DE2229418B2 - Zahnkupplung - Google Patents
ZahnkupplungInfo
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- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
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Description
Die Erfindung betrifft eine wartungsfreie, axial-, radial- und winkelbewegliche Zahnkupplung, insbesondere
zur Verbindung der Schwungscheibe einer Kraftmaschine mit dem Wellenzapfen eines anzutreibenden
Aggregats durch einen an die Schwungscheibe der Kraftmaschine anschraubbaren Flansch, wobei der
Flansch aus zwei konzentrisch ineinanderruhenden Teilen besteht, deren innerer, eine Innenverzahnung
tragender und mit Zähnen der zugehörigen, am Wellenzapfen befestigten Kupplungsnabe in Eingriff
stehender Teil aus Kunststoff gefertigt ist, während der äußere Flanschteil aus Metall besteht.
Es sind Flanschwellenkupplungen zur Verbindung zwischen der Welle eines anzutreibenden Aggregats
und der Schwungscheibe der Kraftmaschine in Form von Zahnkupplungen bekannt, bei denen der Flansch
und die Nabe aus Metall sind. Diese Kupplungen haben den Nachteil, daß bei Relativbewegungen zwischen den
Zahnflanken der An- und Abtriebsseite eine Schmierung erforderlich ist, da sonst ein vorzeitiger Verschleiß
der Verzahnung droht. Solche Kupplungen sind also entweder nicht wartungsfrei oder nicht in der Lage,
Axial-, Radial- und Winkelverlagerungen aufzunehmen.
Bei anderen Kupplungen ähnlicher Bauart werden auf die Zähne der An- oder Abtriebsseite Kappen aus
Kunststoff gesetzt, damit es nicht zur Reibpaarung Stahl auf Stahl kommt. Solche Kupplungen sind nicht einfach
herzustellen, sie haben auch den Nachteil, daß die vielen Kunststoffkappen als Einzelteile die Montage erschweren
und eine aufwendige Lagerhaltung notwendig machen. Ein weiterer Nachteil der erstgenannten
Zahnkupplung ganz aus Metall und der Zahnkupplung mit Kunststoffkappen ist, daß der Verschleiß an der An-
und Abtriebsnabe sofort bzw. nach Zerstörung der Kunststoffkappen gleichzeitig auftritt, so daß bei einer
Reparatur der Austausch beider Teile unerläßlich ist.
Es sind weiterhin Kupplungen aus Stahlmembranen bekannt, welche an der Antriebsseite mit ihrem äußeren
Umfang an die Schwungscheibe geschraubt werden, während im Zentrum das Nabenteil mit oder ohne
Radialspiel befestigt ist. Diese Kupplungen sind schwierig zu montieren, da zunächst die gesamte
Kupplung an der Schwungscheibe des Motors befestigt wird und anschließend erst die Abtriebswelle in die
Kupplungsnabe eingeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist die Befestigung der Nabe an der Membrane.
Wird die Nabe spielfrei befestigt, kommt es zu einer Dauerbiegebeanspruchung der Membrane die verhältnismäßig
schnell zu einem Dauerbruch fuhrt W.rd tue
Nabe dagegen mit Radialspiel an der Membrane befestigt, besteht die Gefahr, daß aufgrund des
Unrieichförmigkeitsgrades eines Verbrennungsmotors die dann hohen Torsionsschwingungen zum Ausschlagen
der Verbindungsstelle und damit zur Zerstörung der Kupplung führea . .
Bei anderen bekannten Kupplungen wird zwischen
dem'Flansch an der Schwungscheibe und der Nabe an der Abtriebsseite elastisches Material verwendet, das
wie ein Balg ausgebildet sein kann und am Flansch und an der Nabe unter Reibschluß angeschraubt wird. Wenn
als elastisches Material Gummi verwendet wird, kann dieser sowohl an der An- und Abtriebsseite oder auch
nur an einer Seite aufvulkanisiert sein. Die Herstellung einer solchen Kupplung ist aufwendig und damit sehr
teuer Die Montage wird durch das Anschrauben eines Gummibalges sehr erschwert. Als weiterer Nachteil ist
eine geringe dynamische Drehsteifigkeit zu nennen, die
beim Antrieb von Kolbenpumpen schwingungstechnische Schwierigkeiten bereiten kann. Eine andere
bekannte elastische Kupplung dieser Art ist als Scheibenkupplung ausgeführt, bei der am äußeren
Umfang ein elastischer Balg mit einer Nockenverzahnung versehen ist und der anzuschraubende Flansch mit
halbkreisförmigen Ausnehmungen hergestellt wird. In die Nockenverzahnung des elastischen Ringes werden
Rollen eingelegt, die in ihrem äußeren Umfang in die halbkreisförmigen Ausnehmungen des an die
Schwungscheibe angeschraubten Flansches greifen. An der Abtriebsseite wird die Kupplungsnabe unter
Reibschluß mit Schrauben an dem elastischen Ring befestigt. Die Herstellung derartiger Kupplungen ist
sehr aufwendig, damit sehr teuer, und sie sind schwierig zu montieren. Sie haben außerdem eine sehr geringe
dynamische Drehsteifigkeit, was in vielen Fällen unerwünscht ist.
