EP3791081A1 - Steckbare kupplung zur verbindung von wellen - Google Patents

Abstract

Eine Kupplung (2) zum Verbinden von Wellen (12, 13) weist eine Hauptachse(6), einen Kupplungskörper (3) und einen an dem Kupplungskörper(3) ausgebildeten Wellenanschluss (7) auf. Der Wellenanschluss (7) umfasst mindestens ein elastisches Element, das an dem Kupplungskörper (3) abgestützt ist und das zum Angreifen an einer um die Hauptachse (6) umlaufenden Umfangsfläche einer längs der Hauptachse (6) in den Wellenanschluss (7) eingeführten Welle(12)ausgebildet und angeordnet ist. Das mindestens eine elastische Element ist eine Blattfeder (4), die sich mit ihrer Haupterstreckungsrichtung längs einer Tangente zu einem Kreisbogen um die Hauptachse (6) erstreckt und an dem Kupplungskörper (3)starr abgestützt ist.

Description

STECKBARE KUPPLUNG ZUR VERBINDUNG VON WELLEN

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine steckbare Kupplung zur Verbindung von Wellen. Insbe- sondere bezieht sich die Erfindung auf eine Kupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1. Eine Anwendung einer solchen Kupplung ist es, eine erste Welle in einer Drehrichtung um eine Hauptachse starr an eine zweiten Welle oder ein anderes Bauteil zu koppeln, das um die koaxial zu der Welle ausgerichtete Hauptachse drehbar ist. Zu diesem Zweck muss die Kupplung in der Lage sein, Drehmoment zwischen der ersten Welle einerseits und der zweiten Welle oder dem anderen Bauteil andererseits zu übertragen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine solche Kupplung, bei der die Kopplung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle oder dem anderen Bauteil bis zu einem vordefinierten maximalen Drehmoment gegeben ist, während die Kopplung bei höheren Drehmomenten aus- setzt.

STAND DER TECHNIK Aus der US 2018/0062307 A1 ist eine Steckeranordnung mit einem drehbaren Kupplungselement bekannt, das zumindest teilweise in einer Greifhülse angeordnet ist. An der Greifhülse sind Rutschelemente elastisch abgestützt. Die Rutschelemente und ein Angriffselement an dem Kupplungselement greifen so aneinander an, dass ein Verdrehen der Greifhülse Drehmoment auf das Kupplungselement überträgt und dieses verdreht, bis eine vorgegebene Drehmoment- grenze erreicht ist, bei der das Rutschelement von dem Angriffselement abrutscht. Das Angriffs- element ist als Außensechskant ausgebildet und auf jeder der Abflachungen des Außen- sechskants liegt ein freies Ende eines parallel zu einer Hauptachse der Steckeranordnung ausgerichteten und an der Greifhülse abgestützten Federarms an. Das als Rutschelement dienende freie Ende ist mit einer komplementären Abflachung zu der Abflachung des Außen- sechskants versehen.

Bei einer anderen Ausführungsform der aus der US 2018/0062307 A1 bekannten Steckeranord- nung ist zur Drehmomentübertragung bis zu einer vorgegebenen Drehmomentgrenze ein gewell- ter elastischer Ring zwischen einem unrunden Innenumfang der Greifhülse und einem unrunden Außenumfang des Kupplungselements angeordnet.

Aus der US 2,302,110 A ist eine Überlastschutzkupplung bekannt, bei der auf drei tangentialen Abflachungen einer Welle Federbandabschnitte festgelegt sind, die mit kreissegmentförmigen Abschnitten von der Welle abstehen und unter elastischer Vorspannung an einer zylindermantel- förmigen Reibfläche am Innenumfang eines Kupplungskörpers anliegen. Aus der DE 28 47 190 A1 ist eine Kupplung zum Verbinden der Enden zweier Wellen bekannt. Bei dieser Kupplung weist das Ende der ersten Welle am Umfang eine achsparallele Abflachung und das andere Ende der zweiten Welle stirnseitig eine axiale Ausnehmung zur Aufnahme des einen Wellenendes und ein sich an der Abflachung abstützendes Widerlager in der Ausnehmung zur Drehsicherung der ersten relativ zu der zweiten Welle auf. Das Widerlager ist eine in quer zur Wellendrehachse gerichtete Aussparungen der zweiten Welle eingesetzte, auf Biegung beanspruchte Feder. Dabei handelt es sich um eine Blattfeder, die in ihrem mittleren Bereich gewölbt, wobei die konvexe Seite der Wölbung im eingekuppelten Zustand der Abflachung zugekehrt ist. Die Aussparungen und die von ihnen aufgenommenen Abschnitte der Blattfeder sind gerade und liegen in einer zur Wellendrehachse parallelen und von dieser entfernten Ebene. Die Federenden der Blattfeder auf der Außenseite stehen auf der Außenseite der zweiten Welle über und sind dort abgewinkelt. Durch die bekannte Kupplung werden die Enden der beiden Wellen nicht spielfrei miteinander verbunden. Vielmehr sind durch die linienförmige Anlage des gewölbten Bereichs der Blattfeder an der Abflachung der ersten Welle verschiedene Drehwinkel zwischen den Wellen möglich. Aus der JP 2004-204973 A ist ein Kupplungskörper bekannt, an dem mehrere elastische Elemente beweglich abgestützt sind. Jedes der elastischen Elemente ist in einer koppelnden Stellung radial nach innen konvex ausgewölbt und liegt an einer Abflachung eines Gegenstücks an. Bei Überlast beulen die elastischen Elemente nach außen aus und geben so das Gegenstück in Drehrichtung um die Hauptachse der Kupplung frei. Da jedes elastische Element nur linienförmig an der Abflachung des Gegenelements anliegt, ist auch diese bekannte Kupplung nicht spielfrei.

