DE3734089C2 - Biegsame Welle-Kupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine biegsame Wellenkupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Wellenkupplung ist beispielsweise zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle einer beliebigen industriellen Maschine, bei Kraftfahrzeugen und dergleichen montiert, um Drehmomente zu übertragen und Abweichungen zwischen den Wellen aufzunehmen.

Aus der DE-A Sch 7113 VII/49c (ausgelegt am 07.05.1953) ist eine gattungsgemäße biegsame Wellenkupplung bekannt. Bei dieser bekannten Wellenkupplung sind auf einem zylindrischen Verbindungselement zwei Gürtel aus Faserbündeln angebracht, die sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken. Der eine Gürtel ist dabei so um das zylindrische Verbindungselement gelegt, dass die Faserbündel dieses Gürtels parallel nebeneinander liegen. Die Faserbündel des anderen Gürtels umgreifen die Faserbündel des einen Gürtels im Bereich der Umschlingung um das zylindrische Verbindungselement. Dabei verlaufen die Faserbündel des anderen Gürtels nichtparallel und unterliegen einer Einschnürung, wodurch die Bruchgefahr der Fasern im Einschnürungsbereich erhöht ist. Des weiteren liegen die Faserbündel beider Gürtel unmittelbar aneinander, so dass zwischen den einzelnen Faserbündeln Reibung auftritt, wodurch ebenfalls die Lebensdauer herabgesetzt wird.

Aus der DE-AS 10 40 854 ist eine elastische Wellengelenkscheibe bekannt, bei der auf den zylindrischen Verbindungselementen jeweils zwei benachbarte Spulen vorgesehen sind, um die herum jeweils ein Gürtel aus Faserbündeln verläuft. Die Spulen weisen an Ihren axialen Enden jeweils eine konvex gewölbte Deckscheibe auf, wobei die konvexen Wölbungen der Deckscheiben nach außen zeigen, so dass die aneinander anliegenden Deckscheiben der Spulenkörper konkav gewölbt sind und sich gegenseitig an ihrem äußeren Rand abstützen. Durch die konkave Wölbung dieser Deckscheiben werden die Gürtel beim Austritt aus der Spule ebenfalls seitlich abgelenkt, so dass auch hier eine Einschnürungsstelle entsteht, die die Fasern des Gürtels belastet, wodurch eine Bruchgefahr entsteht.

Andere Arten von Kupplungen sind beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 56-35539 Y2 (1981) und in der (nicht geprüften) japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 59-146623 U (1984), etc. angegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße biegsame Wellenkupplung so auszugestalten, dass die Lebensdauer der Wellenkupplung bei gleichbleibender oder erhöhter Funktionssicherheit verlängert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass zwei spulenartige Kragen jeweils einstückig aus einem kurzen zylindrischen Rohr und aus zwei an axial gegenüberliegenden Enden desselben angeordneten Flanschen gebildet sind und am Außenumfang eines jeden der antriebsseitigen Verbindungselemente und der abtriebsseitigen Verbindungselemente befestigt sind, dass sich die Flansche der zwei spulenartigen Kragen senkrecht von beiden Enden des Rohres wegerstrecken, dass die zwei spulenartigen Kragen einen Abstand voneinander aufweisen, wodurch zwei im Querschnitt U-förmige Hohlräume der zwei Kragen und ein im Querschnitt U-förmiger Zwischenhohlraum zwischen den benachbarten Flanschen der zwei Kragen gebildet ist, dass jeweils ein endloser, in einer Schlaufenform verlaufender Gürtel in jedem der Hohlräume, die von zwei Flanschen in Axialrichtung begrenzt sind, aufgenommen und derart gehalten ist, dass zwei äußere endlose Gürtel in den Hohlräumen jedes Verbindungselementes entgegengesetzt zu einem inneren endlosen Gürtel in dem Zwischenhohlraum laufen.

Somit sieht die vorliegende Erfindung eine biegsame Wellenkupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten einer Bauart vor, die zylindrische, antriebsseitige und abtriebsseitige Verbindungselemente aufweist, die paarweise im gleichen Abstand und abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind, endlose Gürtel aus Faserbündeln, die um Paare benachbarter, antriebsseitiger und abtriebsseitiger Verbindungselemente gewickelt sind und diese verbinden, sowie eine elastomere Masse, beispielsweise eine Kautschuk- oder Kunstharzmasse, die die Verbindungselemente und die Gürtel aufnimmt. Dadurch, dass die spulenartigen Kragen jeweils an ihren beiden Enden Flansche aufweisen, die am Außenumfang der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Verbindungselemente angebracht sind und in ihren Hohlräumen die aufgewickelten Abschnitte der Gürtel aufnehmen und halten, werden die aufgewickelten Gürtel durch die Flansche von beiden Seiten zusammengedrückt. Infolge dieses Aufbaus wird selbst bei der Einwirkung hoher Lasten auf die Gürtel aus Faserbündeln keine Unordnung oder Entspannung der die Gürtel bildenden Verstärkungsstränge verursacht und die Lasten werden gleichförmig auf die jeweiligen Verstärkungsstränge verteilt. Infolgedessen wird ein hoher Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung erzielt und es wird nicht nur die Lebensdauer der Faserbündel erhöht, da keine Reibung zwischen den Verstärkungssträngen in den aufgewickelten Abschnitten auftritt, sondern auch die Lebensdauer des elastomeren Elementes ist erhöht.

Die auf diese Weise aufgebaute biegsame Kupplung dient zur Kraftübertragung und kann eine Abweichung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bei ihrer Befestigung an der Antriebswelle und Abtriebswelle aufnehmen. Wenn dabei hohe Belastungen auf die Gürtel einwirken, die die antriebsseitigen und abtriebsseitigen Verbindungselemente verbinden, und wenn die Verstärkungsstränge, welche die Gürtel bilden, dazu tendieren, sich in Breitenrichtung der Gürtel auszudehnen, können die Flansche an beiden Enden der Kragen die aufgewickelten Abschnitte der Gürtel fest eingeklemmt halten, um ihre Verformung zu verhindern, so dass der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung der biegsamen Kupplung zufrieddenstellend aufrechterhalten bleibt. Ferner wird die Lebensdauer der Kupplung beträchtlich erhöht, da eine Unordnung in der Anordnung der Verstärkungsstränge verhindert und eine gegenseitige Reibung zwischen den Verstärkungssträngen infolge der endseitigen Flansche erschwert wird.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Grundriss, geschnitten, eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten und

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II der Fig. 1.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

In einem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine biegsame Kupplungsanordnung (11) einstückig in Gestalt eines Ringes gezeigt, der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, indem eine Anzahl, beispielsweise drei, zylindrischer, antriebsseitiger Verbindungselemente (12), die an einem (nicht dargestellten) Joch der Antriebswellenseite befestigt sind, und eine Anzahl, beispielsweise drei, zylindrischer, abtriebsseitiger Verbindungselemente (13), die an einem (nicht dargestellten) Joch der Abtriebswellenseite befestigt sind, im gleichen Abstand voneinander abwechselnd längs eines konzentrischen Umfanges der Kupplungsanordnung angeordnet sind. Paare benachbarter, antriebsseitiger Verbindungselemente (12) und abtriebsseitiger Verbindungselemente (13) sind mit endlosen Gürteln (15) umwickelt und verbunden. Die Gürtel bestehen aus Faserbündeln, die durch Aufwickeln von Verstärkungssträngen (14), beispielsweise Polyestergarnen, in mehreren Auflagen und mehreren Reihen in Form einer Schleife gebildet sind. Die Verbindungselemente sind zusammen mit den Gürteln (15) in einen elastomeren Werkstoff (16), beispielsweise Kautschuk oder Kunstharz, derart eingebracht, dass mittige Öffnungen der Verbindungselemente (12, 13) nach außen freiliegen.

Das Bezugszeichen (17) bezeichnet Kragen, die mit Presssitz auf dem Außenumfang der antriebsseitigen Verbindungselemente (12) und der abtriebsseitigen Verbindungselemente (13) an beiden Enden derselben aufgebracht sind und die einen wesentlichen Teil der Erfindung darstellen. Die Kragen (17) sind spulenförmig ausgebildet und jeweils einstückig aus einem kurzen zylindrischen Rohr (18) aufgebaut, das am Außenumfang der Verbindungselemente (12, 13) befestigt ist, sowie aus Flanschen (19, 19'), die sich senkrecht von beiden Enden des Rohres wegerstrecken, womit ein Hohlraum (20) von U-förmigem Querschnitt gebildet wird, der von den Flanschen (19, 19') und dem Rohr (18) umgeben ist. In die Hohlräume (20) der Kragen (17) sind die aufgewickelten Abschnitte der Gürtel (15) eingesetzt und darin gehalten.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen (21) eine innere Hülse, die in die mittigen Öffnungen der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Verbindungselemente (12, 13) eingesetzt ist, und das Bezugszeichen (22) bezeichnet einen aufgebohrten Abschnitt, der in der Mitte der biegsamen Kupplungsanordnung (11) angebracht ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Arten von Gürteln verwendet, die eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen, wovon jener mit einer kleineren Querschnittsfläche an den beiden Seiten des anderen Gürtels mit einer größeren Querschnittsfläche angeordnet ist und die Kragen (17) sind zwischen den Verbindungselementen (12, 13) und den Gürteln (15) mit kleinerer Querschnittsfläche befestigt. Daher werden die Gürtel (15) aus Faserbündeln mit größerer Querschnittsfläche im zentralen Bereich durch die axial äußeren Seiten der Flansche (19, 19') der Kragen (17) an ihrem Platz gehalten, so dass deren Verstärkungsstränge (14) davor geschützt sind, in Unordnung zu geraten.

