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Elastische Kupplung Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte elastische oder
nachgiebige Kupplung, bei der eine neue Theorie angewendet wird, Es ist bekannt,
daß bei der Kraft- oder Energieübertragung einer Kraft- oder Antriebsmaschine oder
eines Antriebsmechanismus mit Teilen, die eine Hin- und Herbelfegung ausführen,
immer bestimmte Nachteile auftreten, wie z. B. Variationen des Drehmomentes, Torsionsschwingungen
oder Stöße, die alle nachteilige Wirkungen auf
die mechanischen
Teile oder Wellensysteme des Kraftübertragungs Mechanismus haben. Deshalb wird zur
Kraftübertragung häufig eine elastische Kupplung eingesetzt, um diese nachteiligen
Wirkungen aufzunehmen und zu dämpfen bzw. abzublocken, damit der Übertragungsmechanismus
weiter sicher angetrieben werden kann. Solche Kupplungen werden auch als drehnachgiebige
Ausgleichskupplungen bezeichnet. Insbesondere in den letzten Jahren wurden an die
elastische Kupplung immer höhere Bedingungen gestellt, da die Anforderungen an eine
hohe Ausgangsleistung und an die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Antriebsmaschine
und an die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Ubertragungsmechanis-mus anstiegen.
Zur Zeit werden mehrere Typen und Arten von elastischen Kupplungen in der Prasis
eingesetzt, die jeweils spezifische Vorteile und Nachteile haben. Die hervorragenden
Eigenschaften einer elastischen Kupplung zeigen sich insbesondere darin, daß sie
u.a. die folgenden Anforderungen erfüllt: die Antriebsleistung wird korrekt und
genau übertragen; die angetriebenen Teile sind gegen die ausgeübten Vibrationen
oder Störungen geschützt, so daß sie eine sehr lange Lebensdauer haben; schließlich
kann das Betriebsverhalten der elastischen Kupplung erhöht oder angeglichen werden.
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Die fesentlichste Eigenschaft einer elastischen Kupplung ist die ausreichende
Elastizität Zu diesem Zweck pferden eine Metallfeder, beispiels -weise eine Blattfeder
oder Schraubenfedern, ein
Gummirohr, das mit Luft oder einem viskosen
Medium gefüllt ist, ein Element aus Gummi oder einem elastameren Material und ähnliche
Teile als elastisches Element für die elastische Kupplung verwendet. Dabei wird
die elastische Kupplung, die aus Gummi oder einem ähnlichen Material besteht, wegen
ihrer ausgezeichneten Eigenschaften und Wirkungen am häufigsten eingesetzt; diese
Kupplung läßt sich auf vielen Anwendungsgebieten Belastungen in mehreren Richtungen,
nämlich Druck, Scherbeanspruchung und Torsionsbeanspruchung, aussetzen, wobei sich
eine gute Dämpferkung, eine ausreichende Blockierung von Störungen und ein hoher
Isolationswirkungsgrad ergeben; nachteilig ist bei dieser1 Gummi verwendenden elastischen
Kupplung, daß ihre Haltbarkeit und ihre Lebensdauer nicht den Anforderungen genügen.
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Um die Haltbarkeit der elastischen Kupplung, die ein elastisches Element
aus Gummi oder einem elastomeren Material verwendet, zu erhöhen, ist eine Vielzahl
von Vorrichtungen entwickelt und eingesetzt worden; dazu gehört eine Kupplung, wie
sie in den Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, die zusammen
mit einigen anderen Kupplungen die besten Ergebnisse und den besten Wirkungsgrad
erreichte.
