CH422441A - Drehstarre Kupplung mit Wälzkörpern sowie Verfahren zur Herstellung der Kupplung - Google Patents

Description

  Drehstarre Kupplung mit     Wälzkörpern    sowie Verfahren     zur    Herstellung der Kupplung    Die Erfindung betrifft eine drehstarre Kupplung  mit     Wälzkörpern,    die in     Ausnehmungen    des Aussen  teils und des Innenteils der Kupplung gebettet sind,  sowie ein Herstellungsverfahren für diese Kupplung.  Die Kupplung ist knickfähig.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zwei  Glieder, zum Beispiel zwei Wellen, in einfachster und  billigster Weise und praktisch     drehspielfrei    miteinan  der zu verbinden, wobei an den     übertragungsstellen          Wälzung    vorhanden sein soll. Dabei soll weiterhin  zwischen den beiden Kupplungshälften und bei den  Gliedern vor und hinter der Kupplung eine gleichför  mige Drehgeschwindigkeit übertragen werden. Die  Kupplung soll sich je zur Hälfte zwischen zwei im  Winkel zueinander stehenden Wellen anordnen las  sen, wobei dann allerdings eine achsparallele Verset  zung nicht mehr möglich sein kann.  



  Die häufig für diesen Zweck verwendeten Kupp  lungen, vorwiegend Zahnkupplungen, weisen an den  Übertragungsstellen     Gleitungen    auf, die die Lebens  dauer bei hoher Belastung stark herabsetzen, wobei  ausserdem die Aussparungen bzw. die Zähne auf sehr  teuren Vorrichtungen, wie     Abwälzfräsvorrichtungen     oder Teilköpfen, hergestellt werden müssen und Tei  lungsfehler nicht ganz vermieden werden. Es sind  weiterhin Kupplungen bekannt, die als     übertragungs-          glieder    Wälzkörper aufweisen, jedoch bedingt die  Konstruktion dieser Kupplungen wiederum teure  Fertigungsvorrichtungen, wie Räummaschinen,  Räumnadeln, Kugeldreh-,     Kugelfräs-    und Kugel  schleifvorrichtungen.  



  Die Erfindungsaufgabe wird nun dadurch gelöst,  dass die Walzkörper praktisch     drehspielfrei    in ihre       Ausnehmungen    eingesetzt sind, um ohne Verklem  men zu laufen, und dass sie bei geknickter Kupplung    in einer Ebene stehen, die nur um den halben Knick  winkel geneigt ist.  



  Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsge  mässen Kupplung besteht darin, dass das Aussenteil       auf    das Innenteil aufgeschrumpft, in dieser Lage  fixiert, dann gebohrt, gerieben, gehärtet und     geläppt     wird und danach das Aussenteil vom Innenteil     abge-          presst    und der Raum zwischen den einander zuge  kehrten Flächen des Aussen- und Innenteils freigear  beitet wird.  



  Die erfindungsgemässe Kupplung kann mit ganz  normalen Vorrichtungen, wie sie in jedem Unterneh  men der Maschinenindustrie vorhanden sind, herge  stellt werden. Die Kupplung soll insbesondere dort  verwendet werden, wo Antriebsteile in einem Ge  häuse oder auf einem gemeinsamen Rahmen verbun  den werden. Gegenüber allen anderen Kupplungen  hat die erfindungsgemässe Kupplung folgende Vor  teile: Niedrigster Preis, einfachste Fertigungsmittel,  hoher Wirkungsgrad, geringer Verschleiss, hohe  Lebensdauer, gleichförmige Bewegung der     gekuppel-          ten    Elemente, geringe Antriebskräfte erforderlich,  grosse     Knickung    der miteinander gekuppelten Ele  mente möglich, kleinster Gelenkabstand möglich,  z. B. bei     Spindelkupplungen.     



  Die Gestaltung eines geringen Preises ist nach  dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch bedingt,  dass das Aussenteil und das Innenteil aufgeschrumpft  bearbeitet und anschliessend an den     Trennflächen     freigearbeitet wird, wobei die Bohrungen für die  Wälzkörper an der Trennfläche nur mit normalen  Mitteln hergestellt und weiterbearbeitet werden. Erst  nach Beendigung dieser Arbeiten wird das Aussenteil  vom Innenteil abgepresst und der Raum zwischen  den einander zugekehrten Flächen des Aussen- und  Innenteils freigearbeitet; die Trennflächen können      auch als     Passflächen        ausgeführt    und am Aussen- oder  Innenteil zurückgesetzt werden.

