DE2705598C3

DE2705598C3 - Elastische Gelenkscheibe für Wellenkupplungen

Info

Publication number: DE2705598C3
Application number: DE2705598A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Zeidler; Guenther Ziegler
Original assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1977-02-10
Filing date: 1977-02-10
Publication date: 1980-08-21
Also published as: JPS5399150A; DE2705598B2; DE2705598A1; GB1582320A; FR2380465B1; IT7819789A0; JPS6027850B2; US4188802A; FR2380465A1; IT1092335B

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Gelenkscheibe für Wellenkupplungen mit in Winkelabständen rings um eine Gelenkscheibenachse angeordneten Büchsen, die paarweise von Fadenwickeln umschlungen und zusammen mit diesen in einen elastomeren Werkstoff eingebettet sind.

Im Zusammenhang mit solchen Gelenkscheiben sind als Büchsen längliche Hohlkörper von ringförmigem Querschnitt zu verstehen, die mindestens an einem Ende offen sind, so daß sie an einem Wellenflansch od. dgl. vorgesehene Kupplungsbolzen auf-

i» nehmen können. Die Büchsen bestehen aus einem im Vergleich mit dem elastomeren Werkstoff harten Material, üblicherweise Stahl. Die Fadenwickel können aus Fäden verschiedener Art, beispielsweise Baumwoll- oder Kunststoff- oder Stahlfäden bestehen, die

ii lose nebeneinandergelegt oder miteinander verwirkt oder verwoben sein könren. Schließlich eignet sich als elastomerer Werkstoff vorzugsweise natürlicher oder künstlicher Gummi oder ein anderes Elastomer, in das sich die Büchsen und Fadenwickel einbetten,

2« insbesondere einvulkanisieren lassen.

Bei bekannten Gelenkscheiben der eingangs beschriebenen Gattung (DE-PS 408277, DE-PS 439241, DE-PS 509999, DE-AS 1021212 und DE-GM 1997 154) sind die paarweise von Fadenwickeln

-'■> umschlungenen Büchsen gerade so groß bemessen, daß sie je einen Kupplungsbolzen aufnehmen können. Die Fadenwickel haben vorzugsweise eine elliptische Grundrißforrn und umschlingen zusätzlich zu den Büchsen zwischen diesen angeordnete Gummidruck-

iii stücke (DE-PS 509999 und DE-AS 1021212). Durch die Formgebung der Druckstücke läßt sich die Elastizität der gesamten Gelenkscheibe in weiten Grenzen bestimmen: je größer die kleine Hauptachse dei von den Fadenwickeln gebildeten Ellipsen

Γι im Verhältnis zum Außendurchrhesser der Büchsen ist, desto weiter können sich die durch einen Fadenwickel miteinander verbundenen Büchsen voneinander entfernen, ehe der Fadenwickel eine gestreckte Lage angenommen hat und dann nur noch

tu vermöge seiner Eigenelastizität weiter nachgeben kann.

Die bekannten elastischen Gelenkscheiben der eingangs beschriebenen Gattung haben jedoch die bei manchen Anwendungsfällen, insbesondere bei Kupp-

r> lungen zwischen Schaltgetriebe und Differentialgetriebe von Kraftfahrzeugen, als nachteilig empfundene Eigenschaft, daß sie bei Übertragung geringer Drehmomente Drehschwingungen der miteinander gekuppelten Wellen nur dann ausreichend

v) dämpfen, wenn sie im gesamten Bereich zulässiger Belastungen verhältnismäßig verdrehweich sind. Dies bedeutet, daß solche Gelenkscheiben bei der höchsten zulässigen Drehmomentbelastung einen großen Verdrehwinkel aufweisen und eine entsprechend große

->■-> Menge mechanischer Energie speichern. Diese als »Aufzieheffekt« bekannte Eigenschaft hat zur Folge, daß solche Gelenkscheiben die in ihnen gespeicherte Energie mit verhältnismäßig geringer Dämpfung an die getriebene Welle abgeben, wenn das übertragene

wi Drehmoment nachläßt. Dies kann bei Kraftfahrzeugen zu unerwünschten Nickschwingungen führen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elastische Gelenkscheibe der eingangs beschric-

IV) honen Gattung zu schaffen, die neben einer hohen s| /ifischen Belastbarkeit besonders gute Dämptungs- und Hlasti/itätseigenschaften im Bereich geringer oder mittlerer Drehmomentbelastung aufweist.

zugleich aber auch bei höherer Drehmomentbelastung einen störenden Aufzieheffekt vermeidet.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) mindestens jede zweite von einem Fadenwickel umschlungene Büchse als Außenbüchse eine zur Befestigung an einer der miteinander zu kuppelnden Wellen vorgesehene Innenbüchse mit Zwischenraum aufnimmt, der ebenfalls einen elastomeren Werkstoff enthält, und

b) die Breite des Zwischenraums in Umfangsrichtung der Gelenkscheibe zumindest auf der einen Seite der Innenbüchse kleiner ist als die Breite des Zwischenraums in radialer Richtung der Gelenkscheibe.

