DE3132877A1

DE3132877A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE3132877A1
Application number: DE19813132877
Authority: DE
Inventors: Alan Joseph Hannibal; Charles Howard 16415 Fairview Pa. Parr
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1980-08-25
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2488957A1; US4391594A; CA1162408A; BR8105387A; GB2082730A; JPS5773229A; IT8149164A0; GB2082730B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Sie bezieht sich insbesondere auf eine leichte zusammengesetzte Kupplung, die in der Lage ist, hohe Torsionslasten zu übertragen, während sie gleichzeitig in der Lage ist, eine Anpassung an eine relativ große winkelmäßige und axiale Fehlausrichtung benachbarter "Wellen zu gestatten.

Die grundlegenden Anforderungen an jede Verbindung, die· verwendet wird, um benachbarte Wellen miteinander zu kuppeln, umfr.ssen eine geeignete Drehinoment-Übertraguncsiähigkelt für den speziellen Anwendungsfall und eine ausreichende Flexibilität, um wenigstens eine begrenzte winkelmäßige und axiale Fehlausrichtung zwischen den miteinander zu verbindenden Wellen zu gestatten. Bei dem Bemühen, eine Kombination von torsionsmäßiger Steifheit und winkelmäßiger und axialer Flexibilität zu erzielen, wurde bei vielen früheren Kupplungen die Stärke der starren metallischen Glieder, Lager, Getriebezähne und ähnlicher Organe vermindert, um eine größere Nachgiebigkeit und.somit eine verbesserte Flexibilität zu erzielen. Hohe Fabrikationskosten und die unvermeidliche Abnutzung, die durch den konstanten rollenden oder gleitenden Kontakt der Teile in solchen Kupplungen erzeugt wird, vermindern Jedoch ihre Nützlichkeit und ihre Kostenwirksamkeit. Darüber hinaus hat es sich herausgestellt, daß dort, wo gleitende Teile beteiligt sind, eine Konzentrizität zwischen der treibenden und angetriebenen Welle schwierig aufrechtzuerhalten ist aufgrund des zwischen den Teilen erforderlichen Spieles, wodurch die Nützlichkeit in vielen Anwendungsfällen weiter reduziert wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible Kupplung mit geringem Gewicht anzugeben, die in der

Lage ist, ein hohes Drehmoment zu übertragen, während sie gleichzeitig eine Anpassung an eine axiale und winkelmäßige Fehiausrichtung zwischen den miteinander zu verbindenden Wellen gestattet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kupplung sind den abhängigen Unteransprüchen entnehmbar.

Die jüngste Entwicklung von Kompositen, die aus mehreren Fasersträngen bestehen, welche mit einem Grundmaterial imprägniert oder beschichtet sind, ist von besonderer Bedeutung'bei dem Aufbau von Universalverbindungen und flexiblen Kupplungen. In diesem Zusammenhang sei auf die US-Patentschriften 3 977 273 und h 116 018 verwiesen. Durch Eliminieren von dünnen flexiblen Hetallgliedern bei bekannten Verbindungen und durch Verwendung einer Schicht oder von Schichten aus Kompositmaterial wird eine leichte flexible Verbindung durch die vorliegende Erfindung erzielt, die torsionsmäßig steif ist und zur gleichen Zeit in der Lage ist, eine sehr viel höhere winkelmäßige und axiale Fehlausrichtung als die bekannten Verbindungen auszugleichen.

Die vorliegende flexible Kupplung umfaßt einen äußeren Verstärkungsring zwischen einem Paar von Hülsen oder Platten von geringerem Durchmesser, von denen jede eine zentrale Bohrung oder einen Wellenansatz aufweist, die bzw. der konzentrisch zu jeder Seite des Verstärkungsringes angeordnet ist. Ein länglicher Faserstrang oder ein Faserbündel, der bzw. das mit einem flexiblen Grundmaterial wie beispielsweise Naturgummi oder Urethan beschichtet oder imprägniert ist, wird kontinuierlich von einer Stelle tangential zu der zentralen Bohrung bzw. der Welle einer Hülse zu der Außenfläche des Verstärkungsringes und

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sodann zu einer entsprechenden Stelle auf der anderen Hülse entlang einer geodätischen Wegstrecke gewickelt. Wie weiter unten noch zu beschreiben sein wird, dient das Wickeln des kontinuierlichen Faserstranges bzw. Bündels der Bildung mehrerer einzelner Fasern oder Stränge. Da die einzige Verbindung zwischen den Hülsen durch ihre Befestigung mit den Fasern geschieht, wird ein Drehmoment von der Antriebswelle direkt über die Fasern zu der angetriebenen Welle übertragen, wobei jede Faser auf Dehnung beansprucht wird. Das flexible Grundmaterial, mit dem die Fasern imprägniert oder beschichtet sind, gestattet benachbarten Fasern eine winkelmäßige und axiale Bewegung in bezug aufeinander, um eine Anpassung an eine winkelmäßige und axiale Fehlausrichtung zwischen Antriebswelle und angetriebener Welle herbeizuführen. Wie weiter unten noch in Einzelheiten erläutert wird, kann die Anzahl und Ausgestaltung des Verstärkungsringes bzw. der Verstärkungsringe geändert Werden, um die gewünschte Leistung zu erzielen und es können verschiedene Mittel angewendet werden, um die Verankerung der Fasern mit den Hülsen oder Platten auf jeder Seite des Verstärkungsringes zu verbessern.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der zusammengesetzten Kupplung gemäß der Erfindung;

Fig. 2A einen Querschnitt entlang der Linie 2A-2A in Fig. 1; Fig. 2B einen Querschnitt entlang der Linie 2B-2B in Fig. Ij

• φ W te
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Fig. 3 eine teilweise perspektivische Ansicht der Kupplung zur ■ Veranschaulichung der Wicklung des Fasermaterials von einer Seite der Kupplung auf die andere Seite;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines anderen Ausführungsbeispieles der Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung mit mehreren Verstärkungsringen;

