WO2001090590A2 - Compensating coupling - Google Patents

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WO2001090590A2
WO2001090590A2 PCT/EP2001/006023 EP0106023W WO0190590A2 WO 2001090590 A2 WO2001090590 A2 WO 2001090590A2 EP 0106023 W EP0106023 W EP 0106023W WO 0190590 A2 WO0190590 A2 WO 0190590A2
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shaft coupling
spring elements
central bore
grooves
circumferential direction
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Werner Hille
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Werner Hille
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
    • F16D3/72—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts

Definitions

  • the invention relates to a shaft coupling for axially connecting 5 shaft ends to a transmission element which is designed as a cylinder with circumferentially extending grooves and a central bore, the grooves being connected to the central bore via at least one circumferentially extending opening and two axially successive grooves between each include an arcuate LO spring element, one end of the spring element being connected on the drive side and the other end of the spring element being connected on the output side.
  • Shaft couplings of the type mentioned above are mainly used to misalignment between two interconnected shaft ends
  • the misalignment can be permanent or result from a changing axis position during operation. Often there are angular or parallel axis offsets between the axes of rotation of the shafts to be connected due to unsteady drive or output loads or power. Axial shaft misalignments can be caused by
  • these shaft couplings are made of plastics, composite materials, metals or other non-ferrous metals manufactured.
  • a version made of metal or a metal alloy is particularly resilient and durable.
  • the comparatively simple shaft coupling has the same functionality as a double universal joint due to its degrees of freedom in angular mobility with smaller angular errors and parallel misalignments. Due to the simple design, such a clutch can be operated at high speeds and can be advantageously adapted to the individual operating situation with regard to the position of its resonance frequencies.
  • the invention has set itself the task of creating a shaft coupling that is high in a compact design, in particular in a smaller radial space Can transmit torques and compensate for large angular and parallel misalignments with high strength and durability despite reduced production costs.
  • the object is achieved by a shaft coupling of the type mentioned, in which some spring elements have a radial cross-sectional profile over at least part of the circumference, which tapers from the inside to the outside.
  • a decisive advantage of the shaft coupling according to the invention lies in the advantageous dynamic behavior combined with high transmissible torques.
  • the moment of inertia and the imbalance potential advantageously decrease due to the reduced mass towards the larger diameter.
  • high torques can be transmitted with the shaft coupling according to the invention because the loaded spring elements are made stronger on the inside diameter.
  • the angular mobility of the coupling increases in a sensible manner, since on the outer diameter, where a greater clearance between the individual spring elements is naturally required for bending, the space between the spring elements increases.
  • two opposing spring elements are expediently arranged, which are separated by a slot in a radial axial plane, which is connected to the central bore.
  • a change in the transmitted torque in this way causes almost no deformation of the shaft coupling as a whole, or no change in the outer dimensions of the shaft coupling, so that there is always a force-free transmission of the torque and any load-dependent forces the coupling on the shaft ends need not be taken into account.
  • the individual spring elements in addition to the design of the individual spring elements as semicircular arcs extending over almost 180 ° of the circumference, an extension of the individual spring elements over 90 ° or 120 ° or 1/4 or 1/3 of the circumference is also useful.
  • three, four or more spring elements can be provided in an axial position. This depends on the desired transmission behavior of the shaft coupling.
  • the transmission behavior of the shaft coupling is particularly advantageously improved and the manufacturing outlay is reduced if the radial cross-sectional profile of some spring elements initially has a constant axial width radially from the outside inwards, tapers almost suddenly on a certain diameter and continues with a constant axial width up to the outside diameter.
  • the cross-sectional profile corresponding to a T-beam results in the shaft coupling being able to withstand high loads while at the same time advantageously requiring little installation space.
  • connection of the spring elements to the washer can be mirror-symmetrical to that described by the washer Plane or point symmetrical to the spatial center of the washer. An offset of the drive-side and drive-side connection of the two corresponding spring elements on this side and beyond of the intermediate disc of 180 ° or 90 ° is particularly useful here.
  • a changing cross-sectional shape of the spring elements in the circumferential direction is also recommended.
  • the forces acting on the spring elements at the connection points cause a moment load that is not constant in the circumferential direction.
  • Fig. 3 A detailed view of a radial cross section through individual
  • FIG. 4 shows a perspective illustration of a cut spring element with a cross-sectional profile that tapers radially from the inside outwards
  • Fig. 5 A perspective view of a cut spring element with a T-shaped cross-sectional profile
  • Fig. 6 A perspective view of a cut spring element with a T-shaped cross-sectional profile with variable in the circumferential direction
  • the shaft coupling 1 according to the invention shown in FIG. 1 is provided with the reference number 1 in its entirety.
  • the shaft coupling 1 is attached to shaft ends (not shown), the end of an input shaft usually transmitting torque via the shaft coupling to the end of an output shaft.
  • the shaft coupling 1 is usually screwed onto the respective shaft ends on both sides or also shrunk onto the shaft ends.
  • Two hubs 2 are used for connection to the drive and output shafts.
  • the hubs 2 are coaxially surrounded by two transmission elements 3 arranged axially one behind the other and a sleeve 2a arranged between the two transmission elements 3.
  • the two transmission elements 3 are made from a cylindrical tubular body, the central bore 4 of which is provided with radial grooves 5 in different axial positions. Grooves 6 are also introduced from the outside into the tubular body, one edge of which is located in the groove base in overlap with a groove 5 in the central bore 4. This creates openings 7 extending in the circumferential direction between individual spring elements 8, which have a T-shaped cross section.
  • the spring element 8 has a larger axial width radially inside than radially outside.
  • FIG. 2 shows a section according to section AA in FIG. 1 of the shaft coupling 1 shown.
  • the individual spring elements 8 extend over approximately 90 ° or a quarter circle in the circumferential direction. At one end of the spring element 8 pointing in the circumferential direction, the same is firmly connected axially to the intermediate disk 9 on one axial side and axially to the intermediate disk 9 on the axially other side at the opposite end in the circumferential direction.
  • the step 10 resulting from a sudden change in the axial width of the spring elements 8 is in FIG. 6 at a constant radius.
  • the radial outer contour of the spring element 8 is shifted in the circumferential central position of the spring element 8 to the inner diameter of the central bore 4 such that the resulting outer peripheral contour of the T-shaped spring element 8 follows a straight line at this point in the manner of a secant.
  • FIGS. 4, 5 and 6 each show different cross-sectional shapes of the spring elements 8, wherein a continuous tapering of the axial width with increasing radius is shown in FIG. 4, a cross-sectional shape in the manner of a T-beam is shown in FIG. 5, the paragraph 10 of the T-beam runs at a constant radius and such a T-beam of the spring element 8 is shown with a shoulder 10 in FIG. 6, the radius of which changes in the course of the circumference.

Abstract

The invention relates to a shaft coupling (1) for axially connecting shaft ends to a transmission element that is configured as a cylinder with grooves (6) running in a peripheral direction and a central bore (4), whereby each groove (6) is connected to the central bore (4) by means of at least one opening (7) that extends in the peripheral direction and two grooves (6) which succeed each other in an axial direction respectively enclose an arc-shaped spring element (8), whereby one end of the spring element (8) is connected on the drive side and the other end of the spring element (8) is connected on the output side. The disadvantage of known compensating couplings is that the load-bearing capacity is significantly restricted by the production options. The aim of the invention is to provide a shaft coupling (1) with a compact construction, in particular with reduced radial space requirements, which can transmit high torques and can compensate considerable offset angles and parallel displacements despite reduced production expenditure, whilst at the same time exhibiting an increased strength and lifespan. To achieve this, the invention provides a shaft coupling (1), in which some spring elements (8) have a radial cross-sectional profile, at least over one part of their periphery, said profile tapering from the interior towards the exterior. One advantage of this is dynamic behaviour, coupled simultaneously with high transmissible torques.

Description

Ausαleichskupplunα Ausαleichskupplunα
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur axialen Verbindung von 5 Wellenenden mit einem Übertragungselement, das als Zylinder mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten und einer zentralen Bohrung ausgebildet ist, wobei die Nuten jeweils über mindestens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Öffnung mit der zentralen Bohrung in Verbindung stehen und zwei axial aufeinanderfolgende Nuten zwischen sich jeweils ein bogenförmiges LO Federelement einschließen, wobei das eine Ende des Federelementes antriebsseitig und das andere Ende des Federelementes abtriebsseitig verbunden ist.The invention relates to a shaft coupling for axially connecting 5 shaft ends to a transmission element which is designed as a cylinder with circumferentially extending grooves and a central bore, the grooves being connected to the central bore via at least one circumferentially extending opening and two axially successive grooves between each include an arcuate LO spring element, one end of the spring element being connected on the drive side and the other end of the spring element being connected on the output side.
Wellenkupplungen der vorbezeichneten Art werden vorwiegend eingesetzt, um Fluchtungsfehler zwischen zwei miteinander verbundenen Wellenenden zuShaft couplings of the type mentioned above are mainly used to misalignment between two interconnected shaft ends
15 kompensieren. Die Fluchtungsfehler können bleibender Natur sein oder von einer sich im Betrieb verändernden Achslage herrühren. Häufig entstehen Winkel- oder parallele Achsversätze zwischen den Drehachsen der zu verbindenden Wellen durch instationäre Antriebs- oder Abtriebslast, beziehungsweise -Leistung. Axiale Wellenversätze können durch15 compensate. The misalignment can be permanent or result from a changing axis position during operation. Often there are angular or parallel axis offsets between the axes of rotation of the shafts to be connected due to unsteady drive or output loads or power. Axial shaft misalignments can be caused by
-0 Temperaturdehungen oder auch aufgrund unterschiedlicher Schübe in unterschiedlichen Betriebszuständen angrenzender Aggregate hervorgerufen werden. Eine übliche Anwendung findet sich bei Industrie- und Bahnantrieben, die ein schwankendes Drehmoment aufweisen und auch mit veränderlicher Drehzahl laufen.-0 temperature expansions or also due to different thrusts in different operating states of adjacent units. A common application is found in industrial and rail drives that have a fluctuating torque and also run at a variable speed.
.5 Je nach Betriebsanforderungen werden diese Wellenkupplungen aus Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, Metallen oder anderen Nichteisenmetallen hergestellt. Eine Ausführung aus Metall, bzw. einer Metallegierung ist besonders hoch belastbar und langlebig..5 Depending on the operating requirements, these shaft couplings are made of plastics, composite materials, metals or other non-ferrous metals manufactured. A version made of metal or a metal alloy is particularly resilient and durable.
Die vergleichsweise einfach aufgebaute Wellenkupplung hat aufgrund ihrer Freiheitsgrade in der Winkelbeweglichkeit bei kleineren Winkelfehlern und Parallelversätzen die gleiche Funktionalität wie ein doppeltes Kardangelenk. Aufgrund der einfachen Bauweise, kann eine derartige Kupplung bei hohen Drehzahlen betrieben werden und vorteilhaft bezüglich der Lage ihrer Resonanzfrequenzen auf den individuellen Betriebsfall abgestimmt werden.The comparatively simple shaft coupling has the same functionality as a double universal joint due to its degrees of freedom in angular mobility with smaller angular errors and parallel misalignments. Due to the simple design, such a clutch can be operated at high speeds and can be advantageously adapted to the individual operating situation with regard to the position of its resonance frequencies.
Aus der Patentschrift DE 198 04 088 C1 ist bereits eine Ausgleichskupplung der vorbezeichneten Art bekannt, die einen zusätzlichen axialen Querschlitz aufweist, der einzelne Federelemente in Umfangsrichtung voneinander trennt.From the patent specification DE 198 04 088 C1, a compensating coupling of the aforementioned type is already known, which has an additional axial transverse slot that separates individual spring elements from one another in the circumferential direction.
Diese und die übrigen im Stand der Technik bekannten Ausgleichskupplungen der vorgenannten Art haben jedoch den gemeinsamen Nachteil, daß die Belastbarkeit stark durch die Möglichkeiten der Fertigung eingeschränkt wird oder die Fertigung dieser Wellenkupplungen mit einem inakzeptablen Aufwand einhergeht. Das stetige Streben nach einer geringen Baugröße aus Gründen des Bauraums und wegen der dynamischen Eigenschaften der Kupplung, -der Unwucht und der Anfälligkeit für Resonanzerscheinungen,- macht einen geringen Kupplungsdurchmesser wünschenswert. Da die Belastbarkeit bei einem geringen Kupplungsdurchmesser gewährleistet sein muß, ist eine hinreichend große radiale Erstreckung der Federelemente wünschenswert, die ein entsprechendes Widerstandsmoment zur Folge hat. Eine beliebige Erweiterung der axialen Länge der Kupplung aus Belastbarkeitsgründen kommt ebenfalls nicht in Frage, weshalb der axialen Breite der Federelemente konstruktive Schranken gesetzt sind. Der Fertigung sind jedoch Grenzen in Bezug auf die Tiefen der einzubringenden Nuten gesetzt. Der in der Regel verwendete Fingerfräser begrenzt mit seiner Länge die konstruktive radiale Stärke der Federelemente.These and the other known in the prior art compensating clutches of the aforementioned type, however, have the common disadvantage that the load capacity is severely limited by the possibilities of manufacture or the manufacture of these shaft couplings involves an unacceptable effort. The constant striving for a small size for reasons of installation space and because of the dynamic properties of the coupling, the unbalance and the susceptibility to resonance phenomena makes a small coupling diameter desirable. Since the load capacity must be guaranteed with a small coupling diameter, a sufficiently large radial extension of the spring elements is desirable, which results in a corresponding section modulus. Any extension of the axial length of the coupling for reasons of resilience is also out of the question, which is why constructive limits are placed on the axial width of the spring elements. However, production is limited in terms of the depth of the grooves to be made. The length of the end mill, which is generally used, limits the radial strength of the spring elements.
Ausgehend von den Nachteilen und Problemen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Wellenkupplung zu schaffen, die bei kompakter Bauweise, insbesondere geringerem radialen Bauraum, hohe Drehmomente übertragen kann und trotz eines reduzierten Fertigungsaufwandes große Winkel- und Parallelversätze bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Lebensdauer ausgleichen kann.On the basis of the disadvantages and problems of the prior art, the invention has set itself the task of creating a shaft coupling that is high in a compact design, in particular in a smaller radial space Can transmit torques and compensate for large angular and parallel misalignments with high strength and durability despite reduced production costs.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Wellenkupplung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher einige Federelemente mindestens über einen Teil des Umfangs ein radiales Querschnittsprofil aufweisen, welches sich von innen nach außen verjüngt.According to the invention, the object is achieved by a shaft coupling of the type mentioned, in which some spring elements have a radial cross-sectional profile over at least part of the circumference, which tapers from the inside to the outside.
Ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Wellenkupplung liegt in dem vorteilhaften dynamischen Verhalten bei gleichzeitig hohen übertragbaren Drehmomenten. Das Trägheitsmoment und das Unwuchtspotential nehmen aufgrund der zum größeren Durchmesser hin reduzierten Masse vorteilhaft ab. Gleichzeitig lassen sich mit der erfindungsgemäßen Wellenkupplung hohe Drehmomente übertragen, weil die belasteten Federelemente auf dem Innendurchmesser stärker ausgeführt sind. Darüber hinaus erhöht sich sinnvoll die Winkelbeweglichkeit der Kupplung, da auf dem Außendurchmesser, wo bei Biegung naturgemäß ein größeres Spiel zwischen den einzelnen Federelementen benötigt wird, der Freiraum zwischen den Federelementen ansteigt.A decisive advantage of the shaft coupling according to the invention lies in the advantageous dynamic behavior combined with high transmissible torques. The moment of inertia and the imbalance potential advantageously decrease due to the reduced mass towards the larger diameter. At the same time, high torques can be transmitted with the shaft coupling according to the invention because the loaded spring elements are made stronger on the inside diameter. In addition, the angular mobility of the coupling increases in a sensible manner, since on the outer diameter, where a greater clearance between the individual spring elements is naturally required for bending, the space between the spring elements increases.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wellenkupplung sieht vor, daß sich die einzelnen Federelemente jeweils über nahezu 180° des Umfangs erstrecken. Die Ausbildung der einzelnen Federelemente als nahezu halbkreisförmiges Bogensegment bringt eine optimale Winkelbeweglichkeit der Wellenkupplung bei gleichzeitig vorteilhaftem elastischen Torsionverhalten mit sich.An advantageous development of the shaft coupling according to the invention provides that the individual spring elements each extend over almost 180 ° of the circumference. The design of the individual spring elements as an almost semicircular arc segment brings about optimum angular mobility of the shaft coupling with advantageous elastic torsion behavior at the same time.
Sinnvoll sind in einer axialen Position jeweils zwei sich gegenüberliegende Federelemente angeordnet, die durch einen Schlitz in einer radialen Axialebene getrennt sind, der mit der zentralen Bohrung in Verbindung steht. Eine Veränderung des übertragenen Drehmomentes bewirkt auf diese Weise nahezu keinerlei Verformung der Wellenkupplung im Ganzen, bzw. keine Änderung der äußeren Abmaße der Wellenkupplung, so daß stets eine zwangfreie Übertragung des Drehmomentes erfolgt und etwaige lastabhängige Kräfte aus der Kupplung auf die Wellenenden nicht berücksichtigt werden müssen. Neben der Ausbildung der einzelnen Federelemente als sich über nahezu 180° des Umfangs erstreckende Halbkreisbögen ist auch eine Erstreckung der einzelnen Federelemente über 90° oder 120°, bzw. 1/4 oder 1/3 des Umfangs sinnvoll. Ebenso können drei, vier oder mehr Federelemente in einer Axialposition vergesehen werden. Dies ist abhängig von dem angestrebten Übertragungsverhalten der Wellenkupplung.In an axial position, two opposing spring elements are expediently arranged, which are separated by a slot in a radial axial plane, which is connected to the central bore. A change in the transmitted torque in this way causes almost no deformation of the shaft coupling as a whole, or no change in the outer dimensions of the shaft coupling, so that there is always a force-free transmission of the torque and any load-dependent forces the coupling on the shaft ends need not be taken into account. In addition to the design of the individual spring elements as semicircular arcs extending over almost 180 ° of the circumference, an extension of the individual spring elements over 90 ° or 120 ° or 1/4 or 1/3 of the circumference is also useful. Likewise, three, four or more spring elements can be provided in an axial position. This depends on the desired transmission behavior of the shaft coupling.
Besonders vorteilhaft wird das Übertragungsverhalten der Wellenkupplung verbessert und der Fertigungsaufwand reduziert, wenn das radiale Querschnittsprofil einiger Federelemente radial von außen nach innen zunächst eine konstante axiale Breite aufweist, sich auf einem bestimmten Durchmesser nahezu sprunghaft verjüngt und sich bis zum Außendurchmesser mit konstanter axialer Breite fortsetzt. Das einem T-Träger entsprechende Querschnittsprofil hat eine hohe Belastbarkeit der Wellenkupplung zur Folge bei gleichzeitig vorteilhaft geringem Bauraumbedarf.The transmission behavior of the shaft coupling is particularly advantageously improved and the manufacturing outlay is reduced if the radial cross-sectional profile of some spring elements initially has a constant axial width radially from the outside inwards, tapers almost suddenly on a certain diameter and continues with a constant axial width up to the outside diameter. The cross-sectional profile corresponding to a T-beam results in the shaft coupling being able to withstand high loads while at the same time advantageously requiring little installation space.
Für ein besonders hohes Maß an Winkelbeweglichkeit und elastischem Übertragungsverhalten ist es sinnvoll, die Federelemente helikal auszubilden. Die Formgebung in der Art einer räumlichen Schraubenlinie eröffnet die Möglichkeit die Federelemente über einen Winkel auszubilden, der größer als 360° ist. Sowohl die Elastizität bezüglich der Torsion, als auch hinsichtlich der Biegung der Wellenkupplung und der axialen Verformbarkeit nimmt auf diese Weise zu.For a particularly high degree of angular mobility and elastic transmission behavior, it makes sense to design the spring elements helically. The shape in the manner of a spatial helix opens up the possibility of forming the spring elements over an angle that is greater than 360 °. This increases both the elasticity with regard to torsion, the bending of the shaft coupling and the axial deformability.
Vorteilhaft ist ebenso die Anordnung mehrerer Federelemente axial aufeinanderfolgend, wobei in der Axialebene zwischen den Federelementen eine Zwischenscheibe angeordnet ist, welche auf der einen axialen Seite mit dem abtriebsseitigen Ende der auf dieser Seite angeordneten Federelemente und auf der anderen Seite mit den abtriebsseitigen Enden der axial auf der anderen Seite angeordneten Federelemente verbunden ist. Die Zwischenscheibe ist zweckmäßig ebenfalls mit der zentralen Bohrung versehen, da die Federelemente und die Zwischenscheibe vorteilhaft einstückig ausgebildet sind. Die Anbindung der Federelemente an die Zwischenscheibe kann spiegelsymmetrisch zu der durch die Zwischenscheibe beschriebenen Ebene oder punktsymmetrisch zu dem räumlichen Mittelpunkt der Zwischenscheibe erfolgen. Besonders sinnvoll ist hierbei ein Versatz der abtriebsseitigen und antriebsseitigen Anbindung der beiden korrespondierenden Federelemente diesseits und jenseits der Zwischenscheibe von 180° oder 90°. Je nach Anzahl der axial hintereinander angeordneten Federelemente und Zwischenscheiben sind auch andere Winkelversätze denkbar. Ein Winkelversatz von 90° bei ansonsten punktsymmetrischer Anordnung der Federelemente zu dem Mittelpunkt der Zwischenscheibe hat den großen Vorteil, daß die Wellenkupplung besonders geringes Verformungsverhalten bei Drehmomentschwankungen hinsichtlich der Anbindungspunkte der Wellenenden aufweist.It is also advantageous to arrange several spring elements axially one after the other, with an intermediate disk being arranged in the axial plane between the spring elements, which is on one axial side with the driven end of the spring elements arranged on this side and on the other side with the driven ends of the axially the other side arranged spring elements is connected. The intermediate disk is also expediently provided with the central bore, since the spring elements and the intermediate disk are advantageously formed in one piece. The connection of the spring elements to the washer can be mirror-symmetrical to that described by the washer Plane or point symmetrical to the spatial center of the washer. An offset of the drive-side and drive-side connection of the two corresponding spring elements on this side and beyond of the intermediate disc of 180 ° or 90 ° is particularly useful here. Depending on the number of axially arranged spring elements and washers, other angular offsets are also conceivable. An angular offset of 90 ° with an otherwise point-symmetrical arrangement of the spring elements to the center of the intermediate disk has the great advantage that the shaft coupling has particularly low deformation behavior with torque fluctuations with regard to the connection points of the shaft ends.
Zur Übertragung besonders hoher Leistungen oder zur Verwirklichung eines besonderen elastischen Verhaltens bei gleichzeitig geringem Gewicht und geringen Abmaßen empfiehlt sich neben der Veränderung des Querschnitts der Federelemente radial von innen nach außen auch eine sich verändernde Querschnittsform der Federelemente in Umfangsrichtung. Die auf die Federelemente an den Anbindungspunkten einwirkenden Kräfte bewirken eine in Umfangsrichtung nicht konstante Momentenbelastung. Entsprechend dem Verlauf der Momentenbelastung ist es zweckmäßig, bei zunehmendem Biegemoment das Widerstandsmoment der bogenförmigen Federelemente durch eine Verstärkung des Querschnitts ebenfalls zu erhöhen oder die Kupplung torsionsweicher und axial beweglicher zu gestalten, indem dort das Widerstandsmoment gezielt verringert wird. Vorteilhaft ist dies möglich durch eine Ausbildung des Querschnitts der Federelemente in der Art eines T-Trägers, wobei an den Orten höherer Momentenbelastung die radiale Ausdehnung des breiten Abschnitts des T-Trägers ebenfalls vergrößert oder verkleinert ist. Eine derartige Gestaltung kann auch den Spannungsverlauf in den Federelementen vergleichsmäßigen, wenn das Federelement an den Anbindungsstellen zunächst stärker ausgeführt ist und dann unter Beachtung der Kerbwirkung in Umfangsrichtung im Widerstandsmoment gleichmäßig verringert wird.In order to transmit particularly high powers or to achieve a special elastic behavior with low weight and small dimensions, in addition to changing the cross-section of the spring elements radially from the inside to the outside, a changing cross-sectional shape of the spring elements in the circumferential direction is also recommended. The forces acting on the spring elements at the connection points cause a moment load that is not constant in the circumferential direction. According to the course of the moment load, it is expedient to increase the section modulus of the arc-shaped spring elements by increasing the cross-section as the bending moment increases, or to make the coupling softer and axially more flexible by specifically reducing the section modulus there. This is advantageously possible by designing the cross section of the spring elements in the manner of a T-beam, the radial extent of the broad section of the T-beam also being increased or reduced at the locations of higher moment loads. Such a design can also even out the stress curve in the spring elements if the spring element is initially made stronger at the connection points and is then reduced uniformly with regard to the notch effect in the circumferential direction in the section modulus.
Eine andere Möglichkeit, das Biegemoment gezielt zu verringern und auf diese Weise eine bevorzugte Biegezone zu schaffen, liegt in der radialen Verringerung des Querschnitts der Federelemente in bestimmten Umfangsbereichen. Insbesondere für die Fertigung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die zentrale Bohrung mit sich radial nach außen erstreckenden Nuten oder Absätzen versehen ist. Üblicherweise wird das Übertragungselement der Kupplung aus einem Zylinder mit zentraler Bohrung bzw. einem zylindrischen Rohrkörper herausgearbeitet. Dementsprechend werden die erforderlichen Nuten mittels eines Fräsers oder eines äquivalenten Werkzeuges in den Zylinder eingebracht. Häufig ist es hierbei problematisch, die Nuten radial so tief einzuarbeiten, daß die erforderlichen Öffnungen zu der zentralen Bohrung entstehen. Daher kann es zweckmäßig sein, den Innendurchmesser an diesen Stellen, beispielsweise durch Drehen, aufzuweiten, bis die für die Beweglichkeit der Federelemente erforderlichen Öffnungen entstehen. Dieses Vorgehen ist besonders gut zur Herstellung T-förmiger Querschnittsprofile der Federelemente geeignet, bei denen der Innendurchmesser genau an der Stelle aufgeweitet wird, daß an einer Kante am Grund der von außen eingebrachten Nut die erforderliche Öffnung entsteht.Another possibility of specifically reducing the bending moment and thus creating a preferred bending zone is to reduce the cross section of the spring elements radially in certain circumferential areas. In particular for production, it has proven to be expedient if the central bore is provided with grooves or shoulders which extend radially outward. Usually the transmission element of the coupling is machined out of a cylinder with a central bore or a cylindrical tubular body. Accordingly, the required grooves are made in the cylinder by means of a milling cutter or an equivalent tool. It is often problematic to work the grooves radially so deep that the necessary openings to the central bore are created. It may therefore be expedient to widen the inner diameter at these points, for example by turning, until the openings required for the mobility of the spring elements are created. This procedure is particularly well suited for producing T-shaped cross-sectional profiles of the spring elements, in which the inner diameter is widened exactly at the point that the required opening is created on an edge at the bottom of the groove made from the outside.
Im folgenden werden spezielle Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Zeichnungen zur Verdeutlichung der Lehre der Erfindung beschrieben. Es zeigen:In the following, specific exemplary embodiments are described with reference to drawings to clarify the teaching of the invention. Show it:
Fig. 1 : Einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Wellenkupplung,1: a longitudinal section through a shaft coupling according to the invention,
Fig. 2: Einen Querschnitt gemäß A-A der Figur 1 durch ein Übertragungselement einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung,2: A cross section according to A-A of Figure 1 through a transmission element of a shaft coupling according to the invention,
Fig. 3: Eine Detailansicht eines radialen Querschnitts durch einzelneFig. 3: A detailed view of a radial cross section through individual
Federelemente einesSpring elements one
Übertragungselements einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung,Transmission element of a shaft coupling according to the invention,
Fig. 4: Eine perspektivische Darstellung eines geschnittenen Federelementes mit einem sich radial von innen nach außen verjüngenden Querschnittsprofil, Fig. 5: Eine perspektivische Darstellung eines geschnittenen Federelementes mit einem T-förmigen Querschnittsprofil und4 shows a perspective illustration of a cut spring element with a cross-sectional profile that tapers radially from the inside outwards, Fig. 5: A perspective view of a cut spring element with a T-shaped cross-sectional profile and
Fig. 6: Eine perspektivische Darstellung eines geschnittenen Federelementes mit einem T-förmigen Querschnittsprofil mit in Umfangsrichtung veränderlichemFig. 6: A perspective view of a cut spring element with a T-shaped cross-sectional profile with variable in the circumferential direction
Widerstandsmoment.Moment of resistance.
Die in Figur 1 abgebildete erfindungsgemäße Wellenkupplung 1 ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Die Wellenkupplung 1 wird an nicht dargestellte Wellenenden angebracht, wobei in der Regel das Ende einer Antriebswelle ein Drehmoment über die Wellenkupplung auf das Ende einer Abtriebswelle überträgt. Die Wellenkupplung 1 wird in der Regel beidseitig an die jeweiligen Wellenenden angeschraubt oder auch auf die Wellenenden aufgeschrumpft.The shaft coupling 1 according to the invention shown in FIG. 1 is provided with the reference number 1 in its entirety. The shaft coupling 1 is attached to shaft ends (not shown), the end of an input shaft usually transmitting torque via the shaft coupling to the end of an output shaft. The shaft coupling 1 is usually screwed onto the respective shaft ends on both sides or also shrunk onto the shaft ends.
Zur Anbindung an die Antriebs- und Abtriebswelle dienen zwei Naben 2. Die Naben 2 sind koaxial von zwei axial hintereinander angeordneten Übertragungselementen 3 und einer zwischen den beiden Übertragungselementen 3 angeordneten Hülse 2a umgeben.Two hubs 2 are used for connection to the drive and output shafts. The hubs 2 are coaxially surrounded by two transmission elements 3 arranged axially one behind the other and a sleeve 2a arranged between the two transmission elements 3.
Die beiden Übertragungselemente 3 sind aus einem zylindrischen Rohrkörper hergestellt, dessen zentrale Bohrung 4 auf verschiedenen Axialpositionen mit radialen Nuten 5 versehen ist. Von außen sind in den Rohrkörper ebenfalls Nuten 6 eingebracht, von denen sich jeweils eine Kante im Nutengrund in Überdeckung mit einer Nut 5 in der zentralen Bohrung 4 befindet. Hierdurch entstehen sich in Umfangsrichtung erstreckende Öffnungen 7 zwischen einzelnen Federelementen 8, die einem T-förmigen Querschnitt aufweisen. Das Federelement 8 hat radial innen eine größere axiale Breite als radial außen.The two transmission elements 3 are made from a cylindrical tubular body, the central bore 4 of which is provided with radial grooves 5 in different axial positions. Grooves 6 are also introduced from the outside into the tubular body, one edge of which is located in the groove base in overlap with a groove 5 in the central bore 4. This creates openings 7 extending in the circumferential direction between individual spring elements 8, which have a T-shaped cross section. The spring element 8 has a larger axial width radially inside than radially outside.
Axial aufeinanderfolgend sind jeweils ein Federelement 8 und eine Zwischenscheibe 9 Bestandteile der beiden Übertragungselemente 3. Die Figur 2 zeigt einen Schnitt gemäß dem Schnitt A-A in Figur 1 der dargestellten Wellenkupplung 1. Die einzelnen Federelemente 8 erstrecken sich über ca. 90° bzw. einen Viertelkreis in Umfangsrichtung. An einem in Umfangsrichtung weisenden Ende des Federelementes 8 ist selbiges auf einer axialen Seite axial mit der Zwischenscheibe 9 fest verbunden und an dem in Umfangsrichtung entgegengesetzten Ende axial mit der Zwischenscheibe 9 auf der axial anderen Seite.A spring element 8 and an intermediate disk 9 are components of the two transmission elements 3 in axial succession. FIG. 2 shows a section according to section AA in FIG. 1 of the shaft coupling 1 shown. The individual spring elements 8 extend over approximately 90 ° or a quarter circle in the circumferential direction. At one end of the spring element 8 pointing in the circumferential direction, the same is firmly connected axially to the intermediate disk 9 on one axial side and axially to the intermediate disk 9 on the axially other side at the opposite end in the circumferential direction.
Der durch eine sprunghafte Veränderung der axialen Breite der Federelemente 8 sich ergebende Absatz 10 befindet sich in Figur 6 auf einem konstanten Radius.The step 10 resulting from a sudden change in the axial width of the spring elements 8 is in FIG. 6 at a constant radius.
Die radiale Außenkontur des Federelementes 8 ist in der in Umfangsrichtung mittigen Position des Federelementes 8 zum Innendurchmesser der zentralen Bohrung 4 derart verlagert, daß die sich ergebende äußere Umfangskontur des T-förmigen Federelementes 8 an dieser Stelle einer geraden Linie in der Art einer Sekante folgt. Es ergibt sich dort eine bevorzugte Biegezone. Auf diese Weise wird eine hohe Elastizität bezüglich der Torsion, der axialen Verformung und der Biegung hergestellt.The radial outer contour of the spring element 8 is shifted in the circumferential central position of the spring element 8 to the inner diameter of the central bore 4 such that the resulting outer peripheral contour of the T-shaped spring element 8 follows a straight line at this point in the manner of a secant. There is a preferred bending zone there. In this way, a high elasticity with regard to torsion, axial deformation and bending is produced.
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen jeweils verschiedene Querschnittsformen der Federelemente 8, wobei in Figur 4 eine kontinuierliche Verjüngung der axialen Breite mit zunehmendem Radius dargestellt ist, in Figur 5 eine Querschnittsform in der Art eines T-Trägers dargestellt ist, wobei der Absatz 10 des T-Trägers auf konstantem Radius verläuft und in Figur 6 ein solcher T-Träger des Federelementes 8 mit einem Absatz 10 dargestellt ist, dessen Radius sich im Umfangsverlauf ändert. FIGS. 4, 5 and 6 each show different cross-sectional shapes of the spring elements 8, wherein a continuous tapering of the axial width with increasing radius is shown in FIG. 4, a cross-sectional shape in the manner of a T-beam is shown in FIG. 5, the paragraph 10 of the T-beam runs at a constant radius and such a T-beam of the spring element 8 is shown with a shoulder 10 in FIG. 6, the radius of which changes in the course of the circumference.

Claims

Patentansprüche claims
1. Wellenkupplung (1) zur axialen Verbindung von Wellenenden mit einem Übertragungselement, das als Zylinder mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (6) und einer zentralen Bohrung (4) ausgebildet ist, wobei die Nuten jeweils über mindestens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Öffnung (7) mit der zentralen Bohrung (4) in Verbindung stehen und zwei axial aufeinander folgende Nuten (6) zwischen sich jeweils ein bogenförmiges Federelement (8) einschließen, wobei das eine Ende des Federelementes (8) antriebsseitig und das andere Ende des Federelementes (8) abtriebsseitig verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß einige Federelemente (8) mindestens über einen Teil des Umfangs ein radiales Querschnittsprofil aufweisen, welches sich von innen nach außen verjüngt.1. Shaft coupling (1) for the axial connection of shaft ends to a transmission element which is designed as a cylinder with grooves (6) running in the circumferential direction and a central bore (4), the grooves each having at least one opening (7) extending in the circumferential direction ) are connected to the central bore (4) and two axially successive grooves (6) each include an arcuate spring element (8), one end of the spring element (8) on the drive side and the other end of the spring element (8) is connected on the output side, characterized in that some spring elements (8) have at least part of the circumference a radial cross-sectional profile which tapers from the inside to the outside.
2. Wellenkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Federelemente (8) jeweils über nahezu 180° des Umfangs erstrecken.2. Shaft coupling (1) according to claim 1, characterized in that the individual spring elements (8) each extend over almost 180 ° of the circumference.
3. Wellenkupplung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Federelementen (8) sich eine axial verlaufende Nut befindet, die mit der zentralen Bohrung (4) in Verbindung steht.3. shaft coupling (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that between the successive circumferential spring elements (8) there is an axially extending groove which is in communication with the central bore (4).
4. Wellenkupplung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Querschnittsprofil einiger Federelemente (8) radial von außen nach innen zunächst eine konstante axiale Breite aufweist, sich auf einem bestimmten Durchmesser nahezu sprunghaft verjüngt und sich bis zum Außendurchmesser mit konstanter axialer Breite fortsetzt.4. shaft coupling (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the radial cross-sectional profile of some spring elements (8) radially from the outside inward initially a constant axial Width, tapers almost abruptly on a certain diameter and continues to the outer diameter with a constant axial width.
5. Wellenkupplung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (8) helikal ausgebildet sind.5. shaft coupling (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the spring elements (8) are helical.
6. Wellenkupplung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Federelemente (8) axial aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei in der Axialebene zwischen den Federelementen (8) eine Zwischenscheibe (9) angeordnet ist, welche auf der einen axialen Seite mit den abtriebsseitigen Enden der axial auf der einen Seite angeordneten Federelemente (8) und auf der anderen axialen Seite mit den antriebsseitigen Enden der axial auf der anderen Seite angeordneten Federelemente (8) verbunden ist.6. Shaft coupling (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a plurality of spring elements (8) are arranged axially one after the other, an intermediate disk (9) being arranged in the axial plane between the spring elements (8), which on the one axial Side is connected to the output-side ends of the spring elements (8) arranged axially on one side and on the other axial side to the drive-side ends of the spring elements (8) arranged axially on the other side.
7. Wellenkupplung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden7. shaft coupling (1) according to at least one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (8) eine sich in Umfangsrichtung verändernde Querschnittsform haben.Claims, characterized in that the spring elements (8) have a cross-sectional shape which changes in the circumferential direction.
8. Wellenkupplung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Federelemente (8) sich in Umfangsrichtung in der Weise ändert, daß das Widerstandsmoment in bevorzugten Biegezonen abnimmt.8. Shaft coupling (1) according to claim 7, characterized in that the cross section of the spring elements (8) changes in the circumferential direction in such a way that the section modulus decreases in preferred bending zones.
9. Wellenkupplung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Federelemente (8) sich in Umfangsrichtung in der Weise ändert, daß mit zunehmender Biegemomentbelastung das Widerstandsmoment zunimmt.9. shaft coupling (1) according to claim 7, characterized in that the cross section of the spring elements (8) changes in the circumferential direction in such a way that the moment of resistance increases with increasing bending moment load.
10. Wellenkupplung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (4) mit sich radial nach außen erstreckenden Nuten (5) und/oder Absätzen versehen ist. 10. shaft coupling (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the central bore (4) is provided with radially outwardly extending grooves (5) and / or shoulders.
11. Wellenkupplung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Nuten (5) und/oder Absätzen der zentralen Bohrung (4) die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Öffnungen (7) befinden, die mit der zentralen Bohrung (4) in Verbindung stehen. 11. Shaft coupling (1) according to claim 10, characterized in that in the grooves (5) and / or shoulders of the central bore (4) are the circumferentially extending openings (7) which are connected to the central bore (4) stay in contact.
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