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Drehsteife Kupplung
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Die Erfindung betrifft eine drehsteife Kupplung für eine spielfreie
Verbindung einer Antriebswelle mit einer anzutreibenden Welle, beispielsweise zur
spielfreien Drehmomentübertragung von einer Kraftmaschine auf eine Arbeitsmaschine
unter Verwendung einer dünnwandigen Kupplungshülse mit Versteifungssicken, die beidseitig
an auf den zu verbindenden Wellenstutzen angeordneten Kupplungsnaben befestigt ist.
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Die bekannten auf dem Markt angebotenen drehsteifen Kupplungen zeigen
im allgemeinen eine kraftschlüssige Verbindung mit den zu kuppelnden Aggregaten.
Nachteilig hierbei ist, daß die Anschlußnaben erst nach dem Zusammenschieben der
beiden miteinander zu kuppelnden Maschinen mit den Anschlußwellen -verbunden werden
können. Die Einbauräumlichkeiten sind oft so eng, daß die Befestigung häufig nicht
mit hinreichender Sicherheit hergestellt werden kann und besonders Zeitaufwendig
ist.
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Es gibt andererseits steckbare Kupplungen, bei denen die An-und Abtriebsnaben
auf den Anschlußwellenstutzen der miteinander zu kuppelnden Maschinen vor der Montage,
d. h. vor dem
Zusammenführen der Maschinen befestigt werden können.
Nach dem Zusammenschieben der Maschinen ist die vollständige Verbindung ohne zusätzliche
Montagearbeit hergestellt. Diese Kupplungen sind jedoch nicht drehsteif genug und
dadurch nur für begrenzte Einsatzfälle verwendbar.
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Die bekannten drehsteifen Kupplungen besitzen Anschlußkragen, die
mit den Kupplungsnaben fest verlötet oder verspannt sind.
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Die Verbindung der Naben mit den Anschlußwellen der miteinander zu
kuppelnden Maschinen wird durch eine kraftschlüssige Schraubverbindung, beispielsweise
durch Klemmschrauben hergestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drehsteife Kupplung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine genügende Verbindung zur Drehmomentübertragung
zwischen der Kupplungshülse und den Anschlußnaben durch ineinanderstecken dieser
Teile und somit ohne zusätzliche Montagearbeit möglich ist. Die erfindungsgemäße
Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kupplungshülse beidseitig mit Anschlußkragen
ausgeführt ist, welche mit einer Profilierung versehen und formschlüssig in die
Kupplungsnaben steckbar sind. Die Kupplungsnaben können auf den Anschlußwellen vor
dem Zusammenfügen der Maschinen befestigt werden. Die Kupplung wird dann einfach
durch Zusammenschieben der An- und Abtriebswellen mit den darauf befestigten Kupplungsnaben
unter Zwischenfügung der Kupplungshülse hergestellt. Die Drehmomente werden durch
die formschlüssige Verbindung ohne Verluste übertragen. Schwierige Arbeiten durch
beengte Raumverhältnisse, was vielfach von Abnehmern solcher Kupplungen beanstandet
wurde, entfallen völlig. Die Kupplungen sind in entsprechender kleiner Dimension,
insbesondere für die Steuerungstechnik, d. h. für Drehgeber, Impulsgeber, Winkelkodierer
und für Industrieroboter einsetzbar. Zum ersten
Mal ist es gelungen,
eine steckbare, spielfreie Kupplung zu schaffen, bei der eine Blindsteckmontage,
für die ein Zentrierzwischenstück vorhanden sein muß, ermöglicht wird.
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Für die Herstellung können teilweise auf dem Markt erhältliche vorprofilierte
Hülsenteile verwendet werden, so daß keine völlig neuen Kupplungselemente geschaffen
werden müssen.
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Vorzugsweise sind die Kupplungsnaben mit einem geringfügig kleineren
Durchmesser ausgeführt als die Anschlußkragen der Kupplungshülse. In der Endstellung
wird dadurch eine Vorspannung und damit Spielfreiheit erreicht. Im Einführungsbereich
der Naben können konische Anschrägungen vorgesehen sein, um das Zusammenstecken
wesentlich zu erleichtern. Die Anschlußkragen selbst können vieleckig oder mit axial
gerichteten, auf dem Kragenumfang verteilten Wellen oder Sicken ausgeführt sein.