Die DT-PS 1174114 zeigt zwar bereits zwei
konzentrisch ineinanderruhende Flanschteile, von denen der innere eine Innenverzahnung tragende und mit
den Zähnen einer Kupplungsnabe in Eingriff stehende Teil aus Kunststoff, der äußere dagegen aus Metall
besteht. Der Flansch ist jedoch nicht zur Befestigung an der Schwungscheibe einer Kraftmaschine bestimmt. Die
Verbindung der beiden bekannten Flanschteile erfolgt durch gegenseitiges Anpressen in axialer Richtung.
Dadurch soll der innere, als Hülsenteil benannte Flanschteil eine spielfreie, radiale Selbstzentrierung
erhalten, wodurch ein zentrischer Lauf des außenverzahnten Kupplungsteils gewährleistet wird. Die Verwendung
der vorbekannten Kupplung für eine Verbrennungskraftmaschine mit ihrer stoßweisen Belastung ist
nicht möglich, da die Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Teil der Kupplung diesen Ansprüchen
nicht gewachsen ist.
Aufgabe ist es daher, eine Kupplung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ihr Aufbau einfach,
ihre Herstellung preiswert und die Montage einfach und schnell durchführbar ist, wobei die Verbindung des
inneren mit dem äußerer. Flanschteil zur Übertragung
einer sehr hohen dynamischen Drehsteifigkeit bei ausreichender Stabilisierung des Flanschteils geeignet
sein soll.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verbindung beider Flanschteile
Sacklöcher zur Aufnahme hakenförmiger Federelemente
in wechselnder Reihenfolge auf beiden Seiten des Flansches angeordnet sind.
Aus der FR-PS 9 51 915 geht zwar bereits die Lehre hervor, den Zahnkranz eines Zahnrades mit seiner Nabe S
über in Sacklöcher einsteckbare Hülsenfedern zu verbinden. Den Gedanken jedoch, diese Verbindungsmöglichkeit unter wechselnder Reihenfolge auf beiden
Seite des Flansches einer gemäß vorliegender Erfindung auszubildenden Kupplung vorzusehen, läßt diese Patentschrift
nicht erkennen.
In der Zeichnung ist ein Ausführngsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt einer Kupplung aus zwei Teilen unterschiedlicher Werkstoffe, und
F i g. 2 die Frontansicht der Kupplung gemäß F i g. 1.
Die Kupplung besteht aus zwei konzentrisch ineinanderruhenden Flanschteilen 1 und 5, wobei das
innere Teil 1 als Kunststoffhülse und das Teil 5 als äußerer Metallflansch 5 ausgebildet sind. Beide sind
über hülsenförmige Federelemente 7 miteinander verbunden. Mit Hilfe der Durchgangslöcher 6 wird der
Flansch 5 an die Schwungscheibe eines Motors geschraubt. Über den Metallflansch 5, die Hülsendemente
7 und die Innenverzahnung 4 der Kunststoffhülse 1 wird das Drehmoment des Motors auf die
Außenverzahnung 4a des Nabenteils 2 übertragen und von dort auf die Welle des anzutreibenden Aggregats
weitergeleitet.
Die Werkstoffverbindung Kunststoff-Metall bringt besondere Probleme mit sich, da bei Verbrennungsmotoren
eine Erwärmung der Kupplungen bis auf über 80° C zu erwarten ist, wobei sich unterschiedliche
Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe besonders stark bemerkbar machen. Weiterhin ist bekannt, daß
manche Thermoplaste aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften bei Erwärmung Wasser abgeben und
nach erfolgter Abkühlung schrumpfen, so daß ursprüngliche Passungen nicht mehr stimmen. Da jedoch
Verbrennungsmotoren in ihrem Drehmomentenverlauf häufig einen sehr hohen Ungleichförmigskeitsgrad
haben, ist eine spielfreie Verbindung der Kunststoffhülse 1 in dem Metallflansch 5 notwendig. Aus diesem
Grunde wird die Kunststoffhülse 1 in den Metallflansch eingepreßt. In den Teilkreis zwischen Kunststoff und
Metall werden Bohrungen gebracht, deren Radien sowohl in dem Kunststoff sowie im Metall liegen. In
diese Bohrungen werden unter Vorspannung geschlitzte Hülsenfedern 7 geschlagen. Aufgrund ihrer Federkraft
überbrücken diese Federn die unterschiedlichen Materialausdehnungen und Schrumpfungen, wie oben beschrieben.
Eine spielfreie Drehmomentübertragung zwischen Metallflansch und Kunststoffhülse ist dadurch
sicher gewährleistet Die Hülsenfedern dienen sowohl zur Drehmomentübertragung als auch zum Dehnungsausgleich.
Bei ungünstigen Durchmesserverhältnissen des Außendurchmessers des als Kunststoffhülse ausgebildeten
Teils 1 zum Innendurchmesser der Verzahnung 4 kann es aufgrund plastischer Verformung im
Kunststoff als Folge der großen Radialkräfte durch das Einpressen des aus Kunststoff bestehenden Flanschteils
1 und durch die Vorspannkräfte der Federelemente 7 zu einer Verringerung des Innendurchmessers der Verzahnung
4 kommen, so daß sich dann die Kupplungsnabe 2 nur noch mit großer Kraftaufwendung in den Kupplungsflansch
einführen läßt Diese Schwierigkeit wird jedoch dadurch behoben, daß am Umfang des
Flanschteils 1 zur Stabilisierung jeweils am Ende der Bohrung ein Steg 8 erhalten bleibt j
Bei der Montage wird der Flansch mit der Innengeradverzahnung 4 an die Schwungscheibe eines
Motors geschraubt Die Nabe 2 mit der Außenverzahnung 4a wird auf dem Wellenstumpf der Abtriebsseite
befestigt, so daß die Teile zur Herstellung des Kraftschlusses zwischen An- und Abtriebsseite nur noch
ineinandergeschoben zu werden brauchen. Bei einer derartigen Kupplung ist beim Zusammenschieben nur
eine ganz geringe Verdrehung der An- oder Abtriebsseitc notwendig, um die Teile ineinanderschieben zu
können, falls die Innenzähne des Flansches und die Außenzähne der Nabe zufällig voreinanderstehen
sollten. Eine einfachere Montage wie vorstehend beschrieben ist nicht denkbar. Da trotz sorgfältiger
Ausführung immer damit zu rechnen ist, daß die Mittellinien der An- und Abtriebsachsen nicht fluchten,
findet bei den Rotationen der Aggregate eine Relativbewegung an der Verbindungsstelle zwischen
der An- und Abtriebsseite statt. Die Verbindungsstelle ist im vorliegenden Fall die Eingriffsstelle der
Verzahnungen von Kupplungsflansch und Kupplungsnabe. Durch die Verzahnung des Flansches in Kunststoff
werden ohne zusätzliche Schmiermittel gute Gleiteigenschaften und ein entsprechend geringer Verschleiß
erreicht. Die Größe des Verschleißes ist dabei abhängig von der Höhe des Fluchtungsfehlers zwischen An- und
Abtriebsachse und von der Drehzahl des Aggregates und damit der Gleitgeschwindigkeit zwischen den
Zahnpaaren. Außerdem bestimmten die Höhe und der Ungleichförmigkeitsgrad des zu übertragenden Drehmomentes
die Verschleißfestigkeit der Zähne. Sollte nach entsprechender Betriebsdauer die Kunststoffverzahnung
verschlissen sein, so genügt es, für eine Reparatur das Kunststoffteil auszuwechseln, während
die Stahlnabe und das äußere Flanschteil wieder verwendet werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Wartungsfreie, axial-, radial- und winkelbewegliche Zahnkupplung insbesondere zur Verbindung der Schwungscheibe einer Kraftmaschine mit dem Wellenzapfen eines anzutreibenden Aggregats durch einen an die Schwungscheibe der Kraftmaschine anschraubbaren Flansch, wobei der Flansch aus zwei konzentrisch ineinanderruhenden Teilen besteht, deren innerer, eine Innenverzahnung tragender und mit den Zähnen der zugehörigen, am Wellenzapfen befestigten Kupplungsnabe in Eingriff stehender Teil aus Kunststoff gefertigt ist, während der äußere Flanschteil aus Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, daßzu~Verbindung beider Flanschteile Sacklöcher zur Aufnahme hülsenförmiger Federelemente (7) in wechselnder Reihenfolge auf beiden Seiten des Flansches (1, 5) angeordnet sind.
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |