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Drehelastische Kraftübertragung mit einer
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Einricntung zum Dämpfen von Schw ngungen Die Erfindung bezieht sich
auf eine drehelastische Kraftübertragung mit einer Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen.
Darunter versteht man elastische Wellen und formschlüssige elastische Kupplungen,
die als Ubertragungselemente elastische Elemente aus Stahl oder nichtmetallischen
Stoffen aufweisen Die formschlüssigen Kupplungen sind gegenüber dem zu übertragenden
Drehmoment nachgiebig und werden aus diesem Grunde auch als drehelastische Kupplungen
bezeichnet. Daneben besitzen Kupplungen dieser Art im allgemeinen auch biegeelastische
Eigenschaften.
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Man verwendet drehelastische Kupplungen u. a. bei Maschinen mit ungleichförmigem
Drehmomentverlauf, z 3 Kolbenkraftmaschinen, Kolbenpumpen und dergleichen mehr,
bei denen es auf die Drehelastizität der Kraffubertragung ankommt. Dabei wird in
unterschiedlichem Maße von dem federnden und dämpfenden Verhalten dieser Kupplungen
Gebrauch gemacht. Beim Auftreten unerwünschter Dreht schwingungen kommt es beispielsweise
zu deren Begrenzung
insbesondere auf eine gute Dämpfungsfähigkeit
an, d. h.
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auf eine möglichst gute Umwandlungsfähigkeit mechanischer in Wärme-Energie.
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Viele der bekannten drehelastischen Kupplungen haben daher auch mehr
oder weniger ausgeprägte Dämpfungseigenschaften durch eine entsprechende Ausbildung
der die Drehmomente übertragenden Elemente, d. h. durch konstruktive Kombination
von Elastizität und Dämpfung.
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Dies ist insbesondere der Fall bei elastischen Kupplungen mit nichtmetallischen
Federelementen, wie z. B.
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Bolzen-, Klauen-, Wulst- oder Scheibenkupplungen, bei denen die nichtmetallischen
Federelemente je nach Bauart unterschiedlich große Dämpfungsanteile bedingen im
Gegensatz zu elastischen Kupplungen mit metallischen Federelementen, wie z. B. Tellerfeder-,
Schlangenfeder- oder Schraubenfederkupplungen, deren Dämpfungsanteile klein sind.
Auch bei drehelastischen Wellen fehlt die Dämpfung praktisch vollständig.
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Häufig ist die bei vorhandener Eigendämpfung erzielbare Dämpfung der
bekannten drehelastischen Kupplungen mit nichtmetallischen Federelementen jedoch
nicht ausreichend.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, drehelastische Eraftübertragungen,
das sind elastische Wellen oder elastische Kupplungen, so auszugestalten, daß sie
auch extreme Anforderungen an das Dämpfungsverhalten erfüllen können, d. h. also
in sehr großem Maße mechanische Energie aufnehmen und in Warme umwandeln können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß parallel zu den elastischen Kupplungselementen getrennte Drehschwingungen-Dämpfungselemente
angeordnet sind. Diese Parallelität der zur Erfüllung verschiedener Aufgaben ausgebildeten
Elemente, nämlich einesteils nur zur Drehmomentübertragung und anderenteils nur
zur Dämpfung, hat den Vorteil, daß man parallel
angeordnete Dämpfungselemente
optimal berechnen und damit natürlich auch exakter bemessen kann.
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Eine wesentliche Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes besteht
darin, daß die Drehschwingungs-Dämpfungselemente im Falle einer elastischen Kupplung
als je mit einer der beiden Kupplungsseiten verbundene gekrümmte Lamellen ausgebildet
sind, die ineinandergreifen, wobei der zwischen ihnen gebildete Spalt in an sich
bekannter Weise mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt ist.
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Durch die Krümmung erhalten die Lamellen eine große Formstabilität
und können deshalb aus dünnem und weniger widerstandsfähigem Material hergestellt
werden. Ein wesentlicher Vorteil besteht dabei darin, daß man auf diese Weise eine
entscheidende Vergrößerung der Spaltflächen auf eine besonders wirtschaftliche Weise
bei stark verringerten Genauigkeitsanforderungen in der Fertigung erreichen kann
Größere Flächen bedeuten dabei eine geringere Wärmebelastung des zwischen den Spaltflächen
befindlichen viskosen Mittels und damit geringere Temperaturspitzen, was zu einer
längeren Lebensdauer führt.
