DE4340030C1

DE4340030C1 - Ausgleichskupplung zum Kuppeln zweier Wellen

Info

Publication number: DE4340030C1
Application number: DE19934340030
Authority: DE
Original assignee: IEF Werner GmbH
Current assignee: IEF Werner GmbH
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2013-11-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichskupplung zum Kuppeln zweier Wellen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Kupplungen werden benötigt, um ganz allgemein zwei Wellen miteinander drehfest zu verbinden. Sie müssen in der Lage sein, temperaturbedingte Längenänderungen, Exzentrizi täten und Winkelabweichungen innerhalb gewisser Grenzen auszugleichen. Speziell finden derartige Ausgleichskupplun gen Anwendung in parallel gekoppelten Linearantrieben, wie sie beispielsweise in der DE-GM 88 06 099 beschrieben sind. So ist einerseits eine Verbindung herzustellen zwischen dem Abtriebszapfen des dem Antriebsmotor nachgeschalteten Unter setzungsgetriebes und der Kupplungswelle und andererseits zwischen der Kupplungswelle und dem Antriebsritzel für die Parallelführung.

Bis lang wurden für derartige Kupplungsaufgaben Metallbalg- oder Lamellenkupplungen verwendet, die in der Lage sind die temperaturbedingten Längenänderungen in axialer Richtung auszugleichen sowie Winkelabweichungen und seitlichen Ver satz der zu kuppelnden Wellen innerhalb gewisser Grenzen zu tolerieren.

Eine solche Ausgleichskupplung in Form einer Lamellenkupp lung ist beispielsweise aus der DE 38 40 728 A1 bzw. aus dem Datenblatt "Ausgleichskupp lung ASK" der Firma VMA-NC Meß- und Antriebstechnik GmbH bekannt. Es zeigt einen hohlzylinderartigen Kupplungskörper, der mit versetzt zueinander angeordneten Einschnitten im Mittenbereich versehen ist, so daß Lamellen entstehen. Jeweils endseitig sind Klemmorgane angebracht, mit deren Hilfe die zu koppelnden Wellen verdrehfest mit dem Kupp lungskörper verbunden werden. Die Klemmorgane sind im kon kret wiedergegebenen Fall als Klemmnaben ausgeführt, in welcher die Wellen mittels Klemmschrauben fixiert werden. Die Einschnitte erlauben eine elastische Deformation des Kupplungskörpers, wobei ein Wellenversatz in axialer, late raler (Exzentrizität) und angularer (Winkelabweichung) Hinsicht möglich ist.

Derartige Ausgleichskupplungen unterliegen einer starken mechanischen Beanspruchung, insbesondere bei hohen Drehzah len, da zum Ausgleich des Wellenversatzes eine umlaufende Deformation hoher Frequenz erfolgen muß. So besteht die Gefahr, daß bei einem Überschreiten des zulässigen Versatzes und/oder nach längerem Gebrauch die Lamellen zerstört wer den. Wegen der hohen Drehzahlen treten starke Zentrifugal kräfte auf, so daß im Falle eines Bruchs des Kupplungskör pers einzelne Bestandteile weggeschleudert werden und somit ein großes Gefahrenpotential darstellen.

Aus der DE-GM 18 93 347 ist eine Ausgleichskupplung mit einem Wellrohr bekannt, bei dem zwischen zwei zu verbinden den, nicht fluchtenden Achsen eine Zwischenwelle vorgesehen ist, die mit Hilfe von Kugelgelenken jeweils innerhalb des Wellrohres gelagert ist. Diese verleihen den Wellrohrkupp lungen die geforderte Steifigkeit. Auch entlasten die Kugel gelenke die Wellrohre dahingehend, daß sie einen Teil der Kraftübertragung übernehmen. Der hierfür erforderliche konstruktive Aufwand ist jedoch beträchtlich, da innerhalb des Wellrohres ein vollständiges Kugelgelenk, bestehend aus Kugelpfanne und darin geführtem Kugelkopf, integriert werden muß.

Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, eine Aus gleichskupplung der eingangs genannten Art derart weiterzu entwickeln, daß sie die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere soll sie unter Beibehaltung der erläuterten Eigenschaften eine erhöhte Sicherheit gewährlei sten.

