DE2604669C3

DE2604669C3 - Wellenkupplung

Info

Publication number: DE2604669C3
Application number: DE2604669A
Authority: DE
Inventors: Pierre Jean-Louis Pean
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1976-02-06
Publication date: 1978-09-28
Also published as: FR2300258B1; JPS51102758A; FR2300258A1; GB1532553A; DE2719708A1; DE2604669B2; DE2604669A1; SE7601273L; CA1031178A; US4017196A; FR2388687A1

Description

Bei einer bekannten Wellenkupplung (DE-AS 50 289) nach dem Oberbegriff des Anspruchs I sind die kegelstumpfförmigen Zentrierflächen nicht komplementär. Vielmehr gehören die Kegelflächen zu zwei auf den Wellencnden befestigten Flanschen und stehen nur mittelbar über zwei Kegelflachen eines Zentrierrings miteinander in Verbindung. Eine solche Maßnahme setzt aber eine axiale Verspannung der Flansche gegeneinander und gegen den Zentrierring voraus. Durch die üblichen und unvermeidbaren Toleranzen bedingt ist nämlich keineswegs gewährleistet, daß eine Berührung gleichzeitig an allen vier Kegelflächen und an der ebenen Fläche zwischen den Flanschen stattfindet (Sp. 3, Z. 26 bis 28 u. Sp. 4, Z. 16 bis 21 sowie Anspruch 1). Die notwendige Verspannung bedingt

entsprechend kräftige Verbindungsschrauben, die in der üblichen Weise angeordnet und nicht querfedernd sein können. Sie verlaufen parallel zur Rotationsachse und unter einem Winkel von 90 Grad zur durchdrungenen Berührungsfläche. Ohne eine Verspannung durch die Zugschrauben sind keine selbstzentrierenden Eigenschaften vorhanden.

Es ist eine weitere Wellenkupplung bekannt (DE-PS 7 22 021), die komplementäre, kegelstumpfförmige Zentrierflächen besitzt, die jedoch nicht konzentrisch zur Rotationsachse der zu kuppelnden Teile verlaufen. Vielmehr sollen die Zentrierflächen ausdrücklich exzentrisch zur Wellenachse angeordnet sein (Anspruch 1). Durch die bekannte Lösung sollen weitere Verbindungselemente wie Bolzen etc. vermieden werden (S. 1,

Z. 12 bis 23). Bei der Übertragung von Drehmomenten haben jedoch die Kupplungsteile aufgrund der Exzentrizität der Zentrierflächen das Bestreben, sich axial voneinander zu entfernen, wobei die axiale Kraftkomponente um so größer ist, je größer der öffnungswinkel des Kegels bzw. die Exzentrizität der Rotationsachse der Zentrierfläche ist. Ein axiales Auseinandergehen der Kupplungsteile wird daher durch Zugelemente verhindert. Ein seiches Zugelement, wie beispielsweise ein Differenzbolzen, erfordert die Einhaltung von Toleranzen, insbesondere aber die Zugänglichkeit des Innenraums der Kupplung, die daher nur für Hohlwellen brauchbar ist. Die bekannte Verbindung ist nicht elastisch und ermöglicht keine leicht bestimmbare Begrenzung des Drehmoments. Sie ist auch nur relativ schwer zu trennen.

Weiterhin ist es häufig schwierig, eine Demontage von mit Schrauben oder Bolzen verbundenen Kupplungsteilen vorzunehmen, und zwar wegen der Oxydation, der diese Teile meistens unterliegen. Eine Schwierigkeit besteht darin, eine statische, insbesondere aber eine dynamische Auswuchtung vorzunehmen, bevor die Teile in Drehung versetzt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Wellenkupplung anzugeben, die in einfachster Weise angewandt werden kann, zweckmäßig und wenig aufwendig ist und für das Kuppeln von drehbaren massiven und hohlen Teilen verwendet werden kann, die zueinander mehr oder weniger sorgfältig ausgerichtet sind.

Die Erfindung ermöglicht nicht nur eine kostengünstige exakte Zentrierung der zu verbindenden Teile, sondern auch eine spielfreie Verbindung, die sehr leicht gelöst werden kann, da es genügt, die Stifte in der Richtung ihres Einbaus auszutreiben, um die zu kuppelnden Teile zu trennen. Das Austreiben der Stifte verursacht keinerlei Schwierigkeiten, da die zu kuppelnden Teile für diesen Zweck eine Hinterfläche wie eine Rille oder Hinterdrehung besitzen.

