DE3344533C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum starren Verbinden zweier Teile, insbesondere einer Nabe auf einer Welle, wobei zumindest eines der beiden Teile aus einem Werkstoff geringer Festigkeit, insbesondere aus Kunststoff besteht und zwischen den beiden Teilen ein in Umfangsrichtung gewellter vorgespannter Toleranzring vorgesehen ist.

Kupplungen, bei denen mittels eines Toleranzringes eine starre Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe hergestellt wird, sind in vielfältiger Form bekannt. Sie dienen unter anderem zur Befestigung von Zahnrädern oder Kreiselpumpenlaufrädern auf der sie tragenden Welle. Die hierbei verwendeten Toleranzringe überbrücken größere Passungen und bewirken eine axiale Festlegung; sie sind zum Übertragen von Drehmomenten geeignet.

Durch die US-PS 11 56 582 ist eine Hülse zur Verbindung einer Riemenscheibe mit einer Welle bekannt, die mit wechselweise nach außen und nach innen ragenden Rippen versehen ist. Die Rippen liegen mit ihren Stirnflächen an der Welle und der Nabe der Riemenscheibe fest an. Eine Anpassung an unter­ schiedliche Durchmesser ist mit dieser Hülse aufgrund ihrer hohen Formsteifigkeit nicht möglich.

Der heute meist verwendete bekannte Toleranzring besteht aus einem gewellten Band aus Federbandstahl, dessen symmetrisch angeordnete Wellungen etwa gleich große, linienförmige Anlageflächen an den beiden miteinander zu verbindenden Teilen besitzen. Um die Belastbarkeit der Verbindung zu erhöhen, wurde auch bereits vorgeschlagen, die einzelnen Wellungen mit jeweils einer quer zur Wellen­ fortschreitrichtung verlaufenden Sicke zu versehen (DE-PS 12 96 893). Hierdurch wird erreicht, daß bei gleicher Wellung die Zahl der Berührungslinien verdoppelt wird.

Die bis hier dargestellten Toleranzringe gewährleisten einen festen Sitz bei der Verbindung von Metallteilen. Für die Verbindung eines Metallteiles mit einem Kunststoffteil, beispielsweise einer Stahlwelle mit einem Kreiselpumpenlaufrad aus Kunststoff, sind sie aber nicht ohne weiteres geeignet.

Um beispielsweise eine Momentenübertragung von einer Metallwelle auf ein Kunststofflaufrad zu bewerkstelligen, wurde bei einer Verwendung der geschilderten Toleranzringe in die Bohrung des Kunststofflaufrades eine Metallhülse eingesetzt, um dadurch eine metallische Anlage für den Toleranzring zu schaffen. Es liegt auf der Hand, daß durch solch ein zusätzliches Teil der Aufwand für die Verbindung erhöht wird. Im übrigen werden durch die eingespritzten oder nachträglich eingedrückten oder eingeschalteten Metallhülsen die Nabendimension und die nachgeschalteten Dimensionen vergrößert, was zur Verschlechterung der Abdichtung und des strömungstechnischen Verhaltens führen kann.

Durch das DE-GM 78 04 191 ist auch schon eine Vorrichtung bekannt, welche die Befestigung eines Kunststoffteiles auf einer Welle ohne zwischengeschaltete Metallhülse zuläßt. Dies geschieht dadurch, daß in die Nabe des Kunststoffteiles Konturen eingeformt werden, die den Wellungen des Toleranz­ ringes entsprechen. Der hier für die Verbindung genutzte Formschluß macht allerdings eine genaue Anpassung der Nabe an die Wellungen des Toleranzringes und damit eine präzise Fertigung beider Teile notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die beiden Teile in direkter Weise, also ohne Zwischenschaltung einer Metallhülse zusammenzufügen sind und welche eine gegenseitige Formanpassung des Teils geringerer Festigkeit und des Toleranzringes erübrigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Toleranzring gegenüber dem Teil aus einem Werkstoff geringer Festigkeit im Verhältnis zu den Anlageflächen am Teil aus einem Werkstoff hoher Festigkeit vergrößerte Anlageflächen besitzt, wobei die Gesamtgröße dieser Anlageflächen durch die umgekehrten Festigkeits-/Elastizitätseigenschaftsquotienten der betreffenden Werkstoffe bestimmt ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß durch eine Vergrößerung der Anlagefläche des Toleranzringes an dem Teil geringer Festigkeit die Flächenpressung verringert und damit die Wegfließen des Materials verhindert wird. Der auf großer Fläche tragende Toleranzring übernimmt so gewissermaßen zusätzlich die Funktion der bisher verwendeten Metallhülsen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung liegt darin, daß bereits bestehende herkömmliche Kupplungen durch diese ersetzt werden können. Auch die bisher ausgebüchsten Kunststoffteile können gegen solche ohne Hülse ausgetauscht werden, was im bisherigen Spritzgußwerkzeug mit eingelegten Hülsen durch Weglassen dieser Hülsen zu massiven Kunststoffnaben führt. Bei nachträglich eingepreßten oder eingeschallten Büchsen kann der Zapfen des Kunststoffwerkzeuges auf Kunststoffbohrungs­ durchmesser verkleinert werden, um billigere Kunststoffteile zu erzielen.

