DE3536833A1

DE3536833A1 - Kupplung zur spielfreien uebertragung rotatorischer bewegungen, insbesondere fuer praezisionsdrehpotentiometer, und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3536833A1
Application number: DE19853536833
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Gass; Fritz Blessing; Frank Dipl Phys Dietrich; Hans Dipl Ing Hohmann
Original assignee: Novotechnik Messwertaufne GmbH
Current assignee: Horst Siedle KG
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1987-04-16

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kupplung nach der Gat tung des Hauptanspruchs und einem Verfahren zu ihrer Herstellung nach der Gattung des Anspruchs 10 . Bei der Übertragung rotatorischer Bewegungen, insbesondere für Winkelmessungen durch Präzisionspotentiometer oder durch ähnliche Meßsysteme ist es erforderlich, die Verdrehbewegung der einen Welle, deren rotatorische Bewegung festge stellt werden soll (oder einer beliebigen rotatorischen Bewegung, die sich jedenfalls durch die Verdrehung einer Welle erfassen läßt), spielfrei und bei Präzi sionsmessungen absolut spielfrei auf eine zweite Auf nehmerwelle des Meßsystems zu übertragen, und zwar darüber hinaus natürlich in der Weise, daß sich nicht unerwünschte Krafteinwirkungen oder Bewegungen auf grund dieser Übertragung in einer Richtung ergeben, die das Meßsystem nicht aufnehmen kann und die daher minde stens zu einer Belastung, gegebenenfalls zu einer Ver schleißerhöhung oder Beschädigung von Drehlagern und natürlich Meßfehlern u. dgl. des Meßsystems führen können. Solche Kräfte können sich leicht entwickeln, wenn die jeweiligen Wel len, von denen die Welle, deren Drehbewegung bestimmt werden soll, als Eingangswelle und die andere, die die Drehbewegung von dieser auf das Meßsystem überträgt, als Ausgangswelle, bezogen auf das vorliegende Kupp lungssystem bezeichnet werden kann, nicht absolut pa rallel zueinander sind, sondern ihre Mittellinien einen Winkel zueinander aufweisen oder auch dann, wenn die Wellen nicht konzentrisch liegen, sondern zusätzlich oder allein zu dem soeben erwähnten Parallelversatz auch noch ein Axialversatz vorliegt, mit anderen Worten, die Wellen fluchten nicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine spielfreie, im Aufbau einfache und daher kostengünsti ge Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Lage ist, solche gegebenenfalls technisch nicht immer vermeidbaren, unter Umständen nur sehr geringen Versätze aufzufangen und die eigentliche, zu messende Bewegung spielfrei und unbeeinflußt und ohne zusätzli che unerwünschte Krafteinwirkung auf das jeweils ange schlossene Meßsystem (Präzisionsdrehpotentiometer) zu übertragen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kupplung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß durch das kraftschlüssige Anpressen des Kupplungsbolzens an eine am anderen Kupplungshebel ge bildete Bezugsfläche eine hochgenaue Übertragung der Ursprungsdrehbewegung absolut spielfrei erzielt wird, wobei durch die Ausbildung der den Anpreßdruck erzeugen den Feder als Blattfeder beidseitig für den Kupplungsbol zen Anlageflächen gebildet sind.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich noch daraus, daß die beiden Kupplungshebel im Querschnitt ein vorgegebenes Profil aufweisen, welches sich durch nur ganz wenige weitere Komponenten wie eine Preßverschraubung, die schon erwähnte Blattfeder und deren Befestigungsmittel sowie durch den Kupplungsbolzen vollständig zur Gesamt kupplung ergänzen läßt. Daher ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die jeweiligen Kupplungs hebel dadurch herzustellen, daß diese in ihrer Stäbchen form von einem Längsprofil durch Abschneiden gewonnen werden können, wobei das Längsprofil bevorzugt ein Strangpreßprofil aus Aluminium ist. Das Abschneiden der einzelnen Kupplungsstäbchen in ihrer speziellen Profil gebung erfolgt also in Querrichtung zum Strangpreßpro fil, so daß der Herstellungsaufwand schon für die Form gebung der jeweiligen Kupplungshebel sehr gering ist. Es werden beide Kupplungshebel aus den stranggepreßten Aluminiumprofilen hergestellt, die durch ihre Herstel lung schon die vollständige Endform in der Profilgebung erhalten - eine Oberflächenvergütung erfolgt dann durch Eloxierung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kupplung möglich. Besonders vorteilhaft ist die in etwa ballige Form des Kupplungs bolzens dort, wo dieser durch die von der Blattfeder ausgeübte einseitige Druckkraft an ihr und an der Be zugsfläche des Kupplungshebels gehalten und angeschla gen ist. Diese Balligkeit wird durch eine Kegelstumpf form beidseitig zum insofern praktisch punktförmigen Anschlagbereich hergestellt und ermöglicht auch eine gewisse schiefe, durch nichtfluchtende Wellen bewirkte Schrägstellung der beiden Kupplungshebel zueinander.