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Die elastische Kupplung nach Fig. 1 besteht aus drei Metallringen
i, 2 und 3 und Gummiringen 4 und 5, die zwischen den Metallringen 1, 2 und 3 angeordnet
und daran durch die Vulkanisierungsbehandlung gut sitzend befestigt sind. Jedes
dieser Gummielemente 4 und 5 ist in Bezug auf die longitudinale Richtung der elastischenKupplung
in Hälften aufgeteilt. Weicht jedoch die Zahl der Gummielemente von 2 ab, so wird
selbstverständlich jedes dieser
Elemente auch in longitudinaler
Richtung in Hälften aufgeteilt. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, in der das elastische
Element vor seinem Zusammenbau frei und ohne Beanspruchung dargestellt ist, wobei
seine Hälften einander gegenüberliegen » ist ein longitudinaler Abstand S zwischenden
geteilten Hälften des äusseren Metallrings 1 ausgebildet. In Fig. 2 ist andererseits
die elastische Kupplung im zusammengebauten Zustand dargestellt, wobei die Hälften
des äusseren Metallrings 1 aneinander mittels Bolzen oder Schrauben 9,( die jedoch
nicht konkret dargestellt sind ), angebracht sind, wobei der Abstand S auf Null
reduziert wird. In Fig. 3 ist die elastische Kupplung vergrößert dargestellt, um
einen bestimmten stationären Zustand zu erläutern. In Fig. 3 zeigen die durchgezogenen
Linien die elastische Kupplung im freien, keiner Beanspruchung ausgesetzten Zustand,
bevor sie zusammengebaut ist, während die gestrichelten Linien die elastische Kupplung
im zusammengebauten Zustand zeigen. Die Oberflächen der Metallringe 1, 2 und 3 und
der Gummielemente 4 und 5, die miteinander durch die Vulkanisierungsbehandlung verbunden
werden sollen, sind geneigt, so daß sich ein konischer Querschnitt ergibt, wie durch
die durchgezogenen Linien gezeigt ist. Daraus ergibt sich folgendes Ergebnis: werden
die Hälften des äusseren Metallrings 1 in Kontakt miteinander gedrückt, so werden
die Gummiringe, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, einer Deformation
unterlforfen, die in einer Richtung wirkt, die senkrecht zu der der Drehmomentübertragung
der Gummiringe ist. Aus Fig. 3 ergibt sich insbesondere folgendes: die radiale Höhe
g des gesamten
Gummielenentes im freien, nicht belasteten Zustand
wird aufgrund der Deformation nach dem Zusammenbau der elastischen Kupplung auf
l' reduziert. Der Unterschied d t in den Höhen vor und nach dem Zusammenbau übt
eine Schubkraft bzw -bewegung auf die geneigte Kontaktoberfläche der Metallringe
1, 2 und 3 und der Gummiringe aus, während sie gleichzeitig eine Druckkraft auf
die inneren Seiten der Gummiringe ausübt. Dieser Druck wird als " Vorkompression
" bezeichnet, weil er vorübergehend während des Zusammenbaus auf die Gummiringe
ausgeübt wird, bevor ein Drehmoment auf die elastische Kupplung übertragen wird.
Dabei führt der Einsatz der Vorpompression zu einer Verstärkung des Haftvermögens
bzw. der Bindefahigkeit durch die Vulkanisierungsbehandlung sowie zu einer Erhöhung
der Widerstandskraft bzw. der Festigkeit des Gummi-elementes gegen Verschleiß, Als
Beispiel für ein Material, das auf der oben angegebenen Theorie beruht, wird auf
Druckbeton verwiesen, mit dem ähnliche Wirkungen angestrebt werden. Einer der Nachteile,
die bei dem aus Gummi bestehenden Eupplungs-element nach der t' VorRovpressions""Bauweise
auftreten, liegt darin, daß die von der Vorkompressions-Behandlung herruhrenden
Wirkungen bei der Deformation aufgrund des Zusammendrückens nicht gleichmässig in
allen Bereichen des Gummielementes auftreten. Dabei gilt insbesondere für das Gummielement
vom Kompressionstyp folgendes: da seine Konstruktion unter der Annahme erfolgt,
daß die radiale Scher- oder Schubbeanspruchung für jeden Bereich gleich ist, wird
der Querschnitt des Gummielementes, in radialer Richtung gesehen,
so
ausgebildet, daß die Dicke des Elementes ( in die zu der radialen Richtung senkrechte
Richtung gesehen, nämlich in der longitudinalen Richtung ) einen Wert annim mt,
der umgekehrt proportional zu dem Radius ist. Daraus ergibt sich jedoch, daß eine
Druckbeanspruchung auf der Oberfläche des Gummielementes aufgebaut wird, die während
der Vorkompressions- Behandlung gezogen wird, während eine Zugbeanspruchung auf
einen wesentlichen Teil der gegenüberliegenden Oberfläche einwirkt. Dieser Effekt
zeigt sich nicht nur auf den Oberflächen des Gummielementes, sondern auch auf der
Innenseite und auf den Oberflächen des Elementes, die durch die Vulkanisierungsbehandlung
mit den Metallringen verbunden werden sollen. Bei einem mechanischen Element , wiez.B.
