DE2950255A1

DE2950255A1 - Stahlfeder-wellenkupplung mit fluessigkeitsdaempfung

Info

Publication number: DE2950255A1
Application number: DE19792950255
Authority: DE
Inventors: Jürgen 4358 Haltern Walter
Original assignee: Hackforth GmbH and Co KG
Current assignee: Hackforth GmbH and Co KG
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1981-07-09
Also published as: GB2065269B; DE2950255C2; FR2472108B1; AT385328B; SU973038A3; JPS56109927A; GB2065269A; US4432739A; FR2472108A1; ATA577080A

Description

Stahlfeder-Wellenkupplung mit Flüssigkeitsdämpfung

Die Erfindung betrifft eine Stahlfeder-Wellenkupplung mit · Flüssigkeitsdämpfung, bei der das Drehmoment zwischen einem inneren und einem koaxialen äußeren Kupplungsteil mittels radial verlaufender Federelemente übertragen wird, die in einzelnen mit Flüssigkeit gefüllten Kammern angeordnet sind, deren Flüssigkeit bei einer Relativbewegung durch die Federelemente in die jeweils benachbarte Karruner verdrängt wird, und bei der an den radialen Federelementen außen achsparallele Torsionsfederelemente, z.B. Zapfen und Hülse, vorgesehen sind, die die radialen Federelemente jeweils mit dem äußeren Kupplungsteil verbinden.

Eine Wellenkupplung in der vorstehend beschriebenen Art ist aus der DE-OS 28 10 885 bekannt. Bei dieser WeI Jenkupplung sind die radialen Federelemente an ihren äuiieren Enden mit achsparallelen Lagerzapfen ausgestattet, von denen einer auf Torsion beansprucht wird und damit zu : einer Steigerung der Drehelastizität der Kuppjung beiträgt. Anstelle einer direkten Einspannung des Lagerzapfens im Gehäuse des äußeren Kupplungsteils kann am Gehäuse auch eine den Lagerzapfen umschließende Torsionshülse befestigt sein, wobei Torsionshülse und Lagerzapfen drehfest miteinander verbunden sind. Die allgemeine Forderung, die axiale Länge einer Wellenkupplung so gering wie möglich zu halten, bringt es mit sich, daß die wirksame Länge der Lagerzapfen verhältnismäßig klein ist. Bei einer kleinen wirksamen Länge der auf Torsion beanspruchten Teile kann auch der Zugewinn an Drehelastizität nur gering sein.

Bei modernen Dieselmotoren beruhen die höheren spezifischen Leistungen zum großen Teil auf einer entsprechenden Steigerung der spezifischen Verbrennungsdrücke. Es hat sich gezeigt, daß mit der Erhöhung der spezifischen Leistung

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auch die Störanfälligkeit größer geworden ist. Dies macht sich vor allem dann bemerkbar, wenn Kraftstoff niederer Qualität verwendet wird und dadurch Störungen wie Zylinderausfälle auftreten. Vielfach wird ein im gestörten Bereich laufender Dieselmotor akzeptiert. Die Folge hiervon ist, daß im Betriebsdrehzahlbereich Resonanzstellen auftreten, die sehr hohe Wechseldrehmomente verursachen und damit hohe Anforderungen an die Wechselfestigkeit der Wellenkupplung, die den Motor mit der angetriebenen Einrichtung verbindet, stellen.

Wird bei einer elastischen Wellenkupplung die Wechselfestigkeit erhöht, so ist damit zwangsläufig eine größere Steifigkeit verbunden. Eine höhere Steifigkeit ist aus verschiedenen Gründen unerwünscht, vor allem deshalb, weil die Gefahr besteht, daß bei Störungen Schaden nicht an der relativ preisgünstigen Wellenkupplung, sondern an weitaus teureren Bauteilen, wie z.B. am Getriebe, auftreten.

Nun ist es bekannt, daß bei einer elastischen Wellenkupplung von der Forderung nach hoher Wechselfestigkeit dann abgegangen werden kann, wenn es gelingt, bei einer für den bisherigen Normalfall ausreichenden Wechselfestigkeit die Elastizität der Kupplung wesentlich zu steigern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Stahlfeder-Wellenkupplung mit Flüssigkeitsdämpfung einen Weg zu finden, der die Möglichkeit bietet, die Drehelastizität der Kupplung bei ausreichender Wechselfestigkeit wesentlich zu steigern, ohne die äußeren Abmessungen im Vergleich zu einer herkömmlichen Wellenkupplung in radialer und axialer Richtung vergrößern zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Stahlfeder-Wellenkupplung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,

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daß mit jedem radialen Federelement eine Torsionshülse verbunden ist, die auf einer Seite in axialer Richtung gegenüber dem radialen Federelement übersteht, und daß in der Torsionshülse ein Torsionsstab verläuft, der mit der Torsionshülse an ihrem überstehenden Ende kraf tschl üssicj verspannt ist und der an seinem anderen Ende mit Abstand, vom radialen Federelement drehfest in das äußere Kupplungsteil eingreift.

Vorteilhafterweise wird die Torsionshülse als integraler Bestandteil des radialen Federelementes ausgebildet. Eine andere zweckmäßige Weiterbildung besteht darin, daß der gegenüber dem radialen Federelement überstehende Abschnitt der Torsionshülse langer ist als die Hälfte der Gesamtlänge der Torsionshülse.

Die kraftschlüssige Verspannung zwischen Torsionshülse und Torsionsstab kann nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch bewirkt werden, daß auf der Torsionshülse im Bereich der Einspannung des Torsionsstabes ein

Schrumpfring angebracht ist. j

Bei der Wellenkupplung nach der Erfindung sind die Torsionsfederelemente so ausgebildet, daß die innerhalb der Kupplung zur Verfügung stehende axiale Länge optimal als wirksame Länge eines Drehfedersystems ausnutzbar ist. Dieses Drehfedersystem setzt sich aus einer Torsionshülso, die sich über einen Teil der zur Verfügung stehenden axialen Länge erstreckt, und einen nachgeschalteten Torsionsstab zusammen, dessen Länge nahezu der insgesamt zur Ver - * fügung stehenden axialen Länge der Kupplung entspricht. Damit ist es unter Beibehaltung der üblichen kompakten Bauweise einer solchen elastischen Wellenkupplung gelungen, zu jedem radialen Federelement ein Torsionsfedersystem hinzuzufügen, welches insgesamt eine wirksame Fe-

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derlänge hat, die nahezu doppelt so groß ist wie die aufgrund der Außenabmessungen gegebene axiale Länge der Kupplung .

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Stahlfeder-WeI-lenkupplung bietet den weiteren Vorteil, daß zwei identische Kupplungen als Kupplungshälften in einer überraschend raumsparenden Art miteinander vereinigt werden können, so daß gegenüber einer Einfachkupplung mit gleichen radialen Außenabmessungen eine weitere wesentliche Steigerung der Drehelastizität erzielt wird. Eine Wellenkupplung, die aus zwei Hälften besteht, bei der die inneren Kupplungsteile axial hintereinanderliegen und die äußeren Kupplungsteile drehfest miteinander verbunden sind, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung derart ausgebildet, daß die inneren Kupplungsteile unmittelbar benachbart sind und daß die überstehenden Enden der Drehfedersysteme jeder Kupplungshälfte entlang des Umfanges abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen in Ausnehmungen des äußeren Kupplungsteils der jeweils anderen Kupplungshälfte drehmomentfrei eingreifen.

Bei einer solchen Wellenkupplung ist es vorteilhaft, die inneren Kupplungsteile auf einer Zentrierhülse frei drehbar, jedoch axial unverschieblich zu lagern. Eine besonders platzsparende Anordnung wird nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Flüssigkeitskammern der beiden Kupplungshälften durch eine gemeinsame Ringscheibe abgeschlossen sind, die auf der Zentrierhülse gelagert ist.

Eine in der vorstehend beschriebenen Art aus zwei Hälften gebildete Wellenkupplung hat den großen Vorteil, daß im Vergleich zu einer Einfachkupplung bei einer nur unwesentlichen Vergrößerung der axialen Baulänge praktisch eine

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Verdopplung der Drehelastizität erzielt wird. Hierbei steht innerhalb der auf einer zentrischen Kreislinie angeordneten Torsionsfedersysteme noch genügend Raum zur Verfügung, um an den beiden inneren Kupplungsteilen die an sich bekannten Elemente einer allseitig beweglichen Lagerung anzubringen, so daß diese Kupplung nicht nur für winklig, sondern auch parallel verlagerte Wellen und darüber hinaus für Wellen, die sowohl winklig als auch puralle verlagert sind, geeignet ist. Da bei zahlreichen An-Wendungsfällen für elastische Wellenkupplungen Verlagerungen der zu verbindenden Wellen unvermeidbar sind, hat eine Wellenkupplung in der zuletzt beschriebenen Act außerdem den Vorteil, daß keinerlei durch die Verlagerunq bedingte Rückstellkräfte auf die Federelemente einwirken und diese somit hinsichtlich ihrer mechanischen Beanspruchbarkeit voll für die Drehmomentübertragung ausgenutzt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen, auf denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt einer Wellenkupplung in den Ebenen der Linie II-II der Figur 2,

Figur 2 eine Stirnansicht der Wellenkupplung mit einem Querschnitt in der Ebene der Linie I-I der Figur 1,

Figur 3 einen Axialschnitt einer aus zwei Hälften bestehenden Wellenkupplung in den Ebenen der Linie IV-IV der Figur 4,

Figur 4 Querschnitte der Wellenkupplung nach Figur 3 in den Ebenen der Linie III-III der Figur 3 und

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Figur 5 eine Ansicht auf den Umfang der Wellenkupplung

der Figuren 3 und 4 mit Axialschnitten im Bereich von zwei benachbarten Torsionsfederelementen in einem größeren Maßstab.

Zu der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Einfachkupplung gehören eine Nabe 1 auf der Antriebsseite und eine Nabe 2 auf der Abtriebsseite. Die Nabe 1 bildet an ihrem inneren Ende gleichzeitig den inneren Kupplungsteil 3, während ein von der anderen Nabe 2 ausgehender Flansch 4 zusammen mit einer Scheibe 5 den äußeren Kupplungsteil bildet. Flansch 4 und Scheibe 5 sind kraftschlüssig miteinander verbunden.

Zur Übertragung des Drehmomentes zwischen den Naben 1, 2 sind am Umfang des inneren Kupplungsteils 3 in axial verlaufenden Aussparungen 6 radial stehende Federelemente 7 gelagert, bei denen am äußeren Ende jeweils eine Torsionshülse 8 angebracht ist, die eine Bohrung 9 in dem Flansch 4 drehmomentfrei durchdringt und sich bis nahe zum Ende der Kupplung auf der Seite der Nabe 2 erstreckt. In jeder Torsionshülse 8 verläuft ein Torsionsstab 1O, der am freien Ende der Torsionshülse 8 mit dieser drehfest verbunden ist. Die drehfeste Verbindung der Teile 8, 10 kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Bei dem Ausführungsbeispiel sitzt auf der Torsionshülse 8 ein Schrumpfring 11, der eine radiale Pressung der Torsionshülse 8 im Einspannbereich und damit eine kraftschlüssige Verbindung bewirkt.

Das andere Ende des Torsionsstabes 10 ist in einer Bohrung 12 der Scheibe 5 drehfest eingelassen. Wie aus dem Querschnitt in Figur 2 zu ersehen ist, verlaufen die radialen Federelemente 7 innerhalb des Flansches 4 in einer Kammer, die durch das Federelement 7 in zwei Teilkammern

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13, 14 unterteilt ist. Die Kammern 13, 14 sind mit Flüssigkeit angefüllt; bei einer Relativbewegung des Federelementes 7 wird die Flüssigkeit aus einer Teilkammer in die jeweils benachbarte Teilkammer verdrängt. Wegen der relativ kleinen Durchtrittsquerschnitte ergibt sich auf diese Weise bei einer Beanspruchung der Wellenkupplung eine Flüssigkeitsdämpfung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf den Naben 1, 2 äußere Naben 15, 16 an den Gelenkstellen 17 in an sich bekannter Weise kardanisch gelagert, wobei Verzahnungen den Kraftschluß in der Drehrichtung bewirken, Eine solche Lagerung hat den Vorteil, daß die Wellenkupplung auch zur Verbindung von Wellen geeignet ist, die in der Achsrichtung nicht genau fluchten.

