die Gleitkörper 342, 344 und 346 angeordnet,
deren Querschnitt etwa dreieckförmig ausgebildet sein kann. In peripher benachbarten
Flächen jedes dieser Gleitkörper sind jeweils Elohlkugelige Lager.pfannen 96 vorgesehen,
kugelkalot$enförmige,
z.B.
-
in denen jeweils L halbkugelige Ausgleichskörper 74, 76, 78, 82, 84,
86 allseitig schwenkbar gelagert sind. Hierbei weisen die Äusgleichskörper 74, 76,
78 jeweils eine ebene Gleit-Fläche 352,' 356 bzw. 360 auf, die jeweils an einer
ebenen Schräg-Fläche 316, 318 bzw. 320 anliegt. Die in peripher entgegengesetzter
Richtung orientierten Ausgleichskörper 82, 84, 86 weisen jeweils eine ebene Gleit-Fläche
354, 358 bzw. 362 auf, die jeweils an einer ebenen Schräg-Fläche 324, 326 bzw. 328
anliegt. Hierbei ragen die Ausgleichskörper so weit aus den Gleitkörpern heraus,
daß bei der Schwenkbewegung der Ausgleichskörper eine Berührung zwischen den Klauen
und den Gleitkörpern ausgeschlossen ist.
-
Innerhalb der Klauen ist der elastisch verformbare, ringzylindrische
Haltering 398 angeordnet und bildet das radialfedernde Lager für die Gleitkörper.
An diesem stützen sich die Gleitkörper 342, 344 und 346 mit einer Dreieckseite ab,
wobei der äußere Durchmesser des halteringes 398 so gewählt ist, daß bei unbelasteter
Kupplung die Gleitkörper derart in die Zwischenräume 33X«gedrückt sind, daß die
Gleit-Flächen an den Schräg-Flächen anliegen.
-
Die Radien r4 der Anlageflächen 182, 184, 186, mit denen die Gleitkörper
342, 344, 346 am Haltering 398 bei unbelasteter Kupplung anliegen, sind jeweils
größer als der5adius r3 des r3 Halterings. Übereinstimmung dieser Radien r3, r4
ist erst bei belasteter Kupplung im Bereich der Gleitkörper vorhanden, bei welcher
der Haltering 398 elastisch verformt ist (vergl.Fig.25).
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Auf diese Weise wird erreicht, daß die Flächenpressung zwischen Haltering
und Gleitkörpern im Belastungszustand gering ist.
-
Der Haltering 398 wird in axialer Richtung zwischen den beiden Kupplungsscheiben
geführt, wie deutlich aus Fig. 25 zu erkennen ist.
-
Um die Dämpfungscharakteristik der vorliegenden Kupplung verstellen
zu können, ist jeweils eineradial verlaufende Schraube 327, 328 bzw. 330 an jeweils
einer Klaue 366, 368 bzw.
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380 (und/oder 370, 372, 374) im Bereich zwischen den Gleitkörpern
in der Nähe der Lücken 351 angeordnet. Diese Schrauben 327, 328, 330 ragen in radialer
Richtung in den Innenraum der Kupplung und bilden so einen Anschlag für den Haltering
bei seiner elastischen Verformung. Durch Verstellen der Schrauben kann die Charakteristik
der Kupplung beeinflußt-werden. Anstelle der Schrauben können auch federbeaufschlagte
Bolzen verwendet werden.
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Wird während des Betriebs ein Drehmoment von der vorderen Kupplungshälfte
12 in Richtung des Pfeiles 32 auf die hintere Kupplungshälfte 14 übertragen, so
werden die Gleitkörper 342, 344, 346 gegen den elastischen Widerstand des Halteringes
398 nach innen gedrückt, wobei sich der Haltering elastisch verformt (vergl. Fig.
26). Hierbei wird der periphere Abstand zwischen den Klauen 366 und 370 bzw. 368
und 372 bzw. 380 und 374 geringer, wogegen sich der periphere Abstand zwischen den
Klauen 370 und 368 bzw. 372 und 380 bzw. 374 und 366 vergrößert, d.h. die beiden
Kupplungshälften werden gegeneinander verdreht.
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Diese Verdrehung kann so weit fortschreiten, bis die Radialflächen
333 und 335 aneinander anliegen.. Die Kupplung wird dann drehsteif,.
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In vorliegendem Ausführungsbeispiel sind die Ausgleichskörper in den
Gleitkörpern gelagert und die ebenen Gleit-Flächen sind an den Ausgleichskörpern
ausgebildet. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, daß die Gleitkörper jeweils
ein dreieckigförmiges Profil aufweisen. Wesentlich ist lediglich, daß jeder Gleitkörper
eine ausreichende Anlagefläche am Haltering sowie eine ausreichende Lagermöglichkeit
für die halbkugeligen Ausgleichskörper aufweist. Der Einfachheit halber wird man
den Gleitkörper meistens mit dreieckförmigem Profil ausbilden.
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Anstatt die Ausgleichskörper in den Gleitkörpern anzuordnen, können
diese auch in den Klauen vorgesehen sein. Die Gleitkörper'sind dann mit den ebenen
Gleit-Flächen versehen. Auch ist eineAnordnung gemäß Fig. 4 möglich, bei der sowohl
die Gleitkörper als auch die Klauen mit Ausgleichskörpern versehen sind.
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Schließlich können auch Kupplungen mit einem Aufbau gemäß den Fig.
