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Die Erfindung betrifft einen Gelenkkörper zum Verbinden zweier Wellenenden, mit einer Vielzahl in Drehrichtung verteilter Koppelmittel, mit einer Vielzahl von Schlingenpaketen, von denen jedes zwei benachbarte Koppelmittel umschlingt und mit einer elastomeren Koppelmasse, in welche die Koppelmittel und die Schlingenpakete eingebettet sind
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Ein derartiger Gelenkkörper ist in der
DE 10 2008 047 596 A1 beschrieben. Die Schlingenpaketanordnung umfasst zwei Sätze von Schlingenpaketen, die in Umfangsrichtung verschachtelt sind. Ein Teilsatz umfasst einzelne Schlingenpakete, welche die mittleren Abschnitte aufeinanderfolgender Koppelhülsen umschlingen, während der zweite Teilsatz Paare von Schlingenpaketen umfasst, die zu beiden Seiten des mittleren Schlingenpaketes auf benachbarten Koppelhülsen angeordnet sind. Die gesamte Anordnung ist so getroffen, dass die Trums der Schlingenpakete und Flansche von Positionier-Kragenhülsen eine in axialer Richtung starre Anordnung bilden.
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Aufgrund dieser Konstruktion kann der bekannte Gelenkkörper zwar Drehmomentspitzen in Umfangsrichtung aufnehmen; er kann jedoch geringfügige Fehlfluchtungen der Wellenenden und etwaige axiale Belastungs-Unterschiede nicht aufnehmen. Hierdurch ergibt sich erhöhter Verschleiß.
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Durch die vorliegende Erfindung soll ein Gelenkkörper dieser bekannten Art so weitergebildet werden, dass er auch bezüglich solcher Achsen eine gewisse Biege-Elastizität aufweist, die senkrecht auf der Drehachse stehen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Gelenkkörper zum Verbinden zweier Wellenenden, mit einer Vielzahl in Drehrichtung verteilter Koppelmittel, mit einer Vielzahl von Schlingenpaketen, von denen jedes zwei benachbarte Koppelmittel umschlingt und mit einer elastomeren Koppelmasse, in welche die Koppelmittel und die Schlingenpakete eingebettet sind, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen den einander gegenüberliegenden Endflächen zumindest eines Teiles der Schlingenpakete eine elastomere Lagermaterialschicht angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gelenkkörper sind in dem axialen Materialstapel, der eine Koppelhülse umschließt, Lagermaterialschichten vorgesehen, die elastisch verformbar sind. Aufgrund dieser Lagermaterialschichten können die Schlingenpakete geringfügig um zur Drehachse transversale Achsen verkippt werden. Entsprechend hat dann auch der gesamte Gelenkkörper eine kleine Nachgiebigkeit bezüglich Torsionen um zur Drehachse senkrechte Achsen.
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Das Ausmaß dieser (gegenüber der Hauptnachgiebigkeit in Umfangsrichtung) kleinen sekundären Nachgiebigkeit lässt sich über folgende Parameter einstellen: Dicke der Lagermaterialschicht, Elastizität und Steifheit des Materiales der Lagermaterialschicht, Geometrie der Oberflächen der Lagermaterialschicht.
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Mit der Erfindung wird eine erhebliche Verbesserung der Standzeit eines Gelenkkörpers erhalten. Die zum Erhalten dieses Vorteiles getroffenen Maßnahmen sind einfach und erhöhen die Herstellungskosten eines Gelenkkörpers prozentual nur wenig.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Der Gelenkkörper kann so ausgebildet sein, dass die Lagermaterialschicht planparallele Endflächen aufweist.
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Mit dieser Weiterbildung wird erreicht, dass die Fadenpakete durch die Lagermaterialschichten stark in Ebenen vorgespannt sind, die senkrecht auf der Drehachse stehen Die Lagermaterialschicht kann mindestens eine zumindest teilweise konvexe und/oder konkave Endfläche aufweisrn.
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Auf diese Weise wird erreicht, dass die Schlingenpakete verhältnismäßig leicht aus ihren zur Drehachse senkrechten Sollebenen herausgekippt werden können, wobei dies unter definierten Kippbedingungen erfolgt. Die Art, wie und wie stark die einzelnen Schlingenpakete in die zur Drehachse senkrechte Richtung vorgespannt sind, lässt sich über die Geometrie der Endflächen der Lagermaterialschichten, die Größe des oberflächenfernen, inneren Volumens der Lagermaterialschichten und das Material der Lagermaterialschichten einstellen. Man kann konvexe, konkave und plane Endflächen beliebig kombinieren, wie dies im Hinblick auf den jeweiligen Einsatzzweck vorteilhaft ist.
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Die Endflächen der Lagermaterialschicht können spiegelbildlich zu einer Mittelebene der Lagermaterschicht sein.
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Durch diese Geometrie erhält man eine symmetrische Verteilung der Kippbelastungen zwischen den beiden Teilsätzen der Schlingenpakete.
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Das Material mindestens einer Lagermaterialschicht kann in radialer Richtung variierende Festigkeit aufweist.
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Mit dieser Maßnahme kann man eine gewünschte nicht lineare Kennlinie für den Widerstand vorgeben, der Torsionen des Gelenkkörpers um zur Drehachse senkrechte Achsen entgegengesetzt wird.
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Mindestens eine Lagermaterialschicht kann in Umfangsrichtung variierende Festigkeit aufweisen.
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Mit dieser Maßnahme kann die Reaktion des Gelenkkörpers auf solche Biegemomente, die bezüglich zur Drehachse senkrechter Achsen auf ihn ausgeübt werden, eingestellt werden. Ist die Verteilung des Rückstellmomentes in Umfangsrichtung nicht symmetrisch zur Mittellinie eines Schlingenpaketes, kann man auf ein Schlingenpaket auch gezielt Drehmomente ausüben, welche das Schlingenpaket (und die mit diesem kraftschlüssig verbundenen benachbarten Teile des Gelenkkörpers) um die Längsachse des Schlingenpaketes zu drehen suchen.
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Die Lagermaterialschicht kann eine von der Koppelmasse unabhängige Schicht sein.
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Diese Maßnahme kann die Herstellung vereinfachen und die Gestaltung unterschiedlicher lokaler Federeigenschaften zwischen den Schlingenpaketen ohne grundsätzliche Änderung der Aufbaues des Gelenkkörpers ermöglichen.
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Die Koppelmittel können Hülsen sein.
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Mit dieser Ausbildung der Koppelteile kann der Gelenkkörper einfach durch Schrauben mit den Wellenenden verbunden werden, die durch die hohlen Gelenkbolzen hindurchgesteckt werden.
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Die Koppelmittel können Kragenhülsen tragen, deren Flansche über elastomere Druckteile mit benachbarten Endflächen der Schlingenpakete zusammenarbeiten.
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Bei einem solchen Gelenkkörper sind die Schlingenpakete durch starre Teile, nämlich die Flansche der Kragenhülsen, in genau vorgegebenen axialer Lage auf den Koppelmitteln positioniert. Dabei ist aber zwischen den starren axialen positionierenden Flanschen der Kragenhülsen und den Schlingenpaketen eine Distanzschicht vorgesehen, welche elastisch nachgiebig verformt werden kann wodurch Verschleiß an den Berührflächen vermieden wird.
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Die Flansche der Kragenhülsen können die Form flacher Kegelstümpfe haben, deren Durchmesser mit wachsendem Abstand von der transversalen Mittelebene der Koppelmittel zunimmt.
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Die ist im Hinblick auf die Zentrierung der Schlingenpakete von Vorteil.
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Die axiale Gesamtabmessung der Schlingenpakete, welche ein Koppelmittel umschließen gegebenenfalls zusammen mit Lagermaterialschichten und Distanzschichten kann größer sein als die axiale Abmessung eines Koppelmittels und die Schlingenpakete sowie gegebenenfalls Lagermaterialschichten und Distanzschichten können unter elastischer Vorspannung auf dem Koppelmittel angeordnet sein, derart, dass ihre Endflächen hinter den Endflächen der Koppelmittel liegen.