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Paar von Kupplungen gemäß der vorliegenden Erfindung, die über eine Welle durch einen kontinuierlichen Wickelvorgang verbunden sind;

Fig. 6 eine Vorderansicht eines anderen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Kupplung;

Fig. 7 "einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6 zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispieles der _: Faser-Verankerungseinrichtung gemäß der vorliegenden. Erfindung;

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine andere Art von Faser-Verankerungseinrichtung für das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6;

Fig. 9 eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Kupplung mit einer v/eiteren Art von Faser-Verankerungseinrichtung;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 10-10 in Fig. 9;

Pig. 11 eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Kupplung; und

Fig. 12 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in Fig. 11.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1, 2A und 2B wird ein. Ausführungsbeispiel der zusammengesetzten Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei diese allgemein mit der Bezugsziffer 11 versehen ist. Die Kupplung 11 umfaßt ein Paar von Hülsen 13 und 14, die im Abstand zueinander und konzentrisch zueinander durch einen entfernbaren Kern 15 gehalten werden. Jede Hülse 13 und 14 umfaßt einen nicht-achsensymmetrischen Wellenansatz 17 mit einem im wesentlichen kreisförmigen Flansch 19» der mit einem Ende der Hülse verbunden ist und in dem mehrere Bohrungen 21 in Abständen angebracht sind, um den Flansch mit einer nicht dargestellten Welle zu kuppeln. Die Welle 17 der Hülsen 13 und 14 weist vorzugsweise einen hexagonalen Querschnitt auf, wie dies aus Fig. 2B hervorgeht, wobei aber auch andere nicht-achsensymmetrische Querschnitte aus Gründen verwendet v/erden können, die aus der weiteren Beschreibung hervorgehen. Ferner müssen die Hülsen 13 und 14 keinen Flansch 19 für die Befestigung einer Antriebswelle oder einer Lastwelle aufweisen, wenn in einem speziellen Anwendungsfall eine Keil- oder Keilnutverbindung zwischen den Hülsen 13 und 14 und den Wellen bevorzugt wird.

Ein Verstärkungsring 23 von größerem Durchmesser gegenüber den Hülsen 13 und 14 ist zwischen den Hülsen 13 und 14 angeordnet und wird durch die Außenkante des Kernes 15 an Ort und Stelle . gehalten. Der Verstärkungsring 23 und die Hülsen 13 und 14 sind

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vorzugsweise aus Leichtmetall oder aus einem Graphit/Epoxyd-Gemisch, das eine ausreichende Druckfestigkeit aufweist, um den Kräften zu widerstehen, die durch das Drehmoment bei der Anwendung als Kupplung 11 aufgebracht werden. An dieser Stelle sei vermerkt, daß vor der Bildung der weiter unten erläuterten Kupplung 11 keine direkte Verbindung zwischen den Hülsen 13 und 14 weder untereinander noch mit dem Verstärkungsring 23 mit Ausnahme über den Kern 15 besteht, der später entfernt wird. Eine Relativbewegung der Hülsen "13 und 14 und somit der Wellen, mit denen sie verbunden sind, ist somit vollständig von den hinzugefügten Verbindungsmitteln abhängig.

Gemäß den Fig. 2A und 3 sind die Verbindungsmittel zur Bildung der Kupplung 11 dargestellt. Ein kontinuierlicher Faserstrang hoher Dehnfestigkeit, wie beispielsweise aus Graphit, Aramid, Glas oder einem geeigneten Äquivalent wird entlang einer im wesentlichen geodätischen Wegstrecke von einem Punkt tangential zu der Welle 17 der Hülse 13 zu und über die Außenfläche des Verstärkungsringes 23 und sodann zu einem entsprechenden Punkt tangential zu der Welle 17 der Hülse 14 auf der gegenüberliegenden Seite des Verstärkungsringes 23 gewickelt. Gemäß Fig. 3 sind Sehnen von dem Zentrum 28 der Welle 17 zu den Punkten eingezeichnet, an denen die Faser die Kanten des Verstärkungsringes 23 berührt, wobei diese einen Winkel θ mit der Faser auf jeder Seite der Kupplung 11 einschließen. Die folgende Beziehung gilt beim Wickeln der kontinuierlichen Faser entlang der geodätischen bzw. der kürzesten Wegstrecke zwischen den Wellen 17 der Hülsen 13 und 14:

Sin β = r/R

Hierin bedeuten:

r = Radius der Hülsenwellen

R = Radius vom Zentrum der Hülsenwelle zu dem Verstärkungsring.

Die Bedeutung des Wickeins der Faser entlang der kürzesten bzw. geodätischen Wegstrecke zwischen den Wellen 17 der Hülsen 13 und 14 liegt darin, daß das Anlegen einer Torsionskraft im Uhrzeigersinn beispielsweise augenblicklich durch- die Dehnungsfestigkeit und den Modul von im wesentlichen einer Hälfte der Fasern aufgenommen wird. Die gleiche Drehmoment-Übertragungsfähigkeit wird bei einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn der Kupplung 11 erzielt, wobei die andere Hälfte der Fasern, die die Kupplung 11 bilden, auf Dehnung beansprucht werden. Wenn die Faser nicht der geodätischen Wegstrecke folgt, wird beim Anlegen eines Drehmomentes ein gewisses Maß an Schlupf bzw. ein Recken der Faser verursacht, da sie nicht mechanisch mit dem Verstärkungsring 23 verbunden ist. Dies würde zu einer unerwünschten Torsionsnachgiebigkeit der Kupplung 11 und zu unerwünschten Beanspruchungen in der zusammengesetzten Struktur führen. Da die einzige Verbindung zwischen den Hülsen 13 und 14 durch die Faser vorgegeben ist, wird das gesamte durch die Antriebswelle zugeführte Drehmoment direkt über die Faser zu der angetriebenen Welle übertragen und es muß eine ausreichende Torsionsfestigkeit vorgegeben sein, um in einem gegebenen Anwendungsfall ein maximales Drehmoment aufzunehmen.

Bei der Bildung der vollständieen Kupplung 11 wird die kontinuierliche Länge der Faser zuerst mit einem flexiblen Grundmaterial wie beispielsweise Naturgummi oder Urethan beschichtet

oder Imprägniert und sodann entlang der Oberfläche des Kernes 15 in einem geodätischen Verlauf gewickelt, wobei dies, wie zuvor erläutert, von der Hülse 13 zu dem Verstärkungsring 23 und sodann zu der Hülse 14 erfolgt. Zum Zwecke der Erläuterung wird jede aufeinanderfolgende Wicklung der Faser als Einzelwicklung 27 betrachtet. Nachdem ein Wickelvorgang vervollständigt ist, werden aufeinanderfolgende Lagen von Wicklungen 27 unmittelbar nebeneinander abgelegt, um teilweise oder vollständig eine. Membran 29 auf jeder Seite des Verstärkungsringes 23 zu bilden, deren Dicke .von dem Verstärkungsring 23 zu den Hülsen 13 und 14 anwächst.

In dem Ausführuiigsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2A werden die Wellen 17 -der Hülsen■13■und 14 mit mehreren Wicklungen 27 umwickelt, dfe Seite an Seite bei jedem Wickelvorgang abgelegt werden. Es hat sich herausgestellt, daß beim Anlegen eines Drehmomentes an die Kupplung 11 eine Einrichtung zum Verankern der Wicklungen 27 vorgesehen sein muß, um einen Schlupf oder ein

Abv/ickeln zu vermeiden. Dies st in vielen bekannten Konstruktionen ein Problem gewesen. Die vorliegende Erfindung sieht verschiedene Verankerungseinrichtungen vor, um diesen Nachteil bestehender Kupplungen und Universalverbindungen in der unten erläuterten Weise zu vermeiden, wobei bei diesem Ausführungsbnispiel die Wellen 17 der Hülsen 13 und 14 eine niGht-achsensymmetrische Ausgestaltung aufweisen,' um. sicherzustellen, daß die Wicklungen 27 an Ort und Stelle festgehalten werden. Die Wellen 17 können gemäß Fig. 2B hexagonal ausgestaltet sein, wobei aber auch verschiedene andere Ausgestaltungen verwendet werden, die oktagonale oder elliptische Formen umfassen.

Eine einzige Lage von Wicklungen 27, die die Membranen 29 bilden, und mehrere Schichten von Wicklungen 27, von denen eine

auf die andere um die Wellen 17 gewickelt ist, sind normalerweise ausreichend, um die geforderte Drehmoment-Übertragungsfähigkeit der Kupplung 11 zu erzielen, während eine ausreichende Flexibilität erhalten bleibt, um eine Anpassung an eine axiale und winkelmäßige Fehlausrichtung zwischen der Antriebswelle und der angetriebenen Welle zu erlauben.. Die Anzahl der Schichten von Wicklungen 27 kann in gewünschter Weise erhöht werden", indem der Wickelprozeß einfach wiederholt wird, was zu einer erhöhten Drehmoment-Übertragungsfähigkeit aber auch zu einer verminderten Flexibilität der Kupplung 11 führt. Zusätzlich können die Wicklungen 27 durch eine zusätzliche Schicht von Wicklungen 27 überwickelt werden, die mit einem festen Grundmaterial, wie beispielsweise Epoxyd,imprägniert sind, um die Membranen 29 und d;Le Wicklungen 27 entlang der Welle 17 zu verfestigen. In einigen Anwendungsfällen kann es wünschenswert sein, die Wicklungen 27 entlang der Welle 17 mit Epoxyd zwecks verbesserter Starrheit zu imprägnieren, während Urethan oder Naturgummi zum Imprägnieren der Wicklungen 27 für die Membranen 29 verwendet wird·, so daß ein System mit zwei Grundmaterialien gebildet wird. Die Charakteristik der Kupplung 11 kann ebenfalls verändert werden, indem zwei oder mehr Verstärkungsringe 23 gemäß Fig. 4 vorgesehen werden, wodurch die Flexibilität der Kupplung 11 im Vergleich mit den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen erhöht wird. Nachdem die Wicklung vervollständigt ist, wird das Grundmaterial vulkanisiert, während sich die Kupplung 11 noch auf dem Kern 15 befindet. Der Kern 15 kann sodann entfernt werden, so daß sich die ausgehärteten Membranen 29 frei verbiegen können.

Gemäß Fig. 5 ist ein Paar von Kupplungen 11, die im wesentlichen identisch zu den zuvor beschriebenen und in den Fig. 1 und 2A dargestellten sind, durch eine Antriebswelle 31 verbunden, die

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durch einen kontinuierlichen Wickelvorgang gebildet wird. Die Antriebswelle 31 kann aus einem starren zylinderförmigen Material oder durch, einen länglichen Ansatz der Hülsenwellen 17 der Kupplungen 11 gebildet werden, in welchem Fall Wicklungen 27, die mit dem gleichen flexiblen .Grundmaterial (Urethan oder Naturgummi), wie es für die Kupplungen 11 verwendet wird, beschichtet oder imprägniert sind und direkt von den Kupplungen 11 zu der Antriebswelle 31 gewickelt sind. Der starre Zylinder oder die länglichen Hülsenwellen 17 wirken als eine Verstärkungseinlage für die Antriebswelle 31, um die erforderliche Drehmoment-Übertragungsfähigkeit vorzugeben. Als Alternative ist ein nicht dargestellter entfernbarer Kern zwischen der Kupplung 11 angeordnet und die mit einem relativ steifen Grundmaterial, wie beispielsweise Epoxyd,beschichteten Wicklungen 27 werden entlanggewickelt. In diesem Fall ist die Starrheit und die Drehmoment-Übertragungsfähigkeit der mit Epoxyd beschichteten Wicklungen 27 beim Bilden der Antriebswelle 31 ausreichend, um die Verwendung einer Verstärkungseinlage zu vermeiden, wobei aber die die Membranen 29 bildenden Wicklun-. gen 27 der Kupplungen 11 \i7eiterhin mit einem flexiblen Grundmaterial imprägniert sind, um die erwünschte Anpassungsfähigkeit an eine axiale und winke !mäßige Fehlausrichtung zu erhalten.

