DE19530905A1 - Drehelastische Kupplung mit verschiedenen Kupplungselementen für eine mehrstufige Drehmomentübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehelastische Kupplung mit ver­ schiedenen Kupplungselementen für eine mehrstufige Drehmo­ mentübertragung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite, wobei wenigstens ein erstes Kupplungselement für eine erste Kupp­ lungsstufe in einem unteren Lastbereich und die weiteren Kupplungselemente für wenigstens eine weitere Kupplungsstufe in einem höheren Lastbereich vorgesehen sind.

Eine zweistufige drehelastische Kupplung ist aus der DE 43 09 745 A1 bekannt. Die erste Kupplungsstufe wird dabei durch Gummirollenkörper und die zweite Kupplungsstufe durch form­ schlüssig miteinander in Wirkverbindung stehende Klauenele­ mente gebildet.

Es ist auch bekannt (DE 44 03 477 C1), eine dreistufige drehelastische Kupplung vorzusehen, die eine erste drehweiche Kupplungsstufe, eine zweite, erheblich drehsteifere Kupp­ lungsstufe und eine dritte, drehweiche Kupplungsstufe auf­ weist. Die verschiedenen Kupplungsstufen sind so aufeinander abgestimmt, daß sie in unterschiedlichen Lastbereichen entwe­ der hintereinander- oder/und parallelgeschaltet sind.

