DE1575743B2 - Elastische kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Kupplung mit einer zylindrischen Hülse aus elastischem Material zwischen den mit axialem Abstand versehenen Flanschen der zu verbindenden Wellenenden, insbesondere zum Einbau zwischen eine Rotationsflüssigkeitspumpe und deren Antrieb, wobei an den Enden der Hülse in Flanschnähe an der Hülseninnenwand anliegende Stützhülsen vorgesehen sind.

Eine Kupplung der vorstehend bezeichneten Art ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift 1646 427). Bei dieser bekannten Kupplung dient die vorgesehene zylindrische Hülse aus elastischem Material zwischen den mit Flanschen versehenen Wellenenden dazu, Fluchtungsfehler zwischen den beiden Wellen auszugleichen. Torsionsschwingungen, die bei dieser bekannten Kupplung dabei jedoch auftreten, werden dabei nicht in einem wünschenswerten Ausmaß gedämpft.

Es ist auch schon eine elastische Verbindung, insbesondere Wellenkupplung, mit Kupplungsflanschen bekannt (deutsches 'Gebrauchsmuster 1698 759), zwischen die ein . lösbarer, mit. den angrenzenden Metallteilen nicht in Haftverbindung stehender elastischer Körper aus Gummi od. dgl. eingeschaltet ist. Dieser auf Verdrehung beanspruchte Gummikörper weist dabei eine mittlere Umfangsnut und in den seitlich hiervon befindlichen Hülsen vorgesehene Aussparungen auf, die am äußeren Umfang des Gummikörpers angeordnet sind und zur Aufnahme der Mitnehmerbolzen der Kupplungsflansche dienen. Der Zweck dieser bekannten elastischen Verbindung dient dazu, die Umfangselastizität des elastischen Körpers zu erhöhen, Torsionsschwingungen werden aber auch hierbei nicht in einem wünschenswerten Ausmaß gedämpft.

Es ist ferner eine elastische Wellenkupplung mit einem zwei auf je einer Welle sitzende Kupplungsflansche verbindenden autoreifenähnlichen und in seinem Innern einen starren Stützring aufweisenden Gummizwischenglied bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 1797 511). Bei dieser bekannten Wellenkupplung liegt der Stützring an den nicht eingespannten Teilen an der Innenwand des Gummizwischengliedes nur lose an. Hierdurch wird zwar erreicht, daß im Betrieb auf das Gummizwischenglied einwirkende Fliehkräfte nicht dazu führen können, daß sich die beiden Kupplungsflansche aneinander annähern; die Dämpfung von Torsionsschwingungen zwischen den jeweils miteinander gekuppelten Wellen erfolgt jedoch auch bei dieser bekannten elastischen Wellenkupplung nicht in einem an sich wünschenswerten Ausmaß.

Es ist nun auch schon eine nachgiebige Wellenkupplung für Kraftfahrzeuge und Flugmotoren bekannt (deutsche Patentschrift 534 064), bestehend aus einem oder mehreren koaxialen, die Wellenenden verbindenden Zylindern aus nachgiebigem Material, wie z. B. Gummi, wobei der oder die nachgiebigen Zylinder durch einen oder mehrere lose übergeschobene, starre Ringe versteift sind. Auch bei dieser bekannten Wellenkupplung sind spezielle Maßnahmen getroffen, die verhindern, daß ein zwei Wellenenden verbindender Zylinder aus nachgiebigem Material während des Betriebs auf Grund der auftretenden Fliehkräfte eine nicht erwünschte Verformung erfahren kann. Die Dämpfung von Torsionsschwingungen erfolgt jedoch bei dieser bekannten elastischen Wellenkupplung nicht in dem an sich erwünschten Ausmaß.

Es ist schließlich auch schon ein Gummi-Metallbauteil bekannt (österreichische Patentschrift 154 317), bestehend aus einem zusammenhängenden Gummikörper, der mit zueinander konzentrisch angeordneten Hülsen durch Haftung unlösbar verbunden ist, wobei der Gummikörper den Außenmantel einer Innenhülse haftend umschließt, mit zwei voneinander unabhängigen, konzentrisch zur Innenhülse angeordneten Außenhülsen ebenfalls festhaftend verbunden ist und zwischen den Außenringen eine bis nahe an den Mantel der Innenhülse reichende Einschnürung besitzt. Mit Hilfe dieses bekannten Gummi-Metallteiles wird zwar eine praktisch allseitige Nachgiebig-

keit einer mit einem solchen Bauteil aufgebauten Kupplung erzielt, jedoch werden auch bei diesem bekannten Bauteil Torsionsschwingungen nicht in dem an sich wünschenswerten Ausmaß gedämpft.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie bei einer Kupplung der eingangs genannten Art Torsionsschwingungen in stärkerem Ausmaße gedämpft werden können, als durch die bisher bekannten Kupplungen möglich ist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Kupplung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Stützhülsen durch einen mittleren Halsabschnitt mit kleinerem Durchmesser als die Bohrung starr miteinander verbunden sind.

Die Erfindung bringt gegenüber den oben betrachteten bekannten Kupplungen und Anordnungen den Vorteil mit sich, daß auftretende Torsionsschwingungen auf relativ einfache Weise gedämpft werden können, nämlich durch die besondere Ausbildung der Verbindung der beiden Stützhülsen. Durch die Verbindung der beiden Stützhülsen durch den erwähnten mittleren Halsabschnitt ist nämlich im unbelasteten Zustand der Kupplung ein Ringraum gebildet. Dieser Ringraum dient dabei im Falle des Auftretens einer Verdrehung der genannten zylindrischen Hülse dazu, den sich von dieser zylindrischen Hülse radial nach innen hineinziehenden Teil aufzunehmen. Das Ausmaß dieses Einziehens der genannten zylindrischen Hülse ist dabei im wesentlichen durch den Durchmesser des genannten mittleren Halsabschnitts begrenzt.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weisen die Stützhülsen an ihrem jeweiligen äußeren Ende einen Flansch auf, dessen Innenfläche an der jeweiligen Stirnseite der Hülse derart anliegt, daß einer Längsverschiebung dieser Hülse ein Widerstand entgegengesetzt ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Dämpfungswiderstand der Kupplung gegenüber Torsionsschwingungen erhöht.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind an den Enden der zylindrischen Hülse Flansche vorgesehen, die am Rand mit symmetrisch versetzt angeordneten Löchern versehen sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer relativ einfachen Anbringungsmöglichkeit von treibenden und anzutreibenden Elementen an der betreffenden Hülse.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Halsabschnitt im Längsquerschnitt ein kettenlinienförmiges Aussehen. Diese Form des Halsabschnitts hat sich als besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Aufnahme des sich gegebenenfalls einschnürenden Bereichs der zylindrischen Hülse erwiesen.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Stützhülsen in der Bohrung der Hülse in einer Festsitzpassung angeordnet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Dämpfungswiderstand der Kupplung gegenüber Torsionsschwingungen noch erhöht.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse durch eine Torsionsdeformation derart vorgespannt, daß sie eine bestimmte, bezogen auf den nicht vorgespannten Zustand, herabgesetzte Eigenfrequenz besitzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, die Eigenfrequenz der genannten Hülse unter die Resonanzfrequenz der über eine derart ausgebildete Kupplung anzutreibenden Einrichtung legen zu können.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die durch den mittleren Halsabschnitt starr miteinander verbundenen Stützhülsen nicht elastisch. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders gute Dämpfung von auftretenden Torsionsschwingungen.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung besteht die Hülse aus Polypropylen. Dieses Material hat sich hinsichtlich der Dämpfung von Torsionsschwingungen als besonders brauchbar erwiesen.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Aus-, gestaltung der Erfindung besteht die Hülse aus Polyurethan. Dieses Material hat sich ebenfalls hinsichtlich der Dämpfung von Torsionsschwingungen als besonders brauchbar erwiesen.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Längsschnittansicht eine Rotations-Gleitflügelvakuumpumpe mit einer elastischen Kupplung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt in einer vergrößerten Längsschnittansicht eine elastische Kupplung, wie sie in der Anordnung gemäß Fi g. 1 verwendet ist;

F i g. 3 zeigt eine Querschmttsansicht von der in Fi g. 2 eingetragenen Linie 3-3 aus;

F i g. 4 zeigt, ähnlich wie F i g. 2, in einer Längsschnittansicht die elastische Kupplung in einem Zustand, in welchem deren beide Enden relativ zueinander verdreht sind;

F i g. 5 zeigt, ähnlich wie F i g. 2, in einer Längs-Schnittansicht eine modifizierte Ausführungsform der elastischen Kupplung gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Rotations-Flüssigkeitspumpe ist mit ihrer anzutreibenden Welle 36 über die nachstehend noch naher zu betrachtende Kupplung mit einer angetriebenen Welle 40 verbunden. Die betreffende elastische Kupplung, wie sie in F i g. 2 vergrößert dargestellt ist, besteht aus einer zylindrischen Hülse 50 aus elastischem Material mit in axialer Richtung der betreffenden Hülse voneinander beabstandeten Flanschen 52, 53. Diese Flansche 52, 53 sind an den miteinander zu verbindenden Wellenenden vorgesehen, nämlich zum einen an dem Wellenende der Welle 40 und zum anderen am Wellenende der Welle 36 der genannten Pumpe.

Die betreffenden Wellenenden tragen dabei an ihrer jeweiligen Stirnseite einen Flansch 42 bzw. 41. Die beiden Flansche 42, 41 tragen, wie dies besonders deutlich aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, an ihrem jeweiligen Rand symmetrisch versetzt angeordnete Stifte 43, die in entsprechende' Öffnungen 54 der Flansche 52, 53 der Hülse 50 hineinragen. Die von den Wellensnden getragenen Flansche 42,41 bestehen vorzugsweise aus einem mit Fiberglas verstärkten Kunststoff oder Nylon, das bei geringem

Gewicht noch eine genügende Festigkeit besitzt, um der Belastung widerstehen zu können, der sie während des Betriebs ausgesetzt sind. In dem betreffenden Material kann Molybdänsulfid dispergiert sein, so daß die Oberfläche eine geringe Reibung verursacht.

In der Bohrung 51 der zylindrischen Hülse 50 ist ein vorzugsweise nichtelastisches Profilteil 55 vorgesehen, das aus zwei Stützhülsen 56, 57 besteht, die

an den Enden der Hülsenflansche 52, 53 an der Hülseninnenwand anliegen. Diese beiden Stützhülsen 56, 57 sind dabei durch einen mittleren Halsabschnitt 58 starr miteinander verbunden. Dieser mittlere Halsabschnitt 58 weist einen kleineren Durchmesser auf als die Bohrung 51 der Hülse 50. Im Profil betrachtet stellt der mittlere Halsabschnitt 58 eine flache Kurve dar, wie eine Kettenlinie oder eine Zykloide. Die Kettenlinie wird jedoch bevorzugt, da sie bei gegebenem Volumen einen minimalen Oberflächenbereich besitzt.

Bei in der Normalstellung befindlicher Kupplung, d. h. ohne eine Winkelverdrehung der gegenüberliegenden Kupplungsseiten, bildet der mittlere Halsabschnitt 58 mit der benachbarten Wandung der Bohrung 51 einen Ringraum 59, wie dies insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht. Wird nun auf die betreffende Kupplung ein Drehmoment ausgeübt, auf das hin das eine Kupplungsende in bezug auf das andere Kupplungsende um einen bestimmten Winkel verdreht wird, so bewirkt diese Verdrehung, daß sich die Hülse 50 in ihrem Mittelabschnitt radial nach innen zusammenschnürt. Dadurch wird dann der Ringraum 59 ausgefüllt, wie dies aus F i g. 4 besonders klar hervorgeht. Ist der Ringraum 59 durch den zusammengeschnürten Abschnitt der Hülse 50 ausgefüllt, so ist ein weiteres Zusammenschnüren verhindert. Dadurch steigt die Steifigkeit oder elastische Rückstellkraft der Kupplung in einem viel stärkeren Maße .an, als das Drehmoment erhöht wird.

An den gegenüberliegenden Enden der Hülse 55 befinden sich Flansche 60, 61, deren Innenflächen an der Hülse 50 anliegen, so daß während des Verdrehens eine Verlängerung dieses Teiles in axialer Richtung verhindert ist. Die zwischen den Innenflächen der Flansche 60, 61 und den benachbarten Oberflächen der Hülse 50 vorhandene Reibung dient ferner zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, die über die Antriebswelle 40 auf die Kupplung übertragen werden. Die Reibung nimmt zufolge der Neigung der Hülse 50, sich bei Verdrehung in axialer Richtung zu verlängern, zu, und zwar um so mehr, je größer das auf die Kupplung ausgeübte Drehmoment ist.

Bezüglich des Zusammenbaus der Kupplung sei bemerkt, daß dies dadurch erfolgt, daß die durch ' den mittleren Halsabschnitt 58 starr miteinander verbundenen Stützhülsen 56, 57 in die Bohrung 51 eingeführt werden. Die Hülse 50 kann dabei genügend gedehnt werden, um die Flansche 60 und 71 aufnehmen zu können.. Bezüglich dieser Hülse 50 sei noch bemerkt, daß sie vorzugsweise aus einem elastischen Material mit einem relativ niedrigen Elastizitätsmodul besteht. Polyurethan wird bevorzugt verwendet; es können aber auch andere elastische Materialien verwendet werden, wie Polypropylen und synthetischer Gummi.

Die Hülse 50 ist beim Einsetzen der durch den mittleren Halsabschnitt 58 starr miteinander verbundenen Stützhülsen 56, 57 vorzugsweise etwas erweitert, so daß nach dem Einsetzen dieser Stützhülsen 56, 57 ein Druck auf diese wirksam wird. Damit besteht dann ein beachtlicher Reibungswiderstand beim Verdrehen der Stützhülsen 56, 57 in bezug auf die Hülse 50. Dieser Widerstand dient zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, die auf die Kupplung durch die Drehantriebseinrichtung übertragen werden. Dieser Widerstand erhöht somit den Dämpfungswiderstand. Da der »Q«-Faktor das Verhältnis des Trägheitsvermögens und der elastischen Rückstellkraft der betreffenden Anordnung zu ihrem Dämpfungswiderstand bei Resonanzfrequenz darstellt, dient dies zur Herabsetzung der Schwingungsamplitude bei der Eigenfrequenz der Kupplung.

In F i g. 5 ist eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in F i g. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform nur dadurch, daß die Stützhülsen 56, 57 an Stelle der Flansche 60, 61 an jedem Ende einen abstehenden Ansatz 62, 63 aufweisen. Diese Ausführungsform ist dabei insbesondere in den Fällen geeignet, in denen eine gewisse Verlängerung der Hülse 50 in axialer Richtung während des Verdrehens zulässig ist. Hierdurch wird die Eigenfrequenz der betreffenden Hülse auf einen bestimmbaren Wert herabgesetzt.

Die vorstehend beschriebene elastische Kupplung arbeitet nun in der Weise, daß mit relativ niedriger Amplitude auftretende Torsionsschwingungen bereits auf Grund der Weichheit der Federcharakteristik der Hülse 50 nahezu vollständig gedämpft werden. Die Dämpfung wird im übrigen noch durch den Dämpfungswiderstand unterstützt, der sich durch die zwischen den Stützhülsen 56 und 57 und der Bohrung 51 vorhandene Reibung ergibt, und ferner durch die Reibung zwischen den Flanschen 52 und 53 der Hülse 50 und den Flanschen 60 und 61 der Stützhülsen 56, 57.

Wenn die Schwingungsamplitude zunimmt, führt die Winkelverdrehung der Enden der Kupplung zu einer Einschnürung des mittleren Bereichs der Hülse 50 in den durch den mittleren Halsabschnitt 58 gebildeten Ringraum 59 hinein. An dieser Stelle übt der Halsabschnitt 58 einem weiteren Verdrehen gegenüber einen Widerstand aus. Dies führt zu einem schnellen Ansteigen der elastischen Rückstellkraft der Kupplung.

Wenn sich die Frequenz der Torsionsschwingungen der Eigenresonanzfrequenz der angetriebenen Anordnung, im vorliegenden Fall der Rotationsfiüssigkeitspumpe, nähert, neigt die Amplitude der Schwingungen dazu, sich sehr schnell zu erhöhen. Wenn jedoch die Amplitude größer wird, steigt die elastische Rückstellkraft der Kupplung jedoch sehr schnell nichtlinear an, wodurch die Kupplung an einer Stabilisierung bei einer bestimmten Resonanzfrequenz gehindert ist. Demgemäß werden die durch die Drehantriebseinrichtung übertragenen Schwingungen sogar in der Nähe der Eigenresonanzfrequenz der angetriebenen Anordnung ganz beträchtlich gedämpft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elastische Kupplung mit einer zylindrischen Hülse aus elastischem Material zwischen den mit axialem Abstand versehenen Flanschen der zu verbindenden Wellenenden, insbesondere zum Einbau zwischen einer Rotationsflüssigkeitspumpe und deren Antrieb, wobei an den Enden der Hülse in Flanschnähe an der Hülseninnenwand anliegende Stützhülsen vorgesehen sind, d a durch gekennzeichnet, daß die Stützhülsen (56, 57) durch einen mittleren Halsabschnitt (58) mit kleinerem Durchmesser als die Bohrung (51) starr miteinander verbunden sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der zylindrischen Hülse (50) Flansche (52, 53) vorgesehen sind, die am Rand mit symmetrisch versetzt angeordneten Löchern (54) versehen sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhülsen (56, 57) an ihrem jeweiligen äußeren Ende einen Flansch (60, 61) aufweisen, dessen Innenfläche an der jeweiligen Stirnseite der Hülse (50) derart anliegt, daß einer Längsverschiebung dieser Hülse (50) ein Widerstand entgegengesetzt ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Halsabschnitt (58) im Längsquerschnitt ein kettenlinienförmiges Aussehen besitzt.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhülsen (56, 57) in der Bohrung (51) der Hülse (50) in einer Festsitzpassung angeordnet sind.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (50) durch eine Torsionsdeformation derart vorgespannt ist, daß sie eine bestimmte, bezogen auf den nicht vorgespannten Zustand, herabgesetzte Eigenfrequenz besitzt.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den mittleren Halsabschnitt (58) starr miteinander verbundenen Stützhülsen (56, 57) nicht elastisch sind.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 ■ bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (50) aus Polypropylen besteht.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (50) aus Polyurethan besteht.