Die den Kupplungsbolzen durch kraftschlüssige Anlage am anderen Kupplungshebel haltende Blattfeder ist aus rostbeständigem Federstahl bestimmter Härte gebogen und wird mit einem Scherspannstift befestigt und auf eine bestimmte Vorspannung justiert.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht den die Blattfeder lagern den Kupplungshebel;

Fig. 2 die Kupplungshebel der Fig. 1 in Draufsicht;

Fig. 3 den den Kupplungsbolzen haltenden Kupplungshe bel in einer Seitenansicht und

Fig. 4 den Kupplungshebel der Fig. 3 in Draufsicht;

Fig. 5 die aus beiden Kupplungshebeln bestehende, beid seitig Wellenabgänge aufweisende Kupplung in einer Seiten- und

Fig. 6 die Kupplung der Fig. 5 in Draufsicht und

Fig. 7 in vergrößerter Darstellung den Kupplungsbolzen und

Fig. 8 die Blattfeder, jeweils in Draufsicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die zusammengebaute Kupplung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet; sie umfaßt zwei miteinander lediglich kraftschlüssig, jedoch spiel frei in geeigneter Weise, wie weiter unten noch erläu tert wird, verbundene Kupplungshebel 11 a, 11 b, wobei der Kupplungshebel 11 a mit einer die Eingangsverdrehung aufnehmenden Eingangswelle 12 und der Kupplungshebel 11 b mit einer die von ihm über den Kupplungshebel 11 a erfaßte Eingangsverdrehung weiterleitenden Ausgangswel le 13 verbunden sind.

Die beiden Draufsichten auf den Kupplungshebel 11 a in Fig. 2 und auf den Kupplungshebel 11 b in Fig. 4 zeigen, daß die Befestigung an den Wellen 12 und 13 über jeweils gleiche, geschlitzte Klemmverbindungen 14 erfolgt, wobei jeder sich nach unten im Querschnitt leicht konisch er weiternde Kupplungshebel 11 a, 11 b eine Bohrung 15 auf weist, die weiter nach unten in einen Schlitz 16 über geht, der von beidseitig sich nach unten fortsetzenden Kupplungshebelteilhälften 11 a′, 11 a′′ bzw. 11 b′, 11 b′′ gebildet ist. Durch diese beiden Kupplungshebelteilhälf ten erstreckt sich eine Querbohrung, die in einer ge eigneten Profilnut verdrehsicher jeweils eine Vierkant mutter 17 aufnimmt, in die dann bevorzugt eine Zylinder schraube 18 mit Innensechskant eingeschraubt ist. Die Befestigung des jeweiligen Kupplungshebels 11 a, 11 b auf der zugeordneten Welle erfolgt daher problemlos durch das Anziehen der Klemmverbindung.

