DE3543025C2 - Bewegliche Kupplung - Google Patents
Bewegliche KupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine bewegliche Kupplung.
Derartige Ausgleichskupplungen werden überall dort eingesetzt,
wo es gilt, Drehbewegungen von einer Welle auf eine andere bei
relativ geringen Drehmomenten zu übertragen und insbesondere
Winkelversetzungen dieser Wellen auszugleichen.
Eine derartige bewegliche Kupplung ist beispielsweise aus der
US-PS 2 433 791 bekannt. Diese bekannte Kupplung verfügt über
ein kreuzförmiges Mittelteil mit rechtwinklig zueinander ange
ordneten radialen Armen, die in sich transversal erstreckenden
Paaren von gebogenen Federflanschen enden. Auf beiden Seiten
dieses Zwischenteils sind jeweils ein mit einer Welle verbun
denes Klemmglied angeordnet, welches mit einer Art Nut verse
hen ist, in welche die zu diesem Klemmglied weisenden Flansche
des Zwischenteils eingreifen. Die Kanten dieser Nut sind dabei
abgefast.
Bei einer weiteren derartigen Kupplung sind die miteinander zu
verbindenden Wellenenden jeweils drehfest mit einer scheiben
förmigen Kupplungshälfte verbunden, die ihrerseits über eine
Zwischenscheibe drehfest miteinander verbunden sind. Dabei
wird die Winkelversetzung zwischen den Wellen durch eine
Gleitbewegung von kreuzweise auf einer Zwischenscheibe ange
ordneten Kupplungsklauen in dafür vorgesehenen Nuten der
scheibenförmigen Kupplungshälfte ausgeglichen. Da die Klauen
unter Vorspannung in die Nuten der beiden Kupplungshälften
eingesetzt sind, erfolgt die Drehübertragung trotz Winkelver
setzungen der Wellen spielfrei. Es können aber auch im be
grenzten Umfang, nämlich entsprechend der Länge der Kupplungs
klauen axiale Versetzungen der Wellen durch diese Ausgleichs
kupplung aufgenommen werden, wobei der spielfreie Ausgleich
axialer Wellenversetzungen in starkem Maße von der Vorspannung
der Kupplungsklauen abhängt.
Diese bewegliche Kupplung wird beispielsweise zum Anschluß ei
nes Inkrementalgebers an einen Servomotor oder auch zum An
schluß eines Schrittmotors an Kugelrollspindeln verwendet, wo
bei die einfache Steckbarkeit der klauentragenden Zwischen
scheibe die Montage und Demontage dieser Ausgleichskupplung
wesentlich vereinfacht.
Nachteilig ist es jedoch, daß die bewegten, nämlich gegenein
ander gleitenden Kupplungsteile aufgrund der Klauenvorspannung
einer relativ großen Reibbelastung ausgesetzt sind, so daß be
reits nach kurzem Einsatz dieser Ausgleichskupplung die Gleit
flächen so stark abgenützt sind, daß die Kupplungsteile die
Antriebskraft nicht mehr spielfrei übertragen können. Sobald
diese Kupplung nur noch unter Spiel arbeitet, ist eine präzise
Übertragung von Drehbewegungen nicht mehr gegeben, so daß es
gerade beim Einsatz in Zusammenhang mit Inkrementalgebern oder
beim Antrieb von Kugelrollspindeln zu Übermittlungsfehlern
bzw. zu Steuerfehlern kommt.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Kupplung besteht darin,
daß die miteinander zu verbindenden Wellen stark torsionsbean
sprucht sind, da der Ausgleich des Winkelversatzes der Wellen
in Abständen von einer Viertelumdrehung der Kupplung durch
Gleitausgleich der gegeneinander bewegbaren Kupplungsteile er
folgt. Besonders kritisch ist die Torsionsbelastung für dünne
Kunststoffwellen, die aus Gründen der Gewichts- oder Kostener
sparnis in den bevorzugten Einsatzgebieten für diese Aus
gleichskupplung verwendet werden.
Eine Kupplung des letzteren Typs ist beispielsweise aus der
JP 57-5532 U bekannt. Bei dieser bekannten Kupplung ist zudem die
Breite der Nut in der mit dem Wellenende verbundenen Kupp
lungshälfte kleiner als die größte Breite der gespreizten, auf
der Zwischenscheibe befindlichen Klaue im entspannten Zustand.
Eine weitere Kupplung des letzteren Typs ist ferner aus der
EP 0 114 895 bekannt, bei der die Stirnfläche der Zwischenscheibe
im Bereich der Klauenbasis parallel zur Klauenteilung verlau
fende Ausnehmungen besitzt.
