Die Erfindung betrifft eine zum Ausgleich eines Radialversatzes zwischen zwei rotier baren Elementen, insbesondere Wellen, vorgesehene Ausgleichskupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Eine derartige, als Ausgleichskupplung aufgebaute Wellenkupplung ist beispielsweise aus der DE 102006 043 897 A1 bekannt. Die bekannte Wellenkupplung ist zur An kopplung einer Geberwelle an einen Elektromotor vorgesehen. Ein Drehmomentüber tragungselement ist derart gestaltet und zwischen der Motorwelle des Elektromotors und der Geberwelle angeordnet, dass sowohl Radial- und Axialversätze als auch Win kelversätze von Motor- und Geberwelle ausgleichbar sind.

Eine weitere gattungsgemäße Ausgleichskupplung ist in der DE 1 286 830 A offen bart. In diesem Dokument ist ein zwischen zwei eine Antriebswelle und eine Ab triebswelle geschaltetes Drehmomentübertragungselement als Schwebeglied be zeichnet. Das Schwebeglied weist zwei zueinander senkrecht ausgerichtete Füh rungsnuten auf, welche den beiden Wellen zugewandt sind.

Die DE 10 2017 010 096 A1 beschreibt einen Werkzeughalter mit elastischer Aus gleichskupplung. Hierbei wirkt ein elastisches Bindeglied mit einem äußeren Kupp lungsteil und einem inneren Kupplungsteils der Ausgleichskupplung zusammen.

Aus der DE 37 06 135 A1 ist eine drehstarre Ausgleichskupplung mit Axialdämpfer bekannt, welche insbesondere für einen Einspritzpumpenantrieb konzipiert ist. Die Ausgleichskupplung umfasst zwei Kupplungshälften sowie eine dazwischen angeord nete Hohlwelle, die beidseitig über Membranlamellen jeweils an eine der Kupplungs hälften angebunden ist.

Die DE 1 284 704 A offenbart eine Ausgleichskupplung, die zugleich als Rutschkupp lung verwendbar sein soll. Die Ausgleichskupplung ist zur Verbindung zweier Wellen- enden vorgesehen, wobei das eine Wellenende mit einer Muffe und das andere Wel lenende mit Kupplungsinnenteilen verbunden ist, die in der Muffe gehalten sind.

Aus der EP 1 288 515 B1 ist eine Gelenkwellenkupplung bekannt, die eine teleskopi- sche Wellenanordnung umfasst. Komponenten der teleskopischen Wellenanordnung sind zwei Wellen, welche entlang einer Längsachse axial gleitend gegeneinander ver schiebbar sind.

Als Ausgleichkupplungen, welche zum Übertragen rotatorischer Leistung geeignet sind, kommen prinzipiell auch Metallbalgkupplungen in Betracht. In diesem Zusam menhang wird beispielhaft auf die DE 102011 118 989 A1 hingewiesen, die eine Me tallbalgkupplung beschreibt, bei welcher ein Balg aus Stahl mit Anbaunaben aus Alu minium verschweißt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelte, montagetechnisch vorteilhafte Ausgleichskupplung anzu geben, welche zumindest einen Radialversatz zwischen einer antreibenden Welle und einem abtriebsseitigen Element ausgleicht und besonders für hohe Drehzahlen, wie sie beispielsweise in Spindellager-Prüfständen auftreten, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ausgleichskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Ausgleichskupplung ist zum Ausgleich eines Radial versatzes, das heißt lateralen Versatzes, zwischen zwei rotierenden Elementen, ins besondere Wellen, geeignet und umfasst zwei mit den rotierbaren Elementen zu ver bindende äußere Kupplungsteile, nämlich ein antriebsseitiges Kupplungsteil und ein abtriebsseitiges Kupplungsteil, sowie ein mittleres Kupplungsteil, welches gegenüber den äußeren Kupplungsteilen jeweils begrenzt beweglich ist, wobei eine bezüglich Torsionsbelastungen formschlüssige Zusammenwirkung zwischen dem mittleren Kupplungsteil und den äußeren Kupplungsteilen gegeben ist. Das mittlere Kupplungs teil ist aus einem als Dämpfungselement ausgebildeten Rohrstück sowie zwei an dem Rohrstück befestigten, jeweils zum zentrierten Zusammenstecken mittels Kugelkopf- Zentrierung mit einem der äußeren Kupplungsteile vorgesehenen Rohrabschlussstü cken gebildet.

Die Ausbildung der Verbindungen zwischen dem mittleren Kupplungsteil und den äu ßeren Kupplungsteilen als zueinander zentrierte Steckverbindungen ist in verschiede ner Hinsicht vorteilhaft:

Zum einen ist hierdurch eine sehr einfache, werkzeuglose Montage und Demontage der Ausgleichskupplung möglich. Zum anderen können die drei Kupplungsteile vor dem Zusammenbau einzeln ausgewuchtet werden, wobei sich durch den Zusammen bau keine neuen Unwuchten ergeben. Die rohrförmige Gestalt des mittleren Kupp lungsteils ermöglicht zudem eine geringe Gesamtmasse sowie ein geringes Träg heitsmoment der Ausgleichskupplung. Insgesamt ist die Ausgleichskupplung damit als Leichtbaukupplung ausgebildet, deren Schwingungs-Übertragungsfunktion einen ho hen Dämpfungsanteil aufweist.

Von einer Rohrform des mittleren Kupplungsteils wird auch dann gesprochen, wenn das über dieses Kupplungsteil übertragene Drehmoment hauptsächlich über einen rohrförmigen Außenbereich läuft, wogegen der Innenbereich des Kupplungsteils mit einem Material, insbesondere Schaum, ausgefüllt sein kann, welcher zwar nicht we sentlich zur Drehmomentübertragung beiträgt, jedoch eine Rolle hinsichtlich der me chanischen Dämpfung spielt. Unabhängig von der detaillierten Gestaltung des als Rohrstück ausgebildeten Dämpfungselements der Leichtbaukupplung spielen parasi täre Unwuchtkräfte bei deren Betrieb praktisch keine Rolle.

Die Steckverbindungen, welche zwischen dem mittleren Kupplungsteil und den äuße ren Kupplungsteilen hergestellt sind, sind frei von Schnapp- oder Klemmmechanismen gestaltbar. In typischer Einbausituation hat das mittlere, rohrförmige Kupplungsteil damit einen Freiheitsgrad in axialer Richtung. Die Ausgleichskupplung ist damit nicht nur in der Lage, einen lateralen Achsversatz auszugleichen, sondern auch zum Aus gleich eines axialen Versatzes geeignet. Die äußeren Kupplungsteile können entwe- der fest mit den rotierenden Elementen, insbesondere Wellen, verbunden oder als in tegrale Bestandteile solcher Elemente ausgebildet sein.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens eine der Verbindungen zwi schen Rohrstück und Rohrabschlussstück als Überlastkupplung ausgebildet. Insbe sondere sind beide Verbindungen zwischen Rohrstück und Rohrabschlussstück als Überlastkupplungen ausgebildet, wobei deren Belastbarkeit durch einen zwischen das Rohrstück und die Rohrabschlussstücke eingebrachten Klebstoff, beispielsweise ei nen Epoxidharzkleber, bestimmt ist.

Die mit Hilfe eines Klebstoffs hergestellte Überlastkupplung ist - im Gegensatz zu ras tenden Überlastkupplungen - als freischaltende Überlastkupplung ausgeführt. Prinzi piell sind Überlastkupplungen, welche eine Klebeverbindung umfassen, zum Beispiel aus der EP 3 001 062 B1 bekannt.

Das Auslösen der Überlastkupplung oder einer der Überlastkupplungen ist nicht mit der Entstehung nennenswerter Unwuchten verbunden. Auch bei sehr hohen Drehzah len werden somit durch eine Auslösung der Überlastkupplung keine Lastspitzen in die zunächst drehfest miteinander gekoppelten Wellen eingeleitet.