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in den

Fig. 1 und 2 eine herkömmliche Kupplung zwischen einem Kunststofflaufrad und einer Metallwelle in freiem Einbau, in

Fig. 3 die beiden Möglichkeiten eines zentrierten Einbaus, wie es für bekannte und erfindungsgemäße Kupplungen gleichermaßen gilt, und in den

Fig. 4 bis 6 verschiedene Ansichten von erfindungsgemäßen Kupplungen eines Kunststofflaufrades mit einer Metallwelle mittels der Kontur der zylindrischen Nabenbohrung des Kunststofflaufrades angepaßter Toleranzringe.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Kupplung bekannter Ausführung besitzt einen Toleranzring (1), der mit symmetrisch angeordneten Wellungen (2) versehen ist, die eine etwa gleich große Anlagefläche an der Welle (3) und dem anzutreibenden Teil (4) haben. Da diese Ausführung nur anwendbar ist, wenn beide Teile (3) und (4) aus Metall bestehen, muß für die Momentenübertragung von einer Metallwelle (3) auf ein Kunststofflaufrad (4) eine Metallhülse (5) in die Bohrung des Kunststofflaufrades (4) eingesetzt werden. Dies gilt auch für einen zentrierten Einbau, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist. Dabei zeigt die obere Hälfte dieser Figur einen in eine Wellennut (6) eingesetzten Toleranzring (7), während in der unteren Hälfte ein in eine Nut (8) des zu befestigenden Teiles (9) eingesetzter Toleranzring (10) dargestellt ist.

Die in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemäße Kupplung verfügt über einen Toleranzring (11), der eine Welle (3) mit einem Kunststofflaufrad (12) verbindet. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Kunststofflaufrad (4) besitzt das Kunststofflaufrad (12) jedoch keine Metallhülse. Die mit der Welle (3) in Kontakt stehenden Anlageflächen (13) des Toleranzringes (11) entsprechen in ihrer Größe den Anlageflächen der bekannten Toleranzringe. Dagegen sind die mit der Nabenbohrung (14) des Kunststofflaufrades (12) in Verbindung stehenden Anlageflächen (15) wesentlich größer gehalten. Sie sind entsprechend den für den verwendeten Kunststoff gegebenen Festigkeits-/Elastizitätseigenschaften zwischen 10 und 100 mal größer als die Anlagefläche am metallischen Teil.

Der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Toleranzring (16) ist noch mit zusätzlichen Wellungen (17) an der kunststoffseitigen Anlagefläche versehen, wodurch die Möglichkeit einer vergrößerten Drehmomentenmitnahme erreicht wird. Zur verbesserten Übertragung axialer Kräfte können die umlaufenden Wellungen (18) vorgesehen werden, die allein oder in Kombination mit den Wellungen (17) angeordnet werden können. Die Wellungen (17) und (18) können je nach Bedarf mehr oder weniger feinzähnig und je nach Kraft-Momentenrichtung symmetrisch oder asymmetrisch ausgeführt sein.

In Abweichung von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann auch die Welle aus Kunststoff und die Nabenbohrung aus Metall bestehen. Die Ausführung des Toleranzringes kehrt sich dann lediglich um, d. h. am inneren Umfang werden dann die Anlageflächen entsprechend vergrößert. Bestehen Welle und Nabenbohrung aus Kunststoff, so werden sowohl die inneren wie die äußeren Anlageflächen groß ausgeführt.

Claims (3)

1. Kupplung zum starren Verbinden zweier Teile, insbesondere einer Nabe auf einer Welle, wobei zumindest eines der beiden Teile aus einem Werkstoff geringer Festigkeit, insbesondere aus Kunststoff besteht und zwischen den beiden Teilen ein in Umfangsrichtung gewellter vorge­ spannter Toleranzring vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Toleranzring (11, 16) gegenüber dem Teil (12) aus einem Werkstoff geringer Festigkeit im Verhältnis zu den Anlageflächen (13) am Teil (3) aus einem Werkstoff hoher Festigkeit vergrößerte Anlageflächen (15, 24) besitzt, wobei die Gesamtgröße dieser Anlageflächen (15, 24) durch die umgekehrten Festigkeits-/Elastizitätseigenschafts­ quotienten der betreffenden Werkstoffe bestimmt ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einer zylindrischen Fläche (14) des Teiles (12) aus einem Werkstoff geringer Festigkeit zugewandten Anlageflächen (15) des Toleranzringes (11, 16) in ihrer Kontur dieser zylindrischen Fläche (14) weitgehend entsprechen.

3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Teil (12) geringer Festigkeit zugewandten Anlageflächen (15) des Toleranzringes (11, 16) mit zusätzlichen axial und/oder radial verlaufenden Wellungen oder Rasterungen (17, 18) geringer Höhe versehen sind.