Diese enden möglichst vor den äußeren Kanten der Anschlußkragen.
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Die Anschlußnaben sind entweder in Form von zwei konzentrischen ineinanderruhenden
Hülsen mit auf dem Innenumfang der äußeren Hülse verteilt angeordneten, axial gerichteten
Nuten ausgebildet oder auch einteilig ausgeführt, wobei in die dem Anschlußkragen
der Kupplungshülse zugewandte Stirnseite eine Ringnut eingebracht ist, in welche
der zugehörige Anschlußkragen eingreift. Am Außenumfang dieser Ringnut können wiederum
verteilt angeordnete, axial gerichtete Nuten vorgesehen sein, um die hinreichende
formschlüssige Verbindung herzustellen.
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Besonders einfach ist die Verwendung einer Federstahlhülse als Kupplungshülse.
Bekanntlich werden solche Toleranzringe zwischen Nabe' (und Wellen) zur forsionalen
Drehmomentübertragung
verwendet. Die neue Anordnung bei entsprechender
Umgestaltung der Anschlußnaben ermöglicht es, die Drehmomente nun auch axial von
einer Maschine auf die andere zu übertragen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung rein
schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Kupplungshülse mit in Umfangsrichtung verlaufenden
Wellen mit doppelkardanischen Eigenschaften, wobei die an beiden Enden angeprägten
oder angeschweißten Anschlußkragen mit axial gerichteten, eingeprägten Wellen versehen
sind, Fig. 2 eine Kupplungshülse ähnlich Figur 1, jedoch mit vieleckig ausgeprägten
Anschlußkragen, Fig. 3 eine Kupplungsnabe bestehend aus zwei konzentrischen, ineinander
angeordneten Teilen, Fig. 4 das Innenteil der Nabe gemäß Figur 3, Fig. 5 das äußere
Teil der Nabe gemäß Figur 3, Fig. 6 eine einteilige Nabe mit einer Ringnut zur Aufnahme
der Anschlußkragen der Kupplungshülse, Fig. 7 die Seitenansicht einer zusammengesteckten
Kupplung mit Kupplungshülse und zwei Kupplungsnaben gemäß Figur 6, z. T. im Axialschnitt,
Fig.
8 einen Querschnitt durch die Kupplung gemäß Fig. 7, Fig. 9 den Querschnitt durch
eine Kupplung mit einem vieleckig ausgebildeten Anschlußkragen der Kupplungshülse
in größerem Maßstab, Fig. 10 eine als Kupplungshülse dienende Federstahlhülse (ähnlich
einem Star- Toleranzring), Fig. 11 einen Axialschnitt durch eine Kupplung mit einer
Federstahlhülse als Kupplungshülse, Fig. 12 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem
Querschnitt durch die Kupplung gemäß Fig. 11, Fig. 13 die schaubildliche Darstellung
einer Kupplung unter Verwendung einer Federstahlhülse als Kupplungshülse, Fig. 14
eine aus mehreren Schichten aufgebaute Kupplungshülse Die Kupplungshülse 1 in Form
eines Metallbalges weist zu beiden Seiten der in Umfangsrichtung laufenden Wellen
bzw.
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Balgfalten 2 Anschlußkragen 3 mit um deren Umfang gleichmäßig verteilt
angeordneten und axial gerichteten Wellen 4 auf. Bei der Kupplungshülse gemäß Figur
2 sind Anschlußkragen 5 mit mehreren Ecken 6 vorgesehen.
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Die auf den Anschlußwellen montierbaren Kupplungsnaben 6 sind gemäß
Figur 3 zweiteilig ausgebildet und zwar durch zwei konzentrisch ineinander angeordnete
Nabenringe, von welchen das äußere Teil mit 7 und das innere, unmittelbar auf der
Welle sitzende Teil, mit 8 bezeichnet ist. Das innere Nabenteil 8 ist im Bereich
des Eingriffs der Kupplungshülse mit einem vieleckigen Bund 9 ausgeführt, der in
eine entsprechende Durchmessererweiterung des äußeren Nabenteils 7
greift.