Mit dem Merkmal a) wird eine mehrstufige Drehmomentübertragung zwischen zwei durch eine erfindungsgemäße Gelenkscheibe miteinander verbundenen Wellen erreicht. Wenn beispielsweise die treibende Welle über Bolzen starr mit je einer Innenbüchse verbunden ist, besteht die erste Stufe in der Übertragung des Drehmoments von jeder dieser Innenbüchsen auf die zugehörige Außenbüchse über den dazwischen angeordneten elastomeren Werkstoff. Die zweite Stufe besteht in der Drehmomentübertragung von den genannten Außenbüchsen über je eine Fadenschlinge auf eine von derselben Fadeuschlinge umschlungenen Büchse. Ist diese letztgenannte Büchse ebenfalls als Außenbüchse mit Abstand rings um eine Innenbüchse angeordnet und der Zwischenraum zwischen beiden mindestens teilweise mit einen; elastomeren Werkstoff gefüllt, so findet eine dritte Stufe der Drehmomentübertragung statt. Jede dieser Stufen hat ihr eigene Verdrehwinkel- und Dämpfungscharakteristik. Diese Charakteristiken der verschiedenen Stufen können je nach Bemessung der Außen- und Innenbüchsen und je nach dem Maß, in dem die Zwischenräume mit elastomerem Werkstoff gefüllt sind, stark voneinander abweichen, selbst wenn der elastomere Werkstoff überall der gleiche ist, was aus fertigungstechnischen Gründen anzustreben, aber nicht unbedingt nötig ist. Es ist beispielsweise möglich, den Zwischenraum zwischen Außen- und Innenbüchsen so zu bemessen und in solchem Maß mit elastomerem Werkstoff zu füllen, daß bei geringer Drehmomentbelastung der Gelenkscheibe die Innenbüchsen sich um größere Strecken innerhalb der Außenbüchsen bewegen, als benachbarte Außenbüchsen sich in bezug aufeinander bewegen. Die Gelenkscheibe ist dann im Bereich geringer Drehmomentbelastung verhältnismäßig verdrehweich, und erst oberhalb eines bestimmten Drehmoments, bei dem der Bewegungsspielraum der Innenbüchsen innerhalb der Außenbüchsen aufgezehrt ist, wird die Gelenkscheibe verdrehhärter.

Mit dem Merkmal b) läßt sich der Bewegungsspielraum jeder Innenbüchse innerhalb der zugehörigen Außenbüchse zumindest in der Hauptrichtung der Drehmomentübertragung derart begrenzen, daß selbst bei dem größten in dieser Richtung übertragenen Drehmoment die spezifische Srherbeanspruchung des elastomeren Werkstoffs z.. .sv-iien Innen- und Außenbüchse gering gehalten und womit eine hohe Lebensdauer dieses Werkstoffs erreicht wird.

Die Erfindung ermöglicht es somit, elastische Gelcnkscheiben besonders gut an die Bedingungen jedes Kinzelfalls anzupassen, beispielweise bei einem Kraftfahrzeug an die Drehmomentcharakteristik des Motors und an Eigenschwingungsverhalten und träge Masse u. a. der Kardanwelle. Eine vergleichbare Anpassungsfähigkeit besteht weder bei bekannten Gelenkscheiben der eingangs beschriebenen Gattung ί noch bei bekannten Gelenkscheiben aus Metall mit in Drehwinkelabständen angeordneten Bohrungen, in die je eine Außenbüchse, eine konzentrisch dazu angeordnete Innenbüchse und eine dazwischen angeordnete ringförmige Zwischenlage eingesetzt ist

ι» (am 6. 8. 1953 bekanntgemachte DE-Patentanmeldung S 23936 und DE-GM 6928176).

Die beschriebene, in verschiedene Richtungen unterschiedliche Bemessung des Zwischenraums läßt sich beispielsweise bei Außenbüchsen von kreisring-

! j förmigem Querschnitt dadurch erreichen, daß in jeder zweiten Außenbüchse die Achse der zugehörigen Innenbüchse in der einen der beiden Umfangsrichtungen der Gelenkscheibe in bezug auf die Achse der Außenbüchse versetzt angeordnet ist.

