DE9100239U1

DE9100239U1 - Kupplungselement zum kraftschlüssigen Verbinden eines äußeren Bauteils mit einer Welle

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Priority date: 1991-01-10
Filing date: 1991-01-10
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2001-01-11

Description

Kupplungselemente zum kraftschlüssigen Verbinden eines äußeren Bauteils mit einer Welle sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt.

Aus dem DE-GM 18 95 907 geht ein solches Kupplungselement hervor, welches zum Verbinden zweier fluchtend aneinanderstoßender Wellenenden gleichen Durchmessers dient. Dies Stoßstelle wird von einem innen zylindrischen, auf die Wellenenden passenden Büchsenteil überbrückt, der an einer Stelle längsgeschlitzt ist und axial hintereinander auf dem Außenumfang ein Gewinde und eine Konusfläche aufweist, deren Wandstärke von dem Gewinde hinweg zunimmt. Auf der Konusfläche sitzt ein ungeschlitzter Konusring, der durch einen auf dem Gewindeteil aufgeschraubten Gewindering auf die Konusfläche hinaufgedrückt wird, die Ringzugspannungen aufnimmt und den Büchsenteil unter radialer Zusammendrückung kraftschlüssig mit den beiden Wellenenden verbindet.

Aus der CH-PS 265 280 geht ein Kupplungselement hervor, welches zum Kuppeln eines Verbindungsflansches

d-4000 düsseldorf 1 ■ mulvanysl ra.sst 2: telefon 49 / 2 11 / 63 27 27 ■ telefax 49/211/637915 d-43oo essen 1 frühlingstrasse 43 a ^: telefon 49 / 2;>1 /&ldquor;4<&idigr;9 94 '■ &tgr;&egr;&igr;&ggr;-&ggr;&agr;&khgr; 49/201/41997 teletex: 201342 = ruhrpat

posTqro Köln ibi-z· 37010050 115211-504

mit der Welle dient. Es ist wiederum ein Büchsenteil mit äußerer Konusfläche und axial anschließendem Gewinde vorhanden. Ein Gewindering zieht den Verbindungsflansch auf die Konusfläche hinauf.

Bei einem der Kupplungselemente nach der FR-PS
13 61 776 ist der Büchsenteil als Doppelkonusring ausgebildet, dessen größte Wandstärke in der Mitte liegt und
der die Stoßstelle zwischen zwei fluchtenden, gleichen
Durchmesser aufweisenden Wellenenden überbrückt. Auf den beiden äußeren Konusflächen sitzen zwei ungeschlitzte
äußere Konusringe, die durch über den Umfang verteilte
einzelne Schrauben gegeneinandergezogen werden und dabei den Doppelkonusring radial auf den Wellenenden festklemmen. Bei einer anderen Ausführungsform ist nur ein einfacher
Konusring vorhanden, mit welchem ein radial ausladendes
äußeres Bauteil einstückig verbunden ist. Der äußere Konusring ist durch eine Anzahl über den Umfang verteilter Schrauben, die in das äußere Bauteil eingreifen auf die
Konusfläche des Büchsenteils aufziehbar.

Eine verwandte Ausführungsform ist Gegenstand der DE-OS 12 94 47 51. Das äußere Bauteil hat hier einen zylindrischen axialen Ansatz, auf welchem ein dünnwandiger, als Doppelkonusring ausgebildetet Stauchring angeordnet
ist, auf dessen Konusflächen zwei ungeschlitzte Konusringe sitzen, die durch über den Umfang verteilte Schrauben gegeneinandergezogen werden und den Stauchring und den zylindrischen Ansatz auf der Welle festklemmen.

Allen geschilderten Ausführungsformen ist die Anwendung von Gewinden neben Konusflächen gemeinsam, die
die zur kraftschlüssigen Verspannung mittels der Konuselemente notwendige axiale Verlagerung herbeiführen. Die Notwendigkeit des Vorhandenseins von Gewinden außer Konusflächen steigert nicht nur den baulichen Aufwand, sondern erschwert auch die Montage, weil große Drehwege zurückge-

legt werden müssen, und dies bei den Ausführungsformen mit den über den Umfang verteilten Schrauben sogar in einer ganzen Anzahl von Fällen, wobei die Probleme mit dem Schiefziehen hinzukommen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungselement zum kraftschlüssigen Verbinden eines äußeren Bauteils mit einer Welle anzugeben, welches einfacher gestaltet und einfacher zu betätigen ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Neuerung gelöst.