Bei einer aus der DE 103 11 367 A1 bekannten Kupplung sind im Gegensatz zu der voranstehend gewürdigten JP 2004-204973 A in dem Gegenstück konkave Gegenfläche zur Anlage der konvex gebogenen elastischen Elemente in gekoppeltem Zustand vorgesehen, die dann, wenn die Krümmungsradien der konvexen Oberflächen der elastischen Elemente und der konkaven Anlageflächen des Gegenstücks identisch sind, für Spielfreiheit sorgen. Die identischen Krümmungsradien setzen jedoch eine hohe Fertigungspräzision voraus und sind daher praktisch kaum zu realisieren. Aus der EP 1 195 536 A1 ist eine Kupplung mit zwei koaxial angeordneten Drehkörpern bekannt, wobei an dem einen Drehkörper Vorsprünge ausgebildet sind, die in Rücksprünge in dem anderen Drehkörper eingreifen . Dabei ist die Position der Vorsprünge relativ zu den Rücksprüngen in der Drehrichtung variabel. Dies wird durch ein elastisches Element realisiert, das abhängig von den von der Kupplung übertragenen Drehmomente deformiert wird. So wird insbesondere eine Relativdrehung der beiden Rotationskörper über einen vorgegebenen Winkelbereich ermöglicht. Dies widerspricht einer spielfreien Kopplung.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine steckbare Kupplung zur Verbindung von Wellen aufzuzeigen, die mit kompakten Abmessungen ausbildbar und durch einfaches Zusammen- stecken, d. h. ohne Werkzeug und andere Hilfsmittel, montierbar ist, um beispielsweise eine Ausgangswelle eines Drehantriebs oder eine Eingangswelle eines Potentiometers oder einer anderen Drehwinkelerfassungseinrichtung unter einem definierten Drehwinkel mit einem Drehspiegel zu verbinden. LOSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Kupplung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 12 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kupplung. Die Patentansprüche 13 bis 17 sind auf eine Kupplungsverbindung mit der erfindungsgemäßen Kupplung und einer in dessen Wellenan- schluss eingesteckten oder einzusteckenden Welle gerichtet.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei einer erfindungsgemäßen Kupplung zum Verbinden von Wellen mit einer Hauptachse, einem Kupplungskörper und einem an dem Kupplungskörper ausgebildeten ersten Wellenanschluss, wobei der erste Wellenanschluss mindestens ein elastisches Element aufweist, das an dem Kupplungskörper abgestützt ist und das zum Angreifen in einer um die Hauptachse umlaufenden Umfangsfläche einer längs der Hauptachse in den Wellenanschluss eingeführten ersten Welle ausgebildet und angeordnet ist, ist das mindestens eine elastische Element eine erste Blattfeder, die sich mit ihrer Haupterstreckungsrichtung längs einer Tangente zu einem Kreisbogen um die Hauptachse erstreckt. Die erste Blattfeder der erfindungsgemäßen Kupplung weist eine im Wesentlichen ebene Erstreckung längs ihrer Haupterstreckungsrichtung auf. Sie ist an dem Kupplungskörper mit dem Wellenanschluss, in den die erste Welle einsteckbar ist, abgestützt und läuft daher mit diesem um die Hauptachse um. Die Blattfeder greift an der um die Hauptachse umlaufenden Umfangsfläche, d. h. von außen an der ersten Welle an, wenn diese in den Wellen- anschluss eingeführt ist. Durch diesen Angriff der Blattfeder an der ersten Welle ist Drehmoment zwischen der ersten Welle und dem Kupplungskörper übertragbar. Dabei hängt die Größe des übertragbaren Drehmoments neben der Steifigkeit der Blattfeder von der Form der Umfangs- fläche der ersten Welle ab. Wenn die Umfangsfläche der ersten Welle eine Abflachung aufweist, an die sich die erste Blattfeder anlegen kann, ist über diese Anlage eine bestimmte Drehwinkel- Stellung der ersten Welle gegenüber dem Kupplungskörper definiert. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Kupplung spielfrei. Wenn die erste Welle ein sich verjüngendes freies Ende aufweist, kann sie mit diesem freien Ende in den Wellenanschluss eingeführt werden, unabhängig davon, ob die definierte Drehwinkelstellung dabei eingehalten wird oder nicht. Mit dem sich verjüngenden freien Ende lenkt die Welle die erste Blattfeder elastisch aus. Eine Relativ- Verdrehung der Welle gegenüber dem Kupplungskörper, die seine Anlage der Blattfeder an der Abflachung der Welle führt, ergibt sich bei leichter Fehlausrichtung der Drehwinkelstellung der Welle gegenüber dem Kupplungskörper automatisch. Sonst kann sie einfach durch ein von außen angelegtes Drehmoment provoziert werden.

