DE2659261C2 - Elastische Wellenkupplung, insbesondere zur Verbindung einer Brennkraftmaschine mit einem hydrodynamischen Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung, insbesondere zur Verbindung einer Brennkraftmaschine mit einem hydrodynamischen Getriebe, deren Kupplungshälften regelmäßig um die Drehachse verteilte ebene Fläche'n bilden, zwischen denen paarweise einander vorspannende elastische Zwischenstücke angeordnet sind, wobei die in der normalen Antriebsrichtung belasteten treibseitigen elastischen Zwischenstükke eine wesentlich größere Steifigkeit als die in der entgegengesetzten Drehrichtung belasteten bremsseitigen elastischen Zwischenstücke aufweisen, und wobei die Vorspannung so bemessen ist, daß die beiderseitige Flächenberührung der treibseitigen elastischen Zwischenstücke auch bei Kompressionsbremsung mit der Brennkraftmaschine erhalten bleibt.

Elastische Wellenkupplungen haben ganz allgemein die Aufgabe, Winkelfehler zwischen den Achsen der zu kuppelnden Teile auszugleichen sowie eine gewisse relative Axialbewegung zwischen den zu kuppelnden Teilen zu ermöglichen. Gleichzeitig sollte die Elastizität der Kupplung von solcher Art sein, daß die miteinander gekuppelten Teile jederzeit bei Drehzahlen unterhalb der kritischen Drehzahl oder in bestimmten Fällen bei Drehzahlen zwischen kritischen Drehzahlbereichen

rotieren.

Bei einer bekannten elastischen Wellenkupplung der eingangs genannten Art (DE-OS 24 15 282) sind die Zwischenstücke von gummielastischen Einsätzen gebildet, welche die von Vorsprüngen gebildeten Flächen der einen Kupplungshälfte in Gestalt von Hülsen aus gummielastischem Material umschließen. Unter extremen Bedingungen läßt jedoch die betriebliche Zuverlässigkeit von Gummi oder ähnlichen Materialien zu wünschen übrig. Beispielsweise kann Gummi unter extremen Temperaturen erhärten oder brüchig werden. Auch ist eine Gummihülse verhältnismäßig teuer. Es besteht deshalb das Verlangen nach Schaffung einer Wellenkupplung, welche den oben genannten Zweck ohne die vorerwähnten Nachteile erreicht

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Wellenkupplung der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß sie sich kostengünstig herstellen läßt und keine Gefahr von Alterungserscheinungen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) die elastischen Zwischenstücke als metallische Blattfedern ausgebildet sind,

b) die treibseitigen Blattfedern eine in Umfangsrichtung weisende Wölbung aufweisen, deren Scheitel sich gegen die ebenen Flächen der treibenden Kupplungshälfte und deren Enden sich gegen die ebenen Flächen der getriebenen Kupplungshälfte abstützen,

c) die bremsseitigen Blattfedern mit jeweils einem Ende mit der getriebenen Kupplungshälfte fest verbunden sind und sich frei zu der treibenden Kupplungshälfte hin erstrecken, gegen deren ebene Flächen sie sich unter Vorspannung abstützen.

Die Ausbildung von elastischen Zwischenstücken als metallische Blattfedern ist bei einer anders gearteten elastischen Wellenkupplung bereits früher verwirklicht worden. Bei der bekannten Wellenkupplung weisen jedoch die elastischen Zwischenstücke in beiden Belastungsrichtungen die gleiche Steifigkeit auf, wodurch der Kupplung in beiden Drehrichtungen dasselbe Kraftübertragungsvermögen gegeben wird. Die bekannte Wellenkupplung ist auch offensichtlich nicht zur Verbindung einer Brennkraftmaschine mit einem hydrodynamischen Getriebe bestimmt und den dort auftretenden Stoßbelastungen in keiner Weise gewachsen.

Demgegenüber schaffen die hinzutretenden weiteren Merkmale der Erfindung eine elastische Wellenkupplung, die in der normalen Antriebsrichtung eine verhältnismäßig steile Federcharakteristik bei hohem Momentübertragungsvermögen aufweist und auf der Bremsseite demgegenüber eine weichere Federcharakteristik liefert, deren Drehmomentübertragungsvermögen aber immer noch so hoch ist, daß unter normalen Betriebsbedingungen die Dreipunktabstülzung der treibseitigen Blattfedern voll erhalten bleibt. Es ist dadurch möglich, die Steifigkeit der treibseitigen Blattfedern so groß zu wählen, daß die kritische Drehzahl unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen oberhalb der tatsächlich auftretenden Drehzahlen liegt. Des weiteren läßt sich die Wölbung der treibseitigen Blattfedern so bemessen, daß die Streckgrenze des Blattfedermaterials vor der Durchbiegung der Blattfedern in ihre Strecklage erreicht wird. Dies hat zur Folge, daß sich einzelne zunächst stärker tragende Blattfedern durch die anfängliche Überlastung von selbst an die übrigen Blattfedern anpassen und dadurch alle treibseitigen Blattfedern letztlich denselben Anteil des zu übertragenden Drehmoments übernehmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Antriebsverbindung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit einer Brennkraftmaschine,

