DE2201425A1

DE2201425A1 - Elastische stoss- und schwingungsdaempfende hochleistungskupplung

Info

Publication number: DE2201425A1
Application number: DE19722201425
Authority: DE
Inventors: Erich Rosenthal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-13
Filing date: 1972-01-13
Publication date: 1973-07-19

Description

Elastische stoß- und schwingungsdämpfende Hochleistungskupplung.
Es ist bekannt, stoß- und schwingungsdämpfende Wirkungen bei Kupplungen dadurch hervorzurufen, daß zwischen zwei entsprechend ausgebildeten Stahlteilen Dämpfungselemente aus elaetischen Werkstofren angeordnet werden. So sind bei elastischen Kupplungen als Dämpfungselemente zylindrische Rundstäbe mit gleichbleibendem Durchmesser aus Kunststoffen wie Polyamid zwischen die Klauen von zwei Stahlnaben eingesetzt worden. Die Anzahl der Rundstäbe aus Kunststoffen oder anderen Werkstoffen gleicher Eigenschaften beträgt dabei vier.
Es hat sich erwiesen, daß derartig ausgebildete Dämpfungselemente nur geringe Drehmomente übertragen und eine nur geringe Lebensdauer haben. Der Grund dafür ist in örtlichen Überlas tungen der Dämpfungselemente zu sehen, die durch die geometrische Form als zylindrische Rundstäbe bedingt sind.
Der nachstehend beschriebenen elastischen Hochleistungskupplung liegen folgende Erfindungsideen zugrunde: Die Wirkungsweise einer elastischen Kupplung besteht darin, daß auf einem Wellenende eine Nabe aus festen Werkstoffen aufgebracht wird, die entsprechende Aussparungen zur Aufnahme der elastischen Dämpfungselemente hat. Auf einem Anfangsstück einer anderen Welle wird eine entsprechend ausgebildete Gegennabe aufgebracht. Beide Wellen sind nur durch die zwischen die Aussparungen der beiden Waben eingelegten Dämpfungselemente verbunden.
Zwischen den Aussparungen in beiden Naben und den Dämpfungselementen muß ein genügend großes Spiel in radialer und achsialer Richtung bestehen, um Fertigungs- und Montageungenauigkeiten auszugleichen und Verachsungen der Wellen sowie mehr oder weniger große Beugungswinkel zwischen den Wellen auszugleichen. Je nach Verwendungszweck und Belastung müssen die Spiele verschieden groß gewählt werden.
Eine der Naben ist die treibende, die andere die getriebene.
Beim Anlaufen überbrückt die treibende Nabe zuerst das radiale Spiel zwischen den Übertragungsflächen der beiden Naben. Die drehende Bewegung bringt es mit sich, daß die Umfangsgeschwindigkeit eines Plächenteiles der Nabe proportional mit der Entfernung vom Nabenmittelpunkt zunimmt. Beträgt die Entfernung in radialer Richtung vom Nabenmittelpunkt bis zum Anfang der Übertragungsfläche 100 mm und bis zum Ende der Übertragungsfläche 200 mni, so ist die Umfangsgeschwindigkeit am Ende der Übertragungefläche doppelt so groß wie am Anfang. Die Übertragungeflächen beider Naben müssen aus Fertigungsgründen parallellaufend gefertigt werden, das heißt mit gleicher Teilung am Umfang, wobei das zylindrische Dämpfungselement dazwischen liegt.
Beträgt das Spiel zwischen den beiden Nabenflächen 2 mm am Anfang der Übertragungsfläche und 2 mm am Ende, so legt am Beginn des Anlaufen ein Punkt am Anfang der Übertragungsfläche mit 100 mm Mittelpunktsabstand einen Weg von 2 mm zurück. Ein Punkt am Ende der Übertragungsfläche mit 200 mm Mittelpunktsabstand hat dagegen einen Weg von 4 mm zurückgelegt. Das bedeutet, daß bei Erreichen der vollen Auflage beider Flächen das obere Ende des zylindrischen Dämpfungselementes bereits um 2 mm gegenüber dem unteren Ende verklemmt ist. Das ist der Grund für die Zerstörung und kurze Lebensdauer der Dämpfungselemente.