Zwischen dem Bund 9 und der Erweiterung 10 im Nabenteil 7 ist genügend Raum für
den Eingriff der Anschlußkragen der Kupplungshülse vorgesehen. Um einen Formschluß
zwischen den Anschlußkragen und den Nabenteilen herzustellen, ist die absatzförmige
Erweiterung 10 im gezeigten Beispiel mit gleichmäßig um den Umfang verteilten Nuten
11 ausgeführt.
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Die einteilig ausgeführte Nabe 12 zeigt eine Ringnut 13, ebenfalls
mit auf dem Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten, axial gerichteten Nuten 11
zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit der eingreifenden Kupplungshülse,
wie dies insbesondere die Figuren 7 und 8 erkennen lassen.
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Die vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch eine Kupplung
mit einer zweiteiligen Nabe läßt besonders deutlich erkennen, wie die Ecken 6 eines
Anschlußkragens 5 der Kupplungshülse in die entsprechenden axial gerichteten Nuten
im äußeren Nabenteil 8 greifen und bei Belastung mit ihren mittleren Bereichen auf
den Flächen des sechseckigen Bundes 9 des inneren Kupplungsteils 7 Abstützung finden.
Dadurch ist eine schlupffreie Drehmomentübertragung sichergestellt.
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Die Federstahlhülse 20 gemäß Figur 10 ist in ähnlicher Form als Star-
Toleranzring allgemein zur forsionalen Drehmomentübertragung zwischen einer Nabe
und einer Welle bekannt. Die Länge der axial gerichteten Wellen 21 der Federstahlhülse
ist geringer als die Hülsenbreite. Zu beiden Seiten entstehen dadurch schmale Bereiche
mit glatter Oberfläche, die sich ideal für eine Steck- Blindmontage eignen. Sie
dienen also als Führung beim Zusammenstecken der Kupplungsteile. In Figur 11 ist
ein Zusammenbaubeispiel unter Verwendung einer einteiligen Nabe 12 dargestellt.
Die Ringnut 13 stellt gleichzeitig den Federwegraum dar. Die zusätzlich in der Federstahlhülse
20
vorgesehenen Aussparungen 22 dienen der Erhöhung der Elastizität. Mittels Klemmschrauben
24 können die Naben auf den nicht dargestellten Anschlußwellen befestigt werden.
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Um eine Verbindung zwischen einem Antriebsaggregat und einem angetriebenen
Maschinenteil herzustellen ist es lediglich notwendig, die Kupplungsnaben 6 bzw.
12 auf den Anschlußwellen mit Hilfe der Klemmschrauben 24 zu befestigen. Anschließend
können die gewählten Kupplungshülsen 1 oder 20 zunächst in eine der Kupplungsnaben
gesteckt werden. Mit dem Zusammenschieben greift das noch freie Ende der Kupplungsnabe
in den Ringraum der gegenüberliegenden Nabe und beendet damit bereits die Montage.
Durch entsprechende Anschrägungen 25 im Bereich der Nabe wird die Steckmontage wesentlich
erleichtert. Gegenüber den nicht steckbaren Metallbalg-Kupplungen ergibt sich dadurch
ein ganz erheblicher zeitlicher Montagevorteil bei gleichzeitiger besserer Möglichkeit
zur sicheren Anbringung, da die eingangs geschilderten räumlichen Probleme mit den
damit im Zusammenhang stehenden Unsicherheiten bei der Befestigung entfallen.
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Ein weiterer besonderer Vorteil liegt bei den Maschinenausfallzeiten,
die sehr zeit- und kostenaufwendig sind. Bei den bisher bekannten Kupplungsausführungen
tritt nach dem Lösen der Löt- oder Preßverbindung ein völliger Stillstand der anzutreibenden
Maschine während des Betriebes ein, welcher mit hohen Betriebskosten verbunden ist.
Bei dem neuen Prinzip können wegen der gewellten Zwischenhülse keine ähnlichen Nachteile
auftreten.
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Die erfindungsgemäß gestaltete Kupplung ist nicht nur für die Übertragung
kleinerer Drehmomente geeignet, sondern es
besteht die Möglichkeit,
durch eine aus mehrfachen Schichten aufgebaute Kupplungshülse, wie in Figur 14 gezeigt,
zu verwenden, um größere Kräfte zu übertragen.
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