Der Verlauf des Kraftflusses von der Nabe 15 auf der Antriebsseite zur Nabe 16 auf der angetriebenen Seite der Wellenkupplung ist in Figur 1 durch den Linienzuqj 18 veranschaulicht. Hieran ist deutlich erkennbar, daß jedem radialen Federelement 7 auf Torsion beanspruchte Federe!emente, d.h. eine Torsionshülse 8 und ein Feder stab ΙΟ, nachgeschaltet sind, die eine verhältnismäßig große wirksame Federlänge haben. Hierfür wird nahezu die gesamte Baulänge der Wellenkupplung in der Achsrichtung ausgenutzt. Die Nachschaltung der auf Torsion beanspruchten Federsysteme führt zu einer entsprechenden Steigerung der Elastizität der Wellenkupplung. Von besonderer Bedeutung

ist hierbei, daß es dank der besonderen Ausbildung der Torsionsfedersysteme möglich ist, die erwähnte Steigerum* der Elastizität zu erreichen, ohne eine Vergrößerung der äußeren Abmessungen der Kupplung in Kauf nehmen zu müssen.

In den Figuren 3 bis 5 ist eine aus zwei Hälften bestehende Wellenkupplung veranschaulicht, bei der jede Hälfte im

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wesentlichen wie eine Einfachkupplung entsprechend der Darstellung der Figuren 1 und 2 ausgebildet ist.

Bei der Doppelwellenkupplung ist die Nabe auf der Antriebsseite mit 21 und die Nabe auf der Abtriebsseite mit 22 bezeichnet. Auf diesen beiden Naben 21, 22 sind in gleicher Weise wie bei der Einfachwellenkupplung äußere Naben 15, 16 an den Stellen 17 kardanisch gelagert.

Die Naben 21, 22 bilden an ihren inneren Enden für die entsprechende Kupplungshälfte den inneren Kupplungsteil 23 bzw. 24. Beide inneren Kupplungsteile 23, 24 sind auf einer Zentrierhülse 25 frei drehbar, jedoch axial unverschieblich gelagert. Zwischen den Stirnenden der inneren Kupplungsteile 23, 24 ist eine Ringscheibe 26 gelagert, die auch als Anlaufscheibe bezeichnet wird.

Bei der Doppelwellenkupplung dient der innere Kupplungsteil 23 bzw. 24 jeweils zur drehbaren Lagerung des zugehörigen äußeren Kupplungsteils 27 bzw. 28. Die äußeren Kupplungsteile 27, 28 gehen an ihrem äußeren Umfang in Ringflansche 29, 3O über, die aneinanderliegend und durch geeignete Verbindungsmittel wie Schrauben oder dergleichen fest miteinander verbunden sind.

Bei jeder Kupplungshälfte sind an dem inneren Kupplungsteil 23 bzw. 24 wie bei der Einfachkupplung in axial verlaufenden Aussparungen 31 radial stehende Federelemente 32 gelagert, bei denen am äußeren Ende jeweils eine Torsionshülse 33 angebracht ist. Innerhalb jeder Torsionshülse 33 verläuft ein Torsionsstab 34, der am freien Ende der Torsionshülse 33 mit Hilfe eines Schrumpfringes 35 kraftschlüssig mit der Torsionshülse 34 verbunden ist. Am entgegengesetzten Ende ist der Torsionsstab 34 in einer Bohrung 36 des zugehörigen äußeren Kupplungsteils 27 dreh-

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fest eingelassen. In dieser Hinsicht besteht bei den Kupplungshälften Übereinstimmung mit der Einfachkupplunq nach den Figuren 1 und 2.

Während bei der Einfachkupplung der äußere Kupplungsteil Bestandteil der Nabe auf der angetriebenen Seite ist, besteht bei der Doppelwellenkupplung insofern ein Unterschied, als nunmehr die äußeren Kupplungsteile 27, 28 der beiden Hälften an den Ringflanschen 29, 30 drehfest miteinander verbunden sind. Die beiden Kupplungshälften sind auf diese Weise hinsichtlich ihrer das Drehmoment übertragenden Federelemente hintereinandergeschaltet.

Die Flüssigkeitskammern 37, 38 innerhalb jeder einzelnen äußeren Kupplungshälfte 27 bzw. 28 sind im wesentlichen wie bei der Einfachkupplung ausgebildet. Die Trennung der Flüssigkeitskammern in den beiden äußeren Kupplungsteilen 27 und 28 voneinander wird durch die Ringscheibe bewirkt.