Es wird unterstellt, daß die Kupplung-Welle-Kupplung-Konstruktion gemäß Fig. 5, bei der alle Wicklungen 27 mit einem flexiblen Grundmaterial beschichtet oder imprägniert sind und eine Verstärkungseinlage benutzt wird, um die Antriebswelle 31 zu verfestigen, leichter und kostengünstiger hergestellt werden kann als die zuvor beschriebene Konstruktion. Die Kupplung-

Welle-Kupplung-Konstruktion, bei der ein flexibles Grundmaterial benutzt wird, um die Kupplungswicklungen zu irnpräcnieren und ein starres Grundmaterial benutzt wird, um die Wicklungen der Antriebswelle zu imprägnieren oder zu beschichten, bildet jedoch eine leichtere Kombination, die in anderen Arten von Anwendungsfällen erforderlich sein kann.

Das Konzept des Wickeins einer kontinuierlichen Phase entlang einer geodätischen Wegstrecke von einem Punkt tangential zu der Welle 17 der Hülse 13 über einen Verstärkungsring 23 und sodann zu einem entsprechenden Punkt auf der Hülse 14 kann zu einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfndung erweitert werden, bei dem eine Kupplung 33 mit einem Paar von Innenplatten 35 und 37 gebildet wird, welche durch einen nicht dargestellten entfernbaren Kern voneinander getrennt sind und um die ein Verstärkungsring 23 kreisförmig gemäß Fig. 6 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Wicklungen 27 von einem Punkt tangential zu der zentralen Bohrung 39 der Innenplatte 35 über die Oberfläche dieser Platte und von dort über den Verstärkungsring 23 und sodann zu einem entsprechenden Punkt tangential zu der zentralen Bohrung 41 der Innenplatte 37 entlang einer geodätischen Wegstrecke gewickelt. Das Wickelverfahren für die Kupplung 33 ist das gleiche wie bei der Kupplung 11 mit der Ausnahme, daß leine Wellenansätze 17 mit den Innenplatten 35 und 37 befestigt sind und die Wicklungen 27 direkt auf die Oberfläche der Platten abgelegt werden.

Wie zuvor erläutert, müßten Verankerungseinrichtungen für die Wicklungen 27 vorgesehen sein, um einem Schlupf unter Last zu widerstehen und eine unerwünschte Torsions-Weichheit zu vermeiden. Ohne die nicht-achsensymmetrischen Wellenansätze 17,

die eine Verankerungseinrichtung bei der Kupplung 11 vorgeben, sind andere Mittel zur Verankerung der Wicklungen 27 bei der Kupplung 33 vorgesehen, wie dies in den Fig. 6 bis 9 dargestellt ist. Gemäß Fig. 7 sind Innenplatten 35 und 37 gestanzt oder anderweitig wellenförmig ausgestaltet und sie umfassen mehrere. Bohrungen 43, die in Abständen auf einem vorgegebenen Radius vom Zentrum angeordnet sind. Ein Paar von entsprechend geformten Außenplatten 45 und 47 * die aufgrund ihrer Form in die Innenplatten 35 und 37 entsprechend eingreifen, ist ebenfalls vorgesehen und weist mehrere Bohrungen 49 entsprechend den Bohrungen 43 der Innenplatten 35 und 37 auf. Wenn die Innenplatten 35 und 37 einmal nach Beendigung des Wickelverfahrens mit Windungen 27 bedeckt sind, werden die Außenplatten 45 und 47 mit den Innenplatten 35 und 37 durch Befestigungsbolzen 51 befestigt, die in die aufeinander ausgerichteten Bohrungen 43 und 49 eingeführt werden. Die Wicklungen 27 v/erden zwischen den Innen- und Außenplatten auf beiden Seiten der Kupplung 33 eingepreßt, wobei sie die Wellenform der Oberflächen einnehmen. Hierdurch wird, eine sichere Verankerung der Windungen 27 unter Drehmomentbelastungen erzielt.

Der gleiche zuvor beschriebene Effekt kann mit einer anderen Ausgestaltung der Innenplatten 35 und 37 und der Außenplatten 45 und 47 erzielt werden, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind eine Reihe erhabener Abschnitte 53 in Abständen auf der Oberfläche der Innenplatten 35 und 37 angeordnet, über die die Wicklungen 27 gewiekelt werden. Entsprechend geformte erhabene Abschnitte 53 auf den Außenplatten 45 und 47 sind so angeordnet, daß beim Zusammenschrauben der Platten die erhabenen Abschnitte 53 der Innenplatten 35 und 37 mit den erhabenen Abschnitten 55 der Außenplatten 45 und 47 verriegelt werden. Die sich abwechselnden

erhabenen Abschnitte 53 und. 55 zwingen die Wicklungen 27 zur Einnahme einer Wellenform, wie in Fig. 7, wodurch sie sicher in ihrer Lage verankert werden.

