DE3021156C2 - Flexible Kupplung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine flexible Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Flexible Kupplungen werden gewöhnlich in Drehkraftübertragungssystcmen zum antreibenden Verbinden von zwei drehbaren Teilen in Fällen verwendet, in denen es schwierig ist, die Achsen solcher Teile dort genau auszurichten, wo die Achsen solcher Teile dazu neigen, sich während des Betriebs des Systems relativ zueinander zu bewegen oder zu verschieben, oder wo eine Fehlausrichumg der Achsen absichtlich in den Aufbau des Systems eingeschlossen ist. Eine Form der Fehlausrichtung ist die parallele Fchlausrichiiing, bei der die Achsen des antreibenden und des angetriebenen Elements in wenigstens einer Ebene /war parallel zueinander liegen, sieh jedoch nicht überschneiden. Eine weitere lOrni der Fehlausriehning ist die WiiikellehUiusneh-ΐιιημ. hei der die beiden Achsen sieli /wiir iibersd neiden können, aber m einer f bene in einem Wmkrl zueinander liegen, der nicht 180° beträgt. Noch eine weitere Form der Fehlausrichtung ist die End-zu-End-Fehlausrichtung, die dann auftritt, wenn sich das eine oder das andere des antreibenden und des angetriebenen EIemems entlang seiner Achse bewegt, um die beiden Elemente zu veranlassen, sich aufeinander zu oder voneinander weg zu bewegen.

Kupplungsbauformen der eingangs erwähnten Art sind beispielsweise im Prinzip bereits bekanntgeworden tu aus der DE-OS 18 00 613. Diese bekannten Ausführungen dienen jedoch dazu, großen radialen Achsversatz auszugleichen. Es können zwar zusätzlich winklige und axiale Ausrichtfehler ausgeglichen werden; jedoch ist auch hierbei eine größere Beweglichkeit der Arme in Radialrichtung als in Axialrichtung gegeben.

Ähnliches gilt für die US-PS 36 25 024. Die hier gezeigte Kupplung soll jedoch ebenfalls in erster Linie eine parallele Fehlausrichtung aufnehmen. Deshalb sind die Arme des Mittelstücks so beschaffen, daß sie in der Ebene dieses Mittelstücks biegsam sind, während sie in bezug auf eine Bewegung außerhalb dieser Ebene steif bleiben sollen. Deshalb können sich die Arme nicht aus der Ebene des Vcrbindungselements herausbiegen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible Kupplung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die verhältnismäßig große Winkelfehlausrichtungsbeträge handhaben kann, wobei im Gegensatz zu den bekannten Kupplungen, die zum Ausgleich paralleler Fchlausrichtung dienen, die Kupplung derart arbeiiet. daß auch End-zu-End-Fehlausrichtungen ausgeglichen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Mittel.

Durch die spezielle Gestaltung der Arme wird dabei die für die gattungsgemäße Bauform beim Stand der Technik typische große radiale Beweglichkeit vermieden, während eine große axiale und winklige Beweglichkeit ermöglicht wird, um eine radial steife, aber axial und winklig leicht bewegliche Kupplung zu erhalten.

Im einzigen Unteranspruch ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer die Erfindung verkörpernden flexiblen Kupplung;

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Kupplung in F i g. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das bei der Kupplung in Fig. 1 verwendete Bicgeelement;

F i g. 4 einen Querschnitt auf der Linie 4-4 in F i g. 3;
F i g. 5 einen Querschnitt auf der Linie 5-5 in F i g. 3;
Fig. b eine Teildraufsicht auf eine Abwandlung des bei der Kupplung in F i g. I verwendbaren Biegeelenietits;

F i g. 7 einen Querschnitt auf der Linie 7-7 in F i g. b; Fig. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer flexiblen Kupplung gemäß einem /weiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 eine auseinandcrgezogcne perspektivische Ansicht einer flexiblen Kupplung gemäß einem dritten Atisfühningsbeispiel der Erfindung:

