Drehelastische Kupplung Die Erfindung betrifft eine drehelastische Kupplung mit einer ringförmigen, auf Drehschub beanspruchten Gummischicht, die mit einem inneren und einem äußeren zur Ein- und Ausleitung des Drehmomentes dienenden Metallring festhaftend verbunden ist, bei dem Gummischichten sowie innerer und äußerer Metallring mit annähernd gleichem Neigungswinkel zur Drehachse konisch gestaltet sind und die Gummischichten und Metallringe axialsymmetrische Hälften bilden, deren Gummischichten lediglich durch axiales Gegeneinanderspannen zweier gegenüberliegender, beispielsweise der äußeren Metallringe auf Druck vorspannbar sind.

Eine bekannte Kupplung dieser Art besteht aus zwei symmetrisch aufgebauten konischen Gummi-Metall-Elementen, bei denen die äußeren Metallteile bei der Montage axial zusammengezogen werden, um dem Gummi die zur Gewährleistung hoher Dauerfestigkeit erforderliche Druckvorspannung zu erteilen. Bei dieser bekannten Ausführung kann die Gummischicht in radialer Richtung nicht beliebig stark gestaltet werden, weil dann der volumbeständige Gummi seitlich ausweicht und keine ausreichende Druckvorspannung erhält. Die Gummischicht muß daher im Verhältnis zum Radius der Kupplung dünn gehalten werden, und es wird nur ein relativ kleiner Verdrehwinkel erreicht, der beispielsweise für die Schwingungsprobleme bei Schiffsantrieben in den meisten Fällen nicht ausreicht.

Es sind weiterhin drehelastische Kupplungen bekannt, bei denen in den Gummi einvulkanisierte metallische Zwischenringe angeordnet sind. Derartige Zwischenringe verhindern die Querdehnung des anliegenden Gummis, sofern dieser mit den anliegenden Metallteilen festhaftend verbunden ist, und steigern daher die Drucksteifigkeit in radialer Richtung auf ein Vielfaches. Bei dieser bekannten Ausführung sind zwar die einzelnen Gummiringe im Querschnitt stufenförmig gegeneinander abgesetzt, es besteht je- doch nicht die Möglichkeit, dem Gummi eine Druckvorspannung zu erteilen und eine befriedigende hohe Dauerfestigkeit zu erzielen.

Ferner sind drehelastische Kupplungselemente bekannt, bei denen der Gummi mit den inneren und äußeren Metallteilen zylindrische, konische oder ballige Drehschubelemente bildet, deren Gummi ebenfalls durch einvulkanisierte Metallteile in seiner Querdehnung behindert ist, um eine höhere radiale Steifigkeit zu erzielen. Auch bei diesem Element gibt es keine Möglichkeit, dem Gummi in radialer Richtung eine Druckvorspannung zu erteilen und eine befriedigende Dauerfestigkeit zu erreichen. Eine weitere bekannte Kupplungsausführung besitzt einen drehmomentübertragenden Gummikörper, der zwischen fest mit ihm verbundenen, kugelig zum Gelenkmittelpunkt angeordneten Flächen der inneren und äußeren Metallteile liegt, und ist in der radialen Mittelebene geteilt. Bei dieser Ausführung ist ein axiales Zusammenziehen der äußeren Metallteile bei oder vor der Montage zur Erzielung einer Druckvorspannung im Gummi nicht vorgesehen. Sofern man die äußeren Metallteile axial zusammenziehen würde, könnte dennoch keine genügende Druckvorspannung im Gummi hervorgerufen werden, weil dieser bei der beschriebenen, radial relativ dicken, aber axial schmalen Gummischicht seitlich ausweicht. Die kugelige Gestaltung soll und kann hier nur eine bessere kardanische Beweglichkeit der Kupplung bewirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung mit großer Drehelastizität zu schaffen, die auch bei Auslenkungen in axialer Richtung nur kleine rückführende Kräfte aufweist, wirtschaftlich herstellbar ist und eine hohe Dauerfestigkeit gewährleistet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer drehelastischen Kupplung mit einer ringförmigen, auf Drehschub beanspruchten Gununischicht der eingangs beschriebenen Art in Vereinigung an sich bekannter Maßnahmen die Gummischicht durch eine oder mehrere einvulkanisierte freie Zwischenringe unterteilt, wobei die so gebildeten Gummiringe in ihrer axialen Länge nach außen hin abnehmen.

Die konische Gestaltung der aus zwei axialsymmetrischen Hälften bestehenden Drehschubelemente ermöglicht ein einfaches Druckvorspannen aller durch die konischen Metallzwischenringe getrennten Gummischichten, indem man beispielsweise nur die äußeren konischen Metallteile in axialer Richtung zusammenzieht. Diese verschieben über die angehaftete Gummischicht die weiteren freien Zwischenringe und Gummischichten in axialer Richtung und rufen dadurch eine radial wirkende Druckkraft, d. h. eine Druckvorspannung auf die dazwischenliegenden Gummischichten hervor. Die radiale Drucksteifigkeit und entsprechend die Druckvorspannung der Gummischichten wird durch die einvulkanisierten freien konischen Zwischenringe, die eine Querdehnung des Gununis verhindern, gegenüber einer nicht unterteilten Gummischicht gleicher Stärke auf ein Vielfaches erhöht. Da die Gummischichten in ihrer axialen Länge nach außen hin abnehmen, können die axialen Federkonstanten der einzelnen hintereinandergeschalteten Gummiringe etwa gleich groß gehalten und in den einzelnen Schichten Druckvorspannungen gleicher Größe erzielt werden. Durch geeignete Wahl der Gummischichten hinsichtlich ihrer axialen Länge kann die Druckvorspannung jedes Ringes dem für den jeweiligen Gummiquerschnitt erforderlichen Wert entsprechend eingestellt werden. Die Druckvorspannung ist bekanntlich für die Dauerfestigkeit drehschubbeansprachter Gummi-Metall-Elemente ausschlaggebend. Durch sie werden die Kautschukmoleküle gerichtet, die Schrumpfspannungen im Gummi beseitigt und an den Haftflächen eine Reibungshaftung hervorgerufen, die auch bei schlechter Haftung zur Kraftübertragung zwischen Gummi und Metall ausreicht. Weiterhin wirken sich die Zwischenringe dadurch vorteilhaft aus, daß sie die Spannungen jeder Gummischicht richten und gleichmäßig über den Gummi verteilen und daher bei der Verdrehbeanspruchung einen einwandfreien Kraftverlauf ohne Spannungsspitzen gewährleisten. Auch im äußeren, axial kürzesten Gummiring wird der elastische Werkstoff voll ausgenutzt, aber Spannungshäufungen vermieden.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die einzelnen Gummiringe im Querschnitt stufenförmig gegeneinander abgesetzt sind. Diese Ausbildung der Gummiquerschnitte ermöglicht bei zweckmäßigem Spannungsverlauf eine günstige Form des Gummikörpers, dessen Mittellinie senkrecht zu den Metallteilen verlaufen sollte. Bei mehreren hintereinandergeschalteten, durch Zwischenringe unterbrochenen Schichten würde eine hinsichtlich ihres Kraftverlaufs günstig ausgelegte Kupplung eine größere axiale Länge beanspruchen, wenn die Gumn-likörper nicht stufenförmig gegeneinander abgesetzt sind.

Weiterhin sind nach der Erfindung die axialen Abstände der einander gegenüberliegenden Gummiringe vor dem axialen Zusammenspannen beider Kupplungshälften unterschiedlich groß. Auch durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Vorspannung dem Querschnitt des Gummikörpers angepaßt werden kann. Beispielsweise muß ein Körper mit kleiner axialer Länge, aber großer radialer Stärke um einen größeren Anteil seiner unvorgespannten Stärke vorgespannt werden als ein Körper großer axialer Länge bei kleiner radialer Stärke, wenn der zur Erhöhung der Dauerfestigkeit günstigste Wert erzielt werden soll. Ferner dient die unterschiedliche Vorspannung dazu, die einvulkanisierten Ringe und Gummischichten beider Kupplungshälften je nach Erfordernis mehr oder weniger stark aneinander zur Anlage kommen zu lassen. Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen.

Ab b. 1 zeigt einen Querschnitt durch die elastische Kupplung im eingebauten Zustand; A b b. 2 stellt die Seitenansicht der Kupplung nach Ab b. 1 dar-A b b. 3 zeigt einen Querschnitt durch zwei Kupplungshälften im nicht vorgespannten Zustand; Ab b. 4 stellt eine dreischichtige elastische Kupplung im vorgespannten Zustand dar; A b b. 5 zeigt die nach A b b. 4 im nicht vorgespannten Zustand.

Nach den Ab b. 1 und 2 ist zwischen einer treibenden Welle 1 und einer getriebenen Welle 2 eine drehelastische Kupplung eingebaut, die aus zwei symmetrisch ausgebildeten Hälften besteht. Jede Hälfte weist einen metallischen Innenring 3 und einen metallischen Außenring 4 mit einer dazwischen eingesetzten Gummischicht 6, 7 auf, die ein metallischer Zwischenring 5 in zwei Ringe 6 und 7 unterteilt. Die metallischen Ringe 3, 4 und 5 sowie die Gununischicht 6, 7 sind konisch gestaltet und durch Schrauben 8 gegeneinander gespannt, so daß in den Gummiringen 6 und 7 eine Druckvorspannung entsteht. Eine in dieser Art aufgebaute elastische Kupplung ist in Ab b. 3 im nichtvorgespannten Zustand dargestellt, wobei der Neigungswinkel * des Gummiringes 7 kleiner ist als der Neigungswinkel fl des Gummiringes 6. Die metallischen Ringe 3, 4 und 5 sind nur innerhalb der Gummischicht 6, 7 ün Querschnitt konisch ausgebildet. Die vorstehenden Enden 9 und 10 der metallischen Ringe 4 und 5 verlaufen zylindrisch.

Ab b. 4 zeigt eine Kupplung, deren Gummischicht durch zwei Zwischenringe 11 und 12 in drei Gummiringe 13, 14 und 15 unterteilt ist. Die gleiche Kupplung ist in Ab b. 5 im nichtvorgespannten Zustand dargestellt. Die Druckvorspannung in axialer Richtung nimmt in den Gummiringen 13, 14 und 15 nach außen hin zu, so daß die Zwischenringe 11 und 12 und der äußere metallische Ring 16 nacheinander von innen nach außen zur Anlage kommen.

Anstatt Gummi kann für die Kupplung auch jeder andere gummielastische Werkstoff verwendet werden.