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Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplung für die Drehmomentübertragung zwischen zwei Wellen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Es sind Klauenkupplungen, Kettengelenke und Schlangenfederkupplungen bekannt. Das Übertragungsverhalten dieser Kupplungen ist häufig drehrichtungsunabhängig. Nachteilig bei diesen Lösungen ist der sehr begrenzte radiale Achsversatzausgleich.
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Darüber hinaus führt die auftretende Gleitreibung zwischen den Übertragungskörpern und Klauen zu Reibungsverlusten und Verschleiß.
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Der Erfindung liegt, ausgehend von einer Gleitkeil-Klauenkupplung nach der DE-OS 30 36 570, die Aufgabe zugrunde, eine Klauenkupplung für die Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen zu schaffen, die eine hohe Betriebssicherheit bietet und einen großen Radial-, Axial- und auch geringen Winkelversatz der Wellen ausgleichen kann. Dabei soll die Klauenkupplung eine gewisse Drehelastizität besitzen, so daß Drehschwingungen und Drehmomentstöße gedämpft werden können und die Möglichkeit besteht, mit einfachen Mitteln ein drehrichtungsabhängig unterschiedliches Übertragungsverhalten einzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Klauenkupplung mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Durch unterschiedliche Elastizität der beiden Zugmittel kann die Kupplung in den beiden Drehrichtungen mit unterschiedlicher Drehelastizität ausgestattet werden. Bei einer Kupplung mit sechs Übertragungskörpern zwischen drei antriebseitigen und drei abtriebseitigen Klauen umspannt jedes Zugmittel drei Übertragungskörper. Das Prinzip ist auf Kupplungen mit höherer Anzahl von Klauen und Übertragungskörpern übertragbar: Bei Kupplungen mit z. B. acht Übertragungskörpern zwischen vier antriebseitigen und vier abtriebseitigen Klauen umspannt jedes Zugmittel vier Übertragungskörper.
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Die durch die Zugmittel zwischen den antriebseitigen und abtriebseitigen Klauen gehaltenen Übetragungskörper übertragen die Umfangskräfte von den Klauen des Antriebsteils auf die Klauen des Abtriebsteils. Dabei ist das Antriebsteil und das Abtriebsteil im allgemeinen scheibenförmig, z. B. als Kreisscheibe ausgebildet, und die Klauen sind am Umfang des Antriebsteils und des Abtriebsteils gleichmäßig verteilt angeordnet, so daß sie ineinandergreifend Zwischenräume für die Übertragungskörper freilassen. Die Übertragungskörper können insbesondere eine zylindrische Form haben, oder sie können ballig, z. B. tonnenförmig ausgebildet sein. Die biegsamen Zugmittel liegen den Übertragungskörpern flächig an und gestatten durch ihre Elastizität den Ausgleich von Radial- und Winkelversatz der Wellen. Die Kupplung ist trotz starrer Übertragungskörper drehelastisch, da die Übertragungskörper gegen die elastischen Kräfte der Zugmittel radial verschieblich sind. Demgemäß werden durch die Kupplung auch Drehschwingungen gedämpft. Die Verengung der Räume zwischen den Klauen entsteht durch radiale Anschrägung der Klauenseitenflächen. Zweckmäßigerweise sind diese angeschrägten Seitenflächen ebene Flächen, so daß sich keilförmige Spalträume ergeben.
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Die Übertragungskörper werden durch die Zugmittel in die Verengung gezogen und im allgemeinen in Anlage an die Klauenseitenflächen gehalten. Der Umspannungswinkel der Zugmittel auf den Übertragungskörpern kann in Abhängigkeit von der Zugmittelführung z. B. 60°, 120° oder 180° betragen, wenn die Kupplung je drei antriebseitige und abtriebseitige Klauen enthält.
