Elastische Kupplung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung zur Verbindung einer treibenden und einer getriebenen Welle, mit einem Paar von Naben, von welchen jede Nabe eine Mehrzahl von axial verlau fenden, Schlitze begrenzenden Zähnen aufweist, wobei durch die Schlitze beider Naben ein serpenti- nenförmig verlaufendes Metallband geschlungen ist, welches ein elastisches, drehrnomentübertragendes Element zwischen den Naben bildet.
Bekannte Kupplungen dieser Art wiesen zwei grössere Nachteile auf. In erster Linie waren die Kupplungen schwer zusammenzubauen, namentlich bei grösseren Ausführungen, bei welchen eine störende Beeinflussung durch die gezahnten Kanten ein beträchtliches Deformieren des gewellten Bandes während des Zusammenbaues bedingte und der Zu sammenbau mit gewalttätigen Methoden unter Ver wendung von Hämmern erfolgte. Zur Erleichterung der Montage von grösseren Kupplungen dieser Art wurde z. B. im amerikanischen Patent No. 1<B>891969</B> vorgeschlagen, eine Mehrzahl von Bändern zu ver wenden, die entweder vertikal übereinander gestapelt oder als Lamellen ausgebildet sind.
Dieser Vorschlag stellt zwar eine Verbesserung, aber noch keine Lösung des Problems dar, weil das erwähnte gewalt tätige Vorgehen zufolge des immer noch vorhande nen störenden Einflusses der Zähne nach wie vor an gewandt werden musste. Die Verwendung von meh reren übereinander angeordneten Bändern führte, wie festgestellt wurde, zu einem frühzeitigen Versagen des äussersten Bandes, welches die Hauptlast des durch die Kupplung übertragenen Drehmomentes aufzunehmen hat.
In zweiter Linie haben bekannte elastische Kupp lungen der erwähnten Art das Bestreben, die axiale Beweglichkeit der Wellen, mit welchen sie verbunden sind, zu beschränken, und zwar wegen der störenden Beeinflussung zwischen dem gewellten Band und dem Zahn, die auf die Deformation des Bandes während des Zusammenbaues oder während einer Demontage zurückzuführen ist. Gemäss vorliegender Erfindung soll somit eine elastische Kupplung unter Verwen dung eines Metallbandes erhalten werden, die ohne Kraftanwendung leicht zusammengebaut werden kann und die, in zusammengebautem Zustand, den Wellen, auf welchen die Kupplung angebracht ist, eine gewisse axiale Bewegungsfreiheit lässt.
Im Idealfalle sollte eine Kupplung die hinsichtlich Durchmesser und Länge kleinstmögliche Verbindung zwischen zwei Wellen von gegebenem Durchmesser ergeben, welche ohne Störung ein maximales Dreh moment übertragen kann. Bekannte elastische Kupp lungen mit serpentinenartigem Metallband erreichten dieses Ideal nicht, weil der schwierige Zusammenbau die Verwendung von Bändern verunmöglichte, wel che der Festigkeit der Kupplungsnabenzähne nahe kamen.
Dieser Nachteil machte es unmöglich, den Durchmesser von Kupplungen dieser Art mit recht eckigem serpentinenförmigem Band ohne Einbusse an Lastübertragungsvermögen zu vermindern. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kupplung, welche eine genaue Kontrolle der gegenseitigen Festigkeitsverhältnisse von Band und Kupplungsnabenzähnen ermöglicht.
Gemäss vorliegender Erfindung ist die Kupplung dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze keilförmig sind und Seitenflächen aufweisen, welche von der Drehachse der Nabe nach aussen divergieren, und dass das Band im Querschnitt ebenfalls keilförmig ist, wobei seine Seitenflächen wenigstens annähernd mit den geneigten Seitenflächen der Schlitze zusammen- fällen. In den Fig. 1-4 und 6 der Zeichnung ist eine bei spielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegen standes dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Aufriss, zum Teil in Ansicht und zum Teil im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig.3 einen teilweisen Querschnitt durch eine Nabe, wobei die Zähne derselben und Teile des Kupplungsbandes, das in den Schlitzen zwischen den Zähnen liegt, ersichtlich sind und wobei ein mimina- ler Anzug am Band und an den Zähnen vorhanden ist.
