DE2653007C2

DE2653007C2 - Kupplung zur Verbindung einer antreibenden mit einer angetriebenen Welle

Info

Publication number: DE2653007C2
Application number: DE2653007A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Alan Euclid Ohio Bergman
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1976-11-22
Publication date: 1985-08-14
Also published as: GB1543131A; DE2653007A1; FR2332454B3; FR2332454A1; IT1075184B; JPS5264552A; JPS6010208B2; US4050266A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur Verbindung einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle, bestehend aus einer Kupplungsscheibe, die ein kreuzförmiges starres Zwischenglied sowie vier paarweise diametral gegenüberliegende starre Verbindungsblöcke umfaßt, die zwischen den Armen des Zwischengliedes angeordnet und mit diesem über Elastomereinsätze verbunden sind, wobei jeweils ein paar diametral gegenüberliegender starrer Verbindungsblöcke an die Antriebswelle und das andere Paar diametral gegenüberliegender starrer Verbindungsblöcke an die Abtriebswelle angeschlossen ist.

Eine derartige Kupplung ist aus den US-Patentschriften 31 20 745.23 37 287 und 22 13 277 bekannt.

Die aus der US-PS 31 20 745 bekannte Kupplung ist für ein Fahrzeug ausgelegt, das überwiegend in Vorwärts/ichtung betrieben wird. Hierzu ist es vorgesehen, die in Vorwärtsdrehnchtung zwischen den Verbindungsblöcken und den Zwischengliedarmen angeordneten Elastomereinsätze voluminöser zu gestalten als diejenige, welche in Rückwärtsdrehrichtung zwischen den Verbindungsblöcken und den Zwischengliedarmen angeordnet sind. Dadurch wird die höhere pruckbelastbarkeit der dickeren Elastomereinsätze und die höhere Kraflübertragungskapazität der dünneren Eiastomereinsätze ausgenützt. Die größere Materialmenge der in Vorwärtsdrehrichtung angeordneten Elastomereinsätze führt zu einer Verringerung der durch Winkelabweichungen der Wellen bedingten Scherbelastungen dieser Einsätze, wodurch die Wärmeerzeugung im Elastomermaterial verringert wird. Ein erhöhter Scherwiderstand bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß die betreffenden Elastomereinsätze in erhöhtem Maße denjenigen Verkantungsverformungen unterliegen, die bei einer relativen winkelmäßigen Fehlausrichtung der Wellen zueinander an dem relativ zu den reinen Scherverformungssteller um etwa 90° versetzten Verkantungsformungsstellen auftreten und die für die Lebensdau r der

to Elastomereinsätze besonders schädlich sind.

Bei der aus der US-PS 23 37 287 bekannten Kupplung werden Elastomereinsätze gleicher Dicke verwendet, die unter Vorspannung zwischen die Verbindungsblökke und die Zwischenglieda.-me eingesetzt sind. Auch bei dieser Kupplung bewirken Winkelabweichungen der Wellen zyklisch aufeinanderfolgend reine Scherbelastungen sowie Verkantungsbelastungen der Elastomereinsätze, wobei letztere Belastungsart sich wieder besonders ungünstig auf die Lebensdauer der Elastomereinsätze auswirkt.

Die aus der US-P-S 22 13 277 bekannte Kupplung weist ein Zwischenglied auf, das in einen scheibenförmigen Elastomerkörper einvulkanisiert ist, wobei Verbindungsblöcke U-förmigen Querschnitts den Elastomerkörper in radialer Richtung umgreifen. Mit diesem speziellen Aufbau der Kupplungsscheibe soll erreicht werden, daß das im weser* '.ichen nicht komprimierbare Elastomermaterial vom druckbelasteten Bereich zwischen einem Verbindungsblock und dem zugeordneten Zwischengliedarm zum zugbelasteten Bereich zwischen diesem Verbindungsblock und dem entsprechenden Zwischengliedarm fließen kann, ohne die Elastomeroberflächen einer nennenswerten Scherbelastung auszusetzen. Diese Favorisierung von Zug- und Druckbelastung verursacht bei Winkelabweichungen der Wellen in erheblichem Maße Walkverformungen des Elastomermaterials, die schädlich für die Lebensdauer des Elastomerkörpers sind.

