DE2422181A1 - Torsionssteife kupplung - Google Patents

Description

• Torsionssteife Kupplung Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur torsionssteifen Verbindung zweier nicht genau fluchtender Wellen mit einem wesentlichen zylinderrohrförmigen Kupplungsbalg, dessen Enden mit je einem Wellenende fest verbunden sind. Derartige Kupplungen werden z.B. zur spielfreien Verbindung von Wellenenden benötigt um Fluchtungsfehler auszugleichen, ohne daß störende Torsionsschwingungen entstehen, wobei - selbst nach längerem Gebrauch -eine änderung des Drehwinkels der zu verbindenden Wellenenden zueinander vermieden wird. So wird z.B. bei der Ankupplung von Stellantrieben an Werkzeugmaschinen häufig eine kupplung erforlich, welche eine lösbare, spielfreie Verbindung der Wellenenden ermöglicht, bei der sichergestellt istt daß sich der Drehwinkel der beiden Wellenenden zueinander nicht ändern kann und z.B. durch Fluchtungsfehler keine zu große radiale Belastung der Wellenlager entsteht.
• In einigen Fällen wie z.B. bei der Verwendung an numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen werden an diese Kupplungen vor allem in Bezug auf Torsionssteife und Drehwinkelbeständigkeit bei starker Wechselbelastbarkeit und hohen Drehzahlen große Anforderungen gestellt, die sich bei den bekannten Kupplungen nur durch einen verhältnismäßig großen und/oder aufwendigen Aufbau der kupplungen zu erfüllen lassen. Bei einem großen Aufbau errpla ergeben sich jedoch störende Massenträgheitsmomente und Schwierigkeiten beim Anbau und Service der Anlagen.
• Es ist Aufgabe der Erfindung diese Nachteile zu vermeiden, wobei durch einen Aufbau mit einfachen, vernältnismäßig kleinen Bauelementen auch grobe Drehmomente mlt starker Wechselbelastbarkeit übertragen werden können.
• Dies laßt sich gemäß der Brrindung erreichen, wenn der Kupplungsbalg an seinen beiden, über Verbindungsglieder mit den Wellenenden verbundenen Enden, radial verlaufende, im Schnitt wellen- oder mäanderfctmiy ausgebildete Faltungen aufweist, welche über einen rohrförmigen Zwischenbereich einstückig miteinander verbunden sind. Durch das rohrförmige Zwischensfuck erhöht sich die Torsionssteife wesentlich gegenüber einer Kupplung mit einem über die ganze Länge mit Querschnittänderungen ausgebildetem Kupplungsbalg, während die laterale Eedersteife nahezu gleich bleibt. Das Massenträgheitsmo.ment des IXupplungsbalges hingegen wird sehr stark vermindert, wobei nicht nur die sich hierbei ergebende geringere Materialmenge, sondern vor allem der hierbei leicht klein zu haltende Durchmesser des rohrförmigen Zwischenstückes eine bedeutende Rolle spieli.
• In Weiterbildung der Erfindung ergibt sich eine besonders vorteilhafte Montage wenn das Ende des Kupplungsbalges an einem Balgträger befestigt ist, welcher eine konisch sich verjüngende Mittenbohrung aufweist, die auf eine,in gleicher Weise im Querschnitt sich konisch erweiternde, verhältnismäßig dünnwandige Nabe eines Wellenflansches aufgeschoben und die Nabe kraftschlussig mit dem Balgträger und dem Wellenende verklemmt ist. Hierbei kann, ohne daß ein Keil mit Keilnut oder ein Schlitz is Wellenflansch vorgesehen ist, eine ausreichend feste Verbindung mit dem Wellenende herbeigeführt werden. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch bewirken, wenn die kraftschlüssige Verbindung des Balgträgers mit dem Wellenflancch über achsparallele Verschraubungen erfolgt, welche die konisch ausgebildeten Teile der beiden Flansche ineinanderpresst und durch die hierbei entstehende Keilwirkung die dünnwandige Nabe des-Wellenflansches kraftschlüssig mit dem Balgträger und dem Wellenende verklemmt wird.
• Besteht der Balg aus Edel- oder Federstahl, wird eine besonders vorteiShafte Befestigung des Balges aùf dem Balgträger dadurch möglich, daß ein Ende des Kupplungsbalges in eine am Umfang des Balgtragers vorgesehene Nut eingreift und durch ein Verkeilen in dieser Nut fest mit dem Balgträger verbunden ist.