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem bevorzuguten maximalen Anzug von Band und Zähnen, Fig. 5 einen teilweisen Schnitt durch eine vorbe- kannte Kupplung, woraus die Beeinträchtigung beim Zusammenbau derselben erkennbar ist, und Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil des serpenti- nenförmigen Metallbandes, das in der erfindungsge mässen Kupplung verwendet werden kann.
Aus Fig. 1 der Zeichnung ist ersichtlich, dass die dargestellte Ausführungsform des Erfindungsgegen standes eine Kupplung zwischen einer treibenden Welle 10 und einer angetriebenen Welle 11 er möglicht. Die nachstehend im einzelnen noch be schriebene Kupplung ermöglicht eine Verbindung der beiden Wellen 10 und 11 auch dann, wenn dieselben parallel zueinander verschoben sind oder einen Win kel miteinander einschliessen. Wie ebenfalls noch dargelegt werden wird, dämpft die dargestellte erfin- dungsgemässe Kupplung stossweise Belastungen der treibenden Welle und sie gestattet auch eine elasti sche Verbindung der treibenden mit der getriebenen Welle.
Die Kupplung umfasst ein Paar von identisch ausgebildeten Naben 12, deren Bohrungen 13 die antreibende bzw. die getriebene Welle 10 bzw. 11 aufnehmen und die auch mit Nuten zur Aufnahme der Keile 14 versehen sind, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen den Wellen und den beiden Naben gesichert ist. Die Keile 14 sind in ihrer Lage in bezug auf die Naben 12 und die Wellen 10 und 11 durch Sicherungsschrauben 15 gesichert. Dadurch wird die Mitnahme der Naben 12 bei der Drehung der zugehörigen Welle gesichert und gleichzeitig ein axiales Verschieben von Nabe und Welle vermie den.
Die beiden Naben sind an ihren einander zuge kehrten Seiten mit je einem Flansch 16 versehen. Jeder dieser Flanschen ist mit einer flanschartig nach aussen vorspringenden Tragfläche 17 für einen Dek- kel versehen.
Es sind zwei zweckmässig gleich ausgebildete, als Ganzes mit 18 bezeichnete Deckelteile vorgesehen, welche das Eintreten von Staub und Sand in die Kupplung verhindern und welche gleichzeitig Schmiermittel für die Gelenkteile der Kupplung zu rückhalten. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist jeder Deckelteil 18 einen nach innen gerichteten Flansch 19 auf, welcher in einem elastischen Dichtungsring 20 sitzt. Dieser Ring 20 sitzt seinerseits auf dem äus- seren Umfang der Nabe 12.
Der Dichtungsring 20 kann aus Gummi, Neopren oder einem anderen ela stischen Material bestehen, welches schmiermittelbe- ständig ist. Die Deckelteile weisen weiterhin nach aussen gerichtete Flanschen 22 und axial verlau fende Flanschen 23 auf. Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist der auswärts gerichtete Flansch 22 mit einer Mehr zahl von Löchern 24 versehen, die über seinen Um fang verteilt sind und welche die Bolzen 25 aufneh men. Diese letzteren halten die Deckelteile fest zu sammen, so dass sie sich mit der Kupplung drehen.