F i g. 2 in vergrößertem Maßstab ein Querschnitt nach Linie2-2 in Fig. 1,

Fig.3 in noch größerem Maßstab einen eine treibseitige sowie eine bremsseiiige Blattfeder bildenden Federstreifen zwischen einem Vorsprung des einen Kupplungsteils und einer Ausnehmung des anderen Kupplungsteils,

Fig. 4 in wiederum kleinerem Maßstab einen Querschnitt nach Linie 4-4 in F i g. 3,

F i g. 4A einen Querschnitt gleicher Größe nach Linie 4A-4/4 in Fig. 3,

Fig.5 in gleichem Maßstab wie in Fig.4 eine Seitenansicht der treibseitigen Blattfeder nach Fig.3 und

Fig. 6 eine entsprechende Seitenansicht der bremsseitigen Blattfeder nach F i g. 3.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine wie ein Dieselmotor bezeichret, die ihr an einer Abtriebswelle 11 erzeugtes Drehmoment über ein Schwungrad 12 auf ein Getriebe (Transmission) 13 überträgt, das ein hydrodynamisches Getriebe sein kann.

Gemäß Fig. 2 enthält das Schwungrad 12 eine Vielzahl im gleichen Winkel ringsum die Achse der Abtriebswelle 11 verteilter schlitzförmiger Ausnehmungen 15, in welche axiale Vorsprünge 16 eingreifen, die von einem rotierenden Eingangsglied des Getriebes 13, wie dem Wandlerumlaufgehäuse eines hydrodynamischen Getriebes, vorstehen und mit diesem aus einem Stück gefertigt sind.

Bekanntlich dient eine solche Vielzahl von »Zaplen/ Schlitzw-Verbindungen zum Ausgleich von axialen Verlagerungen zwischen dem Schwungrad 12 und dem Getriebe 13. Dies wird dadurch zustande gebracht, daß die Zapfen/Schlitz-Verbindungen derart konstruiert sind, daß, während eine Radialbewegung zwischen den Vorsprüngen und Ausnehmungen durch eine größere Erstreckung der Ausnehmungen in Radialrichtung zugelassen wird, eine solche Bewegung nur ohne Änderung der Zentrierung aufgrund der Wirkungen der Ausnehmungen und Vorsprünge mit 90° Versatz in Umfangsrichtung zugelassen wird. Dies bedeutet, daß die Zapfen/Schlitz-Verbindungen so betrachtet werden können, als ob sie in Paare oder Gruppen aufgeteilt sind, dergestalt, daß die Federkraft einer jeden Gruppe eines Paars lotrecht zur resultierenden Kraft der anderen Gruppe dieses Paars gerichtet ist. Zusätzlich können die Vorsprünge eine begrenzte Axialbewegung in ihren Ausnehmungen ausführen, um Winkelfehler zwischen den Achsen der zu kuppelnden Teile 11,12, sowie axiale Verlagerungen derselben zu korrigieren.

Wie Fig. 3 zeigt, nimmt eine jede schlitzförmige Ausnehmung 15 einen zapfenförmigen Vorsprung 16 auf, der, wie insbesondere auch aus Fi g. 4A erkennbar ist, mit sich in Umfangsrichtung streckenden oberen und unteren Nuten 70 bzw. 72 versehen ist. Eine auf der Bremsseite des Vorsprungs 16 angeordnete Gewindeplatte 17 enthält mit den Nuten 70 bzw. 72 fluchtende Gewindelöcher 17Λ bzw. 17ß zur Aufnahme von

Befestigungsschrauben 40 bzw. 50. Durch diese Ausbildung muß nur die Gewindeplatte 17 feinbearbeitet werden und nicht der Vorsprung, was die Herstellung der gesamten Anordnung vereinfacht und verbilligt.

In der Darstellung nach Fig.3 würde sich das Schwungrad von links nach rechts bewegen, so daß die Kraft vom Schwungrad 12 auf die linke Seite des Vorsprungs 16 übertragen würde. Die Ausnehmung 15 enthält eine obere (radial äußere) Erweiterung 20, im wesentlichen radial verlaufende parallele Seitenwandungen 21/4 auf der Antriebsseite bzw. 21B auf der Bremsseite und eine untere (radial innere) Erweiterung 22.