Das als zentrales Element des mittleren Kupplungsteils vorgesehene, dämpfend wir kende Rohrstück ist beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbeson dere CFK, das heißt kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, gefertigt. Ein solches Rohrstück aus einem nicht metallischen Material zeichnet sich, auch zusammen mit den durch Klebeverbindungen hergestellten Überlastkupplungen, durch eine hohe Torsionssteifigkeit aus. Zudem wirkt das Rohrstück aus faserverstärktem Kunststoff als elektrischer Isolator und eignet sich damit auch für Anwendungen, insbesondere Prüfstandsanwendungen, bei denen induzierte Motorströme auftreten. Auch eine thermische Entkopplung zwischen den mechanisch miteinander gekoppelten Wellen ist damit realisiert. Die Zentrierung zwischen dem mittleren Kupplungsteil und den beiden äußeren Kupp lungsteilen ist gemäß verschiedener möglicher Ausgestaltungen mit Hilfe von zwei Kugelköpfen hergestellt. Hierbei können die Kugelköpfe Teile der äußeren Kupplungs teile oder Teile der Rohrabschlussstücke und damit des mittleren Kupplungsteils sein. Ebenso ist es möglich, dass lediglich eines der äußeren Kupplungsteile einen Kugel kopf aufweist. In diesem Fall weist auch das mittlere Kupplungsteil genau einen Ku gelkopf auf. In allen Fällen wird ein Drehmoment jeweils in derjenigen Ebene übertra gen, in welcher auch die Zentrierung mit Hilfe des Kugelkopfes hergestellt ist. Unab hängig davon, welchen Kupplungsteilen die Kugelköpfe zuzurechnen sind, entstehen bei lateralem sowie axialem Achsversatz durch die Ausgleichskupplung höchstens ge ringe Rückstellkräfte.

Eine Drehmomentübertragung im Bereich eines Kugelkopfes ist beispielsweise mög lich, indem im Kugelkopf ein Stift gehalten ist, welcher in eine Nut in einem anderen Kupplungsteil eingreift. Alternativ ist eine drehmomentübertragende Verbindung zwi schen einem Kugelkopf und dem damit gekoppelten Kupplungsteil mit Hilfe von Ver zahnungen des Kugelkopfes sowie des genannten Kupplungsteils hergestellt.

In allen Fällen ist der Kugelkopf in eine entsprechend dimensionierte Öffnung des an deren Kupplungsteils eingesteckt. Optional schließt an den Kugelkopf ein Verlänge rungsabschnitt an. welcher sich unter Zwischenschaltung mindestens eines elasti schen Ringes an einer Innenumfangsfläche eines der Kupplungsteile abstützt. Insbe sondere ist der Verlängerungsabschnitt von einer Mehrzahl an elastischen Ringen, beispielsweise zwei Ringen, umgeben. Unabhängig von der Anzahl der Ringe ermög lichen diese eine Vorzentrierung desjenigen Kupplungsteils, welches den Kugelkopf aufweist, in dem zugehörigen weiteren Kupplungsteil. Innerhalb der zusammengebau ten Ausgleichskupplung übernehmen die elastischen Ringe zusätzlich zu dem Rohr stück eine Dämpfungsfunktion.

Die Ausgleichskupplung ist insbesondere in Prüfständen zur Prüfung von Hochge schwindigkeitslagern, beispielsweise axial belasteten Spindellagern, geeignet. Zum technischen Hintergrund wird beispielhaft auf die Dokumente DE 10 2006 011 978 A1 und DE 102009 050 153 A1 hingewiesen.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeich nung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ausgleichskupplung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ausgleichskupplung.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Ausgleichskupplung ist zur Verwendung in einem Prüfstand für Spindellager vorgesehen. Es handelt sich um eine High-Speed-Anwendung, wobei die Ausgleichskupplung 1 unterkritisch betrieben wird. Mit Hilfe der Ausgleichskupplung 1 werden Spindellager mit einem Drehzahlin dex von bis zu 4.000.000 mmrpm getestet. Die Ausgleichskupplung 1 ist damit Teil ei nes mit hoher Drehzahl betriebenen Mehrwellensystems.