-'(! Wenn die übrigen Außenbüchsen ebenfalls je eine Innenbüchse enthalten, ist diese zweckmäßigerweise in der anderen Umfangsrichtung der Gelenkscheibe versetzt angeordnet.

Zwischen jeder Außenbüchse und der dazugehöri-

-· > gen Innenbüchse kann eine Zwischenbüchse angeordnet sein, deren Achse zwischen den Achsen der Außen- und Innenbüchse liegt. Die konzentrisch oder exzentrisch zur Außenbüchse angeordnete Zwischenbüchse unterteilt den Zwischenraum zwischen Au-

Ki ßenbüchse una dazu konzentrischer oder exzentrischer Innenbüchse in zwei Ringräume von entsprechend geringer radialer Dicke mit der Folge, daß der elastomere Werkstoff in jedem dieser Ringräume selbst bei hoher Drehmomentbelastung der Gelenk-

r. scheibe nur mäßige Verformungen erleidet und deshalb eine lange Lebensdauer hat.

Der zwischen Außenbüchse und dazu exzentrischer Innenbüchse vorgesehene Zwischenraum kann im Bereich seiner geringster Breite von einer Aussparung

in gebildet, also von elastomerem Werkstoff freigehalten sein. Damit läßt sich erreichen, daß sich die Innenbüchse bei Überschreiten einer gewissen Drehmomentbelastung der Gelenkscheibe unmittelbar oder nahezu an die Innenwand der Außenbüchse anlegt,

π ohne daß die Gefahr einer Zerquetschung des elastomeren Werkstoffs im Bereich starker Annäherung zwischen Innen- und Außenbüchse besteht. Auch dies kommt der Lebensdauer zugute.

Anstelle oder gegebenenfalls auch zusätzlich zu ei-

Id ner exzentrischen Anordnung der Innenbüchsen in bezug auf die zugehörige Außenbüchse können die Außenbüchsen einen länglichen Querschnitt haben, dessen größter Durchmesser zumindest annähernd auf einem Radius der Gelenkscheibe liegt. Bei dieser An-

vi Ordnung gibt es in beiden Umfangsrichtungen je einen Bereich, in dem der Zwischenraum zwischen Außen- und Innenbüchse eine verminderte Breite aufweist; diese Anordnung eignet sich deshalb besonders für Gelenkscheiben, die abwechselnd in der einen und in

,υ der anderen Umfangsrichtung mit hohen Drehmomenten belastet werden. Bei solchen Gelenkscheiben ist es entsprechend dem oben Gesagten vorteilhaft, wenn der zwischen Außenbüchse und Innenbüchse vorgesehene Zwischenraum in beiden Bereichen ver-

-,-. minderter Breite von je einer Aussparung gebildet, also von elastomerem Werkstoff freigehalten ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen be-

schrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Draufsicht einer ersten Gelenkscheibe, Fig. 2 den Axialschnitt H-II in Fig. 1,
Fig. 3 die Draufsicht einer zweiten Gelenkscheibe, Fig. 4 den Axialschnitt IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 d.e Draufsicht einer dritten Gelenkscheibe, Fig. 6 den Axialschnitt VI-VI in Fig. 5, und
Fig. 7 den Teilschnitt VII-VII in Fig. 5.
Allen dargestellten Ausführungsbeispielen einer Gelenkscheibe 10 ist eine insgesamt sechskantige Anordnung von sechs Fadenwickeln 11 gemeinsam, die je zwei Außenbüchsen 12 umschlingen. Jede Außenbüchse 12 ist von zwei Fadenwickeln 11 umschlungen, die einander teilweise überlappen und überkreuzen. Innerhalb jeder Außenbüchse 12 ist mit Abstand eine kreiszylindrische Innenbüchse 13 angeordnet. Der Zwischenraum zwischen jeder Außenbüchse 12 und der zugehörigen Innenbüchse 13 ist teilweise mit einem elastomeren Werkstoff 14 ausgefüllt. Die Zwischenräume zwischen den Außenbüchsen 12 sind ebenfalls mit einem elastomeren Werkstoff 15 ausgefüllt, in den die Fadenwickel 11 vollständig eingebettet sind. Der Werkstoff 15 ist radial nach außen und innen derart begrenzt, daß die Gelenkscheibe 10 insgesamt kreisringförmig ist.

