DE3704968A1 - Ausgleichskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichskupplung zum drehfe­ sten Verbinden gleichachsiger Wellenenden, die jedoch Ver­ lagerungen gegeneinander haben können, mit einem die bei­ den Wellenenden verbindenden Zwischenstück, dessen Mittel­ achse bei fluchtenden Wellen vorzugsweise auf deren sich fortsetzenden Mittelachse liegt, und welches an den Wel­ lenenden innerhalb von Kupplungsausnehmungen mittels Quer­ stiften in zumindest einer Richtung gegenüber der Mittel­ achse der Wellen schwenkbar aber drehfest gelagert ist.

Eine derartige Ausgleichskupplung ist bekannt, und wird häufig auch als Gelenkwelle bezeichnet. Das Zwischenstück ist dabei mit den beiden Wellenenden jeweils über Kreuzge­ lenke verbunden, wobei die Querstifte in gabelförmigen Aus­ nehmungen angeordnet sind, die gegenüber den Wellenenden eine vergrößerte radiale Abmessung benötigen.

Solche Ausgleichskupplungen erlauben zwar relativ große Verlagerungen der Wellenenden gegeneinander, sind jedoch in der Herstellung und Montage aufwendig.

Vor allem bei Meßgebern wie z.B. Drehgebern ist in der Re­ gel eine Ausgleichskupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem eigentlichen Meßwertgeber erforderlich, bei der die Be­ rücksichtigung von Verlagerungen der Wellenenden gegenein­ ander erwünscht ist. Dies macht einen hohen Montageaufwand erforderlich, wobei wegen der in der Regel geschlossenen Bauart solcher Geräte spezielle Montageöffnungen im Bereich der Kupplung erforderlich sind. Entsprechend aufwendig und teuer ist die gesamte Konstruktion und die Montage.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Ausgleichskupplung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die trotz einer Aus­ gleichsmöglichkeit für Achsversatz, Fluchtungs- bzw. Winkel­ fehler und auch Längenfehler drehsteif ist, aber einfach und preiswert herstellbar und schnell montierbar ist. Ins­ besondere Längenfehler sind über Gelenkwellen oder auch Kreuzscheibenkupplungen kaum ausgleichbar.

Die Lösung dieser scheinbar widersprüchlichen Aufgabe be­ steht darin, daß das Zwischenstück einen stirnseitig offe­ nen Langschlitz aufweist, der in Kupplungsstellung einen Querstift drehfest, aber schwenkbar und kippbar sowie axial verstellbar übergreift, und daß die Mantellinien des den einen Querstift erfassenden Langschlitzes und die einer den zweiten Querstift umschließenden Öffnung, und somit die beiden Querstifte bei fluchtenden Wellen, parallel zuein­ ander sind.

Durch den stirnseitig offenen Langschlitz ist eine sehr schnelle Montage der Kupplung möglich, weil einfach das eine Wellenende mit dem Zwischenstück in axialer Richtung in das andere Wellenende mit dem dort angeordneten Quer­ stift eingesteckt werden kann, wobei der Langschlitz die­ sen Querstift übergreifen kann. Weil in Montagestellung ein Langschlitz mit einem Querstift zusammenwirkt, sind ne­ ben Schwenkbewegungen auch axiale und radiale Verschiebe­ bewegungen sowie Kippbewegungen möglich, so daß im Gegen­ satz zu einer Kreuzgelenk-Verbindung auch ein Achsversatz und Längenfehler auf einfachste Weise ausgeglichen werden können, dennoch aber die Verbindung drehsteif ist. Die Be­ festigung an dem dem Langschlitz entgegengesetzten Ende kann dabei an einem Stift mit Hilfe einer stirnseitig ge­ schlossenen Öffnung erfolgen.