Die Ausgleichskupplung 1 umfasst zwei äußere Kupplungsteile 2, 3, nämlich ein an triebsseitiges Kupplungsteil 2 und ein abtriebsseitiges Kupplungsteil 3, sowie ein die äußeren Kupplungsteile 2, 3 verbindendes mittleres Kupplungsteil 4, welches als Kupplungszwischenwelle gestaltet ist. Insgesamt ist die Ausgleichskupplung 1 in der Lage, sowohl einen lateralen als auch einen axialen Versatz zwischen den äußeren Kupplungsteilen 2, 3 auszugleichen. Die äußeren Kupplungsteile 2, 3 sind mit Wellen oder sonstigen rotierenden Elementen zu verbinden. Alternativ können die Kupplungs teile 2, 3 als integrale Bestandteile solcher Elemente, das heißt eines antreibenden Elementes beziehungsweise eines abtriebsseitigen Elementes, ausgebildet sein. Das antriebsseitige Kupplungsteil 2 weist in den Ausführungsbeispielen einen Flansch 5 auf, welcher an einem antreibenden Element zu befestigen ist. Ferner ist am an triebsseitigen Kupplungsteil 2 ein Schaft 8 erkennbar, welcher zur Zentrierung des an triebsseitigen Kupplungsteils 2 am antreibenden Element nutzbar ist. Was das ab triebsseitige Kupplungsteil 3 betrifft, ist in Figur 2 eine Anschlusskontur 6 erkennbar, die zur Verbindung mit einer abtriebsseitigen Welle nutzbar ist. Im Ausführungsbei spiel nach Figur 1 ist das abtriebsseitige Kupplungsteil 3 nur teilweise dargestellt.

Die Kupplungszwischenwelle 4, welche die äußeren Kupplungsteile 2, 3 in nachste hend noch näher erläuterter Weise formschlüssig miteinander verbindet, weist in bei den Ausführungsbeispielen ein Rohrstück 7 auf, welches als Dämpfungselement der Ausgleichskupplung 1 fungiert. Das Rohrstück 7 ist als CFK-Rohr ausgebildet, wel ches mit ultrahochmoduligen Kohlenstofffasern gewickelt ist. Zusätzlich zu seiner me chanisch dämpfenden Funktion stellt das Rohrstück 7 auch ein Element zur thermi schen Entkopplung sowie zur elektrischen Isolation dar. In den Anordnungen nach den Figuren 1 und 2 fällt die mit MA bezeichnete Mittelachse des Rohrstücks 7 und damit des gesamten mittleren Kupplungsteils 4 mit den Mittelachsen der äußeren Kupplungsteile 2, 3 zusammen. Der mit DM bezeichnete Durchmesser des mittleren Kupplungsteils 4 ist mit dem Durchmesser des Rohrstücks 7 identisch. LM bezeichnet die Gesamtlänge des mittleren Kupplungsteils 4.

Zusätzlich zum Rohrstück 7 sind zwei Rohrabschlussstücke 9, 10, bei welchen es sich um Metallteile handelt, dem mittleren Kupplungsteil 4 zuzurechnen. Durch jedes Rohrabschlussstück 9, 10 ist ein Einsatzstück 11 gebildet, welches im Rohrstück 7 gehalten ist. Die Einsatzstücke 11 weisen jeweils einen ersten ringförmigen Verbin dungsabschnitt 12 und einen hiervon parallel beabstandeten zweiten ringförmigen Verbindungsabschnitt 13 auf. Zwischen den ringförmigen Verbindungsabschnitten 12, 13 ist ein Zwischenabschnitt 14 mit vergleichsweise geringem Durchmesser gebildet. Der Ringraum zwischen dem Zwischenabschnitt 14 und der Innenumfangsfläche des Rohrstücks 7 ist mit einem Klebstoff 15 befüllt, durch welchen eine Überlastkupplung 17, 18 gebildet ist. An die beiden Enden des Rohrstücks 7 grenzt jeweils ein stirnseiti ger Anlageabschnitt 16 des Einsatzstückes 11. Das mittlere Kupplungsteil 4 ist gegenüber den äußeren Kupplungsteilen 2, 3 jeweils mit Hilfe eines Kugelkopfes 19, welcher allgemein auch als sphärischer Abschnitt be zeichnet, zentriert, so dass zweifach eine Kugelkopfzentrierung gegeben ist. An den sphärischen Abschnitt 19 schließt, in Längsrichtung der Mittelachse MA betrachtet, ei nerseits ein Hals 20 und andererseits ein Verlängerungsabschnitt 21 an.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind die Kugelköpfe 19 Teile der äußeren Kupp lungsteile 2, 3. Ein Stift 23, welcher ein drehmomentübertragendes Element darstellt, ist durch eine Bohrung 22 gesteckt, welche den Kugelkopf 19 mittig durchzieht und die Mittelachse MA rechtwinklig schneidet. Der Stift 23 greift in eine Längsnut 24 ein, wel che sich im Rohrabschlussstück 9, 10 befindet. Die Stifte 23 der beiden äußeren Kupplungsteile 2, 3 sind, wie an sich von Oldham-Kupplungen her bekannt, um 90 ^° gegeneinander verdreht. Jedoch ist das mittlere Kupplungsteil 4, anders als bei übli chen Oldham-Kupplungen, gegenüber den äußeren Kupplungsteilen 2, 3 nicht ver schiebbar, sondern ausschließlich etwas kippbar.

