DE3132533C2 - Elastic coupling element for backlash-free, torsionally rigid connection of two mutually offset rotating shafts - Google Patents
Elastic coupling element for backlash-free, torsionally rigid connection of two mutually offset rotating shaftsInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Kupplungs element zur spielfreien, drehsteifen Verbindung zweier gegeneinander versetzter rotierender Wellen mit zwei vorzugsweise um 90 ° gegeneinander versetzten kastenförmigen elastischen Schubelementen, deren Wände parallelogrammartig gegeneinander verschoben werden können. Die Schubelemente sind einstückig, vorzugsweise aus faserverstärkten Werkstoffen in Laminatform, hergestellt, wobei die gelenkigen Verbindungen (Quasi-Gelenke 6) zwischen den Kastenwänden (3, 4, 5) durch jeweils eine Verjüngung des Schubelementmaterials im Verbindungsbereich erzeugt sind. Der Raumbedarf für die Kupplungselemente kann dadurch verringert werden, daß die beiden kastenförmigen Schubelemente ineinander verschachtelt sind, so daß eine Wand eines jeden Schubelementes durch den Innenraum des jeweilig anderen Schubelementes hindurchragt. Die inneren Kastenwände (4 ↓1ΔΔ, 4 ↓2ΔΔ) dieses Kupplungselementes sind vorzugsweise als torsionssteifer Kasten (14) ausgebildet, an dem die anderen Wände des Kupplungselementes über die Quasi-Gelenke (6ΔΔ) angelenkt sind.The invention relates to an elastic coupling element for backlash-free, torsionally rigid connection of two mutually offset rotating shafts with two box-shaped elastic thrust elements, preferably offset by 90 ° against each other, the walls of which can be shifted against each other in a parallelogram-like manner. The pusher elements are made in one piece, preferably from fiber-reinforced materials in laminate form, the articulated connections (quasi-articulations 6) between the box walls (3, 4, 5) being produced by each tapering of the pusher element material in the connection area. The space requirement for the coupling elements can be reduced in that the two box-shaped pushing elements are nested in one another, so that a wall of each pushing element protrudes through the interior of the respective other pushing element. The inner box walls (4 ↓ 1ΔΔ, 4 ↓ 2ΔΔ) of this coupling element are preferably designed as a torsionally rigid box (14) to which the other walls of the coupling element are articulated via the quasi-joints (6ΔΔ).
Description
zweier achsparallel versetzter Wellen;two axially parallel offset shafts;
Fig. 2 einen Teilausschnitt aus Fig. 1 zur Darstellung der gelenkigen Verbindung bei den Schubelementen; FIG. 2 shows a partial section from FIG. 1 for illustration the articulated connection with the thrust elements;
F i g. 3 eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Kupplungselementes gemäß der Erfindung zur drehsteifen Verbindung zweier winkelig versetzter Wellen;F i g. 3 is a schematic perspective illustration of a second embodiment of a coupling element according to the invention for the torsionally rigid connection of two angularly offset shafts;
Fig.4 eine Seitenansicht des Kupplungse&mentes gemäß F i g. 3.Fig. 4 is a side view of the coupling element according to FIG. 3.
In den Figuren sind für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet, die für das zweite Ausführungsbeispiel entsprechend den F i g. 3 und 4 mit einem Strich (') versehen sind.In the figures, the same reference symbols are used for the same elements used, which for the second embodiment according to FIGS. 3 and 4 with a single line (') are provided.
Ein Kupplungselement 1 gemäß F i g. 1 weist zwei kastenförmige Schubelemente 2i und 22 gleicher Konstruktion auf. Jedes Schubelement besteht aus zwei gegenüberliegenden und parallel ausgerichteten rechtekkigen bzw. quadratischen Kastenwänden 3 und 4, die an jeweils gegenüberliegenden Kanten durch Schubstege S über Quasi-Gelenke 6 miteinander verbunden sind. Die Anordnung des weiteren Quasi-Gelenkes in jedem Schubsteg 5 ist hierbei zur zeichnerischen Vereinfachung nicht dargestellt. Die Kastenwände 3 und 4 sind in sich starre Platten aus faserverstärkten Werkstoffen in Laminatform, z. B. aus miteinander verklebten und ausgehärteten Glasfasermatten. Die Schubstege 5 sind ebenfalls in sich starr und, wie in F i g. 2 gezeigt, in Art eines Sandwiches aufgebaut. Dieses Sandwich besteht aus zwei äußeren Laminatflächen, zwischen denen ein Schaumstoffkern 7 eingelagert ist. Selbstverständlich können auch die Kastenwände 3 und 4 in Sandwich-Konstruktion aufgebaut werden. Die Schubelemente sind ein einheitliches Bauteil, wobei die Quasi-Gelenke 6, die jeweils in zwei gegenüberliegenden Kanten der Kastenwände 3 und 4 liegen, durch eine Materialverjüngung des Laminatwerkstoffes erzeugt sind, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist. Diese Quasi-Gelenke ermöglichen eine Verschwenkung der Schubstege 5 um die Kamen der Kastenwände 3 bzw. 4 in einem begrenzten Winkelbcreich, wie dies in F i g. 2 durch den Doppclpfeil angedeutet ist.A coupling element 1 according to FIG. 1 has two box-shaped push elements 2i and 2 2 of the same construction. Each push element consists of two opposite and parallel aligned rectangular or square box walls 3 and 4, which are connected to each other on opposite edges by push webs S via quasi-joints 6. The arrangement of the further quasi-joint in each push web 5 is not shown here to simplify the drawing. The box walls 3 and 4 are rigid panels made of fiber-reinforced materials in laminate form, for. B. from glued together and cured fiberglass mats. The push webs 5 are also inherently rigid and, as in FIG. 2, constructed in the manner of a sandwich. This sandwich consists of two outer laminate surfaces, between which a foam core 7 is embedded. Of course, the box walls 3 and 4 can also have a sandwich construction. The pusher elements are a unitary component, the quasi-joints 6, which each lie in two opposite edges of the box walls 3 and 4, are produced by tapering the laminate material, as shown in FIG. 2 is shown. These quasi-joints enable the push webs 5 to be pivoted around the edges of the box walls 3 and 4 in a limited angular range, as shown in FIG. 2 is indicated by the double arrow.