Soweit hier davon die Rede ist, dass etwas längs einer Richtung verläuft, also beispielsweise, dass sich die erste Blattfeder mit ihrer Haupterstreckungsrichtung längs einer Tangente zu einem Kreisbogen um die Hauptachse erstreckt, bedeutet dies nicht zwingend, dass ein paralleler Verlauf gegeben ist, auch wenn ein solcher paralleler Verlauf bevorzugt sein kann. Vielmehr ist es ausreichend, wenn ein solcher paralleler Verlauf im Wesentlichen oder zumindest eine weit überwiegende Erstreckung in der angegebenen Richtung gegeben ist.

Mit ihrer Quererstreckungsrichtung, d. h. ihrer zweiten Haupterstreckungsrichtung, erstreckt sich die erste Blattfeder vorzugsweise nicht nur längs, sondern auch parallel zu der Hauptachse.

Vorzugsweise ist die erste Blattfeder in ihrer Haupterstreckungsrichtung an ihren beiden Enden an dem Kupplungskörper abgestützt. Die an ihren beiden Enden abgestützte Blattfeder weist verglichen mit ihrem Elastizitätsmodul eine höhere effektive Steifigkeit in Bezug auf Auslen- kungen von der Hauptachse weg auf als eine nur an einem Ende abgestützte Blattfeder. Zudem ist eine an ihren beiden Enden abgestützte Blattfeder zu einer Anlage an beiden Enden einer Abflachung der ersten Welle geeignet, durch die die definierte Drehwinkelstellung der ersten Welle gegenüber dem Kupplungskörper bis zum Erreichen des von der erfindungsgemäßen Kupplung maximal übertragbaren Drehmoments präzise eingehalten wird. Die definierte Dreh- winkelstellung der ersten Welle gegenüber dem Kupplungskörper kann bis zum Erreichen des von der erfindungsgemäßen Kupplung maximal übertragbaren Drehmoments auch dadurch präzise eingehalten werden, dass die Blattfeder einen ausgeformten Anlagebereich aufweist, der sich unter Vorspannung flächig an die Abflachung der ersten Welle anlegt. Ein solcher Anlage- bereich kann auch an einer nur an ihrem einen Ende an dem Grundkörper abgestützten ersten Blattfeder ausgebildet sein. Die erste Blattfeder ist starr, d. h. weder gelenkig noch sonst wie beweglich, an dem Kupplungs- körper abgestützt. Der Kupplungskörper weist im Wesentlichen nur die elastische Verformbarkeit der ersten Blattfeder als Beweglichkeit auf, was aber für seine Funktion ausreichend ist, und ist ansonsten eine starre Einheit. Insbesondere kann die erste Blattfeder einstückig mit dem Kupplungskörper ausgebildet sein. Konkret kann der Kupplungsformkörper mit der Blattfeder aus einem Rohling mit einheitlicher Zusammensetzung herausgearbeitet sein oder in einer Form aus einem einzigen Material ausgeformt sein. Beim Ausbilden der erfindungsgemäßen Kupplung in einer Form können jedoch auch unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen. Beispiels- weise kann eine erste Blattfeder aus Metall an ihren Enden mit Kunststoff umspritzt werden, um den Kupplungskörper auszubilden. Wenn der erste Wellenanschluss eine in Bezug auf die Hauptachse achsensymmetrisch zu der ersten Blattfeder ausgebildete und angeordnete zweite Blattfeder aufweist, ist die erfindungsge- mäße Kupplung geeignet, gewisse Winkelfehler und Exzentrizitäten der ersten Welle gegenüber der Hauptachse der Kupplung durch elastische Deformationen der Blattfedern auszugleichen.

Um das Einführen der ersten Welle in den ersten Wellenanschluss zu erleichtern, kann der erste Wellenanschluss an seinem freien axialen Ende vor der Blattfeder eine äußere Wellenführung mit ersten Zylinderflächen aufweisen, die Teilflächen eines koaxial zu der Hauptachse ausgerich- teten virtuellen ersten Zylinders sind. Ein Radius des ersten Zylinders ist dabei größer als ein Abstand der ersten Blattfeder von der Hauptachse. Es versteht sich, dass der Radius des virtuellen ersten Zylinders so groß sein muss, dass die erste Welle in den ersten Wellenanschluss einführbar ist, d. h. etwas größer als ein maximaler Radius der ersten Welle. Um die erste Welle mit der ersten Wellenführung auf die Hauptachse zu zentrieren, darf der Radius des ersten Zylinders aber auch nicht viel größer sein als der maximale Radius der ersten Welle.

