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Es kommt sowohl auf dem Gebiet des allgemeinen Maschinenbaues als
auch in der Feinwerktechnik häufig vor, daß Wellen, insbesondere biegsame Wellen,
durch welche irgendwelche rotierenden Werkzeuge angetrieben werden, lösbar mit einer
Antriebwelle gekuppelt werden müssen. Dabei soll die Kupplung so geschaffen sein,
daß sie einfach bedienbar ist, schnell, leicht und sicher gekuppelt und entkuppelt
werden kann und daß sie im gekuppelten Zustand eine sichere und stabile Verbindung
zwischen der getriebenen Welle und der Antriebswelle gewährleistet. Die häufigsten
Kuppplungen dieser Art sehen eine Schraubverbindung vor, die aus einer Gewindenabe
mit einem Außengewinde oder einem Innengewinde und einer Flanschhülse mit einer
zur Gewindenabe passenden Hohlschraube oder Überwurfmutter besteht. Abgesehen davon,
daß bei derartigen Kupplungen die Gewindeverbindungen jeweils fest mittels einem
passenden Schlüssel angezogen werden
müssen, damit sie sich nicht
lockern, ist das An- und Abkuppeln umständlich und zeitraubend. Häufig kommt es
auch vor, daß die miteinander zu verbindenden Gewinde beschädigt werden und daß
dann die ganze Kupplung unbrauchbar wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche nicht nur die vorstehend aufgeführten Anforderungen
erfüllt, sondern die darüber hinaus mit rationellen Herstellungsverfahren herstellbar
ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Flanschhülse
mittels einer Schraub- oder Klemmverbindung an einem von dem anzukuppelnden Wellenende
durchragten Lagerrohr stirnseitig, koaxial befestigt ist, welches seinerseits axial
fixiert in einer hohlzylindrischen Kupplungshülse angeordnet ist, die mittels federnden
Renkverbindungselementen mit einer die Gegenelemente zu den Renkverbindungselementen
aufweisenden Hohlnabe durch eine koaxiale Schiebe-Drehbewegung verbindbar ist, in
welcher die mit dem Kupplungsgegenprofil versehene Antriebswelle drehbar gelagert
ist.
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Eine solche Vorrichtung erfüllt nicht nur die in der Aufgabe angegebenen
Anforderungen, sondern sie hat darüber hinaus den Vorteil, daß sie dem zu kuppelnden
Wellenende ein einwandfreies Führungslager im Lagerrohr bietet, daß sich die Flanschhülse
am Lagerrohr mit einfachen Mitteln und sicher befestigen läßt und daß sich schließlich
auf Grund der federnden Renkverbindungselemente eine spielfreie Verbindung mit der
Hohlnabe herstellen läßt, in welcher die Antriebswelle als Gegenstück zu dem zu
kuppelnden Wellenende gelagert ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß
das Lagerrohr drehbar in der Kupplungshülse gelagert ist.
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Das hat den wesentlichen Vorteil, daß die während der Benutzung solcher
biegsamen Wellen unvermeidlichen Verdrehungen der Schutzhülle nicht auf die Kupplungshülse
übertragen werden bzw. daß die Flanschhülse mit dem an ihr befestigten Lagerrohr
und der Schutzhülle der biegsamen Welle frei drehen läßt, ohne daß dadurch die Gefahr
besteht, daß sich die Kupplungshülse von ihrem Gegenstück löst.
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Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist nicht nur insofern
von Vorteil, als sich sowohl die Renkverbindungselemente der Kupplungshülse als
auch die dazu passenden Gegenelemente der Hohlnabe beispielsweise spritzgußtechnisch
auf einfache Weise erzeugen lassen, sondern es wird dadurch eine über den gesamten
Umfang gleichmäßig verteilt wirkende spielfreie Verbindung gewährleistet, die auch
bei starken Erschütterungen, Schwingungen und dgl. nicht der Gefahr unterliegt,
sich zu lockern oder gar zu lösen.