Die einander gegenüberliegenden Kastenwände 4 der beiden Schubelemente 2i und 2? sind miteinander verbunden, und zwar in diesem Falle mit Hilfe einer torsionssteifen Basisplatte 8 ebenfalls aus einem faserverstärkten Werkstoff in Laminatform. Diese Basisplatte ist auf beiden Seiten mit den Kastenwänden 4 der beiden Schubelemente verklebt. Mit den beiden äußeren Kastenwänden 3 des Kupplungselementes sind z. B. über einen Flansch 9 zwei Wellen 1Oi bzw. 1O2 verbunden.The opposing box walls 4 of the two pushing elements 2i and 2? are connected to one another, in this case with the aid of a torsionally rigid base plate 8, also made of a fiber-reinforced material in laminate form. This base plate is glued to the box walls 4 of the two pushing elements on both sides. With the two outer box walls 3 of the coupling element z. B. via a flange 9, two shafts 1Oi or 1O 2 connected.
Bei einer Drehung der beiden Wellen 10i und IO2 um ihre jeweiligen Achsen 11t bzw. II2 wird der Achs versatz in zwei senkrecht aufeinander stehende Längsbewegungen umgesetzt. Bei der Drehbewegung verzerren sich die beiden kastenförmigen Kupplungselemente in wechselnden Richtungen, wobei diese Verzerrung parallelogrammartig um die Quasi-Gelenke 6 erfolgt. Die Quasi-Gelenke beider Schubelemente werden dabei pro Umdrehung je einmal auf» und zugebogen. Die Basis- bzw. Zwischenplatte 8 bewegt sich dann auf einem Kreis, dessen Durchmesser dem Achsversatz .1 entspricht. When the two shafts 10i and IO2 are rotated their respective axes 11t and II2 will be the axis offset implemented in two mutually perpendicular longitudinal movements. Distort when turning the two box-shaped coupling elements in alternating directions, this distortion like a parallelogram takes place around the quasi-joints 6. The quasi-joints of both thrust elements are thereby bent open and closed once per revolution. The base or intermediate plate 8 then moves on a Circle, the diameter of which corresponds to the offset .1.
Anstatt zwei separate Schubelemente 2| und 22 herzustellen, die mit einer Basis- bzw. Zwischenplattc 8 verbunden sind, ist es mödich, die Schubelemente ausgehend von dieser Basisprattc 8 auszubilden, so daß das ganze Kupplungselement einstückig gefertigt wird. Die Zwischenplatte sollte möglichst groß, torsionssteif und gleichzeitig von geringem Gewicht sein. Hierfür eignet sich eine Sandwich-Konstruktion, wie dieses für die Schubstege 5 in F i g. 2 dargestellt worden ist An dieser Zwischenplatte sind dann direkt die um die Quasi-Gelenke 6 schwenkbaren Schubstege 5 angeschlossen. Die Dicke der Quasi-Gelenke muß in der Nähe der Anschlüsse im Bereich der Zwischcnplatte so ausgelegt sein, daß die gewünschte Umfangskraft als Schub übertragen werden kann und daß dieser Bereich biegsam bleibt. Mit dem verwendeten Faserwerkstoff kann dieses ohne weiteres erreicht werden, da er eine hohe Schubfestigkeit, gleichzeitig aber einen kleinen Elastizitätsmodul bei ausreichender Biegefestigkeit aufweist Als Werkstoff kann z. B. ein Glasfaserlaminat mit einer Faserorientierung von ±45° verwendet werden.Instead of two separate push elements 2 | and 22 to manufacture, which are connected to a base or intermediate plate 8, it is possible to start with the thrust elements to form from this Basisprattc 8, so that the entire coupling element is made in one piece. the The intermediate plate should be as large as possible, torsionally stiff and at the same time light in weight. Suitable for this a sandwich construction, like this one for the push webs 5 in FIG. 2 has been shown at this The shear webs 5, which can pivot about the quasi-joints 6, are then connected directly to the intermediate plate. the The thickness of the quasi-joints must be designed in the vicinity of the connections in the area of the intermediate plate be that the desired circumferential force can be transmitted as thrust and that this area is flexible remain. This can easily be achieved with the fiber material used, since it has a high Shear strength, but at the same time has a small modulus of elasticity with sufficient flexural strength As a material, for. B. a glass fiber laminate with a fiber orientation of ± 45 ° can be used.
