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Die Erfindung betrifft eine hochelastische Wellenkupplung mit einer ersten Kupplungsseite und einer zweiten Kupplungsseite, die koaxial zu einer Kupplungsdrehachse ausgerichtet sind, sowie mit wenigstens einem eine Drehmomentübertragung zwischen erster und zweiter Kupplungsseite bewirkenden Elastomerkörper, der mit wenigstens einem Belüftungskanal versehen ist, sowie einen Elastomerkörper für eine derartige Wellenkupplung.
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Eine derartige hochelastische Wellenkupplung ist aus der
DE 10 2008 016 700 A1 bekannt. Die hochelastische Wellenkupplung weist zwei formstabile Kupplungsflansche auf, die einer ersten und einer zweiten Kupplungsseite zugeordnet sind. Die beiden Kupplungsflansche sind über mehrere Elastomerkörper miteinander verbunden, die insgesamt sechs Elastomersegmente darstellen. Die Elastomerkörper weisen radial orientierte Kühlluftkanäle auf. Bei einer Drehbewegung der Wellenkupplung wird Kühlluft durch die radial orientierten Kühlluftkanäle gefördert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wellenkupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die hohen Belastungen aussetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der wenigstens eine Belüftungskanal derart innerhalb des Elastomerkörpers erstreckt ist, dass der Belüftungskanal wenigstens eine axial erstreckte Richtungskomponente sowie wenigstens eine radial erstreckte Richtungskomponente aufweist. Durch die axiale Richtungskomponente entsteht eine axiale Durchdringung, durch die eine Belüftung über eine größere Dicke des Elastomerkörpers möglich ist als beim Stand der Technik. Die radiale Richtungskomponente gewährleistet im Kupplungsbetrieb eine Förderwirkung, die eine gute Luftdurchströmung durch den wenigstens einen Belüftungskanal ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für hochelastische Wellenkupplungen zur Drehmomentübertragung zwischen zwei Kupplungsseiten, wobei die Wellenkupplung entweder einen umlaufenden, zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrischen und einstückigen Elastomerkörper oder aber mehrere, lediglich segmentiert über einen Teil eines Kupplungsumfangs erstreckte Elastomerkörper aufweist. Der wenigstens eine Elastomerkörper ist vorzugsweise mit wenigstens einer Kupplungsseite stoffschlüssig durch Anvulkanisieren verbunden.
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In Ausgestaltung der Erfindung sind die axialen und radialen Richtungskomponenten einander parallel überlagert und/oder seriell aneinandergefügt. Bei einer parallelen Überlagerung erstreckt sich der wenigstens eine Belüftungskanal zumindest abschnittsweise schräg innerhalb des Elastomerkörpers. Bei einer seriellen Aneinanderfügung axialer und radialer Richtungskomponenten weist der wenigstens eine Belüftungskanal mehrere, winklig aneinandergefügte Kanalabschnitte auf. Die serielle Aneinanderfügung und die parallele Überlagerung axialer und radialer Richtungskomponenten können auch kombiniert sein, indem vorzugsweise wenigstens ein schräg ausgerichteter Kanalabschnitt mit einem ausschließlich radial oder ausschließlich axial ausgerichteten Kanalabschnitt verbunden ist.
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Erfindungsgemäß sind die Begriffe der axialen und radialen Richtungskomponenten auf die Kupplungsdrehachse bezogen, wobei eine axiale Richtungskomponente achsparallel zur Kupplungsdrehachse und eine radiale Richtungskomponente radial zur Kupplungsdrehachse ausgerichtet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Belüftungskanal wenigstens eine radial innere Einlassöffnung und wenigstens eine radial äußere Auslassöffnung auf, wobei die radial innere Einlassöffnung an einer axialen Stirnseite des Elastomerkörpers vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da eine Luftströmung stirnseitig am Elastomerkörper angesaugt und im Kupplungsbetrieb durch die Radialkomponente unter gleichzeitiger Belüftung und Kühlung des Elastomerkörpers nach außen gefördert werden kann. Damit ergibt sich eine gute Belüftung oder Kühlung des wenigstens einen Elastomerkörpers auch dann, wenn der Elastomerkörper an seinem Innenumfang radial auf eine Kupplungsnabe aufvulkanisiert ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft bei einer Scheibenkupplung, bei der ein einstückiger Scheibenring radial außenseitig mit einer Außenverzahnung versehen ist und radial innenseitig auf eine Kupplungsnabe