Gemäß den Fig. 9 bis 12 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei weitere Mittel zur Verankerung der Wicklungen 27 und zur Vermeidung eines Schlupfes vorgesehen sind. Ein Paar von Hülsen 57 und 59, von denen jede einen innenliegenden Flansch 58 und 56 entsprechend aufweist, werden durch einen entfernbaren nicht dargestellten Kern auf Abstand gehalten, wobei um den Kern ein Verstärkungsring 23 von größerem Durchmesser kreisförmig angeordnet'ist. In Fig. 10 umfassen die Hülsen 57 und 59 sieben Stifte 61, von denen jeder einen sich nach außen erstreckenden Flansch aufweist, und wobei.die Stifte in ausgewählten Abständen auf der Oberfläche der Flanschen 58 und 66 auf einem konstanten Radius von der zentralen Bohrung 65 der Hülsen 57 und 59 angeordnet sind. Wicklungen 27 sind von einem Stift 61 der Hülse 57 zu und über die Oberfläche des Verstärkungsringes 23 und sodann zu einem entsprechenden Stift 61 der Hülse 59 entlang einer geodätischen Wegstrecke gewickelt, um eine Kupplung zu bilden, die mit der Bezugsziffer 60 versehen ist. Die Wicklung setzt sich zwischen den gleichen zwei Stiften 61 der Hülsen 57 und 59 fort, bis genug Windungen 27 abgelegt sind, um die gewünschte Torsionssteifheit zu erzielen, wobei sodann die Wicklung zu einer zweiten Gruppe von Stiften 61 usw. verlegt wird. Die Verankerung der Wicklungen 27 mit den Stiften 61 erfolgt durch die Stiftflanschen 63, die eine nach außen gerichtete radiale oder seitliche Bewegung verhindern.

Die Kupplung 60 gemäß den Fig. 9 und 10 ist besonders leichtgewichtig und weist eine hohe Torsionssteifheit und Dehnfestigkeit in Richtung der Wicklung der Windungen 27 auf» Es sei

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darauf verwiesen, daß die Verwendung von vierzehn Stiften 61 in der Kupplung 6O nicht kritisch ist und gewünschtenfalls verändert werden kann. Durch Wicklung von Windungen 27 um die Stifte 61 in eine Richtung■ wird nur in dieser Richtung eine, hohe Torsionssteifheit und Dehnfestigkeit erzielt. Dies kann in vielen Anwendungsfällen vollständig befriedigend sein. In Anwendungsfällen jedoch, wo eine Torsionsbelastung sowohl im Uhrzeiger- als auch im Gegenuhrzeigersinn gefordert wird, ist die Kupplung 60 nicht geeignet, da die Wicklungen 27 das Bestreben haben, sich in einer Rotationsrichtung aufzuwickeln.

Um diese Einschränkung zu vermeiden, kann die Kupplung 60 der Fig. 9 und 10 modifiziert werden, indem die Flanschstifte 61 durch Stifte 64 ersetzt werden, die eine äußere Spule 67 und eine innere Spule 69 aufweisen, um eine Wicklung der Windungen 27 in entgegengesetzten Richtungen von einem einzigen Stift 64 zu gestatten. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß den Fig. 11 und 12 wird eine modifizierte Kupplung 62 durch kontinuierliche Wicklung um eine Gruppe von drei Stiften 64 gebildet; ein Stift 64 ist auf dem Flansch 58 der Hülse 57 angeordnet und die anderen zwei Stifte sind an ausgewählten Stellen auf. dem Flansch 60 der Hülse 59 angeordnet. Die Wicklungen 27 werden zunächst entlang der geodätischen Wegstrecke von der Innenspule 69 des Stiftes 64 auf der Hülse 37 zu der Innenspule 69 des Stiftes 64 auf der Hülse 59 gewickelt, bis die gewünschte Torsionsstärke erzielt ist. Die modifizierte Kupplung 62, welche auf diese Weise gewickelt wird, ist ebenfalls relativ leichtgewichtig und weist die zusätzliche Fähigkeit auf, Torsionsbelastungen in entgegengesetzten Richtungen aufzunehmen. Darüber hinaus muß die Anzahl der Wicklungen 27 nicht die gleiche in beiden Richtungen sein,

v/enn man davon ausgeht, daß die Torsionsbelastung in jeder Richtung verschieden ist.

Verschiedene Verbesserungen der hier beschriebenen Kupplun~3n gegenüber dem Stand.der Technik sind erkennbar. Der kontinuierliche Strang wird direkt von einer Ilülce bzw. Plaste- zu und über einen Verstärkungsring und sodann zu der anderen Hülse oder Platte entlang der kürzest möglichen bzw. geodätischen Wegstrecke gewickelt. Da die Hülsen oder Platten einen Abstand voneinander aufweisen, wird jedes an die Kupplungen angelegte Drehmoment über die Faser übertragen und von der relativ hohen Dehnungsfestigkeit und dem Modul der Faser aufgenommen. Die verschiedenen zuvor beschriebenen Verankerung^einrichtungen stellen sicher, daß die Faser bei dem erwarteten Betriebs-Drehmoment an Ort und Stelle verbleibt. Nachdem der Wickelvorgang beendet ist und der Kern entfernt ist, geben die ausgehärteten Fasern, welche mit einem flexiblen Grundmaterial wie beispielsweise Naturgummi oder Urethan imprägniert oder beschichtet sind, ein hohes Haß an Flexibilität bei winkelmäßiger und axialer Beanspruchung vor. Eg ergibt, sich somit eine Leichtgewichtskupplung, die in der Lage ist, hohe Torsionslasten zu übertragen, während sie eine ausreichende Flexibilität beibehält, um ein relativ hohes Haß an winkelmäßiger und axialer Fehlausrichtung zwischen den miteinander zu verbindenden Wellen zu gestatten. Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann verständlich, daß verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente ersetzt werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Zusätzlich könnm v:iolo Mod i Πkntioncn vor v/erden, um eine spezielle Situation oder ein Material an die