Dabei kann diese zweite Öffnung eine Bohrung oder - bei Verwendung eines im Querschnitt kreisförmigen Querstiftes - ein regelmäßiges Vieleck sein. Zweckmäßigerweise ist der Querschnitt beider Querstifte kreisrund, weil dies preis­ wert ist und vor allem bei Winkel- oder Fluchtungsfehlern eine gute Beweglichkeit der einzelnen Teile relativ zuein­ ander erlaubt.

Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Aus­ gleichskupplung, daß Kreuzgelenke mit sich jeweils an den Enden des Zwischenstückes kreuzenden Stiften und Lagerun­ gen für diese Stifte vermieden werden können, da der stirn­ seitig offene Langschlitz zusätzliche Freiheitsgrade für gegenseitige Verlagerungen schafft.

Ferner ist dadurch eine Ausgestaltung der Erfindung von er­ heblicher Bedeutung möglich, die darin bestehen kann, daß die von den Kupplungsstiften durchsetzten Kupplungsausneh­ mungen an den Wellenenden unmittelbar stirnseitig in die zu verbindenden Wellenenden eingearbeitet sind und daß das Zwischenstück zumindest im Bereich des Eingriffes in diese Ausnehmungen in seinem Querschnitt gegenüber dem Wellen­ querschnitt vermindert ist. Dadurch wird vermieden, daß der Kupplungsbereich gegenüber den eigentlichen zu verbin­ denden Wellenenden radial vergrößert ist, was vor allem bei einer blinden Montage, bei welcher der stirnseitig offene Langschlitz über den mit ihm zusammenwirkenden Quer­ stift geschoben wird, störend wäre. Vor allem bei Übertra­ gung relativ geringer Drehmomente, wie sie bei Meßwertge­ bern auftreten, ist eine solche Ausgestaltung der Aus­ gleichskupplung ohne radialen Überstand gegenüber den zu kuppelnden Wellenenden vorteilhaft.

Um genügend gegenseitige Verlagerungen der Wellenenden zu erlauben, ist es zweckmäßig, wenn das Zwischenstück zumin­ dest in seinem Eingriffsbereich in die Kupplungsausnehmun­ gen gegenüber deren Innenwandungen ringsum einen Abstand hat.

Die die Kupplungsausnehmungen durchsetzenden Querstifte können in der Welle fest angebracht, beispielsweise einge­ preßt, sein und das Zwischenstück kann an den Stiften ei­ nen Gleitsitz haben. Bei einem Wellenversatz ergibt sich so eine Relativbewegung zwischen dem Zwischenstück und den Querstiften und nicht zwischen den Querstiften und ihren Haltebohrungen an der Welle.

Der stirnseitig offene Kupplungsschlitz des Zwischenstük­ kes kann über einen Teil seiner Länge von seinem inneren Ende zur Stirnseite hin eine gleichbleibende Breite etwa entsprechend dem Durchmesser oder der Breite des von ihm übergriffenen Querstiftes haben und sich im Bereich seines Überstandes gegenüber dem Querstift zu seiner Stirnseite hin vorzugsweise stetig erweitern. Vor allem diese Erwei­ terung erleichtert die erwähnte blinde Steckmontage, so daß Montageöffnungen im Bereich der Kupplung überflüssig sind.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß der Kupplungslangschlitz des Zwi­ schenstückes in seinem den Stift in Kupplungsstellung um­ greifenden Bereich vor dem Kuppeln enger als der Durchmes­ ser oder die Breite des Querstiftes ist und nach dem Auf­ stecken auf den Querstift vorgespannt ist. Im Laufe der Zeit an diese Lagerstelle auftretender Verschleiß kann auf diese Weise selbsttätig ausgeglichen werden.

Im Bereich der von dem zweiten Querstift durchsetzten ge­ schlossenen Lochung des Zwischenstückes kann ein in axia­ ler Richtung des Zwischenstückes verlaufender, durch das Zwischenstück durchgehender, in die Lochung mündender Schlitz vorgesehen sein, der schmaler als die Lochung ist, und die Lochung kann vor dem Verbinden mit dem Querstift in ihrem Querschnitt enger als der Stift sein, so daß sie in Gebrauchsstellung durch den sie durchsetzenden Stift ebenfalls vorgespannt ist und so einen allmählich auftre­ tenden Verschleiß über lange Zeit selbsttätig ausgleichen kann.

