DE19955049A1 - Elastische Wellenkupplung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung mit mindestens einem Torsionselement (1), welches als Übertragungselement einen Elastomerkörper (3) aufweist, an dem axiale Anschlußflansche (2) befestigt sind und der Belüftungskanäle aufweist. Um die Luftkühlung des Elastomerkörpers (3) zu verbessern und dabei die elastischen und mechanischen Eigenschaften möglichst wenig zu beeinträchtigen, schlägt die Erfindung vor, daß die radialen Belüftungskanäle (3a, 3b) in mindestens zwei Axialebenen angeordnet sind, die axialen Abstand voneinander haben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung mit minde­ stens einem Torsionselement, welches als Übertragungselement einen Ela­ stomerkörper aufweist, an den axiale Anschlußflansche befestigt sind und der Belüftungskanäle aufweist.

Der oder die Elastomerkörper, die in der Regel aus hochwertigen Gummi­ werkstoffen bestehen, werden bei Drehmomentübertragung zwischen den axial anvulkanisierten, im wesentlichen scheibenförmigen Anschlußflanschen tordiert, und zwar abhängig von der momentan wirkenden Last. Unter der Einwirkung zeitlich wechselnder Drehmomente sind die Gummielemente einer dynamischen Beanspruchung ausgesetzt, die aufgrund innerer Reibung im Elastomermaterial des Übertragungselementes in Wärme umgesetzt wird. Durch diese Verlustwärme kann es im Elastomermaterial lokal zu erheblichen Temperaturanstiegen kommen. Diese thermisch besonders beanspruchten Bereiche treten in dem schlecht wärmeleitenden Gummimaterial bevorzugt dort auf, wo die entstehende Wärme nicht über die Grenzfläche unmittelbar an die Anschlußflansche oder an die Außenluft abgegeben werden kann. Bei Hochleistungskupplungen muß dabei jedoch auf jeden Fall gewährleistet sein, daß die Temperatur kritische Werte nicht überschreitet, die ansonsten zu einer Zerstörung des Gummimaterials oder zumindest langfristig zu einer Verringerung der Lebensdauer führen, da sich die elastischen Eigenschaften mit zunehmender Temperatur verschlechtern.

Ausgehend von Kupplungen mit massiven Übertragungselementen aus Gummi, wie sie aus der DE-OS 34 34 722 bekannt sind, ist zur besseren Ableitung der Verlustwärme ausweislich der DE 37 10 390 C2 bereits vorgeschlagen worden, Torsionselemente mit axialen Belüftungsöffnungen zu versehen, welche die Anschlußflansche und die Elastomerkörper als axiale Belüftungskanäle durch­ setzen und eine verbesserte Kühlung der besonders gefährdeten Innenbereiche mit sich bringen. Bei anderen Ausführungsformen von Gummikupplungen hat man ebenfalls bereits die Einbringung von radial verlaufenden Belüftungskanälen in den Elastomerkörper in Erwägung gezogen.

Ein grundsätzlicher Zielkonflikt bei der Auslegung von Belüftungskanälen im Elastomermaterial besteht darin, daß die Belüftungskanäle für eine gute Durchlüftung und Wärmeableitung zwar einen möglichst großen Querschnitt er­ halten sollen, dadurch jedoch der aktive, elastische Gummiquerschnitt im selben Maße verringert wird. Dadurch wird das elastische Übertragungsverhalten beeinträchtigt. Außerdem tendieren die Torsionselemente unter Last zu einer axialen Verkürzung, welche von den Lagern aufgefangen werden muß und deswegen ebenfalls zu vermeiden ist. Deswegen verbleiben bei sämtlichen bislang bekannten Konfigurationen von Belüftungskanälen nach wie vor thermisch kritische Bereiche im Elastomerkörper.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zu­ grunde, eine Anordnung von Belüftungskanälen im Elastomerkörper eines Torsionselementes anzugeben, welche die vorgenannten Probleme ausschaltet bzw. zumindest reduziert, das heißt die thermische Beherrschbarkeit verbessert, wobei die mechanischen bzw. elastischen Eigenschaften der Kupplung möglichst wenig beeinträchtigt werden sollen.