Lehre der Erfindung anzupassen, ohne daß von dem wesentlichen Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Die Erfindung soll daher nicht auf das spezielle beschriebene Ausführungsbeispiel, das als bestes Ausführungsbeispiel zur Ausführung der Erfindung betrachtet wird, beschränkt werden, sondern sie soll alle Aucführungsbeispiele umfassen, die in den Schutzbereich der angefügten Ansprüche fallen. _

Durch die vorliegende Erfindung wird eine leichtgewichtige flexible Kupplung vorgegeben, um ein Drehmoment zu übertragen und eine Anpassung an eine axiale und winkelmäßige Fehlausrichtung zwischen Antriebswelle und angetriebener ¥elle vorzugeben. Die Kupplung umfaßt wenigstens einen Verstärkungsring, der zwischen einem -^aar von Hülsen oder Platten angeordnet ist, welche eine Verankerungseinrichtung aufweisen. Ein mit einem flexiblen Grundmaterial beschichteter oder imprägnierter Faserstrang wird von der Hülse bzw. Platte auf einer Seite des Verctärkungsringes zu und über den Verstärkungsring und sodann zu cer Hülse bzw. Platte auf der anderen Seite des Verstärkungsringes entlang- einer geodätischen Wegstrecke gewickelt. Ein cer Kupplung zugeführtes Drehmoment wird somit zwischen den Hülsen bzw. Platten alleine über die Faserstränge übertragen.

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Claims

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, August 1981 GzH/Ra.

Lord Corporation, Erie, PA 16512, USA

Kupplung

Patentansprüche

1.) Kupplung mit einer Längsachse zur Übertragung eines Drehmomentes und zur Anpassung an eine Fehlausrichtung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch wenigstens einen Verstärkungsring, ein Paar von im Abstand voneinander längs der Längsachse und zu beiden Seiten des sowie konzentrisch zu dem Verstärkungsring angeordneten Hülsen, welche längliche sich von dem Veräärkungsring nach außen erstreckende Verankerungseinrichtungen aufweisen, die Mittel zum Verbinden der Hülsen mit dem Antriebsorgan und dem angetriebenen Organ umfassen, Verbindungsmittel in Form mehrerer Fasern, die jeweils mit einem Grundmaterial beschichtet oder imprägniert sind, wobei die Fasern von der Hülse auf einer Seite des Verstärkungsringes zu und über den Verstärkungsring und sodann zu der Hülse auf der anderen Seite des Verstärkungsringes entlang einer geodätischen Wegstrecke gewickelt sind und wobei die Fasern sich zudem entlang der Verankerungseinrichtung jeder Hülse erstrecken, um sie in ihrer Lage zu sichern, so daß ein der Kupplung zugeführtes Drehmoment von der mit dem Antriebsorgan befestigten Hülse über die Verblndungscinrichtuni* zu der mit dem angetriebenen Organ befestigten Hülse übertragen wird.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungseinrichtung eine nicht-achsensymmetrische Welle ist, die sich von jeder Hülse nach außen erstreckt, wobei die Wellen jeweils einen Flansch an ihrem äußeren Ende aufweisen, um das Antriebsorgan oder das angetriebene Organ zu befestigen.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial aus Urethan oder Naturgummi besteht.

A. Kupplungssystem mit einer Längsachse zur Übertragung einer Drehbewegung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch ein Paar von im Abstand längs der Längsachse angeordneten und für eine gemeinsame Bewegung mit einer Welle verbundenen Kupplungen, wobei jede Kupplung wenigstens einen zu der Welle konzentrischen Verstärkungsring und eine längs der Längsachse und im Abstand von der Welle konzentrisch zu dem Verstärkungsring angeordnete Hülse aufweist, wobei die Hülse jeder Kupplung eine sich von dem Verstärkungsring nach außen erstreckende längliche Verankerungseinrichtung .aufweist, die Mittel zum Verbinden mit dem Antriebsorgan und dem angetriebenen Organ umfaßt, Verbindungsmittel in Form mehrerer individuell mit einem Grundmaterial beschichteter oder imprägnierter Fasern, wobei die Fasern von der Hülse auf einer Seite der Kupplungen zu und über den Verstärkungsring längs der Länge der Welle, zu und über den Verstärkungsring der anderen Kupplung und sodann zu der Hülse dieser anderen Kupplung kontinuierlich gewickelt sind, um das Kupplungssystem zu bilden, und wobei die Fasern längs der Länge der Verankerungseinrichtung jeder der Hülsen gewickelt sind,

um die Fasern an Ort und Stelle zu sichern, so daß ein dem Kupplungssystem zugeführtes Drehmoment von der mit dem Antriebs organ befestigten Kupplung zu der Welle und sodann zu der mit dem angetriebenen Organ befestigten Kupplung übertragen wird.

5. Kupplungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle eine Verstärkungseinlage umfaßt und daß die mit dem Grundmaterial beschichteten oder imprägnierten Fasern längs der Länge der Verstärkungseinlage gewickelt werden, um die Kupplungen miteinander zu verbinden.

6. Kupplungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial aus Urethan oder Naturgummi besteht.

7. Kupplungssystem mit einer Längsachse zur Übertragung einer Drehbewegung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch ein Paar von im Abstand längs der Längsachse angeordneten und für eine gemeinsame Bewegung mit einer Welle verbundenen Kupplungen, wobei die Welle einen entfernbaren Kern aufweist, jede Kupplung wenigstens einen zu der Welle konzentrischen Verstärkungsring und eine längs der Längsachse und im Abstand von der Welle konzentrisch zu dem Verstärkungsring angeordnete Hülse aufweist, wobei die Hülse jeder Kupplung eine sich von dem Verstärkungsring nach außen erstreckende längliche'Verankerungseinrichtung aufweist, die Mittel zum Verbinden mit dem Antriebsorgan und dem angetriebenen Organ umfaßt, Verbindungsmittel in Form mehrerer mit einem ersten Grundmaterial und mehrerer mit einem zweiten Grundmaterial beschichteter oder imprägnierter

Fasern, wobei die mit dem ersten Grundmaterial beschichteten oder imprägnierten Fasern von der Hülse auf einer Seite der Kupplungen zu und über den Verstärkungsring gewiekelt sind, die mit dem zweiten Grundmaterial beschichteten oder imprägnierten Fasern um den entfernbaren Kern gewickelt sind, um die Welle zu bilden, wobei die mit dem ersten Grundmaterial beschichteten oder imprägnierten Fasern zu und über den Verstärkungsring der anderen Kupplung und zu deren Hülse gewickelt sind, und wobei die mit dem ersten Grundmaterial beschichteten oder imprägnierten Fasern längs der Länge der Verankerungseinrichtung jeder Hülse gewickelt sind, um die Fasern an Ort und Stelle zu sichern, so daß ein dem Kupplungssystem zugeführtes Drehmoment von der mit dem Antriebsorgan befestigten Kupplung zu der Welle und sodann zu der mit dem angetriebenen Organ befestigten Kupplung übertragen wird.

8. Kupplungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Grundmaterial aus Naturgummi besteht.

9. Kupplungssystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das erste Grundmaterial aus Urethan besteht.

10. Kupplungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Grundmaterial aus Epoxyd besteht.

11. Kupplungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungseinrichtung durch eine nicht-achsensymmetrische Welle vorgegeben ist, die sich von jeder Hülse nach außen erstreckt, wobei die Wellen jeweils einen Flansch an ihrem äußeren Ende aufweisen, um das Antriebs organ oder das angetriebene Organ zu befestigen. ·

12. Kupplung mit einer Längsachse zur Übertragung eines Drehmomentes und zur Anpassung an eine Fehlausrichtung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch wenigstens einen Verstärkungsring, ein Paar von im Abstand längs der Längsachse und auf gegenüberliegenden Seiten und konzentrisch zu dem Verstärkungsring angeordneten Innenplatten, ein Paar von Außenplatten, die mit entsprechenden Innenplatten in Eingriff gebracht werden können, Verbindungsmittel in Form mehrerer einzeln mit einem Grundmaterial beschichteter oder imprägnierter Fasern, wobei die Fasern von der Oberfläche einer Innenplatte auf einer Seite des Verstärkungsringes zu und über den Verstärkungsring und sodann auf die Oberfläche der anderen Innenplatte entlang einer geodätischen Wegstrecke gewickelt sind, Sicherungsmittel zum Befestigen des Paares von Außenplatten mit einer entsprechenden Innenplatte, eine Verankerungseinrichtung auf den miteinander in Eingriff gelangenden Oberflächen des Paares von Außenplatten und Innenplatten, um die Fasern dazwischen zu sichern, so daß ein der Kupplung zugeführtes Drehmoment von der Innen- und Außenplatte auf einer Seite des Verstärkungsringes zu der Innen- und Außenplatte auf der anderen Seite des Verstärkungsringes über die Verbindungsmittel übertragen wird.

13. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungseinrichtung eine wellenförmige Ausgestaltung der Oberfläche der Innen- und Außenplatte umfaßt, wobei die Innen- und Außenplatte miteinander in Eingriff bringbar sind, um die Fasern dazwischen sicher zu halten.

14. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungseinrichtung mehrere erste erhabene-Abschnitte in Abständen längs der Oberfläche der I_nnenplatte und mehrere zweite erhabene Abschnitte in Abständen längs der Oberfläche der Außenplatte aufweist, wobei die ersten erhabenen Abschnitte gegenüber den zweiten erhabenen Abschnitten verschoben sind und beide erhabene Abschnitte ineinander eingreifen^ wenn die Innenplatte und Außenplatte miteinander befestigt werden, um die dazwischen befindlichen Fasern zu verankern.

15. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung mehrere aufeinander ausgerichtete Bohrungen in der Innen- und Außenplatte sowie Bolzen umfaßt, die-durch die Bohrungen eingeführt werden, um die Innen- und Außenplatte auf jeder Seite des Verstärkungsringes miteinander zu verbinden.

16. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenplatte jeweils Mittel zur Befestigung mit dem Antriebs^ organ oder mit dem angetriebenen Organ aufweist.

17. Kupplung mit einer Längsachse zur Übertragung eines Drehmomentes und zur Anpassung an eine Fehlausrichtung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch wenigstens einen Verstärkungsring, ein Paar von im Abstand längs der Längsachse und auf gegenüberliegenden Seiten des Verstärkungsringes konzentrisch zu diesem angeordneten Innenplatten, wobei die Innenplatten jeweils eine wellenförmige Ausgestaltung der Oberfläche aufweisen,

ein Paar von bezüglich ihrer Oberfläche wellenförmig ausgestalteten Außenplatten, wobei die wellenförmige Oberfläche einer jeden Innenplatte mit der wellenförmigen Oberfläche einer entsprechenden Außenplatte in Eingriff bringbar ist, Verbindungsmittel in Form mehrerer einzeln mit einem Grundmaterial beschichteter oder imprägnierter Fasern, wobei die Fasern von der Oberfläche eine-r Innenplatte auf einer Seite des Verstärkungsringes zu und über den Verstärkungsring und sodann auf die Oberfläche der anderen Innenplatte entlang einer geodätischen Wegstrecke gewickelt sind, Befestigungsmittel zum Befestigen des Paares von Außenplatten mit entsprechenden Innenplatten, um die zwischen den wellenförsiger Oberflächen befindlichen Fasern zu verankern, so daß ein der Kupplung zugeführtes Drehmoment von den Innen- und Außenplatten auf einer Seite des Verstärkungsringes zu den Innen- und Außenplatten auf der anderen Seite des Verstärkungsringes über die Verbindungsmittel übertragen wird.