Außer der Möglichkeit einer raschen Trennung der Verbindung ist zu bemerken, daß die Stifte nur geringe

w) zusätzliche Massen mit sich bringen und daß die entsprechenden Bohrungen leicht kalibrierbar sind, so daß ein statisches und dynamisches Auswuchten der Kupplung leicht bewirk', werden kann.

l-lin weiterer Vorteil beruht auf der Tatasche, daß das

„-, Verschleißspiel, welches im Bereich der Bohrungen für die Stifte entsteht, beseitigt werden kann, da es in jedem Falle ausreicht, den Durchmesser der Bohrungen entsprechend zu überarbeiten, um das Einsetzen eines

Stiftes zu ermöglichen, der ein größeres Maß aufweist als der benutzte oder beschädigte, zuvor ausgetriebene Stift. Eine solche Bearbeitung kann leicht, sogar unmittelbar am Arbeitsplatz, in identischer Weise im Bereich der verschiedenen Verbindungselemente durchgeführt werden.

Ein zusätzlicher Vorteil liegt in der Tatsache begründet, daß die verwendeten Stifte eine genau bekannte Scherfestigkeit besitzen, so daß sie auch eine Sicherheitsfunktion ausüben, indem sie einen Drehmomentenbegrenzer für das größte zu übertragende Drehmoment bilden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch angegeben.

Eine Anordnung mii zwei Berührungsflächen gestattet das Einsetzen der Stifte ausgehend von der äußeren Umfangsfläche des Zwischenkörpers und benutzt die zu kuppelnden Teile als starre Gegenhalter für das Auffangen der axialen Kräfte, die für die Erzeugung der radialen elastischen Verformungskräfte u.id für das Eintreiben der Stifte erforderlich- sind. Ein solcher Vorteil ist besonders dann von Interesse, wenn der Zwischenkörper elastisch ausgebildet ist, weil die Montage dann schnell und leicht ohne die Gefahr einer unerwünschten Rückfederung durchgeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung der Kegelflächen erleichtert die Bearbeitung der Herstellung und führt bei der Montage zu einem Effekt der besonders genauen Vorzentrierung.

Ermöglicht wird außerdem der Bau einer Wellenkupplung zwischen hohlen drehbaren Teilen, die τη Hinblick auf Überdruck oder Vakuum absolut dicht ist. Der Erfindungsgegenstand findet eine bevorzugte Anwendung als dichte Kupplung bei Werkzeughaltern von Maschinen mit rotierenden Schneidwerkzeugen, bei denen die Kühlflüssigkeit im Innern des Werkzeugs selbst unter Druck zirkuliert.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und deren Wirkungsweise seien nachfolgend anhand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Variante des Gegenstandes nach F i g. 1 und

F i g. 3 einen Axialschnitt durch ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.

Fig. 1 zeigt die Ausführung einer Kupplungsverbindung zwischen zwei Elementen wie beispielsweise zwischen Rotationsteilen 1 und 2 beispielsweise in Form von Antriebswellen zweier nicht dargestellter Vorrichtungen. Die Kupplungsverbindung wird dadurch gebildet, daß zwischen den Teilen 1 und 2 mindestens eine Berührungsfläche 3 vorgesehen ist, die aus zwei komplementären Kegelflächen 4 und 5 gebildet wird, welche konzentrisch zur gemeinsamen Rotationsachse 6 der Teile 1 und 2 angeordnet sind. Die Kegelflächen 4 und 5 bilden einen Sitz und eine Gegenfläche, die durch jedes geeignete Bearbeitungsverfahren hergestellt werden können, welches zu einer exakten Zentrierung in bezug auf die fiktive Achse 6 führt. Die Kegelflächen 4 und 5 können unmittelbar an den Enden der Teile 1 und 2 vor deren Verbindung gebildet werden oder an zwei Verbindungsstellen la und 2;j, die auf beliebige Weise auf den Enden der Teile I und 2 befestigt werden. Die Kegelflächen 4 und 5 können unmittelbar in der Höhe des Außendurchmessers der /u verbindenden Teile angeordnet sein, wie gemäß I- i g. I an den Bünden \b und 2b, die die Teile 1 und 2 verlängern, oder an den Verbindungsteilen la und 2a.

