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Biegungselastische Drehmomentskupplung
Die Erfindung befasst sich mit einer biegungselastischenDrehmomentskupplung zwischen einer Antriebswelle und einer z. B. im Winkel oder parallel dazu versetzten oder schliesslich auch sich axial verlagernden angetriebenen Welle.
Bei einer bekannten Ausführungsform dieser Kupplung sind zur Drehmomentsübertragung mehrere in- einandersteckende, Schlag an Schlag gewickelte Schraubenfedern rechteckigen Federdrahtquerschnitts verwendet. Diese ineinandersteckenden Federn sind im bekannten Fall alle aus einem einzigen durchgehenden Drahtstück gewickelt, wobei die einzelnen Windungen nicht Kreise, sondern Vielecke bilden.
Bei der erwähnten Herstellungsmethode des Wickelns der verschiedenen Federlagen aus einem einzigen Draht war es aus Fertigungsgründen nicht zu erreichen, dass im Endzustand alle Einzellagen der Schraubenfedern satt ineinanderliegen, sich also jeweils am Innenumfang der äusseren Feder und dem Aussenumfang der nächstinneren Feder satt berühren.
Die Erfirdung geht von der Erkenntnis aus, dass bei einem solchen nicht satten Ineinanderliegen der Einzelfederlagen bei Beginn der Drehmomentsbelastung der Feder zunächst ein Verschwenken der Enden der Gesamtfeder gegeneinander um einen bestimmten Winkelbetrag eintritt, wobei der Drahtquerschnitt tordiert wird und die einander benachbarten Schraubenfederlagen so weit im Durchmesser verengt bzw. aufgeweitet werden, bis je zwei benachbarte Lagen satt ineinander anzuliegen kommen. Danach erst ist während der weiterenDrehmomentsübertragung eine reine Zug-Druck-Beanspruchung im Drahtquerschnitt erreicht. Das Tordieren des Drahtquerschnitts sollte vermieden werden.
Zu diesem Zweck ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass mehrere selbständige, auf ihrer ganzen Länge als runde Schraubenfedern gewickelte, konzentrisch zueinander angeordnete Einzelschraubenfedern, die abwechselnd gegenläufigen Wicklungssinn haben, als kalibrierte Federn mit satter Passung ineinander geschoben sind. Hiedurch wird sichergestellt, dass von Anfang an nur reine Zug-Druck-Beanspruchung auf denFederdrahtquerschnitt wirken kann, weil zwei benachbarte, gegensinnig gewendelte Einzelfedern von Anfang an durch das ausgeübte Drehmoment gegeneinandergespannt werden und keine Torsion des Federdrahtquerschnittes zulassen.
Durch Verwendung von Einzelfedern und vor allem von Federn mit kreisrundem Gangverlauf können die Federn in der einfachsten Herstellungsweise gewickelt werden und das Ineinanderpassen mit grosser Toleranzgenauigkeit durchgeführt werden.
Weitere neuartige Möglichkeiten der Gestaltung des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der noch folgenden Beschreibung von Beispielen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.
Hierin zeigen :
Fig. 1 drei nur teilweise ineinandersteckende Einzelfedern, die die Einzellagen der Gesamtfeder bilden sollen, wobei sie für den Gebrauchszustand in Richtung der Pfeile ineinander zuschieben sind ; Fig. 2 den ineinandergeschobenen Zustand im Schnitt ; Fig. 3 und Fig. 4 die beiden auf die ineinandergeschobenen Federn aufzustülpenden und damit zu verbindenden Endstücke im Schnitt ; Fig. 5 die Kupplung im Betriebszustand in Ansicht, wobei die Stummel der antreibenden und angetriebenen Wellen als Vierkante ausge-
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Vierkamlochern der Endstückeaufweist ; Fig. 8 nach ein anderes Ausführungsbeispiel mit auf der einen Seite verstifteter und auf der andern Seite durch eine Setzschraube an der Welle gehaltenem Endstück an zwei unter einem Winkel zueinanderstehenden Wellen ;
Fig. 9 wieder ein anderes Ausführungsbeispiel mit als Flansch ausgebildeten Endstücken in ihrer Verbindung mit ebenfalls Flanschen tragenden Wellenenden, wobei diese Wellenenden parallel zueinander versetzt sind : Fig. 10 eine aus zwei Federgruppen zusammengesetzte Kupplung mit besonders ausgebildeten Endstücken und einem Zwischenstück, Fig.11 eine andere Art von Endstücken.
Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich zu erkennen ist, sind die noch nicht völlig ineinandergesteckten Einzelfedern 11, 12 und 13 aus einem Draht von mindestens annähernd quadratischem Querschnitt Schlag an Schlag, d. h. mit einander berührenden Gängen, gewickelt. Der Umfang und die Innenfläche der Einzelfedern sind entweder durch Überschleifen oder aber durch einen geeigneten sorgfältigen Wickelvorgang jeweils so kalibriert, d. h. im Durchmesser so genau bemessen, dass die Einzellagen 11, 12 und 13 satt ("saugend") ineinanderpassen. Die Windungsrichtung ist, wie Fig. 1 erkennen lässt, zwischen je zwei benachbarten Lagen bzw. Einzelfedern gegensinnig. Dabei kann mindestens eine der Einzelfedern 11 - 13 mehrgängig ausgebildet sein.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2-5 sind zylindrische Endstücke 14 und 15 vorgesehen, die eine zentrische Durchgangsöffnung 14a bzw. 15a von quadratischem Querschnitt mit gebrochenen Ecken und in den Stirnflächen jeweils eine Ringnut 14b bzw. 15b aufweisen. Diese Ringnut hat einen Querschnitt, mit dem die Endstücke sich satt auf die Enden der aus den drei Einzeliedern 11, 12, 13 bestehenden Ge- samtfeder aufstülpen lassen. Im fertigen Zustande der Kupplung sind die Endstücke 14, 15 auf die Federenden aufgelötet. Auch ein Verkleben mit entsprechenden Klebemitteln oder irgendeine andere stoffschlüssige Verbindungsart ist denkbar.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn diese stoffschlüssige Verbindung nur an der Stirnfläche der Federendgänge vorliegt, im Beispiel nach Fig. 3-5 als zwischen diesen Stirnflächen und dem Grunde der Nuten 14a und 15a. Man kann auch an ein Verbinden der Federstirnfläche mit einer ebenen Stirnfläche an der Welle oder dem Endstück denken.
In die Durchgangsöffnungen 14a bzw. 15a passen die entsprechenden vierkantig geformten Endstummel 16a bzw. 17a der antreibenden Welle 16 und der angetriebenen Welle 17 ; diese sind also formschlils- sig mit den Endstücken 14 bzw. 15 kuppelbar und leicht lösbar.
Fig. 6 lässt erkennen, dass bei im wesentlichen quadratischem Querschnitt des Federdrahtes von der Seitenlänge a die aussenliegende Seite nach einem Radius R gewölbt ist, wobei es vorteilhaft sein kann,
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Länge der Gesamtfeder höchstens das ZweifacheQuerschnittsform bei der der Radius R das Zehn-bis Vierzigfache der Seitenlänge a beträgt, soll bei einem Biegen der Feder während des Betriebes vermeiden, dass die Eckkanten des rechtwinkligen Drahtquerschnit- tes als solche die einzige Anlage an der ebenen Innenfläche der nächst äusseren Nachbarlage bilden und dadurch eine zu hohe Flächenpressung mit entsprechender Abnutzung usw. auslösen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist die Gesamtfeder aus vier Lagen 20-23 gebildet. Die etwas längeren Endstücke 24 und 25 sind wiederum mittels entsprechender Stirnnuten 24b bzw. 25b über die
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Die formschlüssige Verbindung mit der antreibenden Welle 26 bzw. der angetriebenen Welle 27 ist in die- sem Falle durch Keile 28 und 29 bewirkt, die in entsprechenden Keilnuten der Welle und der EndstBche stecken.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 trägt die antreibende Welle 36 ein Endstück 24', das mit ihr durch einen Konusstift 28'verstiftet ist. Das andere Endstück 35 ist mit der angetriebenen Welle 37 durch eine Setzschraube 39 verbunden. Die Mittelachsen der Wellen 36 und 37 zeigen in diesem Fall den Be-
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Beim Ausfuhmngsbeispiel nach Fig. 9 sind an den Endstücken 4. bzw. 45 Flanschen 44a bzw. 45aund an den Wellenenden 46 bzw. 47 entsprechende Flanschen 46a bzw. 47a vorgesehen. Die Mittelachsen des beiden Wellen 46 und 47 sind parallel zueinander versetzt, was sich in einer S-förmigen Biegung der Feder auswirkt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 sind die antreibende bzw. die angetriebene Welle mit 56 und 57 bezeichnet und über Vierkantenden an Endstücken 54 und 55 formschlüssig angekuppelt. Letztere dringen mit Zapfensansätzen 54a und 55a in die Enden der je eine besondere Federgruppe bildenden Federn 51 bis 53 bzw. 51a-53a ein. Der Umfang der Zapfen bildet eine Rotationsfläche, deren Erzeugende der stärksten vorgesehenen Krümmung der Innenseite der innersten Feder entspricht und somit dieser Federfläche bei starken Gelenkleistungen eine Stützfläche bietet. Die beiden Federgruppen 51-53 bzw.
