DE102012017873A1

DE102012017873A1 - Tangentiallaschengelenkscheibe zur Verwendung in Wellengelenken im Bereich der Mechanik und in Musikinstrumenten.

Info

Publication number: DE102012017873A1
Application number: DE201210017873
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Tangentiallaschengelenkscheibe (TLGS) für die Verwendung in Wellengelenken im Bereich der Mechanik und in Musikinstrumenten.

Description

Tangentiallaschengelenkscheibe für die Verwendung in Wellengelenken im Bereich der Mechanik und in Musikinstrumenten.
Wellengelenke werden benötigt, um einen Winkelversatz und/oder einen Axialversatz zwischen zwei Wellenstümpfen auszugleichen. Die Wellengelenke sind fest mit den Wellenstümpfen verbunden und erlauben, je nach Bauart einen Winkelausgleich von wenigen Grad bis herauf zu 90° Winkelversatz.
Als eine sehr bekannte Bauform sei die sogenannte „Hardykupplung” genannt. Außerdem gibt es verschiedene andere Bauformen bei denen durch geschickte Ausformung von Metallblechen oder Kunststoffstreifen ein Winkelversatz ausgeglichen werden kann. Viele der bekannten Bauarten sind nicht spielfrei, wie z. B. Kreuzgelenke oder aufgrund der Bauart nicht torsionssteif.
Für den speziellen Fall zur Kraftübertragung an einer oszillierenden Welle für die Antriebsmechanik eines Fusspedals, einer sogenannten Fussmaschine bzw. Doppelfussmaschine, für ein Schlagzeug, wurde nach einer Lösung gesucht, die nach Möglichkeit folgende Merkmale aufweisen soll:

– Wellenkupplung mit hartem Torsionsverhalten, möglichst geringer Elongation im Belastungsfall
– Radialspielfreier Betrieb, auch nach vielen Betriebsstunden
– Wartungsfreier Aufbau ohne Nachjustage oder Zugabe von Schmierstoffen
– Winkelversatz von bis zu 30° soll ausgleichbar sein
– Möglichst geringe Reibungsverluste innerhalb der Wellenkupplung
– Der Austausch der Tangentiallaschengelenkscheibe soll aus Umweltschutzgründen möglich sein

Lösungsansatz:
Bei der Übertragung einer Drehbewegung sind vielfältige Aspekte zu beachten. Die nachfolgende , zeigt den prinzipiellen Aufbau der Tangentiallaschengelenkscheibe, nachfolgend TLGS, genannt.
Um eine möglichst drehsteife Kupplung aufzubauen, wurden geradlinige Verbindungsstege zwischen der Innenscheibe (2) und der Außenscheibe (3) gewählt. Die Anbindung an die Innenscheibe erfolgt durch eine tangentiale Ausführung des Verbindungssteges. Diese Verbindung wird im weiteren Text Tangentiallasche (1) genannt. Die in gezeigte TLGS ist aufgrund des Aufbaus nur für kleine Winkelversätze zwischen zwei Wellenstümpfen geeignet.
Anhand der soll die Mechanik innerhalb der TLGS näher erläutert werden. Aus kann man erkennen, dass die Anordnung von lediglich einer TLGS nur die Kraftübertragung in einer Richtung ermöglicht. Aufgrund der gewählten geometrischen Verhältnisse können die Tangentiallaschen (1)) ausschließlich Zugbelastung aufnehmen, sollte das TLGS Element mit einer Druckbelastung beaufschlagt werden, so tritt der sofortige Effekt der Eulerschen Knickung auf und würde die TLGS zerstören.
Aus diesem Grund ist es sinnvoll, zwei Scheiben mit jeweils komplementärer Ausrichtung der Verbindungsstege direkt hintereinander zu montieren. Hierbei gilt es zu beachten, dass das Verhältnis von Scheibendicke zur Gesamtpaketdicke der hintereinander geschichteten TLGS nicht den Wert der zwanzigfachen Einzeldicke einer TLGS übersteigt. Überschreitet man den genannten Wert, so ist die Rückstellkraft aus den einzelnen Verbindungsstegen so hoch, das kaum noch ein Winkelversatz der Wellenstümpfe ausgeglichen werden kann.
Schematisch dargestellt in ist der Kraftverlauf innerhalb der TLGS.
Verläuft die Antriebskraft in Richtung F1 mit der Außenscheibe als Antrieb, so wird diese Kraft vornehmlich über die Stege der hinteren TLGS übertragen und auf die Innenscheibe als Abtrieb weitergeleitet. Die Länge der Krafteinleitungspfeile ist nicht maßstäblich. Kehrt man den Kraftverlauf im Antriebsstrang um, so ergibt sich ein Verlauf wie mit F2 eingezeichnet. Es sind jeweils alle Tangentiallaschen, in dieser Skizze jeweils 9 Stück pro TLGS, zur Aufnahme der Zugkräfte geeignet, die Zugkraft ist nahezu gleichmäßig auf die gerade wirksamen Tangentiallaschen verteilt, somit ist ein vorzeitiges Versagen aufgrund von Überdehnung einzelner Tangentiallaschen sehr unwahrscheinlich.
zeigt die Anordnung der TLGS als Explosionsdarstellung, damit die Einzelteile besser ersichtlich sind.
zeigt die wesentlichen Funktionsbauteile die zum Aufbau einer Wellenkupplung sinnvollerweise mindestens verwendet werden sollten:

– 4a: TLGS, verbaut mit Linksdrall
– 4b: TLGS, verbaut mit Rechtsdrall
– 5: Abstandshalter mit Stegen zur Montagehilfe

zeigt die Explosionsdarstellung einer vollständigen Wellenkupplung, wie sie z. B. in zweifacher Anordnung bei einer Doppelgelenkwelle zum Antrieb eines Schlagzeug-Doppelfusspedals Anwendung finden könnte.
Das Paket aus TLGS mit Linksdrall (4a), Abstandshalter (5) und TLGS mit Rechtsdrall (4a) wird zuerst auf den Abtriebsstummel (7) mittels Schrauben (10) und Befestigungsmuttern mit Beilagscheiben (8) verschraubt.
Diese Einheit wird anschließend unter Verwendung weiterer Befestigungsschrauben (9) und Befestigungsmuttern mit Beilagscheiben (11) an der Antriebsglocke (6) verschraubt. Die vormontierte Baugruppe kann dann auf die Wellenstümpfe montiert werden.
Es sind keine weiteren Einstellarbeiten nötig, auch auf eine Schmierung oder einen Staubschutz kann verzichtet werden.
zeigt die Beanspruchung der Tangentiallasche. Während bei Ausgleich eines Winkelversatzes in konventionellen Federgelenkscheibe Biegespannungen und teilweise Euler'sche Knickung auftreten, wird die Tangentialgelenklasche fast ausschließlich auf Torsion beansprucht. Torsionsfedern sind seit vielen Jahren als sehr zuverlässig bekannt, solange man das Verhältnis von Federdicke zu Federbreite nicht größer 1:2,5 wählt.
zeigt die Torsion (Verdrehung) T der Tangentiallasche (1) wenn zwischen Außenscheibe (3) und Innenscheibe (2) ein Winkelversatz auftritt.
Für die Anwendung der TLGS in einer um ca. ±45° oszillierenden Welle für eine Doppelfussmaschine, ergibt sich in folgende vorteilhafte Ausführung einer TLGS, die einen höheren Winkelversatz zulässt als die vorab gezeigte Version.
zeigt die vorteilhafte Ausführung einer TLGS für den Einsatz bei einer oszillierenden Welle. Es gilt weiterhin, dass zur Kraftübertragung in beide Oszillationsrichtungen mindestens zwei TLGS gegenläufig zu verwenden sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird nur jeweils eine TLGS dargestellt.
Aus kann man erkennen das die Kräfte die erforderlich sind, um die Innenscheibe (2) gegenüber der Außenscheibe (3) um einen Winkel zu verdrehen, in der Drehrichtung um die rotierende „y”-Achse, geringer sind als bei einer Winkeldrehung um die rotierende „x”-Achse. Somit kann man einen größeren Anstellwinkel erreichen als bei den zuvor gezeigten TLGS. In Richtung der Vorzugsdrehachse um die rotierende „y”-Achse sind möglichst viele Tangentiallaschen vorhanden, in Richtung der „x” Achse wurden möglichst viele Tangentiallaschen weggelassen. Wenn die Welle der Doppelpedalfussmaschine oszilliert, so wird die Vorzugsrotationsachse „y” jeweils um ca. ±22,5° geneigt. Hieraus ergibt sich eine leichte Asymmetrie, die sich dadurch bemerkbar macht, dass der Kraftaufwand um die Endlagen zu erreichen höher ist, als der Kraftaufwand das Pedal von der Nullage, bzw. Ruhelage aus, zu bewegen. Auf die Bespielbarkeit des Pedals wirkt sich diese Asymmetrie jedoch kaum aus. Die Tangentiallaschen werden in den Endlagen ±22,5° sehr stark auf Torsion beansprucht, hieraus resultiert eine Torsionsrückstellkraft, die zusätzlich zur Pedalkraft aufgewendet werden muss.
zeigt ein komplett montiertes Wellengelenk für die Anwendung in einer Doppelpedalfussmaschine.
Bezugszeichenliste

1: Tangentiallasche
2: Innenscheibe
3: Außenscheibe
4a: Tangentiallaschengelenkscheibe (TLGS), Linksdrall
4b: Tangentiallaschengelenkscheibe (TLGS), Rechtsdrall
5: Abstandshalter
6: Antriebsglocke
7: Abtriebsglocke
8: (Befestigungs)-Scheibe
9: (Befestigungs)-Schraube
10: (Befestigungs)-Schraube
11: (Befestigungs)-Mutter
F1: Kraftrichtungsverlauf 1
F2: Kraftrichtungsverlauf 2
T: Torsionsrichtung

Claims

Tangentiallaschengelenkscheibe zur Verwendung in Wellengelenken im Bereich der Mechanik und in Musikinstrumenten, dadurch gekennzeichnet, dass die die Gelenklaschen tangential verlaufen, ein bestimmtes Verhältnis von Breite zu Materialdicke einhalten, für die Lastaufnahme von Zug- und Torsionslasten ausgelegt sind und das, zur Aufnahme dynamischer Wechsellasten, ein funktionsfähiges Wellengelenk aus zwei gegenläufig miteinander verbundenen Tangentiallaschengelenkscheiben bestehen muss.
Anordnung von Tangentiallaschengelenkscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen der Tangentiallaschengelenkscheiben wechselseitig hintereinander montiert sein können und hierbei die Maximaldicke der hintereinander montierten Scheiben den zwanzigfachen Wert der Materialdicke einer Einzelscheibe nicht überschreitet.
Anordnung von Tangentiallaschengelenkscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den wechselseitig montierten Scheiben ein ringförmiger Abstandshalter befindet, der eine kollisionsfreie Torsion der Tangentiallaschenscheiben ermöglicht, ohne daß das Gesamtpaket den zwanzigfachen Dickenwert einer Einzelscheibe überschreitet.
Aufbau einer Anordnung aus wenigstens 2 Wellengelenkupplungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellengelenke unter Verwendung von Tangentiallaschengelenkscheiben in der Wellenmechanik einer Fussmaschine für die Anwendung mit einem Schlagzeug verwendet werden.