Zur Lösung dieser Problematik schlägt die Erfindung vor, daß die Belüf­ tungskanäle in mindestens zwei Axialebenen angeordnet sind, die axialen Abstand voneinander haben.

Die Erfindung betrifft eine neuartige Ausgestaltung und Anordnung von radialen Belüftungskanälen im Elastomerkörper, das heißt solchen Belüftungskanälen, die von der Rotationsachse aus gesehen sternförmig radial nach außen verlaufen. Im einzelnen besteht die erfindungsgemäße Besonderheit darin, daß diese Belüftungskanäle in Richtung der Kupplungsdrehachse gegeneinander versetzt angeordnet sind, das heißt in zwei oder mehr axial beabstandeten Schnittebenen liegen. Zwischen diesen Belüftungsebenen bleibt folglich eine kreisring- oder segmentförmige Elastomerscheibe stehen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung der Belüftungs­ kanäle ergibt sich eine Reihe von Vorteilen, und zwar sowohl bezüglich der elastischen, als auch der thermischen Eigenschaften. Der wirksame elastische Materialquerschnitt wird nämlich dadurch deutlich geringer als im Stand der Technik beeinflußt, da der aktive Lüftungsquerschnitt besser auf eine größere Anzahl von einzelnen Belüftungskanälen verteilt werden kann, die jeweils für sich genommen einen kleineren Kanalquerschnitt haben, als im Stand der Technik. Bei gleichbleibendem Lüftungsquerschnitt hat der Gummikörper deshalb erfindungsgemäß eine deutlich höhere Eigenstabilität und neigt weniger zu unerwünschten Verformungen.

Für die thermische Belastbarkeit der Elastomerkupplung ist es weiterhin be­ sonders vorteilhaft, daß die Kühlwirkung, das heißt die Ableitung von Ver­ lustwärme aus dem Inneren des Elastomerkörpers deutlich verbessert wird. Dadurch, daß ein gegebener Lüftungsquerschnitt erfindungsgemäß auf eine größere Anzahl von Belüftungskanälen verteilt wird, wird die Innenwandfläche der Kühlkanäle, das heißt die zur Kühlung aktive Luft-Elastomer-Grenzfläche vergrößert. Entsprechend wird eine größere Wärmemenge auf die durchströmende Kühlluft übertragen und damit die Kühlleistung verbessert.

Für die Verbesserung der thermischen Eigenschaften der Kupplung ist es weiterhin vorteilhaft, daß durch die erfindungsgemäß in mehreren Axialebenen angeordneten Belüftungskanäle mit jeweils kleinerem Querschnitt die Verlustwärme insgesamt gleichmäßiger aus dem schlecht wärmeleitenden Elastomer bzw. Gummiwerkstoff abgeführt wird. Während nämlich im Stand der Technik zwischen den relativ großflächigen Belüftungsquerschnitten zwangsläufig relativ großflächige Gummiquerschnitte stehen bleiben, in denen sich thermisch besonders beanspruchte und gefährdete Bereiche (Wärmenester) ausbilden, können die erfindungsgemäßen Belüftungskanäle, die jeweils einen kleineren Querschnitt haben, näher beieinander angeordnet werden, so daß die entstehende Verlustwärme räumlich gleichmäßiger abgeführt wird und lokale thermische Spitzenbelastungen nicht mehr auftreten bzw. besser beherrschbar sind. Dank der Erfindung erfolgt eine intensivere und gleichmäßigere Ableitung der Verlustwärme sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung. Durch den jeweils geringen Querschnitt der Kanäle können diese nämlich über den Umfang in größerer Anzahl mit engerem Abstand plaziert werden. In Axialrichtung werden durch die erfindungsgemäß aufeinanderfolgenden Ebenen mit Belüftungskanälen die im Folgenden kurz als Belüftungsebenen bezeichnet werden, im Elastomerkörper axial aufeinanderfolgende Wärmesenken schaffen, welche eine gleichmäßige und effektive Kühlung von ansonsten kritischen Innenbereichen ermöglichen.