Aus der Bremsen betreffenden US-PS 1 702 407 ist zudem be
kannt, daß man die Stirnflächen einer Zwischenscheibe einer
Kupplung so abschrägen kann, daß sie bei großem Knickwinkel an
der gegenüberliegenden Kupplungshälfte zur Anlage kommt.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Kupplung mit Beweglichkeit der gekup
pelten Wellen zu schaffen, die auch nach längerem Einsatz noch
eine spielfreie Drehverbindung der Wellen gewährleistet, und
zwar auch dann, wenn ein größerer Winkelversatz der Wellen
vorliegt.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Kupplungshälften,
Nut und gespreizter Klaue wird erreicht, daß der Berührungsbe
reich zwischen Nut und Klaue auf ein Minimum reduziert wird.
Der Berührungsbereich ist erfindungsgemäß praktisch auf zwei
Gleitlinien zwischen Nut und Klaue reduziert. Demgemäß findet
Reibung zwischen Nut und Klaue auch nur entlang dem Linienkon
takt zwischen diesen beiden Teilen statt. Dies hat zur Folge,
daß die Reibbelastung der beweglichen Kupplungsteile im Ver
gleich zum Stand der Technik wesentlich herabgesetzt ist. Die
Standzeit der erfindungsgemäßen Kupplung ist somit ungleich
höher als diejenige der bekannten Kupplungen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung ist darin
zu sehen, daß die den Winkelversatz der Wellen ausgleichende
Gleitbewegung der beweglichen Kupplungsteile aufgrund der
stark reduzierten Reibung zwischen diesen Teilen nicht erst
nach einer viertel Umdrehung wie bei der Kupplung nach dem
Stand der Technik, sondern bereits früher einsetzt. Dadurch
werden auch die Wellen wesentlich weniger stark
torsionsbelastet. Außerdem erfolgt die Drehübertragung
wesentlich weicher, so daß auch an die Wellen angeschlossene
Aggregate weniger stark belastet werden.
Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen
Ausgleichskupplung besteht darin, daß sie quer zur Gleitebene
von Klaue und Nut eine begrenzte Knickbewegung zuläßt, mit
welcher vor allen Dingen ein größerer Winkelversatz der Wellen
von der Kupplung auf genommen werden kann. Innerhalb durch den
Knickwinkel vorgegebener Grenzen wirkt die erfindungsgemäße
Kupplung auf ihren in Kreuzform angeordneten Klauen als
kardanisches Gelenk. Im Extremfall sind die zur Klauenteilung
parallelen Kanten der Klauen nicht nur angefast oder abge
rundet, sondern die vordere Klauenfrontinsgesamt als Zylinder
fläche ausgebildet.
Als freier Knickwinkel sei derjenige Winkel zwischen Nut und
Zwischenscheibe bezeichnet, bei dessen Ausnutzung es gerade
eben noch nicht zu einer Vergrößerung des Berührungsbereiches
zwischen dem Klauenprofil und der Nutenkontur kommt. Vorteil
hafterweise wird der Knickwinkel durch eine spezielle Ausbil
dung der Stirnflächen der Zwischenscheibe sowie der Stirn
flächen der gegenüberliegenden Kupplungshälfte begrenzt. Dabei
ist vorzugsweise die Zwischenscheibe quer zur Klauenteilung
dachförmig so abgeschrägt, daß sie bei größtmöglicher zu
lässiger Abknickung an der Stirnfläche der jeweils gegenüber
liegenden Kupplungshälfte zum Anschlag kommt, bevor der
Berührungsbereich zwischen Klaue und Profil und Nutkontur
über den Gleitlinienkontakt hinaus vergrößert wird.
Um den soeben definierten größten Knickwinkel ausnutzen zu
können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Übergangs
kanten zwischen Nut und Stirnfläche der Kupplungshälfte an
zufasen oder abzurunden. Alternativ hierzu ist es vorzugsweise
vorgesehen, in den Stirnflächen der Zwischenscheibe, und
zwar im Bereich der Klauenbasis, Auskehlungen vorzusehen, die
parallel zur Klauenteilung verlaufen. Durch die beiden zueinan
der alternativen Maßnahmen wird erreicht, daß bei voll in die
Nut eingefahrener Klaue, also bei minimaler axialer Versetzung
der Wellen, die Übergangskanten zwischen Nut und Stirnfläche
der Kupplungshälfte die Knickbewegung nicht blockieren.