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Dem ersten Anschein nach ähnlich ausgebildete Kupplung gen, bei denen
an jeder Kupplungsseite ineinandergreifende Vorsprünge und Nuten oder ineinandergreifende
Scheiben vorgesehen sind, wobei der dazwischen bestehende Spalt mit einer hochviskosen
Flüssigkeit gefüllt ist, sind zwar in großer Zahl als Flüssigkeitsreibungskupplungen
bekannt, wie es z. B. die DE-PS 857 720, DE=AS 1 192 887, 92-AS 1 241 6"PO, DE-AS
1 245 655 und DEOS 22 34 010 zeigen, jedoch handelt es sich bei ihnen in Jedem Falle
um Schlupfkupplungen, bei denen die miteinander verzahnten Teile zusammen mit der
zwischen ihnen angeordneten Flüssigkeit der Übertragung eines Drehmomentes dienen.
Derartige Schlupfkupplunger£ stellen
aber einen ganz anderen Kupplungstyp
dar, den der Fachmann auf keinen Fall als Vorbild für die Ausgestaltung von Drehschwingungs-Dämpfungseinrichtungen
für drehelastische Kupplungen ansieht.
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Bei einer Ausführungsform der neuen Kraftübertragung, die sich besonders
für die Fertigung größerer Stückzahlen anbietet, sind die Lamellen zylindrisch und
in verschiedenen Durchmessern solcher Stufung ausgeführt, daß sich von einer Lamelle
bis zur nächst größeren die gewünschte Spaltbreite ergibt. Diese Lamellen können
dann abwechselnd stirnseitig an einer entsprechenden Fläche der Flanschkörper zentriert
und befestigt sein.
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Bei einer anderen ähnlichen Ausführungsform bilden die Lamellen keine
Kreiszylinderflächen, sondern eine offene Zylindermantelfläche mit spiralförmigem
Grundriß. Einen solchen Spiral-Lamellenkörper wird man stirnseitig an einer entsprechenden
Fläche eines Flanschkörpers befestigen und einen zweiten gleichartigen um 1800 verdreht
mit der anderen Stirnseite an der entsprechenden Fläche des gegenüberliegenden Flanschkörpers
befestigen und sie genau wie bei kreiszylindrischen Lamellen axial ineinanderschieben.
Die Steigung der Spirale oder - mit anderen Worten - der lichte Abstand von einem
bis zum nächsten Spiralgang ist dabei so bemessen, daR unter Berücksichtigung der
Stärke der dazwischenzuschiebenden Gegenlamelle zweimal die gewünschte Spaltdicke
entsteht.
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Sowohl bei zylindrischen als auch bei spiralförmigen Lamellen stellen
die Möglichkeit der Montage in axialer P.in-htung und die Unempfindlichkeit gegen
axiale Verschiebungen der beiden Kupplungsteile wesentliche Vorbe je einer so ausgebildeten
Dämpfungseinrichtung dar.
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In beiden zuvor erwähnten Ausführungsformen können die Lamellen aus
Blech hergestellt oder nach einem genauen
Verfahren gegossen werden
Bei Druckgußlamellen werden die Lamellen zu dem stirnseitigen Fußpunkt hin mit zuz
nehmender Dicke hergestellt, so daß bei gleicher Ausbildung des zweiten Lamellenkörpers
die Spaltdicke über die gesamte Lamellenoberfläche erhalten bleibt, da beide Begrenzungsflächen
leicht kegelig verlaufen Aus Blech hergestellte Lamellen werden vorzugsweise stirnseitig
stumpf aufgesetzt, beispielsweise aufgelötet oder in Nuten der Flanschkörper eingesetzt
und befestigt Diese Methode ist sowohl für Kreiszylinderlamellen als auch für spiralförmige
Lamellen geeignet. Eine andere Befestigungsmöglichkeit besteht darin, die Kreiszylinder=
lamellen unterschiedlichen Durchmessers zunächst mit schmalen Zwischenringen als
Abstandshalter zusammenzusetzen und dann den so erhaltenen Lamellenkörper mit den
Flanschkörpern der Kupplungsteile zu verbinden Diese Art bietet sich besonders zur
Herstellung eines Lamellenkörpers mit spiralförmigem Querschnitt an, den man hier
in einem Arbeitsgang aus einem Blechband in Lamellen breite und einem schmalen,
einseitig anliegenden Abstandsband zusammenwickeln und beispielsweise durch Lötung
fixieren kann.
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Daneben wird bei allen Ausführungsformen die Aufgabe der Abdichtung
des Spaltraumes und gegebenenfalls auch der Führung der Flanschkörper dadurch gelöst,
daß mindestens ein elastischer Ring eingesetzt ist, der zwischen Axial, Radial-
oder Kegelmantelflächen angeordnet ist Um die spezifische Beanspruchung, insbesondere
Wärme entwicklung, in diesen Ringen niedrig zu halten, wird man sie möglichst groß
bemessen. Eine leichte Schrägstellung der Ringe, d. h. die Anordnung zwischen Kegelmantelflächen,
ergibt den zusätzlichen Vorteil einer sehr einfachen Montage in axialer Richtung.
Die Dichtringe kann man mit ihren Auflageflächen z. B. durch Aufpressen, Aufkleben
oder auch Aufvulkanisieren verbinden
Die Erfindung wird anhand der
in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
Dabei zeigt: Fig. 1 eine drehelastische Kupplung beliebiger Bauart, teilweise senkrecht
geschnitten, die kranzartig von parallel zu den elastischen, drehmomentübertragenden
Teilen angeordneten Dämpfungselementen umgeben ist; Fig. 2 in perspektivischer und
verkleinerter Darstellung axial auseinandergezogene ineinandergreifende spiralförmige
Lamellen; Fig. 3 in einem senkrechten Schnitt die Dämpfungseinrichtung nach Fig.
1 als gesondertes Bauelement; Fig. 4 eine zu Fig. 3 analoge Ausführungsform, bei
der die Lamellen zur besseren Wärmeabfuhr aus dem Flanschkörper herausgeführt sind;
Fig. 5 eine elastische Welle als elastische Kraftübertragung, die von zylindrischen
Dämpfungselementen gehäuseartig umhüllt ist; Fig. 6 eine drehelastische Kupplung
beliebiger Bauart, teilweise senkrecht geschnitten, mit in axialer Richtung parallel
angeordneten gesonderten Dämpfungselementen. Dabei sind die Dämpfungselemente gegenüber
den wahren Größenverhältnissen vergrößert dargestellt.
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Fig. 7 ein weiteres Beispiel für zusätzliche Dämpfungselemente an
einer elastischen Scheibenkupplung; Fig. 8 ein Beispiel für eine Ausführungsform,
bei der die Kupplungsteile die innenliegende Dämpfungseinrichtung kranzartig umfassen.
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In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung sind alle auf die Zeichnung
hinweisenden Bezugszeichen als zweistellige Zahlen ausgebildet. Darin weist die
erste Ziffer auf die jeweilige Figur und die zweite Ziffer auf die jeweilige Position
hin. Bezugszeichen mit identischen zweiten Ziffern bezeichnen also gleichartige
Posi-
tionen. In den Ansprüchen ist daher bei sich wieder holenden
Positionsarten nur ein Bezugszeichen angegeben.
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Fig. 1 zeigt als ein Beispiel für eine elastische Kraftübertragung
eine drehelastische Kupplung 10 beliebiger Bauart, also z. B. eine Tellerfeder-,
Schlangenfeder-oder Schraubenfederkupplung, deren beide nicht näher dargestellte
Kupplungsteile mit 11 und 12 bezeichnet sind. Diese Kupplung ist an ihrem Umfang
kranzartig von parallel zu den elastischen, drehmomentübertragenden Kupplungsteilen
11, 12 von einer zusätzlichen Dämpfungseinrichtung 14 umgeben, die aus zwei Sätzen
von zylindrisch oder spiralförmig gekrümmten Lamellen 15 bzw. 16 besteht. Sämtliche
Lamellen eines Lamellensatzes sind an ihrer einen Stirnseite je mit einem Flanschkörper
17 bzw. 18 verbunden, wobei die Flanschkörper an den entsprechenden Kupplungsteilen
befestigt sind. Dabei ist der Flanschkörper 18 zu einem Gehäuseteil 18a er weitert,
das die beiden Lamellensätze an ihrem äußeren Umfang umschließt Der Spalt zwischen
dem Gehäuseteil 18a und dem anderen Flanschkörper 17 ist durch einen Gummiring 19
gedichtet. Die Abdichtung der Dämpfungseinrichtung gegenüber den von ihr. umschlossenen
beiden elastischen Kupplungsteilen 11 und 12 erfolgt durch einen zylindrischen Gummiring
13.
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In Figur 2 ist unter der Annahme spiralförmiger L@@@@@ die Anordnung
der beiden ineinandergreifenden Lamellensätze 25 bzw. 26 mit ihren Flanschkörpern
27 bzw, 23 in perspektivischer Darstellung axial auseinandergezogen gezeigt. Der
die Lamellen gehäuseartig umgebende Flanschteil ist dabei mit 28a bezeichnet.
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Fig. 3 zeigt die Dämpfungseinrichtung 14 gemäß Figur 1 als gesonderte
Baueinheit, mit der also jede in Frage kommende elastische Kupplung nachgerüstet
werden kann.
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In Figur 4 ist eire Dämpfungseinrichtung 44 dargestellt, die analog
der Dämpfungseinrichtung nach den Figuren 1 und 3 ausgebildet ist, bei der aber
die einzelnen Lamellen 45, 46 an ihren nicht ineinandergreifenden Enden durch die
als Lamellenträger fungierenden Flanschkörper 47 bzw. 48 hinaus nach außen durchgeführt
sind, wo sie die ringförmigen Kühlrippen 45a bzw. 46a bilden und so erheblich zur
Wärmeabführung beitragen.
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Dee Fertigung einer so ausgebildeten Dämpfungseinrichtung kann so
erfolgen, daß zwischen die die Lamellen 45 bzw. 46 bildenden zylindrischen Ringe
Abstandsringe 47b bzw. 48b gelegt werden, die nach erfolgter Verbindung mit den
Lmallen z. 3. durch Verlöten die Flanschkörper 47 bzw. 48 bilden.
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Die Anordnung einer zusätzlichen Dämpfungseinrichtung 54 bei einer
in Form einer elastischen Welle 50 ausgebildesen elastischen Kraftübertragung zeigt
Fig. 5. Die Dämpfungseinrichtung umschließt hierbei gehäuseartig die elastische
Welle. Der Aufbau der Dämpfungseinricht<ng ist dabei analog zu der in Fig. 1
dargestellten ^ richtung. Die Lamellen 55 bzw. 56 sind in Flanschi .rpern 57 bzw.
58 gelagert, und der eine Flanschkörper ist zu einem die Welle 50 umschließenden
Gehäuseteil 58a erweitert. Die Abdichtung der mit hochviskoser Flüssigkeit ausgefüllten
Spalträume erfolgt durch zwei Dichtungsringe 53 bzw. 59.
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Bie e gleiche Länge der elastischen Welle 50 und der Dämpfungseinrichtung
54 ist ein Sonderfall. Bei gegenüber der Welle kürzerer Dämpfungseinrichtung wird
man die restliche Länge der elastischen Welle durch ein Tragrohr überbrücken.
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rYg. 6 zeigt eine drehelastische Kupplung 60 von beliezeiger Bauart,
bei der die zusätzliche Dämpfungseinrich-
tung 64 in axialer Richtung
neben der Kupplung angeordnet ist. Die zylindrischen Lamellen 65 bzw 66 sind in
Nuten der Flanschkörper 67 bzw. 68 eingesetzt und befestigt. Der Flanschkörper 68
ist auch hier zu einem Gehäuseteil 68a ausgebildet, der die Lamellen nach außen
abschließt. Die Abdichtung des flüssigkeitsgefüllten Innenraumes der Dämpfungseinrichtung
erfolgt ebenfalls mit Hilfe von Dichtringen 63 bzw. 69.
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In Figur 7 ist eine drehelastische Kupplung 70 mit nichtmetallischen
Federelementen dargestellt, bei der die zusätzliche Dämpfungseinrichtung 74 analog
zur Figur 6 in axialer Richtung neben der Kupplung angeordnet ist.
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Die eine gesonderte und damit auch nachrüstbare Baueinheit bildende
Dämpfungseinrichtung ist hier in Explosivdarstellung im nicht fertig montierten
Zustand wiedergegeben. Der Aufbau der Dämpfungseinrichtung ist analog zu den in
den vorhergehenden Figuren dargestellen Ausführungsformen. Als zusätzliche Dichtung
wird bei dieser Bauart allerdings nur ein konischer Dichtring 79 benötigt, da die
gegenüberliegende Dichtung durch das aus Gummi bestehende Federelement 73 der Kupplung
selbst gebildet wird.
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Schließlich ist in Figur 8 eine drehelastische Kupplung 80 dargestellt,
bei der die zusätzliche Dämpfungseinrichtung 84 innerhalb der Kupplungsteile 81,
82 angeordnet ist Eine derartige Kupplung, die also die Dämpfungseinrichtung kranzartig
umfaßt, kann beispielsweise als Schlangenfederkupplung ausgebildet sein. Die die
zylindrischen oder spiralförmigen Lamellen 85 bzw. 86 tragenden Flanschkörper 87
bzw. 88 sind topfartig ausgebildet.
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Dabei ist der eine Flanschkörper 87 als zylindrischer Topf ausgebildet,
dessen äußerer Rand 87b nach außen etwas erweitert ist, so daß dieser Rand eine
konische Fläche bildet. Der andere Flanschkörper 88 ist zu einem Kegelstumpf geformt,
dessen konischer Randteil 88b mit
der konischen Fläche 87b des
anderen Flanschkörpers 87 durch einen Dichtring 89 verbunden ist. Der Flanschkörper
87 ist im Achsbereich mit einer zylindrischen Einziehung 87c versehen, die den unwirksamen,
mit viskosem Mittel gefüllten Raum verkleinert. Diese Ausführungsform ist auch ein
Beispiel für eine Dämpfungseinrichtung gemäß der Erfindung, die mit nur einem Dichtring
auskommt.
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8 Figuren 8 Ansprüche