DE202013101844U1 - Backlash-free hybrid elastomer coupling - Google Patents
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Abstract
Spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung, aufweisend mindestens zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordnete Kupplungsnaben (1, 2) mit jeweils einer endseitig angeordneten Aufstandsfläche (10) und von dieser in axialer Richtung abstehenden Mitnahmeklauen (5, 6), wobei beide Naben zumindest teilweise mit einer thermo- oder duroplastischen Beschichtung (3) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Naben über ein Elastomer (4) stoff- und formschlüssig miteinander verbunden sind.Backlash-free hybrid elastomer coupling, comprising at least two arranged on a common axis coupling hubs (1, 2) each having a contact surface arranged end side (10) and projecting from this in the axial direction driving claws (5, 6), both hubs at least partially with a thermo - or thermosetting coating (3) are provided, characterized in that the hubs via an elastomer (4) are material and positively connected to each other.
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung sowie eine spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung, erhältlich durch ein kombiniertes Druckguss- und Spritzgießverfahren.The invention relates to a play-free hybrid elastomer coupling and a backlash-free hybrid elastomer coupling, obtainable by a combined die-casting and injection molding.
Aus dem Stand der Technik sind seit langer Zeit Wellenkupplungen bekannt, mit denen zwei rotierenden Wellen miteinander verbunden werden. Derartige Kupplungen, mit denen Drehmomente und Drehbewegungen übertragen werden, sind dabei je nach Anwendungsgebiet drehsteif oder drehelastisch und im Betrieb lösbar oder nicht lösbar ausgebildet.From the state of the art shaft couplings are known for a long time, with which two rotating shafts are interconnected. Such couplings, with which torques and rotational movements are transmitted, are designed to be torsionally rigid or torsionally elastic, depending on the field of application, and detachable or non-detachable during operation.
Eine Untergruppe dieser Wellenkupplungen wird durch die Klauenkupplungen gebildet. Bei diesen greifen zwei jeweils mit einer Welle verbundene Kupplungsnaben mit in axialer Richtung abstehenden Mitnahmeklauen so ineinander, dass durch den Formschluss der Klauen Rotationsbewegungen übertragen werden können. Klauenkupplungen können schaltbar oder nicht schaltbar ausgebildet sein, wobei die Schaltung i.d.R. durch axiales Auseinanderfahren der beteiligten Wellen realisiert wird.A subset of these shaft couplings is formed by the dog clutches. In these grip two each connected to a shaft coupling hubs with projecting in the axial direction Mitnahmeklauen so one another, that rotational movements can be transmitted by the positive connection of the claws. Jaw clutches may be switchable or non-switchable, with the circuitry i.d.R. is realized by axial separation of the involved waves.
Es sind dabei bereits Klauenkupplungen bekannt, die zumindest teilweise aus Kunststoffen gebildet sind. So offenbart die
Aufgrund des filigranen Aufbaus sind derartige Kupplungskörper weiterhin kostenintensiv in der Fertigung, die bevorzugt im Spritzgießverfahren erfolgt. So offenbart die
Eine Kupplung in Verbundbauweise wird in der
Elastomerkupplungen bilden eine Untergruppe derartiger Klauenkupplung, bei denen der Formschluss nicht zwischen den Zähnen der beteiligten Kupplungsnaben direkt erfolgt. Vielmehr ist zwischen den Kupplungsnaben ein Verbindungselement in Form eines Elastomerringes eingelegt. Dieser Elastomerring weist Zähne auf, die sich zwischen die Klauen der Kupplungsnaben einfügen. Somit folgen auf die Klaue einer ersten Kupplungsnabe zunächst immer ein Zahn des Elastomerringes und erst anschließend eine Klaue einer zweiten Kupplungsnabe. Durch die dämpfenden Eigenschaften des elastomeren Materials können so vorteilhaft Schwingungen vibrierender Antriebskomponenten ausgeglichen werden. Aufgrund der Elastizität des Elastomers ist eine solche Kupplung weiterhin in der Lage einen geringen Versatz fluchtender oder leicht winklig zueinander stehender Wellen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung auszugleichen.Elastomeric couplings form a subset of such dog clutch, in which the positive engagement does not occur directly between the teeth of the clutch hubs involved. Rather, a connecting element in the form of an elastomeric ring is inserted between the coupling hubs. This elastomeric ring has teeth that fit between the claws of the clutch hubs. Thus follow on the claw of a first clutch initially always a tooth of the elastomeric ring and only then a claw of a second clutch hub. Due to the damping properties of the elastomeric material so advantageous vibrations of vibrating drive components can be compensated. Due to the elasticity of the elastomer such a coupling is still able to compensate for a small offset aligned or slightly angled standing waves in both the axial and in the radial direction.