Bekannt sind auch einstufige elastische Scheibenkupplungen, die ein scheibenförmiges Gummielement aufweisen, das an­ triebs- und abtriebsseitig jeweils anvulkanisiert ist. Die Vulkanisierungsstellen sind bei solchen Kupplungen Schwach­ punkte, die die maximal zulässige Schubbeanspruchung des Gum­ mielementes und damit die Leistungsgrenze für die Kupplung definieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine drehelastische Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die über ein breites Leistungsspektrum sowohl in geringen Lastbereichen als auch in hohen Lastbereichen eine sichere und exakte Kraftübertra­ gung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für die erste Kupp­ lungsstufe wenigstens ein antriebs- und abtriebsseitig anvul­ kanisiertes Gummielement vorgesehen ist, und daß die weiteren Kupplungselemente derart auf das wenigstens eine Gummielement abgestimmt sind, daß sie ab einem definierten Lastbereich des wenigstens einen Gummielementes wirksam werden. Für die erste Kupplungsstufe, d. h. für untere Lastbereiche, werden somit die Vorteile der an sich bekannten anvulkanisierten Gummiele­ mente übernommen, nämlich insbesondere ein definiertes Ver­ halten im Nullpunkt und keine Unstetigkeitsstelle bei Dreh­ richtungswechseln. Die weiteren Kupplungselemente eignen sich auch für hohe Lastbereiche, so daß mit der erfindungsgemäßen zwei- oder mehrstufigen Kupplung ein breites Leistungsspek­ trum abgedeckt ist. Dabei wird ab einem bestimmten Lastbe­ reich, der unterhalb der maximalen Belastbarkeitsgrenze des anvulkanisierten Gummielementes liegt, die Kraftübertragung durch die weiteren Kupplungselemente übernommen, so daß eine Überlastung des Gummielementes vermieden wird, obwohl die ma­ ximale Belastbarkeit der wenigstens einen weiteren Kupplungs­ stufe wesentlich höher liegt als die maximale Belastbarkeit des Gummielementes und damit der ersten Kupplungsstufe.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Gum­ mielement scheiben- oder scheibensegmentförmig ausgebildet. Das Vorsehen von scheibensegmentförmigen Gummielementen hat den Vorteil, daß zwischen verschiedene Gummisegmente andere Kupplungselemente der weiteren Kupplungsstufen in der glei­ chen Radialebene angeordnet werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind für die wenig­ stens eine weitere Kupplungsstufe mehrere über den Kupplungs­ umfang verteilte, laschen- oder stegartig ausgebildete und im wesentlichen radial ausgerichtete Zugelemente vorgesehen. Bei diesen Kupplungselementen wird das Drehmoment durch Zugbean­ spruchung übertragen. Diese Zugelemente haben den Vorteil, daß sie für die der ersten Kupplungsstufe nachfolgenden Kupp­ lungsstufen eine große Leistungsdichte erzielen, gleichzeitig jedoch eine kompakte Bauform aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind als weitere Kupplungselemente formschlüssig wirksame Klauenelemente vor­ gesehen. Diese Klauenelemente haben den Vorteil, daß sie auch bei einer Überlastung der Kupplung eine Entkopplung von An­ triebs- und Abtriebsseite verhindern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das wenigstens eine Gummielement und die Kupplungselemente der weiteren Kupplungsstufe auf gleicher axialer Höhe - auf die Kupplungs­ achse bezogen - jedoch in Umfangsrichtung zueinander beab­ standet angeordnet. Dadurch weist die Kupplung eine relativ geringe axiale Baulänge auf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zugelemente im unbelasteten Zustand radial vorgespannt. Dadurch setzt die Kraftübertragung durch die Zugelemente bereits bei geringeren Verdrehwinkeln ein, wodurch der Übergang zwischen erster und zweiter Kupplungsstufe und insbesondere der Einsatzbeginn der Kraftübertragung durch die Zugelemente nicht ruckartig, son­ dern sanft erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind als Zugelemente hochstabile Bänder oder Seile, insbesondere aus Stahl, vorge­ sehen. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Kupplung wei­ ter erhöht, da die Zugelemente auch für sehr hohe Lastberei­ che einsetzbar sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Klauenele­ mente alternierend der Antriebs- und der Abtriebsseite zuge­ ordnet und treten unter Zwischenlagerung elastischer Druck­ körper miteinander in Wirkverbindung. Die an sich bekannten elastischen Druckkörper bewirken einen relativ sanften Ein­ satzbeginn des Ineinandergreifens der Klauenelemente. Die formschlüssige Mitnahme durch die Klauenelemente verhindert auch im Überlastbetrieb eine Entkopplung von Antriebs- und Abtriebsseite.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die an­ hand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise eine Frontansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweistufigen Kupplung, bei denen die unterschiedlichen Kupplungs­ elemente im wesentlichen in einer gemeinsamen Radial­ ebene angeordnet sind,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kupplung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine weiteren Schnitt durch die Kupplung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 1, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung, bei der die unter­ schiedlichen Kupplungselemente in zwei axial zueinan­ der versetzten Radialebenen angeordnet sind.

Eine elastische Kupplung nach den Fig. 1 bis 3 weist eine Kupplungsnabe (2) auf, die mittels einer Aufnahmebohrung (13) auf eine Antriebswelle eines Antriebsaggregates, insbesondere eines Bootsantriebes, aufschiebbar ist. Die Kupplungsnabe (2) weist eine Mittellängsachse (4) auf, die im aufgeschobenen Zustand des Kupplungsflansches (2) mit einer Antriebsachse der Antriebswelle identisch ist. In der Aufnahmebohrung (13) ist in an sich bekannter Weise eine Axialnut vorgesehen, die in Verbindung mit einem korrespondierenden Paßstück auf der Antriebswelle eine drehschlüssige Mitnahme der Kupplungsnabe (2) bei einer Drehung der Antriebswelle gewährleistet. Ab­ triebsseitig weist die Kupplung (1) einen ringförmigen Kupp­ lungsflansch (3) auf, der mit geeigneten, jedoch nicht näher dargestellten Elementen der Abtriebsseite fest verbunden ist. Die antriebsseitige Kupplungsnabe (2) und der abtriebsseitige Kupplungsflansch (3) werden durch verschiedene elastische Kupplungselemente (5, 6) miteinander verbunden, wobei alle elastischen Kupplungselemente (5, 6) zum einen an der Kupp­ lungsnabe (2) und zum anderen an dem Kupplungsflansch (3) be­ festigt sind und sich im wesentlichen radial zwischen der Kupplungsnabe (2) und dem Kupplungsflansch (3) nach außen er­ strecken.

Als Kupplungselemente dienen zum einen zwei einander - auf die Längsachse (4) bezogen - diagonal gegenüberliegende ela­ stische Scheibensegmente (6), die aus Gummi gebildet sind. Radial innen ist jedes der beiden Gummischeibensegmente (6) an einem inneren Metallteil (7) und an einem äußeren Metall­ teil (8) anvulkanisiert. Das Metallteil (7) ist mittels eines kreisbogenförmigen Befestigungsflansches und mehreren Schraubverbindungen (9) mit einem Radialflanschsegment der Kupplungsnabe (2) fest verbunden. Das obere Metallteil (8) wird mittels analoger Schraubverbindungen (9), die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, mit dem Kupplungsflansch (3) fest verbunden. Über den Kreisumfang der Kupplung (1) ge­ sehen bilden daher die beiden Gummischeibensegmente (6), von denen in Fig. 1 lediglich eines dargestellt ist, jeweils ein Viertelkreissegment, wobei die beiden Viertelkreissegmente einander diagonal und damit punktsymmetrisch zur Kupplungs­ achse (4) (Fig. 1) gegenüberliegen.

In den verbleibenden Viertelkreissegmenten der Kupplung (1) sind die Kupplungselemente (5) angeordnet, die als Zugelemen­ te dienende Laschenkörper (5) darstellen. Die Anordnung sol­ cher Laschenkörper (5) als elastische Kupplungsglieder ist bereits aus der DE-OS 25 10 197 bekannt. Jeder Laschenkörper (5) weist eine rautenähnliche Form (Fig. 1) auf und ist an seinem oberen und an seinem unteren Ende mit jeweils einer den Laschenkörper (5) achsparallel zur Kupplungsachse (4) durchdringenden Aufnahmehülse aus Metall versehen. Die La­ schenkörper (5) selbst sind aus Gummi hergestellt und mittels zusätzlicher Gewebeeinlagen verstärkt. Dadurch weisen die La­ schenkörper (5) eine wesentlich höhere Belastbarkeit auf als die Gummischeibensegmente (6). Dafür sind die Laschenkörper (5) auch erheblich drehsteifer als die Gummischeibensegmente (6). Jeder Laschenkörper (5) wird mittels eines durch die un­ ter Aufnahmehülse hindurchgeschobenen Bolzens (10) mit zwei Radialflanschteilen der Kupplungsnabe (2) verbunden. Ein ab­ triebsseitig befestigter Metallflansch (12) weist ebenfalls zwei Radialflanschansätze auf, an denen das obere Ende jedes Laschenkörpers (5) mittels eines durch die obere Aufnahmehül­ se hindurchgeschobenen Bolzens (11) gehalten ist. Der La­ schenkörper (5) ist in gewissen Grenzen um die Längsachsen der beiden Bolzen (10 und 11) schwenkbeweglich, so daß eine gewisse Drehnachgiebigkeit auch durch die Laschenkörper (5) gegeben ist. Pro Viertelkreissegment der Kupplung (1) sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Laschenkörper (5) vorgesehen, so daß die Kupplung (1) insgesamt vier Laschen­ körper (5) und zwei Gummischeibensegmente (6) aufweist.

Die Laschenkörper (5) und die Gummischeibensegmente (6) sind so aufeinander abgestimmt, daß für einen unteren Lastbereich zunächst ausschießlich die Gummischeibensegmente (6) wirksam sind und beim Hochfahren der Kupplung (1) aus dem Leerlauf allmählich die Laschenkörper (5) insbesondere für die Kraft­ übertragung in hohen Lastbereichen wirksam werden.

Bei einem anderen erfindungsgemäßen, jedoch nicht dargestell­ ten Ausführungsbeispiel sind Laschenkörper und Gummischeiben­ segmente zwar ebenfalls in einer Reihe, d. h. im wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene, angeordnet. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel sind die Gummischeibensegmente jedoch schma­ ler ausgestaltet, so daß insgesamt vier Gummischeibensegmente eingesetzt werden. Dabei sind alternierend immer jeweils ein Gummischeibensegment und ein Laschenkörper in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind als Kupp­ lungselemente zwischen Antriebs- und Abtriebsseite zum einen Gummischeibensegmente (6) und zum anderen Laschenkörper (5) angeordnet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 3, bei dem die verschiedenen Kupplungselemente (5 und 6) auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind, sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die Laschenkörper (5) und die Gummischeibensegmente (6) - auf die Kupplungsachse (4) bezo­ gen - axial in Abstand hintereinander angeordnet. Dazu ist die Kupplungsnabe (2a) mit einem Axialansatz (14) versehen, durch den auch die axiale Länge der Aufnahmebohrung (13a) vergrößert ist. An der Kupplungsnabe (2a) sind analog der An­ ordnung gemäß Fig. 2 mehrere Laschenkörper (5) über den Um­ fang der Kupplungsnabe (2a) verteilt angeordnet. Der Metall­ flansch (12a) entspricht im wesentlichen dem Metallflansch (12) gemäß Fig. 2, mit dem Unterschied, daß er ringförmig ausgebildet ist und sich über den gesamten Umfang der Kupp­ lung (1) erstreckt. Außerdem weist er an seinem hinteren Ende einen Flanschansatz für die axiale Befestigung des Metalltei­ les (8) auf, an dem ein oberer Bereich des jeweiligen Gummi­ scheibensegmentes (6) anvulkanisiert ist. Das korrespondie­ rende untere Metallteil (7) ist mit einem radial nach unten abragenden Befestigungsansatz versehen, der mit Hilfe von Schraubverbindungen (16) an einer radial ausgerichteten Na­ benscheibe (15) befestigt ist, die wiederum mit Hilfe von Schraubverbindungen an dem Axialansatz (14) der Kupplungsnabe (2a) befestigt ist. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Aus­ führungsbeispiel ähnlich Fig. 4 ist das Gummischeibensegment über den gesamten Umfang der Kupplung (1) erstreckt, so daß es einen über den gesamten Umfang umlaufenden Scheibenring darstellt. In einer Schnittdarstellung würde jedoch auch die­ ses Ausführungsbeispiel exakt der Darstellung nach Fig. 4 entsprechen. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die unter­ schiedlichen Kupplungselemente axial hintereinander angeord­ net. Die Funktionsweise dieser Kupplung entspricht der Kupp­ lung (1) nach den Fig. 1 bis 3.

Bei allen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Kupplungen wird durch die unterschiedlichen Kupplungselemente (5 und 6) eine zweistufige Kupplung geschaffen, wobei für eine erste Kupplungsstufe in einem unteren Lastbereich zur Kraftübertra­ gung die Gummischeibensegmente (6), bzw. ein korrespondieren­ der Scheibenring, vorgesehen sind. Für die zweite Kupplungs­ stufe dienen die drehsteiferen und aufgrund ihrer Gewebeein­ lagen wesentlich höher belastbaren Laschenkörper (5), so daß die Laschenkörper (5) ab einem bestimmten Lastbereich zusätz­ lich zu der bereits beanspruchten Gummischeibensegmentstufe wirksam werden. Dadurch, daß ab einem bestimmten Lastbereich die durch die Laschenkörper (5) gebildete zweite Kupplungs­ stufe hinzukommt, wird eine Überlastung der ersten Kupplungs­ stufe, nämlich der Gummischeibensegmente (6), vermieden, da die Gummischeibensegmente (6) durch unterschiedliche Verdre­ hung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite lediglich so weit auf Schub beansprucht werden, bis die Laschenkörper (5) wirk­ sam werden.

Bei weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Laschenkörper weiter stabilisiert, indem sie als hochstabile Zugelemente in Form von Stahlbändern oder Stahlseilen ausgebildet sind. Auch diese verstärkten Laschen­ körper sind jedoch wie bei den dargestellten Ausführungsfor­ men mit hochelastischen Gummischeiben oder Gummischeibenseg­ menten kombiniert.

Bei einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Laschenkörper (5) für die zweite Kupp­ lungsstufe durch alternierende antriebs- und abtriebsseitig angeordnete Klauenelemente ersetzt, die in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander in Verbindung treten, sobald ein definierter Lastbereich beim Hochfahren der Kupplung aus dem Leerlauf erreicht ist. Um schlagartige Stöße beim Wirksamwer­ den, d. h. beim Aufeinandertreffen der Klauenelemente zu ver­ hindern, sind zwischen den benachbarten und in Wirkverbindung tretenden Klauenelementen an der Antriebs- bzw. an der Ab­ triebsseite elastische Druckkörper vorgesehen, die den An­ schlag der Klauenelemente gegeneinander und damit den Beginn der Kraftübertragung zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite dämpfen. Auch diese Klauenelemente sind auf anvulkanisierte Gummischeibensegmente für die erste Kupplungsstufe abge­ stimmt.

Vorstehend wurden lediglich zweistufige Kupplungen beschrie­ ben, wobei eine erste Kupplungsstufe drehweiche und die zwei­ te Kupplungsstufe drehsteifere Kupplungsglieder aufwies. Die Erfindung betrifft jedoch auch Kupplungen mit drei oder mehr Kupplungsstufen, wobei die Drehsteifigkeit von der ersten bis zur letzten Kupplungsstufe schrittweise erhöht wird.

Claims (9)

1. Drehelastische Kupplung mit verschiedenen Kupplungsele­ menten für eine mehrstufige Drehmomentübertragung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite, wobei wenigstens ein erstes Kupplungselement für eine erste Kupplungsstufe in einem unte­ ren Lastbereich und die weiteren Kupplungselemente für wenig­ stens eine weitere Kupplungsstufe in einem höheren Lastbe­ reich vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Kupplungsstufe wenigstens ein antriebs- und abtriebs­ seitig anvulkanisiertes Gummielement (6) vorgesehen ist, und daß die weiteren Kupplungselemente (5) derart auf das wenig­ stens eine Gummielement (6) abgestimmt sind, daß sie ab einem definierten Lastbereich des wenigstens einen Gummielementes (6) wirksam werden.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gummielement (6) scheiben- oder scheiben­ segmentförmig ausgebildet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die wenigstens eine weitere Kupplungsstufe mehrere über den Kupplungsumfang verteilte, laschen- oder stegartig ausge­ bildete und im wesentlichen radial ausgerichtete Zugelemente (5) vorgesehen sind.

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Kupplungselemente formschlüssig wirksame Klau­ enelemente vorgesehen sind.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gummielement (6) und die Kupplungselemente (5) der weiteren Kupplungsstufe auf gleicher axialer Höhe - auf eine Kupplungsachse (4) bezo­ gen - jedoch in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ange­ ordnet sind.

6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gummielement (6) in einer ersten Radialebene und die Kupplungselemente (5) der weiteren Kupplungsstufe in wenigstens einer zweiten, axial zu der ersten Radialebene versetzten Radialebene ange­ ordnet sind.

7. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zugelemente im unbelasteten Zu­ stand radial vorgespannt sind.

8. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Zugelemente hochstabile Bänder oder Seile, insbesondere aus Stahl, vorgesehen sind.

9. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenelemente alternierend der Antriebs- und der Ab­ triebsseite zugeordnet sind und unter Zwischenlagerung ela­ stischer Druckkörper miteinander in Wirkverbindung treten.