In der Zeichenebene der Fig. 2 und 4 dargestellt unter scheiden sich weiter nach oben die beiden Kupplungshebel 11 a, 11 b dann in der Profilgebung, denn der Kupplungs hebel 11 a dient der kraftschlüssigen Aufnahme und Erfas sung des vom anderen Kupplungshebel 11 b ausgehenden Kupplungsbolzens und verfügt zu diesem Zweck über eine nach oben offene Bohrung 19, von welcher auf der einen Seite ein - in Verbindung mit der in die Bohrung eingeleg ten Blattfeder 20 - die Bezugskante für den Kupplungsbol zen bildender Ansatz 21 ausgeht. Die in das Halbrund der Bohrung 19 eingelegte Blattfeder ist in der Darstellung der Fig. 8 nochmals vergrößert dargestellt, und sie be steht aus einer U-förmig auf sich selbst im wesentlichen zurückgebogenen Struktur, - im mit 22 bezeichneten Rund bereich in etwa der Form der etwas mehr als halbrund geschlossenen Bohrung 19 im Kupplungshebel 11 a folgend und mit einem von der Rundung bei 22 tangential grad linig nach oben bzw. in der Zeichnung der Fig. 8 in der Zeichenebene nach rechts verlaufenden ersten Schen kel 23 und einem von dem runden Halbbogen sich zunächst gradlinig etwas nach innen erstreckenden Teilschenkel 24, an dem dann ein wieder schwach nach außen aus der U- Form abgebogener Schenkel 25 angesetzt ist.

Diese in Fig. 8 gezeigte Ausgangsform der gebogenen Blattfeder ist vorteilhaft, da sich hierdurch nach dem Einsetzen in die Aufnahmebohrung 19 des Kupplungshebels 11 a ein Aufeinanderzulaufen der beiden Schenkel 23, 25 der Blattfeder 20 ergibt, was für die kraftschlüssige, auf den in diesem Bereich eingesetzten Kupplungsbolzen auszuübende Klemmkraft wesentlich ist. Daher ist auch der Endabstand der beiden Schenkel 23, 25 der Blattfeder, der in Fig. 2 mit A bezeichnet ist, beim Einsetzen auf einen vorgegebenen Abstand genau justiert, wobei diese Justage die Befestigung der Blattfeder in der Aufnahme halbbohrung 19 mittels eines Scherspannstiftes 26 ein bezieht, der, wie die Darstellung der Fig. 2 zeigt, eine durch einen Schlitz unterbrochene Kreisform aufweist und von innen federnd an der inneren Blattfederrundung in der Aufnahmebohrung 19 anliegt und diese fest und si cher durch Klemmwirkung in dieser Position hält.

Der Kupplungsbolzen, über welchen die Übertragung der rotatorischen Bewegung von der einen Welle auf die an dere stattfindet - es versteht sich natürlich, daß die primäre rotatorische Bewegung auch von der Welle 13 auf die Welle 12, also in der umgekehrten Richtung wie ein gangs erläutert, erfolgen kann, da sich hier die glei chen Wirkungen ergeben -, ist in Fig. 2 mit 27 bezeich net und sitzt vorzugsweise durch Preßpassung in einer entsprechenden Aufnahmebohrung 28 des zugeordneten Kupplungshebels 11 b. Diese Aufnahmebohrung 28 ist nach oben über einen vorgegebenen Kreisbogen geöffnet, so daß sich ein sicherer Preßpassungssitz des Kupplungs bolzens 27 in der Bohrung 28 ergibt. Dieser Kupplungs bolzen 27 ist ein speziell geformter, gehärteter Stahl stift und hat eine allgemeine, äußere Konfiguration, wie sie sich der Darstellung der Fig. 7 entnehmen läßt. We sentlich ist hierbei, daß durch die beidseitige Verjün gung des Bolzendurchmessers, wie bei 29 und 30 angedeu tet, eine Balligkeit am Arbeitspunkt 31 erreicht wird, also dort, wo der Kupplungsbolzen 27 durch die einseitig wirkende,jedoch flache Blattfeder, nämlich von deren Schenkel 25 an die gegenüberliegende Fläche gedrückt wird. Diese Fläche ist gebildet von der Innenfläche des am Ansatz 21 aufliegenden Schenkels 23 der Blattfeder. Diese Balligkeit wird erzielt durch zum Bereich des Ar beitspunktes 31 (dieser kann auch durch eine sehr kurze zylindrische Gleitfläche gebildet sein, um bei stumpf winkligem Übergang einen Verschleiß der sich dann bilden den Ecken zu vermeiden) sich verbreiternde bzw. verjün gende Kegelstümpfe, die dann über einen Zwischenachsteil 32 in den Schaft 33 übergehen, mit welchem der Kupp lungsbolzen in der Bohrung 28 aufgenommen wird.