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Die Zugmittel können jeweils aus einem oder mehreren parallel verlaufenden Bändern, Seilen oder Ketten bestehen, d. h. jedes Zugmittel kann mehrere Zugelemente umfassen. Ihre Biegsamkeit muß die Anlage an den Übertragungskörper und ggfs. die Umlenkung gestatten, ihre Elastizität die bei Versatz auftretende Polygonzugverlängerung.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Kupplung sind die Zugmittel außerhalb der Klauenzwischenräume über Umlenkzapfen geführt. Die Umlenkung der Zugmittel ist besonders im Inneren der Kupplung von Vorteil. Dabei werden die Zugmittel über nahe der Kupplungsachse angeordnete Zapfen geführt, um zu vermeiden, daß ein Zugmittel die Radialbewegungen der von dem anderen Zugmittel umschlungenen Übertragungskörper behindert.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung weisen die Übertragungskörper symmetrisch zu ihrer Mittelebene wenigstens einen Bereich von verringertem Durchmesser auf, der von einem Zugmittel teilweise umspannt ist. Durch die Führung des Zugmittels um den verjüngten Bereich des Übertragungskörpers wird sein Festklemmen zwischen Übertragungskörper und Klaue vermieden. Die verjüngten Führungsbereiche der von dem einen Zugmittel umspannten Übertragungskörper sind zweckmäßigerweise gegenüber den verjüngten Führungsbereichen der von dem anderen Zugmittel umspannten Übertragungskörper versetzt. Vorzugsweise ist das eine Zugmittel über auf den Übertragungskörpern mittig angeordnete verjüngte Bereich geführt, während das andere Zugmittel, bestehend aus zwei separaten endlosen Zugelementen, über zwei verjüngte Randbereiche der Übertragungskörper geführt ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die antriebseitigen und abtriebseitigen Klauen in ihren axial mittleren Bereichen eine in die eine bzw. die andere Drehrichtung vorspringende Seitenfläche und in ihren axialen Randbereichen beiderseits des mittleren Bereichs in die jeweils andere Drehrichtung vorspringende Seitenflächen und die Übertragungskörper in den Räumen mit im mittleren Bereich bzw. in den Randbereichen vorspringenden Seitenflächen ebenfalls im mittleren Bereich bzw. in den Randbereichen vorspringende Stützenflächen auf und sind die Zugmittel um die gegenüber den Stützflächen zurückspringenden Flächen geführt. Diese Ausführungsform mit im wesentlichen symmetrischer Profilierung von Übertragungskörper und Klaue gewährleistet eine unbehinderte radiale Bewegung des Zugmittels.
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Vorzugsweise ist der die Stützfläche(n) aufweisende Teil des Übertragungskörpers gegenüber dem die Führungsfläche(n) aufweisenden Teil drehbar gelagert. Auf diese Weise wird die Gleitreibung zwischen den Klauenseitenflächen und Übertragungskörpern vermieden. Weiterhin können die Zapfen für die Zugmittelumlenkung drehbar gelagerte Hülsen tragen. Dadurch wird der Reibungswiderstand zwischen dem Zugmittel und dem Umlenkzapfen wesentlich verringert; der Biegewiderstand der Zugmittel an den Umlenkzapfen ist jedoch in jedem Falle zu überwinden.
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Zweckmäßigerweise besteht der Übertragungskörper aus einem zylindrischen Mittelteil mit einem axialen Zapfen auf jeder Stirnseite und auf den Zapfen drehbar gelagerten Rollen und ist die dem Übertragungskörper zugewandte Seitenfläche der einen Klaue im Mittelbereich und die der anderen Klaue in den beiden Randbereichen erhöht. Bei Verwendung dieser Doppelrolle als Übertragungskörper wird die Gleitreibung zwischen Klauen und Übertragungskörpern vollständig vermieden, da das genannte Mittelteil auf der einen Klauenfläche und die Rollen auf der anderen Klauenfläche abrollen können.
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Die antriebseitigen oder die abtriebseitigen Klauen können als radiale Stege eines gemeinsamen Innenteils ausgebildet sein. Bei entsprechender Zugmittelführung ist es möglich, die Kupplungen so auszubilden, daß sie sich zur Verbindung von Welle und Hohlwelle eignet, wie dies bei Schienenfahrzeugantrieben häufig erforderlich ist. Bei einer geraden Anzahl von Übertragungskörpern von mehr als vier treten bei der erfindungsgemäßen Kupplung keine durch die Übertragungskörper bedingten Unwuchten auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
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Fig. 1/2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klauenkupplung;
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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klauenkupplung;
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Fig. 4 einen Axialschnitt zweier benachbarter Übertragungskörper mit der dazwischenliegenden Klaue bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung;
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Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung;
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Fig. 6 den Axialschnitt eines Übertragungskörpers;
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Fig. 7 den Axialschnitt einer anderen Ausführungsform des Übertragungskörpers;
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Fig. 8 den Axialschnitt eines Umlenkzapfens;
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Fig. 9 den Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform des Übertragungskörpers;
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Fig. 10 den Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform des Übertragungskörpers;
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Fig. 11 den Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform des Übertragungskörpers; und
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Fig. 12 den Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform des Übertragungskörpers.
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Nach Fig. 1/2 sind an dem antriebseitigen Innenteil 1 a drei unter einem Winkel von 120° nach außen ragende Klauen 1 ausgebildet. Das Abtriebsteil trägt drei Klauen 2, die zwischen die antriebseitigen Klauen 1 ragen. Die Seitenflächen 1 b und 2 b der Klauen 1 und 2 schließen keilförmig nach innen verengte Räume 3 ein, in denen jeweils ein Übertragungskörper 4 angeordnet ist. Zwei Zugmittel 5 in Form eines oder mehrerer Stahlbänder sind jeweils um jeden zweiten der Übertragungskörper 4 geführt und halten diese in den Räumen 3 in Anlage an den Klauenseitenflächen 1 b , 2 b .
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Klauen 1 der Antriebsscheibe ebenso wie die Klauen 2 der Abtriebsscheibe als Umfangsklauen ausgebildet. Die Räume 3 zwischen den Seitenflächen 1 b , 2 b der Klauen 1, 2 sind nach innen verengt. Die Übertragungskörper 4 sind zylindrisch ausgebildet und haben stirnseitig zylindrische Zapfen 4 a , um welche die Zugmittel 5 geführt sind. Auf einer Scheibe, z. B. der Antriebsscheibe, sind sechs auf Abstand gehaltene axiale Zapfen 6 angebracht, an denen die Zugmittel 5 umgelenkt sind. Ein Vergleich mit der Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt, daß die Trumme der Zugmittel durch die Umlenkzapfen 6 zur Kupplungsachse hin verlagert sind, so daß die Radialbewegungen der Übertragungskörper 4 durch sie nicht behindert werden.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die benachbarten Übertragungskörper 4 unterschiedlich gestaltet, weil sie von axial versetzten Zugmitteln 5 umschlungen sind. Der linke Übertragungskörper 4 hat ein zylindrisches Mittelteil 4 b von größerem Durchmesser und axial daran angeschlossene, zylindrische Bereiche 4 a von kleinerem Durchmesser. Das diesen Übertragungskörper umschlingende Zugmittel 5 besteht aus zwei separaten, um die zylindrischen Randbereiche 4 a geführte Bänder. Der rechte Übertragungskörper 4 ist invers zu dem linken ausgebildet, d. h. der mittlere zylindrische Bereich 4 a hat einen kleineren Durchmesser, und es schließen sich an ihn stirnseitig die beiden Randbereiche 4 b von größerem Durchmesser an. Das Zugmittel 5 umspannt in diesem Falle den Bereich 4 a . Die Seitenflächen der Klaue 2 haben eine zu den anliegenden Übertragungskörpern 4 symmetrische Profilierung: Dem vorspringenden mittleren Bereich 4 b des linken Übertragungskörpers entspricht die im mittleren Bereich vorspringende Seitenfläche 2 a , und den vorspringenden Randbereichen 4 b des rechten Übertragungskörpers entsprechen die beiderseits des mittleren Bereichs vorspringenden Seitenflächen 2 d . Die Flächen 2 a und 2 d sind ebenso parallele ebene Flächen wie die Klauenseitenflächen 2 b (und 1 b ) der Kupplungen nach den Fig. 1/2 und 3. Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform vermeidet durch den Versatz der beiden Zugmittel deren räumliche Behinderung im Inneren der Kupplung. Außerdem greifen die Zugmittel an den Übertragungskörpern symmetrisch zu ihrer Mittelebene an, so daß eine gleichmäßige Belastung der tragenden Flächen erreicht wird.
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Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 lediglich dadurch, daß anstelle der Bänder Stahlketten als Zugmittel 5 dienen, von denen nur eine dargestellt ist. Die Übertragungskörper 4 und die Hülsen der Umlenkzapfen 6 tragen entsprechende Zahnkränze (nicht dargestellt). Die Klauen 1, 2 weisen bei dieser Ausführungsform Nuten 1 c , 2 c für die Bewegungen der Kette 5 auf.
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Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Übertragungskörper entsprechen in ihrer Gestaltung im wesentlichen den beiden in Fig. 4 gezeigten Körpern 4. Der Unterschied besteht jedoch bei der Ausführungsform nach Fig. 6 darin, daß auf den stirnseitigen Zapfen 4 a mittels Gleit- oder Wälzlager 7 Hülsen 8 drehbar gelagert sind. Hierdurch wird die Gleitreibung zwischen dem Zugmittel und dem Übertragungskörper vermieden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind an das Mittelteil 4 a stirnseitig Zapfen 4 c angeformt, auf denen mittels Gleit- oder Wälzlager 7 Ringe 4 b drehbar gelagert sind. Durch die Drehbarkeit von 4 b gegenüber 4 a wird wiederum die Gleitreibung zwischen dem Zugmittel und Mittelteil 4 a vermieden.