Bevorzugt können die stirnseitigen Kupplungsausnehmungen der zu kuppelnden Wellen Sacklöcher sein. Sie sind dann sehr einfach mit Hilfe eines Bohrers herstellbar. Es ist aber auch möglich, daß zumindest eine dieser Kupplungsaus­ nehmungen dadurch gebildet ist, daß eine Hohlwelle zu kup­ peln ist, was vor allem bei Hohlwellengebern auftreten kann.

Insgesamt ergibt sich eine Ausgleichskupplung, mit welcher gleichachsige Wellenenden trotz unterschiedlichster Verla­ gerungen drehfest verbunden werden können, wobei dieses Verbinden sehr einfach durch ein axiales Zusammenstecken erfolgen kann, so daß Montageöffnungen im Kupplungsbereich vermieden werden können und dennoch die Montage auch an nicht einsehbaren Stellen, also praktisch "blind" gesche­ hen kann. Gleichzeitig kann die Kupplung ohne wesentliche oder gar ohne jegliche Umfangsvergrößerung ausgeführt sein.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil schematisierter Darstel­ lung:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Ausgleichskupplung mit Ansicht auf die Querstifte an den beiden Wel­ lenenden und

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 um 90° gedrehten Längsschnitt mit Querschnitt durch die Querstifte.

Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Ausgleichskupplung dient zum drehfesten Verbinden zweier gleichachsiger Wellenenden 2 und 3, die jedoch Verlagerungen gegeneinander haben kön­ nen. Die eigentliche Verbindung erfolgt dabei mit einem die beiden Wellenenden 2 u. 3 und deren Abstand überbrücken­ den Zwischenstück 4, dessen Mittelachse 5 bei fluchtenden Wellen auf deren sich fortsetzenden Mittelachsen liegt, wie es in Fig. 1 angedeutet ist. Dieses Zwischenstück 4 ist an den Wellenenden 2 u. 3 innerhalb von Kupplungsausneh­ mungen 6 mittels Querstiften 7 in zumindest einer Richtung gegenüber der Mittelachse 5 schwenkbar aber drehfest gela­ gert.

Vor allem in Fig. 2 erkennt man, daß das Zwischenstück 4 ei­ nen stirnseitig offenen Langschlitz 8 aufweist, der in Kupplungsstellung einen der Querstifte 7 drehfest, aber schwenkbar und kippbar sowie axial verstellbar übergreift, was in Fig. 1 durch die Pfeile Pf 1 (Drehbarkeit), Pf 2 (Kippbarkeit), Pf 3 (Querverschiebung) und Pf 4 (Längsver­ schiebung) angedeutet ist. In diesem Bereich hat also das Zwischenstück 4 gegenüber dem Wellenende 2 trotz der dreh­ festen Verbindung in Rotationsrichtung so viele Freiheits­ grade, wie für die unterschiedlichsten Verlagerungen der Wellenenden 2 u. 3 gegeneinander erforderlich sind, wobei gleichzeitig diese verschiedenen Relativ-Bewegungsmöglich­ keiten eine gute Übertragung von Drehkräften und Drehbe­ wegungen selbst bei mehreren unterschiedlichen Verlagerun­ gen erlaubt. Dabei wird in den Fig. 1 u. 2 ferner deutlich, daß die Mantellinien des den einen Querstift 7 erfassenden Langschlitzes 8 und die einer den zweiten Querstift 7 um­ schließenden Öffnung 9, und somit die beiden Querstifte 7 bei fluchtenden Wellenenden 2 u. 3, parallel zueinander sind. Dadurch wird selbst bei unterschiedlichsten gegensei­ tigen Verlagerungen der Wellenenden, die teilweise in Fig. 1 u. 2 gestrichelt angedeutet sind, ein gegenseitiges Ver­ klemmen der Kupplungsteile vermieden.