Die äußeren Kastenwände 3, an denen die achsversetzten Wellen lOi und IO2 angeschlossen sind, benötigen keine besondere Torsionssteifigkeit, sie müssen nur gegen lokale Instabilität genügend V-rgesteif dimensioniert werden.The outer box walls 3, to which the axially offset shafts IOi and IO2 are connected, need no special torsional stiffness, they just have to be dimensioned sufficiently rigid to withstand local instability will.
In den Fig. 3 und 4 ist ein Kupplungselement Γ dargestellt, mit dem zwei winkelig gegeneinander verlaufende Achsen 10t' bzw. IO2' drehsteif miteinander verbunden werden können. Die Achsen 111' und II2' schließen hierbei den in F i g. 4 gezeigten Winkel vein.3 and 4 is a coupling element Γ shown, with the two axes 10t 'and IO2' running at an angle to one another in a torsionally rigid manner can be connected. The axes 111 'and II2' include the in FIG. 4 angle shown.
Das Kupplungselement Γ besteht wiederum aus zwei kastenförmigen Schubelementen 2|' und 1{, die um 90° gegeneinander versetzt sind und mit ibren den Wellen jeweils abgewandten Kastenwänden miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt in diesem Fall direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Zwischenplatte. The coupling element Γ in turn consists of two box-shaped push elements 2 | ' and 1 {, which are offset from one another by 90 ° and are connected to one another by means of the respective box walls facing away from the shafts. In this case, the connection is made directly, ie without the interposition of an intermediate plate.
Die mit den Kastenwänden über Quasi-Gelenke 6' verbundenen Schubstege 5' der beiden Schubelemente
weisen jeweils noch ein weiteres Quasi-Gelenk 12 auf, welches wie die Quasi-Gelenke 6' durch eine Materialverjüngung
erzeugt ist. Das zusätzliche Quasi-Gelenk 12 liegt etwa in der Mitte der Schubstege 5' und verläuft
parallel zu den anderen Quasi-Gelenken 6'. Konstruktion
der Kastenelemente und der Schubstege bei diesem Kupplungselement sind im Prinzip ähnlich wie bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 und 2.
Wie aus F i g. 4 hervorgeht, wird bei der dort gezeigten Knickstellung der Welle 1OY nach »unten« der untere
Schubsteg 5' des zweiten Schubelementes "l-ΐ im
Bereich des zusätzlichen Quasi-Gelenkes 12 stark abgewinkelt, während das Quasi-Gelenk 12 im »oberen«
Schubsteg nur schwach abgewinkelt ist.The thrust webs 5 'of the two thrust elements connected to the box walls via quasi-joints 6' each have a further quasi-joint 12 which, like the quasi-joints 6 ', is produced by a material taper. The additional quasi-joint 12 lies approximately in the middle of the push webs 5 'and runs parallel to the other quasi-joints 6'. The construction of the box elements and the push webs in this coupling element are in principle similar to that in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 4, in the bent position of the shaft 10Y shown there, the lower push web 5 'of the second push element "l-ΐ is strongly angled in the area of the additional quasi-hinge 12, while the quasi-hinge 12 in the" upper "push web is only slightly angled.
Die Kastenwände dieses Schubelementes schließen hierbei einen Winkel ein, der dem Winkel γ zwischen den beiden Achsrichtungen entspricht. Bei einer Drehbewegung werden die Schubelemente 2|' und 2{ abwechselnd deformiert, so daß die zusätzlichen Quasi-Gelenke während einer Umdrehung der Wellen je einmal auf- und zugebogen werden.The box walls of this push element enclose an angle which corresponds to the angle γ between the two axial directions. In the event of a rotary movement, the thrust elements 2 | ' and 2 { deformed alternately, so that the additional quasi-joints are each bent open and closed once during one revolution of the shafts.
Mit einem soichen Kupplungselement können auch Drehbewegungen zwischen winkeligen Wellen übertragen werden, deren Achsen sich nicht schneiden.With such a coupling element, rotary movements can also be transmitted between angular shafts whose axes do not intersect.
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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