AT12100U1 - Elastische kupplung - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT12 100U1 2011-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung zur Verbindung von Komponenten in einem Antriebsstrang, mit zumindest einer Klaueneinheit mit einem ersten und einem von diesem axial beabstandeten zweiten Klauenring, wobei jeder der Klauenringe an einer dem anderen Klauenring zugewandten inneren Stirnfläche eine Mehrzahl von in axialer Richtung vorstehenden Klauen und zwischen den Klauen ausgebildete Freiräume aufweist, wobei die Klauen jedes Klauenringes in die Freiräume des benachbarten Klauenringes eingreifen, und wobei zwischen den Klauen von ineinander greifenden Klauenringen Elastomerelemente angeordnet sind.

[0002] Elastische Kupplungen mit Klauenringen und zwischen den Klauenringen angeordneten Elastomerelementen sind aus der DE 22 115 12 A1, der US 3,884,049 A, der FR 2 327 442 A, der DE 152 53 81 B1 und der US 3,485,062 A bekannt.

[0003] Ein Kupplungselement mit zwei in Serie hintereinander angeordneten Elastomerelementen wird in der US 5,928,083 A geoffenbart.

[0004] Spielfreie elastische Kupplungen sind weiters aus den Druckschriften US 2,659,219 A, US 2,343,839 A, GB 459 909 A und US 2,025,825 A bekannt.

[0005] Bekannte elastische Kupplungen haben den Nachteil, dass es bei Überlast leicht zu einer Zerstörung der Elastomerringe kommen kann. Der Austausch der Elastomerringe erfordert in den meisten Fällen den Ausbau der Welle und ist somit relativ aufwändig.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Kupplung zu schaffen, welche unempfindlich gegen Überlast ist und welche eine einfache Wartung ermöglicht.

[0007] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Freiräume zumindest eines Klauenringes, vorzugsweise des zweiten Klauenringes, durch Taschen gebildet sind, wobei die Taschen jeweils von Flanken von benachbarten Klauen, von der inneren Stirnfläche des Klauenringes und von einem sich zwischen den benachbarten Klauen erstreckenden zylindrischen Mantelsegment aufgespannt sind, dessen Radius dem kleinsten Abstand der Klauen von der Drehachse entspricht, wobei im momentenfreien Zustand zwischen jedem Elastomerelement und den angrenzenden Flächen, vorzugsweise der Taschen, zumindest ein erster Verdrängungsraum ausgebildet ist.

[0008] Wird die Kupplung mit Drehmoment beaufschlagt, so wird das Elastomerelement in den Verdrängungsraum verdrängt, bis dieser gefüllt ist. Auf Grund der Inkompressibilität des Elastomerelementes geht die Kupplung dadurch auf Anschlag.

[0009] Die Klaueneinheit kann dabei in einer Außenhülse angeordnet sein, welche fest mit einem der Klauenringe verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorzugsweise durch einen Elastomerring gebildeten Elastomerelemente in radialer Richtung zumindest teilweise von der Außenhülse beabstandet sind, wobei zwischen den Elastomerelementen und der Außenhülse ein definierter zweiter Verdrängungsraum für die Elastomerelemente gebildet ist.

[0010] Zumindest ein Elastomerelement kann eine radiale Erhebung in Richtung der Außenhülse aufweisen, wobei vorzugsweise die Erhebung die Innenseite der Außenhülle kontaktiert. Im zusammengebauten Zustand werden die Elastomerelemente bereits gequetscht, wobei die Erhebungen an der Innenseite der Außenhülle streifen. Wird nun im Betrieb Last aufgebracht, so drücken die Elastomerelemente zusätzlich gegen die Außenhülse und es kommt zu höheren Reibkräften, die eine Erhöhung der Dämpfung verursachen.

[0011] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung zumindest zwei seriell hintereinandergeschaltete Klaueneinheiten aufweist, wobei jede Klaueneinheit einen ersten und einen zweiten Klauenring aufweist. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, zwei Klaueneinheiten parallel zu schalten. Die Klaueneinheiten können dabei unterschiedliche Durchmesser und unterschiedliche Materialien für die Elastomerelemente aufweisen. Dadurch können unterschiedliche Steifigkeiten und stufenartige Steifigkeitscharakteristiken 1 /9 österreichisches Patentamt AT12 100U1 2011-10-15 erreicht werden.

[0012] Um Teile und Bauraum einzusparen, können zumindest die benachbarten inneren Klauenringe von zwei hintereinandergeschalteten Klaueneinheiten einstückig ausgebildet sind.

[0013] Zumindest ein Klauenring zumindest einer Klaueneinheit kann eine Flanschfläche zum Anschluss einer Komponente des Antriebsstranges aufweisen.

[0014] Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Klauenring, vorzugsweise ein äußerer erster Klauenring zumindest der ersten Klaueneinheit, eine in axialer Richtung von der inneren Stirnfläche vorstehende Lagerhülse aufweist, wobei am vorzugsweise äußeren Umfang der Lagerhülse der zweite Klauenring der ersten Klaueneinheit, vorzugsweise über Wälzlager, drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist auch der erste und/oder zweite Klauenring der zweiten Klaueneinheit am Umfang der Lagerhülse drehbar gelagert. Durch die Lagerung der Klauenringe über Wälzlager werden die zwischen den Klauen sich befindenden Elastomerelemente nur auf Druck belastet.

[0015] Die elastische Kupplung ermöglicht bei einer exakten axialen Führung der mindestens zwei Klauenringe einen genau definierten Steifigkeitsverlauf. Bei einer vollkommenen Füllung der Verdrängungsräume durch die Elastomerelemente geht die Steifigkeit gegen unendlich, ohne die Elastomerelemente dabei zu schädigen.

[0016] Durch die Konstruktion der Kupplung ist ein Wechsel der Elastomerelemente ohne den Ausbau der Kupplung möglich.

[0017] Eine Einstellung des Steifigkeitsverlaufes kann realisiert werden, wenn unterschiedliche Härten für die Elastomerringe verwendet werden.

[0018] In Weiterführung der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass am ersten äußeren Klauenring oder an der Außenhülse ein erster Inkrementkranz fest angeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite äußere Klauenring fest mit einem zweiten Inkrementkranz verbunden ist.

[0019] Die Inkrementkränze ermöglichen es, die elastische Kupplung mit einer Drehzahlmesseinrichtung auszustatten, um die Drehzahl sowie die Relativdrehzahl in der Kupplung zu messen. Dadurch ist es möglich, die Drehmomente sowie die Verlustleistungen im Elastomer zu bestimmen und eine Systemüberwachung einzusetzen.

[0020] Die Elastomerringe können durch Bänder gebildet sein und können somit durch die Demontage lediglich der Außenhülse gewechselt werden.

[0021] Die Konstruktion ermöglicht die Übertragung hoher Drehmomente bei kleinem Bauraum. Durch die klauenförmige Gestaltung der Kupplung und der daraus resultierenden Druckbelastung der Elastomerelemente sind sehr hohe Wechsellasten möglich. Die Reibung zwischen der Außenhülse und den Elastomerelementen führt zu hohen Dämpfungen. Durch die Drehzahlmessung kann zusätzlich die Verlustleistung gemessen werden.

[0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] [0029] [0030]

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße elastische Kupplung in einer Schrägansicht,

Fig. 2 die elastische Kupplung in einer Explosionsdarstellung mit montierten Elastomerelementen,

Fig. 3 die elastische Kupplung in einer Explosionsdarstellung mit demontierten Elastomerelementen,

Fig. 4 die elastische Kupplung in einerweiteren Explosionsdarstellung,

Fig. 5 die elastische Kupplung in einer stirnseitigen Ansicht,

Fig. 6 die elastische Kupplung in einem Schnitt gemäß der Linie Vl-Vl in Fig. 5,

Fig. 7 die elastische Kupplung in einem Schnitt gemäß der Linie Vll-Vll in Fig. 6, 2/9 österreichisches Patentamt AT12 100U1 2011-10-15 [0031] Fig. 8 eine Klaueneinheit in einem Schnitt ohne Elastomerelemente, [0032] Fig. 9 diese Klaueneinheit mit Elastomerelementen im momentenfreien Zustand und [0033] Fig. 10 diese Klaueneinheit bei Volllast.

[0034] Die in den Figuren dargestellte elastische Kupplung 1 weist zwei in Serie geschaltete Klaueneinheiten A und B auf, wobei die erste Klaueneinheit A einen ersten Klauenring 2 und einen zweiten Klauenring 3 beinhaltet. Die zweite Klaueneinheit B weist ebenfalls einen ersten und einen zweiten Klauenring 4, 5 auf. Dabei sind die inneren Klauenringe, also der zweite Klauenring 3 der ersten Klaueneinheit A und der erste Klauenring 4 der zweiten Klaueneinheit B einstückig als Doppelklauenring 34 ausgebildet.

[0035] Die äußeren Klauenringe, also der erste Klauenring 2 der ersten Klaueneinheit A und der zweite Klauenring 5 der zweiten Klaueneinheit B weisen Flanschflächen 2b, 5b zum Anschluss an weitere Komponenten des Antriebsstranges auf. An den einander zugewandten Stirnflächen 2a, 3a sowie 4a, 5a weisen die Klauenringe 2, 3, 4, 5 eine Anzahl an von den Stirnflächen 2a, 3a, 4a, 5a vorspringenden balligen Klauen 6, 7, 8, 9 auf, wobei zwischen den Klauen 6, 7, 8, 9 Freiräume 10, 11, 12, 13 ausgebildet sind. In die Freiräume 10, 11, 12, 13 greifen jeweils die Klauen 6, 7, 8, 9 des benachbarten Klauenringes 2, 3, 4, 5 ein. Die durch die Abstände der Klauen 6, 7, 8, 9 definierten Freiräume 10, 11, 12, 13 sind wesentlich größer bemessen, als die Breite b der Klauen 6, 7, 8, 9.

[0036] In die Freiräume 10, 11, 12, 13 sind jeweils zwischen zwei Klauen 6, 8; 7, 9 keilförmige Elastomerelemente 14a, 15a eingepresst, wobei die Elastomereleente 14a, 15a über den Umfang verbunden und als Elastomerringe 14, 15 ausgebildet sind. Die Elastomerringe 14, 15 sind jeweils Teil der Klaueneinheiten A und B.

[0037] Die Freiräume 11, 13 der zweiten Klauenringe 3, 5 sind durch Taschen 11a, 13a gebildet. Die Taschen 11a, 13a werden jeweils von den Flanken 7a, 7b bzw. 9a, 9b von benachbarten Klauen 7 bzw. 9, von der inneren Stirnfläche 3a bzw. 5a des jeweiligen zweiten Klauenringes 3, 5 und von einem sich zwischen den benachbarten Klauen 7, 9 erstreckenden zylindrischen Mantelsegment 3c bzw. 5c aufgespannt, dessen Radius r dem kleinsten Abstand der Klauen 7, 9 von der Drehachse 1a entspricht, wobei im momentenfreien Zustand zwischen jedem Elastomerelement 14a, 15a und den Taschen 11a, 13a erste Verdrängungsräume 26 ausgebildet sind.

[0038] Der erste Klauenring 2 der ersten Klaueneinheit A weist eine von der Stirnseite 2a axial vorstehende Lagerhülse 16 auf, auf welcher der Doppelklauenring 34 mit den Klauenringen 3 und 4, sowie der zweite Klauenring 5 der zweiten Klaueneinheit B über Wälzlager 17, 18 gelagert ist, wie aus den Fig. 4 und 6 deutlich hervorgeht. Mit Bezugszeichen 19, 20 und 21 sind Sicherungsringe und mit 22 ein Distanzring bezeichnet. Durch den Distanzring 22 wird der Abstand zwischen dem Wälzlager 17 des ersten Klauenringes 4 und dem zweiten Klauenring 5 der zweiten Klaueneinheit B definiert. Die Klaueneinheiten A, B sind von einer Außenhülse 23 umgeben, welche mit dem zweiten äußeren Klauenring 5 der zweiten Klaueneinheit B fest verbunden ist. Zwischen den Elastomerringen 14, 15 und der Außenhülse 23 sind zweite Verdrängungsräume 27 ausgebildet.

[0039] Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, sind an der radial äußeren Seite der Elastomerelemente 14a, 15a Erhebungen 14b, 15b vorgesehen. Die Gestaltung der Klauen 6, 7, 8, 9 und der Elastomerelemente 14a, 15a ist so bemessen, dass beim Einbau die Elastomerelemente 14a, 15a vorgespannt werden. Die Elastomerelemente 14a, 15a sind dabei mit Übermaß, also etwas größer als die entsprechenden Freiräume 10, 11, 12, 13 ausgeführt, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Im zusammengebauten Zustand werden somit die Elastomerelemente 14a, 15a bereits gequetscht, wobei die Erhebungen 14b, 15b an der Innenseite 23a der Außenhülse 23 streifen. Bei Lastaufbringung werden die Elastomerelemente 14a, 15a zusätzlich gegen die Außenhülse 23 gedrückt, wodurch die Reibkräfte zunehmen, was wiederum eine Erhöhung der Dämpfung bewirkt. Dies verhindert ein Verdrehen der Elastomerringe 14, 15 relativ zur Außenhülse 23.

[0040] Durch die Wälzlager 18, 17 des zweiten äußeren Klauenringes 5 und des inneren Klau- 3/9

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT12 100U1 2011-10-15 enringes 4 werden die zwischen den Klauen 6, 7, 8, 9 befindlichen Elastomerelemente 14a, 15a nur auf Druck belastet. [0041] Durch die keilförmige Geometrie der Klauen 6, 7, 8, 9 entsteht durch die Freiräume 10, 11, 12, 13 zwischen den Klauen 6, 7, 8, 9 eine nahezu abgeschlossene Zelle. Diese wird bei Überlast fast vollständig mit dem Elastomermaterial der Elastomerelemente 14a, 15a gefüllt, wobei das Elastomermaterial in die ersten und zweiten Verdrängungsräume 26, 27 ausweicht, wie durch Pfeil P in Fig. 10 angedeutet ist. Die Kupplung 1 geht somit auf Block. Kommt es zu einem Versagen des Elastomermaterials, so kann durch den Aufbau der Kupplung 1 ein Ausfall vermieden und ein gezieltes Abschalten der Anlage eingeleitet werden. Durch Abschrauben der zylindrischen Außenhülse 23 kann der defekte Elastomerring 14, 15 demontiert und durch einen entsprechenden bandförmigen Elastomerring ersetzt werden. [0042] Weiters ist mit dem ersten Klauenring 2 der ersten Klaueneinheit A sowie mit der dem zweiten Klauenring 5 der zweiten Klaueneinheit B oder mit der Außenhülse 23 ein erster bzw. zweiter Inkrementkranz 24, 25 fest verbunden. Über die beiden Inkrementkränze 24, 25 kann eine induktive Drehzahlmessung erfolgen. [0043] Durch die Ausrüstung der Kupplung 1 mit Inkrementkränzen 24, 25 ist es möglich, die Drehzahl sowie die Relativdrehzahl innerhalb der Kupplung 1 mittels einer Drehzahlmesseinrichtung zu erfassen. Dadurch können die Momente sowie die Verlustleistungen in den Elastomerringen 14, 15 bestimmt und eine Systemüberwachung durchgeführt werden. [0044] Neben der einfachen Wartungs- und Reparaturmöglichkeit hat die beschriebene Kupplung 1 den Vorteil, dass hohe Drehmomente bei kleinem Bauraum übertragen werden können, wobei durch die Klauen 6, 7, 8, 9 und die Elastomerringe 14, 15 sehr hohe Wechsellasten möglich sind. Gleichzeitig führt die Reibung zwischen der zylindrischen Außenhülse 23 und den Elastomerringen 14, 15 zu hohen Dämpfungen. Ansprüche 1. Elastische Kupplung (1) zur Verbindung von Komponenten in einem Antriebsstrang, mit zumindest einer Klaueneinheit (A; B) mit einem ersten und einem von diesem axial beabstandeten zweiten Klauenring (2, 3; 4, 5), wobei jeder der Klauenringe (2, 3; 4, 5) an einer dem anderen Klauenring (2, 3; 4, 5) zugewandten inneren Stirnfläche (2a, 3a; 4a, 5a) eine Mehrzahl von in axialer Richtung vorstehenden Klauen (6, 7; 8, 9) und zwischen den Klauen (6, 7; 8, 9) ausgebildete Freiräume (10, 11; 12, 13) aufweist, wobei die Klauen (6, 7; 8, 9) jedes Klauenringes (2, 3; 4, 5) in die Freiräume (10, 11; 12, 13) des benachbarten Klauenringes (2, 3; 4, 5) eingreifen, und wobei zwischen den Klauen (6, 7; 8, 9) von ineinander greifenden Klauenringen (2, 3; 4, 5) Elastomerelemente (14a; 15a) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiräume (11; 13) zumindest eines Klauenringes (3; 5), vorzugsweise des zweiten Klauenringes (3; 5), durch Taschen (11a; 13a) gebildet sind, wobei die Taschen (11a; 13a) jeweils von Flanken (7a, 7b; 9a, 9b) von benachbarten Klauen (7; 9), von der inneren Stirnfläche (3a; 5a) des Klauenringes (3; 5) und von einem sich zwischen den benachbarten Klauen (7; 9) erstreckenden zylindrischen Mantelsegment (3c; 5c) aufgespannt sind, dessen Radius dem kleinsten Abstand der Klauen (7; 9) von der Drehachse (1a) entspricht, wobei im momentenfreien Zustand zwischen jedem Elastomerelement (14a; 15a) und den angrenzenden Flächen, vorzugsweise der Taschen (11a; 13a), zumindest ein erster Verdrängungsraum (26) ausgebildet ist.
2. 2. Kupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klaueneinheit (A; B) in einer Außenhülse (23) angeordnet ist, welche fest mit einem der Klauenringe (2, 3; 4, 5) verbunden ist.
3. 3. Kupplung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzugsweise durch einen Elastomerring (14; 15) gebildeten Elastomerelemente (14a; 15a) in radialer Richtung zumindest teilweise von der Außenhülse (23) beabstandet sind, wobei zwischen den Elastomerelementen (14a; 15a) und der Außenhülse (23) ein zweiter Verdrängungsraum (27) für die Elastomerelemente (14a; 15a) gebildet ist. 4/9 österreichisches Patentamt AT12100U1 2011-10-15
4. 4. Kupplung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Elastomerelement (14a; 15a) eine radiale Erhebung (14b; 15b) in Richtung der Außenhülse (23) aufweist, wobei vorzugsweise die Erhebung (14b; 15b) die Innenseite (23a) der Außenhülse (23) kontaktiert.
5. 5. Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (1) zumindest zwei seriell hintereinandergeschaltete Klaueneinheiten (A, B) aufweist, wobei jede Klaueneinheit (A; B) einen ersten und einen zweiten Klauenring (2, 3; 4, 5) aufweist.
6. 6. Kupplung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden inneren Klauenringe (3, 4) von hintereinandergeschalteten Klaueneinheiten (A, B) einstückig ausgebildet sind und einen Doppelklauenring (34) bilden.
7. 7. Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Klauenring (2; 5) zumindest einer Klaueneinheit (A; B) eine Flanschfläche (2b; 5b) aufweist.
8. 8. Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Klauenring (2), vorzugsweise der erste Klauenring (2) der ersten Klaueneinheit (A), eine in axialer Richtung von der inneren Stirnfläche (2a) vorstehende Lagerhülse (16) aufweist, wobei am Umfang der Lagerhülse (16) zumindest ein anderer Klauenring (3, 4, 5), vorzugsweise der zweite Klauenring (3) der ersten Klaueneinheit (A), vorzugsweise über Wälzlager (17, 18), drehbar gelagert ist.
9. 9. Kupplung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Klauenring (4, 5) der zweiten Klaueneinheit (B), vorzugsweise über Wälzlager (18), am Umfang der Lagerhülse (16) drehbar gelagert ist.
10. 10. Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem äußeren Klauenring (2, 5) oder an der Außenhülse (23) ein Inkrementkranz (24, 25) drehfest angeordnet ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 5/9