Gelöst wird dieses Problem mit einer Ausgleichskupplung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausge staltungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Die Erfindung basiert auf der Grundidee, im Inneren des Kupplungskörpers ein zusätzliches Führungselement vorzuse hen, das die fliehkraftbedingte radiale Auslenkung des Kupplungskörpers begrenzt und das im Falle eines Lamellen bruchs die beiden Fragmente mechanisch zumindest so lange sicher führt, bis der Antrieb stillgesetzt ist.

In der konkreten Realisierung dieser Grundidee ist eine, der einen Kupplungsseite zugeordnete Führungshülse mit einem flanschartigen Führungs-Ringsteg vorgesehen, in welche ein Führungsstift eingreift, der der anderen Kupplungsseite zugeordnet ist. Der Führungsstift liegt hierbei am Führungs- Ringsteg an. Auf diese Weise ist es möglich, einen Wellen versatz in den drei angesprochenen Richtungen auszugleichen und dennoch eine Führung zu realisieren, die unabhängig von der Übertragung des Drehmoments ist. Im Falle des Versagens der Drehmomentenübertragung, d. h. bei einer Beschädigung oder einem Bruch des Kupplungskörpers, verbleibt eine mecha nische Verbindung zwischen den beiden gekoppelten Wellen, so daß eine übermäßige Auslenkung der Kupplungsstelle ver mieden und ein Wegschleudern von Bruchstücken infolge einer erhöhten Zentrifugalkraft vermieden werden kann.

Weitere, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zielen auf die Gestaltung des Führungsorgans selbst ab. So ist der Kontaktbereich des Führungs-Ringstegs konvex gestaltet, so daß der hieran anliegende Führungsstift unabhängig von der Ausrichtung in bezug auf die Führungshülse lediglich Linien berührung besitzt. In diesem Bereich kann der Führungs-Ring steg gehärtet ausgeführt sein, um eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten.

Bevorzugt ist der Führungsstift nicht unmittelbar, sondern über eine Aufnahmehülse im Kupplungskörper gelagert. Dies hat fertigungsbedingte Vorteile, insbesondere wenn der Führungsstift mittels Preßpassung in die Aufnahmehülse eingesetzt ist. Zusätzlich kann der Führungsstift selbst zumindest teilweise hohl ausgeführt und mit einem innenlie genden Montagegewinde versehen sein, so daß der Führungs stift bei Bedarf aus der Aufnahmehülse mittels einer in das Montagegewinde einschraubbaren Montagehilfe herausgezogen werden kann. Die Führungs- und die Aufnahmehülse sind beab standet zueinander angeordnet, d. h., sie berühren einander nicht. Auf diese Weise kann ein axialer Längenausgleich infolge von Temperaturänderungen ungehindert erfolgen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind auf die Gestaltung der Klemmorgane für die zu kuppelnden Wellen gerichtet und erhöhen zusätzlich die Sicherheit.

Bevorzugt ist das einer Hohlwelle zugewandte Klemmorgan als Spreizhülse endseitig am Kupplungskörper integriert ange formt. Sie ist auf den Innendurchmesser der Hohlwelle abge stimmt und kann vollständig eingeschoben werden. Innerhalb der Spreizhülse ist ein Spannkonus axial verschiebbar gela gert, der über eine Spannschraube betätigbar ist und die Spreizhülse kraftschlüssig zur Anlage an die Innenwandung der Hohlwelle preßt. Die ebenfalls koaxial verlaufende Spannschraube ist mit einer Gewindebohrung der Spreizhülse im Eingriff und stützt sich an der Führungshülse ab.

Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Übergang vom Kupplungskörper zur Hohlwelle durchgehend, d. h. ohne Absatz, zu gestalten. Ein derartiger, glatter Übergang reduziert erheblich die Verletzungsgefahr im Falle einer unbeabsich tigten Berührung.