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51a - 53a sind durch ein Zwischenstück 58 mit zwei entsprechenden Zapfen 58a und 58b verbunden. Das Material der materialschlüssigen Verbindung ist bei 59 zu erkennen.
Diese Zusammenschaltung zweier Federgruppen erlaubt einen doppelt so grossen Beugewinkel wie eine Einzelgruppe.
Auch beim Beispiel nachFig. l1 sind die antreibende und angetriebene Welle 66 bzw. 67 über Steckzapfen formschlüssig mit den Endstücken 64 und 65 gekuppelt und diese wiederum mit den Stirnflächen der Federgruppe 61 verhaftet, wobei ein innerer Zapfenansatz 64a bzw. 65a in die Feder eingesteckt ist und ein äusserer Trichteransatz 64b bzw. 65b die Federenden übergreift. Die Trichterinnenfläche entspricht in ihrer Krümmung derjenigen der Aussenfläche der Feder 61 bei grösster Beugung, wobei sie also der Feder eine Stütze bietet.
Der Wunsch, dass die Kupplung axiale Wanderungen der Wellen aufnehmen kann, ist bei der neuen Kupplung ebenfalls erfüllt, weil schon Windungszwischenräume von nur 1/10 mm bei 20 Windungen eine Aufnahmefähigkeit von 2 mm axialer Wanderung ergibt.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Biegungselastische Drehmomentskupplung zwischen einer Antriebswelle und einer angetriebenen Welle, bei der mehrere ineinandersteckende, Schlag an Schlag gewickelte Schraubenfedern im wesentlichen rechteckigen Federdrahtquerschnittes als Drehmomentsübertragungsorgane vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere selbständige, auf ihrer ganzen Länge als runde Schraubenfedern gewickelte, konzentrisch zueinander angeordnete Einzelschraubenfedern (11, 12, 13 bzw. 20 - 23), die abwechselnd gegenläufigen Wicklungssinn haben, als kalibrierte Federn mit satter Passung ineinandergeschoben sind.
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Flexibly elastic torque coupling
The invention is concerned with a flexurally elastic torque coupling between a drive shaft and a e.g. B. at an angle or parallel to it offset or finally axially displaced driven shaft.
In a known embodiment of this coupling, several interlocking helical springs of rectangular spring wire cross-section are used, wound blow to blow, to transmit torque. In the known case, these interlocking springs are all wound from a single continuous piece of wire, the individual windings not forming circles, but polygons.
With the aforementioned manufacturing method of winding the various spring layers from a single wire, it was not possible for manufacturing reasons that all the individual layers of the helical springs lay neatly inside one another in the final state, i.e. each on the inner circumference of the outer spring and the outer circumference of the next inner spring.
The invention is based on the knowledge that if the individual spring layers do not lie fully inside one another, at the beginning of the torque load on the spring, the ends of the overall spring initially pivot against each other by a certain angular amount, the wire cross-section being twisted and the adjacent helical spring layers so far in Diameter can be narrowed or widened until two adjacent layers come to rest snugly into one another. Only then is a pure tension-compression load achieved in the wire cross-section during the further torque transmission. Twisting the wire cross-section should be avoided.
For this purpose it is provided according to the invention that several independent, concentrically arranged individual helical springs, wound over their entire length as round helical springs, which alternately have opposite directions of winding, are pushed into each other as calibrated springs with a snug fit. This ensures that only pure tension-compression loads can act on the spring wire cross-section from the start, because two adjacent, oppositely coiled individual springs are tensioned against each other by the torque exerted from the beginning and do not allow any torsion of the spring wire cross-section.
By using individual springs and, above all, springs with a circular pitch, the springs can be wound in the simplest way of manufacturing and the fitting into one another can be carried out with great tolerance accuracy.
Further novel possibilities for designing the subject matter of the invention emerge from the description of examples below.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically.
Show here:
1 shows three individual springs which are only partially inserted into one another and are intended to form the individual layers of the overall spring, whereby they are to be pushed together in the direction of the arrows for the state of use; 2 shows the nested state in section; 3 and 4, the two end pieces to be slipped onto the nested springs and to be connected to each other, in section; 5 shows the coupling in the operating state in view, the stubs of the driving and driven shafts being designed as square
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Has four-hole end pieces; 8 shows another embodiment with an end piece pinned on one side and held on the other side by a set screw on the shaft on two shafts at an angle to one another;
9 shows yet another exemplary embodiment with end pieces designed as a flange in their connection with shaft ends also carrying flanges, these shaft ends being offset parallel to one another: different kind of end pieces.