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Bei einem Gelenkkörper dieser Bauart ist der gesamte Materialstapel, der ein Koppelmittel umgibt, unter axialer Vorspannung. Dies ist im Hinblick auf Spielfreiheit auch in unbelastetem Zustand von Vorteil, was ebenfalls in geringem Verschleiß resultiert. Durch die Vorspannung kann man zugleich erreichen, dass ein vom Nullpunkt der Federkennlinie entfernter Bereich der Federkennlinie genutzt wird.
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Die Kompression der Schlingenpakete und gegebenenfalls der Lagermaterialschichten und der Distanzschichten kann unter Verwendung mindestens einer Kragenhülse erzeugt werden.
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Bei einem solchen Gelenkkörper übernehmen die Haltehülsen eine doppelte Funktion: Sie sorgen für die axiale Positionierung der Schlingenpakete auf den Koppelmitteln und dienen zur Erzeugung der Vorspannung in den elastomeren Materialien das Koppelmittel umgebenden Schichtstapels.
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Nicht von einem Schlingenpaket umschlungene Umfangsbereiche der Koppelmittel können einen kreisbogenförmigen Füllkörper tragen, der zwischen den vom Koppelmittel ablaufenden inneren Seitenflächen der Schlingenpakete liegt.
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Die bei einem solchen Gelenkkörper vorgesehenen Füllkörper sorgen dafür, dass die axialen Kraftübertragungsverhältnisse in allen axialen Bereichen des Koppelmittels im Wesentlichen in Umfangsrichtung konstant sind, da in denjenigen Umfangsbereichen des Koppelmittels die nicht von einem Abschnitt des Schlingenpaketes umschlungen sind, der Füllkörper die Axialkraftübertragung stellvertretend übernimmt. Dies ist insbesondere auch im Hinblick auf gleiche axiale Belastungen der unterschiedlichen Schlingenpakete von Vorteil, die jeweils über einen Winkel von etwa 180° über das Koppelmittel geführte Abschnitte haben.
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Der Füllkörper kann aus einem Material gefertigt sein, welches vergleichbare mechanische Eigenschaften aufweist, wie das Material der Schlingenpakete.
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Macht man dabei den Füllkörper aus dem gleichen Material, aus dem die Schlingenpakete hergestellt sind, so sorgt der Füllkörper für genau die gleiche axiale Kraftübertragung wie ein entsprechender Abschnitt eines Schlingenpaketes. Wünscht man eine in Umfangsrichtung nicht vollständig gleichbleibende axiale Kraftübertragung, kann man aber auch das Füllstück geringfügig anders ausbilden als einen entsprechenden kreisbogenförmigen Abschnitt des Schlingenpaketes, z. B. etwas Härtermachen oder ihm etwas andere Geometrie geben. Macht man den Füllkörper etwas härter, so erfolgt eine verstärkte Kraftübertragung zu demjenigen Bereich des anderen Schlingenpaketes, der über das Koppelmittel läuft.
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Die Lagermaterialschichten und ggf. die Distanzschichten und ggf. die Füllstücke können hergestell sein aus: vulkanisiertem natürlichem oder synthetischem Gummi, TPE, flexiblem Kunststoff oder unvulkanisiertem natürlichem oder synthetischem Gummi.
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Erste Schlingenpakete können über den axialen Mitten der Koppelmittel angeordnet sein, und ein zweiter Satz von Schlingenpaketen kann zwei Teilpakete aufweisen, die unter Abstand symmetrisch zur Mittelebene der Koppelmittel angeordnet sind.
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Bei einem solchen Gelenkkörper erfolgt die Kraftübertragung zwischen benachbarten Koppelmitteln immer symmetrisch zur Mittelebene des Gelenkkörpers.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines Gelenkkörpers zum Verbinden zweier Wellenenden, in der ein Drittel einer ringförmigen Koppelmasse des Gelenkkörpers weggebrochen ist, um den inneren Aufbau des Gelenkkörpers besser zeigen zu können;
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2: eine seitliche Ansicht eines Gelenkkörpers ähnlich zu dem nach nach 1, wobei eine Koppelhülse und benachbarte Bereiche des Gelenkkörpers axial in einer die Gelenkkörperachse schneidenden Ebene geschnitten wiedergegeben sind;
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3: eine vergrößerte Ansicht einer Koppelhülse und der benachbarten Bereiche des Gelenkkörpers nach 2 in vergrößertem Maßstabe;
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4: einen transversalen Schnitt durch die Mitte einer Koppelhülse und eines Letztere umschlingenden Schlingenpaketes zusammen mit einem Paket-Füllstück;
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5: einen axialen Schnitt durch einen elastomeren Lagerring des Gelenkkörpers nach den 1 bis 4, wobei links und rechts einer Mittelebene zwei verschiedene Ausführungsformen gezeigt sind;
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6: eine ähnliche Ansicht wie 5, wobei jedoch statt konkaven Endflächen des Lagerringes konvexe Endflächen verwendet sind; und
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6: eine ähnliche Ansicht wie 5, wobei jedoch das Material des Lagerringes variierende lokale Steifigkeit aufweist.
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In der Zeichnung ist mit 10 insgesamt ein Gelenkkörper bezeichnet, in den sechs in Umfangsrichtung gleich verteilte Koppelhülsen 12-1 bis 12-6 eingebettet sind.
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Die Koppelhülsen 12 sind durch eine insgesamt mit 14 bezeichnete Schlingenpaketanordnung verbunden, die später noch genauer beschrieben wird, und die gesamte Anordnung von Koppelhülsen und Schlingenpaketanordnung ist in eine kreisringförmige Koppelmasse 16 aus elastomeren Material eingebettet.
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Die ringförmige Koppelmasse 16 hat zwei im Wesentlichen plane axiale Endflächen 18, 20, die kleine Stufen 24 aufweist, wie aus der Zeichnung ersichtlich. Zwischen aufeinanderfolgenden Koppelhülsen 12 haben die Endflächen 18, 20 jeweils eine Vertiefung 28, die in axialer Richtung gesehen die Form eines zusammengedrückten Schlauches haben und über Rundungen 30 in die Endfläche 18 bzw. 20 ausmünden.
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Von den Koppelhülsen 12 sind unter Einsatzbedingungen diejenigen mit ungerader Zusatznummer (1, 3 und 5) mit einem ersten Wellenende (nicht gezeigt) verbunden, von dem angenommen werden soll, dass es sich um das treibende Wellenende handelt. Die Koppelhülsen mit gerader Zusatznummer (2, 4 und 6) sind dagegen mit einem anzutreibenden, zweiten Wellenende verbunden.
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Die Schlingenpaketanordnung 14 umfasst zwei Teilsätze von Schlingenpaketen 30, 32, von denen jedes über zwei benachbarte Koppelhülsen 12 geführt ist. Das Schlingenpaket 30 liegt in der Mittelebene des Gelenkkörpers 10 und verbindet die Gelenkhülsen 12-1 und 12-2, 12-3 und 12-4 sowie 12-5 und 12-6.
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Die zweiten Schlingenpakete 32 sind in zwei Teilpakte 32a, 32b aufgeteilt, die symmetrisch unter gleichem Abstand zu beiden Seiten der Schlingenpakete 30 liegen.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich und auch von Riementrieben her bekannt, ist der Umschlingungswinkel der Schlingenpakete 30, 32 auf jeder der Koppelhülsen 12 180°, da Letztere alle die gleiche Geometrie haben.
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Die Schlingenpakete 30, 32 haben jeweils zwei Endflächen, die senkrecht auf der Drehachse des Gelenkkörpers 10 stehen und in der Zeichnung oben bzw. unten am Schlingenpaket liegen. Sie haben ferner nach innen weisende Seitenflächen und nach außen weisende Seitenflächen.
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Bei der hier beschriebenen Schlingenpaketanordnung besteht kein direkter Kontakt zwischen den Endflächen der Schlingenpakete 30, 32.
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Vielmehr sind die Endflächen der Schlingenpakete 30 sowie der Teilpakete 32a und 32b jeweils durch eine Lagermaterialschicht 34 voneinander getrennt, wie aus 3 ersichtlich, die insoweit auch für das Ausführungsbeispiel nach 1 gilt.