In der in F i g. 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich um den Vorsprung 16 und die Gewindeplatte 17 ein U-förmig gebogener Federstreifen 30. Der Federslreifen 30 hat auf der Treibseite ein oberes Ende 31, das gegen die treibseitige Fläche 16/4 des Vorsprungs 16 anliegt und durch den Kopf 41 des Schraubbolzens 40 fest dagegengehalten wird, wobei dieser Schraubbolzen seinerseits durch ein Sicherungsblech 42 gegen Drehung gehalten ist. Um ein Einfedern des Federstreifens 30 in der weiter unten beschriebenen Weise zu gestatten, ist zwischen der Außenfläche des Schraubbolzens 40 und einer in den oberen Endteil 31 zum Durchtritt des Schraubbolzens 40 vorgesehenen Öffnung 314 ein leichtes Spiel 43 vorgesehen. Unterhalb des oberen Endteils 31 ist der Federstreifen 30 in einem eine treibseitige Blattfeder bildenden Bereich 32 nach auswärts gewölbt und dieser nach auswärts gewölbte Abschnitt liegt gegen die Fläche 214 der Ausnehmung an. Theoretisch verläuft diese Berührung längs einer sich axial erstreckenden Linie, die mit «4« bezeichnet ist. In Wirklichkeit wird jedoch anstelle dieser Linie eine sich axial erstreckende und ebenso auch radial ausgedehnte begrenzte Fläche vorhanden sein. Der Federstreifen 30 berührt dann die Fläche 164 des Vorsprungs 16 von neuem mit einem unteren Abschnitt 33. der gegen die Oberfläche 164 vom Kopf 51 des Schraubbolzens 50 festgehalten wird, welcher sich durch eine Öffnung 334 im Federstreifen 30 erstreckt und durch ein Sicherungsblech 52 gegen Drehung gehalten ist.

Unterhalb des Vorsprungs 16 bildet der Federstreifen 30 einen Bogen 34. an dessen rechtem oberen Ende der Federstreifen bei 35 nach einwärts und dann bei 36 wieder nach auswärts abknickt, um eine sehr gering nach außen durchgewölbte bremsseitige Blattfeder 37 zu bilden, deren oberes Ende 38 ebenso wie die Abknickung 36 etwas näher an die Fläche 16S des Vorsprungs heranreichen als die Mitte der Blattfeder 37. Die Blattfeder 37 berührt die Wandung 2\b der Ausnehmung auf einer sich axial erstreckenden Fläche »B«.

Um die Bewegung der Vorsprünge gegenüber den Ausnehmungen zu erleichtern, sollte der Federstreifen 30 an den Berührungsflächen A und B poliert sein. Der natürliche (entspannte) Zustand des Federstreifens 30 ist in F i g. 3 strichpunktiert angedeutet Es läßt sich somit verstehen, daß in der ausgezogen dargestellten Einbaustellung der Federstreifen nachgiebig gegen die Fläche 21B der Ausnehmung gedrückt wird, wodurch auf den Vorsprung 16 eine nach links genchtete Kraft ausgeübt wird.

Der Schraubbolzen 40 trägt ein Gewinde 44. das durch die Gewindebohrung YIA der Gewindeplatte 17 hindurchgeschraubt ist und sich wetter durch eine vergrößerte Öffnung 384 erstreckt die ein verhältnismäßig großes Spiel 45 um das Gewinde 174 schafft. Auf das äußere Ende des Gewindes 44 ist eine Mutter 46 aufgedreht. Ebenso hat der Schraubbolzen 50 ein Gewinde 53, das in die Gewindebohrung 17S der Gewindeplatte 17 eingedreht ist. Der Schraubbolzen 50 endet im Gegensatz zu dem Schraubbolzen 40 an der Außenseite der Gewindeplatte 17. Wie in Fig.4 und ferner gestrichelt in Fig.3 eingezeichnet ist, ist der Federstreifen 30 mit Fasen 324 und 37Λ im Bereich der

ίο Blattfedern 32 bzw. 37 zur erleichterten Einführung in die Ausnehmung versehen.