1 bis 22 mit einem innenliegenden Haltering versehen werden, falls die Ausbildung
der Zwischenraumc 34 entsprechend den vorstehenden Ausführungen abgeändert wird.
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In Fig. 25 ist noch eine Möglichkeit gezeigt, wie der Innenraum der
Kupplung abgedichtet werden kann, um Staub und Schmutz von den Gleit-Flächen und
Schräg-Flächen fernzuhalten. Hierzu sind die beiden Kupplungshälften 12, 14 von
einem ringzylindrischen Faltenbalg 246 aus einem elastischen Material wie Gummi
oder Kunststoffumgeben. An den Enden weist dieser Faltenbalg radial verlaufende
Flansche 248 auf, die jeweils durch einen Spannring 250 an den Naben der Kupplung
befestigt sind. Diese Art von Abdichtung kann auch bei den anderen vorbeschriebenen
Kupplungen verwendet werden.
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Für die Dimensionierung der erfindungsgemäßen Kupplungen gelten folgende
Richtwerte: Die Größe der Gleit-Flächen und somit die Größe der halbkugeligen Ausgleichskörper
ist durch +) kugelkaolottenförmigen, z.B.
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das zu übertragende Drehmoment und durch die zulässige Flächenpressung
zwischen den Gleit-Flächen und den Schräg-Flächen festgelegt. Bestehen die Gleit-Flächen
und die Schräg-Flächen aus gehärtetem Stahl, so ist eine Flächenpressung bis 2 10
000 kp/cm zulässig. Die Dicke der Kupplungsscheiben bzw. die axiale Länge der Klauen
wird so gewählt, daß die Lagerpfannen 96 für die Ausgleichskörper eingearbeitet
werden können. Entsprechendes gilt auch bei einer Lagerung der Ausgleichskörper
in den Gleitkörpern.
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Die Querschnitte der Gleitkörper sind so zu wählen, daß ausreichende
Scherfestigkeit bzw. Druckfestigkeit gegeben ist.
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Die Anzahl der Gleitkörper ist auf den jeweiligen Anwendungsfall der
Kupplung abgestimmt. So wird man für den Aufbau einer kompakten Kupplung hoher Übertragungsleistung
die höchstmögliche Anzahl von Gleitkörpern verwenden; dasselbe gilt auch für Kupplungen,
die einen großen Winkelversatz oder Wellenversatz ausgleichen müssen.
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Der öffnungswinkel des Zwischenraums zwischen einander zugeordneten
Schräg-Flächen der beiden Kupplungshälften bei unbelasteter Kupplung ist so zu wählen,
daß eine Radialbewegung des Gleitkörpers bei einer gegenseitigen Verdrehung der
beiden Kupplungshälften möglich ist. Hierbei kann durch die Wahl dieses öffnungswinkels
die Elastizität der Kupplung beeinflußt werden. Bei einem kleinen öffnungswinkel
(etwa 300) ist die Elastizität der Kupplung gering, bei einem großen öffnungswinkel
(etwa 1300) ist die Elastizität sehr groß.
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Für die üblichen Anforderungen des Maschinenbaues ist ein mittlerer
öffnungswinkel zwischen 60P und 900 ausreichend.
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Die Halte ringe sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt mit einer
Wandstärke, die die geforderte elastische Verformung zuläßt. Erforderlichenfalls
kann ein Haltering auch aus mehreren Ringen mit verschiedenem Durchmesser aufgebaut
sein. Hierzu sind die Ringe konzentrisch, fest oder lose, ineinandergeschoben.
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Bezugszeichenliste Vordere bzw. hintere Kupplungshälfte 12 bzw. 14
ebene Schräg-Fläche (von 12) 16, 18, 20, 22, 316, 318, 320 ebene Schräg-Fläche (von
14) 24, 26, 28, 30, 324, 326, 328 Kraftübertragungsrichtung 32 Zwischenraum 34,
334 Gleitkörper 42, 44, 46, 48, 342, 344, 346 radial federndes Lager 50 ebene Gleit-Fläche
52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 352, 356, 360, 354, 358, 362, Achse der Kupplung
70 Drehpunkt 72 Stirnseite 73 Ausgleichskörper 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 274,
282 konzentrische Drehfläche 94 hohlkugelige Lagerpfanne 96 Haltering 98, 398 Führungswulst
99, 101 Drehrichtung 100 Bohrung 102 bzw. 104 Führungsfläche 103, 105 Ausnehmung
106 V-Fläche 111 113, 115, 311 Gegenfläche 112, 114, 116, 312 Abdeckung 118, 120
Ringspalt 122 Schraube .127, 128, 130, 327, 328, 330
Bolzen, federbeaufschlagt
132 Radialebene 134 Radialfläche 133, 135, 333, 335 Bruchlinle 140 innere Spitze
t42 Außenumfang 144, 146 Kanten 148, 150 Klauen von 14 166, 168, 180, 178, 366,
368, 380 Klauen von 12 170, 172, 174, 370, 372, 374 Anlagefläche 182, 184, 186,
187 Doppelpfeil 188 Spalt 190, 192 Schlitz 194, 196, 197, 198 Einsteckteil 200 Arretierschraube
204 Tellerfeder 205 Nadelkäfig 206 Pfeil 220, 222 Walze 224, 226, 228, 230, 232
Vorsprung 240 Vertiefung 242 Faltenbalg 246 Flansch 248 Spannring 250
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