DE2012627A1

DE2012627A1 - Hochelastisches Metall Gummi Element zur Verwendung bei Wellenkupplungen

Info

Publication number: DE2012627A1
Application number: DE19702012627
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: Lohmann and Stolterfoht GmbH
Current assignee: Lohmann and Stolterfoht GmbH
Priority date: 1970-03-11
Filing date: 1970-03-11
Publication date: 1971-09-30
Also published as: NL7018299A; BE759118A; GB1333408A; NL167016C; FR2083817A5; DE2012627C3; JPS4812496B1; DE2012627B2; US3719060A; NL167016B

Description

"Hochelastisches Metall-Gummi-Element zur Verwendung bei Wellenkupplungen"

Die Erfindung betrifft ein hochelastisches Metall-Gummi-Element zur Verwendung hei Wellenkupplungen, "bestehend aus einem metallischen Innenring, einem diesen konzentrisch umgebenden metallischen Außenring geringerer axialer Erstrekkung und einer diese beiden Ringe verbindenden scheibenförmigen Zwischenschicht aus Gummi.

Derartige Elemente sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift Wr. 726 369 bekannt, und zwar zur Anwendung bei Gelenkkupplungen. Die metallischen Innen- und Außenringe haben dabei im wesentlichen sphärische Metall-Gummi-Bindungsflächen, Zur Erzeugung einer in der radialen Mittelebene liegenden ringförmigen Aussparung sind die metallischen Innen- und Außenringe sowie die Gummizwischenschicht in der radialen Mittelebene geteilt. Es hat sich gezeigt, daß die bei solchen Elementen infolge der während des Vulkanisierens des Gummis auftretenden Schrumpfung der im lormnest befindlichen Gummimenge radiale Zugspannungen entstehen, welche die Dauerfestigsolcher Elemente erheblich beeinträchtigen können. Um weder im Gummi selbst, noch normal zu din Bindungsflächen, Zugspannungen auftreten zu lassen, muß dafür gesorgt werden, daß sich

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die Bindungsflächen nähern können und daß die Gummis eh icht darüber hinaus sogar noch zusammengepreßt wird. Dieser Vorgang ist "bei Ringelementen mit konischen Bindungsflächen durch axiales Verlagern leicht zu verwirklichen.

Durch die deutsche Patentschrift Nr. 1 259 150 ist eine Kupplung "bekanntgeworden, hei der demgemäß die Bindungsflächen der metallischen Innen- und Außenringe gleichsinnig kegelig ausgebildet sind und bei der die Gummizwisehenschicht durch einen oder mehrere, einvulkanisierte freie Zwischenringe aus Metall unterteilt ist. Durch axiale Verschiebung des Außenringes gegenüber dem Innenring kann eine radial wirkende Druckkraft in der durch Zwischenringe unterteilten Gummischicht hervorgerufen werden, denn durch die axiale Verschiebung verringert sich der (lichte) Abstand zwischen den Bindungsflächen bzw. der Flächeninhalt des von den Bindungsflächen gebildeten Parallelogrammes (s. z.B. Bild 1: s/h = 2

Die Annäherung der Bindungsflächen führt zu einer radialen Druckvorspannung, die soweit gesteigert werden kann, daß sie zumindest die sich beim Vulkanisieren des Elementes durch Schrumpfung ergebende radiale Zugspannung aufhebt. Da Gummi inkompressibel ist, kommt es durch das Zusammendrücken zu elastischen Formänderungen. Bei jenem Element ist die Querdehnung des Gummis allerdings durch die einvulkanisierten Zwischenringe behindert, was zu einer Erhöhung der radialen Druckvorspannung beiträgt. Die Herstellung derartiger elastischer Kupplungselemente, bei denen die Gummischicht durch metallische Zwischenringe unterteilt ist, erfordert eine peinlich genaue Dosierung und Verteilung der in die Formnester einzubringenden und dann zu vulkanisierenden Gummimenge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung est es, ein hochelastisches Metall-Gummi-Element der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem sich der Spannungsverlauf in der Gummischicht

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unbehindert von metallischen Zwischenringen£rei ausbilden kann, bei dem erhöhte" Schwierigkeiten beim Vulkanisieren, die durch Unterteilung des Formnestes bedingt sind, vermieden werden, bei dem die Gestalt und die Herstellung des Elementes möglichst unkompliziert sind und bei dem die Metall-Gummi-Bindungsflächen so gestaltet und zueinander angeordnet sind, daß der zwischen gegenüberliegenden konischen "Bindungsflächen befindliche wesentliche Teil der Gummischicht im axial vorgespannten Betriebszustand eine Gestalt annimmt, die i^T.i .Längsmittelschnitt etwa einem Rechteck gleich kommt»

Die größte Wirkung der axialen Verschiebung von Innen- und Außenring wird nämlich'in dem Bereich erzielt, der sich senk- , t recht zwischen den ,Bindungsflächen befindet. Daher erhält man eine optimale Nutzung der Gummischicht, wenn die Bindungsflächen nur soweit axial verschoben werden, daß die zwischen ihnen befindliche Querschnittsfläche ein Rechteck bildet, Bild Z_c

Sobald die Hauptaufgabe eines Ringelementes in der Übertragung von Drehmomenten liegt, so muß dafür gesorgt werden, daß im wesentlichen überall die gleiche Schubspannung herrscht. Dies bedeutet, daß die Breite der Bindungsfläche am Innenring zur Breite der"Bindungsfläche am Außenring in umgekehrtem Verhältnis zxi den Quadraten der betreffenden Radien steht, Bild 5

i a ^ra ^ri ·. ... ^

Während bei einem Ringelement mit gleicher Breite von Außen- und Innenring die durch das Schrumpfen entstehenden negativen Pressungen außen und innen gleich groß sind, trifft dies für ein Ringelement mit hyperbolischem Querschnitt nicht zu. .

Will man sowohl der Forderung nach einem rechteckigen Querschnitt der Gummischicht als auch nach einer hyperbolischen Begrenzung ihres Querschnitts folgen, so müßte man den Gesamterschnitt durch mehrere oder viele Zwischenringe unterteilen¹,

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und zwar so, daß mehrere oder viele flache Rechtecke entstehen, die stufenweise den hyperbolischen Verlauf ergeben. Der relativ aufwendige Aufbau eines derartigen Elementes, die Unstetigkeit im Spannungsverlauf und die unerwünschte Versteifung in radialer Richtung stellen jedoch nachteilige Eigenschaften dieser Problemlösung dar.

Diese werden vermieden, wenn das Ringelement einen Querschnitt erhält, der sowohl die Forderung nach Aufheben der Schrumpfspannungen und des Aufbaues von Druckspannungen erfüllt, als auch der Forderung nach gleicher Schubspannung unter Torsionsbeanspruchung genüge leistet.

Ein hochelastisches Metall-Gummi-Element zur Verwendung bei Wellenkupplungen, bestehend aus einem metallischen Innenring, einem diesen konzentris ch umgebenden Außenring und einer diese beiden Ringe verbindenden, scheibenförmigen und nicht unterteilten Zwischenschicht aus Gummi, erfüllt diese Forderungen, wenn erfindungsgemäß die Metall-Gumml-Bindungsfläche des Innenringes eine Zylindermantelfläche mit einer sich daran anschließenden und sich erweiternden Kegelmantelfläche ist, während die Metall-Gummi-Bindungsfläche des in seiner axialen Erstreckung kürzeren Außenringes eine Kegelmantelfläche ist, deren Kegelwinkel gleich dem der Kegelmantelfläche des Innenringes ist,,

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Zwischenschicht, betrachtet in einem Längsmittelschnitt und in einem von äußeren Kräften freien Zustand des Elementes, ein Profil aufweist, das sich im wesentlichen aus einem Parallelogramm mit einem spitzen Winkel an der Stelle des größten Innenringdurchmessers und einer Zusatzfläche, die sich von außen nach innen etwa gemäß dem Verlauf einer Hyperbel verbreitert, zusammensetzt, wobei am äußersten Punkt der Hyperbel deren Tangente annähernd mit der zugekehrten Parallelogrammseite zusammenfällt und wobei am innersten Punkt der Hyperbel, der von der

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zylindrischen Bindungsfläche einen gewissen Abstand aufweist, die Hyperbeltangente annähernd parallel zur Mantellinie der kegeligen Bindungsfläche verläuft.

Die Erfindung sieht auch vor, daß das Profil der Zwisohenschicht eine- weitere Zusatzfläche enthält, die sich auf der Seite des größeren Durchmessers der äußeren Bindungsfläche an daa Parallelogramm anschließt und die begrenzt wird von einer senkrecht zur Elementen-Achse verlaufenden Geraden und von einem Kreisbogen, der von der die Flanke der Zwischenschicht erzeugenden Parallelogrammgeite und von einer im Abstand von der Mantelfläche der äußeren Bindungsfläche und parallel dazu verlaufenden Geraden tangiert wird.

Eine besonders günstige das Schrumpfen ausgleichende und eine Druckspannung aufbauende Anordnung ergibt sich,'wenn erfindungsgemäß der Kegelwinkel der inneren und äußeren Bindungeflächen und der spitze Winkel des das Grundprofil der Zwischenschicht bildenden Parallelogrammes so bemessen sind, daß nach einer axialen Verschiebung des Außenringes gegenüber dem Innenring, während der der spitze Winkel des Parallelogrammes in einen rechten Winkel übergeht, die Höhe des Parallelögrammee bzw. der Abstand der kegeligen Bindungsflächen des Innen— und Außenringes" um etwa 3 i· kleiner ist als vor der axialen Verschiebung.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß im axial j vorgespannten Zustand des Elementes, in'dem das die Grundform der Zwischenschicht bildende Parallelogramm in ein Rechteck übergegangen ist, die auf der Seite» mit dem größeren Durohmeaser der Bindungsfläohen liegenden S.tirnflachen der metallieohen Innen- und Außenringe in einer Ebene 1legent

Eine besonders vorteilhafteAnwendungdes Metall-Gummi-Elemöntes besteht erfindungagemäß darin, jiaß eine gerade Anzahl tön Elementen, spiegelbildlich zu einer gemeinsamen Symmetrielinie angeordnet, wobei die Hyperbelflanken der Symmetrielinie abge-

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wandt sind, in eine schaltbare Doppelkegelreibungskupplung oder in eine nicht schaltbare Wellenkupplung eingebaut sind.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Abbildungen 1 bis Dabei zeigtt

Abb. 1 die Schnittdarstellung eines Metall-Gumml-Ringelementes, bei der zwei Positionen des in axialer Richtung zu verschiebenden Außenringes erkennbar sind,

Abb. 2 die Schnittdarstellung eines anderen Elementes mit 2 Positionen,

* Abb. 3 die Schnittdarstellung eines Ringelementes zur Übertragung von Drehmomenten, wobei die Breite der Bindungsfläche am Innenring zur Breite der Bindungsfläche am Außenring in umgekehrtem Verhältnis zu den Quadraten der betreffenden Radien steht und

Abb. 4 die Schnittdarstellung zweier Metall-Gummi-Elemente gemäß der Erfindung in einem Aueftihrungsbeispiel.

Jedes der beiden hochelastischen Metall-Gummi-Elemente gemäß Abb. 4 besteht aus einem metallischen Innenring 1, einem diesen konzentrisch umgebenden Außenring 2 und einer diese beiden Ringe verbindenden scheibenförmigen Zwischenschicht 3 aus Gum-"' ml. Die Zwischenschicht ist an die Innen- und Außenringe anvulkanisiert und nicht durch metallische Zwischenringe unterteilt. Die Metall-Öumml-Bindungsflache des Innenringes 1 ist eine Zylinderraantelfläche alt einer sich daran anschließenden und sich erweiternden Kegelmantelfläche mit dem Kegelwinkel 2 ot . Die Metall-Gummi-BindungBfläche dea Außenringes 2 ist eine Kegelmantelfläche mit gleichem Kegelwinkel. Betrachtet man die Zwiaoheneohicht 3 des Elementes in einem Längemittelschnitt und in einem von äußeren Kräften freiem Zustand des

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so erkenn 1? man, daß sich das Profil der Zwischenschicht 3 im wesentlichen aus einem Parallelogramm und einer von einer Hyperbel begrenzten Zusatzfläche zusammensetzte Die vier Eckpunkte A, B, 0 und D des Parallelogrammes befinden sich auf den sich im Abstand gegenüberliegenden Kegelmantellinien des Innenringes und des Außenringes, Die Punkte A, B und 0 sind zugleich Begrenzungspunkte der Kegelmantellinien. Bei Punkt A, dem Punkt des Innenringes mit dem größten Durchmesser, hat das Parallelogramm einen Winkel, der kleiner ist als 90°. An die Längsseite B, C des Parallelogrammes schließt sich eine Zusatzfläche an, die begrenzt wird von der Zylindermantellinie des Innenringes und einer von Punkt 0 ausgehenden Hyperbelkurve. Die Parallelogrammseite B, C bildet im Punkt C annähernd die Tangente an die Hyperbel. Am innersten Punkt der Hyperbel, der von der zylindrischen Bindungsfläche einen gewissen Abstand aufweist, verläuft die Hyperbeltangente annähernd parallel zur Mantellinie der kegeligen Bindungsflächen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Profil der Zwischenschicht 3 eine weitere Zusatzfläche auf, die sieh auf der Seite des größeren Durchmessers der äußeren Bindungsfläche an das Parallelogramm anschließt und die begrenzt wird von einer senkrecht zur Elementenachse verlaufenden Geraden und von einem Kreisbogen, der von der die Flanke der Zwischenschicht 3 erzeugenden Parallelogrammseite D, A und von einer im Abstand von der Mantellinie der äußeren Bindungsfläche und parallel .dazu verlaufenden Geraden tangiert wird.

Der Kegelwirikel 2 «J, der inneren und äußeren Bindungsflächen und der spitze Winkel des Parallelogrammes ABCD sind so bemessen, daß nach einer axialen Verschiebung des Außenringes 2 gegenüber dem Innenring t, während der der spitze Winkel des Parallelogrammes in einem rechten Winkel übergeht, die Höhe des Parallelogrammes bzw. der Abstand der kegeligen Bindungsflächen des Innen- und Außenringes um etwa 3 $> kleiner ist als

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vor der axialen Verschiebung. Während der Verschiebung gehen die Punkte C und D in die neue Position C und D' über. Bei einem derart vorgespannten Zustand des Elementes liegen die auf der Seite mit dem größeren Durchmesser der Bindungsflächen liegenden Stirnflächen der metallischen Innen- und Außenringe in einer Ebene. Dies ist vorteilhaft bei einer paarweisen Anordnung zweier Elemente, wie in Abb. 4 dargestellt, weil dann die Außenringe zweier Elemente, deren Innenringe sich mit den Stirnflächen berühren, zweckmäßigerweise bis zur gegenseitigen Anlage verspannt werden können·

Während die von den Außenringen ursprünglich eingebrachte Zugspannung durch das axiale Verschieben aufgehoben und in Druckspannung bzw. Pressung umgewandelt wird, bewirkt im freien Teil das Schrumpfen des Gummis bereits von selbst eine positive Anpressung an die innere Bindungsfläche. Auf diese Weise wird eine Form erreicht, die eine erbebliche Vereinfachung der bisher bekannten Bauform ermöglicht.

In Abweichung von der bisher beschriebenen Ausfübrungsform kann der Teil der Bindungsfläche des Außenringes 2, der sich bei Punkt D an die Kegelfläche anschließt, auch eine zylindrische Form annehmen. In diesem Bereich ist die Form der Bindungsfläche von untergeordneter Bedeutung.

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Claims

Pat entanaprüche

1. Hochelastisches Metall-Gummi-Element zur Verwendung "bei Wellenkupplungen, bestehend aus einem metallisohen innenring, einem diesen konzentrisch tungebenden Außenring und einer diese beiden Ringe verbindenden scheibenförmigen Zwischenschicht aus Gummi, dadurch gekennzeichnet, daß die. Metall-Gummi--Bindungsf lache des Innenringes eine Zylindermantelfläche mit einer sich daran anschließenden und sich erweiternden Kegelmantelflache ist, während die Metall-Gummi-Bindungsfläche des Außenringes eine Kegelmantelfläche ist, deren Kegelwinkel gleich dem der Kegelmantelfläche des Innenringes ist*

; "

2, Metall-Gummi-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht, betrachtet in einem länge- mittelschnitt und in einem von äußeren Kräften freien Zu-

I stand des Elementes _t ein Profil aufweist, das sich im we-

i sentlichen aus einem Parallelogramm mit einem spitzen Win-

I kel an der Stelle des größten Innenringdurchmessers und

I einer Zusatzfläche, die sich von außen nach innen etwa ge-

I maß dem Verlauf einer Hyperbel verbreitert, zusammensetz1|i

* wobei am äußersten Punkt der Hyperbel deren Tangente an- |

I nähernd mit der zugekehrten Parallelogrammseite zusammen-

I fällt und wobei am innersten Punkt der Hyperbel, der von der

I zylindrischen Bindungsfläche einen gewissen Abstand auf-

I weist, die Hyperbeltangente annähernd parallel zur Mantel-

'■-{■ linie der kegeligen Bindungsflachen verläuft.

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3. Metall-Gummi-Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Zwischenschicht eine weitere Zusatzfläche enthält, die sich auf der Seite des größeren Durchmessers der äußeren Bindungsfläche an das Parallelogramm anschließt und die begrenzt wird von einer senkrecht zur Elementen-Achse verlaufenden Geraden und von einem Kreisbogen, der von der die Planke der Zwischenschicht erzeugenden Parallelogrammseite und von einer im Abstand von der Mantellinie der äußeren Bindungsfläche und parallel dazu verlaufenden Geraden tangiert wird.

4· Metall-Gummi-Element nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel der inneren und äußeren Bindungflflachen und der spitze Winkel des das Grundprofil der Zwischenschicht bildenden Parallelogrammes so bemes-

sind,
sen, daß nach einer axialen Verschiebung des Außenringes gegenüber dem Innenring, während der der spitze Winkel des Parallelogrammes in einen rechten Winkel übergeht, die Höhe des Parallelogrammes bzw. der Abstand der kegeligen Bindungeflächen des Innen- und Außenringes um etwa 3 1> kleiner ist als vor der axialen Verschiebung.

5· Metall-Gummi-Element nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im axial vorgespannten Zustand des Elementes, in dem das die Grundform der Zwischenschicht bildend« Parallelogramm in ein Rechteck übergegangen ist, die auf der Seit· mit dem größeren Durchmesser der Bindungsfläohtn liegenden Stirnflächen der metallischen Innen- und Außenringe in einer Ebene liegen.

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6. Anwendung des Metall-Gummi-Elementes nach den Ansprüchen 1 bis 5"f dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von Elementen, spiegelbildlich zu einer gemeinsamen Symmetrielinie angeordnet, wobei die Hyperbelflanken der Symmetrielinie abgewandt sind, in eine schaltbare Doppelkegelreibungskupplung oder in eine nicht schaltbare Wellenkupplung; eingebaut sind.

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