deutsch english

Einteilige, kraftschlüssige Ausgleichskupplung aus Kunststoff

Die hier vorgestellte Ausgleichskupplung kann beispielsweise durch Spritzguss günstig hergestellt werden. Sowohl axiale als auch radiale Verschiebungen sowie Winkelfehler können in deutlichem Umfang ausgeglichen werden. Gegenüber herkömmlichen Ausgleichskupplungen aus Kunststoff lassen sich größere Drehmomente übertragen. Die Anbindung an die Welle wird dabei durch eine innovative Klemmnabe realisiert, die den nötigen Kraftschluss sicherstellt.
 

Problemstellung

Die Herstellung von mehrteiligen Kupplungen ist aufwendig und daher teuer. Zwar gibt es einteilige Ausgleichskupplungen aus Kunststoff die entsprechend günstig gefertigt werden können, diese eignen sich aber nur für sehr geringe Drehmomente. Ein kritischer Punkt ist dabei oftmals die Wellen-Anbindung. Um ein möglichst hohes Drehmoment zu übertragen, muss die Verbindung der Kupplung mit der Welle eine entsprechende Kraftschlüssigkeit aufweisen. Es fehlt daher bis jetzt an einer günstig produzierbaren Kunststoffkupplung mit entsprechender Wellen-Anbindung für mittlere Drehmomente.
 

Unsere Lösung

Die Abbildung rechts vom Text, zeigt die neu entwickelte Kunststoffkupplung (Abb. 1). Es ist möglich diese einteilige Kupplung mittels Spritzguss herzustellen (s. Abb. 2 B). Die abwechselnde Anordnung mehrerer steifer Scheiben, die durch dünnwandige und nachgiebige Ausgleichselemente verbunden sind, erlaubt es, axiale und radiale Verschiebungen sowie Winkelfehler auszugleichen. Besonderer Bedeutung kommt hierbei der Form der Ausgleichselemente zu. Im Gegensatz zu klassischen
Schraubenfedern ist hier die Steigung der Wendel nicht konstant. Vielmehr knicken diese zu den Scheiben hin ab. Dies erlaubt es gleichzeitig Drehmomente zu übertragen und verhältnismäßig große Fluchtungsfehler auszugleichen.
Zwei Bauformen sind hier sinnvoll:
(i) Zwei steife Scheiben verbunden durch die nachgiebigen Ausgleichselemente.
Extrem kompakt, aber nur zum Ausgleich von axialen Verschiebungen und Winkelfehlern geeignet.
(ii) Neben den beiden Endscheiben können zusätzlich mehrere Zwischenscheiben vorgesehen sein, die jeweils wiederum mit Ausgleichselementen verbunden sind. Bei dieser Bauweise können zusätzlich radiale Verschiebungen ausgeglichen werden.

Eine spielfreie Übertragung von Torsionsmomenten auf die Welle kann bei dieser Art Kupplung über eine Klemmnabe und die Verwendung eines Kontaktelements, bspw. in Form einer Beschichtung die den Reibkoeffizienten erhöht, einfach erreicht werden (s. Abb. 2 A).
 

Vorteile

  • Ausgleich großer Fluchtungsfehler
  • Übertragung von für Kunststoffkupplungen ungewöhnlich hoher Drehmomente
  • Fertigung mittels Spritzgießverfahren möglich
  • Auch andere Fertigungsverfahren (spanende Bearbeitung, additive Verfahren) anwendbar
  • Baukastenprinzip: Eine Spannschelle für verschiedene Kupplungsgrößen
     

Anwendungsbereiche

Übertragung mittlerer Drehmomente für die herkömmliche Kunststoffkupplungen nicht geeignet sind, Metallkupplungen aber überdimensioniert wären.

Entwicklungsstand

Es liegen CAD-Zeichnungen der Kupplung vor. Ebenso wurden bereits Spritzgusswerkzeuge zur Herstellung der Kupplung entworfen.
Mittels Biegewechselfestigkeitsuntersuchungen an Probestäbchen und Simulationen der Belastung der Kupplung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode konnten die übertragbaren Drehmomente bestimmt werden (siehe Tabelle).

Patentsituation

Offengelegte Patentanmeldungen:
    Deutsche Patentanmeldung: DE102017113075A1
    Internationale Patentanmeldung: WO2018228910A1
    Eine weitere Patentanmeldung wurde eingereicht.

Anmelder:
Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften – Hochschule Braunschweig/Wolfenbüttel
 

Kontakt

Dr. Tilmann Götze
Patentmanager Physik & Technik
E-Mail: tgoetze(at)sciencebridge.de
Tel.: +49 (0) 551 30 724 159
Referenz: CPA-2017-FHBW und CPA-2108-FHBW
www.sciencebridge.de

Download als PDF
Die Fusszeile

Eine Tochter der