DE2265129B2 - Ring aus elastischem Material für eine elastische Wellenkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ring aus elastischem Material für eine elastische Wellenkupplung, 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 sind.

Es wurde bisher versucht, flexible Kupplungen aus nichtmetallischem, 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 stoßartigen Belastungen ausgesetzt Die Art der Kupplung bestimmt das Ausmaß, um welches der Stoß 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 zu Rissen, wodurch größere Oberflächen von Ozon angegriffen werden können. Ein synthetischer Kautschuk 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 durch Verwendung eines vorkomprimierten Ringes aus einem Elastomer vermieden, der zwischen einem Nabenpaar an einem Paar von im wesentlichen koaxialen Wellen montiert ist. Ein Beispiel eines derartigen elastischen Ringes, von dem die Erfindung ausgeht, ist in der US-Patentschrift 32 96 827 gezeigt Dort verlaufen alle das Ringpolygon ausbildenden Säulen in einer Ebene.

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 Weilen übertragen werden. Diese axialen Lagerkräfte sind im allgemeinen unerwünscht, wenn die Wellen in Lagern gelagert sind. Sogar bei einem Drehmoment gleich Null und bei ίο vollständigem Fluchten können die axialen Lagerkräfte sehr groß sein und rufen unerwünschte Spannungen und Kräfte an den Wellenlägern 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 einem Ring der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen so

weiterzubilden, daß bei ejner Verbesserung der elastisch kuppelnden Eigenschaften des Ringes die axialen

Lagerkräfte der Wellenkupplung verringert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet daß die Längsachsen zweier benachbarter Säulen in Richtung der Ringachse einen Winkel miteinander und einen spitzen Winkel mit der Längsachse des von diesem Schnittpunkt ausgehenden Armes einschließen. Dadurch werden die axialen Lagerkräfte, die von der Vorkomprimierung des Ringes geschaffen werden, wesentlich verringert bzw. ganz eliminiert, und zwar bei jedem Drehmomentniveau.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Längsachsen von jeweils benachbarten Säulen stumpfe Winkel miteinander einschließen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
J5 F i g. 1 in einer auseinandergezogenen Ansicht eine elastische Wellenkupplung;

F i g. 2 perspektivisch eine Ansicht eines Teiles des Ringes nach Fig. 1; woraus verschiedene Ausbildungen von Einschnitten ersichtlich werden;
F i g. 3 eine abgebrochene Draufsicht auf den Ring nach F i g. 1;

Fig.4 eine ebenfalls abgebrochene Draufsicht auf eine andere Ausbildung des Ringes.

Eine elastische Wellenkupplung 10 ist für zwei im « allgemeinen koaxial miteinander fluchtende Wellen 12 und 14 vorgesehen. Die Kupplung umfaßt einen Ring mit einer Reihe von rechteckigen, elastischen Säulen 18, die mit ihren Längsachsen 20 längs den Seiten eines flachen Polygons ausgerichtet sind, wie dies aus F i g. 1 so hervorgeht Ein 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. 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) ist an jeder der Vorder- und Rückseiten jeder Säule 18 vorgesehen und erstreckt sich vom Fuß der 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 Vorkomprimie-

rung des Ringes erhalten.

Die Naben 28 und 30 können mit den Wellen 12 und 14 auf irgendeine geeignete Weise fest verbunden werden, beispielsweise 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 43 kann mit einer Erweiterung 50 versehen sein, die den Kopf der Schraube 32 aufnimmt

Die Arme 24 erstrecken sich alternierend von beiden Seiten des Ringes 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 Ringes 16 in freiem 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 Ringes 16 und komprimiert dessen Material. Die Arme 24 sind lang genug, um die axiale Länge 52 des Ringes 16 und )"> die axiale Länge 54 des Schlitzes 44 in den Naben 28 und 30 zu überspannen.

Der Ring 16 ist aus elastischem Material hergestellt vorzugsweise aus einem Material, wie Kautschuk, das unter einer Kompressionslast deformierbar ist. Es kann auch ein Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, verwendet werden. Die Natur dieses Materials hängt von den jeweiligen Anforderungen ab.

Der Kautschuk, aus dem der Ring 16 hergestellt ist, besitzt vorzugsweise eine Härte von 55—65 Shore A (Shore A Durometer Hardness 55—65). Wenn das Material zu weich ist deformiert es sich zu stark, und wenn es zu hart ist überträgt es Lagerlasten auf die Wellen 28 und 30, die nicht übertragen werden können.

Einschnitte 34, die an jeder Vorder- und Rückseite ^r>o jeder Säule 18 ausgebildet sind, erstrecken sich 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 Ringes 16 ganz wesentlich reduzieren. «

Jeder 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 L jedes Einschnitts 34 ist variabel. Sie kann kleiner, größer oder w> 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 L für die meisten Kupplungen f>5 diejenige Länge ist, bei der keilförmige Einschnitte 34 bei im wesentlichen identischen Winkeln α sowohl an der Vorder- wie auch an der Rückseite jeder Säule 18 ausgebildet werden, so daß jede Säule 18 eine im wesentlichen gleichförmige Querschnittsfläche bezogen auf die flachen Seiten jeder Säule 18 hat

Im rechten Teil der Fig.2 ist eine zweite Art von Einschnitten gezeigt, die ebenfall· die axialen Lagerkräfte wirksam reduzieren. Dieser Einschnitt 34Λ ist als kegelstumpfförmiger Keil ausgebildet der sich 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 farn Punkt 68 zur Oberfläche 70 ansteigt Die Obergänge bei Position 66 und 68 sind als Hohlkehlenradius ausgebildet Alternativ zeigt Fig.3 einen Obergang 64 als 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 16 hervorruft, wenn der Winkel scharf oder spitz ist; werden die Winkel mit einem Radius ausgebildet wie dies F i g. 2 zeigt so werden diese Risse vermieden. Die Breite W des lcegelstumpfförmigen Keils ist kleiner als die radiale Breite WW der Vbrder- 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 die Wände 76 and 78 an jeder Seite des Keils ausgebildet werden. Der Keil 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 W des Keils gleich der radialen Breite WW der Vorder- und Rückflächen der Säule 18 ist so daß keine seitlichen Wände 76 und 78 entstehen, wie dies für einen Einschnitt 34ß in der linken Hälfte der F i g. 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 34£ist keilförmig, wie vorstehend beschrieben, wobei ein Winkel 88 längs eines Radius ausgebildet ist Die Breite W des Keils ist der Breite WW 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 Lagerkraft erreicht wird, wenn der Winkel 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 geringfügig abweichende Dimensionen ergeben ebenfalls axiale Lagerkräfte 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 Härte von weniger als 55 Shore A, 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 6°, und die Länge ist größer als 55% der Länge der Säule.

Die Breite Wdes Keils kann aber auch kleiner als die radiale Breite WW 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 Keile erstrecken sich vollständig von der Mitte 94 eines sich axial erstreckenden Armes 24 zur Mitte 96 des nächsten Armes 24, wie dies F i g. 4 zeigt. Das heißt, der tiefste Teil des Keils befindet sich bei der Mitte 94 des Armes 24 und verjüngt sich von dort bis zur Längsachse 96 des nächsten Armes 24, wobei die Oberflächenebene des Polygons geschnitten wird, wie dies durch die gestrichelte Linie 98 angedeutet wird. Diese Anordnung ergibt eine Reihe von alternierenden Säulen 18, die bezüglich der Mittelebene 106 des Ringes 16 versetzt sind. Die Längsachsen 20 zweier benachbarter Säulen 18 bilden also einen Winkel A am Schnittpunkt der benachbarten Säulen 18. Die axiale Mittelebene jeder Säule 18 schneidet ebenfalls die Linie 106 etwa am Umfangsmittelpunkt der Säule 18, und zwar im Punkt 110. Der Winkel Bzwischen der Linie 106 und der Achse 20 ist vorzugsweise nicht größer als 45°. Der Arm 24 erstreckt sich senkrecht zur Ebene des Ringes 16, wie dies durch den Schnitt der Mitte 94 des Armes 24 und der Linie 106 gezeigt wird. Die Arme 24 erstrecken sich abwechselnd von der Vorder- und Rückseite jeder der aneinander anstoßenden Säulen 18, und jeder Arm 24 erstreckt sich von der Stirnfläche des Ringes 16, wo die Längsachsen 94 und 96 der Arme 24 und die Längsachsen 20 der benachbarten Säulen 18 sich schneiden, um spitze Winkel Cund D zu bilden.

Die Wellen werden im wesentlichen koaxial zueinander und eng nebeneinander angeordnet, und zwar mit dem jeweils gewünschten Spiel zwischen 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 in komprimiertem Zustand, wobei die Arme in den Naben 28 und 30 befestigt sind. Die Arme 24 bewegen sich also radial nach innen und ergreifen die Einschnitte in den Naben 28 und 30, so daß

is der Durchmesser des Polygons, das den Ring 16 bildet, kleiner wird. Das Material zwischen den Armen 24 wird also komprimiert und erhält daher eine Vorkompressionskraft.
Die beschriebene Kupplung ist achteckig. Es können auch andere Polygone verwendet werden. Die Säule zwischen den Armen kann auch gebogen sein, so daß der Ring kreisförmig ist oder sich der Kreisform annähert, und zwar insbesondere in unbelastetem, freiem Zustand. Die Ausführungsform mit gebogenen Säulen ist jedoch schlechter. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich darin, daß gerundete Säulen einer exzentrischen Belastung unterliegen, die ein Ausbeulen bei verhältnismäßig geringen Belastungen bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprache:

   L Sing aus elastischem Material für eine elastische Wellenkupplung, 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 sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (20) zweier benachbarter Säulen (18) in Richtung der Ringachse einen Winkel (A) miteinander und einen spitzen Winkel (D) mit der Längsachse (96) des von diesem Schnittpunkt ausgehenden Armes (24) einschließen.
2. 2. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (20) von jeweils benachbarten Säulen (18) stumpfe Winkel (A) miteinander einschließen.