Die Kupplungsverbindung sieht unter anderem die Einschaltung von Verbindungselementen 7 in der Höhe der Berührungsfläche 3 vor, welche die Rotationsteile 1 und 2 entweder unmittelbar oder mittels der Verbindungsteile la und 2a oder mittels der Kragen \b und Ib verbinden. Die Verbindungselemente 7 werden aus mindestens drei Stiften 8 gebildet, welche die Berührungsfläche 3 auf dem gleichen Durchmesser durchdringen und untereinander eine äquidistante Winkelteilung bilden. Die Stifte 8 sind unter Spannung in Bohrungen 9 und 10 eingesetzt, die in übereinstimmender Weise so in den Teilen 1 und 2,1 a und 2a, oder 1 b und 2b angeordnet sind, daß ihre paarweise Ausrichtung je eine Aufnahmebohrung bildet, deren Richtung in bezug auf die entsprechende, örtliche Neigung der Berührungsfläche 3 einen Winkel »alpha« einschließt, der z. B. von einem rechten Winkel verschieden ist.

Bei jeder Ausführungsform der Teile 1 und 1 b sowie 2 und 2b sind die Bohrungen 10 so angeordnet, daß sie in die äußere Umfangsfläche der Teile 2, 2a und 2b sowie in die Kegelfläche 5 münden, während die Bohrungen 9 gleichfalls in die Kegelfläche 4 sowie in eine ringförmige Ausnehmung 11 wie eine Rille, Nut, Hinterschneidung münden, deren besondere Funktion nachfolgend näher erläutert wird. Die Bohrungen 9 und 10 sind zylindrisch, um gleichfalls zylindrische Stifte 8, z. B. Scherspannstifte, aufzunehmen, die beispielsweise als röhrenförmige Elemente ausgeführt sind, die elastisch in radialer Richtung verformbar sind und zu diesem Zweck einen axialen Spalt besitzen. Die Stifte 8 besitzen in entspanntem Zustand einen Außendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser der Bohrungen 9 und 10, so daß bei ihrem Einbau aufgrund der zwangsweisen radialen Verformung eine spielfreie, unter einem Winkel stehende Verbindung zwischen den Teilen 1 und 2 hergestellt wird.

Aufgrund der vorstehend dargelegten Anordnung, des Einbaus und der Verspannung der Stifte 8 durch ihre

-to Einführung ausgehend von den Mündungen der Bohrungen 10 auf dem Außenumfang der Teile 2,2a und 2b wird erreicht, daß die aus der Vorspannung resultierenden Kräfte in jedem Falle gegen die Achse 6 gerichtet sind. Das Einsetzen der Stifte 8 kann leicht und

■»5 rasch durchgeführt werden, da die Kegelflächen 4 und 5 aufgrund ihrer Berührung eine relativ exakte Zentrierung der Teile 1 und 2 bewirken und da es genügt, vor der Einführung des ersten Stiftes die gleiche Winkellage der Bohrungen 9 und 10 mittels einer entfernbaren Stange oder Nadel herzustellen.

Fi g. 2 erläutert eine Variante, welche besonders für hohle drehende Elemente Ic und 2c bestimmt ist, durch die ein strömendes Medium entweder unter Druck oder drucklos geführt werden kann oder in denen ein Druck herrscht, der vom Umgebungsdruck verschieden ist. In einem solchen Fall geschieht die Herstellung der Kupplungsverbindung unter Zwischenschaltung einer Dichtung 12 im Bereich der Berührungsfläche 3, mindestens aber zwischen den Kegelflächen 4 und 5. Die

«ι Dichtung 12 wird gleichfalls von den Verbindungselementen 7 durchsetzt, die so beschaffen sind, daß sie die Dichtung zusammenpressen, um eine dichte Verbindung im Bereich der Kupplung /u erzeugen. Die Dichtigkeit durch Pressung wird wohlverstanden mittels der

'·'> Verbindungselemente 7 bewirkt, kann jedoch gleichfalls durch axiale Pressung /wischen den Kegelflachen 4 und 5 unterstützt werden, wenn tier Winkel »λ« kein rechter Winkel ist. Ein von W abweichender Winkel kann

gleichfalls vorgesehen werden, um den wirksamen Querschnitt der Verbindungselemente 7 im Bereich der Berührungsfläche 3 zu vergrößern, was bei gegebenem Durchmesser zu einer erhöhten Scherfestigkeit führt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 geschieht die Herstellung der Kupplungsverbindung unter Zwischenschaltung eines Körpers 13 zwischen den Teilen 1 und 2 oder den Verbindungsteilen la—16 und 2a—2b. Der Körper 13 wird beispielsweise durch ein Element verkörpert, welches in axialer Richtung und/oder auf Biegung durch eine Biegekraft elastisch verformbar ist. Es versteht sich, daß der Körper 13 jede andere als die dargestellte Form haben kann und auch aus einem nicht elastischen Element wie einem Kardangelenk oder einer homokinetischen Verbindung bestehen kann.