aufvulkanisiert ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Belüftungskanal zwei Einlassöffnungen an gegenüberliegenden axialen Stirnseiten des Elastomerkörpers auf, und an die Einlassöffnungen schließen zwei Einlasskanalabschnitte an, die in einen radial nach außen erstreckten gemeinsamen Auslasskanalabschnitt münden. Dadurch ist es möglich, dass von gegenüberliegenden Stirnseiten des Elastomerkörpers her die Luft angesaugt werden kann, wodurch eine weitere Reduzierung der Erwärmung des Elastomerkörpers im Kupplungsbetrieb ermöglicht ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine obere Hälfte einer rotationssymmetrischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung,
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2 einen Scheibenring für die Wellenkupplung nach 1 unter Weglassung erfindungsgemäßer Lüftungskanäle,
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3 in vergrößerter Darstellung einen dreidimensionalen Ausschnitt eines Scheibenringes nach 2 mit schräg verlaufenden Belüftungskanälen,
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4 einen Ausschnitt eines Scheibenringes ähnlich 3,
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5 in perspektivischer Darstellung einen weiteren Ausschnitt eines Scheibenringes mit von gegenüberliegenden Seiten her V-förmig zulaufenden Belüftungskanalabschnitten,
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6 einen weiteren Ausschnitt eines Scheibenringes ähnlich 5, bei dem dachförmig aufeinander zulaufende Belüftungskanalabschnitte in einen radial nach außen ragenden Kanalabschnitt münden,
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7 einen Scheibenring in einem dreidimensionalen Ausschnitt ähnlich 6, bei dem schräg verlaufende Belüftungskanalabschnitte in einen radialen Ringspalt münden und
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8 einen dreidimensionalen Ausschnitt eines Scheibenringes ähnlich 7.
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Eine hochelastische Wellenkupplung nach 1 stellt eine Scheibenkupplung 1 dar, die zur Drehmomentübertragung von einer ersten Kupplungsseite zu einer zweiten Kupplungsseite dient. Die erste Kupplungsseite wird beim Ausführungsbeispiel nach 1 gebildet durch eine aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, bestehende Kupplungsnabe 2, die koaxial zu einer Kupplungsdrehachse D gestaltet ist. Die zweite Kupplungsseite wird verkörpert durch einen ebenfalls aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, hergestellten Verzahnungsring 3, der mit einem nicht dargestellten, entsprechend drehbaren Funktionsteil drehfest verbunden ist. Die Kupplungsnabe 2 ist mit einem drehbaren Funktionsteil der ersten Kupplungsseite drehfest verbunden. Der Verzahnungsring 3 ist in radialem Abstand zu der Kupplungsnabe 2 angeordnet und ebenfalls koaxial zur Kupplungsdrehachse D ausgerichtet.
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Eine Drehmomentübertragung zwischen der Kupplungsnabe 2 und dem Verzahnungsring 3 erfolgt durch einen Elastomerkörper 4 in Form eines Scheibenringes, der in 2 separat dargestellt ist. Der Elastomerkörper 4 stellt einen einstückigen, koaxial zur Kupplungsdrehachse D auf einen Außenmantel der Kupplungsnabe 2 aufvulkanisierten Scheibenring dar, der aus einem Elastomer, vorzugsweise aus einem Natur- oder Synthetikkautschuk, hergestellt ist. Radial außenseitig ist der Elastomerkörper 4 mit einer umlaufenden Außenverzahnung 6 versehen, die komplementär zu einer Innenverzahnung des Verzahnungsringes 3 ausgeführt ist, um eine drehschlüssige Mitnahme des Verzahnungsringes 3 mit dem Elastomerkörper 4 zu ermöglichen. Sowohl die Innenverzahnung des Verzahnungsringes 3 als auch die Außenverzahnung 6 des Scheibenringes 4 sind axial ausgerichtet, um eine axiale Steckbarkeit des Scheibenringes 4 relativ zum Verzahnungsring 3 zu ermöglichen. Für eine Herstellung der hochelastischen Wellenkupplung in Form der Scheibenkupplung 1 wird der Elastomerkörper 4 auf den Außenmantel der Kupplungsnabe 2 aufvulkanisiert. Anschließend wird die Einheit aus Elastomerkörper 4 und Kupplungsnabe 2 mit dem Verzahnungsring 3 axial zusammengesteckt. Die der ersten und der zweiten Kupplungsseite zugeordneten Kupplungsteile in Form der Kupplungsnabe 2 und des Verzahnungsringes 3 werden mit den entsprechenden Funktionsteilen verbunden, um eine funktionsfertige Einbindung der Scheibenkupplung 1 in einen entsprechenden Antriebs- oder Funktionsstrang zu gewährleisten.
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Der Elastomerkörper 4 in Form des Scheibenringes nach den 1 und 2 ist – was anhand der 1 und 2 nicht erkennbar ist – mit mehreren, über seinen Umfang verteilt angeordneten Belüftungskanälen 7 versehen, die jeweils – auf die Kupplungsdrehachse D bezogen – eine radial erstreckte und eine axial erstreckte Richtungskomponente aufweisen. Jeder Belüftungskanal 7 durchdringt den Elastomerkörper 4 von der einen Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite hin vollständig, so dass auf den gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils Einlassöffnungen 8 oder Auslassöffnungen 9 entstehen. Die Einlassöffnungen 8 sind – auf die Kupplungsdrehachse D bezogen – radial weiter innenliegend angeordnet als die Auslassöffnungen 9. Zwischen jeder Einlassöffnung 8 und jeder Auslassöffnung 9 erstreckt sich jeder Belüftungskanal 7 geradlinig ansteigend durch eine Dicke des Elastomerkörpers 4 hindurch, so dass sich eine schräge Ausrichtung des Belüftungskanales 7 ergibt, die sich in einer die Kupplungsdrehachse umfassenden Axialebene erstreckt.
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Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Belüftungskanal neben einer axialen und einer radialen Richtungskomponente zusätzlich noch eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung aufweist.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind die axiale und die radiale Richtungskomponente jedes Belüftungskanales 7 einander unmittelbar parallel überlagert, wodurch sich die geradlinige, aber schräge Ausrichtung jedes Belüftungskanales 7 ergibt. Die Radialkomponente und damit die gegenüber der Einlassöffnung 8 radial weiter außenliegende Auslassöffnung 9 jedes Belüftungskanales 7 ermöglicht bei einer Drehung der Scheibenkupplung 1 im Kupplungsbetrieb eine Förderwirkung auf die jeden Belüftungskanal 7 durchdringende Luftströmung, wodurch eine zuverlässige Kühlung des Elastomerkörpers im Kupplungsbetrieb erzielt wird. Die radial innenliegende Öffnung ist demzufolge ein Lufteinlass, die weiter radial außenliegende Öffnung im Elastomerkörper ist im Kupplungsbetrieb ein Luftauslass. Diese Belüftung ist vorteilhaft, da im Kupplungsbetrieb insbesondere im Bereich der Anvulkanisierung des Scheibenringes 4 an der metallischen Kupplungsnabe 2 Wärme entsteht, die zur Vermeidung einer Überhitzung des Elastomerkörpers abgeführt wird.
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Die Ausführungsformen nach den 4 bis 8 stellen weitere Varianten eines Scheibenringes 4 gemäß 2 dar, die mit unterschiedlich gestalteten Belüftungskanälen 7a bis 7b versehen sind. Bei allen Belüftungskanälen 7a bis 7b sind die wesentlichen Merkmale der Belüftungskanäle 7 nach 3 ebenfalls vorgesehen, nämlich dass eine Einlass- oder Ansaugöffnung jedes Belüftungskanales an wenigstens einer Stirnseite des Scheibenringes 4 vorgesehen ist, und dass eine Auslassöffnung 9a bis 9e in radialem Abstand außerhalb der Einlass- oder Ansaugöffnung 8a bis 8e vorgesehen ist. Durch diese Merkmale ist gewährleistet, dass im Kupplungsbetrieb eine zuverlässige Ansaugung von zur Kühlung verwendeter Luft aus dem Bereich einer Stirnseite des Scheibenringes 4, 4a bis 4e verwendet wird, und dass im Kupplungsbetrieb eine zuverlässige Förderwirkung erzielt wird. Schließlich sind alle Belüftungskanäle 7 bis 7e derart ausgeführt, dass sie den Elastomerkörper, d. h. den Scheibenring 4, 4a bis 4e über seine Dicke, die relativ zur Kupplungsdrehachse eine axiale Tiefe darstellt, durchsetzen und somit über die Dicke oder axiale Tiefe des Elastomerkörpers eine gleichmäßige Kühlung erzielen können.
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Der Scheibenring 4a nach 4 entspricht im Wesentlichen dem Scheibenring 4 nach 3. Wesentlicher Unterschied ist es, dass die Belüftungskanäle 7a geringere Querschnitte aufweisen als die Belüftungskanäle 7 des Scheibenringes nach 4. Zudem weisen die Belüftungskanäle 7a gegenüber den Belüftungskanälen 7 nach 3 eine größere Steigung auf. Damit ergibt sich im Kupplungsbetrieb, d. h. bei einer Drehung der Kupplung, eine größere Förderwirkung und eine schnellere Durchströmung als bei den flacheren Belüftungskanälen 7 nach 3. Die flacheren Belüftungskanäle 7 nach 3 gleichen dies aus durch den größeren freien Querschnitt.
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Bei der Ausführungsform nach 5 weist der Scheibenring 4b in einer gemeinsamen, die Kupplungsdrehachse umfassenden Axialebene, die sich radial nach außen erstreckt, zwei Belüftungskanäle 7b auf, die relativ zu einer Mittelradialebene des Scheibenringes 4b spiegelsymmetrisch zueinander gestaltet sind. Beide Belüftungskanäle 7b steigen ausgehend von gegenüberliegenden Stirnseiten mit entsprechenden Einlassöffnungen 8b zur Mitte des Scheibenringes 4b hin gleichmäßig und geradlinig an, indem sich radiale und axiale Richtungskomponenten der Belüftungskanäle 7b jeweils parallel überlagern. Die beiden Belüftungskanäle 7b münden in einer gemeinsamen Auslassöffnung 9b, die in einer Kopfseite eines jeweiligen Zahnes der Außenverzahnung des Scheibenringes 4b angeordnet ist. Die Auslassöffnung 9b ist kreisförmig zentrisch in dem jeweiligen Zahnkopf der Außenverzahnung des Scheibenringes 4b vorgesehen.
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Bei der Ausführungsform nach 6 weist ein Scheibenring 4c ebenfalls zwei zur Mitte des Scheibenringes 4c hin spiegelsymmetrisch zueinander schräg ansteigende Lüftungskanalabschnitte 7c auf, die von Einlassöffnungen 8c ausgehen, die an gegenüberliegenden Stirnseiten des Scheibenringes 4c vorgesehen sind. Wie auch bei der Ausführungsform nach 5 steigen die Belüftungskanalabschnitte 7c zur Mitte des Scheibenringes 4c radial nach außen an, wobei gleichzeitig eine axiale Richtungskomponente derart parallel überlagert ist, dass sich der geradlinige schräge Anstieg zur Mitte hin ergibt. Die beiden Belüftungskanalabschnitte 7c münden in einer Mittelradialebene des Scheibenringes 4c in einen Steigabschnitt 10c, der in einer Auslassöffnung 9c endet. Die Auslassöffnung 9c ist an einer Flanke jedes Zahnes der Außenverzahnung vorgesehen und erstreckt sich durch einen Zahngrund der Außenverzahnung zwischen jeweils zwei Zähnen hindurch. Der Steigabschnitt 10c, der radial nach außen erstreckt ist und einen Teilabschnitt des jeweiligen Belüftungskanales bildet, ist demzufolge schlitzförmig in der Mittelradialebene des Scheibenringes 4c vorgesehen. Die als Steigabschnitte 10c dienenden Radialschlitze sind zwischen jedem zweiten Paar von Zähnen der Außenverzahnung vorgesehen, wie der 6 entnehmbar ist.
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Bei der Ausführungsform nach 7 wie auch bei der Ausführungsform nach 8 weisen die Scheibenringe 4d bzw. 4e jeweils Belüftungskanalabschnitte 7d, 7e auf, die sich analog der Ausführungsform nach 6 schräg axial und radial zur Mitte hin und nach außen erstrecken. Wesentlicher Unterschied bei dieser Ausführungsform ist es, dass radial nach außen führende Steigabschnitte 10d, 10e, die die Auslassöffnungen 9d, 9e bilden, durch einen umlaufenden, in der Mittelradialebene erstreckten Ringspalt gebildet sind, in den die entsprechenden Belüftungskanalabschnitte 7d, 7e münden. Eine Tiefe des schlitzförmig umlaufenden, die Steigabschnitte 10d, 10e bildenden radialen Ringspaltes, der umlaufend radial nach außen offen ist und die Auslassöffnungen 9d, 9e bildet, ist so bemessen, dass ein Grund des Ringspaltes sich auf radialer Höhe der ineinander mündenden Belüftungskanalabschnitte 7d, 7e befindet.
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Im Kupplungsbetrieb wird Luft von gegenüberliegenden Stirnseiten des Scheibenringes 4d, 4e an den Einlassöffnungen 8d, 8e angesaugt, wird durch die radial nach außen und axial zur Mitte hin ansteigenden Belüftungskanalabschnitte 7d, 7e hindurchgefördert und tritt anschließend in den die Steigabschnitte 10d, 10e bildenden Ringspalt ein, wo sie aufgrund der Drehbewegung der Kupplung nach außen gefördert wird und im Bereich der Auslassöffnungen 9d, 9e, die die Außenseite des Ringspaltes bilden, austritt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008016700 A1 [0002]