Der Federstreifen 30 hat auf der Bremsseite eine solche Federsteifigkeit, daß eine Berührung zwischen der Blattfeder 32 und der Fläche 214 der Ausnehmung gewährleistet ist, während gleichzeitig ein axiales Gleiten ohne Klappern, Hämmern oder dergleichen erfolgen kann. Die Federsteifigkeit ist so bemessen, daß der Antrieb im unterkritischen Bereich erst möglich wird, d. h. die Resonanzfrequenz oberhalb der Schwingungszahlen liegt, denen die Zapfen/Schlitz-Verbindung unter normalen Betriebsbedingungen unterworfen ist. Die Kupplung muß auch stark genug sein, um der getriebenen Seite zu ermöglichen, ungleichförmigen Bewegungen der treibenden Seite zu folgen. Es ist festgestellt worden, daß diese Bedingungen unter bloßer Verwendung metallischer Blattfedern auf der Treibseite und der Bremsseite möglich ist, die in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform von jeweils nur einem einzigen Federstreifen gebildet sind. Wie oben erläutert, ist dieser Federstreifen auf der Treibseite zum Absorbieren von etwas Energie mit einer solchen Federcharakteristik versehen, daß jeglicher Antrieb unterkritisch verläuft, d. h. unterhalb der Resonanzfrequenz, die mit zunehmender Zusammendrückung der Blattfeder 32 ansteigt, so daß sichergestellt ist daß die Resonanzfrequenz stets oberhalb des steigenden Niveaus der Schwingungsfrequenzen bei zunehmender Belastung liegt. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird dies durch die Ausbildung der Blattfeder 32 dergestalt erreicht daß der Abstand zwischen den Enden auf der konkaven Seite abnimmt, wenn die Antriebskraft zunimmt und dadurch die Blattfeder streckt Weiterhin kann bei dieser Anordnung, wenn die Antriebskraft ungleich auf die verschiedenen im Abstand rings um die Achse angeordneten Vorsprünge verteilt ist, jede einzelne Feder sich selbst auf die auf sie wirkende Kraft einstellen. Auf der Bremsseite des Vorsprungs, d. h. der rechten Seite in F i g. 3, übt die dortige Blattfeder 37 eine Kraft aus, die normalerweise stark genug ist um die gegeneinander weisenden Flächen des Vorsprungs und der Ausnehmung über die Blattfeder 37 auseinanderzudrücken, wobei diese bremsseitige Blattfeder 37 auch eine größere Nachgiebigkeit hat als die treibseitige Blattfeder 32 und so ausgebildet ist daß ein Abheben der Blattfeder 32 auf der Treibseite verhindert wird, während die Nachgiebigkeit der Blattfeder 37 gleichzeitig so gering ist um das notwendige axiale Gleiten des Vorsprungs 16 und des Federstreifens 30 innerhalb der Ausnehmung zwischen den Flächen 214 und 21B zuzulassen. Der Federstreifen 30 kontrolliert demzufolge mit den von ihm gebildeten Blattfedern 32 und 37 den Abstand zwischen den Flächen 16B bzw. 2If? des Vorsprungs und der Ausnehmung auf der Bremsseite, indem diese Flächen in mittelbarer Berührung miteinander gehalten werden, d.h. einer Berührung von der Fläche 21B über den gebogenen Abschnitt 34 des Federstreifens 30 zur Treibseite, über die Fläche ISA

und durch den Vorsprung 16 zur Fläche 16ß. Wenn sehr harte Bremsungen auftreten, kann die Berührung auf der Treibseite durchaus verlorengehen. Dieselbe Gefahr besteht, mitunter in sogar noch stärkerem Ausmaß, beim Anlassen der Bremskraftmaschine infolge Überholschwingungen des angekuppelten Umlaufgehäuses eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers. Wenn dies erfolgt, ist jedoch eine bestimmte Menge an Energie in den bremsseitigen Blattfedern 37 gespeichert, die zu einer alsbaldigen erneuten Berührung auf der Treibseite führt. Jedoch sollte die Wiederherstellung der Berührung auf der Treibseite ohne Stoß erfolgen. Ein solcher Stoß wird z.T. durch die bremsseitige Blattfeder 37 vermieden, die für eine gewisse Nachgiebigkeit auch dann sorgt, wenn die Flächen 16S und 21B als Folge einer abnorm großen Belastung unmittelbar zusammengekommen sind, und die treibseitige Blattfeder 32 wird dafür sorgen, daß derartige abnorme Kräfte ohne Stoß geglättet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