Eine aus der US-PS 35 05 832 benannte, gattungsfremde flexible Kupplung umfaßt zwei Ringscheiben, die mit einer Vielzahl radialer, gleichmäßig beabstandeter Flügel versehen sind. Die beiden jeweils mit einer Welle starr verbundenen Ringscheiben sind parallel zueinander derart angeordnet, daß die Flügel der einen Ringscheibe in die Flügelzwischenräume der anderen Ringscheibe eingreifen, wobei die Flügel der Ringscheiben in Umfangsrichtung miteinander durch elastisch verformbare Einsätze verbunden sind, welche aus abwechselnd elastische!/ und nicht elastischen, miteinander verbundenen, radialen Lamellen aufgebaut sind, um große Druckkräfte ohne wesentlicne Kompression der Einsätze und unter Beibehaltung der Scherverformbarkeit von der antreibenden auf die angetriebene Welle übertragen zu können. Aufgrund der Rundumanflanschung der beiden Wellen an die Flügel ist diese bekannte Kupplung für den Ausgleich winkelmäßiger Fehlausrichtungen der beiden Wellen nicht geeignet, und es tritt das bei einer gattungsgemäßen Kupplung vorliegende Problem einer unbefriedigenden Lebensdauer durch erhöhte Verkantungsbelastung nicht auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin.die Lebensdauer einer Kupplung der eingangs genannten ArI zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch wird erreicht, daß Winkelabweichungen der Wellen in erster Linie durch zyklische Scherbelastungen der Elastomereinsätze aufgenommen werden. Dieses

bevorzugte Nachgeben des Elastomermaterials auf Scherbelastungen bei winkelversetzten Wellen verursacht zumindest eine wesentliche Herabsetzung der auf die Elastomereinsätze einwirkenden Verkantungsverforniungen, wodurch dfee Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kupplung wesentlich erhöht ist.

Eine erhöhte Scherwcidhheit bei gleichzeitiger Erhöhung des Verkantungswiderstandes wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß in jeden Elastomereinsatz mindestens eint im wesentlichen radiale, platteniörmige Einlage aus einem im Verhältnis zu den Elastomereinsätzen starren Material eingebettet ist. Vorzugsweise ist dabei jede Einlage in di&r Nähe des Außenumfangs am stärksten und verjüngt sich in Radialrichtung zur Mitte hin.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß jeder Elastomereinsatz in Umfangsrichtung unter eine Druckvorspannung gesetzt ist, um zu verhindern, daß die Elsistomereinsätze beim Obertragen des Drehmoments von der antreibenden zur angetriebenen Welle gedehnt werden.

im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kupplung,

F i g. 2 eine Vorderansicht der Kupplung nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2 voini F s g. 1,

F i g. 3 eine Rückansicht der Kupplung nach F i g. 1 entlang der Linie 3-3 vom F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt duirch die Kupplung nach F i g. 2 entlang der Linie 4-4 von F i g. 2, und

F i g. 5 eine Ansicht den- Kupplungsscheibe der Kupplung nach F i g. 4 entlang der Linie 5-5 von F i g. 4.

In Fig. 1 ist eine elastische Kupplung 10 dargestellt, die eine Antriebswelle 112 mit einer Abtriebswelle 14 verbindet Wie aus den F i g. 3 und 5 ersichtlich, besteht die Kupplung 10 aus einer elastischen Kupplungsscheibe 16, die ein kreuzförmiges Zwischenglied 18 umfaßt, welches aus einem starrem Material wie Stahl oder Aluminium besteht Das starre Zwischenglied 18 besitzt vier koplanare Arme 20a bis 2Od, die sich von einer zentralen Nabe 22 aus radial erstrecken, wobei jeder der Arme 20a bis 2Od im wesentlichen eine keilförmige Gestalt aufweist, und zwar derart, daß Breite und Dicke jedes Arms in der Nähe des Außenumfangs des Zwischenglieds 18 am stärkten ist und sich zur zentralen Nabe 22 hin verjüngt

Zwischen benachbarten Armen 20a bis 20c/des kreuzförmigen starren Zwischenglieds ist jeweils ein starrer Verbindungsblock 24,26„ 28 und 30 angeordnet, der aus Stahl und Aluminium besteht und eine ähnliche keilförmige Gestalt aufweist wie die Zwischengliedarme 20a bis 2Od. Jeoer eier Verbimdungsblöcke 24, 26, 28 und 30 ist mit einer Oewindebolnrung 32 und einem ringförmigen Vorsprung 34 verseilen, der um die Gewindebohrung 32 angefacht und ium Außenumfang der Kupplungsscheibe 15 hin versetzt ist. Auf den beiden diametral gegenüberliegenden Verbindungsblöcken 26 und 30 sind die Vorspi'ünge 34 aniiriebswellenseitig angeordnet, während die Vorsprung« 54 auf den diametral gegenüberliegenderi Verbinduiij'sblöcken 24 und 28 abtriebs-„ wellenseitig aflgeordnetisifmd.

Jeder Verbiridungsblotik 24 bis 30 ist mit den benachbarten Armen 20a bis iMlifdes Zwischenglieds 18 über Elastomereinsätze 36, 3ili„4O, 42, 44, 46, 48 und 50 verbunden. Jeder Elssirmeneiiinsatz 36 bis 50 ist dabei mit einer seiner radialen Grenzflächen an einer radialen Grenzfläche eines starrejl Verbindungsblocks und mit seiner anderen radialen Grenzfläche an der Grenzfläche eines Zwischengliedarms angebracht und weist eine ähnlich sich verjüngende Gestalt wie die Zwischengliedarme und die Verbindungsblöcke auf. Die Elastomereinsalze 36 bis 50 sind in Unifangsrichtung unter Druckvorspannung eingesetzt Diese Druckvorspannung läßt sich beispielsweise dadurch erzeugen, daß die starren Verbindungsblöcke 24 bis 30 radial nach außen versetzt über die Elastomereinsätze mit den Zwischengliedarmen verbunden sind und zur Montage der Kupplungsscheibe an die Wellen 12 und 14 radial nach innen gedrängt werden müssen.

Zur Befestigung der Kupplungsscheibe 16 an der antreibenden Welle 12 ist eine starre, längliche Adapterplatte 54 vorgesehen, die mit den Verbindungsblöcken 26 und 30 der Kupplungsscheibe 16 verbunden sind. Diese Verbindung wird mittels zweier Senkkopfschrauben 60 hergestellt, die mit ihrem jewei'igen Senkkopf 62 in versenkte Bohrungen 56 der Adapterplatte 54 eingesetzt und in die jeweilige Gewindsbohrung 32 in den starren Verbindungsblöcken 26 und 70 eingeschraubt sind. Die radial nach außen versetzten Verbindungsblöcke 26 und 30 werden zur Herstellung eines paßgenauen Anschlusses an die Adapterplatte 54 radial nach innen gepreßt bis die ringförmigen Vorsprünge 34 auf den Verbindungsblöcken 26 und 30 in entsprechende Vertiefungen 58 auf der Adapterplatte 54 einrasten, die gegenüber den Bohrungen 56 zum Zentrum der Adapterplatte 54 hin versetzt sind.

In der Adapterplatte 54 sind drei weitere Gewindebohrungen 63 vorgesehen, die der Befestigung eines dreieckigen Flansches 52 dienen, der am kupplungsseitigen Ende der Antriebswelle 12 ausgebildet ist. Der dreieckige Flansch 52 weist Bohrungen 65 auf, über welche der dreieckige Flansch nach Ausrichtung der Gewindebohrungen 63 mit den Flanschbohrungen 65 durch eine Sicherungsschraube 64 verbunden ist.

F i g. 4 ist zu entnehmen, daß der zentrale Abschnitt der Adapterplatte 54 von der benachbarten EndHäche der Kupplungsscheibe 16 abgehoben ist, um eine Relativbewegung zwischen der Adapterplatte und der Kupplungsscheibe zu ermöglichen.

In F i g. 3 ist ein Verbindungsteil 66 dargestellt, welches der Befestigung der Kupplungsscheibe 16 an der angetriebenen Welle 14 dient Der Verbindungsteil 66 umfaßt einen hohlen Wellenstummel 68 mit einer in Längsrichtung angebrachten inneren Verzahnung 70. Auf diesem Wellenstummel sind zwei diametral gegenüberliegende starre Arme 72 ausgebildet, die an der.