Wenn die erfindungsgemäße Kupplung in dem ersten Wellenanschluss zum Ausgleich von Winkelfehlern und Exzentrizitäten der ersten Welle gegenüber der Hauptachse geeignet sein soll, muss der Radius des ersten Zylinders sogar signifikant größer als der maximale Radius der ersten Welle sein. Die äußere Wellenführung sorgt dafür, dass die erste Welle gegenüber dem Kupplungskörper zumindest vorausgerichtet ist, bevor sie auf die Blattfedern trifft. Dadurch kann vermieden werden, dass eine fehlausgerichtete erste Welle die Blattfedern beim Einführen beschädigt. Der erste Wellenanschluss kann an seinem inneren axialen Ende hinter der Blattfeder eine innere Wellenführung mit einer zweiten Zylinderfläche aufweisen, wobei die zweite Zylinderfläche zumindest eine Teilfläche eines koaxial zu der Hauptachse ausgerichteten zweiten Zylinders ist, dessen Radius kleiner als der Abstand der ersten Blattfeder von der Hauptachse ist. Diese zweite innere Wellenführung kann einen im Radius reduzierten zylindrischen Fortsatz der ersten Welle aufnehmen, um die erste Welle weiter gegenüber der Hauptachse des Kupplungskörpers auszu- richten. Mit enger Passung der äußeren und inneren Wellenführungen in Bezug auf die erste Welle kann für eine koaxiale Ausrichtung der ersten Welle zu der Hauptachse gesorgt werden. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Kupplung dann aber andere Merkmale aufweisen muss, wenn Exzentrizitäten und Winkelfehler der ersten Welle kompensiert werden sollen.

Unmittelbar an dem Kupplungskörper kann eine koaxial zu der Hauptachse ausgerichtete zweite Welle ausgebildet sein. Alternativ kann an dem Kupplungskörper ein dem ersten Wellenan- schluss entsprechender zweiter Wellenanschluss für eine zweite Welle ausgebildet sein. Dabei können konkret die erste Blattfeder des ersten Wellenanschlusses und eine erste Blattfeder des zweiten Wellenanschlusses in einer Projektion längs der Hauptachse parallel oder orthogonal zueinander verlaufen, auch wenn grundsätzlich beliebige Winkel zwischen den ersten Blattfedern möglich sind. Die Anordnungen der ersten Blattfedern des ersten und des zweiten Wellenan- schlusses können - insbesondere hinsichtlich ihres Radius - auf gleiche oder ungleiche erste und zweite Wellen abgestimmt sein, also insbesondere gleiche oder unterschiedliche Abstände zu der Hauptachse aufweisen. Auch etwaige innere und/oder äußere Wellenführungen können auf gleiche oder ungleiche erste und zweite Wellen abgestimmt sein.

Um Winkelfehler der ersten Welle gegenüber einer an dem Kupplungskörper ausgebildeten zweiten Welle oder einer in einen zweiten Wellenanschluss des Kupplungskörpers eingeführten zweiten Welle auszugleichen, kann der Kupplungskörper ein zweiachsiges Gelenk, insbesondere ein zweiachsiges Festkörpergelenk zwischen dem ersten Wellenanschluss und der zweiten Welle bzw. dem zweiten Wellenanschluss aufweisen.

Bei einer erfindungsgemäßen Kupplungsverbindung mit der erfindungsgemäßen Kupplung und einer in deren ersten Wellenanschluss eingesteckten oder einzusteckenden ersten Welle mit einer ersten Wellenachse weist die Umfangsfläche der ersten Welle mindestens eine längs einer Tangente zu einem Kreisbogen um die erste Wellenachse und längs der Wellenachse verlau- fende Abflachung auf, an die sich die erste Blattfeder des ersten Wellenanschlusses zumindest bereichsweise unter elastischer Vorspannung anlegt. Wenn diese Abflachung der ersten Welle symmetrisch zu einer Spiegelebene ist, durch die die Hauptachse verläuft, und auch die erste Blattfeder bei eingesteckter Welle spiegelsymmetrisch zu dieser Symmetrieebene angeordnet und ausgebildet ist, ist das mit der erfindungsgemäßen Kupplungsverbindung maximal übertrag- bare Drehmoment in beiden Drehrichtungen um die Hauptachse gleich groß. Insbesondere indem die mindestens eine Abflachung der ersten Welle in den beiden Drehrichtungen um die erste Wellenachse mit unterschiedlichen Steigungen des Abstands zu der ersten Wellenachse ausläuft, können aber auch unterschiedliche maximale Drehmomente in den beiden Dreh- richtungen realisiert werden. So kann die erfindungsgemäße Kupplungsverbindung in der einen Drehrichtung zur Übertragung eines mindestens doppelt so großen Drehmoments wie in der anderen Drehrichtung ausgebildet sein. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein Drehanschlag für die zweite Welle in der einen Drehrichtung mit einem begrenzten Drehmoment eines die erste Welle aufweisenden Antriebs angefahren werden, während für das Wiederabrücken der zweiten Welle von dem Drehanschlag ein größeres Drehmoment übertragen werden kann. Wie schon weiter oben angesprochen wurde, kann ein maximaler Radius der ersten Welle in einem Endbereich zu einem freien axialen Ende der ersten Welle hin abnehmen, um das Einführen der Welle in den ersten Wellenanschluss unter elastischer radialer Auslenkung der ersten Blattfeder zu erleichtern.

Die erfindungsgemäße Kupplungsverbindung kann auf einfache Weise so ausgestaltet werden, dass die in den ersten Wellenanschluss eingesteckte erste Welle in der axialen Richtung der Hauptachse sicher in dem ersten Wellenanschluss gehalten wird, aber dennoch lösbar ist. Wenn dazu die erste Abflachung zu dem freien axialen Ende der ersten Welle hin durch eine Rastkante mit ansteigendem Radius der ersten Welle begrenzt ist, wobei die erste Blattfeder beim Einstecken der ersten Welle in den ersten Wellenanschluss hinter diese Rastkante einrastet, dient die Blattfeder zusätzlich als Rastelement für die axiale Sicherung der ersten Welle. Zudem kann die Sicherung der ersten Welle in dem ersten Wellenanschluss durch die Blattfeder mittels einer Relativverdrehung der ersten Welle gegenüber der Kupplung, bis die Blattfeder außerhalb der Abflachung an der Welle anliegt und so in axialer Richtung nicht mehr an die Rastkante anschlägt, wieder gelöst werden. Konkret kann die Rastkante ausgebildet werden, indem die erste Abflachung in einen zylindrischen Teil der Welle eingebracht wird, und zwar mit Abstand zu dem zu dem freien Ende der Welle hin zeigenden Ende dieses zylindrischen Teils.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Be- schreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beige- fügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprüng- lichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnun- gen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merk- malen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rück- beziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombi- niert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Aus- führungsformen der Erfindung entfallen.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Die in den Patent- ansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist. Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Um- fangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungs- beispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer ersten erfin- dungsgemäßen Kupplungsverbindung in nicht zusammengestecktem Zustand. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die zusammengesteckte Kupplungsverbindung gemäß

Fig. 1.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kupplungskörpers in einer anderen Ausführungsform als der Kupplungskörper der Kupplungsverbin- dung gemäß Fig. 1.

Fig. 4 ist eine perspektivische Schnittansicht einer zusammengesteckten Kupplungsver- bindung mit der Kupplung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Abwandlung der Kupplung gemäß Fig. 4.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Abwandlung der Kupplung gemäß

Fig. 4.

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren Abwandlung der Kupplung gemäß Fig. 4.

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch die Kupplung gemäß Fig. 7.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren Abwandlung der Kupplung gemäß Fig. 4.

Fig. 10 ist ein Querschnitt durch die Kupplung gemäß Fig. 9.

Fig. 11 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Kupplungsverbindung in zusammengestecktem Zustand.

Fig. 12 ist ein Querschnitt durch noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Kupplungsverbindung in zusammengestecktem Zustand.

Fig. 13 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Kupplung.

Fig. 14 ist eine perspektivische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung vor dem Zusammenstecken. Fig. 15 ist eine perspektivische Längsschnittansicht der Kupplung gemäß Fig. 14 in zusammengestecktem Zustand; und

Fig. 16 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Kupplung gemäß den Fig. 14 und

15.

FIGURENBESCHREIBUNG

Die in Fig. 1 dargestellte Kupplungsverbindung 1 weist eine Kupplung 2 und eine erste Welle 13 auf. Die Kupplung 2 umfasst einen Kupplungskörper 3, der einstückig mit einer ersten Blattfeder 4 und einer zweiten Blattfeder 5 ausgebildet ist. Die Blattfedern 4 und 5 verlaufen mit ihren Haupt- erstreckungsrichtungen tangential zu einem Kreisbogen um eine Hauptachse 6 der Kupplung 2. Mit ihren Quererstreckungsrichtungen verlaufen die Blattfedern 4 und 5 parallel zu der Haupt- achse 6, und bezüglich der Hauptachse 6 sind die Blattfedern 4 und 5 achsensymmetrisch zueinander ausgebildet und angeordnet. Jede der beiden Blattfedern 4 und 5 ist hier an ihren beiden Enden in ihrer Haupterstreckungsrichtung starr an den Kupplungskörper 3 abgestützt. Mit Hilfe der Blattfedern 4 und 5 ist in dem Kupplungskörper 3 ein erster Wellenanschluss 7 ausge- bildet, der an seinem freien axialen Ende vor den Blattfedern 4 und 5 eine äußere Wellenführung 8 mit ersten Zylinderflächen 9 umfasst. Die ersten Zylinderflächen 9 sind Teilflächen eines koaxial zu der Hauptachse 6 ausgerichteten ersten Zylinders, dessen Radius größer als ein Abstand der Blattfedern 4 und 5 von der Hauptachse 6 ist und auch etwas größer als ein maximaler Radius der ersten Welle 13. Die äußere Wellenführung 8 dient dazu, die erste Welle 12 bei ihrem Einstecken in den ersten Wellenanschluss 7 koaxial zu der Hauptachse 6 und damit auch gegen- über den Blattfedern 4 und 5 auszurichten, so dass sie diese nicht beschädigt, sondern nur leicht radial auslenkt, bis die erste Blattfeder 4 und die zweite Blattfeder 5 an einer ersten Abflachung 10 und einer dazu achssymmetrisch angeordneten zweiten Abflachung 1 1 der Welle 3 anliegen, was im nächsten Absatz näher erläutert werden wird. Des weiterem dient die äußere Wellen- führung 8 dazu, die erste Welle 12 auf die Hauptachse 6 zu zentrieren. An dem Kupplungskörper 3 der Kupplung 2 ist eine koaxial zu der Hauptachse 6 ausgerichtete zweite Welle 12 ausgebildet. Die Kupplung 2 dient dazu, Drehmomente um die Hauptachse 6, die eine Drehmomentober- grenze nicht überschreiten, zwischen den Wellen 13 und 12 zu übertragen.

Fig. 2 zeigt, wie die Blattfedern 4 und 5 der Kupplung 2 an den Abflachungen 10 und 1 1 der eingesteckten ersten Welle 13 anliegen. Konkret kontaktieren die Blattfedern 4 und 5 die Welle 13 an den Enden der Abflachungen 10 und 1 1 in Umfangsrichtung um die Hauptachse 6 linien- förmig längs der Hauptachse 6. Über diese linienförmigen Kontaktbereiche wird das Drehmoment zwischen der Kupplung 2 und der Welle 13 übertragen. Dabei kommt es so lange zu keiner Relativverdrehung der ersten Welle 13 gegenüber der Kupplung 2, bis das Drehmoment die vorgespannten Blattfedern 4 und 5 weiter deformiert. Bei noch höherem Drehmoment weichen die Blattfedern 4 und 5 der zwischen ihnen angeordneten abgeflachten ersten Welle 13 aus.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Kupplung 2, bei der an dem Kupplungskörper 3 ein zweiter Wellenanschluss 17 mit erster Blattfeder 14 und zweiter Blattfeder 15 sowie äußerer, Zylinder- flächen 19 aufweisender Wellenführung 18 ausgebildet ist. Dabei verlaufen die Blattfedern 14 und 15 des zweiten Wellenanschlusses 17 parallel zu den Blattfedern 4 und 5 des ersten Wellen- anschlusses 7. Die äußeren Wellenführungen 8 und 18 sorgen für einen Rundlauf der Kupplung 1 gegenüber den in die Wellenanschlüsse 7 und 17 eingeführten Wellen.

Fig. 4 zeigt die zusammengesteckte Kupplungsverbindung 1 mit der Kupplung 2 gemäß Fig. 3 in einer perspektivischen Schnittansicht, aus der die Anlage der leicht deformierten Blattfedern 4, 5, 14, 15 an den Abflachungen 10 und 11 der Wellen 12 und 13 hervorgeht.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Kupplung 2 gemäß Fig. 3, bei der die Blattfedern 14 und 15 des zweiten Wellenanschlusses 17 in einer Projektion längs der Hauptachse 6 mit ihren Haupter- streckungsrichtungen orthogonal zu den Haupterstreckungsrichtungen der Blattfedern 4 und 5 des ersten Wellenanschlusses 7 verlaufen. Fig. 6 zeigt eine Kupplung 2, die sich von der Kupplung 2 gemäß Fig. 3 dadurch unterscheidet, dass zwischen den Wellenschlüssen 7 und 17 ein zweiachsiges Festkörpergelenk 20 ausgebildet ist, um Winkelfehlausrichtungen der hier nicht dargestellten Wellen 12 und 13 auszugleichen.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Kupplung 2 gemäß Fig. 3, bei der jede der beiden Wellenan- schlüsse 7 und 17 jeweils nur eine Blattfeder 14 aufweist. Außerdem ist in Fig. 7 angedeutet, dass der erste Wellenanschluss 7 zumindest bezüglich seiner Blattfeder 4 anders ausgebildet ist als der zweite Wellenanschluss 17 bezüglich seiner Blattfeder 14. Die Unterschiede der Wellen- anschlüsse 7 und 17 können auch noch weiter gehen. Der Querschnitt gemäß Fig. 8 zeigt zudem eine innere Wellenführung 21 mit einer zweiten Zylinderfläche 22, die zumindest eine Teilfläche eines koaxial zu der Hauptachse 6 ausgerich- teten zweiten Zylinders ist. Der Radius dieses zweiten Zylinders ist kleiner als der Abstand der ersten Blattfeder 14 von der Hauptachse 6 ist. Diese innere Wellenführung 21 kann einen im Radius reduzierten Fortsatz der ersten und/oder zweiten Welle 13, 12 aufnehmen und so diese Welle 13, 12 weiter gegenüber der Hauptachse des Kupplungskörpers 3 ausrichten.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung der Kupplung 2 gemäß Fig. 3, bei der die Blattfedern 4, 5, 14, 15 jeweils nur an ihrem einen Ende in ihrer jeweiligen Haupterstreckungsrichtung starr an dem Kupp- lungskörper 3 abgestützt sind und mit ihrem anderen Ende frei sind. Hierdurch ist die effektive Steifigkeit der Blattfedern 4, 5, 14, 15 kleiner als bei den bislang beschriebenen Ausführungs- formen der Kupplung 2. Das freie Ende der Blattfedern 14 und 15 wird auch aus dem Schnitt gemäß Fig. 10 deutlich.

Fig. 11 erläutert anhand eines Schnitts, der grundsätzlich Fig. 2 entspricht, wie durch ein abge- rundetes Auslaufen der Abflachungen 10 und 1 1 der ersten Welle 13 das von der Kupplung 2 maximal übertragbare Drehmoment in den beiden Drehrichtungen um die Hauptachse 6 unter- schiedlich festgelegt werden kann. Das maximale Drehmoment hängt von der Steigung ab, mit der sich der Durchmesser der Welle 13 zwischen den Blattfedern 4 und 5 bei Verdrehung der ersten Welle 13 gegenüber der Kupplung 2 ändert. Durch abgerundet auslaufende Abflachungen 10 und 1 1 , wie in Fig. 1 1 dargestellt, wird das maximale übertragbare Drehmoment reduziert. Konkret ist gemäß Fig. 1 1 das maximal übertragbare Drehmoment beim Verdrehen der ersten Welle 13 gegenüber der Kupplung 2 entgegen dem Uhrzeigersinn deutlich kleiner als im Uhr- zeigersinn.

Fig. 12 illustriert in einem Querschnitt, wie durch eine hier außenachtkantige Ausbildung der ersten Welle 13 mit entsprechend in Umfangsrichtung um die Hauptachse 6 kürzeren Abfla- chungen 10 und 1 1 das in beiden Drehrichtungen um die Hauptachse 6 übertragbare Drehmo- ment reduziert werden kann, um eine in beiden Drehrichtungen um die Hauptachse 6 wirksame Rutschkupplung auszubilden.

Fig. 13 illustriert eine mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Kupplung 2 zur Ausbildung einer Kupplungsverbindung zwischen einem Motor 23, dessen Ausgangswelle die erste Welle 13 ist, und einem Potentiometer 24, dessen Eingangswelle die zweite Welle 12 ist. Beide Wellen sind mit den Abflachungen 10, 11 versehen, die mit Hilfe der Kupplung 2 parallel zueinander ausgerichtet werden und parallel zueinander gehalten werden, solange das Drehmoment zwischen den Wellen 12 und 13 nicht das mit der Kupplung 2 maximal übertragbare Drehmoment überschreitet. Die in den Fig. 14 und 15 gezeigte Kupplungsverbindung weist zwei Besonderheiten auf. Zum einen ist die innere Wellenführung 21 für das freie Ende der ersten Kupplung 13 in Richtung der Hauptachse 6 relativ lang ausgeführt, um die erste Welle 13 koaxial zu der zweiten Welle 12 auszurichten und abzustützen. Zum anderen enden die Abflachungen 10 und 1 1 zu dem freien Ende der ersten Welle 13 hin jeweils mit einer Rastnase 25, an der der Radius der ersten Welle 13 wieder auf ihr nicht abgeflachtes Maß ansteigt. Dadurch rasten die Blattfedern 4 und 5, wenn sie sich beim Einstecken der ersten Welle 1 3 in den ersten Wellenanschluss 7 an die Abflachungen 10 und 1 1 anlegen, hinter die Rastnasen 25 ein. Durch diese Rastverbindung wird die erste Welle 13 in der axialen Richtung der Hauptachse 6 in der Kupplung 2 gesichert. Diese Sicherung kann jedoch durch Verdrehen der ersten Welle 13 gegenüber der Kupplung 2 um die Hauptachse 6, bis die Blattfedern nicht mehr an den Abflachungen 10 und 1 1 sondern an der nicht abgeflachten Welle 13 anliegen und somit auch nicht mehr hinter den Rastnasen 25 angeordnet sind, gelöst werden.

Fig. 16 zeigt eine Anwendung der Kupplungsverbindung 1 gemäß den Fig. 14 und 15 zur Befestigung eines drehfest mit der ersten Welle 13 verbundenen Schleifsteins 26 an der zweiten Welle 12, die hier die Austrittswelle eines Elektromotors 23 als Drehantrieb für den Schleifstein 26 ist. Die hinter die Rastnasen 25 eingerasteten Blattfedern 4 und 5 geben dem Schleifstein 26 Halt an dem Elektromotor 23 in der axialen Richtung der Hauptachse 6.

Die erfindungsgemäße Kupplung ist für Radien der ersten Welle 13 und entsprechend auch der zweiten Welle 12 von ca. 0,5 mm aufwärts geeignet. Die erfindungsgemäße Kupplung ist für jede beliebige Kombination von Antriebsquelle und getriebenem Abnehmer geeignet, zum Beispiel in einem Generator, einer Seilwinde, in der Automatisierungstechnik und in Robotern. Die maximalen Abmessungen der Kupplung 2 sind typischerweise 5 bis 10 mal so groß wie der Radius der ersten Welle bzw. der zweiten Welle, je nachdem, welche dieser beiden Wellen den größeren Radius aufweist. Zur einstückigen Ausbildung des Kupplungskörpers 3 mit den Blattfedern 4, 5, 14, 15 kann die Kupplung 2 in einem Formwerkzeug oder auch durch material- abnehmende Verfahren aus einem massiven Rohling ausgebildet sein. Auch eine mehrstückige Ausbildung mit an den Grundkörper 3 starr anmontierten Blattfedern 4, 5, 14, 15 ist möglich.

BEZUGSZEICHENLISTE

Kupplungsverbindung

Kupplung

Kupplungskörper

erste Blattfeder

zweite Blattfeder

Hauptachse

erster Wellenanschluss

äußere Wellenführung des ersten Wellenanschlusses 7 erste Zylinderflächen der Wellenführung 8

Abflachung

Abflachung

zweite Welle

erste Welle

erste Blattfeder des zweiten Wellenanschlusses zweite Blattfeder des zweiten Wellenanschlusses zweiter Wellenanschluss

äußere Wellenführung des zweiten Wellenanschlusses erste Zylinderfläche der Wellenführung 18

Festkörpergelenk

innere Wellenführung

zweite Zylinderfläche der inneren Wellenführung 21

Elektromotor

Potentiometer

Rastnase

Schleifstein

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Kupplung (2) zum Verbinden von Wellen (12, 13) mit

einer Hauptachse (6),

einem Kupplungskörper (3) und

einem an dem Kupplungskörper (3) ausgebildeten ersten Wellenanschluss (7), wobei der erste Wellenanschluss (7) mindestens ein elastisches Element aufweist, das an dem Kupplungskörper (3) abgestützt ist und das zum Angreifen an einer um die Hauptachse (6) umlaufenden Umfangsfläche einer längs der Hauptachse (6) in den Wellenanschluss (7) eingeführten ersten Welle (13) ausgebildet und angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass das mindestens eine elastische Element eine erste Blattfeder (4) ist, die sich mit ihrer Haupterstreckungsrichtung längs einer Tangente zu einem Kreisbogen um die Hauptachse (6) erstreckt und an dem Kupplungskörper (3) starr abgestützt ist.

2. Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blattfeder (4) einstückig mit dem Kupplungskörper (3) ausgebildet ist.

3. Kupplung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Blattfeder (4) mit ihrer Quererstreckungsrichtung parallel zu der Hauptachse (6) erstreckt.

4. Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blattfeder (4) eine ebene Erstreckung längs ihrer Haupterstreckungsrichtung aufweist.

5. Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blattfeder (4) an ihren beiden Enden in ihrer Haupterstreckungsrichtung an dem Kupplungskörper (3) abgestützt ist.

6. Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenanschluss (7) eine in Bezug auf die Hauptachse (6) achsensymmetrisch zu der ersten Blattfeder (4) ausgebildete und angeordnete zweite Blattfeder (5) aufweist.

7. Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenanschluss (7) an seinem freien axialen Ende vor der ersten Blattfeder (4) eine äußere Wellenführung (8) mit ersten Zylinderflächen (9) aufweist, wobei die ersten Zylinder- flächen (9) Teilflächen eines koaxial zu der Hauptachse (6) ausgerichteten ersten Zylinders sind, dessen Radius größer als ein Abstand der ersten Blattfeder (4) von der Hauptachse (6) ist.

8. Kupplung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenan- schluss (7) an seinem inneren axialen Ende hinter der ersten Blattfeder (4) eine innere Wellenführung (21 ) mit einer zweiten Zylinderfläche (22) aufweist, wobei die zweite Zylinderfläche zumindest eine Teilfläche eines koaxial zu der Hauptachse (6) ausgerichteten zweiten Zylinders sind, dessen Radius kleiner als der Abstand der ersten Blattfeder (4) von der Hauptachse (6) ist.

9. Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kupplungskörper (3) eine koaxial zu der Hauptachse (6) ausgerichtete zweite Welle (12) ausgebildet ist.

10. Kupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kupplungskörper (3) ein dem ersten Wellenanschluss (7) entsprechender zweiter Wellenan- schluss (17) für eine zweite Welle (12) ausgebildet ist.

1 1 . Kupplung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blattfeder (4) des ersten Wellenanschlusses (7) und eine erste Blattfeder (14) des zweiten Wellenanschlusses (17)

in einer Projektion längs der Hauptachse (6) parallel oder orthogonal zueinander verlaufen und

gleiche oder unterschiedliche Abstände zu der Hauptachse (6) aufweisen.

12. Kupplung (2) nach Anspruch 9, 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kupp- lungskörper (3) ein zweiachsiges Festkörpergelenk (20) zwischen dem ersten Wellenanschluss (7) und der zweiten Welle(12) oder dem zweiten Wellenanschluss (17) aufweist.

13. Kupplungsverbindung (1 ) mit der Kupplung (2) nach einem der vorhergehenden An- sprüche und einer in deren ersten Wellenanschluss (7) eingesteckten oder einzusteckenden ersten Welle (13) mit einer ersten Wellenachse, wobei die Umfangsfläche der ersten Welle (13) eine längs einer Tangente zu einem Kreisbogen um die erste Wellenachse (13) verlaufende erste Abflachung (10) aufweist, an die sich die erste Blattfeder (4) des ersten Wellenanschlusses (7) zumindest bereichsweise unter elastischer Vorspannung anlegt.

14. Kupplungsverbindung (1 ) nach Anspruch 13 soweit direkt oder indirekt rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Blattfeder (4) des ersten Wellen- anschlusses (7) in zwei in Richtung des Kreisbogens um die erste Wellenachse (13) voneinander beabstandeten Bereichen unter elastischer Vorspannung die erste Abflachung anlegt.

15. Kupplungsverbindung (1 ) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Radius der erste Welle (13) in einem Endbereich zu einem freien axialen Ende der ersten Welle (13) hin abnimmt.

16. Kupplungsverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abflachung (10) in den beiden Drehrichtungen um die erste Wellenachse mit gleichen oder unterschiedlichen Steigungen des Abstands zu der ersten Wellenachse ausläuft.

17. Kupplungsverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abflachung zu einem oder dem freien axialen Ende der ersten Welle (13) hin durch eine Rastkante mit ansteigendem Radius der erste Welle (13) begrenzt ist, hinter die die erste Blattfeder (4) beim Einstecken der ersten Welle (13) in den ersten Wellenanschluss (7) rastet.