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Die Erfindung betrifft ein elastisches Drehverbindungselement, insbesondere eine elastische Torsionskupplung oder elastische Gelenkscheibe, mit
- a) mindestens einem Inlay, das umfasst
- aa) zwei Befestigungselemente, die eine rohrförmige Buchse aufweisen;
- ab) mindestens ein oval geformtes, mit einem Faden endlos gewickeltes Fadenpaket, das seinerseits zwei zueinander etwa parallel verlaufende Trums und zwei gegenüberliege bogenförmige Umlenkungsbereiche umfasst;
wobei
- ac) das Fadenpaket in den Umlenkungsbereichen um die Buchsen der Befestigungselemente geführt ist;
- b) mindestens einem elastomeren Körper, in den das Inlay eingebettet ist.
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Derartige nicht schaltbare elastische Drehverbindungselemente werden zum Zweck der Drehmomenten-übertragenden Verbindung zwischen zwei Wellenanschlüssen verbaut. Sie besitzen zur sicheren Drehmomentenübertragung in einen elastomeren Körper eingebettete Fadenpakete, die jeweils zwei Befestigungselemente, die als Verschraubungspunkte dienen, miteinander verbinden. Sinn dieser Drehverbindungselemente ist neben der Drehmomentenübertragung die Schwingungsisolierung und die akustische Abkopplung der beiden Wellen voneinander.
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Drehverbindungselemente können aus einer Mehrzahl einzelner Laschen zusammengesetzt sein, die jeweils einen eigenen elastomeren Körper und ein in diesen eingebettetes Inlay besitzen. Diese Laschen verbinden jeweils zwei Befestigungselemente mit einander. In diesem Falle wird häufig von einer Torsionkupplung gesprochen.
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Bei einer anderen Bauweise ist ein einziges Inlay vorhanden, das eine Mehrzahl von Befestigungselementen und diese miteinander verbindenden Fadenpaketen besitzt und insgesamt in einen elastischen Körper eingebettet ist. Man spricht dann häufig von einer elastischen Gelenkscheibe.
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Alle diese bekannten Drehverbindungselemente haben einen Nachteil gemeinsam: Die Kräfte, die in den Fäden der Umlenkungsbereiche des Fadenpakets an den Befestigungselementen wirken, wo also die Fäden senkrecht zur Richtung der parallelen Trums verlaufen, können auf Grund der Vektornatur der Kräfte außerordentlich hoch werden. Dort ist die in den Fäden wirkende Kraft theoretisch sogar unendlich groß.
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Die geschilderten Verhältnisse haben zur Folge, dass bei den bekannten Torsionskupplungen ein Sicherheitsabstand zwischen der theoretischen maximal über die Trums des Fadenpaketes übertragbaren Kraft, vor dem Brucheintritt, und der tatsächlich aufgebrachten Kraft eingehalten wird.
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Dieser Sicherheitsabstand liegt im Allgemeinen in der Größenordnung von 50%, was bedeutet, dass die inhärente Leistungsfähigkeit des Fadenpakets nur unzureichend ausgenützt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elastisches Drehverbindungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ohne Veränderung des Fadenpakets auf preiswerte und zuverlässige Weise eine höhere Kraftübertragung über die Trums möglich ist und die Leistungsfähigkeit der Trums voll ausgeschöpft wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- c) für jeden Umlenkungsbereich des Fadenpakets eine Einrichtung vorgesehen ist, welche eine Dehnung der Fäden im Umlenkungsbereich bei Zugbeanspruchung der beiden Trums verhindert.
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Der erfinderische Gedanke ist also der, die Fäden des Fadenpakets, die in dem kritischen Umlenkungsbereich liegen, weitgehend von einer Zugbeanspruchung und damit von einer Dehnung zu befreien, so dass in diesen Umlenkungsbereichen keine hohen Fadenkräfte auftreten können und keine Bruchgefahr droht. In diesem Falle kann die Kraft, die über die beiden Trums des Fadenpakets übertragen wird, bis nahe an die je Trum zulässige Bruchgrenze des Fadenpakets herangeführt werden; ein Sicherheitsabstand muss jetzt nicht mehr, jedenfalls nicht mehr im bisherigen Ausmaß, eingehalten werden. Tatsächlich gelingt es auf diese Weise, die Kraftübertragungsleistung um bis zu 100% zu steigern.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die zur Dehnungsverhinderung dienende Einrichtung mindestens eine auf die Buchse des Befestigungselements aufgepresste Kragenhülse, die einen rohrförmigen Ansatz und einen an diesen angeformten radial vorspringenden Kragen aufweist, wobei an einer Fläche des Kragens, welche dem Fadenpaket zugewandt ist, eine Mehrzahl von Vorsprüngen, insbesondere von Verzahnungen, vorgesehen ist. Wird die Kragenhülse auf die Buchse des Befestigungselements aufgepresst und das Fadenpaket dabei dort komprimiert, dringen die Vorsprünge der Kragenhülse in das Fadenpaket ein. Dies führt zu einer selbstklemmenden Verbindung zwischen Kragenhülse und Fadenpaket. Der Kraftangriff wird in den tangential auslaufenden Fadenbereich zwischen Umlenkungsbereich und Trum verlagert.
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Zweckmäßigerweise erstrecken sich dabei die Vorsprünge nur über einen Bogenwinkel von etwa 180°, also nur dort, wo tatsächlich der Umlenkungsbereich des Fadenpakets verläuft.
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Der von Vorsprüngen freie Bereich des Kragens der Kragenhülse kann für zwei rampenartige Flächen genutzt werden, welche eine seitliche Verkippung der Trums des Fadenpakets gegenüber den Befestigungselementen ermöglichen und begrenzen.
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Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zur Dehnungsverhinderung eine Umhüllung aus plastisch verformtem Material, insbesondere aus Metall oder Kunststoff, umfasst, die mit dem Umlenkungsbereich des Fadenpakets verpresst ist.
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Eine ebenfalls preiswerte Alternative sieht so aus, dass die Einrichtung zur Dehnungsverhinderung einen Körper aus Kunststoff umfasst, in dem der Umlenkungsbereich des Fadenpakets eingebettet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
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1 perspektivisch das Inlay einer Lasche einer Torsionskupplung;
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2 die Seitenansicht des Inlays von 2;
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3 einen Schnitt in der Symmetrieebene des Inlays der 1 und 2;
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4 perspektivisch die Draufsicht auf eine Kragenhülse, wie sie bei dem Inlay der 1 bis 3 Verwendung findet;
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5 perspektivisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Inlays einer Lasche einer Torsionskupplung;
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6 die Seitenansicht zu 5;
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7 einen Schnitt in der Symmetrieebene des Inlays der 5 und 6;
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8 perspektivisch die Unteransicht eines Klemmrings, wie er bei dem Ausführungsbeispiel der 5 bis 7 Verwendung findet;
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9 einen Axialschnitt einer vollständigen Lasche, die ein Inlay nach den 5 bis 8 besitzt;
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10 die Draufsicht auf die Lasche der 9;
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11 die Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines Inlays einer Lasche einer Torsionskupplung;
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12 perspektivisch das Inlay einer elastischen Gelenkscheibe;
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13 einen Axialschnitt durch eine vollständige Gelenkscheibe, die das Inlay der 12 besitzt;
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14 die Unteransicht der Gelenkscheibe von 13.
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Zunächst wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen, in denen ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Inlay einer Lasche dargestellt ist, wie sie zum Bau elastischer Torsionskupplungen verwendet wird. Die Bauweise dieser Torsionskupplungen entspricht, soweit nachfolgend nichts Anderes gesagt ist, derjenigen, die in den eingangs genannten Druckschriften beschrieben ist. Hierauf wird Bezug genommen.
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Eine vollständige Lasche entsteht aus dem in der Zeichnung dargestellten Inlay 1 dadurch, dass dieses in einen Körper aus elastomerem Material eingebettet wird, der im Allgemeinen ovale Form aufweist. Über Einzelheiten diesbezüglich geben ebenfalls die eingangs genannten Druckschriften Auskunft.
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Hauptkomponenten des Inlayes 1 sind zwei Befestigungselemente 2, 3 sowie ein um die Befestigungselemente 2, 3 geschlungenes Fadenpaket 4. Das Fadenpaket 4 dient im Wesentlichen der Übertragung von Zugkräften zwischen den Befestigungselementen 2, 3, die in bekannter Weise als Verschraubungspunkte der Verbindung mit den Endbereichen zweier Wellen dienen, die in ihrer Drehbewegung miteinander gekoppelt werden sollen.
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Das Fadenpaket 4 kann grundsätzlich jede beliebige Bauart aufweisen. Es setzt sich aus einer Vielzahl von Fäden zusammen, die im Allgemeinen in einer gesonderten Vorrichtung zunächst in die dargestellten Oval-Form gebracht und sodann als Fadenpaket 4 um die beiden Befestigungselemente 2, 3 gelegt werden. Das Fadenpaket 4 besitzt zwei parallele Trums 4a, 4b, über welche im Wesentlichen die Übertragung der Zugkräfte stattfindet, sowie halbkreisförmige Umlenkungsbereiche 4c, 4d, die um die Befestigungselemente 2, 3 in nachfolgend beschriebener Weise geführt sind.
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Wie die Befestigungselemente 2, 3 im Einzelnen gebaut sind, lässt sich am besten der 3 entnehmen. Zentralelement ist eine rohrartige Buchse 5, auf deren Außenmantelfläche von oben und unten jeweils eine Kragenhülse 6, 7 aufgepresst ist. Jede Kragenhülse 6, 7 besitzt einen kurzen rohrartigen Ansatz 6a, 7a, an den ein radial nach außen ragender Flansch bzw. Kragen 6b, 7b angeformt ist. Bei dem in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ragt der rohrartige Ansatz 6a bzw. 7a von dem jeweiligen Kragen 6b, 7b nach oben bzw. unten, also nach außen.
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An die nach innen weisenden, also aufeinander zu zeigenden Flächen der Kragen 6b, 7b sind jeweils Vorsprünge im Form einer Verzahnung 8 angeformt. Diese ist besonders gut in 4 zu erkennen, welche in etwas größerem Maßstab eine Kragenhülse 6 darstellt.
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Bei der Montage des Inlays 1 wird wie folgt vorgegangen:
Das vorgefertigte Fadenpaket 4 wird mit seinen Umlenkungsbereichen 4c, 4d um zwei Buchsen 5 herum gelegt. Sodann werden an jedem der Befestigungselemente 2, 3 von oben und unten Kragenhülsen 6, 7 auf die Buchse 5 aufgepresst. Dabei wird im Bereich der Kragen 6b, 7b das Fadenpaket 4 komprimiert. Die Verzahnungen 8 dringen in die Umlenkungsbereiche 4c, 4d des Fadenpaketes 4 ein.
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Sodann erfolgt die Einbettung des so hergestellten Inlays 1 in einen elastomeren Körper, wie dies auch beim Stande der Technik geschieht.
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Im Gebrauch der so hergestellten Torsionskupplung werden die Zugkräfte vorwiegend über die beiden parallelen Trums 4a, 4b des Fadenpaketes 4 zwischen den Befestigungselementen 2, 3 übertragen. In den Umlenkungsbereichen 4c, 4d des Fadenpaketes 4 ist eine Dehnung der Fäden aufgrund der Verzahnungen 8 so gut wie ausgeschlossen. Die Verzahnungen 8 übertragen die Kräfte direkt auf die Buchsen 5. Es entstehen also in den Fäden der Umlenkungsbereichen 4c, 4d des Fadenpakets 4b nicht mehr die sehr hohen Zugkräfte, die nach den Grundsätzen der Vektoraddition beim Stande der Technik dort auftreten. Über die Trums 4a, 4b können somit Zugkräfte übertragen werden, die sehr nahe an ihrer Bruchgrenze liegen, also Kräfte, die größenordnungsmäßig doppelt so hoch wie beim Stand der Technik sind.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dieselben Bezugszeichen für solche Elemente benutzt, die sich bei allen Ausführungsbeispielen in im Wesentlichen derselben Funktion finden, wobei jedoch die Bezugszeichenzahl von Ausführrungsbeispiel zu Ausführungsbeispiel um 100 erhöht wird.
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Auch das in den 5 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Inlays 101 umfasst zwei Befestigungselemente 102, 103, die über ein Fadenpaket 104 miteinander verbunden sind. Die Befestigungselemente 102, 103 weisen eine zentrale Buchse 105 auf, auf welche von oben und unten jeweils Kragenhülsen 106, 107 aufgepresst sind.
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Die Kragenhülsen 106, 107 unterscheiden sich von den Kragenhülsen 6, 7 des ersten Ausführungsbeispieles zum einen dadurch, dass der rohrförmige Ansatz 106a, 107a von dem Kragen 106b, 107b jeweils nach innen gerichtet ist, dass also diese rohrförmigen Ansätze 106a, 107a aufeinander zu zeigen, und zum anderen dadurch, dass die auf einander zu zeigenden Flächen der Kragen 106b, 107b nicht selbst eine Verzahnung tragen. Statt dessen ist hier jeweils ein Klemmring 111, 112 aus Kunststoff eingelegt, der an der dem Fadenpaket zugewandten Seite nur in demjenigen Bereich mit einer Verzahnung 108 versehen sind, in welchem tatsächlich die Umlenkungsbereiche 104c, 104d des Fadenpakets 104 verlaufen.
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In demjenigen Bereich der Klemmringe 111, 112, der im montierten Zustand (7) nach innen weist, sind zwei Rampenflächen 109 angeformt, derart, dass die Rampenflächen 109 der beiden zum selben Befestigungselement 102, 103 gehörenden Klemmringe 111, 112 nach außen, also in Richtung auf das andere Befestigungselement 102, 103 divergieren. Diese Rampenflächen 109 dienen, wie insbesondere den 5 und 6 zu entnehmen ist, der Schaffung eines Freiraumes für die Trums 104a, 104b für Beugewinkel, die beispielsweise durch Abweichungen der Parallelität der Achsen der beiden Befestigungselemente 102, 103 entstehen könnten.
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Zwischen den Rampenflächen 109 liegt jeweils ein Vorsprung 130, der eine senkrecht zur Achse des Befestigungselements verlaufende Anschlagfläche besitzt. Die Anschlagflächen der beiden Klemmringe 111, 112 liegen in fertig montiertem Zustand des Inlays 101 aneinander an. Die Vorsprünge 130 erleichtern so die Positionierung der Kragenhülsen 106, 107.
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9 zeigt im Axialschnitt eine vollständige Lasche 150, die ein Inlay 101 nach den 5 bis 7, eingebettet in einen elastomeren Körper 130, aufweist. Letzterer besitzt im mittleren Bereich eine Öffnung 131. In 10 ist die Unteransicht dieser Lasche 150 zu erkennen, wobei nicht näher erläuterte Linien die Höhenstruktur der dargestellten Laschenseite andeuten, was jedoch im vorliegenden Zusammenhang ohne Bedeutung ist.
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In 11 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Inlays 201 für die Lasche einer Torsionskupplung gezeigt. Erneut sind zwei Befestigungselemente 202, 203 vorgesehen, um die ein Fadenpaket 204 geschlungen ist. In diesem Falle sind die Umlenkungsbereiche des Fadenpaketes 204 nicht sichtbar, da von einer Metallhülle 210 umschlossen und in dieser fest komprimiert, so dass sich die Fäden in diesen Umlenkungsbereichen nicht dehnen können. Die Metallumhüllung 210 kann mit den Befestigungselementen 202, 203 verbunden sein; sie kann aber auch ein gesondertes Teil sein.
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11 lässt sich auch so lesen, dass mit dem Bezugszeichen 210 eine Kunststoff-Umspritzung der Umlenkungsbereiche des Fadenpaketes 104 gemeint ist. Auch dies führt dazu, dass die Fäden in den Umlenkungsbereichen keinen starken Zugkräften und damit praktisch keinen Dehnungen ausgesetzt sind.
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In den 12 bis 14 ist eine vollständige Gelenkscheibe dargestellt, die das Bezugszeichen 350 trägt und in der die grundlegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung in derselben Weise verwirklicht sind, wie dies oben für die verschiedenen Laschen einer Torsionskupplung beschrieben ist. Die Gelenkscheibe 350 weist (vgl. 13 und 14) einen elastomeren Körper 330 mit einer mittleren Öffnung 331 auf, in den ein Inlay 301 eingebettet ist. Dieses ist in 12 für sich alleine gezeigt. Soweit in 14 nicht näher erläuterte Linien darstellt, handelt es sich erneut um ”Höhenlinien”, mit denen eine bestimmte Profilierung des elastomeren Körpers 330 angedeutet wird, die jedoch im vorliegenden Zusammenhang nicht relevant ist.
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Das Inlay 301 lässt sich in gewisser Weise als Verknüpfung einer Mehrzahl von Inlays 101 verstehen, wie diese oben anhand der 5 bis 8 beschrieben wurden. Der Aufbau im Einzelnen ist wie folgt:
Das Inlay 301 besitzt insgesamt sechs Befestigungselemente, die der Einfachheit halber hier alle mit demselben Bezugszeichen, nämlich 302 gekennzeichnet sind. Jedes Befestigungselement 302 besitzt eine von oben nach unten durchgehende Buchse 305. Um jede dieser Buchsen 305 sind nunmehr drei Fadenpakete 304a, 304b und 304c geführt, deren Umlenkbereiche in der oben geschilderten Weise mit einer Einrichtung versehen ist, welche eine Dehnung der in ihnen befindlichen Fäden unterbindet. Die mittleren Fadenpakete 304b gehören zu sog. Zugstrecken der Gelenkscheibe 301, also zu solchen Bereichen, in denen im Gebrauch Zugkräfte übertragen werden. Die Fadenpakete 304a und 304c, die an den Befestigungselementen 302 oberhalb bzw. unterhalb des Fadenpakets 304b liegen, gehören zu sog. Schubstrecken der Gelenkscheibe 301, also solchen Bereichen, in denen im Gebrauch Schubkräfte übertragen werden. Zugstrecken und Schubstrecken wechseln sich, wie in 12 dargestellt, ab.
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Das mittlere Fadenpaket 304b ist in derselben Weise, wie dies oben beschrieben wurde, in seinen Umlenkbereichen zwischen einem oberen Klemmring 311b und einem unteren Klemmring 312b eingeklemmt. Die Anordnung entspricht offensichtlich derjenigen von 5, wobei jedoch die Kragenhülsen 106, 107 fehlen. In ähnlicher Weise sind die oberen und unteren Fadenpakete 304a bzw. 304c mit ihren Umlenkbereichen zwischen einem oberen Klemmring 311a bzw. 311c und einem unteren Klemmring 312a bzw. 312c eingeklemmt. Die gesamte Anordnung aus übereinanderliegenden Klemmringen 311a, 312a, 311b, 312b, 311c, 312c und den dazwischen festgeklemmten Fadenpaketen 304a, 304b, 304c wird an jedem Befestigungselement 302 durch eine obere Kragenhülse 306 und eine untere Kragenhülse 307 zusammengehalten, die jeweils von oben und unten auf der Buchse 305 des jeweiligen Befestigungselementes 302 aufgepresst sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3734089 A1 [0005]
- DE 4304274 C1 [0005]
- DE 102008047596 A1 [0005]