18. Kupplung mit einer Längsachse zur Übertragung eines Drehmomentes und zur Anpassung an eine Fehlausrichtung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch wenigstens einen Verstärkungsring, ein Paar von im Abstand längs der Längsachse und auf gegenüberliegenden Seiten des Verstärkungsringes konzentrisch zu diesem angeordneten Innenplatten, wobei jede Innenplatte mehrere erste erhabene Abschnitte in Abständen auf der Oberfläche aufweist, ein Paar.von Außenplatten mit mehreren zweiten erhabenen Abschnitten im Abstand längs der Oberfläche, wobei die Innenplatten in entsprechende Außenplatten eingreifen, indem die ersten erhabenen Abschnitte gegenüber den zweiten erhabenen Abschnitten verschoben sind und mit diesen verriegelt werden, Verbindungsmittel in Form mehrerer

einzeln mit einem Grundmaterial beschichteter oder imprägnierter Fasern, wobei die Fasern von der Oberfläche auf einer Innenplatte auf einer Seite des Verstärkungsringes zu und über den Verstärkungsring und sodann auf die Oberfläche der anderen Innenplatte entlang einer geodätischen Wegstrecke gewickelt werden, Befestigungsmittel, um das Paar von Außenplatten mit einer entsprechenden Innenplatte zu befestigen und die Fasern zwischen den ersten und zweiten erhabenen Abschnitten zu verankern, so daß ein der Kupplung zugeführtes Drehmoment von den Innen- und Außenplatten auf einer Seite des Verstärkungsringes zu den Innen- und Außenplatten auf der anderen Seite des Verstärkungsringes über die Verbindungsmittel übertragen wird.

19. Kupplung mit einer Längsachse zur Übertragung eines Drehmomentes und zur Anpassung an eine Fehl aus richtung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch wenigstens einen Verstärkungsring, ein Paar von im Abstand voneinander längs der Längsachse und zu beiden Seiten des sowie konzentrisch zu dem Verstärkungsring angeordneten Hülsen, welche jeweils mehrere Stifte in Abständen längs der Oberfläche aufweisen, wobei jede Hülse mit einer . Einrichtung zum Verbinden mit dem Antriebsorgan und dem angetriebenen Organ versehen ist, mehrere einzeln mit einem Grundmaterial beschichtete oder imprägnierte Fasern, wobei die Fasern in mehreren aufeinanderfolgenden Wicklungen gewickelt werden, um eine Verbindungseinrichtung zwischen den Hülsen zu bilden, wobei die Fasern in jeder der Wicklungen zwischen einem ausgewählten Paar von Stiften gewickelt v/erden und. ein Stift des Paares auf einer der Hülsen und der andere Stift des Paares auf der jeweils anderen Hülse ange-

ordnet ist, wobei die Fasern zwischen einem Stift des Paares auf einer Seite der Hülse zu und über den Verstärkungsring und sodann zu dem anderen Stift des Paares auf der Hülse auf der anderen Seite des Verstarkungsringes gewickelt werden und wobei aufeinanderfolgend Wicklungen zwischen den verbleibenden Stiftpaaren hergestellt v/erden, um die Verbindung^· einrichtung zu bilden, und wobei jeder Stift eine Verankerungseinrichtung zum Sichern der Fasern an Ort und Stelle aufweist, so daß ein der Kupplung zugeführtes Drehmoment von der mit dem Antriebsorgan verbundenen Hülse über die Verbindungsmittel und sodann zu dem mit der anderen Hülse verbundenen angetriebenen Organ übertragen wird.

20. Kupplung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungseinrichtung durch einen Flansch auf dem sich nach außen erstreckenden Ende eines jeden Stiftes vorgegeben ist, der einen Schlupf verhindert.

21. Kupplung mit einer Längsachse zur Übertragung eines Drehmomentes und zur Anpassung an eine Fehlausrichtung zwischen einem Antriebsorgan und einem angetriebenen Organ, gekennzeichnet durch wenigstens einen Verstärkungsring, ein Paar von im Abstand voneinander längs der Längsachse und zu beiden Seiten des sowie konzentrisch zu dem Verstärkungsring angeordneten Hülsen, wobei jede Hülse mehrere Stifte im Abstand auf der Oberfläche aufweist, und jeder Stift eine erste und eine zweite Spule aufweist, wobei jede Hülse Mittel zum Befestigen mit dem Antriebsorgan und dem angetriebenen Organ aufweist, mehrere einzeln mit einem Grundmaterial beschichtete oder imprägnierte Fasern, wobei die Fasern in mehreren aufeinanderfolgenden Wicklungen gewickelt sind, um eine Verbindungseinrichtung zwischen den

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Hülsen zu bilden, wobei die Fasern in jeder Wicklung zwischen Gruppen aus drei Stiften gewickelt werden und ein Stift auf einer der Hülsen und die beiden anderen Stifte der Gruppe an ausgewählten Stellen auf der jeweils anderen Hülse angeordnet sind, wobei die Fasern in einer Richtung von dem ersten Einschnitt in dem einen Stift zu und über den Ver-.Stärkungsring und sodann zu der ersten Spule in einem der· zv/ei Stifte auf der anderen Hülse gewickelt sind und die Wicklung vervollständigt wird, indem die Fasern in der entgegengesetzten Richtung von der zweiten Spule in dem einen Stift zu und über den Verstärkungsring und sodann zu dem zweiten Einschnitt in dem anderen der zwei Stifte auf der anderen Hülse gewickelt werden, und wobei nacheinander Wicklungen zwischen den verbleibenden Gruppen von Stiften hergestellt werden, um die Verbindungseinrichtung zwischen den Hülsen zu bilden, so daß ein der Kupplung zugeführtes Drehmoment von der mit dem Antriebsorgan verbundenen Hülse über die Verbindungseinrichtung und sodann zu der mit dem angetriebenen Organ verbundenen Hülse übertragen wird.