Das einer Vollwelle zugewandte Klemmorgan ist bevorzugt als Klemmnabe ausgeführt, wozu der Kupplungskörper endseitig lediglich durchgehend mit einem Schlitz versehen ist. Die Klemmwirkung kann durch tangential verlaufende Klemmschrau ben realisiert sein, wobei Ausnehmungen in der Klemmnabe angebracht sind, in welcher die Klemmschrauben so weit versenkt eingesetzt sind, so daß sie die Umfangskontur des Kupplungskörpers nicht überragen. Dies erhöht weiterhin die Sicherheit einer derartigen Kupplung.

Der Kupplungskörper und die Klemmorgane sind bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Damit gelingt es, ein Torsionselement zu realisieren, welches vergleichsweise starr, jedoch aus reichend flexibel ist, um Winkel- und/oder axialen Versatz auszugleichen. Die Teile des Führungsorgans hingegen sind in Stahl ausgeführt, um eine ausreichende Steifigkeit in diesem Bereich zu realisieren. Stahl eignet sich deshalb, da die Auslenkung infolge der Fliehkräfte bei höheren Drehzahlen kleingehalten werden kann. Dies ermöglicht eine Auslegung für hohe Drehzahlen.

Fertigungstechnisch ist es besonders vorteilhaft, die Füh rungs- und die Aufnahmehülse mit dem Kupplungskörper zu verkleben.

Die Erfindung wird nachstehend näher anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Ausgleichskupplung mit gekuppelter Hohlwelle und gekuppelter Vollwelle im Längsschnitt,

Fig. 2 Einzelheit "X" aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 Einzelteile der Kupplung gemäß Fig. 1 nach Art einer Explosionsdarstellung.

Ein Kupplungskörper 10 ist als hohlzylindrischer Körper gestaltet. Er trägt in einem in etwa mittig gelegenen Axial abschnitt Einschnitte 11, die versetzt zueinander angeordnet sind. Die zwischen den Einschnitten 11 verbleibenden Ab schnitte stellen Lamellen 12 dar. Sie erlauben die Deforma tion des Kupplungskörpers 10 bei den eingangs beschriebenen Arten eines möglichen Wellenversatzes. Über den Kupplungs körper 10 wird das Drehmoment übertragen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist links eine Vollwel le 99 angedeutet, die beispielsweise die Abtriebswelle eines mit einem Antriebsmotor gekoppelten Getriebes ist. Diese soll über die Ausgleichskupplung mit einer Hohlwelle 98 gekoppelt werden.

Im Inneren des Kupplungskörpers 10 ist ein Führungsstift 60 in einer Aufnahmehülse 50 eingesetzt. Die Durchmesser von Aufnahmehülse 50 und Führungsstift 60 sind derart auf einan der abgestimmt, daß ein paßgenauer Sitz gegeben ist. Der Führungsstift 60 besitzt deshalb eine Durchgangsbohrung, in der zumindest teilweise ein Montagegewinde 61 als Innenge winde eingeschnitten ist. Hierdurch ist es möglich, den Führungsstift 60 mittels einer Montagehilfe, die nach Art einer Schraube in das Montagegewinde 61 einsetzbar ist, bei Bedarf aus der Aufnahmehülse 50 herauszuziehen.

Der Führungsstift 60 greift in das Innere einer Führungshül se 40 ein, die koaxial zur Aufnahmehülse 50, jedoch axial beabstandet am Kupplungskörper 10 befestigt ist. Die Füh rungshülse 40 ist der Kupplungsseite zugeordnet, an der die Hohlwelle 98 befestigt ist. Damit sind die Aufnahmehülse 50 und die Führungshülse 40 jeweils einer Kupplungsseite zuge ordnet, und es ist eine mechanische Führung innerhalb des Kupplungskörpers 10 realisiert, die eine fliehkraftbedingte Auslenkung wirksam begrenzt und damit die kritische Dreh zahl, bei der Eigenresonanz entstehen kann und die zum Bruch der Ausgleichskupplung führen könnte, erheblich heraufge setzt. Selbst bei einem mechanischen Bruch der Kupplung wird wirksam verhindert, daß Bestandteile der Kupplung abge schleudert werden.