   Wenn die Wälzbah  nen nicht gehärtet werden, kann insbesondere bei  grossen Kupplungen das Aussen- und Innenteil aus  einem Stück gefertigt werden, das     anschliessend    ge  trennt wird. Die Aussparungen für die     Wälzkörper     können im Endzustand aus exakt zylindrischen Boh  rungen oder aus     zitronenförmigen        Ausnehmungen     bestehen.  



  In     vorteilhafter    Weise können beidseitig der  Wälzkörper angeordnete Federn oder     Stegringe    die       Wälzkörper    in ihrer Lage halten. Alle     als        Wälzkörper     benutzten     Kugeln    tragen hierbei gleichmässig.     Aus-          serdem    ermöglichen die einfachen Kugellaufbahnen  bei einem verhältnismässig grossen     Knickwinkel    von  etwa 30-40  der miteinander gekuppelten Drehteile  eine exakt gleichmässige Bewegung.  



  Alle     Kugeln    laufen bei allen auftretenden     Knik-          kungen    vollkommen selbständig und ohne Verklem  men auf dem halben Knickwinkel oder können durch  Halterungen, wie Federn,     Stegringe,    Hebel, Käfig  usw. auf halbem     Knickwinkel        geführt    werden.     Alle     Kugeln nehmen praktisch gleichmässig an der     Kraft-          übertragung    teil.  



  Bei     Knickung    der Kupplung um einen bestimm  ten Winkel laufen die     Wälzkörper        auf    dem halben       Knickwinkel    oder können durch     axialkorrigierende     Mittel auf halbem Knickwinkel geführt werden. Diese  Mittel können selbsttätig elastisch     korrigierender    Art,  selbsttätig formschlüssig     korrigierender    oder aber  selbsttätig     begrenzt        korrigierender        Art        sein.     



  Da in vielen Fallen auch eine axiale Verschieb  barkeit oder     Axialschubaufnahme    der Kupplungswel  len     wünschenswert    ist, kann die drehstarre Kupplung       vorteilhaft    auch so ausgebildet sein, dass mittels  Kugelnabe eine     Knickung    um den Kupplungsmittel  punkt     möglich    ist. Man erreicht das dadurch, dass ein       kugelzonenförmiges        Innenteil    von einer Kupplungs  welle axial bewegbar, jedoch durchsetzt ist und zu  gleich eine     Kupplungshälfte    darstellt.

   Sie kann in der  anderen     Kupplungshälfte    nach Art eines Kugelgelen  kes gehalten und vom     Kupplungsaussenteil    unter  Zwischenschaltung von     Kugeln    und     Einstellhebeln     vollkommen umschlossen sein. Ausserdem     kann    sie  abgedichtet gelagert sein. Die     Kugeln    können durch  einen Käfig     innerhalb    der     Kupplung    ausgerichtet  sein. Der von den     Einstellhebeln    gelagerte     Käfig    ist  geteilt und vermöge seiner     Finger    in der Lage, die  Kugeln genau ausgerichtet zu führen.

   Die Einstellhe  bel und die Kugeln können vorzugsweise in Lager  mitte in einer Ebene angeordnet sein, so dass     eine          grösstmögliche        Anordnungsgenauigkeit    zu erzielen  ist.  



  In der     Zeichnung    sind einige Ausführungsbei  spiele der Kupplung nach der Erfindung dargestellt.  Es zeigt:       Fig.    1 einen     radialen        Teilausschnitt        durch    die  Kupplung,

         Fig.    2 einen     Axialschnitt        durch    die Kupplung mit  zwei     Hälften        mit    federnd gehaltenen     Kugeln            Fig.    3 eine     Kupplungshälfte    im     Axialschnitt    mit  federnd gehaltenen     Kugeln        zwischen    zwei     Stegringen,          Fig.    4 eine Kupplungshälfte im     Axialschnitt    mit  aus     Stegringen    gebildetem     Kugelkäfig,

            Fig.    5 eine     Kupplungshälfte    im     Axialschnitt    mit       Distanzbolzen    zwischen der axialen     Kugelhalterung,          Fig.    6 eine     Kupplungshälfte    im     Axialschnitt    mit       Hebelhalterung    der Kugeln,       Fig.    7 eine Kupplung     im        Axialschnitt    mit Kugel  nabel nach Art eines Kugelgelenkes und einem       Kugelkäfig,

            Fig.    8 einen     Radialschnitt    durch die Kupplung  nach     Fig.    7,       Fig.    9 die     Einzelheit    des     Kugelkäfigs    nach     Fig.    7  und 8 in der Draufsicht.  



  In der     Fig.    1 ist ein radialer Teilausschnitt der  Kupplung mit dem Innenteil 1 und dem Aussenteil 2       ,darge,stellt,    in dessen     Halblbohmungen    (Hofbahnen) 6,  6' die Kugeln 3 eingesetzt sind.  



       Zwischen;    den     Kugeln    3     ist    das     Innren-    und Aussen  teil 1, 2     freiigetarbeitet,        so,dass        ider        Schlitz    mit .den Flä  chen 1', 2' entsteht. Die Kugeln werden beidseitig  durch Federn 4 bzw. 5     (Fig.    2) oder     Stegringe    7 bzw.  8     (Fig.    3) gehalten.  



  In der.     Fig.    2 sind die     axialkorrigierenden    Mittel,  z. B. elastische Blatt- oder Tellerfedern 4, 5. Der  Verschlussdeckel ist mit 8 bezeichnet. Die zu kup  pelnden Wellen sind mit 10 und 11 bezeichnet.  



  In der     Fig.    3 sind als     axialkorrigierende    Mittel       Stegringe    7,8 mit zwischengeschalteten Federn 4,5  verwendet.  



  In der     Fig.    4 ist als begrenzt     korrigierendes    Mittel  ein aus     Stegringen    7,8 gebildeter Käfig verwendet,  wobei die     Stegringe    durch Bolzen 9 verbunden     sind.     Die Bolzen 9 können     ebensogut    durch den Steg des  Innen- oder Aussenteiles     geführt        sein.    Es werden       vorzugsweise    drei Bolzen 9 am Umfang verteilt.  



  In der     Fig.    5 ist zwischen den     Stegringen    7 und 8  <B>je</B> ein     Distanzbolzen    7', 8'     vorgesehen.     



  In der     Fig.    6 ist als ein kraftschlüssig korrigieren  des Mittel ein Hebel 12 vorgesehen, der bei 13 im  Aussenteil 2 und 14 im Innenteil 1 gehalten ist. Der  Hebel 12 ist in der Mitte in der Bohrung 15 des  Kopfes 17 gehalten. Der Kopf 17 ist bei 16 als Ver  längerung des     Bolzens    9 ausgebildet.  



  Wenn unter Last eine     Knickung    der gekuppelten  Teile auftritt, rollen die     Wälzkörper        (Kugeln    3) in  eine Ebene, die dem halben Knickwinkel entspricht.  



  Betrachtet man ganz allgemein einen Wälzkörper  zwischen zwei Ebenen, z. B. zwei ebenen Platten,  deren eine Ebene einen Weg s     zurücklegt    und die an  dere Ebene stehenbleibt, dann leb der     Wälzkörper     den Weg s/2 zurück. Ein     äquivalentes        Wälzsystem          liegt        beim    Wälzen einer Kugel zwischen zwei zylin  drischen     Hohlbahnen    vor, wobei eine Hohlbahn     aus-          serdem    noch um ihren inneren Mittelpunkt ge  schwenkt wird. Dieser Fall     liegt    bei der Kugelkupp  lung nach der     Erfindung    vor.  



  Wenn man weiter annimmt, dass sich bei voller       Drehmomentübertragung    die Kugeln genau im           Kugelteilkreis        .tangential        ,abstützen,        dann    ist :der     Wälz-          weg        der    Kugeln jeweils gleich dem Mittelpunktsweg  der Kugeln am Innen- und Aussenteil.  