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Zum axialen Positionieren der Schlingenpakete auf der Koppelhülse 12 sind jeweils Kragenhülsen 36 vorgesehen, die ein formschlüssig auf die Außenseite der Koppelhülse 12 aufgepressten axial inneren zylindrischen Hülsenabschnitt 38 und einen sich an dessen axial äußeres Ende anschließenden Flansch 40 aufweisen. Letzterer hat die Form eines Kegelstumpfes mit einem Öffnungswinkel von etwa 170°. Die Kegelspitze weist zur Mittelebene der Koppelhülse.
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Die axial innere Seite des Flansches 40 arbeitet mit einem elastomeren Druckring 42 zusammen, dessen Oberseite komplementär zur Unterseite des Flansches 40 ist. Der Druckring 42 steht axial etwas über das innere Ende des Hülsenabschnittes 38 über. Die Unterseite des elastomeren Druckringes 42 arbeitet mit der axialen Außenseite eines benachbarten Schlingenpaketes 32 zusammen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 1 sind in denjenigen Bereichen der Koppelhülsen 12, die nicht von einem Abschnitt des Schlingenpaketes umschlungen sind, Füllkörper 46 (für die Schlingenpakete 30, vlg. 4) bzw. 48 (für die Schlingen-Teilpakete 32a, 32b, 1) angeordnet. Diese ergänzen den umschlingenden Abschnitt der Schlingenpakete zu einem durchgehenden Ring, wie aus 4 ersichtlich.
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Die Koppelmasse 16, die Lagermaterialschichten 34 sowie die Druckringe 42 sind aus einem elastomeren Material hergestellt, welches in der Praxis aus folgenden Materialien hergestellt sein können: Unvulkanisierter Kautschuk, TPE, Kunststoff und andere natürliche und synthetische Elastomermaterialien.
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Die Schlingenpakete werden durch hoch auf Zug belastbare einzelne Fäden gebildet, die als getrennte Teile hergestellt und dann auf die Koppelhülsen aufgebracht werden können, oder die in situ auf die Koppelhülsen aufgewickelt werden.
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Die Fäden können insgesamt durch ein vorzugsweise nachgiebiges Kunststoffmaterial zu einem einstückig handhabbaren Bauteil verbunden sein.
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Wie aus den 5 und 6 ersichtlich, kann man Endflächen 50, 52 der Lagermaterialschichten 34 auch als konkave oder konvexe Endflächen ausbilden. Die Endflächen brauchen auch nicht durchgehend konvex oder konkav zu sein, sie können auch plane Abschnitte aufweisen z. B. beim Ausführungsbeispiel nach 5 einen planen Randabschnitt 54 der oberen Endfläche 50. Man kann die oben angesprochenen Oberflächentypen auch an einer Lagermaterialschicht kombinieren, um speziellen Anforderungen Rechnung tragen zu können.
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In weiterer Abwandlung der Erfindung kann man, wie in 7 dargestellt, eine Lagermaterialschicht verwenden, welches in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Härte aufweist.
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In 7 ist durch eine dichte Punktmenge ein härteres Material und durch eine lichtere Punktmenge ein weicheres Material symbolisiert.
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Die elastomeren Druckringe 42 und die elastomeren Lagerschichten 34 der erfindungsgemäßen Gelenkscheiben verhindern Rissbildungen in der Koppelmasse 16a scharfen Kanten der Kragenhülsen.
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Durch die elastomeren Druckringe 42 und die elastomeren Lagerschichten 34 wird ferner die Standzeit der Schlingenpakete 30 und 32 erhöht.
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Diese Schichten verleihen der Gelenkscheibe 10 darüber hinaus in der Praxis auch eine Dauerbeugewinkelfähigkeit von 5 Grad. Die erfindungsgemäßen Gelenkscheiben eignen sich daher sehr gut zur Verbindung von Wellenenden, die dauernd oder abhängig von den Einsatzbedingungen Fehlfluchtungen von einigen Grad aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008047596 A1 [0002]