einer elastischen Kupplung, führt jedoch eine Verringerung der Haltbarkeit an einer
bestimmten Stelle aufgrund der unregelmassigen Qualität des Materials, die sich
aus ihrem Aufbau ergibt, praktisch immer dazu, daß die Haltbarkeit und damit die
Lebensdauer der elastischen Krupp -lung als Ganzes sehr stark reduziert wird. Diese
unerwunschte Wirkung wird durch Versuche bestätigt, wonach die Vorkompressions-Behandlung
die elastische Kupplung teilweise nachteilig beeinflusst.
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Soll andererseits eine Hälfte des äusseren Metallrings 1 nach Fig.
1 um eine Strecke verschoben werden, die der Hälfte des Abstandes S in Bezug auf
eine Hälfte des benachbarten Gummiring 4 entspricht, so ist eine so große Kraft
erforderlich, daß die gesamte Höhe der Guumiringe 4 und 5 um die Länge / zu zusammengedrückt
werden kann . Um den inneren Ausgleich der Kräfte, insbesondere dieser Kraft, zu
erreichen, müssen insbesondere
die einander gegenüberliegendenHälften
der Gummiringe aneinander befestigt werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Dies bedeutet,
daß die Aufteilung des Gummielementes in zwei Hälften eine unbedingt einzuhaltende
Bedingung für eine elastische Kupplung ist. Diese Bedingung ist jedoch wiederum
nachteilig für eine elastische Kupplung, die zusammengebaut oder auseinandergebaut
werden soll.
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Der Erfindung liegt deshalb u.a. die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
elastische Kupplung zu schaffen, bei der die oben erwähnten, bei den herkämmlichen
Kupplungen auftretenden Nachteile überlmndensind.
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Weiterhin soll eine verbesserte elastische Kupplung des angegebenen
Typs geschaffen werden, die neue und vorteilhafte Wirkungenhat.
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Diese Aufgabe wird erSindungsgemäß bei einer elastischen Kupplung
gelöst durch einen inneren Metallring, dessen radial äussere Oberfläche radial krummlinig
konvex gebogen ist, durch einen äusseren Metallring, dessen radial innere Oberfläche
radial krummlinig konvex gebogen ist, und durch einen Ring aus einem elastomeren
Material, der zwischen dem inneren und äusseren Metallring angeordnet ist und dessen
radial innere und radial äussere Oberfläche so radial krummlinigkonkav gebogen ist,
daß er gutsitzend an der äusseren Oberfläche des inneren Metallrings bzw, der inneren
Oberfläche des äusseren Metallrings befestigt ist, wobei zur Vermeidung der anfänglichen
Spannung der Oberflächen des Rings aus elastomeren Material der Schermodul eines
Oberflächenbereichs des Rings aus elastomeren Material kleiner als der eines inneren
Bereichs des Rings ist.
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Die Erfindung schafft also eine elastische Kupplung, bei der Gummi
oder ein elastomeres Material als elastisches Element verwendet werden. Die elastische
Kupplung enthält einen inneren Metallring, dessen radial äussere Oberfläche radial
krummlinig konvex gebogen ist; weiterhin einen äusseren Metallring, dessen radial
innere Oberfläche radial krummlinig konvex gebogen ist; und schließlich einen Ring
aus elastomeren Material, der zwischen dem inneren und dem äusseren Metallring angeordnet
ist, und dessen radial innere und äussere Oberfläche so radial krummlinig konkav
gebogen sind, daß sie jeweils gut sitzend an der äusseren Oberfläche des inneren
Metallrings und der inneren Oberfläche des äusseren Metallrings befestigt werden
können.
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Dabei ist der Schermodul eines Oberflächenbereichs des Rings aus elastomeren
Material kleiner als der eines inneren Bereichs dieses Rings, so daß die anfängliche
Spannung der Oberflächen des Rings aus elastomeren Material vermieden ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen naher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen longitudinalen Schnitt durch eine herkömmliche,
Gummi verwendende elastische Kupplung im freien, nicht beanspruchten Zustand, bevor
sie zusammengebaut ist; Figur 2 eine Figur 1 ähnliche Ansicht, wobei jedoch die
herkömliche, Gummi verwendende elastische Kupplung im zusammengebauten Zustand dargestellt
ist
Figur 3 eine zur Erläuterung dienende Ansicht, in der schematisch
die Wirkungsweise der elastischen, Gummi verwendenden Kupplung nach den Fig. 1 und
2 dargestellt ist; Figur 4 eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Ansicht, wobei jedoch
eine elastische, Gummi verwendende Kupplung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt
ist; Figur 5 eine Ansicht zur Erläuterung der lÇirkungsweise der elastischen, Gummi
verwendenden Kupplung nach Fig. 4; Figur 6 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen den physikalischen Eigenschaften und der Vulkanisierungsdauer des vulkanisierten
Gummis; und Figuren 7 bis 12 Figur 4 ähnliche Ansichten weiterer Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 4 ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Dabei bezeichnen in Fig. 4 die Bezugszeichen 1, 3 und 6 jeweils einen
äusseren Metallring, einen inneren Metallring und einen Gummiring , der durch eine
Vulkanisiserungsbehandlung an dem äus-seren und dem innerenMetallring 1 bzw. 3 befestigt
wird. In Fig. 5 ist eine Vorderansicht der elastischen Kupplung nach Fig. 4 dargestellt,
wobei das durch die elastische Kupplung zu übertragende Drehmoment durch die Verdrehungskraft
des Gumt:iirings 6 von dem äusseren Metallring 1
auf den inneren
Metallring 3 , und umgekehrt, übertragen wird, Herkömmliche elastische Kupplungen
sind von dem Typ, bei dem die in Fig. 4 gezeigten Linien aa und bb linear sind.
Werden jedoch bei der elastischen Kupplung die Linien aa und bb konkav, wenn sowohl
die Linie ab auf der Oberfläche des Gummielementes als auch die Linie cd zwischen
den Mittelpunkten auf den Gummioberflächen um einen Winkel durch Einwirkung eines
Drehmomentes auf die elastische Kupplung, wobei die PuSite c und a stationär gehalten
werden, gedreht werden, so werden der äussere Randpunkt b zu dem Punkt b' und der
äussere Mittelpunkt d zu dem Punkt d' verschoben, wodurch sich die Linien ab und
cd zu den Linien ab' bzw. cd' verlängern. Hierbei wird der Scher-oder Schubspannungsmodul
, der einen großen Einfluß auf die Bruchfestigkeit und die Haltbarkeit bzw. Lebensdauer
des Gummielementes hat, für die elastische Kupplung nach der vorliegenden Erfindung
durch die folgende Gleichung definiert:
hierbei bezeichnen R1 den Radius des äusseren Randpunktes a des inneren Metallrings
3, R1 den Radius des Mittelpunktes c der konvexen Oberfläche des inneren Metallringes
3, R2 den Radius des inneren Randpunktesb des äusseren Metallrings 3 , und R21 den
Radius des Mittelpunktes d der konvexen Oberfläche des äusseren Metallrings 1.
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Werden also die Scher- bzw. Schubspannungsmoduln des mittleren Bereichs
und des Oberflächenbereichs des Gummielementes durch c 1 bzw. # 2 bezeichnet, 2
wenn die elastische Gummikupplung um den Winkel verdreht wird , wie in den Fig.
4 und 5 dargestellt ist, so werden die Moduln # 1 und # 2 durch die folgenden Gleichungen
ausgedrückt:
Wenn in diesem Beispiel die Metallringe so konvex durchgebogen sind, wie in den
Fig. 4 und 5 dargestellt ist, daß die Höhe des mittleren Bereichs des Gummielementes
in der Weise kleiner als die der Seitenbereiche ist, daß sich die Beziehungen R2
> R'2 und R'1 > R1 ergeben, so läßt sich der Unterschied zwischen den Schermoduln
des mittleren Bereichs und der Seitenbereiche des Gummielementes aus der folgenden
Gleichung ermitteln:
Deshalb gilt die folgende Beziehung 2 Aus dieser Beziehung läßt
sich ableiten, daß der Schermodul g 1 in den mittleren Bereich des Gummielementes
größer als der Schermodulg" 2 an den Seitenbereichen ist.
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In Anbetracht dieser Beziehung beruht die vorliegende Erfindung auf
dem Konzept, daß die Schermoduln des mittleren Bereichs und der Seitenbereiche des
Gummielementes als Funktion der Wirkung der Vulkanisierung, der Verschlechterung
und. Alterung der Oberflächen und der Größe der Spannungskonzentration variiert
werden' so daß der konstruktive Querschnitt des Gummielementes in Bezug auf die
Haltbarkeit seiner jeweiligen Bereiche gleichmässig bzw. gleichförmig ist. Hierbei
hängt die Lebensdauer einer elastischen Kupplung dieser Art stark von dem Oberflächenzustand
seines Gummieiementes ab. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache soll mit der vorliegenden
Erfindung die Lebensdauer der elastischen Kupplung erhöht werden, indem die Haltbarkeit
des Oberflächenbereichs des Gummielementes vergrößert und der Aufbau der elastischen
Kupplung im Vergleich mit den herkömmlichen kupplungen vereinfacht wird. Deshalb
kann die elastische Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer großen Vielzahl
von Anwendungsfällen mit hohem Wirkungsgrad eingesetzt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind bei einer elastischen Kupplung
, bei der Gummi oder ein elastomeres Material als elastisches Element verlrendet
wird, das Gummielement und seine Oberflächen, die an den Metallringen angebracht
werden sollen1 so aufgebaut, daß der Schermodul eines Oberflächenbereichs des Gummielementes
kleiner als der eines inneren Bereichs dieses Elementes wird, wodurch die anfängliche
Spannung der Oberfläche des Gummielementes eliminiert wird. Damit kann die Verschlechterung
der Oberflächeneigenschaften, die unter dem Einfluß des in der Luft vorhandenen
Ozons erfolgt und die Haltbarkeit des Gummis oder des elastomeren Materials bestimmt,
vermieden werden, wodurch die spezifische Haltbarkeit oder Lebensdauer verbessert
wird. Als Ergebnis hiervon kann die anfängliche Spannung weitgehend eliminiert werden,
die sich sonst in einem bestimmten, lokal begrenzten Bereich des Gummielementes
aufgrund der vorher erfolgenden Druckbehandlung aufbauen könnte, die zur Erhöhung
der Haltbarkeit bzw. Lebensdauer eingesetzt wird.
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Da der bei einer elastischen Kupplung dieser Art verwendete Gummi
üblicherxseise durch die Vulkanisierungsbehandlung bei erhöhten Temperaturen an
den Netallringen angebracht wird, ist bekannt, daß es für einen Gummi mit einer
bestimmten Zusammensetzung einen optimalen Wert für die Aushärte- bzw.
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Vulkanisierzeit gibt. Im folgenden wird auf Fig. 6 Bezug genommen,
die den allgemeinen Verlauf der Beziehung z'rischen den physikalischen Eigenschaften
des vulkanisierten Gummis und der Zeitdauer für die
Vulkanisierungsbehandlung
darstellt, die gegen die physikalischen Eigenschaften aufgetragen ist. In Fig. 6
bezeichnen die Bezugsbuchstaben B, A und C den optimalen Vulkanisierpunkt sden nicht-vulkanisierten
Bereich bzw. den über-vulkanisierten Bereich.
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Bei den physikalischen Eigenschaften bezeichnen andererseits die Buchstaben
T, M, o und S die Zugfestigkeit , den Modul, die Streckung bzw. Ausdehnung und die
bleibende Formänderung ( oder permanente Spannung bzw. Deformation ). Die für die
Vulkanisierung erforderliche Zeitspanne wird teilweise durch die Vulkanisierungstemperatur
bestimmt; aus wirtschaftlichen und Qualitätsgründen sollte jedoch ein solcher Gummi
vermieden werden, da er eine Zusammensetzung hat, die die Vulkanisierungsgeschwindigkeit
stark verlangsamt.
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Es läßt sich nicht vermeiden, daß während einer vorher bestimmten
Zeitspanne der Vulkanisierung ein bestimmter Temperaturunterschied zwischen der
Innenseite und der Oberflächenschicht des Gummis mit einem niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten
auftreten wird. Insbesondere für eine elastische Hochleistungs-Kupplung, die für
eine Kraft- oder kltriebsmaschine mit hoher Ausgangsleistung benötigt wird, ist
in Anbetracht der Dimensions-Ausführung bzw. des Dimensions-Betriebsverhaltens ein
Gummielement mit hoher Dicke erforderlich, so daß sich ein großer Unterschied zwischen
der Vulkanisierungstemperatur für den mittleren Bereich und den Oberflächenschichten
des Gummielementes aufbaut.
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Dabei gilt insbesondere folgendes: wird der mittlere Bereich des Gummielementes
der entsprechenden, geeigneten Vulkanisierung untenwrfen, dann werden die
Oberflächenschichten
des Gummielementes in einem Ausmaß vulkanisiert, das die für eine geeignete Vulkanisierung
erforderliche Zeitspanne übersteigt.
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Werden andererseits die Oberflächenschichten der geeigneten Vulkanisierung
unterworfen , so reicht die Zeitspanne, die für die Oberflächenschichten erforderlich
ist, nicht für die optimale Vulkanisierung des mittleren Bereichs des Gummielementes
aus, so daß der mittlere Bereich im untervulkanisierten Zustand bleiben wird. Es
ist jedenfalls kaum zu vermeiden, daß eine gewisse Ungleichmässigkeit in der Vulkanisierungsbehandlunzwischen
dem mittleren Bereich und den Oberflächenschichten des Gummielementes auftritt.
Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung der mittlere Bereich des Gummielementes
mit dem niedrigen lWärmeübertragungskoeffizienten während der Wärmebehandlungin
der Nähe des konvexen Bereichs des Metallrings mit dem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten
angeordnet werden kann, wird der Wirkuqpgrad der Wärmeübertragung wesentlich verbessert.
Weiterhin können sowohl die Verringerung des Betriebsverhaltens in Bezug auf den
Widerstand gegen Alterung als auch die Verbesserung in der Lockerung der Spannungskonzentration
an den Oberflächen des Gummielementes - beide Wirkungen rühren von der leichten
Uberhitzung der Oberflächenschichten her - ausgeglichen werden, indem in entsprechender
Weise der Schermodul der Oberflächenschichten im Vergleich mit dem mittleren Bereich
des Gummielementes verringert wird, so daß die Bedingungen für den tatsächlichen
Einsatz in wirkungsvoller Weise gleichmässig gestaltet werden können. Da darüberhinaus
die Oberflächen des Metallrings
und des Gummielementes , die aneinander
befestigt werden sollen, krummlinig konvex gebogen sind, kann die Länge der Oberflächen
prtlongitudinale Einheitslänge des Metallrings im Vergleich mit der der konventionellen
elastischen Kupplung vergrößert werden, so daß die Stärke der Oberflächenverbindung
für die gleichen Abmessungen wirkungsvoll erhöht werden kann. Aus einer ähnlichen
Begründung ergibt sich, daß die Zugspannung der Oberfläche wirksam geschwächt werden
kann, die sonst aufgrund des Schrumpfen des Gummis während der Abkühlung nach der
Vulkanisierungsbehandlung auftreten würde.
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Da bei der elastischen Kupplung nach der Erfindung die Anzahl der
Gummielemente entsprechend dem gewünschten Drehmoment und dem beabsichtigten Verwendungszweck
nach Bedarf ausgewählt werden kann, läßt sich die elastische Kupplung vielen Drehmomentwerten
und Einsatzmöglichkeiten anpassen, so daß sie auf vielen Gebieten eingesetzt werden
kann.
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Im folgenden sollen mehrere modifizierte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben werden.
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Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform weist die elastische Kupplung
ein relativ dickes Gummielement auf, so daß es schwierig ist, die Temperaturen für
die Vulkanisierungsbehandlung zwischen dem mittleren Bereich und den Oberflächenschichten
des Gummielementes gleichförmig zu halten. In Fig. 7 bezeichnen die Bezugs2eichen
1, 3 und 6 den äusseren
Metallring, den inneren Metallring bzw.
den Gummiring, der durch die Vulkanisieruntsbehandlung an den äusseren und inneren
Metallringen 1 und 3 bebefestigt wird. Die ungleichmässige Vulkanisierung wird dadurch
ausgeglichen, daß die Schermoduln sowohl des Oberflächenbereichs als auch des inneren
Bereichs des Gummiringes kontinuierlich so geändert werden, daß sie sich einander
nähern, wodurch das Betriebsverhalten und die Lebensdauer der elastischen Kupplung
als Ganzes gleichmässig wird. Dabei gilt im einzelnen folgendes: Wird die Zeitspanne,
die zur Vulkanisierung des Gummielementes erforderlich ist, mit T bezeichnet, wird
weiterhin die Dicke des Gummielementes mit t bezeichnet, und ist der Wärmeübertra
gungskoeffizient des Gummielementes A, dann läßt sich empirisch eine Beziehung zwischen
diesen Größen aus der folgenden allgemeinen Gleichung erhalten: T = Ate Aus dieser
Gleichung ergibt sich, daß das Gummielement für die Vulkanisierungsbehandlung während
einer Zeitspanne erwärmt werden muß, die proportional zu seiner Dicke ist. Es ist
jedoch unmöglich, den mittleren Bereich und die Oberflächenschichten des Gummielementes
während unterschiedlicher Zeitspannen zu vulkanisieren. In der Praxis wird jedoch
das Ausmaß der ungleichmässigen Vulkanisierung zwischen dem inneren mittleren Bereich
und den Oberflächenschichten des Gummielementes, die stattfindet, indem zwangsweise
die dazwiscllen liegende Vulkanisierungsdauer
ausgeglichen wird,
proportional zu dem Quadrat der Gumnidicke, Tfie sich aus der Beziehung zwischen
der Gummidicke und der Vulkanisierungsdauer ergibt, Wird dies berücksichtigt, so
werden die Oberflächen A der Metallringe 1 und 3 ud des Gummirings 6, die aneinander
befestigt werden sollen, so ausgebildet, daß der Querschnitt, in Richtung der Dicke
des Gummis gesehen, durch eine solche Kurve gebildet wird, deren Höhe sich proportional
zu dem Quadrat der Gummidicke ändert. Wie sich aus Fig. 7 ergibt, wird deshalb der
Querschnitt so ausgebildet, daß er einen konvex gebogenen mittleren Bereich A und
leichter ansteIgende, seitliche Randbereiche B hat. Damit wird der Querschnitt so
ausgebaut, daß die für den Einsatz wesentliche Bedingung, nämlich die Scher- oder
Schubspannung, in den Bereichen in der Nähe der Oberflächenschichten mit einem minderwertigen
Material abgeschwächt wird, während diese spezifische Bedingung im mittleren Bereich
mit einem hochwertigen Material relativ stark zum Tragen kommt, so daß diese Bedingung
kontinuierlich von dem zuerst genannten Bereich bis zu dem zuletzt genannten Bereich
variiert werden kann. Als Ergebnis hiervon können die auf die jeweiligen Bereiche
des Gummielementes ausgeübten Belastungen ausgeglichen werden, so daß durch die
teilweisen schwachen Punkte in Bezug auf die Lebensdauer keine Verschlechterung
der Qualität der gesamten elastischen Kupplung auftritt; dadurch ergibt sich eine
elastische Kupplung mit ausgezeichneten Eifflenschaften und Wirkungen.
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In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
dargestellt, bei der eine Verstärkung
der Oberfldchenschichten
des Gummielementes angestrebt wird. Bei einer elastischen Kupplung dieser Art ist
die Stärke bzw. Festigkeit der Oberflächenschichten sehr wichtig; dabei sind die
Oberflächen der inneren und äusseren Metallringe 3 und i und des Gummirings 6, die
aneinander befestigt werden sollen, so geformt, daß ihr innerer mittlerer Bereich
mit konvex gebogenen Kurven mit größeren Durchmessern R und R' und ihre seitlichen
Bereiche mit ähnlichen Kurven mit kleineren Durchmessern r und r ausgebildet sind.
Durch diese Anordnung haben die Oberflächenschichten einen Schermodul, der wesentlich
kleiner als der des inneren Bereichs ist, so daß die Verschlechterung der Eigenschaften
aufgrund des Angriffs von Ozon und seiner weiteren Einwirkung und der Spannungskonzentration,
sowie der Einfluß auf die Drehmomentübertragung verringert werden können. Dabei
werden die Bereiche der Oberflächenschichten, die dem Angriff bzw. der Eiii:irkungvon
Özonbesonders ausgesetzt sind, nämlich die Bereiche, die die Teile der Oberflächenschichten
enthalten, die ungefahr 2 mm von den seitlichen Oberflächen des Gummielentes verlaufen,
so ausgelegt, daß ihr Schermodul kleiner als der des inneren Bereichs des Gummielementes
ist, wodurch ihre Haltbarkeit bzw. Lebensdauer der des inneren Bereichs angeglichen
wird.
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Dabei tritt jedoch folgendes Problem auf: die Höhe des Gummielementes
wird merklich erhöht, wenn der Schermodul der Oberflächenschichten im Verglei-ch
mit dem mittleren Bereich wirl-sam verringert werden soll. Diese Schwierigkeit kann
durch die in den Fig.
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9 bis 12 gezeigten Beispiele überlmnden werden.
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Dabei sind ein Metall-Zwischenring oder Ringe 2 oder 2 und 3 zwischen
den getrennten Gummiringen 4 und 5 oder zwischen getrennten Gummiringen 4, 5 und
8 angeordnet, wodurch ein Knicken des Gummielementes vermieden wird. Insbesondere
in den Beispielen nach den Fig. 9 und 10 können die Variationen im Querschnitt des
äusseren Netallrings 1 und des inneren Metallrings 3 zu Änderungen in den Schermoduln
führen. Weiterhin können in dem Fall, bei dem die Variationen der spezifischen Moduln
durch Querschnitts-Änderungen der beiden Metallringe 1 und 3 erzeugt werden, wenn
der Mefall-Zwischenring 2 oder die Ringe 2 und 7 eingeführt werden, die Metallringe
2 oder die Ringe 2 und 7 in der Form einer konvexen Linse ausgebildet sein, wie
in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, um auf diese Weise die Schermoduln zu variieren.
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- Patentansprüche -