  Insbesondere bei schnellaufenden Kupplungen  und den grösstmöglichen auftretenden Knickwinkeln  werden die     Wälzkörper    formschlüssig auf dem     halben     Knickwinkel gesteuert. Die an beiden Seiten der  Kugeln angreifenden Federn bzw.     Stegringe    halten  die Kugeln axial spielfrei. Bei Verwendung von Ein  stellhebeln, vorzugsweise drei Stück, die bei     Axialbe-          wegung    des Aussen- gegenüber dem Innenteil, sowie  bei     Knickungen    der beiden Teile zueinander die  Wälzkörper immer auf die Lage einstellen, werden  die Kugeln formschlüssig in die jeweilige Ebene ge  stellt, und bewirken eine gleichförmige Drehbewe  gung selbst bei einer halben Kupplung.  



  Alle diese Ausführungsbeispiele zeigen die In  nenteile 1 mit zylindrischen Innenlaufbahnen 6' und  die Aussenteile 2 mit zylindrischen Aussenlaufbah  nen 6. In diese Auslaufbahnen 6, 6' sind die     Kugeln     3     drehspielfrei    gebettet. Zur     Mittenkorrektur    sind die  Kugeln 3 durch seitliche Federn 4 und 5 bzw. durch       Stegringe    7 und 8 begrenzt.  



  In der     Fig.    7 ist eine Kupplungswelle mit 20 be  zeichnet. Sie durchsetzt das Innenteil 22, das eine  Kupplungshälfte darstellt, mit einer     Viel-Nut-Verbin-          dung    21. Das Innenteil 22 ist als Kugelnabe     kugelzo-          nenförmig    ausgebildet und in den     Lagern    28 des  Aussenteils 26 bzw. Deckels 27 gehalten.  



  Zum Zweck einer völligen Abdichtung ist in der  Kupplungshälfte 26 bzw. 27 unmittelbar neben je  einem Ring des Lagers 28 je ein Dichtungsring 27  angeordnet. Bei der bisher beschriebenen Kupp  lungsanordnungen sind ebenfalls Dichtungen vorge  sehen.  



       ,Der        mittige        Teil    der     Kupplungshälfte    22 ist     steg-          anti,g        rausgebildet    und mit inneren     Wälzbahnen    6'     für     die Kugeln 5 als     Übertragungsglieder    versehen. Diese  werden wiederum von der     Kupplungshälfte    26     um-          fasst,    wobei zwischen den Kugeln 3 Einstellhebel 25  vorgesehen sind     (Fig.    8).

   Die kugelförmigen Köpfe  der Einstellhebel 25     ,sind    sowohl im     Innen-    als auch  im Aussenteil der Kupplung gehalten und bewirken,  dass der     Kugelkäfig    23, der ebenfalls von den Ein  stellhebeln 25 durch Leisten 29 gehalten wird, so zu  verschieben ist, dass bei abgewinkelten Kupplungs  wellen eine gleichmässige Drehgeschwindigkeit zu  erzielen ist.  



  Zur     Übertragung    des Drehmomentes werden die       Verstellhebel    25 nicht herangezogen, da die Anzahl  der Kugeln 3 für diesen Zweck vollkommen aus  reicht. Der Kugelkäfig 23 ist in zwei ringförmige Eta  gen geteilt, die gegeneinander über Leisten 29 durch  eine angeschraubte Klemme 18, 19 einzustellen sind,  so     dass        -die        Spielfreiheit,der    Kugeln 3     gewährleistet    ist       (Fig.    9).  



  Fingerartige     Aufbördelungen    24 des     geteilten          Käfigs    23 .sind     derart        zu    den Kugeln 3 hingebogen,  dass die Kugeln auch im demonstrierten Zustand der  Kupplung im Kupplungsinnenteil 22 gehalten und am    Herausfallen     gehindert    werden. Das ist dadurch mög  lich, dass der     Käfigsteg    an einem grösseren Durch  messer als dem     Kugelteilkreisdurchmesser    anliegt.

    Die Leiste 29 dient ausserdem in vorteilhafter Weise  bei der     Fertigung    der Kugelbahnen als Fixierglied  und wird bei der nachfolgenden Herstellung der Boh  rungen für das     Einstellglied        ebenfalls        mit    durchbohrt.  



  Es seien hier abschliessend die Vorteile der neuen  Kugelkupplung nach der Erfindung nochmals kurz       zusammengefasst.     



  ,1.     Gleichförmiger    Lauf     zwischen    Aden beiden zu  verbindenden Wellen, auch wenn eine Zwischenwelle  vorhanden ist, die bei     Radialversatz        gefordert    wird.  