Am Markt sind sowohl bedingt spielfreie als auch spielbehaftete Elastomerkupplungen verfügbar, wobei in der Antriebstechnik vorrangig bedingt spielfreie Elastomerkupplungen eingesetzt werden. Die Spielfreiheit wird dabei bislang durch ein Übermaß des Elastomerkörpers zu den Kupplungsnaben erzeugt. Folglich herrscht bei diesen Kupplungen Kraftschluss zwischen dem Elastomerkörper und den Kupplungsnaben. Ein Verfahren zur Bildung einer solchen bedingt spielfreien, elastischen Klauenkupplung ist in der
Nachteilig besteht jedoch auch nach dem Einpressen des Zwischenrings ein Spiel zwischen dem Elastomer und den metallisch ausgeführten Nabenkörpern. Dies führt, gemeinsam mit den Materialeigenschaften des Zwischenrings, zu einer geringeren Belastbarkeit des elastomeren Materials im Vergleich zu den meist metallisch ausgeführten Nabenkörpern. However, there is also a disadvantage after the press-fitting of the intermediate ring a clearance between the elastomer and the metallic hub bodies. This leads, together with the material properties of the intermediate ring, to a lower load capacity of the elastomeric material in comparison to the most metallic executed hub bodies.
Die
Ein weiteres Problem bekannter Elastomerkupplungen liegt in dem weit höheren Verschleiß des elastomeren Verbindungselements im Vergleich zu den metallischen Nabenkörpern. Daraus ergibt sich eine geringe Langzeitstabilität und Autonomie der gesamten Nabe, da regelmäßig die Elastomereinleger gewechselt werden müssen.Another problem with known elastomeric couplings is the far greater wear of the elastomeric connector compared to the metallic hub bodies. This results in a low long-term stability and autonomy of the entire hub, since regularly the elastomer inserts must be changed.
Um das Zwischenelement belastbarer und die Kosten für Verschleißelemente geringer zu gestalten, schlägt die
Auch im Bereich der Elastomerkupplungen existieren bereits Verbundlösungen. So beschreibt die
Ein Spritzgießverfahren zur Herstellung solch Kunststoff-beschichteter Verbundbauteile wird in der
Zusammengefasst werden die Vorteile der bislang verfügbaren Elastomerkupplungen, bspw. die bedingt spielfreie und drehelastische Drehmomentübertragung, die Stoßdämpfung und der Versatzausgleich, durch eine Reihe von Nachteilen ausgeglichen. Dabei stellen vor allem das für die Passgenauigkeit erforderliche Übermaß und der hohe Verschleiß des Elastomerkörpers Probleme dar. Aufgrund der schwierigen Montage und der begrenzten Lebensdauer der Elastomerelemente ist eine wirtschaftliche Nutzung bekannter Elastomerkupplungen bislang nur begrenzt möglich.In summary, the advantages of the previously available elastomer clutches, for example the conditionally backlash-free and torsionally flexible torque transmission, the shock absorption and the offset compensation, are compensated for by a number of disadvantages. In particular, the oversize and the high wear of the elastomer body required for the accuracy of fit represent problems. Due to the difficult assembly and the limited service life of the elastomer elements, economic utilization of known elastomer couplings has hitherto only been possible to a limited extent.
Das Ziel der Erfindung ist es daher die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Hybrid-Elastomerkupplung mit den verstärkten Vorteilen spielfreier Elastomerkupplungen, insbesondere mit Drehfreiheit, Drehelastizität, Dämpfung und Versatzausgleich, vorzustellen, die gleichzeitig einen verringerten Verschleiß der Elastomerelemente und eine hohe Montagefreundlichkeit aufweist. Neben der erhöhten Wirtschaftlichkeit aufgrund der Langlebigkeit der Kupplung soll diese zudem einfach und kostengünstig in der Herstellung sein.The aim of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to present a hybrid elastomer coupling with the increased benefits of backlash elastomeric couplings, in particular with freedom from rotation, torsional elasticity, damping and offset compensation, which at the same time a reduced wear of the elastomeric elements and high ease of assembly having. In addition to the increased efficiency due to the longevity of the clutch, this should also be easy and inexpensive to manufacture.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung gemäß dem Hauptanspruch sowie durch eine spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung gemäß Anspruch 8 erhältlich durch ein kombiniertes Druckguss- und Spritzgießverfahren.This object is achieved by a backlash-free hybrid elastomer coupling according to the main claim and by a backlash-free hybrid elastomer coupling according to claim 8 obtainable by a combined die-casting and injection molding.
Im Sinne dieser Schrift ist eine Elastomerkupplung eine Klauenkupplung, bei der ein Formschluss nicht zwischen den Klauen der Kupplungsnaben selbst zustande kommt sondern über ein Elastomer vermittelt wird.For the purposes of this document, an elastomer coupling is a dog clutch, in which a positive connection does not occur between the claws of the clutch hubs themselves but is conveyed via an elastomer.
Eine Klauenkupplung im Sinne dieser Schrift weist zwei längserstreckte Kupplungsnaben auf, die bevorzugt symmetrisch zur Längsachse verteilte Massen und besonders bevorzugt rotationssymmetrisch verteilte Massen aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Kupplungsnaben zumindest teilweise rotationssymmetrisch aufgebaut.A dog clutch in the sense of this document has two longitudinally extended coupling hubs which preferably have masses distributed symmetrically with respect to the longitudinal axis and particularly preferably rotationally symmetrically distributed masses. Particularly preferably, the clutch hubs are constructed at least partially rotationally symmetrical.
Die Kupplungsnaben weisen jeweils einen ersten Teil mit einer endseitigen zentrischen Wellenaufnahme auf. Der erste Teil der Kupplungsnabe kann dabei vollständig hohlzylinderförmig ausgebildet sein oder eine zentrische Bohrung mit einer Tiefe kleiner als die Längsausdehnung des ersten Teils aufweisen. Ist der erste Teil der Kupplung nicht rotationssymmetrisch aufgebaut, wird der Umfang des ersten Teils durch dessen größte radiale Ausdehnung bestimmt.The coupling hubs each have a first part with an end-side centric shaft receptacle. The first part of the clutch hub can be completely hollow cylindrical be formed or have a central bore with a depth smaller than the longitudinal extent of the first part. If the first part of the coupling is not rotationally symmetrical, the circumference of the first part is determined by its greatest radial extent.
Die Kupplungsnaben weisen an dem der Wellenaufnahme gegenüberliegenden Ende einen zweiten Teil auf. Dieser Teil ist durch eine Aufstandsfläche und von dieser Aufstandsfläche in axialer Richtung abstehenden Mitnahmeklauen gebildet. Die Aufstandsfläche ist dabei bevorzugt als Kreisring oder Kreisscheibe ausgebildet, es sind jedoch auch andere Formen, insbesondere bzgl. des Umfangs der Aufstandsfläche, denkbar. Die radiale Ausdehnung der Aufstandsfläche kann der radialen Ausdehnung des ersten Teils entsprechen oder diese übersteigen. Ist die Aufstandsfläche als Kreisring ausgebildet sind die Mitnahmeklauen ausschließlich auf diesem Kreisring befestigt, können über diesen jedoch in radialer Richtung auskragen.The coupling hubs have at the opposite end of the shaft receiving a second part. This part is formed by a footprint and projecting from this footprint in the axial direction driving claws. The footprint is preferably formed as a circular ring or disc, but there are also other forms, in particular with respect. The circumference of the footprint, conceivable. The radial extent of the footprint may be equal to or greater than the radial extent of the first part. If the footprint is formed as a circular ring, the driving claws are fastened exclusively on this circular ring, but can protrude beyond it in the radial direction.
Die Mitnahmeklauen der einzelnen Kupplungsnaben füllen die jeweilige Aufstandsfläche nur teilweise aus. Dabei sind in umfänglicher Richtung der Aufstandsfläche Unterbrechungen vorgesehen, in denen keine Mitnahmeklauen angeordnet sind. Diese Unterbrechungen stehen somit für den Eingriff der Mitnahmeklauen der zweiten Kupplungsnabe offen. Durch die Mitnahmeklauen beider Naben kann so in Drehrichtung der Kupplung ein Formschluss erfolgen. Da es sich erfindungsgemäß um eine Elastomerkupplung handelt, ist zu beachten, dass sich die ineinander eingreifenden Mitnahmeklauen zweier zusammengefügter Kupplungsnaben nicht zu einem geschlossenen Kreisring ergänzen sondern der Formschluss der Klauen erst über ein zusätzliches Elastomerelement vermittelt wird.The driving claws of the individual clutch hubs fill the respective footprint only partially. In this case, interruptions are provided in the circumferential direction of the footprint, in which no driving claws are arranged. These interruptions are thus open to the engagement of the driving claws of the second clutch hub. Due to the driving claws of both hubs, a positive connection can thus be made in the direction of rotation of the clutch. Since it is an elastomeric coupling according to the invention, it should be noted that the intermeshing driving claws of two assembled coupling hubs do not complement one another to form a closed circular ring, but that the positive locking of the claws is only mediated via an additional elastomer element.
Die erfindungsgemäße spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung weist mindestens zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordnete Kupplungsnaben mit jeweils einer endseitig angeordneten Aufstandsfläche und von dieser Aufstandsfläche in axialer Richtung abstehenden Mitnahmeklauen auf, wobei beide Naben, insbesondere deren Aufstandsflächen und die Mitnahmeklauen, zumindest teilweise mit einer thermo- oder duroplastischen Beschichtung versehen sind. Erfindungsgemäß sind die beiden Kupplungsnaben weiter über ein Elastomer stoff- und formschlüssig miteinander verbunden. Die Verbindung über das Elastomer erfolgt dabei bevorzugt im Bereich der Aufstandsflächen und der Mitnahmeklauen.The backlash-free hybrid elastomer coupling according to the invention has at least two arranged on a common axis clutch hubs each having a contact surface arranged end side and projecting from this footprint in the axial direction Mitnahmeklauen, both hubs, in particular their contact surfaces and the driving claws, at least partially with a thermo or thermosetting coating are provided. According to the invention, the two coupling hubs are further connected to one another via an elastomer material and form-fitting manner. The connection via the elastomer is preferably carried out in the area of the footprints and the driving claws.
