DE19819239A1 - Steckbare Kupplung - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß bereitgestellt wird eine steckbare, spielfreie Kupplung zur Drehmomentübertragung mit einem antriebsseitigen und einem abtriebsseitigen Kupplungselement (1 bzw. 2), einer zwischen den beiden Kupplungselementen (1; 2) angeordneten Mitnehmerscheibe (10) und mit achsparallel angeordneten Zylinderstiften (16), deren eines Ende in eine Ausnehmung (15) in der Mitnehmerscheibe (10) und deren anderes Ende in eine Ausnehmung (12; 13) in einem der Kupplungselemente (1; 2) eingesetzt ist. Diese Kupplung zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest eine der Ausnehmungen (12, 13, 15) für jeden Zylinderstift (16) eine Auskleidung (17) aus einem gleitlagerfähigen Kunststoff besitzt. Diese Kupplung ermöglicht die verschleißfreie Übertragung hoher Drehmomente.

Description

Die Erfindung betrifft eine steckbare, spielfreie Kupplung zur Drehmo­ mentübertragung mit einem antriebsseitigen und einem abtriebseitigen Kupplungselement, einer zwischen den beiden Kupplungselementen an­ geordneten Mitnehmerscheibe und mit achsparallel angeordneten Zylin­ derstiften, deren eines Ende in einer Ausnehmung in der Kupplungs­ scheibe und deren anderes Ende in einer Ausnehmung in einer der Kupplungselemente eingesetzt ist.

Kupplungen zur Übertragung von Drehmomenten sind bereits in den vielfältigsten Ausgestaltungen bekannt.

Zu den steckbaren Kupplungen gehören beispielsweise diejenigen, die als Oldham-Kupplungen bezeichnet werden. Ein typischer Vertreter ist in der europäischen Patentanmeldung EP 0 114 895 A1 beschrieben. Die­ se bekannte Kupplung weist ein antriebseitiges und ein abtriebseitiges Kupplungselement auf. Dazwischen befindet sich eine Zwischenscheibe, die an beiden Stirnseiten jeweils eine Kupplungsklaue besitzt, die in ei­ ne in dem Kupplungselement vorgesehene Nut eingreift. Ein weiterer Vertreter dieser Art Kupplung ist in der US-PS 2 433 791 beschrieben. Diese bekannten Kupplungen erlauben zwar, die Verbindung zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb, beispielsweise einer Welle und einem Motor, steckbar auszuführen, so daß die Montage der Welle-Nabe- Verbindungen einfacher und wesentlich preisgünstiger erfolgen kann. Allerdings sind diese Kupplungen nur zur Übertragung von geringen Drehmomenten geeignet.

Metallbalgkupplungen und Federscheibenkupplungen, beispielsweise beschrieben in der DE 40 31 486 A1 oder EP 0 318 669 A1, können zwar höhere Drehmomente übertragen werden, jedoch sind diese Kupplungen nicht zusammensteckbar und können nur im montierten Zu­ stand der beiden Wellen durch geeignete Verbindungen, beispielsweise Konusspannverbindungen, montiert werden.

Eine weitere steckbare Kupplung ist aus dem deutschen Gebrauchsmu­ ster 29 622 017.5 bekannt. Bei dieser bekannten Kupplung werden zwei koaxiale Wellen durch formschlüssigen Eingriff zweier Kupplungsele­ mente miteinander verbunden. Die Kupplungselemente weisen dabei stirnseitig Erhöhungen auf und sind jeweils an einer Welle befestigt. Zwischen die Kupplungselemente ist ein Mitnehmerelement einsetzbar, das radial außenseitig mit Erhebungen versehen ist, welche zwischen die Erhöhungen der Kupplungselemente eingreifen. Das Mitnehmerele­ ment ist dabei aus einem elastischen Material gefertigt und stellt eine Art Kupplungsstern dar. Im Falle eines Wellenversatzes wird das elasti­ sche Mitnehmerelement zusätzlich zusammengepreßt, welche die Le­ bensdauer dieser bekannten Kupplung beeinflußt und zu Verschleißer­ scheinungen führen kann.

