DE2232206A1

DE2232206A1 - Flexibler kupplungskoerper

Info

Publication number: DE2232206A1
Application number: DE19722232206
Authority: DE
Inventors: Fred R Birdsall; Donald L Miller
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1973-01-18
Also published as: GB1375896A; JPS5432087B1

Description

Patsr.lanwäHe Dr !ng. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Haiick - Dinl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalis - Dipl. Ing. VV. Wahne«

8 München ?.. Mo^r. JWaSe 25

538 0580

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 29. Juni 1972

Southfield,Mich,48075,USA Anwaltsakte M-2223

Flexibler Kupplungskörper

Die Erfindung betrifft flexible Kupplungskörper, welche zwischen zwei koaxial angeordneten, Drehmoment übertragenden, Körpern eine Antriebsverbindung in zwei Richtungen erzeugen, wobei einer der Drehmoment übertragenden Körper axial bezüglich des anderen verlagerbar ist.

Der flexible Kupplungskörper gemäß der Erfindung ist bevorzugt verwendbar, um die axial bewegbare Platte einer Kupplung mit einer axial fixierten Welle der Kupplung zu verbinden.

Elektromagnetkupplungen und die daran angeschlossenen Geräte unterliegen einer Vielzahl zerstörender Kräfte. Schwingungen verschiedener Form können äußerst zerstörend sein, wenn sie Resonanzfrequenz erreichen. Falls beispielsweise die mit der Kupplung verbundene

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Welle während längerer Zeit unter Torsionsschwingungen bei Resonanzfrequenzen angetrieben wird ist die Lebenserwartung sehr kurz und ein Bruch kann schnell eintreten. Da Elektromagnetkupplungen sehr schnell einrücken entsteht ein starker Stoß an der Kupplung und gleichfalls an den an die Kupplung angeschlossenen Geräten. Auch wenn die an die Elektromagnetkupplung angeschlossenen Geräte einem Fehler ausgesetzt sind ist es in den meisten Fällen erwünscht, die Geräte zur Vermeidung irreparabler Zerstörung von der Kupplung zu lösen.

Wenn eine Elektromagnetkupplung der eingangs genannten Art für Kraftfahrzeuge benutzt wird bestehen im Interesse der Massenfertigung Erfordernisse hinsichtlich des einfachen und wirtschaftlichen Aufbaues als auch hinsichtlich der Dauerhaftigkeit.

Es ist bei Elektromagnetkupplungen oder Bremsen bekannt, die Ankerscheibe in einer führenden Keilnut am Kupplungskörper aufzunehmen. Die Ankerscheibe ist axial beweglich, um bei Erregung der Kupplung angelegt zu werden. Diese Führung hat jedoch viele Nachteile. So ist beispielsweise eine Keilnutverbindung sehr schnell abgenutzt; infolge der durch die axiale Bewegung erforderlichen Toleranz ist die Ankerscheibe zunächst nur gering in Umfangsrichtung bezüglich der Keilriabe verlagerbar, auf welcher sie geführt ist. Das Ausmaß dieser Bewegung in Umfangsrichtung steigt jedoch mit zunehmendem Verschleiß der in Längsrichtung sich erstreckenden Keile an, so daß der Verschleiß bei Anlegen der Kupplung immer stärker werdende Schwingungen in Umfangsrichtung auslöst. Diese Schwingungen führen

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schnell zur Zerstörung der Keilnutverbindungen.

Um diesem Nachteil zu beseitigen wurden Anordnungen getroffen, um den Anker mittels einer Gummischeibe abzustützen. Diese ist am Außenumfang mit dem Anker verbunden und ist am Innenumfang an die den Anker tragende Nabe angeschlossen. Gummischeiben erweisen sich indessen als nicht geeignet, starke Drehmomente in Umfangsrichtung zu übertragen. Dieser Nachteil wurde beseitigt, indem man in die Gummischeiben radial sich erstreckende Federklingen einlegte, welche die Festigkeit in Umfangsrichtung verstärkten.

Bekannt ist ferner, axial elastische Scheiben zu verwenden, in welchen entweder am Außen- oder am Innenumfang bzw. an beiden Schlitze eingearbeitet sind. Diese Scheiben verbesserten die axiale, zum Einrücken und zum Ausrücken der Kupplung erforderliche Elastizität; sie erwiesen sich jedoch als nicht geeignet zur Übertragung von Umfangslasten.

Es gilt gleichfalls als bekannt, elastische Scheiben oder Membrankörper zu verwenden, welche bogenförmige Schlitze aufxveisen. Diese sind jedoch weder am Innen- noch am Außenumfang ausgebildet. Sie befinden sich in Umfangsrichtung und radial im Abstand zueinander. Obwohl diese Scheiben in der Lage sind, beträchtliche Umfangslasten zu übertragen haben sie sich in Axialrichtung als zu steif erwiesen.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen insbesondere für Elektromagnetkupplungen geeigneten flexiblen Kupplungskcrper zu schaffen, welcher alle Vorteile von Kupplungskörpern

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bekannter Art vereint, welcher jedoch der wesentlichen Beschränkung nicht ausgesetzt ist d.h., daß er ein hohes Drehmoment übertragen und in Axialrichtung weiche Flexibilität besitzen muß. Darüber hinaus soll ein dauerhafter und flexibler Kupplungskörper einfachen Aufbaues geschaffen werden, vfelcher gegenüber bekannten Konstruktionen wirtschaftlicher hinsichtlich der anfallenden Fertigungskosten ausgebildet ist.

Gemäß der Erfindung besteht der flexible Kupplungskörper aus einer im wesentlichen flachen Membran, die aus elastischem Metall gefertigt ist. Die Membran ist mit öffnungen in Form eines Streifenmusters ausgestattet, wobei sich eine erste Gruppe von Streifenelementen von einem mittleren Ringteil der Kupplung radial nach außen erstrecken, während eine zweite Gruppe von Streifenelementen die äußeren Enden der Streif?nelemente der ersten Gruppe verbindet.Die Streifenelemente einer der Gruppen besitzen Wellenform und sind in Axialrichtung u« das erforderlich« Maß streckbar, welches zur Kompensierung der relativen Axialbewegung der über die Kupplung miteinander verbundenen Kupplungskörper benötigt ist.

Bei diesem Kupplungskörper ist die axiale Elastizität durch beträchtliche Längenzunahme der Streifenelemente verstärkt, ohne daß die Festigkeit am Umfang beeinträchtigt ist. Wenn der Kupplungskörper in einer Elektromagnetkupplung Verwendung findet bildet er infolge seiner Flexibilität eine das Drehmoment übertragende Rückholfeder für den Anker. Der Kupplungskörper ermöglicht weiches Einrücken, so daß Schwingungen und Stoßbelastungen reduziert sind.

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Bevorzugt ist der flexible Kupplungskörper von symmetrischer Bauform, um die Tendenz der Verdrallung oder Verformung bei radialen Belastungen zu verhindern.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Teilschnittansicht einer elektromagnetischen Kupplung unter Verwendung des flexiblen KupplungsKrρers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Draufsicht des flexiblen Kupplungskörpers einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 stellt schematisch das Ausmaß der Federstreckung gegenüber einer Ruheposition dar, welche zur Kompensierung der Ankerbewegung erforderlich ist;

Fig. 4 stellt schematisch den Kupplungskörper in Ruheposition und in Relativposition (gestrichelt dargestellt) bei eingerückter Kupplung dar;

Fig. 5 ist eine Draufsicht des flexiblen Kupplungskörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ist eine Draufsicht des flexiblen Kupplungskörpers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 ist eine der Darstellung von Fig. 4 vergleichbare schematische Ansicht unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der Fign. 5 und 6.

In Fig. 1 ist eine einflächige Elektromagnetkupplung 10 dargestellt. Obwohl diese Form einer Kupplung zum äecke der Darstellung gewählt wurde kann die Erfindung mit gleicher Wirksamkeit an Mehrscheibenkupplungen, an Kegelkupplungen und in anderen Anwendungsbereichen verwendet werden, welche der Rückholfeder einer Elektromagnetkupplung vergleichbare Arbeitsbedingungen erfordern.

Der flexible Kupplungskörper 7 ist auf einer Nabe 40 (ein drehmomentübertragender Körper) mit Hilfe von Zähnen 11 (Fig. 2) befestigt. Der Kupplungskörper kann als drehmomentübertragender Membrankörper oder als Ankerrückholfeder bezeichnet werden. Der Membrankörper 7 kann an der Nabe 40 befestigt werden, indem man Zähne (nicht dargestellt) der Nabe am Membrankörper aufsteckt oder indem man Material der Nabe über die Kante der Zähne 11 des Membrankörpers bewegt. Obwohl nur ein Verfahren der Befestigung des Membrankörpers 7 an der Nabe 40 dargestellt ist können auch andere Arten der Befestigung zur Anwendung gebracht werden, so beispielsweise das Verbolzen des Membrankörpers 7 mit der Nabe 40, das Verschweißen etc..

Ein zweiter drehmomentübertragender Körper, im vorliegenden Fall ein Anker 20, ist koaxial zur Nabe 40 ausgerichtet und am Außenumfang des Membrankörpers 7 mittels Nieten 13 befestigt. Die Nieten sind durch öffnungen 9 (Fig. 2) des Membrankörpers 7 hindurchge-

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führt. Es ist ersichtlich, daß auch in diesem Fall andere Arten der Befestigung des Ankers 20 am Membrankörper 7 mit gleicher Wirkung verwendet werden können.

Der Magnetkörper 30 ist koaxial bezüglich des Ankers 20 und der Nabe 40 angeordnet und befindet sich unter einem vorbestimmten axialen Abstand L, wie den Fign. 3 und 4 zu entnehmen ist. Gemäß Darstellung stellen sowohl die Nabe 40 als auch der Magnetkörper 30 drehbare Kupplungseiemente dar. Es ist ohne Bedeutung, ob das Drehmoment von der Nabe 40 über den Anker 20 auf den Magnetkörper 30 oder vom Magnetkörper 30 über den Anker 20 auf die Nabe 40 übertragen wird. Es ist indessen von Bedeutung, daß das Drehmoment unabhängig von der Richtung über den Memhranlörper 7 übertragen wird. So kann die Kupplung gemäß der Erfindimg benutzt werden, wann immer ein Drehmoment von einem ersten drehmomentübertragenden. Körper auf einen^lzweiten drehmomentüb ertragen den Körper übertragen wird, während wenigstens einer der Körper sich in axialer Richtung als auch im Drehsinne bewegen soll.

In Fig. 2 ist der das Drehmoment übertragende.Membrankörper 7 in Draufsicht dargestellt. Der Membrankörper ist durch einfaches Stanzen aus elastischem Stahl gefertigt. Er besteht im wesentlichen aus drei Hauptteilen: Aus einem inneren Ring 50, welcher zur Befestigung dienende Mittel aufweist, so beispielsweise Zähne 11, um den Membrankörper mit einem der drehmomentübertragenden Körper zu verbinden; aus einem äußeren Ring 51, weicher Befestigungsmittel, so beispielsweise öffnungen 9 zur Befestigung am

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anderen der Drehmomentkörper aufweist; und aus mehreren im wesentlichen S-förmigen und verbindenden Armen 52, von welchen jeder einen radialen äußeren Arm 52a und einen radialen inneren Arm 52b aufweist. Die Arme 52 sind einander entgegengesetzt ausgerichtet, so daß jedes Armpaar symmetrisch in der Form ist. Das heißt, wenn ein äußerer Arm 52a mit dem äußeren Ring 51 verbunden ist dann ist ein weiterer äußerer Ring 52a des angrenzenden Arms 52 nahe dazu gleichfalls mit dem äußeren Ring 51 verbunden. Die verbindenden Arme 52 weisen im wesentlichen gleichförmige Breite auf und sind in vorangehend beschriebener Weise symmetrisch angeordnet, um die Spannungen gleichförmig auf dem Membrankörper zu verteilen, wenn Torsionsspannungen in einer von beiden Drehrichtungen vorhanden sind. Durch diese Ausgestaltung des Membrankörpers besteht geringere Neigung der Verdrillung und der Verwindung. Infolgedessen sind die Lebenserwartung und die Leistungsfähigkeit des als Membran ausgebildeten Kupplungskörpers wesentlich heraufgesetzt.

Um die unter Torsionsbelastungen auftretenden Spannungen wirksamer zu verteilen sind die äußeren Arme 52a nahe zu den Öffnungen 9 mit dem äußeren Ring 51 verbunden, da dies der Punkt ist, wo der Membrankörper 7 mit einem der drehmomentübertragenden Körper verbunden ist.

Die Bogenweite der verbindenden Arme 52b nimmt etwas zu, wenn sich die Arme dem inneren Ring 50 nähern. Dieses Merkmal ist vorgesehen, um dem Membrankörper entlang des inneren Ringes 50 größere Festigkeit zu verleihen, also dort, wo die Spannungen bzw. Belastungen etwas größer sind.

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Im Fig. 3 ist schematisch die Länge S dargestellt, um welche sich eine Feder strecken muß, um eine axiale Bewegung des Ankers zu kompensieren, welche der Strecke L entspricht. L ist der Abstand, welchen der Anker zurücklegt, wenn er sich von seiner Ruhepos itton in die Eingriffsposition am Magnetkörper 30 bewegt.

In Fig. 4 ist schematisch eine Hälfte eines Membrankörpers 7 dargestellt, der sich vertikal vom inneren Ring 50 (welcher als Mittellinie gewählt ist) erstreckt. H stellt den Abstand von der radialen Außenkante der inneren Arme 52b zur radialen Innenkante der äußeren Arme 52a dar. T stellt den axialen Abstand zwischen der radialen Außenkante der inneren Arme 52b und der äußeren Arme 52a dar; dieser Abstand ist in der Ruheposition in oder nahe der Ntillage. Die gestrichelten Linien stellen die Relativpositionen der äußeren und inneren Arme 52a und 52b dar, wenn der mit dem Membrankörper 7 (Fig. 1) verbundene Anker 20 am Magnetkörper 30 anliegt, d.h., wenn die Kupplung erregt ist. Wenn die Kupplung entregt ist löst der Membrankörper 7 den Aner 20 vom Magnetkörper 30 und führt den Anker in seine (in Fig. 1 dargestellte) Ruheposition zurück.

Es ist ersichtlich, daß die S-förmigen, verbindenden Arme 52 eine Streckung um das Maß "S" ermöglichen, ohne daß zu starke und/oder unerwünschte Spannungen im Membrankörper auftreten. Das heißt, der Abstand von der radialen Außenkante des inneren Arms 52b zur radialen Innenkante des äußeren Arms 52a entspricht H-S in der gestreckten oder ausgebogenen Position. Dabei ist darauf zu

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verweisen, daß der Abstand T in der gestreckten Position etwas größer ist.

Fign. 5 und 6, in welchen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, stellen in Draufsicht zwei weitere Ausführungsformen des Drehmoment übertragenden Membrankörpers 7 dar. Auch in diesem Fall ist der Membrankörper in einem einfachen Stanzvorgang aus dünnen elastischen Stahlscheiben herausgearbeitet. Der Membrankörper 7 weist zweivBsentliche Teile auf: Einen inneren Ring 60 mit mehreren radial sich erstreckenden Armen 61 und mehrere im wesentlichen W-förmige und verbindende Arme 70. Der Ring 60 ist geeignet zur Befestigung an einem der drehmomentübertragenden Körper (Nabe 40), da er mehrere öffnungen 11a aufweist. Die Arme 70 sind zwischen den radial sich erstreckenden Armen 61 vorgesehen und mit diesen verbunden. Die Arme 70 weisen öffnungen 9 auf und können infolgedessen mit einem anderen drehmomentübertragenden Körper (Anker 20) verbunden werden. Die W-förmigen und verbindenden Arme 70 weisen je im wesentlichen gleichförmige Breite auf, um die Spannungen gleichförmig über den Membrankörper zu verteilen, wenn dieser unabhängig von der Drehrichtung unter Torsionsbelastung ist. Zum Zwecke der Fertigung sind die Arme 70 im Bereich der öffnungen 9 etwas breiter ausgeführt. Durch diese Ausgestaltung des Membrankörpers besteht geringere Neigung der Verdrallung bzw. Verwindung, so daß infolgedessen die Lebenserwartung und die Leistungsfähigkeit des Membrankörpers wesentlieh heraufgesetzt sind.

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Es hat sich erwiesen, daß die Spannungen innerhalb des Membrankörpers gleichförmiger verteilbar sind, wenn man die radialen Arme und den Punkt der Befestigung der W-förmigen Arme 70 am Anker 20 unter gleichem Winkelabstand vorsieht. Das heißt, eine radiale Linie durch den Umfangsmittelpunkt der W-förmigen Arme 70 (die Position der öffnungen 9) schneidet den Winkel zwischen den beiden radialen Armen 61, welchen der Arm 70 zugeordnet ist.

Die Bogenweite der radialen Arme 61 ist dort etwas größer, wo sich die Arme dem inneren Ring 60 nähern. Dieses Merkmal ist vorgesehen, um dem Membrankörper entlang des inneren Rings 60 zusätzliche Festigkeit zu verleihen, also dort, wo die Spannungen etwas grosser sind.

In Fig. 7 ist eine Hälfte des Membrankörpers 7 gemäß Fig. 5 und 6 schematisch dargestellt, wo er sich vertikal vom inneren Ring 60, (welcher als Mittellinie gewählt ist) erstreckt. H stellt den Abstand von der radial äußeren Kante der radialen Arme 61 zur radial innersten Kante (d.h. zur Basis des W) der verbindenden Arme 70 dar. Die gestrichelten Linien geben die Relativpositionen der radialen und der verbindenden Arme 61 und 70 wieder, wenn der Anker 20 (Fig. 1) an welchem der Membrankörper 7 befestigt ist, am Magnetkörper 30 anliegt, d.h. wenn die Kupplung erregt ist. Wenn die Kupplung entregt ist löst der Membrankörper 7 den Anker 20 vom Magnetkörper 30 und führt den Anker 20 in seine in Fig. 1 datgestellte Ruheposition zurück.

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Es ist ersichtlich, daß die W-förmigen und verbindenden Arme 70 ermöglichen, den Abstand "S" (Fig. 3) zu strecken, ohne zu starke und/oder unerwünschte Spannungen im Membrankörper auszulösen« Das heißt, der Abstand von der radial äußeren Kante der radialen Arme 61 zur radial innersten Kante der Arme 70 entspricht H-S in gestreckter bzw, ausgelenkter Position.

Mit Hilfe des Kupplungskörpers gemäß der Erfindung wurden die zwei wesentlichen Erfordernisse einer flexiblen Kupplung der beschriebenen Bauart erfüllt, d.h. der Kupplungkörper besitzt in kombinatorischer Weise die Eigenschaften ein starkes Drehmoment zu übertragen und gleichzeitig in axialer Richtung äußerst flexibel zu sein. Durch beträchtliche Vergrößerung der Länge der elastischen Elemente wurde ein Kupplungskörper mit größerer axialer Elastizität geschaffen (wodurch ein weicheres Einrücken ermöglicht ist), ohne die starre Ausbildung des Kupplungskörpers am Umfang zu beeinträchtigen. Die dem Kupplungskörper am Umfang erteilte Festigkeit bzw. Steifheit führt zu einer Reduzierung der Schwingungen und der Stoßbelastungen.

Da der Kupplungs- oder Membrankörper von einfachem Aufbau ist, kann er gegenüber bekannten Konstruktionen auf wirtschaftlicher^ Weise gefertigt werden*

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Claims

Pelö.-rtanwälts

Dr. Ing. H. Negendsnk

Dipl. Ing. H. Kauck - Oh-A Pnys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. VV. Wehnert

8 München 2, Mosartstraße 23

Telefon 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices <

Bendix Center 29. Juni 1972

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-2223

Patentansprüche

f\ Flexibler Kupplungskörper, welcher zwischen zwei koaxial angeordneten, Drehmoment übertragenden Körpern eine Antriebsverbindung in zwei Richtungen ermöglicht, wobei einer der Drehmoment übertragenden Körper axial bezüglich des anderen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskörper (7) die Form einer im wesentlichen flachen Membran aus elastischem Metall besitzt, welche mit öffnungen versehen ist und ein Muster von Streifen bildet, wobei das Streifenmuster einen mittleren kreis· förmigen Teil (50,60) bildet und sich eine erste Gruppe von Streifenelementen (52,61) vom Mittelteil im wesentlichen radial nach außen erstreckt, während eine zweite Gruppe von Streifenelementen (51,70) die Außenenden der Streifenelemente der ersten Gruppe verbindet, und daß die Streifenelemente einer der Gruppe wellenförmige Ränder aufweisen, um in Axialrichtung ausreichend streckbar zu sein, so daß die relative Axialbewegung der drehmomentübertragenden Körper kompensierbar ist.

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2. Flexibler Kupplungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform besitzende Elemente (52) diejenigen der ersten Gruppe sind, wobei die Ränder der Elemente eine gerade Anzahl von Windungen bilden.
3. Flexibler Kupplungskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (52) der ersten Gruppe im wesentlichen S-förmig ausgebildet sind, während jedes weitere Element umgekehrt dazu angeordnet ist, so daß nebeneinander befindliche Elemente mit ihren angrenzenden Innenenden mit dem Mittelteil (50) verbunden sind, während angrenzende Außenenden mit den Elementen der zweiten Gruppe (51) verbunden sind, wobei die Elemente der zweiten Gruppe so angeordnet sind, daß sie einen konzentrisch mit dem Mittelteil (50) befindlichen Ring bilden.
4. Flexibler Kupplungskörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (52,61) der ersten Gruppe im wesentlichen gleichförmige Breite besitzen.
5. Flexibler Kupplungskörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungsöffnungen (9) dort gebildet sind, wo die Außenenden der S-förmigen Elemente (52) auf den durch die Elemente der zweiten Gruppe gebildeten Ring (51) treffen.
6. Flexibler Kupplungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (70) mit welligen Rändern diejenigen der zweiten Gruppe sind, wobei die Ränder eine ungerade Anzahl von Windungen bilden.

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7. Flexibler Kupplungskörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der zweiten Gruppe (70) im wesentlichen W-förmig ausgebildet sind, wobei sich jedes Element zwischen im wesentlichen geradlinigen angrenzenden Elementen (61) der ersten Gruppe befindet,
S. Flexibler Kupplungskörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der zweiten Gruppe (70) im wesentlichen gleichförmige Breite besitzen.
9. Flexibler Kupplung$körper nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungsöffnungen (9) durch die mittleren Windungen der Elemente der zweiten Gruppe verlaufen.
10.flexibler Kupplungskörper nach einem der vorangehenden An* sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskörper eine drehmomentübertragende Rückholfeder für die bewegbare Platte einer Kupplung bildet.

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