Jeder der Fadenwickel 11, der in der Draufsicht gemäß Fig. 1, 3 und 5 als einheitliches Gebilde erscheint, kann wie üblich und aus Fig. 7 ersichtlich, aus mehreren in Achsrichtung der Außenbüchsen 12 gegeneinander versetzten Gruppen von Fadenwindungen bestehen.

Jede zweite Innenbüchse 13 ist gemäß Fig. 2 und 4 dazu bestimmt, mit einer Schraube 16 an einem Flansch 17 einer ersten Welle befestigt zu werden, während die dazwischen liegenden Innenbüchsen 13 mit je einer Schraube 18 an einem Flansch 19 einer zweiten Welle befestigt werden.

Allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist ferner gemeinsam, daß die Achsen 22 sämtlicher Außenbüchsen 12 und die Achsen 23 sämtlicher Innenbüchsen 13 Manteiiinien eines gemeinsamen Zylinders 24 sind, dessen Achse die Gelenkscheibenachse 25 ist. Die Achsen 22 der Außenbüchsen 12 sind in gleichen Winkelabständen von 60° angeordnet. Da die Außenbüchsen 12 außerdem bei jeder der dargestellten Gelenkscheiben 10 gleich groß sind, sind auch die Fadenwickel 11 innerhalb jeder Gelenkscheibe gleich.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Achse 23 jeder Innenbüchse 13 in bezug auf die Achse 2Z der zugehörigen Aijßenhiichse 12 in der einen oder anderen Umfangsrichtung auf dem Zylinder 24 versetzt, und zwar derart, daß die Innenbüchsen 13 je zweier benachbarter Außenbüchsen 12 immer gegensinnig versetzt sind. Alle Achsversetzungen sind dem Betrage nach gleich groß; sie unterscheiden sich bei unmittelbar aufeinanderfolgenden Innenbüchsen 13 also nur ihrer Richtung nach. Das bedeutet, daß der Abstand zwischen jeder Innenbüchse 13 und der übernächsten Innenbüchse 13 durch die Achsversetzung nicht verändert ist und somit ebenso wie der Abstand zwischen jeder Außenbüchse 12 und der übernächsten Außenbüchse 12 120° beträgt. Die Flansche 17 und 19 der Wellen, die durch die Gelenkscheiben miteinander gekuppelt werden sollen, weisen deshalb wie üblich drei um 120° gegeneinander versetzte Löcher für je eine Schraube 16 bzw. 18 auf.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist der Zwischenraum zwischen jeder Außenbüchse 12 und der zugehörigen Innenbüchse 13 in dem Bereich, wo er am engsten ist, durch eine Aussparung 28 freigehalten, also nicht mit dem elastomeren Werkstoff 14 gefüllt. Jede der Aussparungen 28 ist konzentrisch zur Achse 22 der zugehörigen Außenbüchse 12 und ist im wesentlichen kreisringsektorförmig an ihren Enden jedoch abgerundet. Im Zwischenraum zwischen jeder Außenbüchse 12 und der zugehörigen Innenbüchse 13 sind ferner zwei gegen die Mitte der Aussparung 28 um je 120° versetzte Löcher 29 ebenfalls von dem elastomeren Werkstoff 14 freigehalten.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Gelenkscheibe 10 ist in erster Linie für Drehrnöirientbelastungeri vorgesehen, die bestrebt sind, die Breite der Aussparungen 28 zu verringern; solche Drehmomentbelastungen können ohne Gefahr für die Gelenkscheibe so weit gehen, daß sich jede Innenbüchse 13 unmittelbar an die zugehörige Außenbüchse 12 anlegt, die Aussparung 28 also nahezu zum Verschwinden bringt. Die Löcher 29 haben nur geringe Bedeutung für die Betriebsverhalten der Gelenkscheibe; sie ergeben sich dadurch, daß beim Vulkanisieren der Gelenkscheibe die Außenbüchsen 12 durch je drei um etwa 120° gegeneinander versetzte Stifte zentriert werden, von denen nur einer in der Aussparung 28 Platz hat.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 gilt für die Versetzung der Achsen 23 der Innenbüchsen 13 gegenüber den Achsen 22 der Außenbüchsen 12 im wesentlichen das zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 Gesagte. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, daß gemäß Fig. 3 und 4 zwischen jeder Außenbüchse 12 und der zugehörigen Innenbüchse 13 und im Abstand von beiden je eine Zwischenbüchse 31 angeordnet ist, deren Achse gegen die Achse 22 der Außenbüchse 12 in gleicher Richtung, jedoch um einen geringeren Betrag versetzt isl wie die Achse 23 der Innenbüchse 13. Der elastomere Werkstoff 14 füllt den von der Zwischenbüchse 31 übriggelassenen Zwischenraum zwischen Außenbüchse 12 und Innenbüchse 13 im wesentlichen vollständig aus.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bis 7 ist die Achse 22 jeder Außenbüchse 12 zugleich Achse der zugehörigen Innenbüchse 13. Dennoch hat dei Zwischenraum zwischen Außenbüchse 12 und Innenbüchse 13 auch hier unterschiedliche Breiten, was bei einem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht wird, daß die Außenbüchsen 12 anstelle eines kreisringförmiger Querschnittes einen sich beispielsweise durch Zusammendrücken eines ursprünglich kreiszylindrischer Rohrabschnittes ergebenden ovalen oder elliptischer Querschnitt aufweisen. Wesentlich ist, daß der größtf Durchmesser jeder Außenbüchse 12«innähernd odei - vorzugsweise wie dargestellt - genau auf einem vor der Gelenkscheibenachse 25 ausgehenden Radiu: liegt. Die Breite des Zwischenraumes zwischen Außenbüchse 12 und Innenbüchse 13 hat zwei Maxima die auf diesem Radius liegen und zwei Minima, die gegen die Maxima um je etwa 90° versetzt angeordnet sind, also etwa auf einer Tangente an den Zylindei 24 liegen. Im Bereich jedes dieser Minima ist der Zwischenraum zwischen Außenbüchse 12 und Innenbüchse 13 frei von dem elastomeren Werkstoff 14 gehalten; es sind also zwei etwa ringsektorförmige Aussparungen 28 einander gegenüberliegend angeordnet.

7 8

Die in Fig. 5 bis 7 dargestellte Gelenkscheibe ist Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen sind

in beiden Umfangsrichtungen gleich hoch mit Dreh- die Außenbüchsen 12 durch Vulkanisieren fest mit

moment belastbar und weist in beiden Richtungen den elastomeren Werkstoffen 14 und 15 verbunden

die gleiche Drehmoment-Verdrehwinkel-Kennlinie und die Innenbüchsen 13 sind, ebenfalls durch Vulka-

auf. '> nisieren, fest mit dem Werkstoff 14 verbunden.

Hierzu 3 Bhiti Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elastische Gelenkscheibe für Wellenkupplungen mit in Winkelabständen rings um eine Gelenkscheibenachse angeordneten Büchsen, die paarweise von Fadenwickeln umschlungen und zusammen mit diesen in einen elastomeren Werkstoff eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) mindestens jede zweite von einem Fadenwikkel (11) umschlungene Büchse als Außenbüchse (12) eine zur Befestigung an einer der miteinander zu kuppelnden Wellen vorgesehene Innenbüchse (13) mit Zwischenraum aufnimmt, der ebenfalls einen elastomeren Werkstoff (14) enthält, und

b) die Breite des Zwischenraumes in Umfangsrichtung der Gelenkscheibe (10) zumindest auf der einen Seite der Innenbüchse (13) kleiner ist als die Breite des Zwischenraumes in radialer Richtung der Gelenkscheibe.

2. Gelenkscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder zweiten Außenbüchse (12) die Achse (23) der zugehörigen Innenbüchse (13) in der einen der beiden Umfangsrichtungen der Gelenkscheibe (10) in bezug auf die Achse (22) der Außenbüchse (12) versetzt angeordnet ist.

3. Gelenkscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den übrigen Außenbüchsen (121 je eine Innenbüchse (13) in der anderen Umfangsrichtung der Gelenkscheibe (10) versetzt angeordnet ist.

4. Gelenkscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Außenbüchse (12) und der dazu exzentrischen Innenbüchse (13) eine Zwischenbüchse (31) angeordnet ist, deren Achse zwischen den Achsen (22, 23) der Außen- und Innenbüchse liegt.

5. Gelenkscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Außenbüchse (12) und dazu exzentrischer Innenbüchse (13) vorgesehene Zwischenraum im Bereich seiner geringsten Breite von einer Aussparung (28) gebildet ist.

6. Gelenkscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen Außenbüchse (12) und Innenbüchse (13) gegen die Aussparung (28) um je etwa 120° versetzt mindestens ein Loch (29) vorgesehen ist.

7. Gelenkscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenbüchsen (12) einen länglichen Querschnitt haben, dessen größter Durchmesser zumindest annähernd auf einem Radius der Gelenkscheibe (10) liegt.

8. Gelenkscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Außenbüchse (12) und Innenbüchse (13) vorgesehene Zwischenraum in beiden Bereichen verminderter Breite je einer Aussparung (28) gebildet ist.