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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Wellenkupplung, die hervorragend mit Außermittigkeit,
Winkelabweichung und axialer Bewegung zwischen einer
Antriebswelle und einer Abtriebswelle umgeht, so daß ein
großes Drehmoment mit geringen Verlusten ruckfrei übertragen
wird und die Vereinfachung deren Wartung möglich ist.
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Bei verschiedenen Mechanismen zur Übertragung eines
Drehmoments sind die Endabschnitte von zwei sich drehenden
Wellen mittels einer Kupplung gekoppelt. Beispielsweise sind
eine Ausgangsdrehwelle eines Motors und eine
Eingangsdrehwelle einer Pumpe mittels der Kupplung
miteinander gekoppelt. Dabei kostet es eine beträchtliche
Mühe, den Motor und die Pumpe sorgfältig so zusammenzubauen,
daß die Ausgangswelle des Motors und die Eingangswelle der
Pumpe zufriedenstellend ausgerichtet sind. Da außerdem etwas
Außermittigkeit oder Winkelabweichung zwischen beiden Wellen
bleibt, selbst wenn sie mit voller Aufmerksamkeit
zusammengebaut werden, um eine solche Ausrichtung
sicherzustellen, und da desweiteren Vibrationen während des
Betriebs in dem Motor und der Pumpe auftreten, wurde in
herkömmlicher Weise eine elastische Kupplung als die Kupplung
verwendet, um dies durch den Kupplungsabschnitt zu
absorbieren. Als die herkömmliche Kupplung können
beispielhaft die genannt werden, die ein elastisches Element
wie etwa eine Weder, Draht oder Ahnliches verwenden. Da
jedoch bei diesen elastischen Kupplungen die Absorption einer
relativen Versetzung zwischen den zwei sich drehenden Wellen
beim Auftreten der Außermittigkeit, Winkelabweichung und
axialen Bewegung nur einer Verformung des elastischen
Elements zugewiesen wird, muß die Verformung des elastischen
Elements groß sein, um das zulässige Maß der Außermittigkeit,
Winkelabweichung und axialen Bewegung zu vergrößern. Folglich
muß ein weiches Element als das elastische Element verwendet
werden, und insbesondere wenn ein großes Drehmoment
übertragen wird, kann das Drehmoment während einer
Übergangsperiode nicht hervorragend übertragen werden, wenn
sich ein Gleichgewichtszustand ändert. Außerdem wird ein
beträchtlicher Betrag an Energie verbraucht, um das
elastische Element zu verformen, und ein Wirkungsgrad der
Drehmomentübertragung verringert sich.
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Außerdem wurde eine Oldham-Kupplung als eine Kupplung
verwendet, die mit der vorstehenden Außermittigkeit,
Winkelabweichung und axialer Bewegung umgeht.
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Ein Beispiel einer Oldham-Kupplung ist in dem Dokument DE-C-
913117 offenbart. Der Oberbegriff von Anspruch 1 stützt sich
auf dieses Dokument.
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Die bekannte Wellenkupplung weist die Nuten und Gleitelemente
auf, die sich miteinander im Eingriff befinden. Aufgrund der
gleitenden Bewegung zwischen den Seitenflächen der Nuten und
der Gleitelemente wird während des Betriebs der
Wellenkupplung Wärme erzeugt. Diese Wärme neigt zu einer
Ansammlung an einer Grundplatte, die die Gleitelemente des
Übertragungselements der bekannten Wellenkupplung verbindet,
was zu einem derartigen Temperaturanstieg des
Drehmomentübertragungselements führt, daß die Festigkeit
absinkt. Um mit diesem Problem umzugehen, ist eine
vergleichsweise dicke Grundplatte erforderlich, wodurch sich
die Länge der Wellenkupplung in der Axialrichtung erhöht.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte
und dennoch sehr wirksame Wellenkupplung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Wellenkupplung nach Anspruch 1
erfüllt, und insbesondere durch Öffnungen, die sich zwischen
den benachbarten ersten Gleitelementen und zwischen den
benachbarten zweiten Gleitelementen durch das
Drehmomentübertragungselement erstrecken.
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Bei der erfindungsgemäßen Wellenkupplung wird keine
Grundplatte wie die bei der bekannten Wellenkupplung
verwendet, und es sind Öffnungen vorgesehen, die sich durch
das Übertragungselement erstrecken, so daß die an den ersten
und zweiten Gleitelementen entwickelte Wärme schnell auf die
durch die Öffnungen strömende Umgebungsluft übertragen wird.
