DE2254078B2 - Elastische wellenkupplung - Google Patents

Description

gekennzeichnet, daß jede Säule des Rings je einen finschnitt an ihren Vorder- und Rückseiten aufweist, 4er sich jeweils von dem Fuß eines jeden Armes zum entgegengesetzten Ende der betreffenden Säule erjtreckt. Dadurch werden die axialen Lagerkräfte, die von der Vorkomprimierung des. Ringes geschaffen werden, wesentlich verringert bzw. ganz eliminiert, und jwar bei jedem Drehmomentniveau.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht eine elastische Wellenkupplung nach der Erfindung,

Fig.2 perspektivisch eine Ansicht eines Teils des Rings nach Fig. 1, woraus verschiedene Ausbildungen der Einschnitte ersichtlich werden,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Ring nach Fig. 1.

Eine elastische Wellenkupplung 50 ist für zwei im ellgemeinen koaxial miteinander fluchtende Wellen 12 end 14 vorgesehen. Die Kupplung umfaßt einen Ring 16 mit einer Reihe von rechteckigen, elastischen und komprimierbaren Säulen 18, die mit ihren Längsachsen JO längs den Seiten eines flachen Polygons 22 ausgerichtet sind, wie dies aus Fig. 1 hervorgeht Pin Arm 24 erstreckt sich in Querrichtung von der Längsachse 20 am Schnittpunkt 26 zweier benachbarter Säulen 18. Die Arme 24 weisen abwechselnd nach vorn und rückwärts, jeweils bezogen auf die Ebene des flachen Polygons 22. Naben 28 und 30 sind mit jeder der Wellen 12 und 14 fest verbunden, die jeweils die alternierenden Arme 24 des Rings 16 aufnehmen. Ein Befestigungselement, beispielsweise eine Schraube 32, wirkt radial durch jeden Arm 24 und verbindet die Arme 24 mit den Naben 28 und 30, wodurch der Radius des Ringes 16 verringert wird. Dadurch wird auf die Säulen 18 eine Vorkompressionslast ausgeübt. Ein Einschnitt 34 (Fig. 1 und 3) ist an jeder der Vorder- und Rückseiten jeder Säule 18 vorgesehen und erstreckt sich vom Fuß de; Arme 24 zum entgegengesetzten Ende 36 jeder Säule 18. Damit werden die axialen Lagerkräfte reduziert, die im Ring über die Kompression des Ringes bei der Verbindung mit den Naben 28 und 30 erzeugt werden. Diese Kompression bleibt während der Vorkomprimierung des Ringes erhalten.

Die Naben 28 und 30 können mit den Wellen 12 und 14 auf irgendeine geeignete Weise fest verbunden werden, beispeilsweise durch Schrauben 38, die durch entsprechende Gewindebohrungen 40 in Kragen 42 reichen, die an den Naben 28 und 30 ausgebildet sind, und die nach innen bis zu den Wellen 12 und 14 reichen. Die Naben haben an ihrem Umfang keilförmige Schlitze 44. Die Schlitze 44 sind bei der gezeigten Ausführungsform gleichmäßig voneinander rings um die Naben 28 und 30 verteilt angeordnet. In der Mitte eines jeden Schlitzes 44 befindet sich eine Gewindebohrung 46.

Die Arme 24 sind so ausgebildet, daß sie in die Schlitze 44 passen. Die Arme sind daher ebenfalls entsprechend keilförmig ausgebildet, so daß sie den Schlitzen 44 entsprechen. Die Arme 24 schließen fernerhin ein Loch 48 ein, durch das ein Befestigungselement, beispielsweise die Schraube 32, geschraubt werden kann. Das Loch 48 kann mit einer Erweiterung 50 versehen sein, die den Kopf der Schraube 32 aufnimmt.

Die Arme 24 und der Ring 16 sind einstückig Die Arme 24 bestehen bevorzugt aus Metall, beispielsweise aus Aluminium. Es wird bevorzugt, wenn sie beim Gießen des Rings 16 in diesen eingegossen werden.

Die Arme 24 erstrecken sich alternierend von beiden -Seiten des Rings 16, d. h. ein Arm nach vorn, der nächste rückwärts usw. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich vier Arme 24 in die eine und vier Arme 24 in die andere Richtung. Die Arme 24 an jeder Seite halten voneinander vorzugsweise einen Winkelabstand von 90°, so daß der Winkel zwischen jeweils benachbarten Armen 45° beträgt. Der radiale Abstand der Arme 24 von der Mitte des Rings 16 in freiein Zustand ist um 10 bis 20% größer als der feste radiale Abstand der Schlitze 44 von der Mitte der Wellen 12 und 14. Beim Befestigen der Arme 24 in Schlitzen 44 verringert sich der Durchmesser des Rings 16 und komprimiert dessen Material. Die Arme 24 sind lang genug, um die axiale Länge 52 des Rings 16 und die axiale Länge 54 des Schlitzes 44 in den Naben 28 und 30 zu überspannen.

Der Ring 16 ist aus lederndem oder elastischem Material hergestellt, vorzugsweise aus einem Material wie Kautschuk, das unter einer Konipressionslast deformierbar ist. Es kann auch ein Kunststoll. beispielsweise Polyurethan, \erwendet werden. Die Natur dieses Materials hängt von den jeweiligen Anforderungen ab. Falls der Ring aus Kautschuk hergestellt ist, besitzt dieser vorzugsweise eine Härte von 55 - 65 Shore A.

Einschnitte 34, die an jeder Vorder- und Rückseite jeder Säule 18 ausgebildet sind, erstrecken sieh vom Fuß der Arme 24 zum entgegengesetzten Ende 36 der Säulen 18. Es wurde gefunden, daß die Einschnitte 34 die axialen Lagerkräfte nach der Kompression des Rings \h ganz wesentlich reduzieren.

leder Einschnitt 34 ist keilförmig ausgebildet und verjüngt sich von seinem tiefsten Punkt 64 neben dem Fuß der Arme 24 zur Oberfläche 36 der Vorder· bzw. Rückfläche jeder Säule 18 (Fig. 3). Die Länge /. jedes Einschnitts 34 ist variabel. Sie kann kleiner, größer oder gleich der halben Länge LL jeder Säule 18 sein. Sie soll so lang sein, daß die geringste axiale Lagerkraft bei richtiger Größe und Konfiguration der zu verwendenden Kupplung hervorgerufen wird. Es wurde gefunden, daß die bevorzugte Länge /, für die meisten Kupplungen diejenige Länge ist, bei der keilförmige Einschnitte 34 bei im wesentlichen identischen Winkeln \ sowohl an der Vorder- wie auch an der Rückseite jeder Säule 18 ausgebildet werden, so daß jede Säule 18 eine im wesentlichen gleichförmige Querschniitsfläche oe/ogen auf die flachen Seiten jeder Säule 18 hat.

Im rechten Teil der Fig. 2 ist eine zweite Art von Einschnitten gezeigt, die ebenfalls die axialen Lagerkräfte wirksam reduzieren. Dieser Einschnitt 34,4 ist als kegelstumpfförmiger Keil ausgebildet, der sieh von seinem tiefsten Punkt 66 neben dem Arm 24 zu einem Punkt 68 unterhalb der Oberfläche 70 der Säule 18 erstreckt und von dort unter einem Winkel Earn Punkt 68 zur Oberfläche 70 ansteigt. Die Übergänge bei Pos. 66 und 68 sind als Hohlkehlenradius ausgebildet. Alternativ zeigt F i g. 3 einen Übergang 64 ;i scharfen Winkel. Es wurde gefunden, daß wegen der sehr starken Kräfte, die im Betrieb auf den Ring 16 einwirken, der Punkt, an dem der Winkel ausgebildet ist, Risse im Ring \b hervorruft, wenn der Winkel scharf oder spitz ist; werden die Winkel mit einem Rad'us ausgebildet, wie dies F i g. 2 zeigt, so werden diese Risse vermieden. Wie in der rechten Hälfte von F i g. 2 gezeigt ist, ist die Breite

IVdes kegelstumpfförmigen Keils kleiner als die radiale Breite WW der Vorder- und Rückfläche der Säule 18. Der kegelstumpfförmige Keil wird also innerhalb des Umrisses des Umfangs der Vorder- und Rückseite jeder Säule 18 ausgeformt, so daß Wände 76 und 78 an jeder Seite des Keils ausgebildet werden. Der Kei! kann auch an einer Oberfläche 80 oder einer Unterfläche 82 ausgebildet werden, wobei nur eine Wand 76 oder 78 zwischen einer Kante 84 des kegelstumpfförmigen Keils und einer Kante 86 der Säule 18 ausgebildet wird. Es wird bevorzugt, wenn die Breite IVdes Keils gleich der radialen Breite IVW der Vorder- und Rückfläche der Säule 18 ist, so daß keine seitlichen Wände 76 und 78 entstehen, wie dies für einen Einschnitt 34ßin der linken Hälfte der Fig. 2 gezeigt ist.

Die an den Punkten 66 und 68 ausgebildeten Winkel sind variabel. Sie können von im wesentlichen rechten Winkeln bei den Punkten 66 und 68 beginnen, so daß ein Einschnitt 34 geschaffen wird, der rechteckig ist (nicht gezeigt), und sie können bis zu einem Winkel von 180° im Punkt 68 variieren, so daß ein keilförmiger Einschnitt 34 entsteht, wie er in F i g. 3 gezeigt ist.

Die bevorzugte Konfiguration des Einschnitts ist in F i g. 2 links gezeigt. Dieser Einschnitt 34ßist keilförmig, wie vorstehend beschrieben, wobei ein Winkel 88 längs eines Radius ausgebildet ist. Die Breite IV des Keils ist der Breite IVlV der Vorder- und Rückseiten der Säule 18 gleich. Es wurde gefunden, daß bei der Verwendung von Kautschuk mit einer Härte von 55 — 65 Shore A eine wesentliche Reduzierung der axialen Lagerkräfte erreicht wird, wenn der Winkel ,x des Keils 6° und die Länge L des Keils 55% der Länge LL der Säule 18 beträgt. Diese Proportionen werden für fast alle Anwendungen bevorzugt. Hiervon gcringförmig abweichende Dimensionen ergeben ebenfalls axiale Lagerkräftc gleich Null. Wenn der Ring aus einem Material mit einer anderen Härte hergestellt wird, ändern sich auch die Abmessungen des Einschnitts bzw. Keils. Besteht das Element beispielsweise aus einem Material mit einer 1 üirte von weniger als 55 Shore Λ. so wird der Keil mit einem kleineren Winkel als 6° und mit einer kürzeren Länge als 55% der Länge der Säule ausgebildet. Besteht der Ring aus einem Material mit einer Härte größer als 65 Shore A, so ist der Winkel größer als b^c , und die Länge isi größer als 55% der Länge der Säule.

Die Breite IV des Keils kann aber auch kleiner als die radiale Breite IVlV der Front- und Rückseite der Säule 18 sein, so daß wenigstens eine Wand zwischen der Kante des Keils und der Kante der Säule 18 ausgebildet wird, wie dies in F i g. 2 rechts gezeigt ist.

Die Wellen werden im wesentlichen koaxial zueinander und eng nebeneinander angeordnet, und /war mit dem jeweils gewünschten Spiel zwischci. den Wellen. Der Ring 16 wird dann an einem Schlitz 51 geöffnet und derart um die Wellen gelegt, daß die Arme 24 mit Schlitzen 44 in den Naben 28 und 30 fluchten. Die Schrauben 32 werden angezogen, um die Arme 24 fest mit den Naben 28 und 30 zu verbinden, so daß der Ring 16 komprimiert wird. Der Ring ist anfänglich 10 — 20% größer im Durchmesser als im komprimierten Zustand wobei die Arme in den Naben 28 und 30 befestigt sind Die Arme 24 bewegen sich also radial nach innen um ergreifen die Einschnitte in den Naben 28 und 30. so dal: der Durchmesser des Polygons, das den Ring 16 bildet kleiner wird. Das Material zwischen den Armen 24 wire also komprimiert und erhält daher eine Vorkompres sionskraft.

Die beschriebene Kupplung ist achteckig. Es könnet auch andere Polygone verwendet werden. Die Säuh zwischen den Armen kann auch gebogen sein, so dal der Ring kreisförmig ist oder sich der Kreisforn annähert, und zwar insbesondere in unbelastetem, freier Zustand. Die Ausführungsform mit gebogenen Sanier ist jedoch schlechter. Der Grund dafür liegt wahrschein lieh darin, daß gerundete Säulen einer exzentrischer Belastung unterliegen, die ein Ausbeulen bei verhältnis mäßig geringen Belastungen bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Elastische Wellenkupplung mit einem Ring aus elastischem komprimierbarem Material, der aus einer Reihe von rechteckigen Säulen besteht, die mit ihren Längsachsen längs den Seiten eines ebenen Polygons angeordnet sind und Arme aufweist, die sich in Querrichtung zu den Längsachsen der Säulen an jedem Schnittpunkt zweier benachbarter Säulen erstrecken und bezüglich der Ebene des Polygons alternierend nach vorn bzw. hinten ausgerichtet und mit den Kupplungsflanschen durch radial durch die Arme greifende Befestigungsvorrichtungen verbunden sind, wobei der Radius des Rings verringert und die Säulen vorkomprimiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Säule (18) des Rings (16) je einen Einschnitt (34,34A 34B) an jeder ihrer Vorder- und Rückseiten (18) aufweist, der sich jeweils von dem Fuß eines jeden Armes (24) zum entgegengesetzten Ende (36) der betreffenden Säule erstreckt.

2. Kupplung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (34) keilförmig ausgebildet sind, wobei sie sich von ihrem tiefsten Punkt (64) in der unmittelbaren Nähe der Füße der Arme (24) zur Oberfläche (98) der Vorder- bzw. Rückseite verjüngen.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Einschnitts (34, 344,34ßjkleiner ist als die halbe Länge (LL)dcv Säulen (18).

4. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Einschnitte (34, 34A 34ßjgrößer ist als die halbe Länge (LL)dcr Säulen (18).

5. Kupplung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Einschnitte (34, 34A 34B) im wesentlichen gleich der halben Länge (LL)der Säulen (18) ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (34, 34A 34B) im wesentlichen gleiche Winkel mit den Vorder- bzw. Rückseiten der Säulen (18) bilden.

7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-Zeichnet, daß die Einschnitte (34, 34A 34ßj als kegelstumpfförmige Keile ausgebildet sind.

8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (34, 34A 34ß; rechteckig ausgebildet sind.

9. Kupplung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) der Einschnitte (34A) kleiner ist als die radiale Breite (WW) der Vorderbzw. Rückseiten der Säule (18), wobei wenigstens eine Wand (76, 7C) zwischen der Kante des Einschnitts und einer Kante der Säule (18) vorgesehen ist.

10. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (VVjder Einschnitte (34,34ßJ im wesentlichen gleich der radialen Breite (WW)dcr Vorder- bzw. Rückseiten der Säule (18) ist.

11. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (2), der vom Schnitt einer Oberfläche eines jeden Einschnitts mit der Vorderbzw. Rückseite gebildet wird, etwa 6° beträgt.

Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung mit einem Ring aus elastischem komprimierbarem Material, der aus einer Reihe von rechteckigen Säulen besteht, die mit ihren Längsachsen längs den Seiten eines ebenen Polygons angeordnet sind und Arme aufweist, die sich in Querrichtung zu den Längsachsen der Säulen an jedem Schnittpunkt zweier benachbarter Säulen erstrecken und bezüglich der Ebene des Polygons alternierend nach vorn bzw. hinten ausgerichtet und mit den Kupplungsflanschen durch radial durch die Arme greifende Befestigungsvorrichtungen verbunden sind, wobei der Radius des Rings verringert und die Säulen vorkomprimiert werden.

Es wurde bisher versucht, flexible Kupplungen aus nichtmetallischen!, federndem oder elastischem Material, beispielsweise Kautschuk, herzustellen, weil dieses Material für derartige Kupplungen vorteilhaft ist. Diese Kupplungen brauchen beispielsweise nicht geschmiert zu werden. Sie sind im allgemeinen preisgünstig herstellbar und federn unter Torsionsbelastung. In den meisten Fällen wird die damit verbundene Anordnung stcßartigen Belastungen ausgesetzt. Die Art der Kupplung bestimmt das Ausmaß, um welches der Stuß von einer Welle zur anderen weitergegeben wird. Elastische Kupplungen sind besonders dort attraktiv. wo eine minimale Weitergabe stoßartiger Belastungen gewünscht wird.

Kupplungen aus derartigen Materialien arbeiten jedoch nicht immer zufriedenstellend, weil das elastische Material Nachteile mit sich bringt. Natürlicher Kautschuk beispielsweise hat schlechte mechanische Eigenschaften in bezug auf die Spannung. Es neigt /u Rissen, wodurch größere Oberflächen von Ozon angegriffen werden können. Ein synthetischer Kautschuk, beispielsweise Neopren oder Buna N. unterliegt nicht in diesem Maße den Angriffen durch Ozon. Diese synthetischen Kautschuke haben jedoch mechanische Eigenschaften, die, verglichen mit den Kupplungen, die aus natürlichem Kautschuk bestehen, noch schlechter sind, insbesondere bei Anwendungen, die Kupplungsspannungen unterworfen sind, die von einer Torsionslast und von einer axialen und winkeligen Fehlausrichtung herrühren.

Diese Nachteile werden generell ciurch Verwendung eines vorkomprimierten Ringes aus einem Elastomer vermieden, der zwischen einem Nabenpaar an einem Paar von im wesentlichen koaxialen Wellen montiert ist. Ein Beispiel einer derartigen elastischen Wellenkupplung, von der die Erfindung ausgeht, ist in der USA.-Patentschrift 32 96 827 gezeigt.

Es wurde jedoch gefunden, daß die Vorkomprimierung des Ringes aus elastomerem Material in manchen Fällen axiale Lagerkräfte im Ring hervorruft, die durch dessen Verbindung mit den Wellen übertragen weiden. Diese axialen Lagerkräfte sind im allgemeinen unerwünscht, wenn die Wellen in Lagern gelagert sind. Sogar bei einem Drehmoment gleich Null und bei vollständigem Fluchten können die axialen Lagerkräfte sehr groß sein und rufen unerwünschte Spannungen und Kräfte an den Wellenlagern hervor, wenn sie an die Wellen weitergegeben werden. Diese Spannungen und Kräfte rufen in manchen Fällen eine übermäßige Abnutzung und eine verkürzte Lebensdauer hervor.

Ausgehend von einer Kupplung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so weiterzubilden, daß zusätzlich die axialen Lagerkräfte verringert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch