B e s c h r e i b u n g

Kupplung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments.

In vielen Bereichen der Technik sind sogenannte überlastkupplungen bzw. Kupplungen mit einer überlastsicherung bzw. Drehmomentbegrenzung bekannt. Dabei sind in vielfältigen Ausfuhrungsformen überlastkupplungen bekannt, die mit mittels separaten Federn gelagerten separaten Rastelementen arbeiten. Diese überlastkupplungen weisen aber mit Nachteil eine vergleichsweise große Anzahl von Einzelteilen auf, was sich sowohl hinsichtlich Montage als auch Herstellungskosten nachteilig auswirkt. Weiterhin sind auch sehr einfach aufgebaute überlastkupplungen bekannt, mit denen allerdings mit Nachteil nur eine Drehmomentübertragung bis zu vergleichsweise kleinen Grenzdrehmomenten möglich ist.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kupplung zum übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments zu schaffen, die einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist und mit der auch eine Drehmomentenübertragung bis hin zu größeren Grenzdrehmomentwerten möglich ist.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 beinhaltet eine Kupplung zum übertragen von Drehmomenten zwischen einem ersten und einem zweiten Wellenteil mit einer Begrenzung des übertragenden Drehmoments folgende Merkmale:

Das erste Wellenteil ist mit einem ersten Anschlusselement drehfest verbunden, das einen zylinderartigen Mantel mit wenigstens einer Ein- oder Ausbauchung aufweist, - ein Federelement, das zu besagtem Mantel im wesentlichen konzentrisch und mit einer im wesentlichen zum formschlussartigen Eingreifen in die Ein- oder

Ausbauchung des Mantels entsprechend gestalteten Aus- oder Einbauchung ausgebildet ist, und das Federelement ist mit dem zweiten Wellenteil in Verbindung stehend.

Dadurch, dass die erfindungsgemäße Kupplung im Extremfall lediglich eine spezielle Ausbildung der einander gegenüberliegenden axialen Enden der beiden Wellenteile und ein beispielsweise ringartig und in Umfangsrichtung gewellt ausgebildetes Federelement benötigt, ist ein einfachster Aufbau mit einem Mini- mum an Einzelteilen möglich, was sich insbesondere durch die damit einhergehende, sehr einfache und damit auch schnelle Montage mit Vorteil auch positiv auf die Kosten einer derartigen Kupplung auswirkt. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Kupplung Reib- und Formschlusseffekte miteinander kombiniert, ist trotz des einfachsten Aufbaus mit Vorteil auch eine Begrenzung der zu übertragenden Drehmomente hin zu vergleichsweiße großen Grenzdrehmomenten möglich. Beim überschreiten des vorgebbaren Grenzwertes für das zu übertragende Drehmoment wird das Federelement derart reversibel verbogen, dass sich die beiden Wellenteile wunschgemäß gegeneinander verdrehen können. Alsbald das zu übertragende Drehmoment wieder unter dem Grenzwert liegt, sorgt das wieder in seine Aus- gangsform zurückkehrende Federelement dafür, dass wieder eine Drehmomentüber-

tragung zwischen den beiden Wellenteil stattfinden kann. Weiterhin ist es mit der erfindungsgemäßen Kupplung ebenfalls mit Vorteil möglich, einen gewissen Versatz und/oder eine gewisse Kippung der beiden Wellenteile gegeneinander durch die Kupplung auszugleichen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Figur 1 in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung, bei der sich die

Wellenenden zweier zu koppelnder Wellenteile koaxial umschließen und dazwischen ein ringförmiges in Umfangsrichtung gewellt ausgebildetes Federelement angeordnet ist,

Figur 2 in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung, bei der entsprechende axiale Enden zweier zu koppelnder Wellenteile durch ein die Enden im wesentlichen umschließendes Federelement gekoppelt sind,

Figur 3 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch ein Federelement, das im Gegensatz zu dem einstückig ausgebildeten Federelement der Figur 2 aus zwei Teilen zusammengesetzt ist,

Figur 4 in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung zweier zu koppelnde Wellenteile mittels einem Federelement, umfassend an den Außen- mänteln der Wellenteile anliegende Fahnen mit einem Ring von Fahnen je Wellenteil und mit einer sphärischen Ausbauchung je Fahne,

Figur 5 einen Längsschnitt der zusammengesetzten Kupplung der Figur 4,

Figur 6 in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung zweier zu koppelnder Wellenteile mittels einem Federelement, umfassend an den Außen- und Innenmänteln der Wellenteile anliegende Fahnen mit zwei Ringen von Fahnen je Wellenteil und mit einer sphärischen Ausbauchung je Fahne,

Figur 7 einen Längsschnitt der zusammengesetzten Kupplung der Figur 6,

Figur 8 in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung zweier zu koppeln- der Wellenteile mittels einem Federelement, das aus einer Vielzahl einzelner und in einer Haltehülse angeordneter Federbauteile zusammengesetzt ist,

Figuren 9 und 10 eine Frontansicht und einen Längsschnitt durch die zusammenge- setzte Kupplung der Figur 8.

Die Figur 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer perspektivischen Explosionsansicht eine Kupplung, bei der sich entsprechende Wellenenden zweier zu kuppelnden Wellenteile koaxial umschließen und dazwischen ein ringförmiges, in Umfangsrichtung gewellt ausgebildetes Federelement 30 angeordnet ist. An besagten Wellenenden sind die beiden nicht dargestellten Wellenteile mit Anschlusselementen 10 und 20 ausgebildet. Dabei kann insbesondere das erste Anschlusselement 10 des ersten Wellenteils unmittelbar durch entsprechende Ausbildung besagten Wellenendes ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann aber auch wenigstens eines der Anschlusselemente 10 und 20 beispielsweise als ein Sinterelement ausgebildet und mit dem Wellenteil entsprechend verbunden sein.

Das in Umfangsrichtung mit einer Wellung ausgebildet ringartige Federelement 30 ist dabei insbesondere spanlos aus einem gehärteten Stahlband oder Stahlblech,

insbesondere einem Federstahlband hergestellt. In einer anderen Ausführungsform kann das Federelement auch mit einer Längsschlitzung in Umfangsrichtung nicht in sich geschlossen ausgebildet sein.

Zu der Wellung des Federelements 30 passend, sind sowohl der Außenmantel des ersten Anschlusselements 10 als auch der Innenmantel des zweiten Anschlusselements 20 mit einer entsprechenden Wellung bzw. mit entsprechenden Ein- und Ausbauchungen ausgebildet. Bei einem entsprechenden Ineinandersetzen der drei Elemente 10, 20 und 30 sind die beiden Anschlusselemente 10 und 20 über das Federelement 30 bis zu einem vorgebbaren Wert eines zu übertragenden Drehmoments drehfest miteinander verbunden. Wird besagter Wert überschritten, wird das Federelement 30 derart aufgeweitet, dass sich die beiden Anschlusselemente 10 und 20 gegeneinander verdrehen können bis das zu übertragende Drehmoment wieder unter den besagten Wert sinkt.

Besagter Wert zur Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments ist dabei beispielsweise durch einen Durchmesser des Federelements 30, durch Tiefe und Anzahl der Ein- und Ausbauchungen, durch eine Wanddicke des Federelements 30, aber auch durch eine beispielsweise auf den Außenmantel des ersten Anschlussele- ments 10 und/oder den Innenmantel des zweiten Anschlusselements 20 aufgebrachte, die Gleitreibung beeinflussende Beschichtung, einstellbar.

In anderen Ausführungsformen können insbesondere die Stirnseiten des Federelements 30, insbesondere in denjenigen Bereich, in dem sie zum Eingriff in die Anschlusselemente 10 und 20 vorgesehen sind, mit einer Verrundung ausgebildet sein und/oder die Ein- bzw. Ausbauchungen des Federelements 30 sind bezogen auf eine Mitte der Ein- bzw. Ausbauchung zur entsprechenden Gegenfläche der Anschlusselemente 10 und 20 hin leicht sphärisch ausgebeult.

Die Figur 2 zeigt als ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung in Form einer perspektivischen Explosionsansicht eine Kupplung, bei der die entsprechenden axialen Enden zweier zu koppelnder Wellenteile durch ein die Enden im Wesentlichen umschließendes Federelement 30' gekoppelt sind. Dabei umfassen besagte Enden besagter Wellenteile im Wesentlichen identisch ausgebildete Anschlusselemente 10' und 20'.

Das einstückig ausgebildete ringartige Federelement 30' umfasst dabei einen ersten in Umfangsrichtung gewellten ringartigen Teilbereich für das erste Anschlussele- ment 10', einen hohlkreiszy linderartigen Zwischenbereich und einen zweiten in Umfangsrichtung gewellten ringartigen Teilbereich für das zweite Anschlusselement 20'. Die beiden gewellten Teilbereiche sind dabei derart über den Zwischenbereich miteinander verbunden, dass bei axialer Betrachtung sozusagen die Berge der Wellung des ersten Teilbereichs auf Täler der Wellung des zweiten Teilbereichs treffen. Die Wellung der beiden ringartigen Teilbereiche ist dabei wiederum zum Eingreifen in entsprechend gewellt ausgebildete Außenmäntel der beiden Anschlusselemente 10' und 20' vorgesehen.

Der Zwischenbereich ist weiterhin mit Einschnitten 32' ausgebildet, die abwech- selnd von der einen und der anderen Stirnseite her und außerhalb der Verbindungsstellen zu den beiden gewellten Teilbereichen ausgebildet sind. Dadurch wird insbesondere beim überschreiten des Grenzwerts des zu übertragenden Drehmoments ein Aufweiten des Federelements 30' in einer für das Federelement 30' materialverträglichen Art und Weise gewährleistet. In einer anderen Ausführungs- form können die Einschnitte axial auch über eine mittlere Umfangslinie des Zwischenbereichs hinausgehend ausgebildet sein.

Weiterhin sind an den Verbindungsstellen zwischen den gewellten Teilbereichen und dem Zwischenbereich Kerbspannungen reduzierende Ausrundungen 34' vorgesehen, was in der Figur 2 lediglich einmal exemplarisch dargestellt ist.

Ansonsten gilt das vorausgehend zu der Figur 1 Beschriebene für die Ausführungs- form der Figur 2 entsprechend.

Die Figur 3 zeigt als ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung eine Abwand- lung des Federelements 30' der Figur 2, wobei das Federelement 30" der Figur 3 im Zwischenbereich geteilt aus zwei Teilen 31" und 32" hergestellt ist. Die Figur 3 zeigt dazu einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch das Federelement 30" in seinem Zwischenbereich, in dem die beiden Teile 31" und 32" miteinander verbunden sind.

Dabei umfassen die beiden zum Verbinden vorgesehenen Teile 31" und 32" des Federelements 30" an ihren zu verbindenden Stirnseiten an wenigstens einigen Umfangsstellen radial nach innen umgeformte, sich in den Zwischenraum zwischen den beiden Anschlusselementen hinerstreckende Bereiche, die insbesondere durch ein Druckfugen was auch als Durchsetzfügen oder Clinchen bezeichnet wird, miteinander verbunden sind, was an der Stelle 35" angedeutet ist.

Damit das Federelement 30' der Figur 2 axial in Position bleibt, sind die Einbau- chungen auf den Außenmäntel der Anschlusselemente 10' und 20' nach außen hin durch eine Art Steg begrenzt, in den die Einbauchungen sphärisch übergehend gestaltet sind. Beim Federelement 30" gemäß der Figur 3 kann diese axiale Positionierung durch den zwischen die beiden Anschlusselemente hineinragenden Teil des Federelements 30" übernommen werden, so dass die Anschlusselemente auch ohne besagten Steg, also zahnradartig ausgebildet werden können. Ansonsten gilt das vorausgehend zu den Figuren 1 und 2 Beschriebene für die Ausführungsform der Figur 3 entsprechend. In anderen Ausführungs formen können die Federelemente natürlich auch aus mehr als zwei Teilen und/oder mit anderer Verbindungstechnik ausgebildet sein.

Die Figur 4 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung zweier zu koppelnder Anschlusselemente 10'" und 20" mittels eines zusammengesetzten Federelements. Dabei unterscheidet sich das Federelement der Figur 4 von dem Federelement 30" der Figur 3 im Wesentlichen dadurch, dass das Federelement der Figur 4 aus zwei im Wesentlichen identischen, miteinander vernieteten Teilen 31'" und 32'" besteht, wobei jedes der Teile 31'" und 32'" einen lochscheibenartigen Grundkörper umfasst, an dessen Außenrand in axialer Richtung auskragend, dicht an dicht eine Vielzahl voneinander getrennter Fahnen 34'" angeordnet ist, wobei jede der Fahnen 34'" eine sphäri- sehe, radial nach innen hin gerichtete Ausbauchung 35'" aufweist, und die Ausbauchungen 35'" zum Eingreifen in an den Außenmänteln der beiden Anschlusselemente 10'" und 20'" ausgebildete Einbauchungen vorgesehen sind. Ansonsten gilt das vorausgehend zu der Figur 3 Beschriebene für die Ausführungsform der Figur 4 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen- nummer, ergänzt um einen weiteren Hochstrich bezeichnet. Die Figur 5 zeigt ferner einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Kupplung der Figur 4.

Die Figur 6 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Explosionsansicht eine Kupplung zweier zu koppelnder Anschlusselemente 10"" und 20"" mittels eines zusammengesetzten Federelements. Dabei unterscheidet sich das Federelement der Figur 6 von dem Federelement der Figur 4 und 5 im Wesentlichen dadurch, dass das Federelement der Figur 6 je Anschlusselement 10"" und 20"" zwei konzentrische Ringe von Fahnen umfasst, die sich an den Außen- und Innenrand des lochscheibenartigen Grundkörpers anschließen und die zum Eingreifen in einen Außen- und Innenmantelbereich des jeweiligen Anschlusselements 10"" und 20"" vorgesehen sind. Damit lässt sich gegenüber den Figuren 4 und 5 ein höheres Grenzdrehmoment realisieren. Ansonsten gilt aber das vorausgehend zu den Figuren 4 und 5 Beschriebene für die Ausführungsform der Figur 6 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichennummer,

ergänzt um einen weiteren Hochstrich bezeichnet. Die Figur 7 zeigt ferner einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Kupplung der Figur 6.

Die Figur 8 zeigt als ein sechstes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung in perspektivi- scher Explosionsansicht eine Kupplung zweier zu koppelnder Anschlusselemente 10""' und 20""' mittels eines Federelements, das aus einer Vielzahl einzelner, in einer Haltehülse 32"'" angeordneter Federbauteile 31'"" zusammengesetzt ist. Anders als bei den vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 das Federelement aus mehreren Bauteilen lose zusammengesetzt. Das Federelement der Figur 8 umfasst dabei die Haltehülse 32'"", die innenmantelseitig mit einer Mehrzahl in Umfangsrichtung verteilt angeordneter, sich axial erstreckender Vertiefungen ausgebildet ist. Die Anzahl der Vertiefungen entspricht dabei der Anzahl der einzelnen Federbauteile 31'"". Jede der Vertiefungen ist dabei mit einem kreisabschnittartigen, in radialer Richtung Hinterschneidun- gen bildenden Querschnitt gestaltet und weist im Vertiefungsgrund einen radial vorstehenden, sich axial erstreckenden Vorsprung 33'"" auf. Jedes der Federbauteile 31'"" gleicht dabei einem längsgeschlitzten Rohrkörper, wobei in einem Mittenbereich des Rohrkörpers, über eine Hälfte des Rohrkörpers hinausgehend, die Rohrwandung weggenommen ist. Dabei ist der Fortsatz 33'"" einer der Vertiefungen der Haltehülse 32"'" zum Eingreifen in die Längsschlitzung des Federbauteils 31"'" vorgesehen, wodurch das Federbauteil 31"'" sozusagen verdrehgesichert in der Vertiefung der Haltehülse 32'"" gehalten ist. Durch besagte Hinterschneidungen sind die Federbauteile 32'"" auch gegen ein radial nach innen gerichtetes Herausfallen in den Vertiefungen der Haltehülse 32'"" gehalten. Dabei bilden die Federbautei- Ie 31'"" nach einem Einschieben in die Vertiefungen der Haltehülse 32'"" über einen Innenmantel der Haltehülse 32'"" überstehende Ausbauchungen aus, die zum entsprechenden Eingreifen in entsprechende Einbauchungen an den Außenmänteln der beiden Anschlusselemente 10'"" und 20'"" vorgesehen sind. Dabei können die Federbauteile 31"'" aus einem Federstahl oder auch aus einem zunächst ungehärte- ten Bandstahl mit anschließendem Härten einfach und kostengünstig hergestellt

sein. Um dabei ein entsprechendes Einfedern der Federbauteile 31'"" beim Erreichen des Grenzdrehmoments zu erleichtern, ist die Schlitzung der Federbauteile 31"'" mit einer größeren Breite ausgebildet als die der Fortsätze 33"'" der Vertiefungen. Die Haltehülse 32'"" kann dabei einfach und kostengünstig, beispielsweise durch ein Hochgeschwindigkeitsverdichten eines Pulvermaterials mit anschließendem Sintern hergestellt sein. Ansonsten gilt das vorausgehend Beschriebene entsprechend. Die Figuren 9 und 10 zeigen schließlich noch eine Frontansicht und einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Kupplung der Figur 8.