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Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die ein
erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Wellenkupplung darstellt;
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Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den
zusammengebauten Zustand darstellt;
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Fig. 3 zeigt deren Frontansicht, wobei ein Teil weggelassen
ist;
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Fig. 4 zeigt eine Längsschnittansicht ihres Mittelabschnitts;
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Fig. 5 zeigt eine schematische erläuternde Ansicht, die ein
die Wellenkupplung der Erfindung verkörperndes Beispiel
darstellt.
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Fig. 6 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die ein
zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Wellenkupplung darstellt; und
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Fig. 7 und 8 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht und
einen Seitenquerschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels, die
den zusammengebauten Zustand darstellen.
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Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 4 bezeichnet das
Bezugszeichen 2 den Endabschnitt einer Antriebswelle, 2'
eine
Drehachse einer Antriebswelle und 3 bezeichnet einen an dem
oberen Ende des Endabschnitts der Antriebswelle ausgebildeten
Flanschabschnitt Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 4 den
Endabschnitt einer Antriebswelle, 4' eine Drehachse der
Abtriebswelle und 5 bezeichnet einen an dem oberen Ende des
Endabschnitts der Abtriebswelle ausgebildeten
Flanschabschnitt Der Endabschnitt 2 der Antriebswelle und
der Endabschnitt 4 der Abtriebswelle sind jeweils derart
angeordnet, daß die Flanschabschnitte 3 und 5 einander
gegenüberstehen und die Drehachsen 2' und 4' in der Richtung
Z zueinander fluchten.
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Die Endfläche des Flanschabschnitts 3 an dem Endabschnitt der
Antriebswelle, die dem Flanschabschnitt 5 an dem Endabschnitt
der Abtriebswelle zugekehrt ist, bildet eine Ebene (X-Y
Ebene), die sich rechtwinklig mit der Drehachse 2' der
Antriebswelle kreuzt. In ähnlicher Weise bildet die Endfläche
des Flanschabschnitts 5 an dem Endabschnitt der
Abtriebswelle, die dem Flanschabschnitt 3 an dem Endabschnitt
der Antriebswelle zugekehrt ist, eine Ebene (X-Y Ebene), die
sich rechtwinklig mit der Drehachse 4' der Abtriebswelie
kreuzt. Diese Flanschabschnitte 3 und 5 sind aus Metall
hergestellt, z.B. aus Stahl.
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An dem Flanschabschnitt 3 an dem Endabschnitt der
Antriebswelle sind jeweils drei erste Nuten 10a, 10b und 10 c
in der Richtung Y ausgebildet, die sich rechtwinklig mit der
vorstehenden Richtung Z kreuzen. In ähnlicher Weise sind an
dem Flanschabschnitt 5 an dem Endabschnitt der Antriebswelle
jeweils drei zweite Nuten 12a, 12b und 12 c in der Richtung X
ausgebildet, die sich rechtwinklig sowohl mit der Richtung Z
als auch mit der Richtung Y kreuzen. Diese Nuten haben alle
jeweils eine rechtwinklige Gestalt.
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Ein Drehmomentübertragungselement 14 ist zwischen den
Flanschabschnitten 3 und 5 angeordnet. Das
Übertragungselement 14 ist durch das Verbinden von drei
ersten Gleitelementen 16a, 16b und 16c und drei zweiten
Gleitelementen 18a, 18b und 18c gebildet. Die Gleitelemente
16a, 16b und 16c sind jeweils in die Nuten 10a, 10b und 10c
des Flanschabschnitts 3 an dem Endabschnitt der Antriebswelle
derart eingepaßt, daß sie innerhalb dieser Nuten in den
Richtungen Y und Z bewegt werden können. In ähnlicher Weise
sind die Gleitelemente 18a, 18b und 18c jeweils in die Nuten
12a, 12b und 12c des Flanschabschnitts 5 an dem Endabschnitt
der Abtriebswelle derart eingepaßt, daß sie innerhalb dieser
Nuten in den Richtungen X und Z bewegt werden können.
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An den Gleitelementen 16b und 18b ist jedoch ein Vorsprung 15
derart ausgebildet, daß diese jeweils an dem Bodenabschnitt
der Nut 10b an der Antriebswellenseite und an dem
Bodenabschnitt der Nut 12b an der Abtriebswellenseite
anliegen, um dadurch einen Abstand zwischen dem Endabschnitt
2 der Antriebswelle und dem Endabschnitt 4 der Abtriebswelle
einzurichten, so daß folglich eine Begrenzung für deren
Bewegung in der Richtung Z vorgesehen ist.