Ferner ist eine gattungsgemäße Kupplung bekannt, bei der zwischen dem antriebseitigen und dem abtriebseitigen Kupplungselement eine Mitnehmerscheibe vorgesehen ist. Das Drehmoment wird dabei über achsparallel angeordnete, in der Mitnehmerscheibe fest eingesetzte Zy­ linderstifte übertragen, die in Ausnehmungen in den Kupplungselemen­ ten eingreifen und dort ebenfalls fest eingesetzt sind. Die Mitnehmer­ scheibe ist dabei aus einem verhältnismäßig elastischen Kunststoffmate­ rial gefertigt, um einen Versatz ausgleichen zu können. Diese bekannte Kupplung unterliegt hohen Verschleißerscheinungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine spielfreie, steckbare Kupplung bereitzustellen, die einfach und ohne großen Kraftaufwand zu­ sammensetzbar ist und hohe Drehmomente dauerhaft verschleißfrei übertragen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kupplung gemäß der Lehre der Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Kupplung weist somit ein antriebseitiges und ein abtriebseitiges Kupplungselement auf. Diese Elemente können Be­ standteil eines Antriebs oder eines Abtriebs sein oder mit einer Vorrich­ tung zum Verbinden mit einem Abtrieb und einem Antrieb ausgestattet sein. Beispielsweise können diese Kupplungselemente mit einer Klemmnabe oder einem Konusspannsatz zur Aufnahme einer Welle aus­ gestattet sein. In diesem Fall weisen die Kupplungselemente zweckmä­ ßigerweise eine zur Längsachse konzentrische Bohrung zur Aufnahme der jeweiligen Welle auf. Die Kupplungselemente sind dabei zweckmä­ ßigerweise scheibenartig ausgestaltet.

Zwischen den Kupplungselementen ist eine Mitnehmerscheibe angeord­ net, die mit den Kupplungselementen über achsparallel angeordnete Zy­ linderstifte verbunden ist. Die Mitnehmerscheibe weist dabei auf jeder Stirnseite mindestens einen derartigen Zylinderstift und zweckmäßiger­ weise mindestens zwei auf.

Die Zylinderstifte sind an einem ihrer Enden in eine Ausnehmungen in der Mitnehmerscheibe und mit ihrem anderen Ende in eine Ausnehmung in dem der Mitnehmerscheibe gegenüberliegenden Kupplungselement eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Kupplung zeichnet sich nun dadurch aus, daß mindestens eine der beiden Ausnehmungen für jeden Zylinderstift eine Auskleidung aus einem gleitlagerfähigen Kunststoff besitzt.

Ist nur ein Ende der Zylinderstifte in eine mit einem derartigen Kunststoff ausgekleidete Ausnehmung eingesetzt, dann ist das andere Ende in der dazugehörigen Ausnehmung, die sich entweder in der Mitnehmerscheibe oder dem Kupplungselement befindet, vorzugsweise fest, spielfrei und dauerhaft eingesetzt, beispielsweise eingepaßt. Es ist sogar denkbar, die Zylinderstifte einstückig mit dem dazugehörigen Teil (Mitnehmer­ scheibe oder Kupplungselement) auszugestalten.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, beide Enden in eine mit Kunststoff ausgekleidete Ausnehmung einzusetzen.

Bei der Auskleidung der Ausnehmung handelt es sich vorzugsweise um eine Buchse aus dem gleitlagerfähigen Kunststoff, die in die entspre­ chende Ausnehmung eingesetzt ist.

Ein derartiges Kunststoffmaterial und auch eine derartige Buchse sind bereits bekannt.

Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplung kann ein Axial- und Winkelversatz von beispielsweise zwei zu verbindenden Wel­ len spielfrei ausgeglichen werden. Die Zylinderstifte können aufgrund des zum Einsatz gebrachten widerstandsfähigen, gleitfähigen Kunst­ stoffs eine axiale Bewegung durchführen, ohne daß dies zu einem Ver­ schleiß führt. Die bei einem Versatz auftretenden Ausgleichsbewegun­ gen können somit aufgenommen werden; selbst hohe Drehmomente können verschleißfrei übertragen werden.

Aufgrund der Steckbarkeit der Elemente läßt sich die erfindungsgemäße Kupplung sehr leicht im Handel lagerhaltig führen und für die unter­ schiedlichsten Kundenbedürfnisse anpassen.

Für die erfindungsgemäße Kupplung können im übrigen standardisierte, einfach herzustellende Zylinderstifte eingesetzt werden, wodurch ein weiterer Preisvorteil erzielt wird. Bei diesen Zylinderstiften kann es sich auch um Zylinderstifte mit Konusandrehung und abgesetzte Zylinder­ stifte handeln.

Aufgrund der zum Einsatz gebrachten Beschichtung kann die Steckbar­ keit spielfrei und verschleißfrei ausgeführt werden, selbst bei hoch dy­ namischer Wechsellast.