In den Fig. 1 und 2 sind gleiche Teile und gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Zum Gebrauch wird die auf diese Weise aufgebaute biegsame Kupplung montiert, indem die antriebsseitigen Verbindungselemente (12) über Bolzen mit dem Joch der Antriebswelle und die abtriebsseitigen Verbindungselemente (13) über Bolzen mit dem Joch der Abtriebswelle verbunden werden.

Drehmomentbelastungen der Antriebswellenseite werden über die antriebsseitigen Verbindungselemente (12), die Gürtel (15) und die abtriebsseitigen Verbindungselemente (13) zur Abtriebswelle übertragen. Wirken infolge von Lastschwankungen an der Abtriebswellenseite hohe Belastungen auf die Gürtel (15) ein, so unterliegen die Verstärkungsstränge (14), die die Gürtel (15) bilden, in den aufgewickelten Abschnitten um die Verbindungselemente (12, 13) radial einwärts gerichteten Kräften und infolgedessen tendieren die Faserbündel dazu sich in Breitenrichtung auszubreiten. Dabei halten die mit Presssitz aufgebrachten Kragen (17, 17'), die am Außenumfang der Verbindungselemente (12, 13) angebracht sind, die aufgewickelten Abschnitte der Faserbündelgürtel mittels der Flansche (19, 19') von beiden Seiten fest, um dadurch, eine Störung der Ordnung der Verstärkungsstränge (14) zu verhindern und die Belastung auf jeden Verstärkungsstrang (14) zu verteilen. Infolgedessen kann der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung der biegsamen Wellenkupplung auf einem guten Wert gehalten werden und eine gegenseitige Reibung zwischen den Verstärkungssträngen (14) wird verringert, wodurch die Lebensdauer der Kupplung merklich verlängert wird.

Claims (2)

1. Biegsame Wellenkupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten, mit
antriebsseitigen, zylindrischen Verbindungselementen (12) und abtriebsseitigen zylindrischen Verbindungselementen (13), die paarweise abwechselnd und in gleichem Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind,
endlosen Gürteln (15) aus Faserbündeln, die jeweils eine miteinander verbundene Paarung von benachbarten, antriebsseitigen Verbindungselementen und abtriebsseitigen Verbindungselementen umgeben, und
einer elastomeren Matrix (16), die die beiden Verbindungselemente zusammen mit den Faserbündeln aufnimmt,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei spulenartige Kragen (17) jeweils einstückig aus einem kurzen zylindrischen Rohr (18) und aus zwei an axial gegenüberliegenden Enden desselben angeordneten Flanschen (19, 19') gebildet sind und am Außenumfang eines jeden der antriebsseitigen Verbindungselemente und der abtriebsseitigen Verbindungselemente befestigt sind,
dass sich die Flansche (19, 19') der zwei spulenartigen Kragen (17) senkrecht von beiden Enden des Rohres (18) wegerstrecken,
dass die zwei spulenartigen Kragen (17) einen Abstand voneinander aufweisen, wodurch zwei im Querschnitt U-förmige Hohlräume (20, 20) der zwei Kragen und ein im Querschnitt U-förmiger Zwischenhohlraum (20') zwischen den benachbarten Flanschen (19, 19') der zwei Kragen gebildet ist,
dass jeweils ein endloser, in einer Schlaufenform verlaufender Gürtel (15) in jedem der Hohlräume (20, 20', 20), die von zwei Flanschen (19, 19') in Axialrichtung begrenzt sind, aufgenommen und derart gehalten ist, dass zwei äußere endlose Gürtel in den Hohlräumen (20, 20) jedes Verbindungselementes entgegengesetzt zu einem inneren endlosen Gürtel in dem Zwischenhohlraum (20') laufen.

2. Biegsame Wellenkupplung zur Übertragung hoher Drehmomentlasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gürtel (15) aus Faserbündeln als Schleife ausgebildet sind, indem Verstärkungsstränge (14) aus Polyestergarn in mehrfachen Auflagen und mehrfachen Reihen aufgewickelt sind.