BO 215/347

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elastische Wellenkupplung, insbesondere zur Verbindung einer Brennkraftmaschine mit einem hydrodynamischen Getriebe, deren Kupplungshalften regelmäßig um die Drehachse verteilte ebene Flächen bilden, zwischen denen paarweise einander vorspannende elastische Zwischenstücke angeordnet sind, wobei die in der normalen Antriebsrichtung belasteten treibseitigen elastischen Zwischenstücke eine wesentlich größere Steifigkeit als die in der entgegengesetzten Drehrichtung belasteten bremsseitigen elastischen Zwischenstücke aufweisen, und wobei die Vorspannung so bemessen ist, daß die beiderseitige Flächenberührung der treibseitigen elastischen Zwischenstücke auch bei Kompressionsbremsung mit der Brennkraftmaschine erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die elastischen Zwischenstücke als metallische Blattfedern (32,37) ausgebildet sind,

b) die treibseitigen Blattfedern (32) eine in Umfangsrichtung weisende Wölbung aufweisen, deren Scheitel sich gegen die ebenen Flächen (2iA) der treibenden Kupplungshälfte (12) und deren Enden (31, 33) sich gegen die ebenen Flächen (\6A) der getriebenen Kupplungshälfte (13) abstützen,

c) die bremsseitigen Blattfedern (37) mit jeweils einem Ende mit der getriebenen Kupplungshälfte (13) fest verbunden sind und sich frei zu der treibenden Kupplungshälfte (12) hin erstrecken, gegen deren ebene Flächen (21 B) sie sich unter Vorspannung abstützen.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der treibseitigen Blattfedern (32) so groß ist, daß die Resonanzfrequenz der Kupplung unter allen vorkommenden Antriebsbedingungen oberhalb der Antriebsfrequenz liegt.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Flächenpaare von axialen Vorsprüngen an dem einen Kupplungsteil und dies mit Umfangsspiel aufnehmenden Ausnehmungen im anderen Kupplungsteil gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die je einem Vorsprung (16) zugeordneten Blattfedern (32, 37) als von einer gemeinsamen Befestigungsstelle an der Treibseite des Vorsprungs (16) ausgehende Abschnitte eines U-förmig gebogenen Federstreifens (30) gebildet sind, dessen die bremsseitige Blattfeder bildender Abschnitt (37) sich um den Vorsprung (16) herum bis in den Raum zwischen dem bremsseitigen ebenen Flächenpaar (16ß,21ßjerstreckt.

4. Wellenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die treibseitige Blattfeder bildende Abschnitt (32) des Federstreifens (30) mit seinem freien Ende (31) am Vorsprung (16) in Radialrichtung der Kupplung verschiebbar befestigt ist.

5. Wellenkupplung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federstreifen (30) an der Verbindungsstelle der beiden Abschnitte (32, 37) sowie am freien Ende des die treibseitige Blattfeder bildenden Abschnitts (32) am Vorsprung (16) verschraubt ist, wobei das Verschraubungsloch (3IA) am freien Abschnittsende in Radialrichtung der Kupplung erweitert ist (Spiel 43).

6. Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (16) an ihren radial inneren und radial äußeren Enden in einer Querebene zur Kupplungsachse liegende Nuten (70, 71) zur Aufnahme je eines Schraubbolzens (40, 50) aufweisen, deren Köpfe (41, 51) den Federslreifen (30) auf der Treibseite erfassen und deren Gewindeenden in mit Gewindelöchern (17/4,\7B) versehene Gewindeplatten (17) auf der Brennsseite der Vorsprünge (16) eingedreht sind.

7. Wellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der das treibseitige Ende des Federstreifens (30) erfassende Schraubbolzen (40) mit seinem Gewindeende über die Gewindeplatte (17) hinaus verlängert ist und sich frei durch eine Durchbrechung (38A) am bremsseitigen Ende des Federstreifens (80) erstreckt, hinter welchem eine von einem erweiterten Teil (20) der Ausnehmung (15) aufgenommene Anschlagmutter (46) auf den Schraubbolzen \40) aufgedreht ist.

8. Wellenkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Federstreifen (30) auf der Bremsseite unter Ausbildung eines Knicks (36) derart zur dortigen Oberfläche (21 B) der Ausnehmung (50) hin konvex vorgewölbt ist. daß der bremsseitige Streifenabschnitt (37) bei Sloßbelastungen auf der Bremsseile mit seinem freien Ende (38) und dem Knick (36) in Anlage gegen die Gewindeplatte (17) gelangt.

9. Wellenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federstreifen (30) an den Außenkanten ihrer gegen die Böden der Ausnehmungen (15) weisenden Längsseiten im Scheitelbereich der Wölbungen mit Fasen (32/1, 37A) zur Erleichterung des Einführens in die Ausnehmungen

(15) versehen sind.

10. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge

(16) bzw. die Ausnehmungen (15) in Gruppen von mit Bezug auf die Kupplungsachse senkrecht aufeinanderstehenden Paaren angeordnet sind.