Drehelastische Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine drehelasti sche Kupplung mit einem gummielastischen, auf Drehschub beanspruchten Ringkörper, der zur Ein- und Ausleitung des Drehmomentes mit einem Innen- und Aussenring festhaftend verbunden ist.
Bekannt sind drehelastische Kupplungen, die zwischen einem metallischen Antriebs- und Abtriebsteil durch einen gummielastischen Ringkörper verbunden sind, und die radial gesehen sich zum äusseren Rande ver jüngen, und zwar nimmt die Breite des Ringkörpers nach aussen so stark ab, dass er umgekehrt proportio nal der zweiten Potenz des mittleren Radius des Rotationskörpers entspricht, falls die Spannung im gummielastischen Ringkörper überall gleich sein soll.
Um eine sehr weiche Kupplung zu besitzen, die etwa 25 Verdrehung bei Nenndrehmoment zulassen, wie es bei Schiffswellen oder auch Kraftfahrzeugantrie ben nötig ist, muss in radialer Richtung ein sehr dicker Ringkörper vorhanden sein, weil der Ver- drehwinkel dem Schiebewinkel z. B. im Gummi und der Gummidicke proportional ist. Ein dicker Ring körper lässt sich aber nicht ausreichend auf Druck vorspannen, weil z. B. der volumenbeständige Gummi beim Zusammendrücken beispielsweise durch radiales Zusammenziehen des Aussenringes, seitlich ausweicht, ohne dass im Gummi wesentliche Druckspannungen hervorgerufen werden.
Weiterhin wird das Erzielen einer Druckvorspannung dadurch erschwert, dass die Gummibreite nach aussen abnimmt und nur eine schmale Haftfläche zur Verfügung steht.
Es sind weiterhin drehelastische Kupplungen be kannt, bei denen der gummielastische Ringkörper durch einvulkanisierte Zwischenringe unterteilt wird. Damit ist zwar die Querausdehnung des z. B. volu menbeständigen Gummis bei zusammendrückbarer Belastung vermindert, aber die hohe Dauerfestigkeit des schubbeanspruchten, z. B. aus Gummi bestehen- den Ringkörpers, die durch Vorspannung nur er reicht und für hochbeanspruchte Kupplungen gefor dert wird, ist damit nicht gegeben.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine drehelasti sche Kupplung zu schaffen, die eine hohe Dauer festigkeit und grosse Drehelastizität aufweist, d. h. elastische Verdrehwinkel von wenigstens. 12 bis zu 30 bei auftretendem Nenndrehmoment beherrscht.
Die Erfindung sieht hierzu vor, dass der gummi elastische Ringkörper durch zumindest einen ein vulkanisierten Zwischenring in mehrere Scheiben unterteilt ist, dass diese Scheiben, der Zwischenring sowie der Innen- und Aussenring konisch gestaltet sind, dass die Scheiben in ihrer axialen Länge nach aussen abnehmen und dass die Scheiben, der Zwischenring und der Innen- und Aussenring axial symmetrische Hälften bilden, deren Scheiben ledig lich durch axiales Gegeneinanderspannen zweier gegenüberliegender Innen oder Aussenringe auf Druck vorspannbar sind.
Die Druckvorspannung z. B. im Gummi ist für die Dauerfestigkeit drehschubbeanspruchter Gummi metallelemente ausschlaggebend. Durch sie werden die Kautschukmoleküle gerichtet, die Schrumpfspan nungen im Gummi beseitigt und an den Haftflächen eine Reibungshaftung hervorgerufen, die auch bei schlechter Haftung zwischen Gummi und Metall zur Kraftübertragung ausreicht und letztere in jedem Falle unterstützt. Die Zwischenringe, die konisch geformt, z.
B. im Gummi einvulkanisiert sind, ver hindern, dass der sehr dicke Gummi bei Druckvor- spannung eine Querausdehnung erfährt, und er ben damit eine wesentliche Drucksteifigkeit. Hinzu kommt, dass die einvulkanisierten Zwischenringe auch die z. B. im Gummi auftretenden Drehschub spannungen wieder gleichmässig auf den Gummi ver teilen. Erhöht wird diese Wirkung noch dadurch, dass die einzelnen gummielastischen Scheiben in ihrer axialen Länge nach aussen abnehmen.
Das Wesen der neuartigen Kupplung liegt also in der Kombination des durch einvulkanisierte Zwischenringe unterteilten, in radialer Richtung dik- ken Ringkörpers, z. B. aus Gummi, in einzelne Scheiben mit einer konischen Anordnung der Schei ben sowie der Innen-, Aussen- und Zwischenringe, der Aufteilung in zwei axialsymmetrische Hälften und der besonderen Art des Vorspannens aller Scheiben durch axiales Zusammenziehen der Aussen ringe. Durch diese Kombination wird eine bisher unerreicht hohe Drehelastizität und hohe Dauer festigkeit erzielt.
Mit Vorteil können die Querschnitte der einzelnen Scheiben stufenförmig gegeneinander abgesetzt sein, und der Querschnitt der einzelnen Scheiben kann im ungespannten Zustand ein Trapez oder Parallelo gramm bilden. Diese besondere Ausbildung der Querschnitte ergibt günstigen Spannungsverlauf.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsge mässen Kupplung kann darin bestehen, dass die den Ringkörper unterteilenden konischen Zwischenringe in an sich bekannter Weise aus der gummielastischen Scheibe hervorragen, dass die Innen-, Aussen- und Zwischenringe eines oder beider zueinander gehören der Kupplungselemente zur Mitte hin zylindrisch ver laufen und dass die zur Trennfuge hin liegenden Stirnflächen der gummielastischen Scheiben sich nach aussen voneinander entfernen. Bei dem Verspannen der beiden Kupplungshälften einer Kupplung werden die Scheiben ein wenig ballig und füllen den Raum aus, der durch das Hervorragen der Innen-, Aussen- und Zwischenringe gebildet wird.
Dadurch drücken die beiden Stirnflächen der gummielastischen Schei ben von nebeneinander verspannten Kupplungshälf ten nur so stark aufeinander, dass die Scheiben in ihrer Lage bleiben und die Vorspannung von den Aussen- und Innenringen erzielt wird. So wird der angestrebte günstige Spannungsverlauf im gummi elastischen Material gestört und die beiden Kupp lungselemente geben eine feste Einheit, die trotz dem elastisch ist.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kupp lung im eingebauten Zustand.
Fig. 2 stellt die Seitenansicht der Kupplung nach Fig. 1 dar.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch zwei Kupp lungshälften, im nicht vorgespannten Zustand.
Fig. 4 zeigt den Längsschnitt einer weiteren Aus führungsform der Kupplung, im vorgespannten Zu stand.
Fig.5 bis 8 zeigen den Längsschnitt weiterer Ausführungsformen der Kupplung.
Fig. 9 zeigt den Querschnitt einer drehelastischen Kupplung mit festen Anschlägen im Einbauzustand. Fig. 10 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 9. Nach den Fig. 1 und 2 ist zwischen einer An triebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2 eine dreh elastische Kupplung eingebaut, die aus zwei symme trisch ausgebildeten Hälften besteht. Jede Hälfte weist einen Innenring 3, einen Aussenring 4 und einen Zwischenring 5 auf, der einen Ringkörper aus Gummi in zwei ringförmige Gummischeiben 6 und 7 unterteilt.
Die Ringe 3, 4 und 5 sowie die Gummischeiben 6 und 7 beider Kupplungshälften sind konisch gestaltet und in Fig. 1 durch Schrauben 8 gegeneinander verspannt, so dass in den Gummi scheiben 6 und 7 eine Druckvorspannung entsteht. Die Kupplungshälften sind in der Fig. 3 im nicht vorgespannten Zustand dargestellt, wobei der Winkel a der Gummischeibe 7 gegenüber dem Winkel der Gummischeibe 6 derart unterschiedlich ist, dass der Winkel /3 grösser als der Winkel a ist. Die aus Metall bestehenden Ringe 4 und 5 sind nur innerhalb der Gummischeibe 6 und 7 im Querschnitt konisch ausgebildet. Die nach aussen vorstehenden Enden 9, 10 der Ringe 4 und 5 verlaufen zylindrisch.
Statt eines Zwischenringes 5 könnten auch zwei Zwischenringe vorgesehen sein.
Nach Fig. 4 ist auf einer Antriebswelle 1 eine aus zwei unsymmetrischen, aber geometrisch ähnlichen Teilen bestehende drehelastische Kupplung befestigt. Jeder Kupplungsteil weist einen Innenring 3a bzw. 3b, einen Aussenring<I>4a</I> bzw.<I>4b</I> und einen Zwischen ring 5a bzw. 5b auf, der einen Ringkörper aus Gummi in zwei ringförmige Gummischeiben 6a und <I>7a</I> bzw. 6b und<I>7b</I> unterteilt. Die Metallringe 3a, <I>4a, 5a</I> bzw.<I>3b, 4b,</I> 5b sind konisch gestaltet.
Ihr konischer Anstellwinkel nimmt nach aussen hin zu, so dass die konischen Begrenzungsflächen der ring förmigen Gummischeiben 6a,<I>7a</I> bzw.<I>6b, 7b</I> sich in den Scheitelpunkten 8a und 8b auf der Drehachse der Kupplung treffen. Die aussen konischen Metall ringe 3a,<I>4a, 5a</I> bzw.<I>3b, 4b,</I> 5b verlaufen zur Mitte hin zylindrisch. Die zur Mitte hin liegenden Stirnflächen der ringförmigen Gummischeiben 6a, 6b und<I>7a, 7b</I> entfernen sich nach aussen vonein ander.
Fig. 5 zeigt eine linke Kupplungshälfte, die sich, mit gestrichelten Linien dargestellt, im nicht vorge spannten Zustand befindet und sich dann durch Zusammenfügen mit der in Fig. 6 gezeigten rechten Kupplungshälfte in der mit ausgezogenen Linien dar gestellten Lage befindet. Die Zwischenringe 5c sind im Querschnitt kegelstumpfförmig gehalten und mit ihren Kegelböden gegeneinander gestellt. Die Innen ringe 3c sind mit ihren schmalen Ringflächen gegen einander spannbar, so dass die Druckvorspannung durch ihr Verspannen und durch das Zusammen spannen der Aussenringe 4c erreicht wird.
Fig. 7 zeigt die linke Hälfte einer weiteren Kupp lung, welche Hälfte sich, mit gestrichelten Linien dargestellt, im nicht vorgespannten Zustand befindet und sich dann durch Zusammenfügen mit der in Fig. 8 gezeigten rechten Kupplungshälfte in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage befindet. Diese Kupplung ist mit Zwischenringen 5d ausge stattet, wobei zum Druckvorspannen diese Zwischen ringe 5d mit den schmalen Kegelstumpfseiten gegen einander gestellt sind und die Druckvorspannung durch ihr Gegeneinanderverspannen erfolgt.
Nach den Fig. 9 und 10 ist zwischen zwei symme trischen Kupplungshälften mit den konischen Innen ringen 3e, den Aussenringen 4e, dem Zwischenring 5e und den ringförmigen Gummischeiben 6e, 7e eine metallische Mitnehmerscheibe 10 angeordnet. Diese Mitnehmerscheibe 10 ist durch Stifte 11 mit den Innenringen 3e drehschlüssig verbunden. Die Mitnehmerscheibe 10 trägt ringsegmentförmige Er höhungen 12, die in entsprechende Ausnehmungen der Zwischenringe 5e eingreifen und dort bei grösserer Verdrehung stirnseitig zum Anschlag kommen.
Zwi schen den Flanschen der konischen Aussenringe 4e ist ein Ring 13 eingenietet, der mit Nocken 14 ver sehen ist. Letztere greifen in entsprechende Aus- nehmungen 15 der Mitnehmerscheibe 10 ein und begrenzen die elastische Gesamtverdrehung der Kupplung. Die gezeichnete Anordnung erlaubt es, die einzelnen Gummischeiben nacheinander abzu schalten, und lässt daher ein progressives Feder diagramm der Kupplung erzielen.
Selbstverständlich kann anstatt Gummi jeder andere gummielastische Werkstoff für die Kupplung verwendet werden.