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Fig. 8 zeigt den Umlaufzapfen 6 für ein bandförmiges Zugmittel, auf dem mittels Gleitlagern eine zentrale Hülse 6 a und zwei die Randbereiche überdeckende Hülsen 6 b drehbar gelagert sind. Durch diese Zapfenausbildung wird die Gleitreibung zwischen den Zugmitteln und der Zapfenoberfläche vermieden.
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Die zylinderförmigen Übertragungskörper 4 stehen mit den Klauenflächen 1 b , 2 b in Linienberührung. Bei Verschiebungen der Übertragungskörper 4 zwischen den Klauen 1 und 2 infolge des Wellenversatzes treten immer noch Gleitreibungsverluste auf, die umso größer sind, je stärker der auszugleichende Versatz ist. Die Gleitreibung kann vollständig vermieden werden, wenn anstelle einfacher zylindrischer Rollen Doppelrollen als Übertragungskörper dienen. Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer solchen Doppelrolle. Diese besteht aus einem zylindrischen Mittelteil 4 b mit stirnseitigen axialen Zapfen 4 a . Auf den Zapfen 4 a sind mittels Nadellager 7 Rollen 4 d drehbar gelagert. Das zylindrische Mittelteil 4 b und die zylinderringförmigen Rollen 4 d haben den gleichen Durchmesser. Die Zapfen 4 a reichen axial aus den Bohrungen der Rollen 4 d heraus und dienen zugleich zur Anlage für die Zugmittel. Die Seitenflächen der abtriebseitigen Klaue 2 hat einen vorspringenden mittleren Bereich 2 a , während auf der Seitenfläche der antriebseitigen Klaue 1 der mittlere Bereich zurückspringt. In den den Rollen 4 d entsprechenden Randbereichen der Seitenflächen der Klauen 1, 2 ist es umgekehrt: Die Seitenfläche der Klaue 2 springt in den beiden Randbereichen 2 e zurück, und die Seitenfläche der Klaue 1 springt in den Randbereichen 1 d vor. Das zylindrische Mittelteil 4 b der Doppelrolle kann daher auf dem mittleren Bereich 2 a der Klaue 2 abrollen, während die Rollen 4 d zugleich auf den Randbereichen 1 d der antriebseitigen Klaue 1 abrollen können.
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Fig. 10 zeigt die entsprechende Doppelrolle für das zentral angreifende Zugmittel. Das Mittelteil 4 a trägt nahe ihren Enden flanschartig vorstehende Bereiche 4 b . Von den Stirnseiten der flanschartigen Bereiche 4 b ragen zylinderförmige Ansätze 4 e axial nach außen. Auf ihnen sind mittels Wälzlager 7 die Stützringe 4 d drehbar gelagert. Die antriebseitige Klaue 1 hat zwei parallele vorspringende Bereiche 1 d , auf denen sich die Ringe 4 d abstützen. Die abtreibseitige Klaue 2 hat zwei gegenüber den Bereichen 1 d axial versetzte, vorspringende parallele Bereiche 2 d , auf denen sich die flanschartigen Vorsprünge 4 b abstützen. Durch die in den Fig. 9 und 10 dargestellten Konstruktionen wird erreicht, daß die Übertragungskörper 4 auf den Flächen der beiden Klauen 1, 2 reine Rollbewegungen ausführen und Gleitreibung und Verschleiß im wesentlichen vermieden werden.
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Die in Fig. 11 dargestellte Doppelrolle unterscheidet sich von der Rolle nach Fig. 9 lediglich dadurch, daß auf den aus den Stützringen 4 d herausragenden Zapfen 4 a mittels Wälzlager 7 a Hülsen 8 drehbar gelagert sind. Dadurch wird die bei der Ausführungsform nach Fig. 9 noch auftretende Gleitreibung zwischen dem Zugmittel und Zapfen 4 a durch rollende Reibung ersetzt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 sind die beiden flanschartigen Vorsprünge 4 b nicht mehr wie in der Ausführungsform nach Fig. 10 fest mit dem Mittelteil 4 a verbunden, sondern als Ringe 4 b mittels Wälzlager 7 a auf den Zapfen 4 e drehbar gelagert. Auch bei dieser Ausführungsform sind das Mittelteil 4 a und die Ringe 4 b und 4 d unabhängig voneinander drehbar. Die bei der Ausführungsform nach Fig. 10 auftretende Gleitreibung zwischen dem Mittelteil 4 a und dem das Mittelteil umschlingenden Zugmittel wird hierdurch vermieden. Die in den Fig. 11 und 12 dargestellten Übertragungskörper verursachen daher keinerlei Gleitreibungsverluste und laufen verschleißarm zwischen den Klauen.