Der Spannring wird beim Festsetzen des Kupplungselements auf der Welle gegenüber dem Büchsenteil verdreht, wobei die Spiralflächen aufeinander gleiten und durch die Steigung eine radiale Zusammendrückung des Büchsenteils und eine kraftschlüssige Verbindung desselben mit der Welle stattfindet. Die bei geeigneten Toleranzen notwendige Verdrehung des Spannrings ist nur gering und beträgt beispielsweise maximal etwa 45°, d.h., es bedarf nur eines einzelnen Hubes an einem an dem Spannring angreifenden Drehwerkzeug, um das Kupplungselement betriebsbereit festzusetzen, nicht aber mehrerer Umdrehungen oder gar mehrerer Umdrehungen an mehreren einzelnen Schrauben. Auch bedarf es keiner Zugänglichkeit zu dem Spannring von der Stirnseite her, d.h., der Platzbedarf für das Kupplungselement ist im wesentlichen auf die Breite des Spannrings beschränkt.

Der bis zur kraftschlüssigen Verspannung notwendige Drehhub hängt auch von der Steigung der Spirale in Umfangsrichtung ab. In jedem Fall aber soll die Steigung so gering sein, daß die Anordnung selbsthemmend ist, d.h. es keiner zusätzlichen Arretierung im verspannten Zustand bedarf.

Das Lösen des Kupplungselements geschieht durch Verdrehen des Spannrings in der entgegengesetzten Richtung wie beim Festsetzen. Dabei muß die Selbsthemmung überwunden werden, d.h. ein unter Umständen erhebliches Lösemoment aufgebracht werden.

-A-

Im verspannten Zustand liegt der Spannring mit seiner
Spiralfläche über einen erheblichen Teil des Umfangs, meist über mehr als 315° ganzflächig an der Spiralfläche des Büchsenteils an. Die Anlage erfolgt gleichmäßig mit einer relativ geringen Flächenpressung, so daß lokale überbeanspruchung des Materials vermieden werden kann.

Eine Anordnung mit zwei in den Zwischenraum zwischen
Welle und Ausnehmung eines äußeren Bauteils übereinander
angeordneten spiraligen Ringen, die durch eine gegenseitige Verdrehung einen Kraftschluß erzeugen, ist für sich genommen aus der GB-PS 293 122 bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein Kupplungselement im Sinne der Neuerung.

Das durch den Kraftschluß des Büchsenteils auf der Welle übertragbare Drehmoment hängt natürlich davon ab, wie fest der Spannring angezogen wird. Um das Drehmoment zu erhöhen, kann es sich gemäß Anspruch 2 empfehlen, auf der Spiralfläche des Büchsenteils (oder mehreren auf diesem angebrachten Spiralflächen) mehrere voneinander unabhängig betätigbare Spannringe nebeneinander anzuordnen.

Diese Spannringe können dann einzeln angezogen werden, wobei das verfügbare, beispielsweise von Hand aufbringbare
Anzugsmoment dann mehrfach zur Verfügung steht.

Bei einer ersten in Betracht kommenden Ausführungsform ist mit dem Büchsenteil ein Kupplungsfunktionselement, beispeilsweise ein Kupplungsflansch oder ein zum Eingriff in
eine Gegenverzahnung bestimmtes verzahntes Teil, verbunden.

Bei einer alternativen Ausführung nach Anspruch 4 sind zwei neuerungsgemäße Kupplungselemente miteinander verbunden und bilden eine eigentliche Kupplung, mittels deren zwei
fluchtende oder im wesentlichen fluchtende Wellenenden miteinander drehfest verbunden werden können.

Der Spannring kann lediglich zum Festspannen dienen, indem er am Außenumfang eine Sechskantfläche oder dergleichen aufweist. Gemäß Anspruch 5 ist es aber auch möglich, an dem Spannring im Betrieb über eine entsprechende Einrichtung, z.B. ein Zahn- oder Kettenrad, ein Drehmoment einzuleiten, wobei sich die Verbindung entsprechend dem Drehmoment immer fest ziehen kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Neuerung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen durch die Achse gehenden Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Kupplungselements nach der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht gemäß Fig. 1 von links;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Kupplungselements im Längsschnitt;

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch die eigentliche Kupplung mit zwei Kupplungselementen; Fig. 6 zeigt einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 und 8 zeigen den Fig. 5 und 6 entsprechende Ansichten einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 9 bis 11 zeigen Längsschnitte bzw. Ansichten durch weitere Kupplungen;

Fig. 12 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Kupplungselements.