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Übrigens ist das Drehmomentübertragungselement 14 gemäß
diesem Ausführungsbeispiel aus Kunststoffmaterial einstückig
ausgebildet. Als das Kunststoffmaterial kann ein
synthetisches Harz mit passenden Gleiteigenschaften auf dem
metallischen Material der Flanschabschnitte 3 und 5, einer
passenden Festigkeit und desweiteren einer passenden
Elastizität verwendet werden, wie z.B. ein Polyacetalharz
oder ein Polyamidharz. Außerdem zeigt das Kunststoffmaterial
des Übertragungselements 14 Selbst-Schmier-Eigenschaften und
kann kontinuierlich schmieren, insbesondere wenn es sich mit
der Seitenfläche der Nut 10 des Flanschabschnitts 3 und der
Seitenfläche der Nut 12 des Flanschabschnitts 5 in Kontakt
befindet. Das Übertragungselement 14 kann beispielsweise
hergestellt werden, indem ein Block aus Kunststoffmaterial
bearbeitet wird.
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Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Endabschnitt 2 der
33 Antriebswelle gedreht wird, wird sein Drehmoment über die
Gleitelemente 16a bis 16c und die Gleitelemente 19a bis 19c
des Übertragungselements 14 übertragen, um den Endabschnitt 4
der Abtriebswelle zu drehen. Dabei ist eine bestimmte
Verformung der Gleitelemente 16a bis 16c und 19a bis 19c des
Übertragungselements 14 zulässig.
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Wenn die Drehachse 2' der Antriebswelle und die Drehachse 4
der Abtriebswelle außermittig werden, kann hauptsächlich
durch eine Gleitbewegung der Gleitelemente 16a bis 16c in den
Nuten 10a bis 10c und eine Gleitbewegung der Gleitelemente
18a bis 18c in den Nuten 12a bis 12c damit erfolgreich
umgegangen werden.
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Wenn außerdem die Drehachse 2' der Antriebswelle und die
Drehachse 4' der Abtriebswelle eine Winkelabweichung
aufweisen, kann hauptsächlich durch die Gleit- und
Schwingbewegungen (die ungleichförmige Bewegung in der
Richtung der Drehachse 2' der Antriebswelle, d.h. die
Drehbewegung um die X-Achse) der Gleitelemente 16a bis 16c in
13 den Nuten 10a bis 10c und die Gleit- und Schwingbewegungen
(die ungleichförmige Bewegung in der Richtung der Drehachse
4' der Abtriebswelle, d.h. die Drehung um die Y-Achse) der
Gleitelemente 18a bis 18c in den Nuten 12a bis 12c
erfolgreich damit umgegangen werden.
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Wenn desweiteren der Endabschnitt 2 der Antriebswelle und der
Endabschnitt 4 der Abtriebswelle axial relativ zueinander
bewegt werden, kann durch eine Parallelbewegung der
Gleitelemente 16a bis 16c in der Z-Richtung in den Nuten 10a
bis 10c und eine Parallelbewegung der Gleitelemente 18a bis
18c in der Z-Richtung in den Nuten 12a bis 12c erfolgreich
damit umgegangen werden.
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Tatsächlich können die vorstehende Außermittigkeit,
Winkelabweichung und Axialbewegung kombiniert erzeugt werden,
und deshalb wird eine Kombination dieser Vorgänge ausgeführt.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel das
Drehmomentübertragungselement 14 etwas elastisch ist, kann
dessen leichte Verformung erzeugt werden.
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Da übrigens der Betrag der vorstehenden Außermittigkeit,
Winkelabweichung und Axialbewegung im wesentlichen auf einen
bestimmten Bereich begrenzt ist, kann es durch die
vorstehenden Vorgänge nicht passieren, daß die Gleitelemente
16a bis 16c und die Gleitelemente 18a bis 18c des
Übertragungselements 14 aus den Nuten 10 und 12 freikommen
oder daß jeder Abschnitt des Übertragungselements 14 durch
Überschreiten eines zulässigen Bereichs verformt wird.
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Wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben
ist, werden gleichzeitig drei Arten an Verformungen und
Versetzungen erreicht, wie etwa eine leichte Verformung des
Übertragungselements 14, die Bewegung der Gleitelemente 16a
bis 16b in den Nuten 10a bis 10c und die Bewegung der
Gleitelemente 18a bis 18c in den Nuten 12a bis 12c. Folglich
kann an dem Ganzen eine Verformung und eine Versetzung um
einen erwünschten Betrag erreicht werden, selbst wenn jede
dieser klein ist, so daß die Übertragung des Drehmoments
insbesondere während der Übergangsperiode hervorragend
erreicht werden kann, wenn der Gleichgewichtszustand geändert
wird. Da bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem das aus
synthetischem Harz hergestellte Übertragungselement 14
verwendet wird, ist die Wirkung der Vibrationsdämpfung und
Unterdrückung deren Übertragung auch hervorragend.
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Die Wellenkupplung gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
kann einfach hergestellt werden, indem die Bauelemente
zusammengebaut werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
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Da dieses Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu einer
herkömmlichen elastischen Kupplung nicht nur auf der
Verformung des elastischen Elements beruht, ist der
Energieverlust klein und die Wirkung der Übertragung des
Drehmoments hervorragend.
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Da außerdem das Drehmomentübertragungselement 14 jeweils eine
Vielzahl an ersten und zweiten Gleitelementen hat, so daß
diese durch den Kontakt mit den ersten und zweiten Nuten über
einen großen Bereich das Drehmoment übertragen können, kann
ein großes Drehmoment übertragen werden. D.h., weil die
Anzahl der ersten Gleitelemente und der zweiten Gleitelement
jeweils drei ist, kann ein großes Drehmoment übertragen
werden.
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Da das Übertragungselement 14 außerdem bei diesem
Ausführungsbeispiel eine passende Elastizität hat, kann eine
Übertragung der Vibration zwischen der Antriebswellenseite
und der Abtriebswellenseite unterdrückt werden, während
gleichzeitig eine Übertragung des Drehmoments ruckfrei
geändert werden kann, wenn die Last plötzlich geändert wird
und dergleichen.
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Da das Übertragungselements 14 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel außerdem Selbst-Schmier-Eigenschaften
zeigt, wenn es auf dem Flanschabschnitt 3 an dem Endabschnitt
der Antriebswelle und dem Flanschabschnitt 5 an dem
Endabschnitt der Abtriebswelle gleitet, ist die Verwendung
eines Schmieröls nicht erforderlich, wodurch sich eine
Wartung vereinfacht.
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Fig. 5 zeigt eine schematische erläuternde Ansicht, die ein
Ausführungsbeispiel darstellt, bei dem die erfindungsgemäße
Wellenkupplung verwendet wird. Der Endabschnitt 2 der
Antriebswelle für die erfindungsgemäße Wellenkupplung C ist
an einer Ausgangsdrehwelle M' eines Motors M montiert (die
Welle M' entspricht der Antriebswelle), und der Endabschnitt
4 der Antriebswelle für die Wellenkupplung C ist an einer
Eingangsdrehwelle P' einer Pumpe P montiert, die das
angetriebene Gerät ist (die Welle P' entspricht der
Abtriebswelle).
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Wenn die Wellenkupplung C montiert ist, wird der Motor M
eingerichtet und befestigt, und der Endabschnitt 2 der
Antriebswelle der Wellenkupplung C ist mit der Ausgangswelle
M' des Motors derart verbunden und befestigt, so daß wie in
Fig. 4 gezeigt ist, ein Vorsprung 15 an beiden Seiten des
Übertragungselements 14 an dem Bodenabschnitt der Nut des
Flanschabschnitts 3 an dem Endabschnitt der Antriebswelle
anliegt, während er an dem Bodenabschnitt der Nut des
Flanschabschnitts 5 an dem Endabschnitt der Antriebswelle
anliegt. Dann wird die Pumpe allmählich zu der Wellenkupplung
C hin bewegt, um die Eingangswelle P' der Pumpe mit dem
Endabschnitt 4 der Antriebswelle der Wellenkupplung C zu
verbinden und zu befestigen. Übrigens ist es zu diesem
Zeitpunkt nicht erforderlich, ein Beseitigen der
Außermittigkeit, ein Entfernen der Winkelabweichung und eine
Einstellung der Axialrichtung zwischen der Antriebswelle und
der Abtriebswelle ganz genau auszuführen.
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Fig. 6 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die ein
zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Wellenkupplung darstellt, und Fig. 7 und 8 zeigen jeweils
eine perspektivische Ansicht und einen Seitenquerschnitt, die
den zusammengebauten Zustand darstellen. Bei diesen Fig.
werden Elemente mit einer ähnlichen Funktion wie in dem
vorstehenden Ausführungsbeispiel mit demselben Bezugszeichen
bezeichnet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Flanschabschnitt 5
an dem Endabschnitt der Abtriebswelle einen
abtriebswellennahen Abschnitt 5' und ein plattenförmiges
Paßelement 6 auf. Das Paßelement 6 ist mittels einer Schraube
an dem abtriebswellennahen Abschnitt 5' montiert. Eine
Eingriffsnut 7 ist in der X-Richtung an dem
abtriebswellennahen Abschnitt 5' ausgebildet, und ein
Eingriffsvorsprung 8 in einer der Eingriffsnut entsprechenden
Gestalt ist in der X-Richtung an dem vorstehenden Paßelement
6 ausgebildet. Diese Eingriffsnut 7 und -vorsprung 8 dienen
als eine Einrichtung zur Verhinderung der Relativdrehung.
D.h., die Relativdrehung des Paßelements 6 und des
abtriebswellennahen Abschnitts 5' um die Drehachse 4' der
Abtriebswelle ist nicht nur mittels der Schraube blockiert,
sondern im wesentlichen durch einen Eingriff der Eingriffsnut
7 mit dem Eingriffsvorsprung 8.
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An der Fläche des Paßelements 6 an der dem Flanschabschnitt 3
an dem Endabschnitt der Antriebswelle zugekehrten Seite, ist
auch eine Vielzahl von zweiten Nuten 12 in der X-Richtung
ausgebildet, deren Querschnitte eine rechtwinklige Form
haben. Das Drehmomentübertragungselement 14 ist zwischen dem
Flanschabschnitt 3 an dem Endabschnitt der Antriebswelle und
dem Flanschabschnitt 5 an dem Endabschnitt der Abtriebswelle
angeordnet. Das Übertragungselement hat eine Vielzahl von
ersten Gleitelementen 16 an der der Antriebswelle zugekehrten
Seite, die jeweils in die Vielzahl der ersten Nuten 10
eingepaßt sind, während es eine Vielzahl von zweiten
Gleitelementen 18 an der der Abtriebswelle zugekehrten Seite
hat, die jeweils in die Vielzahl der zweiten Nuten 12
eingepaßt sind.
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Somit kann erfindungsgemäß auch eine ähnliche Funktion wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel erfüllt werden.
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Die gesamte Wellenkupplung und ein Teil deren Bauelemente
kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel einfach an einem
Mechanismus zur Drehmomentübertragung montiert und davon
abgenommen werden. D.h., wenn sie beispielsweise repariert
werden, kann durch Entfernen der Schraube das Paßelement 6 in
is der X-Richtung relativ zu dem abtriebswellennahen Abschnitt
5' des Flanschabschnitts 5 an dem Endabschnitt der
Abtriebswelle relativbewegt werden. Da außerdem das
Paßelement 6 in der X-Richtung relativ zu dem
Übertragungselement 14 relativbewegt werden kann, kann nach
alledem das Paßelement 6 durch die Bewegung in der X-Richtung
herausgezogen werden. Das Übertragungselement 14 kann durch
die Bewegung in der Y-Richtung relativ zu dem
Flanschabschnitt 3 an dem Endabschnitt der Antriebswelle
herausgezogen werden. Somit kann desweiteren durch die
Verwendung eines in der Mitte ausgebildeten Raums jeweils der
Endabschnitt 2 der Antriebswelle und der Endabschnitt 4 der
Abtriebswelle 4 abgenommen werden.
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Deshalb wird sie gemäß diesem Ausführungsbeispiel schnell
repariert, indem die verschlissenen Teile abgenommen und
ersetzt werden, wie vorstehend beschrieben ist, und gemäß dem
umgekehrten Verfahren zu dem vorstehenden neue Teile an deren
Stelle montiert werden, ohne daß sowohl das Gerät an der
Antriebswellenseite als auch das Gerät an der
Abtriebswellenseite überhaupt bewegt werden, die jeweils mit
der Wellenkupplung verbunden sind, was die Ausfallzeit
erheblich verkürzen kann. Das Verfahren beim Ersteinbau und
die abschließende Abnahme der Wellenkupplung ist mit der
Reparatur vollkommen identisch.