Die von den beiden Kupplungshebeln bei eingestecktem Kupplungsbolzen eingenommene Arbeitsposition ist aus der Darstellung der Fig. 6 gut erkennbar, wobei bei der Montage der Kupplung der Kupplungsbolzen über die von ihm selbst im vorderen Teil durch die ansteigende Kegel stumpfform gebildete Einführschräge zwischen die zunächst noch aufeinanderzu laufenden Blattfederschenkel einge führt wird. In der Arbeitsposition drückt daher der Kupplungshebel 27 mit seiner breitesten Stelle (Ar beitspunktbereich 31) die Federschenkel auseinander und in die in Fig. 6 dargestellte Position, wobei gut erkennbar ist, daß die Federwirkung der Blattfeder, al so das kraftschlüssige Einspannen des Kupplungshebels dadurch unterstützt wird, daß, wie bei 33 in Fig. 6 er kennbar, die Blattfeder sich außen an einer nach innen vorspringenden und den Öffnungsbereich der Aufnahmeboh rung 19 insoweit verengenden Nase 34 abstützt. Das von der gebogenen Blattfeder auf diese Weise übertragbare Drehmoment läßt sich daher gut bestimmen.

Die Formgestaltung der offen gebogenen Blattfeder im Kupplungshebel 11 a ermöglicht es der Kupplung, einen Parallelversatz der zu kuppelnden Wellen 12, 13 ohne we sentlichen Kraftaufwand (Gleitreibung) auszugleichen, wobei die durch die beidseitige Verjüngung des Bolzen durchmessers am Arbeitspunkt erzielte Balligkeit des Bolzendurchmessers es der Kupplung ermöglicht, einen Winkelversatz der zu kuppelnden Wellen bis zu einer vor gegebenen Größe (beispielsweise 1,5°) ohne Erzeugung von Querkräften auszugleichen.

Die erfindungsgemäße sogenannte Gabelkupplung ist daher in der Lage, durch die Sicherung einer kraftschlüssigen Anlage des Kupplungsbolzens eine vollkommen spielfreie Übertragung rotatorischer Bewegungen bei, wie erkennbar, nur geringem Bearbeitungs- und Teilebedarf zu ermögli chen, wobei ferner in einer weiteren vorteilhaften Aus gestaltung vorliegender Erfindung die Herstellung der an sich durch ihr Querschnittsprofil vergleichsweise kompliziert zu bearbeitenden einzelnen Kupplungshebel 11 a, 11 b dadurch drastisch vereinfacht wird, daß diese von einem längeren Stück eines Strangpreßprofils, wel ches im Querschnitt genau die Profilform hat, wie sie den Darstellungen der Fig. 4 bzw. 6 entnommen werden kann, lediglich so abgeschnitten werden, wie man bei spielsweise Scheiben von einer Wurst abschneidet. Auf diese Weise findet man sofort in den jeweiligen, voll kommen fertig und auf Maß profilierten Teilstäbchen die erforderlichen, beidseitigen Profilnuten 35 und 36 für die Aufnahme der Klemmverbindung, die Bohrungen 15 und 19 bzw. 28 für die Aufnahme der Wellenstümpfe, der Blatt feder bzw. Kupplungsbolzen und überhaupt die gesamte äußere Formgestaltung jedes Kupplungshebels 11 a, 11 b. Durch die Herstellung eines entsprechenden Strangpreß profils mit diesem Querschnittsprofil, vorzugsweise stranggepreßte Aluminiumprofile ergibt sich daher eine weitere entscheidende Reduzierung des Herstellungs- bzw. Bearbeitungsaufwandes.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Kupplung zur spielfreien Übertragung rotatorischer Bewegungen, insbesondere für Präzisionsdrehpotentio meter zur Winkelmessung u. dgl., mit jeweils an einer Eingangs- bzw. Ausgangswelle befestigten, einander zugeordneten und durch eine gegenseitige Mitnahme miteinander verbundenen Kupplungshebeln, dadurch gekennzeichnet, daß an einer zu den Befesti gungsörtern der Wellen am jeweils zugeordneten Kupplungshebel (11 a, 11 b) entfernten Stelle eine ge bogene Blattfeder (20) an einem der Kupplungshebel (11 a) gelagert ist, die einen im anderen Kupplungs hebel (11 b) gehaltenen Kupplungsbolzen (27) gegen eine Bezugskante (37) an den sie lagernden Kupp lungshebel (11 a) drückt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kupplungshebel (11 a, 11 b) dadurch an den zugeordneten Wellenstümpfen von Eingangswelle und Ausgangswelle (12, 13) befestigt sind, daß diese in Aufnahmeschlitzbohrungen (15, 16) am Kupplungshebel eingeführt und durch eine Klemmverbindung gehalten sind.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmverbindung durch Verspannen der Schlitz bohrung durch eine in Querrichtung wirkende Schraub verbindung (Vierkantmutter 17, Zylinderschraube 18) gebildet ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge kennzeichnet, daß der die Blattfeder (20) lagernde Kupplungshebel (11 a) diese in einer nach oben offe nen Halbbohrung (19) aufnimmt, in welche die aus sich selbst zurückgebogene, eine allgemeine U-Form auf weisende Blattfeder (20) von einem Spannstift (26) gehalten ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Blattfeder (20) aufnehmende Bohrung (19) über mehr als die Hälfte ihres Umfanges geschlossen ist, mit einer vorspringenden Nase (34) als Anlage stütze für die Federwirkung des die Federkraft auf bringenden Schenkels (25) der Blattfeder.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Blattfeder einen gradlinigen ersten Schenkel (23) aufweist, der in eine untere Halbrundform (22) übergeht, an welche ein leicht nach innen gerichteter Teilschenkel (24) angesetzt ist, der wiederum unter Knickbildung in einen schwach nach außen gerichteten Schenkel (25) über geht, der die Anpreßkraft auf den Kupplungsbolzen ausübt.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge kennzeichnet, daß nach Einsetzen des die Blattfeder (20) in ihrerAufnahmebohrung (19) haltenden Scher spannstiftes (26) die Kupplungsschenkel (23, 25) auf vorgegebenes Abstandsmaß (A) justiert sind.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kupplungsbolzen (27), ausge richtet auf die von der Blattfeder gebildete Einspann öffnung für ihn in einer Aufnahmebohrung (28) des anderen Kupplungshebels (11 b) in einem Preßpassungs sitz angeordnet ist.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kupplungsbolzen im Bereich des Arbeitspunktes (beidseitige Anlage an Bezugskante 27 und Federschenkel 25) durch beidseitige Verjüngung des Bolzendurchmessers ballig ist.

10. Verfahren zur Herstellung der Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekenn zeichnet, daß von Strangpreßprofilen mit einem der Querschnittsform jedes Kupplungshebels (11 a, 11 b) entsprechenden Querschnitt scheibenartig Stücke mit der Dicke jedes Kupplungshebels abgeschnitten werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpreßprofil, von welchem die einzelnen Kupplungshebel abgeschnitten werden, aus Aluminium besteht und daß die Kupplungshebel anschließend durch Einsetzen einer Vierkantmutter in eine erste Profilnut und eine entsprechende Schraube in eine zweite gegenüberliegende Profilnut, durch Einschieben der Blattfeder in die Aufnahmebohrung (19) und Fixie ren mit einem Scherspannstift sowie durch Einsetzen des Kupplungsbolzens in einer ebenfalls durch die Profilgebung des Ausgangsstrangpreßprofils gebilde ten Aufnahmebohrung (28) vervollständigt werden.