DE1259150B

DE1259150B - Torsionally flexible coupling

Info

Publication number: DE1259150B
Application number: DE1961J0020979
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Raoul Joern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-12-08
Filing date: 1961-12-08
Publication date: 1968-01-18

Description

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.Torsionally flexible coupling The invention relates to a torsionally flexible coupling Coupling with a ring-shaped rubber layer stressed on rotary thrust, which with an inner and an outer serving for the introduction and discharge of the torque Metal ring is firmly connected, with the rubber layers as well as inner and outer Metal ring designed conically with approximately the same angle of inclination to the axis of rotation are and the rubber layers and metal rings form axially symmetrical halves, their Rubber layers simply by axially clamping two opposite, for example, the outer metal rings can be prestressed under pressure.

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.A known coupling of this type consists of two symmetrically constructed conical rubber-metal elements, in which the outer metal parts during assembly are axially contracted to the rubber which ensures high fatigue strength to issue the required compressive preload. In this known embodiment can the rubber layer in the radial direction can not be made arbitrarily strong because then the volumetric rubber gives way to the side and there is insufficient pressure pre-tension receives. The rubber layer must therefore be kept thin in relation to the radius of the coupling be, and only a relatively small angle of rotation is achieved, for example is in most cases insufficient for the vibration problems in ship propulsion systems.

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.Torsionally flexible couplings are also known in which metallic intermediate rings vulcanized into the rubber are arranged. Such intermediate rings prevent the transverse expansion of the adjacent rubber, provided that it is firmly bonded to the adjacent metal parts, and therefore increase the compressive rigidity in the radial direction many times over. In this known embodiment, although the cross-section of the individual rubber rings are offset from one another in a stepped manner, there is no possibility of imparting compressive prestress to the rubber and of achieving a satisfactorily high fatigue strength.

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.Furthermore, torsionally flexible coupling elements are known in which the Rubber with the inner and outer metal parts cylindrical, conical or convex Rotary thrust elements are formed, whose rubber is also vulcanized in by metal parts is hindered in its transverse expansion in order to achieve a higher radial rigidity. With this element, too, there is no possibility of the rubber in the radial direction to give a compressive prestress and to achieve a satisfactory fatigue strength. Another known clutch design has a torque-transmitting one Rubber body, between firmly connected to it, spherical to the center of the joint located faces of the inner and outer metal parts, and is in the radial Middle plane divided. In this embodiment, an axial contraction is the outer Metal parts during or before assembly to achieve compressive prestress in the rubber not provided. If the outer metal parts were pulled together axially, Nevertheless, sufficient pressure pretension could not be produced in the rubber because this with the described, radially relatively thick, but axially narrow rubber layer sideways evasive. The spherical design should and can only be better cause cardanic mobility of the coupling.

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.The present invention is based on the object of a clutch to create with great torsional elasticity, even with deflections in the axial direction has only small restoring forces, can be produced economically and a high fatigue strength guaranteed. To solve this problem is a torsionally elastic Coupling with a ring-shaped Gununi layer of the initially set subject to torsional thrust described type in combination of measures known per se through the rubber layer divided into one or more vulcanized free intermediate rings, the so Remove the formed rubber rings in their axial length towards the outside.

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.The conical design of the rotary thrust elements, consisting of two axially symmetrical halves, enables simple pressure preloading of all rubber layers separated by the conical intermediate metal rings, for example by only pulling the outer conical metal parts together in the axial direction. These move the other free intermediate rings and rubber layers in the axial direction via the adhered rubber layer and thereby call a radially acting pressure force, i. H. a compressive bias on the rubber layers in between. The radial compressive rigidity and correspondingly the compressive pre-tensioning of the rubber layers is increased many times over by the vulcanized free conical intermediate rings, which prevent transverse expansion of the Gununis, compared to an undivided rubber layer of the same thickness. Since the rubber layers decrease in their axial length towards the outside, the axial spring constants of the individual rubber rings connected one behind the other can be kept approximately the same and compressive prestresses of the same magnitude can be achieved in the individual layers. By suitable choice of the rubber layers with regard to their axial length, the compressive pre-tensioning of each ring can be adjusted according to the value required for the respective rubber cross-section. As is well known, the compressive prestress is crucial for the fatigue strength of rotary thrust addressed rubber-metal elements. It directs the rubber molecules, eliminates the shrinkage stresses in the rubber and creates frictional adhesion on the adhesive surfaces, which is sufficient for power transmission between rubber and metal even with poor adhesion. Furthermore, the intermediate rings have an advantageous effect in that they direct the tensions of each rubber layer and distribute them evenly over the rubber and therefore ensure a perfect force curve without tension peaks when the torsional stress is applied. The elastic material is also fully utilized in the outer, axially shortest rubber ring, but stress accumulations are avoided.

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.Furthermore, the invention provides that the individual rubber rings in Cross-section are stepped against each other. This training of the rubber cross-sections allows a favorable shape of the rubber body when the tension is appropriate, whose center line should be perpendicular to the metal parts. With several successive layers interrupted by intermediate rings would become a A larger axial coupling, which is favorably designed in terms of its force curve Claim length if the rubber bodies are not stepped apart from one another are.

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.Furthermore, according to the invention, the axial distances between the opposing rubber rings before the two coupling halves are axially clamped together are of different sizes. This measure also ensures that the preload can be adapted to the cross section of the rubber body. For example, a body with a small axial length but great radial strength must be pretensioned by a greater proportion of its unstressed strength than a body of great axial length with a small radial strength, if the most favorable value for increasing the fatigue strength is to be achieved. Furthermore, the different preload serves to allow the vulcanized rings and rubber layers of both coupling halves to come into contact with one another to a greater or lesser extent, depending on the requirements. The drawings illustrate the invention using various exemplary embodiments.

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. From b. 1 shows a cross section through the elastic coupling in the installed state; A b b. 2 shows the side view of the coupling according to Ab b. 1 dar-A b b. 3 shows a cross section through two coupling halves in the non-pretensioned state; From b. Fig. 4 shows a three-layer elastic coupling in the pretensioned state; A b b. 5 shows the according to A b b. 4 in the non-pretensioned state.

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.According to the ab b. 1 and 2, a torsionally flexible coupling is installed between a driving shaft 1 and a driven shaft 2, which coupling consists of two symmetrically designed halves. Each half has a metallic inner ring 3 and a metallic outer ring 4 with a rubber layer 6, 7 inserted between them, which a metallic intermediate ring 5 divides into two rings 6 and 7. The metallic rings 3, 4 and 5 as well as the Gununi layer 6, 7 are conical in shape and tensioned against one another by screws 8 , so that a compressive prestress is created in the rubber rings 6 and 7 . An elastic coupling constructed in this way is shown in Ab b. 3 shown in the non-prestressed state, the angle of inclination * of the rubber ring 7 being smaller than the angle of inclination fl of the rubber ring 6. The metallic rings 3, 4 and 5 are only conical in cross section within the rubber layer 6, 7. The protruding ends 9 and 10 of the metallic rings 4 and 5 are cylindrical.

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. From b. 4 shows a coupling, the rubber layer of which is divided into three rubber rings 13, 14 and 15 by two intermediate rings 11 and 12. The same coupling is shown in Fig b. 5 shown in the non-prestressed state. The compressive bias in the axial direction increases in the rubber rings 13, 14 and 15 towards the outside, so that the intermediate rings 11 and 12 and the outer metallic ring 16 come into contact one after the other from the inside to the outside .

Anstatt Gummi kann für die Kupplung auch jeder andere gummielastische Werkstoff verwendet werden.Instead of rubber, any other rubber-elastic coupling can be used Material are used.

Claims

Patent claims: 1. Torsionally flexible coupling with a ring-shaped rubber layer subjected to torsional thrust, which is firmly attached to an inner and an outer metal ring serving to introduce and extract the torque The axis of rotation are conically designed and the rubber layer and metal rings form axially symmetrical halves, the rubber layers of which can only be prestressed by axially clamping two opposing metal rings, for example the outer metal rings, under pressure, characterized by the combination of the following known features: a) The Gununi layer (6, 7) is divided by one or more vulcanized free intermediate rings (5) ; b) the rubber rings (6 and 7) thus formed decrease in their axial length towards the outside. 2. Torsionally flexible coupling according to claim 1, characterized in that the individual rubber rings (6 and 7) are stepped off from one another in cross-section. 3. Torsionally flexible coupling according to claims 1 and 2, characterized in that the axial distances between the opposing rubber rings are of different sizes before the two coupling halves are axially clamped together. Documents considered: German Patent No. 726 369; German interpretative document No. 1 021 213; U.S. Patent Nos. 1,868,818, 2,995,907.