  2. Vollständige     Drehspielfreiheit.     



  3. Ausser der Zentrierung durch die Kugeln ist in  radialer Richtung keine andere Massnahme erforder  lich.    4. absolute Laufruhe.  



  5. Die Kugelkupplung ist verhältnismässig leicht  auszuwuchten.  



  6. Die Laufbahnen werden als exakt zylindrische  Bohrungen gefertigt und können bis zum Endzustand  (Einbauzustand) zylindrisch bleiben oder aber werden  zitronenförmig.  



  7. Die Kupplung ist für sehr grosse Knickwinkel  (ca.     30-40 )    zu verwenden.  



  B. Die Kupplung ist für kleinste und grösste  Drehzahlen bei hoher     Drehmomentenübertragung    zu  verwenden.  



  9. Die Lebensdauer ist     insbesondere    durch Här  ten der Laufbahnen unerreicht     gross.     



  10. Die Kupplung kann exakt berechnet werden.  11. Die Kugeln     wälzen    exakt und erleiden keine  Gleitbewegung.  



  Vorzugsweise können alle Übertragungsflächen  und Bauelemente gehärtet sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Drehstarre, knickfähige Kupplung mit Wälzkör- pern, die in Ausnehmungen eines Aussenteils und eines Innenteils der Kupplung gebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper praktisch dreh- spielfrei in ihre Ausnehmungen eingesetzt sind, um ohne Verklemmen zu laufen, und dass sie bei genick- ter Kupplung in einer Ebene stehen, die nur um den halben Knickwinkel geneigt ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Kupplung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wälzkörper (3) durch diesen zugeordnete, axial korrigierende Mittel auf halbem Knickwinkel geführt sind. 2. Kupplung nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die Wälz- körperstellung selbsttätig elastisch korrigierende Mit tel elastische Federn (4,5) oder elastische Stegringe (7, 8) verwendet sind. 3.

   Kupplung nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die Wälz- körperstellung selbsttätig formschlüssig korrigierende Mittel Einstellhebel (12,25) verwendet sind. 4. Kupplung nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die Wälz körperstellung selbsttätig begrenzt korrigierendes Mittel ein Käfig (23) verwendet ist. 5.

   Kupplung nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkör- per (3) durch seitlich angeordnete elastische Federn (4, 5) oder Stegringe (7, 8) axial spielfrei gehalten sind. 6. Kupplung nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wälzkörpern (3) im Innen- und Aussenteil (1, 2) ge haltene Einstellhebel (25) angeordnet sind, die mit einem Käfig (23) verbunden sind, dessen Finger die Wälzkörper halten. 7.

   Kupplung nach Patentanspruch I oder einem der vorhergehenden Unteransprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Innenteil (1) als kugelzonen- förmiger Körper (22) ausgebildet im Aussenteil (26, 27) nach Art eines Kugelgelenkes gehalten ist. B. Kupplung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Ausnehmungen (6, 6') durch Halbbohrungen erzeugt sind, wobei jede Halbboh rung des Aussen- und Innenteils mittelpunktsgleich ist und alle Mittelpunkte wenigstens angenähert auf einem gemeinsamen konzentrischen Teilkreis liegen. 9.

   Kupplung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Ausnehmungen (6, 6') als zylindrische Hohlbahnen für die Wälzkörper herge stellt sind, bis zum Einbauzustand zylindrisch bleiben oder eine Zitronenform bekommen,. 10. Kupplung nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Übertragungsflächen und Bauelemente gehärtet sind.

   PATENTANSPRUCH 1I Verfahren zur Herstellung der Kupplung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenteil (2) auf das Innenteil (1) aufgeschrumpft, in dieser Lage fixiert, dann gebohrt, getrieben, gehärtet und geläppt wird und danach das Aussenteil (2) vom Innenteil (1) abgepresst und der Raum zwischen den einander zugekehrten Flächen (1', 2') des Aussen- und Innenteils freigearbeitet wird.

   UNTERANSPRUCH 1<B>,</B>1. Verfahren mach Patenlanspruch Il, 4adurch ge kennzeichnet, dass die einander zugekehrten Flächen (1', 2') als Passflächen ausgeführt und an einem Teil (1 oder 2) entsprechend dem maximal zulässigen Knickwinkel zurückgesetzt werden.