DE613239C - Kreuzgelenkkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung¹, die eine spielfreie und eine winkelgeschwindigkeitsgetreue Übertragung von Drehbewegungen zwischen gegeneinandergeneigten und/oder parallel verschobenen Wellen gestattet und aus zwei auf den Enden dieser Wellen aufgesetzten Flanschen und einem zwischen diese Flansche mittels Nuten und Rippen einpaßbaren, die drehgel enkige Verbindung herstellenden Zwischenstück (Kreuzstein) besteht. Die Nuten und Rippen der Kupplungsglieder besitzen dabei stets ebene Seitenflächen, um ihre für die spielfreie Übertragung der Bewegung erfor-

X5 derliche genaue Einpassung zu ermöglichen. Wesentlich für das einwandfreie Arbeiten der Kupplung ist jedoch die Form der Grundbzw. Stirnflächen der Nuten und Rippen, welche die axial gerichteten Kräfte in der Kupplung aufnehmen.

Es ist eine Kreuzgelenkkupplung der vorbeschriebenen Art zur Verbindung einer ortsfest und einer schwenkbar gelagerten Welle bekannt, bei der die Stirnflächen der Nuten und Rippen; kreisförmig so gewölbt sind, daß stets eine konvex gewölbte Stirnfläche gegen eine entsprechend konkav gewölbte Stirnfläche formschlüssig anliegt. Diese Kupplung ist nur dort verwendbar, wo die Drehung der schwenkbar gelagerten Welle um den Krümmungsmittelpunkt der Stirnflächen der Kupp-Jungsglieder erfolgt, weil nur in diesem Falle die für die Übertragung der axial gerichteten Kupplungskräfte in Betracht kommenden Stirnflächen aufeinanderliegen. Erfolgt die Schwenkung der angeschlossenen Welle um einen anderen Punkt, so berühren sich die Stirnflächen der Kupplung nur an ihren Rändern. Die Schaukelbewegung, welche das Verbindungsstück bei nicht gleich gerichteten Wellen während der Drehung gleichzeitig in beiden Flanschen ausführen muß, bedeutet eine teilweise axiale Verschiebung des Zwischenstückes zwischen den beiden Flanschen. Diese Schaukelbewegung bzw. Längsverschiebung des Zwischenstückes kann jedoch nicht zustandei kommen, weil die Kraft, welche das Verbindungsstück während der Drehung der Kupplung in axialer Richtung verschieben will, exzentrisch zur Rippe des Zwischen-Stückes liegt und demzufolge das Zwischenstück nur verkantet, aber nicht verschiebt. Dadurch treten Klemmungen (axial gerichtete Druckspannungen) in dem gekuppelten Wellenzuge auf, die sich seiner Drehung widersetzen.

Die Vermeidung dieser Klemmungen bei Kreuzgelenkkupplungen mit ebenen Kraftübertragungsflächen auch in den Fällen, wo die beiden zu kuppelnden Wellen gegenein-

Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Rudolf Heinemann in Berlin-Marienfelde.

ander verschoben oder um beliebige Drehpunkte gegeneinander verschwenkt sind, ist der Hauptzweck dieser Erfindung.

Erfindungsgemäß sind bei einer derartigen Kreuzgelenkkupplung die in den Nuten de: Flansche befindlichen Gegenflächen für die kreisbogenförmig gewölbten konvexen Stirnflächen der Rippen des Verbindungsstückes eben oder ebenfalls kreisbogenförmig gewölbt, so daß sich die aufeinander abwälzbaren Flächen der Nuten bzw. Rippen in oder doch angenähert in der Konstruktionsachse der Kupplung immer nur linienartig berühren. Bei dieser Ausbildung der sich aufeinander abwälzenden Flächen der im übrigen in bekannter Weise mit parallelen Seitenflächen ineinandergepaßten Kupplungsteile kann kein verkantendes, die Verschiebung des kreuzförmigen Zwischenstückes hinderndes Moment auftreten. Es können entweder die Stirnflächen der Rippen oder die diesen gegenüberstehenden Nutenflächen kreisförmig abgerundet sein. Statt mit kreuzför-. migen Rippen kann das Zwischenglied auch mit kreuzförmigen Nuten versehen sein, in welchem Falle dann die Rippen auf den Flanschen der Wellen vorzusehen sind.