In der einfachsten erfindungsgemäßen Ausführung sind zwei Belüftungsebenen vorgesehen, die vorzugsweise axialsymmetrisch, das heißt mittig im Elastomerkörper liegen. Es ist jedoch gleichfalls denkbar, eine höhere Anzahl von Belüftungsebenen vorzusehen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die in unter­ schiedlichen Axialebenen liegenden Belüftungskanäle relativ zueinander radial deckungsgleich orientiert sind. Jede dieser Belüftungsebenen hat vorzugsweise die gleiche Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Belüftungskanälen. Durch deren deckungsgleiche, symmetrische Anordnung werden durch zwei aufeinanderfolgende Belüftungsebenen jeweils Paare von Belüftungskanälen gebildet, die auf einem gemeinsamen Längsschnitt liegen. Durch diese geometrische Symmetrie ergibt sich ebenfalls eine weitgehend symmetrische Temperaturverteilung, welche zur praktischen Umsetzung einfacher rechnerisch erfaßbar ist.

Alternativ ist es gleichfalls denkbar, daß in unterschiedlichen Axialebenen liegende Belüftungskanäle relativ zueinander radial versetzt orientiert sind. Das bedeutet, daß die Belüftungskanäle in aufeinanderfolgenden Belüftungsebenen relativ zueinander auf Lücke liegen. Für eine Bauform mit einer geraden Anzahl von aufeinanderfolgenden Belüftungskanälen ergibt sich somit eine asymmetrische Bauweise. Für eine ungerade Anzahl von Belüftungsebenen kann wiederum eine Symmetrie zur mittleren Belüftungsebene gegeben sein.

Sowohl die deckungsgleiche, als auch die versetzte Anordnung der Belüf­ tungskanäle bzw. Belüftungsebenen kann im Einzelfall vorteilhaft sein.

Im Regelfall werden die Belüftungskanäle sämtlich die selben Querschnitte haben. Für besondere Anwendungen, beispielsweise ungleichmäßige Wärmeabfuhr oder dergleichen kann es jedoch im Einzelfall günstig sein, daß die Belüftungskanäle relativ zueinander unterschiedliche Lüftungsquerschnitte haben.

Zweckmäßigerweise sind die Belüftungskanäle gleichmäßig über den Umfang des Elastomerkörpers verteilt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die radialen Belüftungskanäle mit axialen Lüftungsöffnungen in den An­ schlußflanschen verbunden sind. Dadurch ergibt sich bei Drehung der Kupplung eine kontinuierliche Zwangsbelüftung. Aufgrund der einwirkenden Fliehkräfte wird die Luft in den radialen Kanälen nach außen beschleunigt und strömt durch die axialen Lüftungsöffnungen in den Anschlußflanschen nach. Dadurch entsteht eine kontinuierliche Luftströmung, wie im Laufrad eines Radialverdichters. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn die axialen Lüftungsöffnungen am inneren Ende der radialen Belüftungskanäle liegen, wobei die radialen Belüftungskanäle vorzugsweise am inneren Ende geschlossen sind, das heißt Sacklöcher bilden, bei denen der Eingang der Luftströmung allein durch die innen liegenden, axialen Lüftungsöffnungen er­ folgt.

Vorzugsweise sind beide Anschlußflansche der Kupplung mit den vorgenannten Lüftungsöffnungen versehen, die jeweils in korrespondierende Belüftungskanäle einer Axialebene münden. Diese symmetrische Bauweise kommt insbesondere einer Kupplung mit zwei Belüftungsebenen zugute, bei welcher der Elastomerkörper über seine Längserstreckung besonders gleichmäßig gekühlt wird.

Die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Belüftungskanäle ist gleichermaßen bei Kupplungen mit einem einstückigen, ringförmig geschlossenen Elastomerkörper, als auch bei segmentförmig geteilten Elastomerkörpern möglich.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Elastomer­ kupplung ist im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Kupplung;

Fig. 2 eine radiale Ansicht auf den Außenumfang einer Kupplung gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt entlang der Kupplungsachse A durch ein erfin­ dungsgemäß ausgestaltetes Torsionselement, welches als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Dieses kann über seinen Umfang ringförmig geschlossen ausgebildet oder in eine Anzahl von segmentförmigen Elementen geteilt sein.

Das dargestellte Torsionselement 1 setzt sich zusammen aus im wesentlichen ringscheibenförmigen bzw. segmentförmigen, metallischen Anschluß­ flanschen 2, die an- und abtriebsseitig axial an einem - in Kreuzschraffur dargestellten - Elastomerkörper, das heißt Gummikörper 3 fest anvulkanisiert sind.

Der Gummikörper 3 weist radiale Belüftungskanäle 3a und 3b auf, die sich von seinem Außenumfang in Form von Sacklöchern radial nach innen erstrecken. Die Belüftungskanäle 3a bzw. 3b liegen jeweils in einer Axialebene. Diese Axialebenen sind symmetrisch mit axialem Abstand zueinander angeordnet, so daß jeweils eine gleichmäßig über den Umfang des Torsionselementes 1 verteilte Anzahl von Belüftungskanälen 3a bzw. 3b eine Belüftungsebene bildet.

An ihrem inneren Ende stehen die Belüftungskanäle 3a und 3b jeweils mit Lüftungsöffnungen 4 in den Anschlußflanschen 2 in Verbindung. Diese befinden sich in etwa am inneren Ende der Belüftungskanäle 3a bzw. 3b.

Fig. 2 zeigt ausschnittsweise eine Radialansicht von außen auf ein Tor­ sionselement 1 gemäß Fig. 1, wobei die selben Bezugszeichen Verwendung finden. Daraus geht besonders deutlich hervor, wie die Belüftungskanäle 3a und 3b symmetrisch, in axialer Richtung deckungsgleich in zwei parallelen Reihen, das heißt in zwei parallelen Belüftungsebenen angeordnet sind.

Bei Drehung der Kupplung mit dem Torsionselement 1 erfährt die Luft in den radialen Belüftungskanälen 3a und 3b eine Beschleunigung nach außen, so daß über die Lüftungsöffnungen 4 in den Anschlußflanschen 2 Umgebungsluft angesaugt wird. Auf diese Weise entsteht ein stetiger Kühlluftstrom, der in Fig. 1 mit den Pfeilen angedeutet ist. Die Kühlung des Elastomerkörpers 3 ist besonders effektiv, da die Belüftungskanäle 3a und 3b in axial beabstandeten Belüftungsebenen liegen und deswegen eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet ist. Wegen der geringeren Einzelquerschnitte der Belüftungskanäle 3a und 3b können diese in Umfangsrichtung ebenfalls mit ge­ ringerem Abstand aufeinanderfolgen, wie sich dies aus Fig. 2 ergibt, so daß auch über den Umfang eine effektivere, gleichmäßigere Kühlung als bei bekannten Lüftungskonfigurationen der Fall ist. Die mechanischen, das heißt elastischen Eigenschaften derartig ausgestalteter Torsionselemente 1 sind dadurch ebenfalls gegenüber dem Stand der Technik verbessert.

Claims (11)

1. Elastische Wellenkupplung mit mindestens einem Torsionselement (1), welches als Übertragungselement einen Elastomer­ körper (3) aufweist, an dem axiale Anschlußflansche (2) befestigt sind und der Belüftungskanäle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Belüftungskanäle (3a, 3b) in mindestens zwei Axialebenen angeordnet sind, die axialen Abstand voneinander haben.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichen Axialebenen liegende Belüftungskanäle (3a, 3b) relativ zuein­ ander radial deckungsgleich orientiert sind.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichen Axialebenen liegende Belüftungskanäle (3a, 3b) relativ zuein­ ander radial versetzt orientiert sind.

4. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungskanäle (3a, 3b) relativ zueinander unterschiedliche Lüftungsquer­ schnitte haben.

5. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungskanäle (3a, 3b) gleichmäßig über den Umfang des Elastomer­ körpers (3) verteilt sind.

6. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Belüftungskanäle (3a, 3b) mit axialen Lüftungsöffnungen (4) in den Anschlußflanschen (2) verbunden sind.

7. Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die axialen Lüftungsöffnungen (4) am inneren Ende der radialen Belüf­ tungskanäle (3a, 3b) befinden.

8. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Belüftungskanäle (3a, 3b) am inneren Ende geschlossen sind.

9. Wellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anschlußflansche (2) mit Lüftungsöffnungen (4) versehen sind, die jeweils in Belüftungskanäle (3a, 3b) einer Axialebene münden.

10. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerkörper (3) ringförmig geschlossen ist.

11. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerkörper segmentförmig ist.