Ein Dichtungsring 26 befindet sich in zusammenge bautem Zustand der beiden Deckelteile zwischen denselben, so dass eine das Austreten von Schmier mittel verhindernde, dichte Verbindung erhalten wird. Die axial verlaufenden Flanschen 23 bilden eine Schutzvorrichtung und sie verhindern ein verse hentliches Berühren der Bolzen 25, während die Kupplung mit hoher Drehzahl rotiert. Aus Fig. 1 er gibt sich, dass der Kupplungsdeckel durch identische Dichtungsringe 20 und durch die Tragfläche 17 ge tragen wird. Durch das Rohr 27 (Fig.2) kann Schmiermittel unter Druck in das Innere der Kupp lung eingeführt werden.
Die Erfindung ist leichter verständlich, wenn nun die Fig. 5 betrachtet wird, welche eine bekannte Aus führung darstellt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die das Metallband aufnehmenden Schlitze 30 derart in die Flanschen 16 geschnitten worden, dass die beiden Seitenflächen 31 und 32 des Schlitzes parallel zu einander verlaufen. Das zugehörige Metallband 33 weist einen entsprechenden rechteckigen Querschnitt auf. Es ist ohne weiteres erkennbar, dass das Einfüh ren des serpentinenförmigen Metallbandes in die Schlitze zufolge des doppelt schraffierten Teiles 34 des Zahnes 35 Schwierigkeiten bereiten muss.
Jeder einzelne Abschnitt des Metallbandes muss gedehnt oder verwunden werden, um über den Zahnkopf in den Schlitz geschoben werden zu können. Hierzu wurden bisher recht gewalttätige Methoden ange wandt, z. B. durch Verwendung von Hämmern, Kei len, o,. dergl.
In Fig. 3 ist nun eine erfindungsgemässe Kupp lung mit Zähnen 40 gezeigt. Die Zahnflanken 41 und 42 sind, wie dargestellt, im wesentlichen parallel, so dass ein Schlitz 43 erhalten wird, dessen Seiten flächen 41 und 42 keilartig verlaufen. Der Keilwin kel ist mit 46 bezeichnet.
In jedem Schlitz liegt ein Abschnitt 47 eines kontinuierlichen, serpentinenför- migen Kupplungsbandes 48. Die Schlitze und die dar in liegenden Bandabschnitte weisen einen trapezför- migen Querschnitt auf, so dass die Flächen 49 und 50 des Bandes. mit den entsprechenden Flächen 41 und 42 des, Schlitzes 43 zusammenfallen.
Der in Fig. 3 dargestellte Winkel 46 stellt den minimalen Keilwin kel dar, welcher noch einen störungsfreien Einbau des Bandes 48 ermöglicht. Er wurde, wie erwähnt, dadurch erhalten, dass die Zähne 40 parallele Flan ken aufweisen. Selbstverständlich ändert sich der Win- kel 46 entsprechend der-Anzahl der Schlitze,
wobei die mathematische Beziehung für einen minimalen Keilwinkel bzw. eingeschlossenen Winkel durch den Ausdruck
EMI0003.0009
wiedergegeben wird. In dieser Formel bedeutet O den eingeschlossenen Winkel 46 gemäss Fig. 3 und N die Gesamtzahl der Schlitze, die über den ganzen Umfang des Flansches 16 verteilt sind.
Es ist, wie in Fig. 1 dargestellt, zu beachten, dass die Zähne der beschriebenen Kupplung sich in axia ler Richtung von ihren einander zugekehrten Enden weg erweitern, um auf diese an sich bekannte Weise eine Federung zu erreichen.
Eine Bedingung für einen maximalen praktisch möglichen Keilwinkel ist in Fig. 4 veranschaulicht, in welcher der Keilwinkel 52 wesentlich grösser ist als der Winkel 46 in Fig. 3. Durch die Anwendung des Erfindungsgedankens ist es möglich, die maximale Belastbarkeit der Kupplung wesentlich zu erhöhen, und zwar weil Kupplungsbänder verwendet werden können, deren Stärke derjenigen des Zahnes, z. B. des Zahnes 53 in Fig. 4, entspricht.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann die Querschnittsfläche eines Band abschnittes 54 soweit erhöht werden, dass sie der Querschnittsfläche des Zahnes 53 gleichkommt oder dieselbe sogar übersteigt.