• Hierdurch kann eine nachteilige Entfestigung der Balgenden vermieden werden, wie sie z.B. bei einem Anschweißen entsteht, ohne daß hierbei größere Befestigungselemente benötigt werden, welche sich während des Betriebes lösen oder lockern könnten und auch keine störenden, von der Kupplung abstehenden Teile erfordern.
• Weitere vorteilhafte Ausbildungen werden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
• Auf die Welle 1 einer Antriebsmaschine - z.B. eines Elektromotors auf dessen gegenüberliegendem Wellenende ein Istwertsignalgeber angeordnet sein kann - ist ein Wellenflansch 2 mit einer Nabe 3 aufgeschoben, welche eine buchsenförmige Verlängerung zum Wellenende hin aufweist. Die Verlängerung ist verhältnismäßig dünnwandig und zum Wellenflansch 2 hin mit einem konusförmig sich vergrößernden Außendurchmesser ausgebildet. Der Flansch 2 weist achsparallele (parallel zur Kupplungsachse 4) Durchbrüche auf, durch welche über Schrauben 5 eine Balgträgerbuchse 6 befestigt ist. D+e Bohrung dieser Balgträgerbuchse 6 ist zum Wellenende hin verjüngt d.h. mit kleiner werdendem Innendurchmesser in einer Weise ausgebildet, daß sich ein Innenkonus mit parallel zum Außenkonus der Nabe 3 verlaufenden Auflageflächen ergibt.
• Beim Anziehen der Schrauben 5 laufen die beiden konusförmig ausgebildeten Auflageflächen aufeinander auf gnd verklemmen durch die hierbei entstehende Keilwirkung die Nabe 3 mit der Welle 1 und gleichzeitig mit der Balgträgerbuchse 6. Bei einer entsprechend feinen Passung der Welle 1 mit der Bohrung durch die Nabe 3, läßt sich leicht eine ausreichend feste Verklemmung auE der Welle erzielen. Die erforderliche Passung läßt sich hier verhältnismäßig einfach fertigen, da weder auf dem Wellenende 1, noch in der Bohrung durch die Nabe 3 eine Keilnut oder ein Schlitz vorgesehen ist, sodaß åuch ein nachträgliches Anpassen ohne Schwierigkeiten möglich wird.
• Auf einem Außenwulst 7 des Balgträgers 6 ist ein Balg 8 befescigt, welcher aus einem Federblechkörper besteht, der im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist. Die beiden Enden des Balges 8 sind mit jeweils mehreren Falten 9 versehen, welche mit gleichbleibendem Abstand vom rohrförmigen Ende den Balg 8 ringförmig umlaufen und im Schnitt wellenförmig ausgebildet sind. Zwischen den mit Falten versehenen Enden des Balges 8 ist in einem Zwsschenbereich 10 das Federblech rohrförmig ausgebildet und weist einen kleineren Durchmesser auf, als der Trägheitsdurchmesser der Faltenbereiche. Das zweite Ende des im wesentlichen rohrförmigen Balges 8 ist an einem zweiten Balgträger 6 7 befestigt, der Teil einer gleichartig ausgebildeten zweiten Eupplungshälfte mit in gleicher Weise aufgebauten Bauteilen 2si 3'; und 5' ist. Diese zweite Kupplungshälfte ist an die anzutreibende Welle 11 angepaßt und in gleicher Weise mit dieser verklemmt.
• Würde man in an sich bekannter Weise, wie z.B. bei Dichtungsmanschetten, die im Schnitt wellenförmige Faltung auch über den Zwischenbereich 10 des Balges 8 fortsetzen, so ergibt dies eine wesentliche Verschlechterung der Torsionssteife, ohne daß hierdurch die laterale Federsteife wesentlich verändert wird und größere Fluchtungsfehler zwischen den beiden Wellen 1 und 11 aufgefangen werden könnten. Weiterhin wird durch den rohrförmigen Zwischenbereich 10 mit einer wesentlich geringeren Blechmasse des Balges 8 und einem kleineren Durchmesser des Zwischenbereiches das Massenträgheitsmoment wesentlich verringert, wobei sich eine Durchmesseränderung mit 4-facher Potenz auswirkt.
• Die üblichen Balgmaterialien z.B. aus Edelstahl oder Federstahl erfahren bei einer Balgherstellung durch Kaltverformung eine Materialverfestigung. Bei einem Anlöten oder Anschweißen des Balges geht d}ese Verfestigung wieder ganz oder teilweise zumindest in der Nähe der Befestigungsstellen verloren Hierdurch verringert sich vor allem die Standfestigkeit. Dieser Nachteil läßt sich in Weiterbildung der Erfindung vermeiden, wenn der Balg 8 über eine Klemm- oder Quetsch-Verbindung mit den Balgträgern 6, 6'verbunden wird. In besonders vorteilhafter Weise ist dies mit einem Klemmring 12 möglich, der in eine Nut 13 eingepreßt ist, in die zuvor das Ende des Balges 8 eingebördelt wurde. Die Nut kann anstelle des Wulstes 7 umlaufend as umfang der Haltebuchsen 6' (wie in der Zeichnung bei der linken Kupplungshälfte dargestellt) vorgesehen sein.
• Wie entsprechende Versuche ergäben, läßt sich durch eine derartige Verbindung mlt serhältnismäßig einfachen Mitteln eine weitgehend temperaturbeständige, kraftschlüssige und spielfreie Verbindung schaffen, die eine sehr gute Wechselbelastbarkeit aufweist. Durch eine besondere Schneiden£orm des Drehwerkzeuges zum Ausdrehen der Nut 13 läßt sichXin an sich bekannter Weise,in der Nut ein Profil erzeugen, welches eine zusätzliche Sicherheit gegen Relativbewegungen des Balges zum Balgtrager undXoder des Elemmringes 12 zur Nut bietet.
• Bei der Anwendung in wertvollen Anlagen wie z;B. bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen läßt sich die Kupplung insbesondere durch die Wahl eines entsprechend dünnwandigen Balges 8 auch als Sollbruchstelle zum Schutz gegen Überlastungen ausbilden, welche die lierkzeugmaschine beschädigen oder zerstören könnten.
• Um einen sicheren Sitz der Kupplungshälften auf den Wellenenden 1; 11 zu erhalten, sollten die konusförmigen Auflageflächen der Nabe 3; 3' und des Balgträgers 6; 6' glatt und mit einem Schmiermittel versehen sein. Durch einen einfachen elastischen Dichtring 14 z.B. aus Gummi kann verhindert werden, daß das Schmiermittel herausgeschleudert wird und bei schlechten Umweltbedingungen z.B. ein Festrosten des Balgträgers auf der Nabe 3, 3' des Wellenflansches 2; 2' erfolgt.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   Kupplung zur torsionssteifen Verbindung zweier nicht genau fluchtender Wellen mit einem im wesentlichen zylinderrohrförmigen Kupplungsbalg, dessen Enden mit-je einem Wellenende fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsbalg (8) an seinen beiden über Verbindungsglieder (5; 6) mit den Wellenenden (1; 11) verbundenen Enden, radial verlaufende, im Schnitt wellen- oder mäanderförmig ausgebildete Faltungen (9) aufweist, welche über einen rohrförmigen Zwischenbereich (10) einstückig miteinander verbunden sind.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Zwischenstück (10) den gleichen oder einen kleineren Durchmesser aufweist, als der Trägheits-Durchmesser der Faltungen an den Enden des Kupplungsbalges (8).
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Kupplungsbalges (8) an einem Balgträger (6; 6') befestigt ist, welcher eine konisch sich verjüngende Mittenbohrung aufweist, die auf eine in gleicher Weise im Querschnitt sich konisch erweiternde verhältnismäßig dünnwandige Nabe (3; 3') eines Wellenflansches (2; 2') aufgeschoben und die Nabe (3; 3') kraftschlüssig mit dem Balgträger (6; 6') und dem Wellenende (1; 11) verklemmt ist.
4. 4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung des Balgträgers (6; 6') mit dem Wellenflansch (2; 2') über achsparallele Verschraubungen erfolgt, welche die konisch ausgebildeten Teile der beiden Flansche ineinanderpresst und durch die hierbei entstehende Keilwirkung die dünnwandige Nabe (3; 3') des Wellenflansches (2; 2') kraftschlüssig mit dem Wellenende (1; 11) verklemmbar ist.
5. 5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsbalg (8) aus einem dünnwandigen ein- oder mehrwandigen Blech mit guten elastischen, ermüdunysfreien Eigenschaften besteht.
6. 6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Kupplungsbalges in eine am Umfang des Kupplungsflansches vorgesehene Nut (13) eingreift und durch ein Verkeilen in der Nut fest mit dem Balgträger (6') verbunden ist.
7. 7. Kupplung nach Anspruch 5 dadurch gekenzeichnet, daß zum Verkeilen ein Metallring (12) und/oder Teile eines Metallringes dienen, welche unter Zwischenklemmen des Kupplungsbalgendes in eine Nut (13) am Umfang des Balgträgers (6') eingepreßt sind.