F ι ii. Kleine Seitenansicht der Kupplung in IΊ μ. ^.
I-ig. Il einen Querschnitt aiii der Linie 11-11 m . 10;

ip 12 eine Seitenansicht der Kupplung in I ι
¹I).'. I 5 eine der Γ i μ. 11 iihnliche Ansicht, die

eine Kupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

F i g. 14 eine der F i g. 12 ähnliche Ansicht, die jedoch die Kupplung in F i g. 13 zeigt;

Fig. 15 eine der Fig. 11 ähnliche Ansicht, die jedoch eine Kupplung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

F i g. 16 eine der F i g. 12 ähnliche Ansicht, die jedoch die Kupplung in F i g. 15 zeigt; und

Fig. 17 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eic er Kupplung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 1 bis 5 zeigen eine allgemein mit. 20 bezeichnete, die vorliegende Erfindung verkörpernde flexible Kupplung. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, enthält die Kupplung 20 eine an einer Antriebswelle 24 drehbar befestigte antreibende Kupplungshälfte 22, im Folgenden als antreibendes Element 22 bezeichnet, und eine an einer angetriebenen Welle 28 drehbar befestigte angetriebene Kupplungshälfte 26, im Folgendem als angetriebenes Element 26 bezeichnet Die beiden Elemente 22 und 26 sind mittels eines Biegeelements 30 wechselseitig miteinander verbunden. In Fig. 1 ist die Kupplung in einem neutralen Zustand dargestellt, in dem die Drehachse 32 der antreibenden Welle 24 und die Drehachse 34 der angetriebenen Welle 28 im wesentlichen in der gleichen Geraden liegen und in dem die Teile des Biegeelements 30 sich sämtlich im wesentlichen in einer Ebene befinden, die rechtwinklig zu den Achsen 32 und 34 verläuft Die Achsen 32 und 34 können jedoch aus dem neutralen Zustand in F i g. 1 in einen wesentlichen Grad an Winkelfehlausrichtung verschoben werden, und das antreibende und das angetriebene Element können endweise aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden, wobei solche Veränderungen durch das Biegen von verschiedenen Abschnitten des Biegeelements aufgenommen werden, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Das Biegeelement 30 besteht aus vier Armen 36, 36 und einem Verbindungsstück 38, die sämtlich aus einem elastisch biegsamen Material wie Metall oder Kunststoff hergestellt sind. Die vier Arme sind derart angeordnet, daß sie zwei Vs bilden, deren Innenwinkel einander zugewandt sind, wobei sich das Verbindungsstück 38 zwischen ihren beiden Scheitelpunkten 40, 40 erstreckt. Die beiden Arme 36,36 jedes V und das benachbarte Ende des Verbindungsstücks 38 sind an dem zugeordneten Scheitelpunkt 40 ortsfest miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die vier Arme 36,36 gleich lang, und die beiden Arme jedes V sind im rechten Winkel zueinander angeordnet, um dem Biegeelement 30, wie aus Fig.3 hervorgeht, eine im allgemeinen quadratische Form zu verleihen. Die Arme 36, 36 sind flach, wobei ihre Hauptflächen im allgemeinen dtr Achsrichtung der Kupplung zugewandt sind, und weisen, wie in F i g. 4 zu sehen ist, verhältnismäßig dünne, rechteckige Querschnitte auf. Deshalb ist jeder Arm 36 im Hinblick auf das Herausbiegen seines freien Endabschnitts 42 aus der Ebene des Biegeelements verhältnismäßig flexibel und im Hinblick auf das Biegen des freien Endabschnitls in der Ebene des Biegeelements verhältnismäßig starr. Das Verbindungsstück 38 des Elements 30 weist, wie in F i g. 5 zu sehen ist, ebenfalls einen dünnen, rechteckigen Querschnitt auf und ist somit in der Lage, sich unter dem Einfluß eines an seine gegenüberliegenden Knden angelegten Drehmoments zu verdrehen.