Die Zentrierung des mittleren Kupplungsteils 4 gegenüber den äußeren Kupplungstei len 2, 3 mit Hilfe zweier Kugelköpfe 19 ist auch im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 gegeben. In diesem Fall weisen die Kugelköpfe 19 Außenverzahnungen 31 auf, wel che formschlüssig, die Übertragung eines Drehmoments ermöglichend, jeweils in eine Innenverzahnung 32 eingreifen. Die Innenverzahnungen 32 sind in Bohrungen 29, 30 der äußeren Kupplungsteile 2, 3 ausgebildet, während die Kugelköpfe 19 als integrale Bestandteile der Rohrabschlussstücke 9, 10 an die Einsatzstücke 11 angeformt sind.

In beiden Ausführungsbeispielen befinden sich im Verlängerungsabschnitt 21 zwei Ringnuten 25, 26, in die jeweils ein O-Ring 27, 28 eingelegt ist. Die O-Ringe 27, 28, das heißt dämpfenden Ringe, stellen ein Mittel zur Vorzentrierung beim Zusammen bau der Ausgleichskupplung 1 dar. Zudem fungieren die O-Ringe 27, 28 als auch in Axialrichtung wirksame Dämpfungselemente beim Betrieb der Ausgleichskupplung 1

Der Zusammenbau der Ausgleichskupplung 1 erfolgt durch simples Zusammenste cken der Kupplungsteile 2, 3, 4. In analoger Weise ist eine Demontage der Aus- gleichskupplung 1 möglich, indem die Kupplungsteile 2, 3, 4 auseinandergezogen werden, wobei eine Zugänglichkeit der Ausgleichskupplung 1 von einer Seite, das heißt entweder vom antriebsseitigen Kupplungsteil 2 aus oder vom abtriebsseitigen Kupplungsteil 3 aus, ausreichend ist.

Bezuqszeichenliste Ausgleichskupplung äußeres Kupplungsteil, antriebsseitig äußeres Kupplungsteil, abtriebsseitig mittleres Kupplungsteil, Kupplungszwischenwelle Flansch Anschlusskontur Rohrstück, Dämpfungselement Schaft am antriebsseitigen Kupplungsteil Rohrabschlussstück, antriebsseitige Buchse Rohrabschlussstück, abtriebsseitige Buchse Einsatzstück erster ringförmiger Verbindungsabschnitt zweiter ringförmiger Verbindungsabschnitt Zwischenabschnitt Klebstoff stirnseitiger Anlageabschnitt Überlastkupplung Überlastkupplung sphärischer Abschnitt, Kugelkopf Hals Verlängerungsabschnitt Bohrung Stift Nut, Längsnut Ringnut Ringnut O-Ring O-Ring Bohrung Bohrung Außenverzahnung Innenverzahnung DM Durchmesser des mittleren Kupplungsteils LM Länge des mittleren Kupplungsteils LR Länge des Rohrstücks MA Mittelachse