Es kommt hinzu, daß die zylindrische Form des Dämpfungselementee eine örtliche Uberlastung begünstigt, aa bei der Berührung einer ebenen mit einer kreisförmigen Fläche zuerst eine Strichberührung stattfindet. Mit zunehmender Belastung verbreitert sich die Strichberührung zu einer Flächenberührung, jedoch zunächst mit schmaler Breitenbasis. Je breiter die Basis wird, umso größer wird andererseits die Verformung in Basismitte. Die zulässige Plächenpressung für Kunststoffe derartiger Dämpfung elemente liegt bei 300 - 450 kp/cm2 gerechnet nach den Hertz'-schen Formeln unter der Voraussetzung der Gültigkeit des Hookeschen Gesetzes für die verwendeten Werkstoffe. Es bedarf nur des Hinweises, daß infolge zu großer örtlicher Verformungen des runden Dämpfungselementes der Kunststoff bereits bei kleinen Ümfangskräften und damit kleinen Drehmomenten zerstört wird.
Die Ausbildung der Dämpfungselemente gemäß der Erfindung erfolgt so, daß rechteckige Querschnitte gewählt werden, die gegenüber kreisförmigen Querschnitten große Auflageflächen haben und weniger Platz benötigen. Entsprechend dem jeweils erforderlichen Spiel zwischen den Kupplungsnaben und dem Dämpfungselement ertolgt eine konische Verjüngung nach außen zu.
Um einen mehr oder weniger großen Beugungswinkel zwischen den Wellen zulassen zu können, werden die Dämpfungselemente auch in achsialer Richtung nach außen zu verjüngt.
Die Dämpfungselemente haben damit einen rechteckigen Querschnitt, der sich nach außen zu wie bei einer Pyramide sowohl in radialer als auch in achsialer Richtung konisch verjüngt, wobei der Grad der Verjüngung gleich oder verschieden groß ausgeführt wird. Durch die Vergrößerung der tragenden Flächen und die Vermeidung örtlicher Überlastungen und Verklemmungen infolge der konischen Verjüngungen werden die übertragbaren Drehmomente auf das Drei- bis Vierfache und mehr gesteigert.
Der Dämpfungsgrad für Stöße und Schwingungen wird durch unterschiedliche Dicken der Dämpfungselemente den jeweilgen Erfordernissen angepaßt.
Die vorstehend beschriebene Ausführung der Dämpfungselemente ergibt entscheidende wirtschaftliche Vorteile der Hochleistungskupplung hinsichtlich Preis, Platzbedarf und Lebensdauer.
Abbildung 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch die Kupplung. Zwischen der treibenden Jabe 1 und der getriebenen Nabe 2 sind seche Dämpfungselemente 3 mit nach außen zu sich konisch verjüngenden Tragflächen angeordnet.
Der Außenring 4 schützt die Tragflächen gegen Verschmutzung.
Abbildung 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch die Kupplung. Auf der treibenden Welle 1 ist die Nabe 2 befestigt. Auf der gegen die Horizontale mit dem Beugungswinkel Q1 geneigten Welle 3 ist die Nabe 4 befestigt.
Die nicht tragenden Seitenflächen der Dämpfungselemente 5 verjüngen sich nach außen zu, um durch die im Beugungswinkel geneigte Nabe 4 nicht verklemmt zu werden. Der Außenring 6 ist in der Bohrung so groß gehalten, daß auch bei dem größten zulässigen Beugungswinkel die Habe 4 frei läuft. Durch das Einsatzstück 7 wird der Abstand der Wellen 1-und 3 festgelegt. Zum Ausbau der Kupplung wird die Nabe 4 nach Lösen der Schrauben 8 nach rechts verschoben, der Außenring 6 nach Lösen der Schrauben 9 wahlweise nach rechts oder links. Danach können entweder die Dämpfungselemente 5 oder die Wellen 1 und 3 mit den Haben 2 und 4 ausgebaut werden.
Abbildung 3 zeigt in schematischer Darstellung die Lage der Tragflächen der treibenden Nabe 1 und der getriebenen Nabe 2.
Abbildung 3A stellt den Zustand der Ruhe vor dem Anlaufen in Rechtsdrehung dar. Die Tragflächen der Naben 1 und 2 stehen parallel zueinander. Zwischen den Tragflächen ist das elastische Dämpfungselement 3 mit beidseitigem Spiel angeordnet.
Beide Tragflächen des Dämpfungselementes verjüngen sich nach außen zu konisch. Der Drehpunkt der Naben liegt in D.
Abbildung 33 zeigt die Lage der Tragflächen nach dem Anlaufen im Betriebszustand. Beim Anlaufen areht die Tragfläche der treibenden Nabe 1 um den Punkt D nach rechts, während die Tragfläche der getriebenen Nabe zunächst in Ruhe verbleibt.
Zuerst überbrückt die Tragfläche der treibenden Nabe 1 das linke Spiel und kommt zur Auflage mit der linken Tragfläche des Dämpfungselementes 3. Bei der weiteren Drehung schiebt die treibende Nabe 1 das Dämpfungselement vor sich her und überbrückt das rechte Spiel zwischen dem Dämprungselement 3 und der getriebenen Nabe 2, so daß alle Tragflächen der Naben 1 und 2 sowie des Dämpfungselementes 3 aufeinander zur Auflage kommen. Diesen Zustand zeigt die Abbildung 3B. Erst bei der weiteren Drenung der treibenden Nabe 1 erfolgt die Übertragung des Drehmomentes, nachdem alle Tragflächen gleichmäßig zur Auflage gekommen sind und daher gleichmäßig belastet werden.
In den schematischen Darstellungen sind zur besseren Sichtbarmachung die Spiele und damit die konischen Verjüngungen unmaßstäblich aufgezeichnet. Das in Abbildung 3A vorgesehene gleichgroße Spiel an beiden Seiten des Dämpfungselementes kann betrieblich bedingt nur an einer Seite liegen, wodurch der Bewegungsablauf nicht verändert wird, bis zur Auflage aller Tragflächen betrachtet.
Die sich bei der Übertragung der Drehmomente ergebenden Formänderungen der Dämpfungselemente inrolge der Druckbelastung werden bei der Konizität berücksichtigt, wobei diese meistens nur bei Kupplungen großer Abmessungen und bei der Übertragung großer Drehmomente Korreckturen erforderlich machen.
Der Grad der Konizität wird nach dem jeweils erforderlichen Spiel zwischen den Tragflächen festgelegt.
Die erforderliche Konizität kann an einer Tragfläche der Dämpfungselemente vorgesehen werden oder, wie in den Abbildungen dargestellt, an beiden Tragflächen.
In Sonderrällen kann die Konizität in die Tragflächen der Stahlnaben gelegt werden, wobei die Dämpfungselemente in gleichbleibender oder sich nach außen vergrößernder. Dicke ausgeführt werden.
Bei der Ubertragung großer Drehmomente, beim Vorhandensein großer Beugungewinkel und in Warmbetrieben ist es erforderlich, wegen der auftretenden inneren und äußeren Reibungen und der hohen Betriebstemperaturen die Dämpfungselemente zu schmieren und zu kühlen. Die Zuführung der Schmier- und Kühlmedien wie Wasser, Emulsichen, Öle oder Fette erfolgt durch den Außenring, der auf einer Nabe - im allgemeinen der treibenden -fest aufgezogen und an der anderen mit einem Dichtring gegen den Medienaustritt versehen wird, in die freien Räume zwischen den Jaben und Dämpfungselementen. Zu diesem Zweck wird auf der Welle eine Pumpe oder ein Verteilerring eingebaut bestehend aus einem eich mitdrehenden Innenring und einem stehenden Au-Benring. In den stehenden Außenring werden die Medien entweder von einer Werksleitung oder einer besonderen Zuführpumpe eingeiührt, in den sich drehenden Innenring weitergeleitet und von dort durch Rohrleitungen den Außenringen der Kupplungen zugeführt.
In manchen Fällen genügt es, die freien Räume innerhalb der Kupplungen mit Medien zu fiillen, wobei die freien Räume über das für die Funktion der Kupplung erforderliche Maß hinaus vergrößert werden können.
Die Füllungen müssen nach bestimmten Zeiträumen, die nach den Belastungen, Betriebsbedingungen und örtlichen Verhältnissen festzulegen sind, erneuert werden.
Bei Verwenaung von Dämpfungselementen in Kugelform werden wegen der punktförmigen Aurlage zwischen einer ebenen Fläche und einer Kugel, die unter Belastung eine Kreisform annimmt, nur sehr geringe Umfangskräfte und damit nur sehr geringe Drehmomente übertragen. Die Fertigung derartiger Kupplungen ist wegen des großen Fertigungsaufwandes im Verhältnis zur Leistung und des erforderlichen großen Platzbedarfs unwirtschaftlich.
Die Kugelform vermeidet Verformungen infolge des Kupplungsspieles, begünstigt aber im höchsten Ausmaß örtliche Überlastungen.
Die Anzahl der Dämpfungselemente beträgt je nach Größe der Kupplung zwei, sechs oder mehr.
Die Kanten des rechteckigen Querschnittes der Dämpfungselemente werden gerundet oder können schwach ballig ausgeführt werden.

Claims

Ans t

1.) Elastische stoß - und schwingungsdämpfende Hochleistungskupplung zur Ubertragung von Drehmomenten mit Einsatzstücken aus elastischen Werkstoffen als Dämpfungselemente dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Drehmomente die Dämpfungselemente mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt sind, damit die Umfangskräfte von der ganzen Breite der Dämpfungselemente in axialer Richtung übertragen werden.

2.) Hochleistungskupplung nach Anspruch 1.) dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomente durch Dämpfungselemente mit rechteckigem Querschnitt übertragen werden, da in einer Nabe gleichen Durchmessers eine größere Anzahl von Dämpfungselementen mit rechteckigem Querschnitt angeordnet werden können als mit rundem Querschnitt.

3.) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1.) und 2.) dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dicke der Dämpfungselemente in radialer Richtung nach außen zu in dem Maße verringert, um unter Berücksichtigung des jeweiligen Spieles zwischen den Tragflächen der beiden Kupplungsnaben im Betriebszustand über die ganze Höhe eine gleichmäßige Aurlage und damit eine gleich große Flächenbelastung aller Tragflächen zu erreichen.

4.) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1.) bis 3.) dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils erforderliche Dämpfungsgrad durch Dämpfungselemente mit entsprechend unterschiedlicher Dicke erzielt wird.

5.) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1.) bis 4.) dadurch gekennzeichnet, daß Je nach vorhandenem Beugungswinkel zwischen den beiden Kupplungsnaben zur Vermeidung von Verklemmungen der Dämpfungselemente an den nichttragenden Flächen deren Dicke in axialer Richtung nach außen zu verringert wird.

6.) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1.) bis 5.) dadurch gekennzeichnet, daß in Sonderfällen die Konizität zur Vermeidung von Verklemmungen und zur Erzielung gleich großer Belastungen der Tragflächen der Dämpfungselemente in die Kupplungsnaben verlegt wird, während die Dämpfungselemente mit gleichbleibendem Querschnitt ausgeführt werden.

7.) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1.) bis 6.) dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente durch entsprechende Medien wie Wasser, Emulsionen, Öle oder Fette geschmiert und gekühlt werden, wobei die Zuführung der Medien von auf der Welle angeordneten Pumpen, Verteilerringen oder gleichwertigen Einrichtungen durch Rohrleitungen über die Außenringe in den freien Kupplungsraum bewirkt wird.

be ) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1.) bis 6.) dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierung und Kühlung der Dämpfungselemente durch in den freien Kupplungsraum eingebrachte Füllungen geeigneter Medien erfolgt, wobei der freie Kupplungsraum über das zur Funktion der Kupplung erforderliche Maß hinaus vergrößert werden kann.

9.) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1. bis 8.) dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Damptungselemente je nach Größe der Kupplung zwei, sechs und mehr beträgt.

10.) Hochleistungskupplung nach den Ansprüchen 1.) bis 9.) dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des rechteckigen Querschnittes der Dämpfungselemente gerundet sind oder schwach ballig ausgeführt werden können.

In Betracht gezogene Patentschrift Nr. 1 046 417 deutsch