Der gleitlagerfähige bzw. gleitfähige Kunststoff ist vorzugsweise aufge­ baut aus einer thermoplastischen Legierung und aus mindestens einem Feststoffschmierstoff. Zusätzlich kann dieser Kunststoff faserverstärkt sein oder ein Netzwerk aus Verbundfasern aufweisen. Durch die Variati­ on dieser Parameter kann die Auskleidung bzw. die Buchse an die ent­ sprechenden Anforderungen angepaßt werden.

Ein derartiges Kunststoffmaterial und auch daraus gefertigte Buchsen sind - wie bereits dargelegt - bekannt und beispielsweise unter der Be­ zeichnung "iglidur" im Handel erhältlich und werden beispielsweise von der Firma Igus vertrieben.

Während die Enden der Zylinderstifte nicht in einer mit einem derartigen Kunststoff ausgekleideten Ausnehmung eingesetzt bzw. dort gelagert sondern würden sie in übliche metallische Ausnehmungen eingreifen, dann würden sie bereits innerhalb weniger Tage ausschlagen und Spiel zeigen.

Die Zylinderstifte sind im übrigen zweckmäßigerweise aus Metall gefer­ tigt, da eine geometrisch genaue Herstellung in Metall preisgünstig möglich ist.

Die Ausnehmungen erstrecken sich achsparallel und zwar ausgehend von der Stirnseite der Mitnehmerscheibe oder der Stirnseite des Kupp­ lungselementes von dieser betreffenden Stirnseite in Axialrichtung in das Kupplungselement bzw. die Mitnehmerscheibe hinein. Es kann sich dabei um Sackbohrungen oder auch um durchgehende Bohrungen han­ deln. In letzterem Fall stellt das Kupplungselement dann eine Art Kupp­ lungsscheibenelement dar. Somit erstrecken sich auch die in diese Aus­ nehmungen eingesetzten Zylinderstifte in Axialrichtung.

Ist eines der Enden der Zylinderstifte fest in die dazugehörige Ausneh­ mung eingesetzt, dann kann sich diese Ausnehmung entweder in der Mitnehmerscheibe oder in dem dazugehörigen Kupplungselement befin­ den. So ist es beispielsweise möglich, daß alle Zylinderstifte in die Kupplungselemente, und zwar sowohl in das antriebseitige als auch in das abtriebseitige, fest eingesetzt sind. In diesem Falle befinden sich alle mit einer Auskleidung bzw. Beschichtung versehenen Ausnehmun­ gen in der Mitnehmerscheibe. Ferner ist es möglich, daß alle Zylinder­ stifte, die auf einer Seite der Mitnehmerscheibe angeordnet sind, in das gegenüberliegende Kupplungselement fest eingesetzt sind, so daß das in der Mitnehmerscheibe gelagerte Ende dieser Zylinderstifte in einer Ausnehmung mit einer Auskleidung gelagert ist, während die Zylinder­ stifte auf der anderen Seite der Mitnehmerscheibe in diese Mitnehmer­ scheibe selbst fest eingesetzt sind und in dem anderen Kupplungsele­ ment in mit einer Auskleidung versehenen Ausnehmung gelagert sind. Schließlich ist es auch noch möglich, daß die Zylinderstifte auf einer Seite der Mitnehmerscheibe teilweise in diese und teilweise in das ge­ genüberliegende Kupplungselement fest eingesetzt sind und die auf der gegenüberliegenden Seite der Mitnehmerscheibe angeordneten Zylin­ derstifte bzw. aus ihr herausragenden Zylinderstifte ebenfalls einerseits in die Mitnehmerscheibe oder andererseits in das gegenüberliegende Kupplungselement fest eingesetzt sind. Auch beliebige Kombinationen der beschriebenen Möglichkeiten sind denkbar. Vorzugsweise sind je­ doch alle Ausnehmungen in der Mitnehmerscheibe mit einer Auskleidung versehen, während die Zylinderstifte in die dazugehörigen Kupplungs­ elemente fest eingesetzt sind, oder vice versa.

Die Zylinderstifte und somit auch die Ausnehmungen sind vorzugsweise auf einem Kreis um die zentrale Achse der Kupplung gleichmäßig verteilt angeordnet. Der Durchmesser für diesen Kreis kann dabei für diejenigen Zylinderstifte, die eine Verbindung zwischen dem antriebseitigen Kupp­ lungselement und der Mitnehmerscheibe herstellen, ebenso groß sein wie der Durchmesser des Kreises für diejenigen Zylinderstifte, die eine Verbindung zwischen der Mitnehmerscheibe und dem abtriebseitigen Kupplungselement herstellen. Dieser Durchmesser kann auch unter­ schiedlich sein. Zweckmäßigerweise sind im übrigen mindestens zwei Zylinderstifte auf jeweils einer Seite der Mitnehmerscheibe vorhanden.

Die Mitnehmerscheibe kann eine zentrale koaxiale Bohrung aufweisen und stellt in diesem Falle dann eine Ringscheibe dar.

Die Mitnehmerscheibe kann dabei aus einem elastischen metallischen Material, beispielsweise Aluminium, oder einem faserverstärkten Kunst­ stoff gefertigt sein. Um die Elastizität diese Mitnehmerscheibe zu erhö­ hen, können zusätzliche Bohrungen angebracht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Kupplung beschreibenden Zeichnun­ gen näher erläutert. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupp­ lung im zusammengebauten Zustand,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches X in der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Mitnehmerscheibe der in der Fig. 1 gezeigten Kupplung und

Fig. 5 eine Seitenansicht der in der Fig. 4 gezeigten Mitnehmer­ scheibe.

Die in der Fig. 1 im Längsschnitt gezeigte erfindungsgemäße Kupplung besitzt ein antriebseitiges Kupplungselement 1 und ein abtriebseitiges Kupplungselement 2, die eine zur Längsachse 5 konzentrische, durch­ gehende Bohrung 3 bzw. 4 besitzen und somit Ringscheiben darstellen. Zwischen den Kupplungselementen 1 und 2 ist die Mitnehmerscheibe 10 angeordnet, die ebenfalls eine durchgehende, zur Längsachse 5 kon­ zentrische Bohrung 11 besitzt und ebenfalls eine Ringscheibe darstellt. Auf der von der Mitnehmerscheibe 10 abgewandten Seite sind die Kupplungselemente 1, 2 als Konusspannsatz ausgebildet, mit deren Hilfe die Kupplung mit zwei nicht gezeigten Wellenenden verbunden werden kann.

Dabei weist der auf Seiten des Kupplungselementes 1 vorhandene Ko­ nusspannsatz eine Innenhülse 6 auf, die sich zum Kupplungselement 1 hin erstreckt und mit diesem verbunden bzw. einstückig ausgestaltet ist. Die Außenmantelfläche 7 der Innenhülse 6 stellt dabei eine Auflaufflä­ che bzw. Konusfläche für die komplementär ausgestaltete, gegenüber­ liegende Konusfläche bzw. Innenmantelfläche 8 eines Ringes 9 dar, der in Richtung der Mitnehmerscheibe 11 sowie in Richtung der Längsachse 5 auf die Innenhülse 6 aufschiebbar ist und dabei eine nach radial in­ nengerichtete Kraft ausübt, welche auf das nicht gezeigte, in die Boh­ rung 3 eingesetzte Wellenende übertragen wird und somit dieses Welle­ nende einspannt. Zum Bewegen des Ringes 9 und somit zum Aufeinan­ derschieben der Konusflächen 7, 8 dienen Schrauben 21, die sich durch achsparallele Bohrungen im Ring 9 hindurch bis in Gewindebohrungen 22 (man vergleiche Fig. 3) im Kupplungselement 1 erstrecken. Durch Anziehen dieser Schrauben 21 wird eine Kraft in Axialrichtung auf den Ring 9 ausgeübt.

Auch das Kupplungselement 2 ist mit einem derartigen Konusspannsatz versehen. Der Aufbau dieses Konusspannsatzes ist im übrigen bekannt und allgemeiner Natur.

Die Kupplungselemente 1 und 2 weisen drei Ausnehmungen 12 bzw. 13 auf, bei denen es sich um durchgehende Bohrungen handelt, die auf ei­ nem Kreis 14 um die Längsachse 5 achsparallel angeordnet sind bzw. verlaufen, man vergleiche auch Fig. 3. Die Bohrungen 12 bzw. 13 sind dabei gleichmäßig auf diesem Kreis 14 verteilt angeordnet; der Winkel zwischen ihnen beträgt 120°.

Die Mitnehmerscheibe 10 weist diesen Ausnehmungen 12 bzw. 13 ge­ genüberliegende Ausnehmungen 15 (man vergleiche Fig. 5) auf, bei de­ nen es sich ebenfalls um durchgehende Bohrungen handelt. Auch diese Ausnehmungen 15 sind auf einem Kreis angeordnet, der den gleichen Durchmesser besitzt wie der Kreis 14 in dem Kupplungselement 1.

Da sowohl das Kupplungselement 1 als auch das Kupplungselement 2 jeweils drei Ausnehmungen zum Einsatz eines Zylinderstiftes 16 besit­ zen, worauf nachgehend eingegangen wird, muß die Mitnehmerscheibe demzufolge die doppelte Anzahl und somit sechs Ausnehmungen 15 aufweisen.