Die vier Arme 36, 36 und das Verbindungsstück 38 des Biegeelements 30 können zu Anfang getrennte Teile sein, die durch Schweißen, Verniefen oder anderweitig aneinander befestigt werden; vorzugsweise ist das Biegeelement jedoch einstückig ausgebildet, was durch Ausstanzen des Elements aus einem flachen Stück Blech

5 oder Kunststoff erreicht werden kann, aber solch eine einsiückige Ausbildung kann auch durch Formen des Elements aus Metall oder Kunststoff mittels eines Form- oder Gießverfahrens erhalten werden.

Das antreibende Element 22 und das angetriebene Element 26 können unterschiedliche Formen annehmen, aber wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, sind sie insofern einander ähnlich, als jedes einen Körperabschnitt 44 und zwei Vorsprünge 46,46 aufweist. Die beiden Vorsprünge 46,46 jedes Elements befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der zugeordneten Achse 32 oder 34 und in gleichen Abständen von dieser Achse und erstrecken sich in axialer Richtung auf das Biegeelement 30 zu. Am Ende jedes Vorsprungs befindet sich eine der Achsrichtung zugewandte Lagerfläche 48.

Zwei der Arme des Biegeelements 30 sind jeweils über ihren freien Endabschnitt mit dem antreibenden Element 22 und die anderen beiden Arme desselben über ihre freien Endabschnitte mit dem angetriebenen Element 26 verbunden. Die beiden mit dem antreibenden Element verbundenen Arme sind von verschiedenen der beiden Vs und befinden sich, wie aus Fi g. 1 und 2 hervorgeht, auf den gegenüberliegenden Seiten des Verbindungsstücks 38. Auf gleiche Weise sind die beiden mit dem angetriebenen Element verbundenen Arme von verschiedenen der beiden Vs und befinden sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Verbindungsstücks 38. Der freie Endabschnitt ist mit einer öffnung zum Aufnehmen des Schaftes eines einen Kopf und ein Gewinde aufweisenden Befestigungsmittels 50 versehen. Bei der in Fi g. 1 dargestellten zusammengesetzten Kupplung geht jedes Befestigungsmittel 50 durch die zugeordnete öffnung des Biegeelements und steht mit dem zugeordneten Vorsprung 46 in Gewindeeingriff, wodurch der zugeordnete freie Arm-Endabschnitt des Biegcelements in fester und ortsfester Verbindung mit der Lagerfläche 48 des Vorsprungs gehalten wird, weil er zwischen dieser Lagerfläche und dem Kopf des Befestigungsmittels festgeklemmt ist.

Falls erwünscht, kann wie dargestellt zusätzlich ein Abstandshalter 49 zwischen jedem Arm-Endabschnitt und seiner zugeordneten Widerlagerfläche 48 eingefügt werden.

In F i g. 1 deutet der Pfeil eine mögliche Drehrichtung für die antreibende Welle 24 an. Bei dieser Drehrichtung

to sind die Arme 36,36 des Biegeelements einer Spannung und das Verbindungsstück 38 einem Druck unterworfen. Die antreibende Welle 24 kann jedoch auch in die umgekehrte Richtung gedreht werden; in diesem Fall sind die Arme des Biegeelements einem Druck und das Verbindungsstück 38 einer Spannung unterworfen. Die Rollen des antreibenden und des angetriebenen Elements können auch ohne irgendeine Änderung der Konstruktion der Kupplung ins Gegenieil verkehrt oder getauscht werden.

bo In manchen Fällen kann es erwünscht sein, das Verbindungsstück 38 mit einer anderen Querschnittsform als der in F i g. 5 gezeigten rechteckigen zu versehen, um seinen Widerstand gegenüber einer Druck- oder Knickbelastung zu erhöhen. Eine solche abgewandelte Quer-

b5 schnittsform für das Verbindungsstück ist in F i g. 6 und 7 gezeigt, in denen ein Biegeelement 30a mit einem Verbindungsstück 38a dargestellt ist, das eine Anzahl von sich entlang der Länge des Stücks erstreckenden

Rippen 52,52 aufweist. Wenn das Biegeelcment 30a als Rohling aus einem Stück Blech ausgestanzt wird, können diese Rippen 52,52 in das Verbindungsstück eingepreßt werden, nachdem der Rohling aus dem Flachmaterial ausgestanzt ist. Mit Ausnahme der Rippen 52, 52 ist das Biegeelement 30a mit dem Biegeelcmcnt 30 der F i g. 1 bis 5 identisch und kann gegen dieses Biegcelement bei jeder der vorliegend beschriebenen Kupplungen ausgetauscht werden.

Ein Merkmal der Kupplung 20 besteht darin, daß die Linie, die die beiden Punkte verbindet, an denen das Biegeelement 30 mit dem antreibenden Element 22 verbunden ist, und die Linie, die die beiden Punkte verbindet, an denen das Biegeelement mit dem angetriebenen Element 26 verbunden ist, in einem sehr kleinen Winkel zueinander liegen und fast parallel verlaufen. Da dies so ist, wird, während die antreibende Welle 24 gedreht wird, das angetriebene Element 26 in sämtlichen Drehwinkeln dazu gezwungen, sich im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit wie das antreibende Element 22 zu bewegen, und daher besitzt die Kupplung die Eigenschaft einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit, wodurch bei sich in Betrieb befindlicher Kupplung wenige oder gar keine Vibrationskräfte erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Kupplung 20 kann aber nicht nur ein einziges Biegeelement, wie dies in Verbindung mit F i g. 1 bis 5 dargelegt wurde, sondern auch zwei oder mehr Biegeelemente enthalten die in Reihe miteinander verbunden sind, um ihre Fähigkeit zur Fehlausrichtung zu erhöhen. Eine derartige Kupplung ist in Fig.8 dargestellt und enthält zwei Biegeelemente 56 und 58, welche jeweils dem Biegeelement 30 der Kupplung 20 ähnlich sind. Andere Teiie der Kupplung, die denen der Kupplung 20 ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet worden und brauchen nicht weiter beschrieben zu werden. Abgesehen von dem zusätzlichen Biegeelement, weist die Kupplung 54 des weiteren zwischen den beiden Biegeelementen eine Verbindungseinrichtung in Form eines starren Verbindungselements 60 auf. Die beiden freien Arm-Endabschnitte des Biegeelements 56. die nicht mit dem antreibenden Element 22 verbunden sind, sind durch mit einem Gewinde versehene Befestigungsmittel 62, 62 an dem Verbindungselement 60 befestigt. Auf gleiche Weise sind die beiden freien Arm-Endabschnitte des Biegeelements 58, die nicht mit dem angetriebenen Element 26 verbunden sind, durch zwei mit einem Gewinde versehene Befestigungsmittel 64, 64 an dem Verbindungselement 60 befestigt. Das Verbindungselement 60 ist I-förmig ausgebildet, so daß die Punkte, an denen das Biegeelement 56 mit ihm verbunden ist, mit den Punkten fluchten, an denen das Biegeelement 58 mit ihm verbunden ist. Darüber hinaus sind die Biegeelemente derart angeordnet, daß, wenn das antreibende Element in die durch den Pfeil angedeutete Richtung gedreht wird, die Arme des Biegeelements 56 einer Zugspannung und auch die Arme des Biegeelements 58 einer Zugspannung unterworfen sind. Dies ist für die weitergehenden Aspekte der Erfindung jedoch nicht wesentlich, und die Biegeelemente können, falls erwünscht, derart angeordnet werden, daß für jede Drehrichtung die Arme des einen Biegeelemenis einer Zugspannung und die Arme des anderen Biegeelements einem Druck unterworfen sind. In F i g. 8 könnte dies z. B. dadurch erreicht werden, daß man diejenigen Arme des Biegeelements 58 nimmt, die an dem angetriebenen Element 26 befestigt dargestellt sind, und sie statt an diesem an dem Verbindungselement 60 befestigt, und daß man diejenigen Arme des Biegcelements 58 nimmt, die an dem Verbindungselement 60 befestigt dargestellt sind, und sie statt an diesem an dem angetriebenen Element 26 befestigt, und daß man sonst keine weiteren Veränderungen vornimmt.

Bei der Kupplung 54 in F i g. 8 ist das angetriebene Element 26 gegenüber dem antreibenden Element 22 um einen Winkel versetzt, der gleich der zweifachen Winkclverschiebung ist, welche von der Kupplung 20 bewirkt wird, die nur von einem einzigen Biegeelement Gebrauch macht. Falls erwünscht, lassen sich unterschiedliche Winkelverschiebungen des angetriebenen Elements 26 relativ zum antreibenden Element 22 bei einer Kupplung mit zwei Biegeelementen dadurch erreichen, daß zwischen die beiden Biegeelennente eine andere Verbindungseinrichtung eingefügt wird. Fig.9 bis 12 zeigen beispielsweise eine Kupplung 66, die der Kupplung 54 in Fig. 8 ähnlich ist mit der Ausnahme, daß das Verbindungselement 60 in Fig.8 durch ein rechteckiges, starres Verbindungselement 68 ersetzt ist. Durch Einfügung eines rechteckigen Verbindungselements wie des Elements 68 fluchten die beiden Punkte, an denen das Biegeelement 56 mit ihm verbunden ist, nicht mit den beiden Punkten, an denen das Biegeelement 58 mit ihm verbunden ist. Deshalb kann das Biegeelement 58 durch ordnungsgemäße Ausbildung des Verbindungselements und Festlegung der Punkte für die Befestigung des Biegeelements auf jeden gewünschten Winkel mit Bezug auf das Biegeelement 56 eingestellt werden, um eine gewünschte Winkelbeziehung zwischen den Biegeelementen oder zwischen dem antreibenden Element 22 und dem angetriebenen Element 26 zu erhallen. Bei der Kupplung 66 ist das Vcrbindungselement 68, wie am besten in F i g. 11 und 12 zu sehen ist, derart ausgebildet und aufgebaut, daß die beiden Biegeelemente 56 und 58 in der Kupplung derart angeordnet sind, daß ihre Verbindungsstücke 38, 38 dabei im rechten Winkel zueinander liegen. Dadurch wird auch ein Festlegen der Linie 70, die die beiden Punkte enthält, an denen das Biegeelement 58 mit dem angetriebenen Element 26 verbunden ist, und der Linie 72, die die beiden Punkte enthält, an denen das Biegeelement 56 mit dem antreibenden Element 22 verbunden ist, ungefähr im rechten Winkel zueinander bewirkt. Diese Konstruktion weist den Vorteil auf, daß die Biegesteifigkeit der Kupplung im Hinblick auf eine Winkelfehlausrichtung in allen Winkelrichtungen ungefähr konstant ist.

Fig. 13 und 14 zeigen eine Kupplung 74, die der Kupplung 66 in F i g. 9 bis 11 ähnlich ist mit der Ausnahme, daß sie statt des Elements 68 ein starres Verbindungselement 76 enthält. Das Verbindungselement 76 ist derart ausgebildet, daß eine genaue rechtwinklige Ausrichtung der Linien 70 und 72 zueinander bewirkt wird. Diese Konstruktion weist weiterhin den Vorteil auf, daß der Kupplung in sämtlichen Winkeln eine im wesentlichen konstante Biegesteifigkeit verliehen wird.

Fig. 15 und 16 zeigen eine Kupplung 79, die der

Kupplung 66 in F i g. 9 bis 12 ähnlich ist mit der Ausnahme, daß anstelle des Verbindungselements 68 ein starres rechteckiges Verbindungselement 78 verwendet wird. Das Verbindungselement 78 ist derart ausgebildet, daß die Linie 70 parallel zur Linie 72 verläuft, d. h. das antreibende Element 22 ist mit dem angetriebenen Element 26

b5 winkelmäßig ausgerichtet und verleiht dadurch der Kupplung die Eigenschaft einer konstanten Geschwindigkeit.

Wie vorstehend erwähnt, kann die erfindungsgemäße

Kupplung von beliebig vielen in Reihe miteinander verbundenen Biegeelementen Gebrauch machen, und Fig. 17 zeigt beispielsweise eine Kupplung 80 mit drei Biegeelementen 82,84 und 86. die jeweils dem Bicgeelcment 30 der Kupplung 20 ähnlich sind, und zwei Verbindungselementen 88 und 90, die jeweils dein Verbindungselement 60 der Kupplung 54 ähnlich sind. Mit einem Gewinde versehene Befestigungsmittel, die den vorstehend beschriebenen ähnlich und in Fig. 17 des besseren Verständnisses halber weggelassen sind, werden zum Verbinden der freien Endabschnitte der Biegeelemente mit dem antreibenden Element, dem angetriebenen Element und den Verbindungselementen 88 und 90 auf die gleiche Weise verwendet, wie vorstehend beschrieben worden ist. Die Verbindungselemente 88 und 90 in F i g. 17 sollen lediglich als Beispiel dienen, und es können, falls erwünscht, auch andere Verbindungselemente unterschiedlicher Ausbildung benutzt werden. Das Verbindungselement oder die Verbindungselemente kann bzw. können so ausgebildet sein, daß jede beliebige Winkelbeziehung zwischen dem antreibenden Element 22 und dem angetriebenen Element 26 vorgesehen wird.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

35

55

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Flexible Kupplung mit einer treibenden Kupplungshälfte und einer getriebenen Kupplungshälfte und einem Biegeelement, das im wesentlichen in einer Radialebene liegt, die nahezu rechtwinklig zur Kupplungsachse verläuft, wobei das Bicgeelement aus vier Armen und einem Verbindungsstück besteht und zwei dieser Arme derart angeordnet sind, daß sie ein erstes V bilden und ihre benachbarten Enden am Scheitelpunkt des ersten V aneinander befestigt sind, während die anderen beiden Arme derart angeordnet sind, daß sie ein zweites V bilden und ihre benachbarten Enden am Scheitelpunkt des zweiten V aneinander befestigt sind, wobei die beiden Vs derart angeordnet sind, daß ihre Innenwinkel im allgemeinen einander zugewandt sind, und wobei das Verbindungsstück sich zwischen den Scheitelpunkten der beiden Vs erstreckt und an jedem seiner Enden an dem angrenzenden der beiden Scheitelpunkte befestigt ist, wodurch die freien Endabschnitte dieser Arme nur durch Verbiegen des Bicgcelements relativ zueinander bewegbar sind, wobei die treibende Kupplungshälfte an dem freien Endabschnitt eines der Arme des ersten V und an dem freien Endabschnitt eines der Arme des zweiten V befestigt ist, wobei die beiden freien Arm-Endabschnitte, an denen die treibende Kupplungshälfte befestigt ist, sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Verbindungsstücks befinden, und die getriebene Kupplungshälfte an dem freien Endabschnitt der übrigen beiden Arme befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Arme (36) des Bicgeelements (30) aus einem solchen Material hergestellt sind und eine derartige Qucrschniitsform besitzen, daß sie mit bezug auf die axiale Bewegung ihrer freien Endabschnitte aus der Radialebenc heraus biegeweich und mit bezug auf die Bewegung ihrer freien Endabschnitte innerhalb der Radialebenc biegesteif sind.

2. Flexible Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ßiegcelemcnt (30) einstükkig ausgebildet und aus ebenem Flachmaterial hergestellt ist.