Klauenprofil und Nutkontur sind im wesentlichen vorzugsweise
ebene Flächen, wobei der Nutquerschnitt rechteckig gehalten
ist. Die Nut kann jedoch auch als keilförmige Ausnehmung aus
gebildet sein, wenn mit der erfindungsgemäßen Kupplung ein
Axialspiel der Wellen auszugleichen ist. Bei der keilförmigen
Nut wird erreicht, daß die beiden Wellenenden axial gegeneinan
der verspannt sind und axiales Spiel damit ausgeglichen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Nutkontur sieht es
vor, diese im Berührungsbereich mit der Klaue schalenförmig
auszubilden, vorzugsweise zylinderschalenförmig.
Ein weiterer Vorteil der Anfasung oder Abrundung des freien
Klauenendes besteht in der leichten Einführbarkeit der
gespreizten Klaue in die Nut, deren lichte Breite kleiner ist
als die größte Breite der gespreizten Klaue im entspannten
Zustand.
Vorzugsweise ist als radiale Klauenteilung ein zur Klauenbasis
gerichteter Keilschlitz in der Klaue eingebracht. Dieser im
Querschnitt V-förmige Schlitz ist nicht zuletzt günstig für
eine Großserienfertigung der erfindungsgemäßen Kupplung.
Der auf zwei Gleitlinien reduzierte Bewegungsbereich zwischen
Klaue und Nut macht vorteilhafterweise jeden Einsatz eines
Schmiermittels zwischen diesen beiden bewegten Kupplungsteilen
überflüssig.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung besteht
darin, daß diese ohne Einsatz von Werkzeugen ein-und ausge
baut werden kann, nicht zuletzt deshalb, weil das freie, angefaste
Klauenende ohne die Verwendung von Spannwerkzeugen in die
Nut einführbar ist.
Weiterhin ist es vorteilhafterweise vorgesehen, Zwischen
scheibe und Kupplungsklauen mit einer gemeinsamen Axialbohrung
zu versehen, die sich mindestens vom freien Klauenende bis in
den Bereich der Zwischenscheibenstirnflächen erstreckt. Diese
Axialbohrung wird im Durchmesser größer gewählt als der
Außendurchmesser der miteinander zu verbindenden Wellenenden,
um die Knickbewegung der Wellenenden bzw. der Zwischenscheibe
gegenüber den Kupplungshälften nicht zu behindern. Der Vorteil
der Axialbohrung besteht darin, daß für die Ausgleichskupplung
praktisch keinerlei axiale Baulänge berücksichtigt werden muß,
da die Wellenenden bis auf einen die Kippbewegung der Wellen
noch zulassendes Maß innerhalb der Kupplung aneinandergeführt
sein können.
Sowohl fertigungstechnisch als auch zugunsten einer weiteren
Herabsetzung der Reibung ist es vorteilhaft, die Zwischen
scheibe und die Kupplungsklauen einstückig als Spritzgußteil
aus Kunststoff auszubilden. Als Kunststoffmaterial eignet
sich in besonderem Maße ein Polyacetal.
Die beiden Kupplungshälften sind vorteilhafterweise aus Metall
hergestellt, sie können aber auch aus Kunststoffspritz
teilen bestehen. Der Anschluß zwischen Kupplungshälften und
Wellen erfolgt in an sich bekannter Weise, beispielsweise
durch eine Schraubverbindung. Dabei ist es vorgesehen, die
Schraubverbindung durch eine Klemmschraube herzustellen, die
in eine radial verlaufende Gewindebohrung der jeweiligen
Kupplungshälften eingesetzt und gegen die Wellenoberfläche
geschraubt ist. Eine besonders preisgünstige Verbindung
zwischen Welle und Kupplungshälfte zeichnet sich dadurch
aus, daß in der Kupplungshälfte eine Paßbohrung vorgesehen
ist, die einen axialen Schlitz aufweisen kann, in welche die
Welle spiel frei einsetzbar und durch Klemmverbindung gehal
tert ist.
In den Schutzumfang der erfindungsgemäßen Kupplung ist selbst
verständliche auch die kinetische Umkehr dieser Kupplungsart
mit eingeschlossen. Das heißt, daß die Klauen statt an der
Zwischenscheibe auch an den beiden Kupplungshälften ausge
bildet sein können. In diesem Fall trägt die Zwischenscheibe
zwei kreuzförmig zueinander angeordnete Nuten. Die Kupplungs
scheibe kann auch an einer Stirnseite mit Kupplungsklauen
und der anderen mit einer Kupplungsnut versehen sein. In diesem
Fall ist die eine Kupplungshälfte mit einer Nut und die andere
mit entsprechenden Kupplungsklauen versehen.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung näher erläutert
werden; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene
Darstellung der mit Kupplungs
klauen versehenen zwischenscheibe
im ausgebauten Zustand;
Fig. 2 die Kupplungsscheibe mit Klauen
von Fig. i, wobei die gespreizten
Klauen in die Nut einer Kupplungs
hälfte eingesetzt sind und
Fig. 3 die Anordnung von Fig. 2, wobei
Zwischenscheibe und Kupplungs
hälfte zueinander winkelversetzt
sind.
Die in Fig. 1 dargestellte Zwischenscheibe 10 dient der
drehfesten Verbindung zweier Kupplungshälften, die ihrerseits
drehfest mit Wellen verbunden sind, die mehr oder weniger
stark radial gegeneinander versetzt sind. Von den beiden an
die nicht dargestellten Wellen angeschlossenen Kupplungs
hälften ist in den Fig. 2 und 3 jeweils nur eine teilweise
dargestellt. Diese Kupplungshälfte weist eine Paßbohrung 7 zur
Aufnahme des Wellenendes auf.
An jeder der beiden Stirnseiten der Zwischenscheibe 10 sind
radial verlaufend und axial vorstehend Kupplungsklauen 23
bzw. 21, 22 ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
trägt jede Stirnfläche der Zwischenscheibe 10 jeweils ein Paar
von Kupplungsklauen, die radial innenliegend eine Durchgangs
bohrung 12 umschließen, die dazu dient, die nicht dargestellten
Wellenenden bis in den Bereich der Zwischenscheibe 10 in die
Kupplung einzusetzen.
Jedes der Klauenpaare 21, 22 bzw. 23 ist durch einen Keil
schlitz 27 radial geteilt und elastisch gespreizt ausgebildet.
Zwischenscheibe und Klauen bilden ein einstückiges Spritzguß
teil aus POM-Kunststoff. Die Klauenpaare sind jeweils parallel
zueinander ausgerichtet und liegen im wesentlichen senkrecht
zum Klauenpaar auf der gegenüberliegenden Stirnfläche der
Zwischenscheibe 10.
In der Kupplungshälfte 5 in Fig. 2 und 3 ist ein Nut 30 ausge
bildet, in welche die Zwischenscheibe 10 mit ihrem Klauen
paar 23 im eingebauten Zustand eingesetzt ist. Im eingebauten
Zustand greifen die radial geteilten und elastisch gespreizten
Klauen unter Spannung in die Nut 30 ein. Dabei ist von
entscheidender Bedeutung, daß die radial und axial außenlie
genden zur Klauenteilung parallelen Kanten 25 und 26 lediglich
in Linienkontakt mit der Kontur der Nut 30 stehen. Dieser
Linienkontakt wird dadurch ermöglicht, daß die lichte Breite
der Nut 30 kleiner ist als die größte Breite der gespreizten
Klaue 23 im entspannten Zustand, wobei die Klauen im Bereich
der Kanten 25, 26 zusätzlich angefast sind. Dadurch wird
nämlich erreicht, daß der Berührungsbereich zwischen dem
Klauenprofil und der Nutkontur im wesentlichen auf zwei zur
Klauenteilung parallelen Gleitlinien reduziert ist, die über
einstimmen mit den Kanten 28 und 29, die durch Anfasung der
Klauenkanten 25 und 26 erzeugt sind.
Die durch das Klauenpaar 23 unterbrochene Stirnfläche 11, 11′
der Zwischenscheibe 10 ist dachförmig derart abgeschrägt, daß
sie bei größtmöglicher Abknickung der Zwischenscheibe 10 an
der Stirnfläche 6 oder 6′ der gegenüberliegenden Kupplungs
hälfte 5 zum Anschlag kommt in Fig. 3 an der Stirnfläche 6.
Auskehlungen 24, 24′ verlaufen im Bereich der Klauenbasis
parallel zur Klauenteilung auf der Stirnfläche 11, 11′. Dadurch
wird erreicht, wie aus Fig. 3 ersichtlich, daß der Knickwinkel
der Scheibe 10 mit Bezug auf die Kupplungshälfte 5 bis zum
gegenseitigen Anschlag der Scheibenstirnfläche 11 und der
Kupplungshälftenstirnfläche 6 voll ausgenützt werden kann,
ohne daß die Längskante 31 am Ausgang der Nut 30 zur Blockie
rung der Zwischenscheibe 11 führt. Alternativ zu den Aus
kehlungen 24, 24′ können die beiden Längskanten 31, 32′ am
Ausgang der Nut der Kupplungshälfte 5 abgerundet oder ange
fast ausgebildet sein.