Es sei noch erwähnt, daß eine zur winkelgeschwindigkeitsgetreuen Übertragung von Drehbewegungen zweier gegeneinander geneigter Wellen geeignete Kupplung bekannt ist, die jedoch in von derjenigen gemäß der Erfindung unterschiedlicher Weise so ausgebildet ist, daß an den Enden der zu kuppelnden Wellen miteinander in Eingriff stehende Zähne oder Stifte drehbar befestigt sind, die sich bei der Drehung der Welle unter gleichzeitiger Drehung aufeinander abwälzen. Diese Anordnung ist sehr sperrig und hat den Nachteil, daß die Kupplung ohne Lageänderung der durch sie verbundenen Wellen nicht gelöst werden kann.

Einzelheiten der Erfindung, die sich insbesondere auf die leichte Montierbarkeit der Kupplung beziehen, sind im folgenden an Hand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Fig. ι zeigt die Verbindung zweier unter Vermittlung von Kreuzgelenkkupplungen durch eine fliegende Welle miteinander verbundener, ortsfest gelagerter Wellen. Die dabei verwendete Kreuzgelenkkupplung ist in Fig. 2 a bis 2 e gesondert dargestellt. Fig. 3 veranschaulicht eine besondere Ausführung der neuen Kupplung für den Fall, daß zwei in ortfesten Lagern ruhende Wellen unmittelbar zu kuppeln sind, ohne daß dabei die Lage der Wellen selbst geändert zu werden braucht. Die Ausbildung des dafür erforderlichen Kupplungszwischengliedes ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 5 zeigt die Außenansicht der fertigmontierten Kupplung.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 handelt es sich darum, zwei in ortsfesten Lagern 1 und 2 ruhende Wellen 3 und 4, deren Konstruktionsachsen parallel zueinander verschoben sind, durch eine keine besondere Lagerung besitzende Hängeachse 5 zu verbinden. Zu diesem Zweck sind auf den Enden der Hängeachse 5 und der Wellen 3 und 4 Kupplungsfiansche 6, 7, 9 und 10 aufgesetzt, die jeweils durch einen dazwischenliegenden Kreuzstein 8 bzw. 11 verbunden sind. Die in Fig. 2 a bis 2 e im Schnitt, in Seiten- und Vorderansicht dargestellten Kupplungsteile bestehen also aus zwei gleichartig ausgebildeten Flanschen 6 und 7 mit je einer mittleren, radial gerichteten Längsnut 6' bzw. 7' mit parallelen Seitenflächen und aus einem Verbindungsstück 8 (Kreuzstein) zwischen diesen beiden Flanschen. Der Kreuzstein 8 besteht aus einer Scheibe 8 mit zwei kreuzweise angeordneten Seitenrippen 8' und 8", deren ebene, zueinander parallele Seitenflächen in die Nuten der Flansche 6 und 7 eingreifen und die Drehbewegungen von der treibenden auf die getriebene Welle übertragen, wobei die gelenkige Wirkung, welche zum Ausgleich der Verkantung bzw. Parallelverschiebung der Konstruktionsachsen der Wellen erforderlich ist, dadurch zustande kommt, daß während der Drehung zwischen jeder Rippe und der Nut des zugehörigen Flansches gleichzeitig drei Arten von Bewegungen möglich sind, nämlich eine Gleitbewegung in der Längsrichtung der Nut, eine Gleitbewegung in der Achsrichtung der Welle und eine kombinierte Bewegung (Schaukelbewegung) in einer Ebene, die parallel zu den Seitenflächen der Nut durch die Konstruktionsachse der betreffenden Flanschwelle gelegt zu denken ist.

Bei der letzterwähnten Schaukelbewegung muß eine kleine, axial gerichtete Verschiebung des Kreuzsteines aus dem ihm relativ zu nahe stehenden Flansch in den ihm relativ zu weit stehenden Gegenflansch hinein stattfinden können; andernfalls treten Klemmungen, d. h. axial gerichtete Druckspannungen, im ganzen Wellenzuge auf. Für diese axiale Verschiebung des Kreuzsteines sind natürlich Kräfte erforderlich, die in axialer Richtung möglichst im Zentrum der Kupplung übertragen werden müssen, und zwar jeweils von derjenigen Welle, in deren Flansch der Kreuzstein am tiefsten eingreift.

Es ist ersichtlich, daß, falls die Stirnflächen der Kupplungsrippen 6', 8', 8" und 7' nicht abgerundet, sondern eben wären, der Kraftübertragungspunkt bei gegeneinander geneigten Kupplungswellen nicht im Zentrum, sondem am äußeren Ende der Rippen übertragen würde. Die Druckkräfte, welche den

Kreuzstein in den zu weit befindlichen Flansch hineinschieben sollen, erzeugen wegen ihres außerhalb der Kupplungsachse liegenden Angriffspunktes ein verkantendes Moment zwischen dem Kreuzstein und dem Flansch, durch welches die Rippe des Kreuzsteines in der Nut des zu weit befindlichen Flansches verkantet und demzufolge am Hineingleiten vollkommen verhindert wird, ίο Dies wird durch die dargestellte ballige Form der Stirnflächen vermieden, denn nunmehr liegt die Stelle, an welcher die den Kreuzstein verschiebende Kraft angreift, immer genau oder annähernd im Zentrum der Kupplung, gleichgültig, ob der Winkel, um welchen die Flansche 6 und 7 gegeneinandergekippt sind, groß oder klein.ist. Die Richtung der Verschiebungskraft fällt also mit der Richtung der Verschiebung des Kreuz-Steines in dem zu weit befindlichen Flansch zusammen, so daß Klemmungen nicht auftreten können.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung muß Vorsorge getroffen sein, daß die Zwischenwelle S infolge ihres Eigengewichtes nicht in demjenigen Augenblick der Drehbewegung aus der Kupplung herausfallen kann, in welchem die Flanschnut gerade vertikal gerichtet steht. Diese Gefahr könnte auch an den beiden Enden der Zwischenwelle gleichzeitig auftreten.

Gemäß der Erfindung ist das Herausfallen der Zwischenwelle dadurch vermieden, daß gemäß Fig. S ein elastisches ringförmiges Organ außen um die Kupplung gelegt ist, welches zwar die beiden Flansche und den Kreuzstein in den erforderlichen Grenzen zueinander zentriert, aber andererseits elastisch genug ist, um die bei der Drehung erforder- +0 liehen Verschiebungen des Kreuzsteines zwischen den beiden Flanschen zu ermöglichen. Dieses elastische Organ kann z. B. aus einer ringförmig gebogenen Blattfeder 12 bestehen, welche die-Form eines längs einer Mantellinie aufgeschnittenen Zylinders besitzt und zum bequemen Öffnen durch einfachen Druck an seinen Enden mit zwei über Kreuz geführten Druckplättchen 14 versehen ist. Statt des zylindrischen Federbandes kann auch eine ringförmig gebogene, zu einem endlosen Band zusammengeführte Spiralzugfeder vorgesehen sein oder ähnliches.

Um während der Drehung ein Herabgleiten des Federbandes von der Kupplung zu verhindern, sind die Kupplungsflansche 6 und 7 an ihren dem Kreuzstein abgewandten Enden mit einem etwas erhöhten Bordrand oder sonstigen Vorsprüngen versehen, zwischen denen das Federband 1, 2 geführt ist. Zum öffnen der Kupplung wird das Federband über diesen Bordrand hinweggeschoben i und bleibt dann lose auf der Welle hängen, so daß es nicht herabfallen kann und beim Wiederzusammenbau der Kupplung sofort erreichbar ist. Die Zwischenwelle kann nach Entfernen des Federbandes ohne Zuhilfenahme irgendwelcher Werkzeuge herausgenommen werden. Mit losen Teilen braucht dabei überhaupt nicht gearbeitet zu werden.

Damit der Kreuzstein, z. B. 8 (Fig. 2a bis 2c), nach Lösen der Kupplung nicht als loser Teil aus den Flanschen herausfallen kann, ist er mit einem Splint 13 oder in ähnlicher geeigneter Weise derart lose mit dem einen Flansch, z. B. 6, der Kupplung \^rerbunden, daß er seine Relativbewegungen gegenüber dem betreffenden Flansch 6 innerhalb der erforderlichen Grenzen leicht ausführen kann. Der Splint 13, dessen Länge etwas kleiner als der Außendurchmeser des Flansches gewählt ist, kann beispielsweise in einer durchgehenden Bohrung des Flansches untergebracht sein, die den Flansch in Richtung eines Durchmessers, etwa senkrecht zur Längsrichtung der Nut 6', durchzieht. Um den Splint gegen Herausfallen zu sichern, kann das Splintloch im Flansch 6 in seinem mittleren Teil enger gehalten sein als an seinen äußeren Enden, in denen der Kopf bzw. die aufgebogenen Fußenden des Splin- go tes liegen. Das entsprechende Splintloch in der Rippe 8' des Kreuzsteines ist dann so groß gehalten, daß der Kreuzstein 8 trotz des durchgesteckten Splintes die erforderlichen Relativbewegungen in der Nut 6' des Flansches 6 ausführen kann.

Für das Herausnehmen und Wiedereinsetzen der fliegenden Zwischenwelle 5 (Fig. 1) braucht nur das Federband 12 durch.Druck auf die an ihm angeordneten Druckplättchen 14 etwas aufgeweitet zu werden, so daß es über den vorspringenden Rand des Flansches 6 oder 7 verschoben werden kann. Danach kann die Zwischenwelle seitlich aus dem ortsfesten Gegenflansch 6 herausgeschwenkt und dann die ganze Zwischenwelle 5 aus dem Federband der anderen Anschlußkupplung, z. B. 9, 10, 11, herausgezogen werden, wobei das diese letzte Kupplung umschließende Federband auf dem Flansch 9 der ortsfesten Anschlußwelle 4 verbleibt. Ebenso einfach, schnell und ohne Werkzeug erfolgt das Wiedereinsetzen der Zwischenwelle, indem sie — in umgekehrter Reihen- . folge — zunächst in das nicht abgehobene Federband der einen Kupplung 9, 10, 11 hineingesteckt und dann mit der Kreuzsteinrippe 8 des anderen Wellenendes in den entsprechend gedrehten Flansch 6 der ortsfesten Welle hineingelegt wird, worauf diese letzte Kupplung durch Wiederaufschieben des Federbandes geschlossen wird.

Die bisher beschriebene einfache Kreuzsteinkupplung gemäß Fig. 2a bis 2e ermöglicht dann keinen bequemen Ausbau mehr, wenn sie zur unmittelbaren Verbindung .zweier ortsfest gelagerter Wellen dienen soll. Dieser Fall ist in Fig. 3 dargestellt. Dort sollen die in den Lagern 1 und 2 liegenden, axial nicht verschiebbaren Wellen 3 und 4, deren Konstruktionsachsen ebenfalls innerhalb gewisser Grenzen parallel verschoben oder um einen bestimmten Winkel gegeneinander geneigt sein können, durch ein Kreuzgelenk gekuppelt werden. Würde die bisher beschriebene Kupplung Anwendung finden, so könnte diese nicht gelöst, d. h. der Kreuzstein nicht entfernt werden, ohne daß eine der beiden zu kuppelnden Wellen 3 bzw. 4 entfernt würde. Weil nämlich die beiden Rippen des Kreuzsteines um 90 ° zueinander versetzt angeordnet sein müssen, um die kardanische Wirkung der Kupplung zu erhalten, kann der Kreuzstein aus den dann ebenfalls um 90 ° versetzten Nuten der Flansche 6 und 7 nicht ohne weiteres herausgezogen werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist für diesen Sonderfall im Rahmen vorliegender Erfindung ein zweiteiliges Verbindungsstück (Doppelkreuzstein) 8, 15 geschaffen worden, das mittels zweier parallel zueinander verlaufender Seitenrippen 8'und 15' in die entsprechenden Nuten der Flansche eingepaßt wird, so daß es ohne Lagenveränderung der Wellen 3 und 4 als Ganzes herausgenommen oder eingesetzt werden kann, wobei die Sicherung gegen ungewolltes Herausfallen wiederum durch das für die Kupplung nach Fig. 2a bis 2e beschriebene Federband 12 oder ein ähnliches elastisches Organ, z. B. einen Gummimantel, geschieht. Der Doppelkreuzstein ist in Fig. 4 gesondert dargestellt. Damit trotz der parallelen Anordnung der äußeren Rippen 8'und 15' die kardanische und sonstige Ausgleichswirkung der -Kupplung nicht verlorengeht, ist der Doppelkreuzstein in einer senkrecht zur Kon- +5 struktionsachse gedachten Ebene derart geteilt, daß die beiden Teile 8 und 15 mit zwei ballig ausgeführten Stirnflächen 8" und 15" gegeneinanderliegen, von denen die eine, 8", in eine Nut 15'" der anderen eingreift, um die beiden Teile 8 und 15 des Kreuzsteines untereinander zu kuppeln. Die Längsrichtung der inneren Rippe 8" des einen "Teiles und der . zugehörigen Nut 15'" des anderen Teiles sind dabei gegenüber der Richtung der äußeren Rippen 8'und 15' um 90⁰ versetzt. Wie ersichtlich, entsteht der Doppelkreuzstein durch Vereinigung des einfachen Kreuzsteines 8 (Fig. 2c) mit einer zweiten Hälfte 15, die aus einem zylindrischen Teil 15 besteht, welcher auf der einen Stirnfläche eine Rippe 15' und auf der anderen Stirnfläche eine Nut 15'" besitzt! Infolge dieser Bauweise kann der Doppelkreuzstein 8, 15 nach dem Beiseiteschieben des Federbandes ohne weiteres zwischen den feststehenden Flanschen 6 und 7 (Fig. 3) herausgezogen und wieder eingeschoben werden, ohne dabei Werkzeug zu benötigen, lose Teile zu erhalten oder eine der beiden Wellen 3 oder 4 ausbauen zu müssen.