Im Ausführungsbeispiel ist die zweite Öffnung 9 eine Boh­ rung. Die Querstifte 7 haben einen kreisrunden Querschnitt. Dies würde es ermöglichen, daß die Öffnung 9 auch ein regel­ mäßiges Vieleck sein könnte.

Die von den Kupplungsstiften 7 durchsetzten Kupplungsaus­ nehmungen 6 sind unmittelbar stirnseitig in die zu verbin­ denden Wellenenden 2 u. 3 eingearbeitet und das Zwischen­ stück 4 ist nicht nur im Bereich seines Eingriffes in die­ se Ausnehmungen 6, sondern über seine gesamte Länge in seinem Querschnitt gegenüber dem Wellenquerschnitt vermin­ dert. Somit entsteht eine genügend große Bewegungsfreiheit für Verlagerungen der Wellenenden 2 u. 3 gegeneinander. Dies wird noch verbessert dadurch, daß das Zwischenstück 4 in seinem Eingriffsbereich in die Kupplungsausnehmungen 6 gegenüber deren Innenwandungen ringsum einen Abstand hat.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Querstifte 7 in der je­ weiligen Welle fest eingepreßt sind und das Zwischenstück 4 an den Stiften 7 jeweils einen Gleitsitz hat. Dabei kann das Zwischenstück 4 auch mit seiner geschlossenen Öffnung 9 gem. dem Pfeil Pf 5 relativ zu dem Querstift 7 an dem Wellenende 3 verschwenkt werden und zusätzlich ist gegebe­ nenfalls auch noch eine radial zu dieser Welle 3 gerichte­ te Bewegung analog der gem. dem Pfeil Pf 3 möglich.

In Fig. 2 erkennt man, daß der stirnseitig offene Kupplungs­ schlitz 8 des Zwischenstückes 4 über einen Teil seiner Län­ ge von seinem inneren Ende 8 a in Richtung zur Stirnseite 10 des Zwischenstückes 4 hin eine gleichbleibende Breite etwa entsprechend dem Durchmesser oder der Breite des von ihm übergriffenen Querstiftes 7 hat, sich dann aber im Be­ reich seines Überstandes 11 gegenüber dem Querstift 7 zu seiner Stirnseite 10 hin stetig und vorzugsweise konisch erweitert. Dies erleichtert das Zusammenfügen der gesam­ ten Kupplung 1, indem das Wellenende 3 mit dem Zwischen­ stück 4 axial gegen das Wellenende 2 hin verschoben werden kann, oder umgekehrt, wobei dann der Querstift 7 des Wel­ lenendes 2 selbst bei seitlichem Versatz gut in den Kupp­ lungsschlitz 8 trifft und in der entsprechenden Kupplungs­ position durch die in Einsteckrichtung verengende Form dieses Schlitzes auch ein Ausrichten des Zwischenstückes 4 selbsttätig bewirken kann. Durch einen entsprechend engen Sitz des Kupplungslangschlitzes 8 und auch der Lochung 9 ist eine Vorspannung gegenüber den Stiften 7 möglich, um im Laufe der Zeit auftretenden Verschleiß selbsttätig aus­ gleichen zu können.

Im Ausführungsbeispiel sind die stirnseitigen Kupplungs­ ausnehmungen 6 Sacklöcher, die also mit einem Bohrer her­ gestellt werden können. Sollen jedoch Hohlwellen oder we­ nigstens eine Hohlwelle mit einer anderen Welle gekuppelt werden, kann deren Innenöffnung gleichzeitig in dem Be­ reich ihres Endes die Kupplungsausnehmung 6 sein, die von einem Querstift 7 durchsetzt wird und in der beschriebenen Weise mit einem Zwischenstück 4 zusammenwirken kann. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn Hohlwellengeber mit einem Antrieb zu kuppeln sind.

Claims (10)

1. Ausgleichskupplung (1) zum drehfesten Verbinden gleich­ achsiger Wellenenden (2, 3), die jedoch Verlagerungen ge­ geneinander haben können, mit einem die beiden Wellen­ enden (2, 3) verbindenden Zwischenstück (4), dessen Mittel­ achse (5) bei fluchtenden Wellen vorzugsweise auf deren sich fortsetzenden Mittelachsen liegt, und welches an den Wellenenden (2, 3) innerhalb von Kupplungsausnehmungen (6) mittels Querstiften (7) in zumindest einer Richtung ge­ genüber der Mittelachse (5) der Wellen schwenkbar aber drehfest gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) einen stirnseitig offenen Lang­ schlitz (8) aufweist, der in Kupplungsstellung einen Querstift (7) schwenkbar und kippbar, sowie axial ver­ stellbar übergreift, und daß die Mantellinien des den einen Querstift (7) erfassenden Langschlitzes (8) und die einer den zweiten Querstift umschließenden Öffnung (9), und somit die beiden Querstifte (7) bei fluchtenden Wellen, parallel zueinander sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung (9) eine Bohrung oder ein regelmäßiges Vieleck ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Kupplungsstiften (7) durchsetzten Kupp­ lungsausnehmungen (6) unmittelbar stirnseitig in die zu verbindenden Wellenenden (2, 3) eingearbeitet oder das Ende der Innenhöhlung einer Hohlwelle sind und daß das Zwischenstück (4) zumindest im Bereich des Eingriffes in diese Ausnehmungen (6) in seinem Querschnitt gegen­ über dem Wellenquerschnitt vermindert ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) zumindest in seinem Eingriffsbereich in die Kupplungsausnehmungen (6) gegenüber deren Innenwandungen bei fluchtenden Wellen­ enden (2, 3) ringsum einen Abstand hat.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die Kupplungsausnehmungen (6) durchsetzenden Querstifte (7) in der Welle fest ange­ bracht, beispielsweise eingepreßt, sind und das Zwi­ schenstück (4) an den Stiften (7) einen Gleitsitz hat.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der stirnseitig offene Kupplungs­ schlitz (8) des Zwischenstückes (4) über einen Teil seiner Länge von seinem inneren Ende (8 a) zur Stirn­ seite (10) des Zwischenstückes (4) hin eine gleichblei­ bende Breite etwa entsprechend dem Durchmesser oder der Breite des von ihm übergriffenen Querstiftes (7) hat und sich im Bereich seines Überstandes (11) gegenüber dem Querstift (7) zu der Stirnseite (10) hin, vorzugs­ weise stetig oder konisch erweitert.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kupplungsschlitz (8) des Zwischen­ stückes (4) in seinem den Stift (7) in Kupplungsstellung umgreifenden Bereich vor dem Kuppeln enger als der Durchmesser oder die Breite des Querstiftes (7) ist und nach dem Aufstecken auf den Querstift (7) vorgespannt ist.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der von dem zweiten Quer­ stift (7) durchsetzten geschlossenen Lochung (9) des Zwischenstückes (4) ein in axialer Richtung des Zwi­ schenstückes (4) verlaufender, durch das Zwischenstück (4) durchgehender, in die Lochung (9) mündender Schlitz vorgesehen ist, der schmaler als die Lochung (9) ist, und daß die Lochung (9) vor dem Verbinden mit dem Quer­ stift (7) in ihrem Querschnitt enger als der Stift (7) ist, so daß sie in Gebrauchsstellung durch den Stift (7) vorgespannt ist.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die stirnseitigen Kupplungsausneh­ mungen (6) Sacklöcher sind.

10. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Quer­ stifte zumindest im Verbindungsbereich mit dem Zwi­ schenstück (4) kreisrund ist.