Verbindungsblöcken 24 und 28 der Kupplungsscheibe 16 angeschlossen werden. Analog zur Befestigung der Kupplungsscheibe 16 an der antriebsseitigen Welle 12 sind in den Armen 72 Bohrungen 74 vorgesehen, in deren Erreich kupplungsscheibenseitig Vertiefungen 76 vorgesehen sind, die zum Zentrum des Wellenstuhls 68 hin verschoben sind um einen Paßeingriff m:t den ringförmigen Vorsprüngen 34 auf den Verbiiidungsblöcken 24 und 28 zu bilden. Die Verbindung der Kupplungsscheibe 16 mit den beiden Armen 72 des Wellenstummels 68 wird durch Schrauben 64 gesichert die mit ihrem Gewinde in die Gewindebohrungen 32 der Verbindungsblöcke 24 und 28 eingeschraubt sind.

Das küpplungsseitige Ende der angetriebenen Welle 14 weist einen verlängerten Durchmesser mit einer verzahnten Außenfläche 82 auf, um den Wellenstummel 68 drehfest mit der Wellt· 14 zu verbinden. Eine Relativbewegung zwischen der Kupplungsscheibe 16 und dem Wellenstummel 68 wird dadurch gewährleistet, daß das

kupplungsseitige Ende des Wellenstummels 68 von der benachbarten Endfläche der Kupplungsscheibe 16 abgehoben ist.

Bei der Übertragung eines Drehmoments von der antreibenden Welle 12 für die angetriebene Welle 14 wird je nach Drehrichtung auf alternierende Paare diametral gegenüberliegender Elastomereinsätze 36 bis 50 Druck ausgeübt. Wird beispielsweise die antreibende Welle 12 in F i g. 2 im Uhrzeigersinn gedreht, so werden ⁵CUe Elastomereinsätze 36,38,44 und 46 mit einer höheren Drucklast beaufschlagt als die übrigen Elastomer einsätze. Da sämtliche Elastomereinsätze 36 bis 50 in Druckrichtung vorgespannt eingesetzt sind, werden bei der angeführten Drehnchtung die Elastomereinsätze 40,42,48 und 50 nicht unter Zugbelastung gesetzt.

Aufgrund der Freiräume zwischen der Kupplungsscheibe 16 und der Adapterplatte 54 bzw. dem Verbindungsteil 66 ist in einem gewissen Ausmaß eine relative Verschiebung der weiien i2 und i4 in Achsrichtung möglich, die sich in einer Scherbelastung der Elastomereinsätze 36 bis 50 äußert.

Winkelabweichungen zwischen den Wellen 12 und 14 verursachen aufgrund der erfindungsgemäß hohen Scherweichheit der Elastomereinsätze 36 bis 50 im wesentlichen nur Scherbelastungen der elastomeren Körper 36 bis 50. Wird beispielsweise das linke Ende der Seite 12 in F ig. 1 nach unten geneigt, so unterliegen die elastomeren Körper 36, 42, 44 und 50 lediglich einer Scherverformung, da der starre Verbindungsblock 30 in Fig. 1 nach links g zogen und der starre Verbindungsblock 26 in F i g. 1 nach rechts gestoßen wird. Aufgrund der hohen Verkantungssteifigkeit werden bei dieser Bewegung die Elastomereinsätze 38, 40, 46 und 48 nur wenig verformt. Wird die Welle 12 um eine Viertel Umdrehung im Uhrzeigersinn weitergedreht, so erfahren die Elastomereinsätze 38,40,46 und 48 eine reine Scher-

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IC ATt AA

und 50 nur im geringen Maße einer Verkantungsverformung unterworfen sind. Bei einer beliebigen Drehausrichtung der Kupplung 10 zwischen den eben geschildenen Drehstellungen wird die Winkelabweichung der Wellen 12 und 14 in erster Linie durch eine Kombination von Scherverformungen aller Elastomereinsätze 36 bis 50 aufgenommen.

Eine hohe Scherweichheit der Elastomereinsätze 36 bis 50 bei gleichzeitig hoher Verkantungssteifheit läßt sich dadurch erreichen, daß in jedem Elastomereinsatz mindestens eine plattenförmige Einlage 84 eingebettet ist, die im wesentlichen radial zum Umfangskreis der Kupplungsscheibe 16 verläuft und keilförmig oder flach ausgebildet ist, wobei keilförmig ausgebildete Einlagen mit ihrer größten Breite im Bereich des Außenumfangs der Kupplungsscheibe 16 angeordnet sind. Diese keilförmig ausgebildeten Einlagen 84 gewährleisten eine minimale Verformung der Elastomereinsätze, wenn diese aufgrund von Winkelabweichungen der Wellen 12,14 einer Verkantungsbelastung ausgesetzt sind.

Um die vorteilhafte Scherweichheit der Elastomereinsätze 36 bis 50 voll ausnützen zu können, ist es wesentlich, daß jeweils nur zwei diametral gegenüberliegende starre Verbindungsblöcke mit einer der beiden zu kuppelnden Wellen verbunden sind.

Neben Winkelabweichungen und relativen Verschiebungen der Wellen 12 und 14 in Axialrichtung kann die Kupplung 10 auch axiale Versetzungen oder nicht koaxiale parallele Versetzungen der Wellen 12 und 14 aufnehmen. Wird so beispielsweise die antreibende Welle 12 parallel zur angetriebenen Welle 14 in F i g. 1 ohne zusätzliche Neigung nach oben versetzt, so treten weder schädliche Spannbelastungen noch Verkantungsbelastungen auf. Bei dieser Art von Auslenkung unterliegen die Elastomereinsätze 36 und 50 im wesentlichen einer Scherung, während die diametral gegenüberliegenden Elastomereinsätze 42 und 44 aufgrund der Keilwirkung zwischen dem sich nach innen verjüngenden Verbindungsblock 26 und den benachbarten sich verjüngenden Armen 20f> und 20c des Zwischenglieds Iediglich einer Druckbelastung unterworfen sind. Die EIasiumerkörper 33 und 48 sind bei dieser Versetzungsart ausschließlich druckbelastet, während die Elastomereinsätze 40 und 46 aufgrund der umfangsmäßigen Vorspannung aller Elastomereinsätze keiner Zugbelastung unterliegen. Durch die Keilform der Verbindungsblöcke und der Zwischengliedarme ist eine axiale Wellenversetzung nur im beschränktem Maße möglich. Wenn von der Kupplung größere axiale Versetzungen der Wellen Ϊ2 und i4 toleriert werden soil, sind rechtwinklige Verbindungsblöcke zu wählen. In diesem Fall werden Axialversetzungen ausschließlich durch Scherverformung der Elastomereinsätze 36 bis 50 aufgenommen und das Ausmaß der Versetzung ist bestimmt durch den freien Raum zwischen den radial innenliegenden Kanten der Verbindungsblöcke und der Nabe 22 des Zwischengliedes 18, Die Begrenzung durch die Nabe 22 kann dadurch beseitigt werden, daß die Arme 20a bis 20c/starr mit einel die Kupplungsscheibe 16 umgebenden Außennabe verbunden werden und die innerhalb der Kupplungsscheibe 16 angeordnete Nabe 22 weggelassen wird.

Solange darauf geachtet wird, daß jeweils nur zwei diametral gegenüberliegende starre Verbindungsblöcke 24 bis 30 mit einer der beiden zu kuppelnden Wellen verbunden werden, kann die Kupplung 10 auch ohne ein spezielles Verbindungsteil 66 bzw. eine Adapterplatte

CjI iiifnakaiit cAan

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kupplung zur Verbindung einer Antriebsweile mit einer Abtriebswelle, bestehend üus einer Kupplungsscheibe, die ein kreuzförmiges starres Zwischenglied sowie vier paarweise diametral gegenüberliegende starre Verbindungsblöcke umfaßt, die zwischen den Armen des Zwischengliedes angeordnet und mit diesem über Elastomereinsätze verbunden sind, wobei jeweils ein Paar diametral gegenüberliegender starrer Verbindungsblöcke an die Antriebswelle und das andere Paar diametral gegenüberliegender starrer Verbindungsblöcke an die Abtriebswelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteifigkeit der Eiastomereinsätze (36—50) derart größer ist als deren Schersteifigkeit, daß bei zueinander abgewinkelten Wellen (12, 14) der Scherwiderstand der Elasiomereinsätze,C?6—50) gegen Parallelverschiebungi:n ihrer Grenzflächen geringer ist als der Verkantungswiderstand, den die Elastomereinsätze (36—50) einem Verkanten ihrer Grenzflächen entgegensetzen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Elastomereinsatz (36—50) mindestens eine im wesentliche radiale, plattenförmige Einlage (84) aus einem im Verhältnis zu di;n Elastomereinsätzen starren Material eingebettet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einlage (84) in der Nähe des Außenumfangs a¹?! stärksten ist und sich in Radialrichtung zur Mitte hin verjüngt

4. Kupplung nach einem der -.orhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elastomereinsatz (36—50) in Umfangsj.;htung unter eine Druckvorspannung gesetzt ist.