Um den gewünschten Ausgleich eines Wellenversatzes zu ermög lichen, weist die Führungshülse 40 einen Führungs-Ringsteg 41 auf, durch den der Führungsstift 60 hindurchgeführt und zur linienförmigen Anlage gebracht ist. Ein korrespondieren der Anlagebereich 42 des Führungs-Ringstegs 41 ist deshalb gekrümmt, und zwar konvex verlaufend gestaltet, so daß die relative Winkellage zwischen dem Führungsstift 60 und der Führungshülse 40 in weiten Grenzen variabel ist, ohne daß die Umlaufbewegung der Kupplung behindert ist. Der Anlagebe reich 42 stellt somit eine Lauffläche für den Führungsstift 60 dar und ist aus diesem Grunde gehärtet ausgeführt.

Zur Aufnahme der Hohlwelle 98 ist an der hierfür vorgesehe nen Kupplungsseite der Kupplungskörper 10 mit einer Spreiz hülse 19 versehen, die einstückig angeformt ist. Im Inneren der Spreizhülse 19 ist koaxial verschieblich ein Spannkonus 20 eingesetzt. Dieser kann über eine Spannschraube 30 betä tigt, d. h. axial verfahren werden und preßt die Spreizhülse gegen die Innenwandung der Hohlwelle 98. Die erzielbare Spannkraft ist so groß, daß das maximal vorgesehene Drehmo ment kraftschlüssig übertragen wird. Die hierfür erforderli che axiale Vorspannkraft für den Spannkonus wird durch die Spannschraube 30 erzeugt, die in ein koaxial durchgehendes Innengewinde 21 des Spannkonus 20 eingreift. Die Spann schraube 30 stützt sich an der Führungshülse 40 ab, wobei sie im Inneren der Führungshülse 40 eingesetzt und durch die Öffnung des Führungs-Ringstegs 41 hindurch zugänglich ist.

An der gegenüberliegenden Kupplungsseite ist ein Axialab schnitt des Kupplungskörpers 10 als Spannabe 15 ausgeführt. Zu diesem Zweck ist der betreffende Axialabschnitt ein schließlich der darin eingesetzten Aufnahmehülse 50 mit einem zentralen, radial durchgehenden Schlitz versehen, so daß zwei Nabenhälften entstehen. Die Welle 99 wird darin eingeführt und kommt zur Anlage an einen Axialabschnitt der Aufnahmehülse 50. Die Klemmwirkung wird durch zwei tangen tial verlaufend eingesetzte Klemmschrauben erzielt, die in entsprechende Gewindebohrungen 16 eingreifen. Hier nicht näher dargestellt sind Ausnehmungen in der gegenüberliegen den Nabenhälfte, so daß die Klemmschrauben versenkt, d. h. innerhalb der Umfangslinie des Kupplungskörpers 10 einge setzt sind. Somit weist die Kupplung als solche keinerlei überstehende Teile auf, so daß die Verletzungsgefahr mini miert ist.

Die Bestandteile, die das Führungsorgan darstellen, sind aus Stahl gefertigt. Es sind dies der Führungsstift 60 sowie die Aufnahmehülse 50 und die Führungshülse 40. Im Falle der Führungshülse 40 ist es auf einfache Art und Weise möglich, den Anlagebereich 42 für den Führungsstift 61 zu härten. Außerdem wird hierdurch verhindert, daß sich die Spann schraube 30, und damit der Spannkonus 20, lockern, wie dies anderenfalls bei der Verwendung von Aluminium unbeabsichtigt geschehen könnte.

Die Aufnahmehülse 50 als eigenständiges Bauteil hat zusätz lich den Vorteil, bei Bedarf ausgetauscht zu werden, um beispielsweise eine Anpassung an verschiedene Wellendurch messer zu ermöglichen.

Der Kupplungskörper 10 einschließlich der angeformten Spreizhülse 19 und dem Spannkonus 20 sind in bewährter Weise aus Aluminium gefertigt. Dieses Material verleiht bei der gewählten Formgebung einerseits eine ausreichende Nachgie bigkeit, um den Wellenversatz auszugleichen, andererseits ist es ausreichend steif, um die auftretenden Torsionskräfte zu übertragen.