Wie aus der Schnittdarstellung in Figur 3 deutlich zu sehen ist, werden die äußeren Kupplungsteile 27 und 28 in Bohrungen 39 von den in axialer Richtung überstehenden Enden der Torsionshülsen 33 der jeweils benachbarten Kupplungshälfte durchdrungen. Die Ausbildung und Lagerung von zwei benachbarten Torsionsfedersystemen ist in der vergrößerten Schnittdarstellung in Figur 5 veranschaulicht. Hieraus geht auch hervor, daß in der Umfangsrichtung die überstehenden Torsionshülsen 33 abwechselnd entgegengesetzt orientiert sind. Dieser ständige Richtungswechscl der überstehenden Enden gibt die Möglichkeit, die Torsionsfedersysteme hinsichtlich ihrer unterschiedlichen Abmossungen in sinnvoller Weise miteinander zu verschachteln und somit den zur Verfügung stehenden Raum optimal zu nutzen.

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Die Torsionshülsen 33 sind innerhalb der Bohrungen 39 der äußeren Kupplungsteile 27 bzw- 28 formschlüssig, aber drehmomentfrei geführt.

Der Verlauf des Kraftflusses von der Nabe 15 auf der Antriebsseite zur Nabe 16 auf der angetriebenen Seite der Doppelwellenkupplung ist durch den Linienzug 40 veranschaulicht. Gegenüber einer Einfachkupplung wird bei nahezu unveränderten Außenabmessungen bei einer solchen Doppelwellenkupplung eine weitere wesentliche Steigerung der Drehelastizität erzielt.

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Claims

Radi, Finkener, Emcsti Patentanwälte Hnnrich-König-StraßcJi 14630 BochumFtmspmhCT (0134) 47717/18TdcgraniiudniK.' Radtptfcni Bochum1979 135 WE/HHA η s ρr ü c h e

1.) Stahlfeder-Wellenkupplung mit Flüssigkeitsdämpfung, ;i der das Drehmoment zwischen einem inneren und einem koaxialen äußeren Kupplungsteil mittels radial verlaufender Federelemente übertragen wird, die in einzelnen mit Flüssigkeit gefüllten Kammern angeordnet sind, deren Flüssigkeit bei einer Relativbewegung durch die Feder elemente in die jeweils benachbarte Kammer verdrängt, wird, und bei der an den radialen Federelementen außen achsparallele Torsionsfederelemente, z.B. Zapfen und Hülse, vorgesehen sind, die die radialen Federelemente jeweils mit dem äußeren Kupplungsteil verbinden, dadurch gekennzeichnet , daß mit jedem radialen Federelement (7, 32) eine Torsionshülse (8, 33) verbunden ist, die auf einer Seite in axialer Richtung gegenüber dem radialen Federelement (7, 32) übersteht, und daß in der Torsionshülse (8, 33) ein Torsionsstab (10, 34) verläuft, der mit der Torsionshülse (8, 33) an ihrem überstehenden Ende kraftschlüssig verspannt ist und der an seinem anderen Ende mit Abstand vom radialen Federelement-(7, 32) drehfest in das äußere Kupplungsteil (5, 27 bzw. 28) eingreift.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionshülse (8, 33) einen integralen Bestandteil des radialen Federelementes (7, 32) bildet.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekonnzeichnet, daß der gegenüber dem radialen Federelement (7, 32) überstehende Abschnitt der Torsionshülse (8, 33) län-

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ger ist als die Hälfte der Gesamtlänge der Torsionshülse (8, 33).

4. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Torsionshülse (8, 33) im Bereich der Einspannung des Torsionsstabes (ΙΟ, 34) ein Schrumpfring (11, 35) angebracht ist.

5. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, die aus zwei Hälften besteht, bei der die inneren Kupplungsteile axial hintereinanderliegen und die äußeren Kupplungsteile drehfest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Kupplungsteile (23, 24) unmittelbar benachbart sind und daß die überstehenden Enden der Torsionshülsen (33) jeder Kupplungshälfte entlang des Umfanges abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen in Ausnehmungen (39) des äußeren Kupplungsteils (27 bzw. 28) der jeweils anderen Kupplungshälfte drehmomentfrei eingreifen.

6. Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Kupplungsteile (23, 24) auf einer Zentrierhülse (25) frei drehbar, jedoch axial unverschieblieh gelagert sind.

7. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammern (37, 38) der beiden Kupplungshälften durch eine gemeinsame Ringscheibe (26) abgeschlossen sind, die auf der Zentrierhülse (25) gelagert ist.

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