Die in den Fig. 1 und 2 als ganzes mit 100 bezeichnete Sternscheibe ist zur Kupplungs mit einer in Fig. 1 strichpunktiert nur angedeuteten Welle 1 bestimmt. Sie umfaßt eine mit einer auf die Welle 1 passenden Bohrung 12 versehene Flanschscheibe 11 mit drei um 120 versetzten Armen 13, in denen mit Abstand von der Achse 2 Gewindebohrungen 14 angebracht sind, die zur Verbindung mit weiteren Bauteilen, beispielsweise einer elastischen Kupplungsscheibe oder dergleichen dienen.

Mit der Flanschscheibe 11 ist nach Art einer Nabe ein Kupplungselement 10 einstückig verbunden, welches einen Büchsenteil 3 mit einer zylindrischen, mit der Bohrung 12 der Flanschscheibe 11 fluchtenden Innenumfang 4 und einer als Spiralfläche 5 aus zur Achse 2 parallelen Erzeugenden ausgebildeten Außenumfangsfläche besteht, die in vier um 90 in Umfangsrichtung versetzten Stellen bis kurz vor die Flanschscheibe 11 reichende radial durchgehende Längsschlitze 6 aufweist. Auf der Spiralfläche

5 ist mit einer als entsprechende Spiralfläche 7 ausgebildeten Innenumfangsflache ein in Umfangsrichtung geschlossener Spannring 8 angeordnet, der an seinem Außenumfang eine Sechskant-Schlüsselfläche 9 aufweist.

Der Büchsenteil 3 steht nach der der Flanschscheibe abgelegenen Seite über den Spannring 8 axial vor und besitzt dort außen eine Umfangsnut 41 zur Aufnahme eines in Fig. 1 weggelassenen Sprengrings 42 (Fig. 4), mit welchem der in unverspanntem Zustand lose Spannring 8 auf dem Buchsenteil festgehalten wird.

Die Ausbildung des Kupplungselements 10 im einzelnen wird anhand der Fig. 3 erläutert. In der Schnittdarstellung ist eine gedachte Zylinderfläche 15 mit einem Durchmesser 16 gestrichelt angedeutet. Die die Innenumfangsflache des Spannrings 8 bildende Spiralfläche 7 liegt in den ersten beiden Quadranten des Querschnitts außerhalb der gedachten Zylinderfläche 15, in den beiden letzten Quadranten innerhalb derselben. Der örtliche Radius der Spiralfläche 7 und auch der Spiralfläche 5 nimmt von der "12 Uhr"-Stelle 17 gemäß Fig. 3 im Uhrzeigersinn wiyiHd^tcjßcrii'phoii Ut^ fRil· UC^y und geht von einer Stelle 18 mit dem geringsten Radius in einem engen Übergangsbereich wieder in den größeren Radius an der Stelle 17 über. Der Radiusunterschied zwischen den Stellen 17,18 beträgt bei einem Durchmesser der

yew &Iacgr;6'ff tn»*i,

Welle 1'beispielsweise 2 mm. Durch eine Verdrehung der Spiralflächen 5,7 gegeneinander um einen Winkel 43 von 36° kann also eine Radiustoleranz von 0,2 mm überbrückt werden, was in den meisten Fällen ausreichend ist. Die in Betracht kommenden Abzugs-Drehhübe werden keinesfalls 45° übersteigen müssen.

Die Funktion der Verspannung kann veranschaulicht werden, indem die Stelle 20 des Büchsenteils 3 mit der größten Wandstärke bzw. dem größten Radius der Spiralfläche 5 betrachtet wird. Bei einer Bewegung dieser Stelle bei festgehaltenem Spannring gemäß Fig. 3 im Uhrzeigersinn liegt sie nacheinander an Stellen der Spiralfläche 7 an, die einen immer kleineren Radius aufweisen. Dadurch wird die Stelle 20 radial nach innen gedrückt und auf der Welle 1 kraftschlüssig festgeklemmt.

Die Ausführung der Außenumfangsfläche des Spannrings 8 als sechseckige Schlüsselfläche ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 ebenso wie bei den weiteren Ausführungsbeispielen nur beispielhaft zu sehen. Es ist natürlich auch möglich andere Gestaltungen zur Erleichterung der Drehmitnahme des Spannrings 8 vorzusehen, z.B. eine zylindrische Außenumfangsflache mit Ausnehmungen zum Angriff eines Hakenschlüssels.

Soweit in den weiteren Ausführungsbeispielen funktionell gleiche Teile vorhanden sind, sind gleiche Bezugszahlen verwendet.

Bei dem als Ganzes mit 200 bezeichneten Kupplungsglied nach Fig. 4 ist mit dem Kupplungselement 10, welches in der gleichen Weise ausgebildet ist wie anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben, einstückig ein Stirnzahnrad 21 verbunden, welches mit seiner Verzahnung 22 in eine entsprechende Verzahnung 23 einer Kupplungshülse 24 eingreift.

Bei de als Ganzes mit 300 bezeichneten Kupplung der Fig. 5 und 6 sind zwei Kupplungselemente 10 vorhanden, die auf den einander zugewandten Seiten eine Klauenkupplung 30 aufweisen. Das in Fig. 5 linke Kupplungselement 10 besitzt als Kupplungsfunktionselement am rechten Ende eine Klaue 25, die in eine Ausnehmung 26 zwischen den Gabelschenkeln 27 am in Fig. 5 linken Ende des rechten Kupplungselements 10 eingreift und dadurch eine formschlüssige Drehverbindung herstellt.

Bei der Kupplung 400 der Fig. 7 und 8 besitzen die Kupplungselemente 10 axiale Ansätze 28 mit von der Kreisform abweichender Außenumfangsflache, z.B. in Gestalt von Sechskantflächen 29, die in eine eine entsprechende Ausnehmung 31 aufweisende Kupplungsbüchse 40 aus einem elastischen Kunststoff von deren beiden Enden her eingreifen. Mittels der Kupplung 400 können die beiden

Wellenenden 1' und 1" mit einer Dämpfungswirkung drehverbunden werden.

Bei der Kupplung 50 0 der Fig. 9 sind wiederum zwei Kupplungselemente 10 vorhanden, die auf entsprechenden Wellenenden festgesetzt werden können und als Kupplungsfunktionselemente axiale Ansätze 38 aufweisen, die einander mit den Stirnseiten gegenüberstehen und darin achsparallele, miteinander fluchtende Bohrungen 32 aufweisen, in denen Stifte sitzen, die die Stoßstelle überbrücken und das Drehmoment übertragen.

Bei der Kupplung 600 der Fig. 10 sind die Büchsenteile 3 der beiden Kupplungselemente 10 durch einen hohlzylindrischen Verbindungsteil 34 miteinander verbunden, in welchem durch eine entsprechende Ausdrehung 35 eine Spiralfeder 36 ausgebildet ist, die eine Federkupplung 50 zwischen den beiden Kupplungselementen 10 bildet. Mit der Kupplung 600 können gewisse Fluchtfehler der miteinander zu verbindenden Wellenenden ausgeglichen werden.

Auch bei der Kupplung 700 der Fig. 11 ist zwischen den beiden Kupplungselementen 10 und 10' ein hohlzylindrisches Verbindungsglied 44 vorhanden, welches in diesem Fall allerdings starr ist.

In der gemäß Fig. 11 linken Hälfte ist auf dem Wellenende 1' ein Kegelrad 37 mit einer dünnwandigen Nabe 39 angeordnet, auf welcher das Kupplungselement 10 sitzt. Beim Anziehen des Kupplungselements 10 wird also einerseits die Kupplung 700 mit dem Kegelrad 37 und andererseits mit dem Wellenende 1' verbunden.

Auf der rechten Seite der Fig. 11 besitzt das dortige Kupplungselement 10' auf der gleichen Spiralfläche 5 des Büchsenteils 3 zwei nebeneinander angeordnete Spannringe 8, die beide bis zu einem Grenzdrehmoment angezogen werden können und das an der Umfangsflache des

Wellenendes 1" übertragbare Drehmoment zu erhöhen gestattet. In der Mitte der Fig. 11 ist in der oberen Hälfte strichpunktiert angedeutet, daß an dem Verbindungsglied 44 auch ein Drehmoment angreifen kann, beispielsweise indem es als Kettenrad 43 für eine Doppelrollenkette ausgebildet ist.

Bei der Kupplung 700 ist im übrigen auch der Druchmesser des Wellenendes 1" größer als der des Wellenendes 1', was auch bei allen anderen Ausführungsformen der Fall sein kann.

Bei der Ausführungsform 800 der Fig. 12 wird auf der Welle 1 mittels des Kupplungselements 10 ein Kettenrad 45 festgesetzt. Der Spannring 8 des Kupplungselements 10 ist hierbei nicht wie bei den übrigen Ausführungsformen mit Schlüsselflächen versehen, die nur dem anfänglichen Anziehen des Kupplungselements 10 vor dessen eigentlicher Betriebnahme, also vor dem Umlauf der Welle 1 dienen, sondern es ist an dem Spannring 8 in diesem Fall das Kettenrad 45 angebracht, über welches im Betrieb, also bei umlaufender Welle 1_/ ständig Drehmoment in den Spannring 8 eingeleitet wird. Der Spannring 8 ist in diesem Fall gewissermaßen die Nabe des Kettenrades 45. Bei entsprechender Orientierung der Spiralflächen 5,7 relativ zum Drehsinn des Drehmoments wirkt dieses in der Weise, daß die Verbindung immer fester angezogen wird, je höher die Drehmomentbeanspruchung wird. Das anfängliche Anziehen, um überhaupt eine erste zu erhalten, kann von Hand oder auch mit einem Werkzeug vorgenommen werden. Bei der Ausführungsform 800 hat also der Spannring 8 auch im Betrieb des Kupplungselements 10 noch eine Funktion.

Bei der Sternscheibe 100 der Fig. 1 bis 3 sind vier Längsschlitze 6 vorhanden, was nur beispielhaft zu verstehen ist. Die Büchsenteile der anderen Ausführungsformen sind nur an einer Stelle geschlitzt. Wesentlich ist nur, daß die Spiralflächen 5,7 axial im Bereich der Längsschlitze 6 vorhanden sind, damit die Erzeugung der radialen Zusammendrückung in einem besonders leicht verformbaren Bereich stattfindet und keine größeren Kraftverluste eintreten.

Claims

1. Kupplungselement zum kraftschlüssigen Verbinden eines äußeren Bauteils mit einer Welle &Igr;,&Igr;',&Igr;",

mit einem mit der Innenumfangsflache (4) zur Anordnung auf der Welle (&Igr;,&Igr;',&Igr;") bestimmten Büchsenteil (3), der auf mindestens einem Teil seiner Länge an mindestens einer Stelle, in Umfangsrichtung gesehen, einen Längsschlitz (6) aufweist,

mit einer Spiralfläche (5), die auf der Außenumfangsfläche des Büchsenteils (3) axial in Höhe der Längsschlitzung (6) angeordnet, mit dem Büchsenteil (3) verbunden, zur Achse (2) der Innenumfangsflache (4) des Büchsenteils (3) koaxial und aus zu der Achse (2) parallelen Erzeugenden gebildet ist und in Umfangsrichtung eine im Selbsthemmungsbereich liegende Steigung aufweist,

und mit einem auf der Spiralfläche (5) angeordneten, drehbaren, im Umfangsrichtung ungeteilten Spannring (8), dessen Innenumfangsflache eine der Spiralfläche (5) des Büchsenteils (3) entsprechende Spiralfläche (7) ist, wodurch beim Drehen des Spannrings (8) der Büchsenteil

(3) radial zusarmriendrückbar und auf der Welle (&Igr;,&Igr;',&Igr;") kraftschlüssig festspannbar ist.

D-4000 DÜSSELDORF 1 MULWNYSTRASSE 2; TELEFON 4?/ 2Tl / 63 27 27 TELEFAX 49 / 2 II / 6J 79 15

2. Kupplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Büchsenteil (3) mehrere voneinander unabhängig betätigbare Spannringe (8,8) nebeneinander angeordnet sind.

3. Kupplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Büchsenteil (3) ein Kupplungsfunktionselement (11;21;25,27;28;38;34;44) verbunden ist.

4. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung von Wellenenden (l',l") mit dem Kupplungselement (10) über Kupplungsglieder (25,27;40;33;50;44) ein weiteres gleich ausgebildetes und koaxial angeordnetes Kupplungselement (10) verbunden ist.

5. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spannring (8) eine Einrichtung (45) zur Einleitung eines Drehmoments im Betrieb vorgesehen ist.