Da die Baulänge der Kupplung gemäß Fig. 3 etwas länger ausfällt als diejenige gemäß Fig. i, wird ein entsprechend breiteres · Federband verwendet werden müssen. Die Flansche auf den 201 kuppelnden Wellen sind bei den Ausführungen nach Fig. 1 und Fig. 3 vollkommen gleich. Der Außendurchmesser der Kupplung richtet sich nach der Größe des jeweils zu übertragenden Drehmomentes und der verlangten Genauigkeit und Lebensdauer der Kupplung. Letztere ist besonders hoch, weil die Kraftübertragung stets durch hinreichend große Flächen erfolgt.

Zur Verminderung der Reibung an diesen kraftübertragenden Flächen können an den Seitenflächen der Rippen 8', 8", 15' der Kreuzsteine Längsnuten eingefräst sein, welche beim Zusammenbau' der Kupplung mit Fett angefüllt werden, so daß die. Relativbewegungen zwischen den Kupplungsteilen auch bei langer Betriebsdauer immer zwischen gut ge- go schmierten Flächen stattfinden und demzufolge keine merkbare Abnutzung der Kupp- * lung verursachen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Kreuzgelenkkupplung mit Flächenberührung, bestehend aus zwei auf den Enden der zu verbindenden Wellen befestigten Flanschen mit diametral verlaufenden Nuten und einem dazwischenliegenden Verbindungsstück mit einer seitwärts ebenflächigen, mit kreisbogenförmig gewölbter Stirnfläche versehenen Rippe auf jeder Seite des Verbindungsstückes, welche Rippen kreuzweise zueinander verlaufen und in ■ die Nuten der Flansche eingepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Nuten der Flansche befindlichen Gegenflächen für die kreisbogenförmig gewölbten (konvexen) Stirnflächen der Rippen des Verbindungsstückes eben oder ebenfalls kreisbogenförmig gewölbt (konvex) sind, so daß sich die aufeinander abwälzbaren Flächen in oder doch angenähert in der Konstruktionsachse der Kupplung immer nur linienartig berühren.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1 zur Übertragung gleichförmiger Drehwinkelgeschwindigkeiten zwischen zwei in festen Lagern liegenden Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück

   aus zwei Scheiben (8, 15) besteht, die untereinander durch eine Nut (15'") der einen Scheibe (15) und eine darin eingreifende Rippe (8") der anderen Scheibe (8) verbunden sind und an ihren einander abgewandten Seiten dazu kreuzweise, also untereinander parallel verlaufende, in die Nuten der Wellenflansche (6, 7) passende Rippen (8', 15') aufweisen.
3. 3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, "daß ^das Verbindungsstück (8 bzw. 8, 15) zwischen den Flanschen (6, 7) der Kupplung gegen Herausfallen durch ein dieses Verbindungsstück (8 bzw. 8,15) und die Flansche (6,7) umschließendes elastisches Band (12), insbesondere durch eine ringförmig gebogene Blattfeder, gesichert ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen