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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elastischen Drehverbindungselements, bei dem in einem Formhohlraum mindestens zwei eine rohrförmige Buchse enthaltende Befestigungselemente angeordnet werden und ein oval geformtes, mit einem Faden endlos gewickeltes Fadenpaket, das zwei gegenüberliegende bogenförmige Umlenkbereiche und zwei zwischen diesen verlaufende Trums aufweist, mit seinen Umlenkbereichen um die Buchsen der Befestigungselemente gelegt wird und bei dem abschließend der Formhohlraum mit einer Masse ausgegossen wird, die zu einem elastischen Körper abbindet,
sowie
ein elastisches Drehverbindungselement, insbesondere elastische Torsionskupplung oder elastische Gelenkscheibe, mit
- a) mindestens zwei Befestigungselementen, die eine rohrförmige Buchse aufweisen;
- b) mindestens einem oval geformten, mit einem Faden endlos gewickelten Fadenpaket, das seinerseits zwei gegenüberliegende bogenförmige, um die Buchsen der Befestigungselemente geführte Umlenkbereiche und zwei zwischen diesen verlaufende Trums umfasst;
- c) mindestens einem elastomeren Körper, in den die Befestigungselemente und das Fadenpaket eingebettet sind.
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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 zwei durch ein Fadenpaket miteinander verbundene Befestigungselemente besitzen, die in den elastomeren Körper eingebettet sind. Diese Laschen verbinden jeweils zwei Befestigungselemente miteinander. In diesem Falle wird häufig von einer Torsionskupplung gesprochen.
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Bei einer anderen Bauweise ist eine Mehrzahl von Befestigungselementen und diese miteinander verbindenden Fadenpaketen insgesamt in einen elastischen Körper eingebettet. Man spricht dann häufig von einer elastischen Gelenkscheibe.
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All diese bekannten Drehverbindungselemente weisen eine Kennlinie auf, die bereits bei geringen Torsionen verhältnismäßig steil ist. Dies bedeutet, dass bereits für kleine Torsionen verhältnismäßig hohe Kräfte aufgewandt werden müssen. Aus verschiedenen Gründen werden aber in technischen Antrieben immer wieder extrem weiche Nulldurchgänge der Kennlinie gefordert, wie sie bisher nur mit entsprechend gestalteten reinen Gummikupplungen erzielbar waren.
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Die
US 2 073 852 A beschreibt eine elastische Wellenverbindung, welche mehrere ovale Gewebelagen mit dazwischen angeordneten Gummilagen aufweist. Die verschiedenen Gewebelagen haben unterschiedliche Umfangslänge und sind radial ineinander verschachtelt. Dabei weisen die jeweils inneren und mittleren Lagen eine Überlänge der Art auf, dass deren Trums ohne Einwirkung äußerer Kräfte nicht geradlinig zwischen den Umlenkbereichen verlaufen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines elastischen Drehverbindungselements sowie ein Drehverbindungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine sehr weiche, flache Kennlinie im Bereich des Nulldurchganges erzielbar ist und gleichwohl bei größeren Torsionen große Kräfte übertragbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch ein elastisches Drehverbindungselement nach Anspruch 5 gelöst.
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Bei dem eingangs genannten elastischen Drehverbindungselement ist vorgesehen, dass mindestens ein Trum des Fadenpakets ohne Einwirkung äußerer Kräfte an den Befestigungselementen eine Überlänge aufweisend nicht geradlinig zwischen den Umlenkbereichen des Fadenpakets verläuft.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Überlänge des oder der Trums des Fadenpaketes wird erreicht, dass bei einer anfänglichen Torsion zunächst mit geringen Kräften im wesentlichen ausschließlich eine Verformung des elastomeren Körpers stattfindet, bis schließlich das Trum des Fadenpakets sich gespannt hat. Bei einer stärkeren Torsion werden nunmehr die Kräfte auch über das Fadenpaket übertragen, wodurch die Kennlinie sehr viel steiler wird. Die so übertragenen Kräfte stehen denjenigen, die bei bekannten elastischen Drehverbindungselementen erreicht werden können, in nichts nach.
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Durch die Größe der Überlänge und durch die Art, wie die Trums zwischen den Umlenkbereichen geführt werden, lässt sich die Kennlinie des elastischen Drehverbindungselementes in weitem Umfange maßschneidern.
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Im einfachsten Falle weist das mindestens eine Trum des Fadenpakets die Gestalt eines flachen V auf. Dieses V wird mit wachsender Torsion zunehmend gestreckt, bis es schließlich zu einer Geraden entartet. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt die Kraftübertragung über das Fadenpaket in der vom Stande der Technik her bekannten Weise.
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Der Scheitel des V kann dabei nach außen weisen, derart, dass die Trums des Fadenpakets in der Mitte ihrer Erstreckung zwischen den Befestigungselementen ihren größten Abstand voneinander besitzen.
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Alternativ ist auch diejenige Bauweise möglich, bei welcher der Scheitel des V nach innen weist, derart, dass die Trums des Fadenpakets in der Mitte ihrer Erstreckung zwischen den Befestigungselementen ihren geringsten Abstand voneinander aufweisen.
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Eine besonders weiche Kennlinie im Bereich des Nulldurchgangs, die auch bis zu größeren Torsionen weich bleibt, besitzt diejenige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elastischen Drehverbindungselementes, bei welchem mindestens ein Trum des Fadenpakets ohne Einwirkung äußerer Kräfte an den Befestigungselementen mehrere gegenläufig gekrümmte Abschnitte aufweist. Auf diese Weise lässt sich eine erhebliche Überlänge der Trums in dem elastischen Körper unterbringen.
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Die Trums des Fadenpakets können bezüglich einer die Achse der Befestigungselemente enthaltenden Ebene spiegelsymmetrisch sein. Dies führt zu einer bestimmten Form der Kennlinie, die in vielen Fällen erwünscht ist.
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Andere Formen der Kennlinie lassen sich erzielen, wenn die beiden Trums des Fadenpaketes bezüglich einer die Achsen der Befestigungselemente enthaltenden Ebene unsymmetrisch sind.
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Bei dem eingangs genannten Verfahren ist vorgesehen, dass mindestens ein Trum des Fadenpakets derart um eine in dem Formhohlraum angeordnete Umlenkeinrichtung gelegt wird, dass es, eine Überlänge aufweisend, nicht geradlinig zwischen den Umlenkbereichen des Fadenpakets verläuft. Durch diese Umlenkeinrichtung(en) wird erreicht, dass die Trums zwischen den Umlenkbereichen in einer definierten, zu der gewünschten Kennlinie führenden Weise so angebracht werden können, dass ihr Verlauf beim Vergießen nicht verändert wird.
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Im einfachsten Falle kann die Umlenkeinrichtung ein Bolzen sein, der an der Gießform befestigt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
- 1 die Draufsicht auf eine Torsionskupplung;
- 2 einen Schnitt durch die Torsionskupplung der 1 gemäß der dortigen Linie II-II;
- 3 einen Schnitt durch die Torsionskupplung der 1 und 2 gemäß der Linie III-III von 2;
- 4 die Draufsicht auf eine alternative Lasche, die zum Einsatz in einer Torsioskupplung bestimmt ist;
- 5 einen Schnitt gemäß Linie V-V von 4;
- 6 einen Schnitt gemäß Linie VI-VI von 4;
- 7 einen Schnitt gemäß Linie VII-VII von 5;
- 8 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lasche;
- 9 einen Schnitt gemäß Linie IX-IX von 8;
- 10 einen Schnitt gemäß Linie X-X von 8;
- 11 einen Schnitt gemäß Linie XI-XI von 9;
- 12 die Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel einer Lasche;
- 13 einen Schnitt gemäß Linie XIII-XIII von 12;
- 14 einen Schnitt gemäß Linie XIV-XIV von 12;
- 15 einen Schnitt gemäß Linie XV-XV von 13;
- 16 die Draufsicht auf ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Lasche;
- 17 einen Schnitt gemäß Linie XVII-XVII von 16;
- 18 einen Schnitt gemäß Linie XVIII-XVIII von 16;
- 19 einen Schnitt gemeäß Linie IXX-IXX von 17.
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Zunächst wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen, in denen eine Torsionskupplung dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist. Soweit nachfolgend nichts anderes beschrieben ist, stimmt die Bauweise der Torsionskupplung 1 mit derjenigen überein, die in den eingangs genannten Druckschriften beschrieben ist. Die Torsionskupplung dient der drehschlüssigen Verbindung zweier Wellen, wie dies ebenfalls aus den oben genannten Druckschriften hervorgeht. Sie besteht im vorliegenden Falle aus sechs identischen Laschen 2, die sich zwischen sechs Befestigungselementen 3 erstrecken. Die Befestigungselemente 3 liegen an den Ecken eines regelmäßigen Sechseckes.
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Die Bauweise der Laschen 2 ist am einfachsten der 3 zu entnehmen. Jede dieser Laschen 2 umfasst einen elastomeren Körper 4, in den ein endloses, geschlossenes Fadenpaket 5 eingegossen ist. Das Fadenpaket 5 ist endlos aus einem Faden gewickelt. Es umschlingt mit gegenüberliegenden Umlenkungsbereichen 5a metallische Buchsen 6, die, wie weiter unten näher beschrieben, Teile der Befestigungselemente 3 sind.
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Zwischen den Umlenkungsbereichen 5a erstrecken sich zwei Trums 5b des Fadenpaketes 5, die anders als beim Stande der Technik nicht geradlinig sind. Vielmehr sind sie in der Weise abgewinkelt, dass der Abstand zwischen den Trums 5b bis hin zu ihrer Mitte zwischen den beiden Befestigungselementen 3 anwächst. Sie erhalten auf diese Weise die Form eines flachen V.
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Die geschilderte Form des Fadenpakets 5 wird beim Gießen des elastomeren Körpers 4 auf folgende Weise erzielt: Durch den Formhohlraum, in welchem der elastomere Körper 4 gespritzt bzw. gegossen wird, verlaufen zwei im Querschnitt runde Bolzen parallel zu den Achsen der Befestigungselemente 3 und in einer Ebene, die in der Mitte zwischen den Befestigungselementen 3 liegt. Der Abstand zwischen den beiden Bolzen entspricht unter Berücksichtigung ihres Durchmessers dem Abstand, den die Trums 5b des Fadenpakets 5 in der fertigen Lasche 2 erhalten sollen. Nunmehr wird das Fadenpaket 5 um die Buchsen 6 der Befestigungselemente 3, die ebenfalls in den Formhohlraum an den entsprechenden Stellen eingesetzt wurden, sowie um die Bolzen gelegt, so dass das Fadenpaket 5 die in 3 ersichtliche Form erhält.
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In der Mitte des Formhohlraumes wird ein zylindrischer Formkörper platziert, dessen Querschnitt in der Außenkontur etwa die Form einer liegenden Acht besitzt, wobei allerdings der Abstand der liegenden Acht an der engsten Stelle breiter als in einer „normalen“ Acht ist.
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Nunmehr wird der Formhohlraum ausgegossen, wobei sich der gesamte Raum, der die Buchsen 6 der Befestigungselemente 3, das Fadenpaket 5, die Bolzen und das Formteil umgibt, mit elastomer abbindendem Material füllt. Nach dem Abbinden kann die fertige Lasche 2 entnommen werden. In dieser verbleiben zwei Durchgangslöcher 7 an den Stellen, an denen sich im Formhohlraum die Bolzen befunden haben, sowie eine mittlere Öffnung 8, deren Querschnitt dem Querschnitt des Formkörpers entspricht.
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Die Funktionsweise der beschriebenen Lasche 2 in der Torsionskupplung 1 ist wie folgt:
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Wenn die Lasche 2 auf Zug beansprucht wird, verformt sich zunächst der elastomere Körper 4, ohne dass das Fadenpaket 5 selbst nennenswerte Kräfte übertragen würde. Die Situation ändert sich, wenn im Verlaufe der Verformung die beiden Trums 5b des Fadenpakets 5 zwischen den Buchsen 6 der Befestigungselemente 3 gespannt werden, diese also geradlinig verlaufen. Dann übernehmen die Trums 5b des Fadenpaketes 5 im Wesentlichen die Übertragung der Zugkräfte.
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Für die Kennlinie der Lasche 2 bedeutet dies: An einen anfänglich verhältnismäßig flachen, „weichen“ Abschnitt, welcher der reinen elastischen Verformung des elastomeren Körpers 4 entspricht, schließt sich ein weiterer, stark ansteigender Abschnitt der Kennlinie an, welcher der Spannung des Fadenpakets 5 bzw. von deren Trums 5b entspricht.
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Durch die Form und Größe Mittelöffnung 8 kann die Kennlinie weiter beeinflusst werden. Die Mittelöffnung 8 erleichtert die elastische Verformung des elastomeren Körpers 4 bei Zug. Sie flacht sich dabei ab, bis ihre Innenflächen zunehmend in wechselseitige Berührung geraten. Bei weiterem Zug tritt eine Versteifung der Kennlinie ein.
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Der Vollständigkeit halber sei hier noch kurz der Aufbau der Befestigungselemente 3 anhand der 2 beschrieben, obwohl dieser grundsätzlich dem Stande der Technik entspricht. Die Befestigungselemente 3 umfassen neben der oben schon erwähnten Buchse 6 zwei auf die Buchse 6 aufgepresste Kragenhülsen 9. Die Kragenhülsen 9 besitzen jeweils einen kurzen, rohrförmigen Ansatz 9a, dessen Achse sich parallel zur Buchse 6 erstreckt, sowie einen radial sich nach außen erstreckenden Flansch oder Kragen 9b. Das Fadenpaket 5 der jeweiligen Lasche 2 liegt zwischen den Kragen 9b, wie dies aus dem Stande der Technik bekannt ist.
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Das oben anhand der 1 bis 3 beschriebene Prinzip, die beiden Trums 5b des Fadenpakets 5 zwischen den Buchsen 6 der Befestigungselemente 3 nicht geradlinig verlaufen zu lassen, so dass sie sich bei Zug zuerst strekken müssen, um Zugkräfte übertragen zu können, lässt sich in vielfältiger Weise variieren. Ausführungsbeispiele hierfür sind in den 4 bis 19 dargestellt. Soweit bei diesen Laschen Komponenten einander entsprechen, sind diese mit demselben Bezugszeichen, von Ausführungsbeispiel zu Ausführungsbeispiel jeweils um 100 erhöht, gekennzeichnet.
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Die Lasche 102 der 4 bis 7 stimmt mit der Lasche 2 der 1 bis 3 weitestgehend überein. Unterschiedlich ist nur die detaillierte Form des Fadenpaketes 105 sowie der Außenkontur des elastomeren Körpers 104. Wie der 7 zu entnehmen ist, verlaufen die Trums 105b des Fadenpakets 105, ausgehend von den Buchsen 106 der Befestigungselemente 103, zunächst parallel zu einander, bevor sie dann in einer Art Ausbuchtung im mittleren Bereich nach außen ausweichen und dort die Öffnungen 107 umgeben, die von den im Formwerkzeug vorhandenen Bolzen zurückgeblieben sind. Die Außenkontur des elastomeren Körpers 104 folgt im Wesentlichen parallel der Außenkontur des Fadenpakets 105. In der Funktion entspricht die Lasche 102 weitestgehend der Lasche 2, wobei aufgrund der anderen Führung des Fadenpaketes 105 eine etwas modifizierte Kennlinie erreicht wird.
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Ähnliches gilt für die Lasche 202 der 8 bis 11. Wie sich der 11 entnehmen lässt, verlaufen die beiden Trums 205b des Fadenpakets 205 in gewisser Weise invers zu den Trums 5b des Fadenpakets 5 der 1 bis 3: Sie nähern sich in linearer Weise zur Mitte der Lasche 202 aneinander an, so dass sie im mittleren Bereich den geringsten Abstand voneinander besitzen und eine V-Form besitzen, deren Scheitel nach innen zeigt. Die Mittelöffnung 208 ist verhältnismäßig schmal. Die Außenkontur des elastomeren Körpers 204 folgt wieder weitgehend parallel der Außenkontur des Fadenpaketes 205.
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Im Einsatz in einer Torsionskupplung werden bei der Übertragung von Kräften zwischen den Befestigungselementen 203 die Trums 205b des Fadenpakets 205 zunächst unter elastischer Verformung des elastomeren Körpers 204 gespannt, bis sie im Wesentlichen geradlinig verlaufen. Dieser erste Teil der Verformung geschieht mit einem verhältnismäßig weichen Abschnitt der Kennlinie. Bei weiterer Erhöhung der Zugkräfte werden nunmehr die Kräfte über die Trums 205b des Fadenpakets 205 übertragen, was zu einem steileren Abschnitt der Kennlinie führt.
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Die Lasche 304 der 12 bis 15 stimmt mit der Lasche 2 der 1 bis 3 identisch überein mit der einen Ausnahme, dass die Öffnungen 7 und die Mittelöffnung 8 ineinander übergehen und durch Bereiche 311 miteinander verbunden sind. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass zur Umlenkung der Trums 305b in die V-Form und zur Erzielung der mittleren Öffnung 308 beim Vergiessen nicht drei getrennte Teile, nämlich zwei Bolzen und ein Formkörper, sondern nur ein einziger Formkörper benötigt wird, dessen Querschnitt dem Querschnitt der aus den Öffnungen 307, 308 und den Bereichen 311 gebildeten Gesamtöffnung entspricht.
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Selbstverständlich ist es möglich, die Nicht-Linearität der Trums von Fadenpaketen durch wiederholte Auslenkungen dieser Trums zu verstärken. Dies ist in den 16 bis 19 für die Lasche 402 dargestellt. Wie insbesondere der 19 zu entnehmen ist, divergieren hier zunächst die beiden Trums 405b des Fadenpakets 405 auf einem geradlinigen Abschnitt und biegen dann in einer von außen gesehen konkaven Ausbuchtung im mittleren Bereich nach innen ein. Erzielt wird diese Form der Trums für jeden Trum durch drei Bolzen im Formhohlraum, um die die Trums 405b vor dem Gießen des elastomeren Körpers 404 serpentinenartig geschlungen werden. Die Bolzen hinterlassen in der fertigen Lasche 402 im Bereich von jedem Trum 405b drei Öffnungen 407a, 407b, 407c. Die Außenkontur des elastomeren Körpers 404 folgt wieder in etwa parallel der Außenkontur des Fadenpakets 405.
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Ersichtlich steht bei der mehrfach geschlungenen Form der Trums 405b mehr Länge zur Verfügung, die gestrafft werden muss, bevor bei einer Zugbeanspruchung der Lasche 402 die rein elastische Verformung des elastomeren Körpers 404 beendet ist und die Übertragung von Zugkräften über die Trums 405b des Fadenpakets 405 erfolgt. Die Kennlinie der Lasche 402 verläuft somit über einen längeren Abschnitt flach, als dies bei der Lasche 2 der 1 bis 3 der Fall war.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Laschen symmetrisch zu einer Symmetrieebene, welche durch die Achsen der Hülsen der Befestigungselemente gehen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die beiden Trums eines Fadenpaketes in unsymmetrischer Weise von der Geradlinigkeit abweichen zu lassen, in dem einfach der oder die Bolzen im Formwerkzeug entsprechend unsymmetrisch positioniert werden.
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Bei den obigen Ausführungsbeispielen handelt es sich um Torsionskupplungen oder Laschen für eine solche. Der erfinderische Gedanke ist aber ersichtlich in derselben Weise auch bei elastischen Gelenkscheiben einsetzbar.