Die Führungshülse 40 und die Aufnahmehülse 50 sind in den Kupplungskörper 10 eingeklebt, so daß sie bei der Montage ausreichend fixiert sind und nicht herausfallen können.

Die Ausgleichskupplung eignet sich nicht nur für den be schriebenen Fall einer Übertragung von Drehmomenten bei mechanischen, synchronisierten Antrieben zweier parallel angeordneter, hoch präziser Linearachsen, sondern ganz allgemein für eine Vielzahl von Kupplungsverbindungen.

Bezugszeichenliste

10 Kupplungskörper
11 Einschnitt
12 Lamelle
15 Klemmnabe
16 Gewindebohrungen
19 Spreizhülse
20 Spannkonus
21 Gewindebohrung
30 Spannschraube
40 Führungshülse
41 Führungs-Ringsteg
42 Anlagebereich
50 Aufnahmehülse
60 Führungsstift
61 Montagegewinde
98 Hohlwelle
99 Vollwelle

Claims

1. Ausgleichskupplung zum Kuppeln zweier Wellen, insbeson dere für parallel gekoppelte Linearantriebe, mit einem hohlzylinderartigen Kupplungskörper, der jeweils endsei tig Klemmorgane zum verdrehfesten Anbringen an den zu kuppelnden Wellen aufweist und mit versetzt zueinander, in einem zentralen Axialabschnitt angeordneten Ein schnitten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kupplungskörpers (10) ein Führungsorgan integriert ist, das aus einer der einen Kupplungsseite zugeordneten Führungshülse (40) mit einem flanschartigen Führungs-Ringsteg (41) und einem der anderen Kupplungs seite zugeordneten Führungsstift (60) besteht, wobei der Führungsstift (60) am Führungs-Ringsteg (41) anliegend axial in die Führungshülse (40) hineinragt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungs-Ringsteg (41) im Längsschnitt einen kon vexen Konturverlauf im Anlagebereich (42) des Führungs stifts (60) besitzt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungs-Ringsteg (41) im Anlagebereich (42) des Führungsstifts (60) gehärtet ist.

4. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial und beabstandet zur Füh rungshülse (40) eine Aufnahmehülse (50) für den Füh rungsstift (60) in den Kupplungskörper (10) eingesetzt ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (60) mit Preßpassung in die Aufnahme hülse (50) eingesetzt ist.

6. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (60) zumindest teilweise hohl ausgeführt und mit einem innenliegenden Montagegewinde (61) versehen ist.

7. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das einer Hohlwelle (98) zugewandte Klemmorgan eine endseitig am Kupplungskörper (10) ange formte Spreizhülse (19) ist, an der innenliegend ein Spannkonus (20) zur Anlage gebracht ist, wobei der Spannkonus (20) über eine sich an der Führungshülse (40) abstützende und in eine Gewindebohrung (21) des Spannko nus (20) eingreif ende Spannschraube (30) betätigbar ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Kupplungskörpers (10) exakt auf den Außendurchmesser der Hohlwelle (98) abgestimmt ist.

9. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das einer Vollwelle (99) zugewandte Klemmorgan als Klemmnabe (15) ausgeführt ist, wobei der betreffende Axialabschnitt des Kupplungskörpers (10) einschließlich der gegebenenfalls vorhandenen und darin eingesetzten Aufnahmehülse (50) mit einem zentralen, radial durchgehenden Schlitz versehen ist, der die Klemmnabe (15) in zwei Nabenhälften teilt.

10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Nabenhälften tangential verlaufende Gewindebohrungen (16) besitzt, in die Klemmschrauben in Eingriff sind, welche in Ausnehmungen der anderen Naben hälfte eingesetzt sind und diese durchdringen.

11. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskörper (10) und der gegebenenfalls vorhandene Spannkonus (20) aus Aluminium gefertigt sind.

12. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (40), der Füh rungsstift (60) und die gegebenenfalls vorhandene Auf nahmehülse (50) aus Stahl gefertigt sind.

13. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (40) und die gegebenenfalls vorhandene Aufnahmehülse (50) mit dem Kupplungskörper (10) verklebt sind.