Bei diesem Ausfühnjngsbeispie! sind zwischen den Teilen 1 und 2 oder den Verbindungsteilen la—16 und 2a—2b zwei Berührungsflächen 3| und 32 vorgesehen, die von den Berührungsflächen dieser Teile mit dem Körper 13 gebildet werden. Hierbei sind die Berührungsflächen 3i und 32 in ähnlicher Weise gestaltet wie die vorstehend beschriebene Berührungsfläche 3 unc besitzen infolgedessen jeweils zwei komplementäre Kegelflächen 4|—5| und 42 —S₂. In diesem Fall wercler die Kegelflächen 5| und 52 von den Teilen 1 —la—Ii oder 2—2a—2b gebildet, während die Kegelflächeii 4 und 4₂ durch die beiden Enden des Körpers 13 gebildet werden.

Aus F i g. 3 geht hervor, daß die Bohrungen 9 und K

to in der Weise angeordnet sind, daß die Stifte 8] und 8; nicht die Mantelfläche durchdringen, die den Körper Ij begrenzt, wenn dieser in Form eines Rohres ausgebilde ist. Auf diese Weise wird es ermöglicht, ein elastisch verformbares rohrförmiges Element als Zwischenkör per 13 zu verwenden, der jede beliebige Beschaffenhei haben kann und ggf. mit einer Umhüllung J4 aus einerr dichten, elastischen Material versehen sein kann, das irr Bereich der beiden Kegelflächen 4i und 42 zwe Dichtringe bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wellenkupplung, bestehend aus zwei Bunden als zu kuppelnden Teilen mit je einer Kegelfläche als ringförmiger Berührungsfläche, die konzentrisch zur Rotationsachse verlaufen und an den Enden dieser Teile gebildet sind, sowie aus mindestens drei Verbindungselementen, welche die Berührungsfläche auf dem gleichen Durchmesser und mit äquidistantem Winkelabstand durchdringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelflächen (4, 4i, 42, 5, 5i, 5₂) komplementär sind und eine der Kegelflächen (4,4i und 4₂) als Sitz am Ende des einen Bundes (1 ty und die andere Kegelfläche (5, 5i und 5₂) als Gegenfläche am Ende des anderen Bundes (2b) ausgebildet ist, daß die Verbindungselemente (7) aus geschlitzten Stiften bzw. Röhren (8, 8i und 8₂) mit Eigenschaften bestehen, die eine begrenzte elastische und radiale Verformung zulassen, daß die Stifte etc. mit radialer Klemmung in kalibrierten Bohrungen (9, 10) angeordnet sind, die in den zu kuppelnden Teilen (Bunde IZj und 2b) deckungsgleich angebracht sind, daß die Stifte etc. in einer zur Rotationsachse (6) schrägen Richtung verlaufen und eine von 90° verschiedene Winkellage in bezug auf die durchdrungene Berührungsfläche (3) einnehmen und daß die Bohrungen (9, 10) von der konischen Berührungsfläche (3) ausgehend einerseits in eine ringförmige Ausnehmung (11) des einen Bundes (\b) und andererseits in eine Außenfläche des anderen Bundes (2b) einmünden.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zu kuppelnden Teilen (1, la und 2, 2a) zwei Berührungsflächen (3| und 3₂) angeordnet sind, die von den Enden der zu kuppelnden Teile und von den Enden eines Zwischenkörpers (13) zwischen diesen Teilen gebildet werden, wobei jede der Berührungsflächen von einer konischen Gegenfläche am Ende des zu kuppelnden Teils und von einem konischen, komplementären Sitz gebildet wird, der eine der Endflächen des Zwischenkörpers (13) darstellt, dessen Verbindung mit den zu kuppelnden Teilen aus mindestens drei rohrförmigen geschlitzten Stiften (81 bzw. 82) besteht, wobei jede Endfläche des Zwischenkörpers (13) einen ringförmigen Sitz darstellt, der konisch und komplementär zur jeweiligen Gegenfläche ausgebildet ist und Bohrungen enthält, die von der Sitzfläche ausgehend in die äußere Umfangsfläche des Zwischenkörpers (13) münden und mit den Bohrungen in den Bunden fluchten, so daß diese gemeinsam zur Aufnahme der Stifte (8, bzw. 8₂) dienen.