Ein bevorzugter maximaler Keilwinkel 52 wird durch die Formel
EMI0003.0036
wiedergegeben. Darin bedeuten: den maximalen praktisch verwendbaren Keil- winkel 52, N = Anzahl der Schlitze über den Umfang des Flansches 16, H = Fussquerschnitt des Zahnes und b = radiale Tiefe des. Schlitzes.
Der vorstehende Ausdruck ergibt den grössten Keilwinkel ip, der bei einem Zahn von der Tiefe b und einer Zahnstärke H noch ausgeführt werden kann, ohne eine Schwächung des Zahnes herbeizu- führen. Bei den praktisch verwendeten, gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Kupplungen werden minimale Keilwinkel von etwa 2,5 und ma ximale Keilwinkel von 46,6 bevorzugt. Es ist klar, dass der bevorzugte minimale und bevorzugte ma ximale Keilwinkel sich nicht auf Kupplungen von gleichem Aussenumfang beziehen.
Es ist selbstverständlich, dass kontinuierliche Metallbänder der oben erwähnten Art nicht notwen digerweise nur einen einzigen Schlitz 57 (Fig. 1) auf weisen können. Es können auch mehrteilige Kupp lungsbänder verwendet werden, welche über den Umfang der vollständigen Kupplung eine Mehrzahl von Öffnungen 57 der genannten Art aufweisen können. Ein kontinuierliches serpentinenförmiges Kupplungsband soll aber mehr als zwei gerade, durch Bogen 59 miteinander verbundene Abschnitte 58 (Fig.6) aufweisen.
Die Gesamtzahl der Einzelele mente, die dann erforderlich ist, um in jeden Schlitz einen geraden Abschnitt 58 zu verbringen, hängt dann vom Durchmesser der Kupplung und dem Querschnitt der bandförmigen Kupplungselemente ab.
Zum Zwecke der Erläuterung wurden Kupplun gen mit entsprechenden Keilwinkeln von Band und Schlitzen dargestellt. Der Keil- oder eingeschlossene Winkel des Schlitzes kann aber grösser sein als der Keil- oder eingeschlossene Winkel des Kupplungs bandes. Im vorstehenden wurden auch im Quer schnitt trapezförmige Bandabschnitte gezeigt und er wähnt. Das Band kann aber im Querschnitt auch dreieckig sein, ohne dass dadurch der leichte Zusam menbau irgendwie beeinträchtigt würde.
Eine derarti ge Dreieckform würde bedingen, dass die Bandab schnitte und die Schlitze in Fig. 3 bis zur Keilspitze 44 reichen würden. Es ist auch nicht nötig, dass die beiden Kupplungsnaben gleich ausgebildet sind, wie dies zum Zwecke der Erläuterung beschrieben und dargestellt worden ist. Die Erfindung lässt sich in gleicher Weise auf Einzelgelenkanordnungen anwen den, bei welchen eine der Naben einen zusätzlichen Deckeltragflansch aufweist, der am Kupplungsdeckel anliegt.
Diese Anordnungen sind dem Fachmann be kannt und sie werden häufig in doppelt geführten Anordnungen verwendet, bei welchen eine verhält- nismässig lange Welle zwischen einem Paar von Kupplungen angeordnet ist und wobei die Welle über die Kupplungsdeckel gestützt ist.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass Kupplungen der beschriebenen Art wesentlich höhere Belastungen ertragen als bekannte Kupplungen und dass sie in höherem Masse die Fähigkeit haben., eine axiale Verschiebung zwischen der treibenden und der ge triebenen Welle zuzulassen bzw. einer solchen zu wi derstehen. Die Kupplungen. der vorbeschriebenen Art lassen sich auch hinsichtlich Belastbarkeit, Steifheit und Federung durch entsprechende Wahl der Keil winkel den, gegebenen Verhältnissen anpassen.