Vorteilhaft wird durch die Verbindung der Naben ein Elastomer ein Spiel in der Verbindung der beiden Naben vorteilhaft sowohl im Neu- als auch im Gebrauchszustand vollständig verhindert. Das Spiel der Kupplungsnaben ist im Drehmoment-Drehwinkel-Diagramm durch einen zur Abszisse parallelen Abschnitt beider Kurvenäste erkennbar. Die Spielfreiheit bleibt weiterhin vorteilhaft über die gesamte Lebensdauer der Kupplung bestehen, solange die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Nabenkörpern gegeben ist.Advantageously, by the connection of the hubs an elastomer game in the connection of the two hubs advantageously both in new and in use completely prevented. The play of the clutch hubs is recognizable in the torque / rotation angle diagram by a section parallel to the abscissa of both cam branches. The backlash remains beneficial over the life of the clutch continue as long as the cohesive connection between the hub bodies is given.
Ebenfalls vorteilhaft wird durch die stoff- und formschlüssige Verbindung der Naben, deren Radialversatz zueinander vorteilhaft auf unter 0,25 mm, bevorzugt unter 0,2 mm und besonders bevorzugt unter 0,15 mm reduziert. Der Axialversatz der Naben zueinander wird durch die erfindungsgemäße Verbindung vorteilhaft auf unter 2 mm, bevorzugt unter 1,5 mm und besonders bevorzugt unter 1mm reduziert. Der Winkelversatz der Naben zueinander wird durch die erfindungsgemäße Verbindung vorteilhaft auf unter 2°, bevorzugt unter 1,5° und besonders bevorzugt auf unter 1° reduziert. Also advantageous is the material and form-locking connection of the hubs, the radial offset to each other advantageously reduced to less than 0.25 mm, preferably less than 0.2 mm and more preferably less than 0.15 mm. The axial offset of the hubs from one another is advantageously reduced by the compound according to the invention to less than 2 mm, preferably less than 1.5 mm and particularly preferably less than 1 mm. The angular offset of the hubs from one another is advantageously reduced by the compound according to the invention to below 2 °, preferably below 1.5 ° and particularly preferably below 1 °.
Die Mitnahmeklauen der Kupplungsnaben greifen dabei bevorzugt ineinander ein ohne sich zu berühren, wobei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Mitnahmeklauen wechselweise zu einer der beiden Kupplungsnaben gehörig sind. Bevorzugt weisen die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Mitnahmeklauen Abstände zwischen einander auf, die mit dem Elastomer gefüllt sind. Bevorzugt sind die Abstände zwischen den in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Mitnahmeklauen äquidistant.The driving claws of the clutch hubs preferably engage with each other without touching each other, with successive driving claws alternately belonging to one of the two clutch hubs in the circumferential direction. Preferably, the driving claws consecutive in the circumferential direction have spacings between one another which are filled with the elastomer. Preferably, the distances between the circumferentially consecutive driving claws are equidistant.
Bevorzugt ist das Elastomer zumindest teilweise mit der thermo- oder duroplastischen Beschichtung beider Kupplungsnaben stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung der Naben untereinander wird also über die jeweilige stoffschlüssige Verbindung der Nabenkörper zur thermo- oder duroplastischen Beschichtung sowie über die jeweilige stoffschlüssige Verbindung dieser Beschichtung zum Elastomer vermittelt. Vorteilhaft fungiert die Beschichtung dabei als Haftvermittler für das zwischen den Naben befindliche Elastomer und trägt somit zur Festigkeit der Verbindung zwischen den Naben bei. Somit sind mit der Nabe vorteilhaft auch hohe Drehmomente sicher übertragbar.Preferably, the elastomer is at least partially cohesively connected to the thermosetting or thermosetting coating of both coupling hubs. The cohesive connection of the hubs with each other is thus mediated via the respective cohesive connection of the hub body for thermosetting or thermosetting coating as well as the respective cohesive connection of this coating to the elastomer. Advantageously, the coating acts as a bonding agent for the elastomer located between the hubs and thus contributes to the strength of the connection between the hubs. Thus, with the hub and high torques are also advantageous transferable.
Bevorzugt wird das zwischen den Kupplungsnaben befindliche, durch den Umfang der Aufstandsfläche begrenzte und zwischen den in axialer Richtung überlappenden Mitnahmeklauen verbleibende Volumen vollständig von dem Elastomer ausgefüllt. Im Falle einer durchgehend hohlzylinderförmigen Nabe, wird dieses Volumen somit zum einen durch die planparallelen Stirnseiten der sich gegenüberstehenden Kupplungsnaben und zum anderen durch den äußeren Umfang der die Aufstandsflächen bildendenden Kreisringe begrenzt. Auf die innere Öffnung der Kreisringe kommt es hinsichtlich des vom Elastomer gefüllten Volumens dabei nicht an. Dieses hat vielmehr die Form des sich zwischen den Stirnseiten befindlichen Kreiszylinders, abzüglich des Volumens der sich zwischen den Stirnflächen befindlichen Mitnahmeklauen.Preferably, the volume between the clutch hubs, which is limited by the circumference of the contact surface and which remains between the driving claws overlapping in the axial direction, is completely filled by the elastomer. In the case of a continuous hollow cylindrical hub, this volume is thus limited on the one hand by the plane-parallel end faces of the clutch hubs facing each other and on the other by the outer periphery of the contact surfaces forming circular rings. The inner opening of the circular rings does not matter with regard to the volume filled by the elastomer. This rather has the shape of itself between the end faces located circular cylinder, minus the volume of the driving claws located between the faces.
Weiterhin bevorzugt weisen die Kupplungsnaben eine durch das Elastomer vermittelte stoffschlüssige Verbindung auch über die Aufstandsflächen und die Mitnahmeklauen hinaus auf. Dabei geht die Beschichtung mit dem thermo- oder duroplastischen Kunststoff ebenfalls über den Bereich der Aufstandsflächen und der Mitnahmeklauen hinaus. Somit werden vorteilhaft die Kontaktflächen zwischen den Nabenkörpern und der Beschichtung und ebenfalls bevorzugt die Kontaktflächen zwischen der Beschichtung und dem Elastomer vergrößert. Dadurch wird vorteilhaft eine abermals verbesserte Kraftübertragung zwischen den Nabenkörpern gewährleistet.Furthermore, preferably, the coupling hubs have a cohesive connection mediated by the elastomer even beyond the contact surfaces and the driving claws. The coating with the thermoplastic or thermosetting plastic also goes beyond the area of the contact areas and the driving claws. Thus, the contact surfaces between the hub bodies and the coating and also preferably the contact surfaces between the coating and the elastomer are advantageously increased. This advantageously ensures a further improved power transmission between the hub bodies.
Ebenfalls bevorzugt weisen die für die Verbindung zwischen Nabenkörpern und Beschichtung sowie zwischen Beschichtungen und Elastomer vorgesehenen Kontaktstellen eine für die Festigkeit der Verbindung vorteilhafte Gestaltung auf. So können bspw. zirkumferenziell angeordnete Hinterschneidungen an den Nabenkörpern vorgesehen sein, die später mit dem Elastomer gefüllt werden und so zur Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen Kupplung beitragen.Also preferably, the intended for the connection between hub bodies and coating and between coatings and elastomer contact points advantageous for the strength of the compound design. Thus, for example, circumference-arranged undercuts can be provided on the hub bodies, which are later filled with the elastomer and thus contribute to the tensile strength of the coupling according to the invention.
Die Nabenkörper der erfindungsgemäßen Kupplung sind aus Gründen der Gewichtsreduktion bevorzugt aus einem Nichteisenmetall bzw. aus einer Legierung eines Nichteisenmetalls gebildet. Besonders bevorzugt sind die Nabenkörper aus Aluminium oder Zink bzw. einer Zinklegierung gebildet. Die Wahl dieser Materialien trägt zum einen zu einer Gewichtreduktion gegenüber bekannten Elastomerkupplungen bei, die vorrangig aus Stahl gefertigt werden. Weiterhin sind Nichteisenmetalle, wie Zink, Aluminium oder Magnesium, bzw. Legierungen dieser Metalle besonders für das Druckgussverfahren geeignet und erlauben auf diesem Weg auch die Herstellung komplizierter Bauteilgeometrien.For the sake of weight reduction, the hub bodies of the coupling according to the invention are preferably formed from a non-ferrous metal or from an alloy of a non-ferrous metal. Particularly preferably, the hub bodies are formed from aluminum or zinc or a zinc alloy. The choice of these materials contributes to a weight reduction over known elastomer couplings, which are primarily made of steel. Furthermore, non-ferrous metals, such as zinc, aluminum or magnesium, or alloys of these metals are particularly suitable for die casting and allow in this way, the production of complex component geometries.
Für die thermo- oder duroplastische Beschichtung der Nabenkörper werden bevorzugt PET, PBT oder PA verwendet, es sind jedoch auch andere Kunststoffe einsetzbar. Von den Erfindern entwickelte und aus dem Stand der Technik bekannte mit Thermoplast beschichtete Hybridnaben für Klauenkupplungen sind in der
Bei dem Elastomer handelt es sich bevorzugt um ein thermoplastisches Elastomer, ausgewählt aus TPO, TPV, TPU, TPC, TPS und TPA. Dieses Elastomer hat in der erfindungsgemäßen Hybrid-Elastomerkupplung eine Doppelfunktion. Zum einen dient es der stoffschlüssigen Verbindung der Kupplungsnaben, wobei es insbesondere auf die Qualität der stoffschlüssigen Verbindung des Elastomers mit der beschichteten Oberfläche der Nabe ankommt. Durch eine beständige, abrissfeste Verbindung wird dabei vorteilhaft ein Spiel zwischen den Nabenkörpern und dem Elastomer vermieden und somit der Verschleiß des Elastomers im Vergleich zu bekannten Elastomerkupplungen drastisch reduziert.The elastomer is preferably a thermoplastic elastomer selected from TPO, TPV, TPU, TPC, TPS and TPA. This elastomer has a dual function in the hybrid elastomer coupling according to the invention. On the one hand, it serves for the cohesive connection of the coupling hubs, whereby in particular the quality of the cohesive connection of the elastomer with the coated surface of the hub arrives. By a resistant, tear-resistant connection while a clearance between the hub bodies and the elastomer is advantageously avoided and thus reduces the wear of the elastomer compared to known elastomer clutches drastically.
Das thermo- oder duroplastische Beschichtungsmaterial wirkt bei der erfindungsgemäßen Kupplung vorteilhaft in der Art eines Haftvermittlers. Durch die Beschichtung der Kupplungsnaben und deren anschließender stoffschlüssiger Verbindung mittels des Elastomers trägt somit vor allem die stoffschlüssige Verbindung des Thermo- oder Duroplasts mit dem Elastomer zu Festigkeit der Verbindung bei.The thermoplastic or thermosetting coating material acts in the coupling according to the invention advantageously in the manner of an adhesion promoter. By the coating of the clutch hubs and their subsequent cohesive connection by means of the elastomer thus contributes, in particular the cohesive connection of the thermoset or thermoset with the elastomer to strength of the compound.
Besonders bevorzugt wird PET als Beschichtungs- und TPC als Elastomermaterial für die stoffschlüssige Verbindung der Naben benutzt, da mit dieser Materialkombination vorteilhaft eine sehr feste formschlüssige Verbindung zwischen den Naben erreicht wird. Weiterhin besonders bevorzugt sind die Kombinationen von PBT und TPC, PET und TPE sowie PBT und TPE, die zu gleichermaßen festen formschlüssigen Verbindungen zwischen den Naben führen.Particularly preferably, PET is used as the coating material and TPC as the elastomeric material for the cohesive connection of the hubs, since with this combination of materials a very strong positive connection between the hubs is advantageously achieved. Further particularly preferred are the combinations of PBT and TPC, PET and TPE as well as PBT and TPE, which lead to equally strong form-fitting connections between the hubs.
Eine abgelöste Elastomerkomponente, wie sie in bekannten Elastomerkupplungen immer gegeben ist, unterliegt einem starken Verschleiß. Ein solches loses Teil erzeugt zudem hohe Druckkräfte in der Kupplung und belastet dadurch die Kupplungsnaben stark. Bei der spielfreien Hybrid-Elastomerkupplung werden derartige Belastungen durch die stoff- und formschlüssige Verbindung von Elastomer und Thermoplast vorteilhaft vermieden. So wird vorteilhaft die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kupplung erhöht und gleichzeitig eine langzeitbeständige Spielfreiheit garantiert. A detached elastomer component, as is always the case in known elastomer couplings, is subject to severe wear. Such a loose part also generates high pressure forces in the clutch and thereby heavily loaded the clutch hubs. In the backlash-free hybrid elastomer coupling such stresses are avoided by the material and positive connection of elastomer and thermoplastic advantageous. Thus, advantageously, the life of the coupling according to the invention is increased and at the same time guarantees a long-term stable backlash.
Die erfindungsgemäß spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung weist aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung durch das Elastomer, die aufgrund einer als Haftvermittler dienenden Kunststoffbeschichtung eine hohe Abrissfestigkeit aufweist, vorteilhaft eine hohe Drehsteifigkeit, ein geringes Gewicht, eine, zumindest annähernd, vollständige Spielfreiheit und eine stark erhöhte Lebensdauer auf.The inventive backlash-free hybrid elastomer coupling has due to the cohesive connection by the elastomer, which has a high peel strength due to serving as a bonding agent plastic coating, advantageously a high torsional stiffness, low weight, one, at least approximately, complete backlash and a much longer life.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die erfindungsgemäße spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung in einteiliger Form vor und ist aus zwei einteiligen Kupplungsnaben aufgebaut, die über ein Elastomer miteinander verbunden sind. Diese einteilige spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung weist weiterhin bevorzugt Mittel zur drehfesten Fixierung der Antriebs- und Abtriebswelle auf. Dazu weisen beide Kupplungsnaben an oder in der zentrischen Wellenaufnahme angeordnete Mittel zur formschlüssigen drehfesten Fixierung, wie bspw. Passfedernuten, auf. Weiterhin bevorzugt weisen die Naben auch Mittel zur formschlüssigen, axialen Fixierung der Wellen in der Wellenaufnahme auf. Die einteilige Ausführung der erfindungsgemäßen Nabe ermöglicht weiterhin eine Gewichtsreduktion im Vergleich zu konventionellen Elastomerkupplungen mit Stahlnaben.In a preferred embodiment, the backlash-free hybrid elastomer coupling according to the invention is in one-piece form and is composed of two built one-piece clutch hubs, which are connected to each other via an elastomer. This one-piece backlash-free hybrid elastomer coupling furthermore preferably has means for the rotationally fixed fixing of the drive and output shafts. For this purpose, both coupling hubs on or in the central shaft receiving means arranged for the positive rotationally fixed fixation, such as. Keyway grooves, on. Furthermore, the hubs preferably also have means for the positive, axial fixation of the shafts in the shaft receptacle. The one-piece design of the hub according to the invention further allows a weight reduction compared to conventional elastomer couplings with steel hubs.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform liegt die erfindungsgemäße Kupplung als Ausbaukupplung vor und ist mehrteilig ausgeführt, wobei die zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen Kupplungsnaben jeweils mehrteilig ausgeführt sind. Die Naben weisen dabei Mittel zur kraftschlüssigen Fixierung der Antriebs- bzw. Abtriebswelle in der zentrischen Wellenaufnahme auf. Diese Mittel sind besonders bevorzugt als Klemmschalen ausgebildet, die sowohl eine drehfeste als auch eine axiale Fixierung der Welle ermöglichen. Auch die mehrteilige Ausführung der erfindungsgemäßen Nabe mit zusätzlichen Klemm-Halbschalen ermöglicht eine Gewichtsreduktion im Vergleich zu konventionellen Stahlnaben. Da für Ausbaukupplungen, aufgrund der starken Beanspruchungen an der Wellenaufnahme, bislang Stahl der bevorzugte Werkstoff ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Nabe besonders in dieser Ausführungsform eine erhebliche Gewichtsreduktion.In a likewise preferred embodiment, the coupling according to the invention is in the form of a dismounting coupling and has a multi-part design, the two cohesively interconnected coupling hubs each having a multi-part design. The hubs have means for non-positive fixing of the drive or output shaft in the central shaft mount. These means are particularly preferably designed as clamping shells, which allow both a rotationally fixed and an axial fixation of the shaft. The multi-part design of the hub according to the invention with additional clamping half-shells allows a weight reduction compared to conventional steel hubs. Since for steel couplings, due to the strong stresses on the shaft receiving, so far the preferred material is steel, the hub according to the invention enables a significant weight reduction, especially in this embodiment.
Weiterhin Gegenstand der Erfindung ist eine spielfreie Hybrid-Elastomerkupplung, erhältlich durch ein Verfahren, aufweisen die Schritte:
- – Druckguss zweier längserstreckter Nabenkörper, einseitig mit Aufstandsfläche und in axialer Richtung abstehenden Mitnahmeklauen, aus einem Nichtmetall oder einer Nichtmetalllegierung in einem Druckgusswerkzeug,
- – Entnahme der Nabenkörper, jeweils Einlage in ein erstes Spritzgießwerkzeug und Anspritzen einer thermo- oder duroplastischen Beschichtung,
- – Entnahme der beschichteten Nabenkörper und gemeinsame Einlage in ein zweites Spritzgießwerkzeug, wobei die Mitnahmeklauen beider Naben berührungslos ineinander eingreifen und in axialer Richtung überlappen und
- – Einspritzen eines Elastomers in die zwischen den Nabenkörpern befindliche Kavität.
- Die-casting of two elongated hub bodies, one-sided with contact patch and axially projecting driving claws, of a non-metal or a non-metal alloy in a die-casting tool,
- Removal of the hub body, in each case insertion into a first injection mold and injection molding of a thermosetting or thermosetting coating,
- - Removal of the coated hub body and common insert in a second injection mold, wherein the driving claws of both hubs contact each other without contact and overlap in the axial direction and
- - Injecting an elastomer into the cavity located between the hub bodies.
Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen spielfreien Hybrid-Elastomerkupplung notwendige Verfahren entspricht bis einschließlich der Beschichtung der einzelnen Nabenkörper mit einer thermo- oder duroplastischen Beschichtung weitgehend dem in der
Die Einlage in das zweite geschlossene Spritzgießwerkzeug erfolgt dabei derart, dass die Mitnahmeklauen der Kupplungsnaben so ineinandergreifen, dass in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Klauen wechselweise zu einer der beiden Naben gehören, sich nicht berühren, bevorzugt äquidistante Abstände aufweisen und in axialer Richtung überlappen. Sind die Nabenkörper derart in dem zweiten Spritzgießwerkzeug fixiert, wird dieses geschlossen und ein Elastomer in die zwischen den Nabenkörpern befindliche Kavität eingespritzt.The insert into the second closed injection mold takes place in such a way that the driving claws of the coupling hubs mesh so that successive claws in the circumferential direction belong alternately to one of the two hubs, do not touch, preferably have equidistant distances and overlap in the axial direction. If the hub bodies are fixed in the second injection mold in such a way, this is closed and an elastomer is injected into the cavity located between the hub bodies.
In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht diese Kavität dem zwischen den Kupplungsnaben befindlichem, durch den Umfang der Aufstandsflächen begrenztem und zwischen den in axialer Richtung überlappenden Mitnahmeklauen verbleibendem Volumen. Am einfachsten ist das Einspritzen des Elastomers zu realisieren, wenn die Aufstandsflächen geschlossen, bspw. als geschlossene Kreisscheiben, ausgestaltet sind. Dann muss das in axialer Richtung zwischen den Kreisscheiben befindliche Volumen lediglich dem Umfang der Aufstandsflächen entsprechend, entlang seiner axialen Ausdehnung durch das zweite Spritzgießwerkzeug begrenzt werden. Sind die Aufstandsflächen nicht geschlossen, also bspw. als offener Kreisring, ausgebildet, ist zur Erzeugung geschlossener Aufstandsflächen eine kompliziertere Gestaltung des zweiten Spritzgießwerkzeugs oder das Einlegen zusätzlicher Abdeckplatten in das Spritzgießwerkzeug notwendig.In a preferred embodiment, this cavity corresponds to the volume remaining between the clutch hubs and being limited by the circumference of the contact surfaces and remaining between the driving claws overlapping in the axial direction. The easiest way to realize the injection of the elastomer, if the contact surfaces closed, for example. As closed circular discs, are configured. Then, the volume located in the axial direction between the circular disks must be limited only along the circumference of the contact surfaces, along its axial extent through the second injection mold. If the contact surfaces are not closed, that is to say, for example, as an open circular ring, a more complicated design of the second injection mold or the insertion of additional cover plates into the injection mold is necessary to produce closed contact surfaces.
Bevorzugt wird die im Druckgussschritt und im ersten Spritzgießschritt entstehende Wärme im darauf folgenden Prozessschritt genutzt. In beiden Spritzgießschritten müssen sowohl die in die geschlossenen Spritzgießwerkzeuge eingelegten Bauteile als auch die Werkzeuge selbst eine gewisse Temperatur aufweisen, um die Fließfähigkeit der Kunststoffe zu gewährleisten. Somit werden durch die Ausnutzung der Restwärme im zweiten Spritzgießschritt die energetischen Gesamtkosten des Prozesses gesenkt und Ausfrierungen verhindert.Preferably, the heat produced in the pressure casting step and in the first injection molding step is used in the subsequent process step. In both injection molding steps, both the components inserted in the closed injection molding tools and the tools themselves must have a certain temperature in order to ensure the flowability of the plastics. Thus, by utilizing the residual heat in the second injection molding step, the overall energy cost of the process is reduced and freezing is prevented.
Weiterhin bevorzugt wird die Temperierung der Spritzgießwerkzeuge vorteilhaft durch die Ausnutzung der Restwärme des jeweils vorangegangenen Prozessschritts gewährleistet und/oder aktiv eingeregelt. Somit ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Hybridkupplung vorteilhaft auch in einem vollautomatisierten Betrieb und/oder in einer geschlossenen Fertigungszelle problemlos und wirtschaftlich möglich.Further preferably, the temperature of the injection molds is advantageously ensured by the utilization of the residual heat of the respective preceding process step and / or actively regulated. Thus, the production of the hybrid coupling according to the invention is also advantageous in a fully automated operation and / or in a closed manufacturing cell easily and economically possible.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren und einem Ausführungsbeispiel erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein. Dabei zeigen:Hereinafter, the invention will be explained with reference to figures and an embodiment, without being limited thereto. Showing:
In
Die in
Die in
In
Der Auftrag von Drehmoment und Drehwinkel in Form von Hysteresekurven ermöglicht die Ermittlung des Spiels der Kupplungen. Deren Spiel ist dabei durch die Abweichung der beiden Pfade der Hysteresekurven beim Nulldurchgang charakterisiert, wobei Spiel vorliegt, wenn die Kurven im Bereich der Richtungsumkehr parallel zur Verdrehwinkelachse verlaufen. Gleichzeitig ist die Härte der Kupplungen aus dem Anstieg der Kurven ablesbar, wobei flache Kurven weiche Kupplungen und steile Kurven harte Kupplungen charakterisieren.The order of torque and angle of rotation in the form of hysteresis curves allows the determination of the play of the clutches. Their game is characterized by the deviation of the two paths of the hysteresis curves at zero crossing, where there is play when the curves in the direction reversal parallel to the Verdrehwinkelachse. At the same time, the hardness of the clutches can be read from the rise of the curves, with flat curves characterizing soft clutches and steep curves hard clutches.
Wie aus
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kupplungsnabeclutch
- 22
- Kupplungsnabeclutch
- 33
- ThermoplastbeschichtungThermoplastic coating
- 44
- Elastomerelastomer
- 55
- Mitnahmeklauedriving claw
- 66
- Mitnahmeklauedriving claw
- 77
- zentrische Wellenaufnahmecentric shaft recording
- 88th
- Klemmschelleclamp
- 99
- Klemmschelleclamp
- 1010
- Aufstandsflächefootprint
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2009/083196 A1 [0014, 0041, 0041] WO 2009/083196 A1 [0014, 0041, 0041]
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