Claims (7)
1. Kupplung mit Beweglichkeit der gekuppelten Wellen gegen
einander, vor allem für radiale Versetzungen, bei der
die miteinander zu verbindenden Wellenenden jeweils dreh fest eine scheibenförmige Kupplungshälfte (5) tragen, die ihrerseits über eine Zwischenscheibe (10) drehfest mit einander verbunden sind,
an den Stirnseiten der Zwischenscheibe (10) radial ver laufend und axial vorstehend, radial geteilte elastisch gespreizte Klauen (21, 22, 23) ausgebildet sind, die je weils auf einer Stirnfläche der Zwischenscheibe (10) parallel zueinander und im wesentlichen senkrecht zu der oder den Klauen (21, 22, 23) auf der gegenüberliegenden Stirnfläche der Zwischenscheibe (10) verlaufen und unter Spannung in eine Nut (30) eingreifen, die in der jeweils zugeordneten Kupplungshälfte (5) ausgebildet ist,
die radial und axial außen liegenden, zur Klauenteilung parallelen Kanten (25, 26) der Klauen (21, 22, 23) ange fast oder abgerundet sind,
die lichte Breite der Nut (30) kleiner ist als die größte Breite der gespreizten Klaue im entspannten Zustand, und
bei der die Kontur der Nut (30) und das Profil der Klaue (21-23) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Eingriff der Klaue (21-23) in die Nut (30) der Berührungsbereich zwischen beiden Teilen zumindest im wesentlichen auf zwei Gleitlinien reduziert ist.
die miteinander zu verbindenden Wellenenden jeweils dreh fest eine scheibenförmige Kupplungshälfte (5) tragen, die ihrerseits über eine Zwischenscheibe (10) drehfest mit einander verbunden sind,
an den Stirnseiten der Zwischenscheibe (10) radial ver laufend und axial vorstehend, radial geteilte elastisch gespreizte Klauen (21, 22, 23) ausgebildet sind, die je weils auf einer Stirnfläche der Zwischenscheibe (10) parallel zueinander und im wesentlichen senkrecht zu der oder den Klauen (21, 22, 23) auf der gegenüberliegenden Stirnfläche der Zwischenscheibe (10) verlaufen und unter Spannung in eine Nut (30) eingreifen, die in der jeweils zugeordneten Kupplungshälfte (5) ausgebildet ist,
die radial und axial außen liegenden, zur Klauenteilung parallelen Kanten (25, 26) der Klauen (21, 22, 23) ange fast oder abgerundet sind,
die lichte Breite der Nut (30) kleiner ist als die größte Breite der gespreizten Klaue im entspannten Zustand, und
bei der die Kontur der Nut (30) und das Profil der Klaue (21-23) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Eingriff der Klaue (21-23) in die Nut (30) der Berührungsbereich zwischen beiden Teilen zumindest im wesentlichen auf zwei Gleitlinien reduziert ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnflächen (11) der Zwischenscheibe (10) dem
freien Knickwinkel dieser Scheibe gegenüber der Nut (30)
entsprechend parallel zur Klauenteilung dachförmig so ab
geschrägt sind, daß sie bei größtmöglicher Abknickung der
Zwischenscheibe (10) an der Stirnfläche (6) der jeweils
gegenüberliegenden Kupplungshälfte (5) gerade zum An
schlag kommen.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Stirnflächen (11) der Zwischenscheibe (10)
im Bereich der Klauenbasis parallel zur Klauenteilung
verlaufende Auskehlungen (24, 24′) oder Ausnehmungen
vorgesehen sind.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nut (30) über angefaste oder abgerundete Längs
kanten (31, 32) in die Stirnfläche der Kupplungshälfte (5)
übergeht.
5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klauenteilung als zur Klauenbasis gerichteter
Keilschlitz (27) ausgebildet ist.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch
einen die Zwischenscheibe (10) und die Klauen (21-23) im
wesentlichen vollständig durchsetzende Axialbohrung (12),
deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser
der Wellenenden, so daß bei in den Bereich der
Klauen (21-23) und/oder der Zwischenscheibe (10) hinein
ragenden Wellenenden die Knickbewegung der Zwischenschei
be (10) nicht behindert ist.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenscheibe (10) und die Kupplungsklau
en (21-23) einstückig als Spritzgußteil aus Kunststoff,
vor allem aus einem Polyacetal (POM) ausgebildet sind.
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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DE3543025A1 DE3543025A1 (de) | 1986-07-17 |
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ID=6260056
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