Die Ausgestaltung des Einsatzes dieser Zylinderstifte 16 ist in der Fig. 2 näher dargestellt, welche den Bereich X der Fig. 1 vergrößert wieder­ gibt. Der Zylinderstift 16 ist dabei mit einem Ende in die Ausnehmung 12 im Kupplungselement 1 und mit dem anderen Ende in die Ausnehmung 15 in der Mitnehmerscheibe 10 eingesetzt. Dabei ist der Zylinderstift 16 in die Ausnehmung 12 fest, spielfrei und dauerhaft eingesetzt, bei­ spielsweise eingepaßt oder eingeklebt. Mit anderen Worten, der Zylin­ derstift 16 vollführt bezüglich der Ausnehmung 12 keine Bewegungen mehr, sondern ist ortsfest darin plaziert.

Auf Seiten der Mitnehmerscheibe 10 ist der Zylinderstift 16 jedoch in ei­ ne Buchse 17 eingesetzt, welche wiederum in die Ausnehmung 15 in der Mitnehmerscheibe 10 eingesetzt ist. Die Buchse 17 ist dabei in etwa napfförmig ausgestaltet. Die Seitenwand dieses Napfes stellt die Aus­ kleidung für die Innenmantelfläche der Ausnehmung 15 dar. Die Buchse 17 geht dabei in Richtung zum Kupplungselement 1 in einen sich radial erstreckenden Rand 18 über, der stirnseitig auf der Mitnehmerscheibe 11 aufliegt. Die Buchse 17 kann dabei am Boden 19 offen sein oder auch einen entsprechenden Boden aus dem gleichen Material enthalten.

Bei einer Drehmomentübertragung und somit bei Betrieb der erfindungs­ gemäßen Kupplung kann der Zylinderstift 16 beim Drehen der Mitneh­ merscheibe 10 eine Hin- und Herbewegung in der Buchse 17 ausführen. Aufgrund der Gleitlagereigenschaften des Materials der Buchse 17 ent­ steht dabei jedoch kein Verschleiß und somit auch kein Spiel.

Der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Kupplung gestaltet sich zu­ dem einfach. So können beispielsweise die Zylinderstifte 16 bereits werkseitig fest in die Kupplungselemente 1 und 2 eingesetzt werden. Vor Ort muß dann nur noch die Mitnehmerscheibe 10 zwischen die Kupplungselemente 1, 2 plaziert und die Zylinderstifte 16 in die zugehö­ rigen Ausnehmungen 15 mit den Buchsen 17 eingesteckt werden.

Claims (9)

1. Steckbare, spielfreie Kupplung zur Drehmomentübertragung mit einem an­ triebsseitigen und einem abtriebsseitigem Kupplungselement (1 bzw. 2), einer zwischen den beiden Kupplungselementen (1; 2) angeordneten Mit­ nehmerscheibe (10) und mit achsparallel angeordneten Zylinderstiften (16), deren eines Ende in eine Ausnehmung (15) in der Mitnehmerscheibe (10) und deren anderes Ende in eine Ausnehmung (12; 13) in einem der Kup­ plungselemente (1; 2) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Ausnehmungen (12, 13, 15) für jeden Zylinderstift (16) eine Auskleidung (17) aus einem gleitlagerfähigen Kunststoff besitzt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der Enden der Zylinderstifte (16) in eine mit einem Kunststoff ausgekleideten Ausnehmung (12, 13, 15) eingesetzt ist und das andere Ende in der Ausnehmung (12, 13, 15) in der Mitnehmerscheibe (10) oder dem Kupplungselement (1; 2) fest, spielfrei und dauerhaft eingesetzt ist oder einstückig damit ausgestaltet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der Zylinderstifte (16) in eine mit einem Kunststoff aus­ gekleideten Ausnehmung (12, 13, 15) eingesetzt sind.

4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Auskleidung um eine Buchse (17) aus dem gleitlager­ fähigen Kunststoff handelt.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gleitlagerfähige Kunststoff aus einer thermoplastischen Legierung und aus mindestens einem Feststoffschmierstoff aufgebaut ist.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gleitlagerfähige Kunststoff faserverstärkt ist oder ein Netzwerk aus Verbundfasern aufweist.

7. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderstifte (16) gleichmäßig auf einem Kreis (14) um die zentrale Längsachse (5) der Kupplung angeordnet sind.

8. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (10) aus einem elastischen metallischen Mate­ rial oder einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (19) aus dem elastischen metallischen Material zur Erhöhung der Elastizität mindestens eine zusätzliche durchgehende Bohrung aufweist.