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Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschwingungsdämpfer bzw. eine drehelastische Kupplung mit einem Innenteil und einem Aussenteil und einer Mehrzahl über den Umfang verteilt angeordneter radialer Federelemente zur Drehmomentenübertragung zwischen, Innen- und Aussenteil, wobei der Aussenteil und die Federelemente einen einheitlichen Formkörper bilden und die Federelemente mit Ihren freien Innenenden In Nuten des Innenteils eingreifen.
Diese Dämpfer bzw Kupplungen sind bisher durchwegs mit Stahlfedern ausgestattet, die als einzelne Federblätter oder als Federblattpakete unter Zwischenlage von Zwischenstücken innerhalb eines den Aussenteil bildenden bzw. dem Aussenteil zugehörenden Spannringes eingespannt werden, so dass weder der Spannring noch der Einspannbereich der Federn einen Beitrag zur Drehelastizität leisten können und hinsichtlich dieser Drehelastizität Totmatenal darstellen. Dazu kommt noch, dass durch die Einspannung der Federelemente zwischen den starren Zwischenstücken Kantenpressungen unvermeidlich sind und betriebsbedingt im Einspannbereich Mikrobewegungen auftreten, was die Dimensionierung dieser Dämpfer bzw. Kupplungen erschwert.
Nicht zuletzt erfordern diese Dämpfer und Kupplungen wegen der Vielzahl ihrer Einzelteile einen beträchtlichen Bau- und Herstellungsaufwand.
Darüber hinaus wurde auch schon vorgeschlagen, den Aussenteil, die radialen Federelemente und zur Ausbildung flüssigkeitsbefüllbarer Dämpfungskammern vorgesehene, mit Abstand zwischen den Federele- menten vom Aussenteil einwärts vorragende Zwischenstege als einheitlichen Formkörper herzustellen (GB- 20 11 030 B), wobei der Formkörper auch aus mehreren scheibenförmigen Schichten zusammengesetzt sein kann, doch besteht auch dieser Formkörper aus einem metallenen Werkstoff, der einen heiklen Schneid-oder Stanzvorgang zur Fertigung verlangt, wegen der zungenförmigen,
gegenüber dem Aussenteil dünnen Federelemente und der unveränderbaren werkstoffbedingten Federungseigenschaften hinsichtlich der erreichbaren Drehelastizität und Matenalnutzung unbefriedigend bleibt und beim Einsatz eine Befüllung der Dämpfungskammern mit Dämpfungsflüssigkeit verlangt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und einen Dämpfer bzw. eine Kupplung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der bzw. die sich bei vergleichsweise aufwandsarmer Herstellung und einfachem Aufbau durch das besondere, eine optimale Matenalnutzung erlaubende Federungskonzept auszeichnet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Formkörper aus faserverstärktem Kunststoff besteht. dessen Verstärkungsfasern wenigstens grossteils in Längsrichtung der inneren und äusseren Umfangskontur des Formkörpers folgen. Durch diese Einheit aus Federelementen und Aussenteil gibt es hinsichtlich der Drehelastizität kein durch eine Federeinspannung verlorengehendes Material und der gesamte Formkörper lässt sich als Federung nutzen, wobei durch die Wahl der Stärke bzw. Form der Federelemente einerseits und des Aussenteils anderseits die jeweiligen Anteile dieser Matenalberelche an der Gesamtfederung beeinflusst werden können.
So lässt sich beispielsweise durch eine entsprechend starke Ausbildung des Aussenteils die Federung praktisch gänzlich auf die eigentlichen Federelemente übertragen, die dabei allerdings in ihrer gesamten radialen Länge als Federn wirken. Durch eine Verstärkung der radialen Federelemente und eine Schwächung des Aussenteils könnte auch nur der Aussenteil als Federung dienen und selbstverständlich lässt sich bei einer gegenseitigen Abstimmung von Aussenteil und Federelementen sowohl der Aussenteil als auch die Federelemente zur Federung nutzen.
Das Material selbst, der faserverstärkte Kunststoff, bietet hervorragende Elasbzitäts- und Festigkeitseigenschaften und kann darüber hinaus auch durch die Wahl des Verbundes von Fasermatenal und Kunststoff in seinen Eigenschatten variiert und an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Dazu kommt noch, dass sich dieser Werkstoff rationell verarbeiten lässt, was die Herstellung des Formkörpers auf verschiedene Weise ermöglicht.
So kann beispielsweise das Fasermatenal als endloses Band über eine Wickelform gelegt und entsprechend den radial einwärts stehenden Federelementen und den Zwischenbögen des Aussenteiles in ein oder mehreren Schichten angeordnet werden, worauf anschliessend auch die Aussenringbereiche zylindrisch gewickelt werden können, was ein einheitliches Wickelverfahren erlaubt, welche Faserkörper dann lediglich mit Kunststoff, meist ein Zweikomponentenharz, vergossen und aushärten gelassen zu werden brauchen.
Genauso wäre aber auch von vornherein Prepregmaterial zur Herstellung des Formkörpers verwendbar, wodurch sich für diese Herstellungsverfahren weitgehende Freiheiten ergeben.
Der Formkörper muss trotz seiner Einheitlichkeit keinesfalls einstückig sein, er lässt sich durchaus auch aus mehreren Teilstücken zusammensetzen, wenn beispielsweise bei der Herstellung von Prototypen oder einzelnen grossen Dämpfern oder Kupplungen die einstückige Formkörperfertigung zu umständlich und aufwendig wäre. Zweckmässigerweise ist dazu der Formkörper aus einzelnen vorgefertigten sektorartigen Teilstücken zusammengesetzt, deren radiale Verbindungsflächen jeweils in der axialen Mittelebene der Federelemente liegen Da in dieser Mittelebene eine hinsichtlich der Biegebelastung im Einsatz neutrale Zone vorhanden ist.
führt die Trennung in dieser Mittelebene zu keiner Schwächung des Formkörpers und die Teilstücke können hier einwandfrei miteinander verbunden werden Damit ist es nun möglich, die
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einzelnen Teilstücke jeweils für sich vorzufertigen und dann bedarfsweise zum Formkörper zusammenzufügen, wozu sich ein Verkleben bzw. Vergiessen eignet.
Eine Vereinfachung der Herstellung wird erreicht, wenn der Formkörper mit einem vorgefertigten
Ringteil gefasst ist, da der ein-oder mehrstückige Formkörper In diesen Ringteil eingelegt und mit ihm vergossen werden kann. Der Ringteil selbst lässt sich dabei beispielsweise von einem entsprechend vorbereiteten Rohr ablängen und so rationell fertigen.
Ist der Ringteil aus einem Matenal mit höherem spezifischen Gewicht als das Material des übrigen
Formkörpers vorgefertigt, erlaubt dies auf einfachste Weise eine wirksame Vergrösserung des nutzbaren Massenträgheitsmomentes.
Da es beim Eingriff der Federelemente In die Nuten des Innenteils zu hohen Flächenpressungen kommen kann, sind vorteilhafterweise die freien Innenenden der Federelemente mit Stahlschuhen bestückt, die eine die Flächenpressungen aufnehmende Bewehrung der Federspitzen mit sich bringen und darüber hinaus auch bei der Herstellung der Formkörper gleich zur Ausbildung der Federelementenenden mitverwendet werden können.
Um eine hydraulische Dämpfung zu erreichen, werden die Zwischenräume zwischen den Federelemen- ten In ölgefüllte Kammern unterteilt, so dass bei einer Durchbiegung der Federelemente Öl durch Spalte zwischen den Kammern verdrängt wird. Ist der Formkörper mit zwischen den Federelementen angeordneten, diesen gegenüber radial kürzeren Zwischenstegen versehen, lässt sich der Formkörper von vornherein auf eine solche hydrodynamische Dämpfung ausrichten. Die Zwischenstege können dabei vorgefertigt und am Formkörper angeklebt werden, der Formkörper kann aber auch selbst die Zwischenstege bilden, so dass eine Einheit aus Aussenteil, Federelementen und Zwischenstegen entsteht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Formkörper mit Lagen von Verstärkungsfasern unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften ausgestattet, so dass die Materialeigenschaften des Formkörpers auf die jeweiligen Belastungsverhältnisse abgestimmt werden können. So eignet sich für die Aussenseite ein Vlies zum Oberflächenschutz und in den hochbeanspruchten Aussenschichten sind dann Lagen mit Verstärkungsfasern aus R-Glas wegen der hohen Festigkeit und In den Bereichen der tieferliegenden Schichten mit den geringeren Biegebeanspruchungen Lagen mit Verstärkungsfasern aus billigere E-Glas zweckmässig, was zu einer besonders wirtschaftlichen Formkörperherstellung führt.
Ist der Formkörper mit einem axial verlängerten Aussen ring umgeben, der mitgewickelt, aber vor allem als vorgefertigter Aussenring aufgestülpt sein kann, wird es auf einfache Weise möglich, den Dämpfer bzw. die Kupplung In axialer Längsrichtung an die jeweiligen Einbauverhältnisse anzupassen.
Weist der Aussennng dabei an seinem frei vorkragenden Ende Verbindungsstellen zum Anschluss an einen drehenden Maschinenteil auf, erfolgt ein solcher Einbau ohne zusätzliche Zwischenteile u. dgl. und gewährleistet eine Vereinfachung des ganzen Antriebssystems, wobei der eigentlichen Ausgestaltung und der Dlmensionle- rung des Formkörpers und damit des Dämpfer bzw. der Kupplung praktisch keine Grenzen gesetzt sind
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen
Flg. 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsvananten einer erfindungsgemässen Kupplung Im sche- maischen Querschnitt,
Flg. 3 einen Teil eines Formkörpers für eine erfindungsgemässe Kupplung Im Querschnitt,
Flg.
4 einen Teil eines nach einem anderen Herstellungsverfahren hergestellten Formkörpers einer erfindungsgemässen Kupplung ebenfalls Im Querschnitt,
Fig. 5 ein Teilstück zur Herstellung eines erfindungsgemässen Formkörpers Im Querschnitt,
Flg. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kupplung Im Querschnitt sowie
Flg. 7 ein Einbaubeispiel für eine erfindungsgemässe Kupplung Im schematischen Axialschnitt.
Eine dreheiastische Kupplung 1 besteht Im wesentlichen aus einem Innenteil 2, einem Aussenteil 3 und einer Mehrzahl über den Umfang verteilt angeordneter radialer Federelemente 4 zur Drehmomentenübertragung zwischen Innen- und Aussenteil, wozu die am Aussenteil befestigten Federelemente 4 In Nuten 5 des Innenteils eingreifen. Aussenteil 3 und Federelemente 4 bilden einen einheitlichen Formkörper 6 aus faserverstärktem Kunststoff, wobei die freien Innenenden 7 der Federelemente 4 zur Aufnahme der Flächenpressung mit Stahlschuhen 8 bestückt sind. Um eine hydrodynamische Dämpfung zu erreichen. sind zwischen den Federelementen 4 Zwischenstege 9 vorgesehen, die unterschiedlich ausgebildet sein können.
Die Zwischenstege 9 begrenzen beldseits der Federelemente 4 Ölkammern 10, die Jeweils über Innere Spalte 11 miteinander In Verbindung stehen, so dass bei einer Durchbiegung der Federelemente 4 das Öl jeweils aus den einen Kammern durch die Spalte in die anschliessenden Kammern verdrängt und damit eine Dämpfungswirkung erzielt wird.
Auf Grund der einheitlichen Ausbildung des Formkörpers 6 ist es möglich, das gesamte zur Verfügung stehende Material der Federelemente und des Aussenteils zur Federung der Kupplung zu nutzen, wobei die
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Federwirkung der einzelnen Bereiche durch Stärke und Formgebung beeinflusst werden kann. Sind beispielsweise. wie In Fig. 1 angedeutet, die Federelemente 4 verhältnismässig schmal und der Aussenteil 3 diesen gegenüber dick ausgebildet, wird bei einer Drehmomentenübertragung die Federung hauptsächlich durch die radialen Federelemente 4 aufgebracht (strichpunktierte Darstellung) und der Aussenteil 3 trägt wenig zur Federung bei.
Ist hingegen gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Aussenteil 3 In seiner Wandstärke schmal gehalten und sind die Federelemente 4 verstärkt, werden sowohl Aussenteil 3 als auch Federelemente 4 als Feder genutzt und die Drehelastizität ergibt sich aus den Federungseigenschatten beider Teile (strichpunktierte Darstellung).
Der aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Formkörper 6 lässt sich auf verschiedene Welse herstellen, wobei es auch mehrere Möglichkeiten zum Verlegen der Verstärkungsfasern gibt, die sich auf Grund der Belastungsverhältnisse in Längsrichtung entlang der Inneren und äusseren Umfangskontur Ui, Ua erstrecken. Wie In Flg. 3 angedeutet, sind beispielsweise die Verstärkungsfasern 12 im Formkörper 61 als endloses Band verlegt, was mit Hilfe einer Wickelform, die im Querschnitt der Innenkontur Ui entspricht, geschieht, so dass das Endlosband durchgehend den radialen Bereichen r der Federelemente und dann den Bogenbereichen b des Aussenteils zwischen den Federelementen folgt, worauf ein anschliessendes Weiterwickeln zylindrische Lagen für die äusseren Umfangsbereiche k ergeben.
Wie aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hervorgeht, kann der Formkörper 62 auch dadurch hergestellt werden, dass vorerst nur die Verstärkungsfasern 12 für den Inneren Bereich mit den radialen Federelementenlagen r und den Verbindungsbogen b gewickelt werden, worauf um diesen gegebenenfalls schon vergossenen Faserkörper ein vorgefertigter Ringteil 13 gestülpt und der Zwischenraum mit Kunststoff 14 ausgegossen wird. Dabei lässt sich als Ringteil 13 ein beliebiges vorgefertigtes Rohrelement verwenden, was die Herstellung vereinfacht.
Um die Werkstoffeigenschaften an die Belastungsverhältnisse anpassen zu können, lassen sich die Verstärkungsfasern 12 in Lagen unterschiedlicher Eigenschaften verlegen, beispielsweise werden für die äusserste Lage ein Vlies V als Oberflächenschutz, als nächste Lagen wegen der höheren Festigkeit Fasern aus R-Glas und als Innere Lagen wegen der geringeren Belastung Fasern aus E-Glas gewählt.
Der Formkörper kann auch aus einzelnen sektorförmigen Teilstücken 15, wie sie in Flg. 5 angedeutet
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Verbindungsflächengelegt, dann wiederum mit einem äusseren Ringteil umgeben und vergossen.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist die Kupplung 1 mit einem Formkörper 63 ausgestattet, der nicht nur die Federelemente 4, sondern auch die Zwischenstege 9 bildet und damit selbst für die Federung und die Kammernaufteilung für die hydraulische Dämpfung sorgt.
Da der Formkörper 6 mit eigenen Ringteilen gefasst sein kann, lässt sich die erfindungsgemässe Kupplung mittels Ihres Formkörpers auch gleich an die jeweiligen Einbauverhältnisse anpassen. So ISt es, wie In Flg 7 angedeutet, möglich, den Formkörper 64 zur axialen Längenanpassung der Kupplung 1 mit einem axial vergrösserten Aussenring 17 auszustatten, der an seinem frei vorkragenden Ende Verbindungsstellen 18 zum Anschluss an einen drehenden Maschinenteil aufweist.
Es ergeben sich beste Einbauverhält- nisse und es Ist sogar möglich, diese drehelastische Kupplung 1 mit einer Ausgleichskupplung 19 zu kombinieren, wozu lediglich am Innenteil 2 vorzugsweise am Aussenring 17 des Aussenteiles 3 die membranartigen Flanschtelle 20. 21 dieser Ausgleichskupplung 19 angeschlossen werden müssen.