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Eine besonders einfache und doch wirkungsvolle Ausgestaltung, ist
in Anspruch 4 angegeben, in dem die federnden Zungen einstückig und an formtechnisch
günstigen Stellen an der Kupplungshülse angeformt sind.
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Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 ist insofern von
Vorteil, als durch die jeweils in radialer Richtung aufeinander liegenden Begrenzungsflächen
der Ausnehmungen bzw. Abflachungen der Hohlnabe einerseits und der Ringsegmentnocken
der Kupplungshülse andererseits sich die Kupplungshülse und die Hohlnabe in beiden
Drehrichtungen nur unter Überwindung einer federnden Widerstandskraft gegeneinander
verdrehen lassen. Damit wird nicht nur eine wesentliche Erhöhung der Verbindungsstabilität
sondern zugleich eine Erleichterung der Handhabung beim Verbinden und Lösen der
Kupplungsteile geschaffen, in dem sich am verändernden Drehwiderstand der Kupplungshülse
fühlen läßt, ob bzw. wann die Renkverbindung vollständig und sicher hergestellt
bzw. gelöst ist.
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Eine sowohl fertigungstechnisch als auch handhabungsmäßig optimale
Ausführungsform ist durch den Anspruch 6 gekennzeichnet.
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Eine insbesondere die Handhabung beim Kuppeln und Entkuppeln erleichternde
Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 7.
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Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 ist es möglich,
die für die axiale Fixierung des Lagerrohres in der Kupplungshülse erforderlichen
Mittel in Form von einstückig angespritzten rippenartigen Vorsprüngen vorzusehen
und das Lagerrohr an diesen Vorsprüngen, die axial zu den Ringsegmentnocken versetzt
angeordnet sind, mittels einer Flanschringschraube lösbar zu fixieren und zwar derart,
daß sich das Lagerrohr in der Kupplungshülse drehen kann und daß die Flanschringschraube,
die in das Lagerrohr eingeschraubt wird, das Zusammenfügen der Renkverbindungselemente
nicht stört.
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Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 ist die Möglichkeit
gegeben, die Hohlnabe, welche als Lager für die Antriebswelle dient und zugleich
die eine Kupplungshälfte darstellt, auch als tragendes Element für die Lagerung
des Antriebsmotors zu verwenden.
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Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Elektromotor in Seitenansicht
mit teilweise geschnittenem Gehäuse mit einem Lagerbock im Schnitt, F i g. 2 den
Lagerbock des Elektromotors der Fig. 1 in perspektivischer Frontansicht, F i g.
3 die im Lagerbock der Fig. 2 gelagerte Hohlnabe in Frontansicht, F i g. 4 einen
Teilschnitt IV-IV aus Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt V-V aus Fig. 4, F i g. 6 eine
Kupplungshülse, ein Lagerrohr und eine Flanschringschraube in perspektivischer Explosionsdarstellung,
Fig.7 die komplette Wellenkupplung in einem axialen Längsschnitt, F i g. 8 einen
axialen Längsschnitt der Kupplungshülse, Fig. 9 einen Schnitt IX-IX aus Fig. 8,
Fig. 10 einen Schnitt X-X aus Fig. 8.
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Der in F i g. 1 dargestellte Elektromotor 1 ist mit einem Lüftergehäuse
2 versehen, in dem sich ein Sauglüfterrad 3 befindet und das in einer Vertiefung
4 eines Gehäusesockels 5 gelagert ist. Auf der dem Lüftergehäuse 2 gegenüberliegenden
Seite ist der Elektromotor 1 mit einem Lagerschild 6 in einem Ringkäfig 7 gelagert,
das Teil einer Hohlnabe 8 ist. In der Hohlnabe 8 ist drehbar eine Antriebswelle
9 (F i g. 2) gelagert, die mit der in Zeichnung nicht dargestellten Welle des Elektromotors
1 drehfest verbunden ist und die in ihrem Zentrum eine matrizenartige Innenverzahnung
10 aufweist, in welche ein patrizenförmiger Kupplungszapfen 11 einer mit der Antriebswelle
9 zu kuppelnden Welle 12 drehsicher einsteckbar ist (F i g. 7).
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Der Ringkäfig 7 ist in einem zweischaligen Lagerbock 13 des Gehäusesockels
5 befestigt, desen zwei Lagerschalen 14 und 15 durch Spannschrauben 16 miteinan-
der
verbunden sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besitzt die Hohlnabe 8 einen zylindrischen
Abschnitt 17, der sich vom Ringkäfig 7 in axialer Richtung nach außen erstreckt
und auf dessen Umfang ein sich radial abhebender Anschlag 18 angeordnet ist, der
sich unmittelbar an die Stirnfläche des Ringkäfigs 7 anschließt. Die gesamte Hohlnabe
8 mit dem Ringkäfig 7 ist einstückig aus Kunststoff hergestellt. In Verlängerung
des zylindrischen Abschnittes 17 besitzt die Hohlnabe 8 drei ebene Abflachungen
19, 20 und 21, die jeweils miteinander einen Winkel von 600 bilden, bzw. einen mittleren
Winkelabstand von jeweils 1200 voneinander aufweisen, deren Ebenen also die Längsseiten
eines gleichseitigen Dreieckes darstellen und die so angelegt sind, daß zwischen
ihnen jeweils Ringstegabschnitte 22, 23 und 24 gebildet sind, welche ihrerseits
durch Ringnutabschnitte 25, 26 und 27 radial hinterschnitten sind. Die äußeren Mantelflächen
der Ringstegabschnitte 22,23 und 24 liegen auf dem gleichen Durchmesser wie die
Mantelfläche des zylindrischen Abschnittes 17 und sind somit mit der gleichen zylindrischen
Krümmung versehen. In den Fig. 3,4 und 5 ist die Hohlnabe 8 als Einzelteil in verschiedenen
Ansichten bzw. Schnitten dargestellt. Man erkennt in F i g. 3 die Ringstegabschnitte
22, 23 und 24, den Anschlag 18 und die kreisringförmige Stirnfläche des Ringkäfigs
7. In Fig.4 erkennt man den zylindrischen Hohlraum 28 des Ringkäfigs 7, an den sich
konzentrisch dazu die Lagerbohrung 29 anschließt, in welcher die Antriebswelle 9
drehbar gelagert ist Außerdem erkennt man in der Fig. 4 auch die Ringstegabschnitte
22,23 sowie die Ringnutabschnitte 25 und 27 mit ihren jeweils radial verlaufenden
Begrenzungsflächen.
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Der Elektromotor 1 dient zum Antreiben einer sog.
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biegsamen Welle 30, deren eines Ende mit der Antriebswelle 9 lösbar
gekuppelt werden muß und deren anderes Ende mit einem drehenden Werkzeug, beispielsweise
mit einer Schleifscheibe, einem Fräser od. dgl, ausgerüstet sein kann. Die biegsame
Welle 30 besteht aus einer Stahlseele 31 und einer schlauchartigen Schutzhülle 32,
deren Ende mit einer festsitzenden Flanschhülse 33 versehen ist. Die Stahlseele31
ist drehfest mit der aus der Flanschhülse 33 axial herausragenden Welle 12 verbunden.
Die Welle 12 ist mittels einer Lagerbuchse 34 und einer hohlzylindrischen Ringflanschschraube
35 in einem Lagerrohr 36 drehbar gelagert.
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Dieses Lagerrohr ist an beiden Enden mit Innengewinden 37 bzw. 38
versehen. In das Innengewinde 37 ist eine die Flanschhülse 33 im Lagerrohr 36 befestigende
Hohlschraube 39 eingeschraubt, während im Innengewinde 38 die Ringflanschschraube
35 sitzt Mit Hilfe der Ringflanschschraube 35 ist das Lagerrohr 36 drehbar jedoch
axial unverschiebbar und mit geringem radialen Spiel mit einer Kupplungshülse 40
in der nachstehend noch näher zu beschreibenden Art gelagert.
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Die im wesentlichen zylindrische Kupplungshülse 40 besteht aus einem
im Spritzgießverfahren aus Kunststoff hergestellten einstückigen hohlzylindrischen
Körper, der an seinem der biegsamen Welle 30 abgewandten Endabschnitt 41 insgesamt
sechs radial federnde Zungen 42, 43, 44, 45, 46 und 47 aufweist, die durch gleich
lange und gleich breite Axialschlitze 48 gebildet sind und jeweils in Umfangsrichtung
die gleiche Breite aufweisen. Der restliche Mantelabschnitt der Kupplungshülse 40
ist mit Axialrippen 40' versehen, welche eine nur geringe radiale Höhe aufweisen
und die Griffigkeit verbessern. Während die Zungen 42, 44 und 46 (siehe auch F i
g. 9)in geringem Abstand von ihrer stirnseitigen Begrenzungsfläche nach innen vorspringende
Ringsegmentnocken
49, 50 und 51 aufweisen, sind die Zungen 43, 45 und 47 jeweils mit axial vorspringenden
Anschlagnasen 52 versehen. Wie am besten aus Fig. 9 erkennbar ist, sind die radial
innen liegenden Begrenzungsflächen 53,54 und 55 nicht kreisbogenförmig, sondern
als ebene Flächen ausgebildet, die jeweils miteinander einen Winkel von 600 bilden,
also mit den Seitenflächen eines hineinpassenden regelmäßigen Sechsekkes 56, das
durch strichpunktierte Linien angedeutet ist, zusammenfallen. Diese Ringsegmentnocken
49, 50 und 51 sind so gestaltet und angeordnet, daß sie koaxial über die Abflachungen
19,20 und 21 der Hohlnabe 8 geschoben werden können und dann, wenn sie mit ihren
Stirnflächen an der Stirnfläche 17' des zylindrischen Abschnittes 17 der Hohlnabe
8 anliegen, durch Drehung der Kupplungshülse 40 hinter die Ringstegabschnitte 22,
23 und 24 in die Ringnutabschnitte 25, 26 und 27 gedreht werden können, so daß sie
mit diesen eine lösbare formschlüssige Renkverbindung bilden. Entsprechend den Innenflächen
53,54 und 55 der Ringsegmentnocken 49,50 und 51 sind auch die Bodenflächen 57 der
Ringnutsegmente 25, 26, 27 (F i g. 2 und F i g.3) nicht gewölbt, sondern als gerade
ebene Flächen ausgebildet, die wiederum zueinander einen Winkel von 600 bilden bzw.
deren Mitten jeweils einen Winkelabstand von 1200 voneinander haben und die somit
in Stirnansicht in den Seitenflächen des Sechseckes 56 liegen. Dadurch ergibt sich,
daß die Eckkanten 57', durch welche die Bodenflächen 57 der Ringnutabschnitte 25,
26 und 27 mit den Abflachungen 19, 20 und 21 gemeinsam haben, auf einem größeren
Durchmesser liegen als dem Durchmesser des Innenkreises des Seckseckes 56 entspricht.
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Dies hat zur Folge, daß die Zungen 42, 44 und 46 federnd radial nach
außen ausgelenkt werden, wenn die Ringsegmentnocken 49, 50 und 51 hinter die Ringstegabschnitte
22, 23 und 24 gedreht werden. Dadurch entstehen zwei sehr lagestabile Raststellungen
der Kupplungshülse 40 auf der Hohlnabe 8, wobei jeweils eine Anschlagnase 52 als
zusätzliche Drehsicherung am Anschlag 18 der Hohlnabe 8 zur Anlage kommt. In der
gekuppelten Rastlage der Kupplungshülse 40, in welcher sich ihre Ringsegmentnocken
49, 50 und 51 hinter den Ringstegabschnitten 20, 23 und 24 in den Ringnutabschnitten
25, 26 und 27 befinden, besteht eine formschlüssige Kupplungsverbindung, die sich
zwar manuell wieder leicht lösen läßt, die aber Erschütterungen, Schwingungen und
Vibrationen jeglicher Art mit großer Sicherheit standhält und die ohne weiteres
völlig spielfrei gestaltet werden kann.
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Zur axialen Fixierung des Lagerrohres 36 in der Kupplungshülse 40
sind im Innern der Kupplungshülse in geringer axialer Entfernung von den axialen
Schlitzen 48, welche die Zungen 42 bis 47 bilden, nach innen gerichtete rippenartige
Vorsprünge 58, 59 und 60 angeformt, deren seitliche Begrenzungskanten 61 in axialer
Draufsicht jeweils mit den seitlichen Begrenzungskanten 62 der Ringsegmentnocken
49, 50 und 51 in jeweils gleichen axial verlaufenden Ebenen liegen und deren innere
Begrenzungskanten 63 jeweils die Ergänzung des Sechsecks 56 zu den Innenflächen
53, 54 und 55 der Ringsegmentnocken 49, 50 und 51 bilden. An diesen Vorsprüngen
58,59 und 60 liegt auf der einen Seite die ringförmige Stirnfläche 64 des Lagerrohres
36 an und auf der anderen Seite die sektorartigen Abschnitte 65, 66 und 67 eines
Ringflansches 68 der Ringflanschschraube 35, die mit ihrem hohlzylindrischen Gewindeabschnitt
69 in das Innengewinde 38 des Lagerrohres 36 so weit eingeschraubt ist, daß ihre
stirnseitige Ringfläche
70 an der das Innengewinde 38 begrenzenden
radialen Ringschulter 71 anliegt. In dieser Position hat dann der Ringflansch 68
von der Stirnfläche 64 des Lagerrohres 36 einen axialen Abstand, der mit geringem
Spiel der Dicke der Vorsprünge 58, 59 und 60 entspricht. Damit die Ringflanschschraube
35 bzw. deren Ringflansch 68 trotz der nach innen vorspringenden Ringsegmentnokken
49,50 und 51 von der in F i g. 6 angedeuteten Stirnseite her in die Kupplungshülse
36 zum Einschrauben in das Lagerrohr 36 eingeführt werden kann, ist der Ringflansch
68 umfangsseitig mit drei der Querschnittsform und der Anordnung dieser Ringsegmentnocken
49, 50 und 51 entsprechenden Ausnehmungen 72, 73 und 74 versehen.
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Auf seiner äußeren Stirnseite ist der Ringflansch 68 zusätzlich mit
einem konischen Ringbund 75 versehen, der Querschlitze 76 aufweist, die zum Festziehen
der Gewindeverbindung mittels eines Schraubendrehers benutzt werden können.
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Ob zuerst die Gewindehülse 13 mittels der Hohlschraube am Lagerrohr
36 befestigt oder ob zuerst das Lagerrohr 36 mit Hilfe der Ringflanschschraube 35
in der Kupplungshülse 40 montiert wird, ist im Prinzip gleichgültig. Jedenfalls
läßt sich durch die beschriebene Anordnung des fest mit der Kupplungshülse 33 verschraubten
Lagerrohres 36 eine leicht lösbare jedoch im gekuppelten Zustand sehr stabile Verbindung
zwischen der Kupplungshülse 40 und der Hohlnabe 8 bzw. zwischen der Welle 12 und
der Antriebswelle 9 herstellen, bei welcher das Lagerrohr 36 mit der Schutzhülle
32 der biegsamen Welle 30 relativ zur Kupplungshülse 40 frei drehbar ist. Durch
die besondere Formgebung der Ringsegmentnocken 49, 50 und 51 einerseits und der
rippenartigen Vorsprünge 58,59 und 60 andererseits ist es möglich, die Kupplungshülse
40 einstückig im Spritzgußverfahren als Kunststoffteil herzustellen und in ihr mittels
einer ebenfalls aus einem einstückigen Kunststoffteil bestehenden Ringflanschschraube
35 das Lagerrohr 36 drehbar jedoch axial unverschiebbar zu lagern.
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