As can be clearly seen from FIGS. 1 and 2, the individual springs 11, 12 and 13, which are not yet completely nested, are made of a wire of at least approximately square cross-section blow to blow, i.e. H. with corridors touching each other, wrapped. The circumference and the inner surface of the individual springs are each calibrated either by grinding over or by a suitable careful winding process, i.e. H. dimensioned in diameter so precisely that the individual layers 11, 12 and 13 fit snugly ("sucking") into one another. As can be seen from FIG. 1, the winding direction is in opposite directions between two adjacent layers or individual springs. At least one of the individual springs 11-13 can be designed with multiple threads.
In the embodiment according to FIGS. 2-5, cylindrical end pieces 14 and 15 are provided which have a central through opening 14a or 15a of square cross-section with broken corners and an annular groove 14b or 15b in each of the end faces. This annular groove has a cross-section with which the end pieces can be pushed onto the ends of the overall spring consisting of the three individual members 11, 12, 13. In the finished state of the coupling, the end pieces 14, 15 are soldered onto the spring ends. Gluing with appropriate adhesives or any other type of material connection is also conceivable.
It has proven to be advantageous if this material connection is only present on the end face of the spring end passages, in the example according to FIGS. 3-5 as between these end faces and the base of the grooves 14a and 15a. One can also think of connecting the spring end face to a flat end face on the shaft or the end piece.
The corresponding square-shaped end stubs 16a and 17a of the driving shaft 16 and the driven shaft 17 fit into the through openings 14a and 15a; these can therefore be coupled with the end pieces 14 and 15 in a form-fitting manner and are easily detachable.
6 shows that with an essentially square cross-section of the spring wire of side length a, the outer side is curved according to a radius R, it being advantageous to
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Length of the total spring at most twice the cross-sectional shape with the radius R being ten to forty times the side length a, should prevent the corner edges of the right-angled wire cross-section as such from being the only contact with the flat inner surface of the spring when the spring is bent during operation Form the next outer neighboring layer and thereby trigger excessive surface pressure with corresponding wear, etc.
In the embodiment according to FIG. 7, the overall spring is formed from four layers 20-23. The somewhat longer end pieces 24 and 25 are in turn by means of corresponding end grooves 24b and 25b on the
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The positive connection with the driving shaft 26 or the driven shaft 27 is brought about in this case by wedges 28 and 29 which are inserted into corresponding keyways of the shaft and the end pins.
In the exemplary embodiment according to FIG. 8, the driving shaft 36 carries an end piece 24 'which is pinned to it by a conical pin 28'. The other end piece 35 is connected to the driven shaft 37 by a set screw 39. In this case, the center axes of shafts 36 and 37 show the loading
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In the embodiment according to FIG. 9, corresponding flanges 46a and 47a are provided on the end pieces 4 and 45, respectively, flanges 44a and 45a, and on the shaft ends 46 and 47, respectively. The central axes of the two shafts 46 and 47 are offset parallel to one another, which results in an S-shaped bend of the spring.
In the exemplary embodiment according to FIG. 10, the driving and driven shafts are designated by 56 and 57 and are coupled to end pieces 54 and 55 in a form-fitting manner via square ends. The latter penetrate with pin lugs 54a and 55a into the ends of the springs 51 to 53 or 51a-53a, each forming a special spring group. The circumference of the pin forms a surface of rotation, the generatrix of which corresponds to the strongest intended curvature of the inside of the innermost spring and thus offers this spring surface a support surface in the case of strong joint performances. The two spring groups 51-53 resp.
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51a-53a are connected by an intermediate piece 58 with two corresponding pins 58a and 58b. The material of the material connection can be seen at 59.
This interconnection of two groups of springs allows a flexion angle that is twice as large as a single group.
Also in the example according to Fig. l1, the driving and driven shaft 66 and 67 are positively coupled to the end pieces 64 and 65 via plug-in pins and these in turn are attached to the end faces of the spring group 61, with an inner pin extension 64a or 65a being inserted into the spring and an outer funnel extension 64b or 65b overlaps the spring ends. The inner surface of the funnel corresponds in its curvature to that of the outer surface of the spring 61 with the greatest flexion, so it offers the spring a support.
The wish that the coupling can absorb axial migration of the shafts is also fulfilled with the new coupling, because the space between the turns of only 1/10 mm with 20 turns results in a capacity of 2 mm of axial migration.
PATENT CLAIMS;
1. Flexibly elastic torque coupling between a drive shaft and a driven shaft, in which several interlocking, blow to blow wound coil springs essentially rectangular spring wire cross-section are provided as torque transmission elements, characterized in that several independent, wound over their entire length as round coil springs, arranged concentrically to each other Individual coil springs (11, 12, 13 or 20 - 23), which alternately have opposite directions of winding, are pushed into one another as calibrated springs with a snug fit.