DE3218521A1 - Torsionally elastic body of revolution - Google Patents

Torsionally elastic body of revolution

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Abstract

An annular, torsionally elastic body of revolution, such as in particular an elastic shaft coupling, as illustrated, having carrier elements arranged at the corners for the alternating fastening of the shafts to be connected and elastomer columns arranged in between, is reinforced in the elastomer columns by fibres, preferably of short to medium length, aligned predominantly in the circumferential direction. In production, first of all elastomer cords with correspondingly aligned fibres are formed from the fibre-reinforced rubber mixtures and prevulcanised to dimensional stability but to a still plastic state. These prevulcanised elastomer cords are wound in a plurality of layers around the positionally correctly arranged carrier elements to form the torsionally elastic body of revolution, so that a uniform elastomer body of high tensile strength is formed by the subsequent vulcanisation to the desired end stage, if appropriate with the additional use of adhesion promoters, by vulcanising together the elastomer cords. <IMAGE>

Description

Drehelastischer Rotationskörper.Torsionally elastic body of revolution.

Die Erfindung betrifft einen drehelastischen Rotationskörper, wie insbesondere eine elastische Wellenkupplung zur Verbindung rotierender Wellen, bestehend aus einem vorzugsweise polygonalen und faserverstärkten Polymerring mit an den Ecken zur alternierenden Befestigung der Wellenenden angeordneten Trägerelementen, wobei gegebenenfalls jedes zweite Trägerelement durch den Arm eines Nabensterns ersetzt sein kann sowie das Verfahren seiner Herstellung.The invention relates to a torsionally elastic body of revolution, such as in particular an elastic shaft coupling for connecting rotating shafts, consisting from a preferably polygonal and fiber-reinforced polymer ring with at the corners for alternating fastening of the shaft ends arranged carrier elements, wherein if necessary, every second carrier element is replaced by the arm of a hub star can be as well as the process of its manufacture.

Drehelastische Wellenkupplungen werden im Fahrbetrieb auf Verdrehung der beiden verbundenen Wellen zueinander belastet, so daß abwechselnd die eine Hälfte der die Trägerelemente verbindenden Polymersäulen auf Druck und die andere Hälfte der Polymersäulen entsprechend auf Zug belastet wird.Torsionally flexible shaft couplings are subject to torsion when driving of the two connected shafts are loaded to each other, so that one half alternates the polymer columns connecting the support elements on pressure and the other half the polymer columns is loaded accordingly on train.

Da bekanntlich die als Polymere hauptsächlich eingesetzten Elastomere stärker auf Druck als auf Zug zerstörungsfrei beanspruchbar sind, werden bei elastischen Wellenkupplungen Maßnahmen zur Erhöhung der Zugbekastbarkeit der Elastomersäulen durchgeführt. So werden elastische Wellenkupplungen unter radialer Druckvorspannung montiert, oder es werden die Elastomersäulen konstruktiv geändert. Diese Maßnahmen führen zwar zu sehr guten Verbesserungen der Zugbelastbarkeit und sie haben sich in der Praxis bewährt, sie reichen jedoch nicht für extreme Belastungen, wie sie im Fahrbetrieb auftreten können, völlig aus.As is well known, the elastomers mainly used as polymers are more resistant to pressure than to train non-destructively stressed, are elastic Shaft couplings Measures to increase the tensile capacity of the elastomer columns carried out. This is how elastic shaft couplings are subjected to radial compressive prestress mounted, or the elastomer columns are structurally changed. These measures lead to very good improvements in tensile strength and they have Tried and tested in practice, but they are not sufficient for extreme loads like them can occur while driving, completely.

Andererseits ris es auch bekannt, daß in die Elastomerkörper eingelagerte Fasern, Bänder oder Gewebe die Festigkeit wesentlich steigert. So werden beispielsweise nach der DE - OS 1 425 246 Fäden und Gewebebänder in den Elastomerkörper eingelagert, die schlingenartig und rundumlaufend um die Träger- körper gewickelt sind. In diesem Fall wird jedoch die Wellenkupplung so dreh- und biegesteif, daß insbesondere bei nur kleinen Verdrehbelastungen auftretende Schwingungen nicht mehr gedämpft werden. Deshalb werden beispielsweise nach der DE - PS 2 622 003 oder der DE - OS 2 705 598 elastische Hülsen als Trägerkörper verwendet, die aus einer äußeren und einer inneren Metallhülse und einer dazwischen angeordneten Elastomerfüllung bestehen. Das Elastomerkissen besorgt dann die Dämpfung bei kleinen Verdrehwinkeln, allerdings verbleibt dann auch noch ein relativ weiter nur schlecht gedämpfter Bereich zwischen kleinen und größeren Verdrehwinkeln, und die elastischen Trägerkörper sind relativ aufwendig und kostspielig herzustellen.On the other hand, ris it is also known that embedded in the elastomer body Fibers, tapes or fabrics that significantly increase strength. For example according to DE - OS 1 425 246 threads and fabric tapes embedded in the elastomer body, the loop-like and all-round around the carrier body wrapped are. In this case, however, the shaft coupling is so torsionally and flexurally rigid that In particular, vibrations no longer occur when there are only small torsional loads be dampened. Therefore, for example, according to DE-PS 2 622 003 or DE-OS 2 705 598 used elastic sleeves as a carrier body, which consists of an outer and an inner metal sleeve and an elastomer filling disposed therebetween exist. The elastomer cushion then takes care of the damping at small torsion angles, however, there then remains a relatively poorly damped area between small and larger torsion angles, and the elastic support bodies are relatively complex and expensive to manufacture.

Nach der DE.- OS 2 353 303 werden die Elastomerkörper mit kurzer Faser oder Faser mittlerer Länge verstärkt. Damit die Druckbelastbarkeit der Elastomersäulen in Umfangsrichtung erhöht wird, ohne die Biegsamkeit der Wellenkupplung wesentlich herabzusetzen, sind die Fasern in radialer Richtung zur Kupplungsachse ausgerichtet. Allerdings wird auf diese Weise die Zugbelastbarkeit der Elastomersäulen nicht wesentlich erhöht, insbesondere auch, weil die in radialer Richtung in den Elastomerkörper eingelagerten Fasern deren Haftung an den metallischen Trägerkörper herabsetzen.According to DE.-OS 2 353 303, the elastomeric bodies are made with short fibers or medium length fiber reinforced. Thus the pressure resistance of the elastomer columns is increased in the circumferential direction without significantly reducing the flexibility of the shaft coupling reduce, the fibers are aligned in the radial direction to the coupling axis. However, in this way the tensile strength of the elastomer columns is not essential increased, in particular because the in the radial direction in the elastomer body embedded fibers reduce their adhesion to the metallic carrier body.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen drehelastischen Rotationskörper, wie insbesondere eine elastische Wellenkupplung mit verbesserter Zugbelastbarkeit und ausreichender Verdrehsteifigkeit zu schaffen, so daß extreme Verdrehbelastungen nicht mehr zu Zerstörungen der auf Zug belasteten Elastomerkörper führen, während gleichzeitig Verdrehungen mit kleineren, mittleren und hohen Verdrehwinkeln übergangslos gedämpft werden. Das Herstellungs- verfahren soll zugleich einfach und kostensparend sein.The present invention is therefore based on the object torsionally elastic body of revolution, such as in particular an elastic shaft coupling to create with improved tensile strength and sufficient torsional rigidity, so that extreme torsional loads no longer cause destruction of those loaded on train Elastomeric bodies lead while at the same time twisting with smaller, medium-sized and high angles of rotation can be smoothly damped. The manufacturing procedure should be simple and cost-saving at the same time.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen drehelav stischen Rotationskörper gelöst, dessen Elastomerkörper aus ringförmig um die Trägerkörper gewickelten und faserverstärkten Elastomerschnüren besteht, in den die Fasern in tangentialer Richtung zur Achse des drehelastischen Rotationskörpers ausgerichtet sind. Die Fasern können die Länge der Elastomerschnüre besitzen, bevorzugt werden aber Fasern kurzer und / oder mittlerer Länge von bis zu 10 mm verwendet. Als Fasern können anorganische oder organische Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs, wie Asbestfasern, Glaswollfasern, Cellulosefasern, Polyamidfasern oder Polyimidfasern eingesetzt werden. Bevorzugt bestehen die Elastomerkörper aus in mehreren Lagen um die Trägerkörper gewickelten Elastomerschnüren, und die Lagen der Elastomerschnüre sind untereinander festhaltend verbunden.According to the invention, this object is achieved by a torsionally elastic body of revolution solved, the elastomer body made of annularly wound around the carrier body and consists of fiber-reinforced elastomer cords in which the fibers run in a tangential direction are aligned to the axis of the torsionally elastic body of revolution. The fibers can have the length of the elastomer cords, but fibers are shorter and preferred / or medium length of up to 10 mm used. Inorganic fibers can be used as fibers or organic fibers of natural or synthetic origin, such as asbestos fibers, Glass wool fibers, cellulose fibers, polyamide fibers or polyimide fibers are used. The elastomer bodies preferably consist of several layers around the carrier body wound elastomer cords, and the layers of the elastomer cords are one below the other firmly connected.

Zur bevorzugten Herstellung der erfindungsgemäßen drehelastischen Rotationskörper werden die Elastomerschnüre aus einer dafür üblichen Kautschukmischung mit entweder eingelagerten langen Fäden, oder mit 5 bis 50 %, vorzugsweise 15 - 30 % eingelagerter Fasern kurzer oder mittlerer Länge bis etwa 10 mm in paralleler Ausrichtung zur Schnurrichtung geformt und unter Druck in einem Ofen bis zur weitgehenden Formstabilität, aber einer noch plastischen Konsistenz, vorvulkanisiert. Mit diesen vorvulkanisierten Elastomerschnüren werden die drehelastischen Rotationskörper gewickelt, und in der Vulkanisierform unter Druck erfolgt dann die vollständige Vulkanisation bis zur gewünschten elastischen Endstufe. Unter dem Druck in der Vulkanisationsform werden die nebeneinanderliegenden Elastomerschnüre plastisch verformt, so daß sie hohlraumlos nebeneinander- liegen und bei der Vulkanisation erfolgt dann der feste Verbund der einzelnen Elastomerschnüre durch Zusammenvulkanisieren.For the preferred production of the torsionally elastic according to the invention The elastomer cords made of a rubber mixture customary for this purpose are rotational bodies with either embedded long threads, or with 5 to 50%, preferably 15 - 30% of stored fibers of short or medium length up to about 10 mm in parallel Alignment to the direction of the cord and shaped under pressure in an oven to the greatest possible extent Dimensional stability, but still plastic consistency, pre-vulcanized. With these pre-vulcanized elastomer cords, the torsionally elastic rotational bodies are wound, and then complete vulcanization takes place in the vulcanizing mold under pressure to the desired elastic output stage. Under the pressure in the vulcanization mold the adjacent elastomer cords are plastically deformed so that they void-less side by side and takes place during vulcanization then the firm bond of the individual elastomer cords by vulcanizing them together.

Die erfindungsgemäßen drehelastischen Rotationskörper sind durch ihre Fasereinlagen in tangentialer Ausrichtung soweit verstärkt, daß Zugbelastungen auch bei größeren Verdrehwinkeln keine Zerstörungen an den Elastomerkörpern hervorrufen können. Durch das erfindungsgemäße Verwenden von Elastomerschnüren in vorvulkanisiertem Zustand mit Fasereinlagen und das Wickeln um die Trägerkörper mit nachfolgender Endvulkanisation entsteht eine feste Bindung der Elastomerkörper an die Trägerkörper und beim Endvulkanisieren in der Form werden hohlraumlose Elastomerkörper mit festem Verbund der Elastomerschnüre untereinander gebildet. Durch das Zusammenwirken von Elastomeren und Faserverstärkung nebeneinander werden bei der Belastung im Betriebszustand Verdrehungen von kleineren bis zu größeren Verdrehwinkeln kontinuierlich gleichermaßen gedämpft. Die bevorzugt erfindungsgemäß hergestellten drehelastischen Wetenkupplungen sind durch die Fasereinlagen biegesteifer als Wellenkupplungen ohne Fasereinlagen. Dieser Nachteil kann aber in Kauf genommen werden, da die Wellenkupplungen in modernen Fahrzeugen mit Doppelgelenkachsen eingesetzt werden, bei denen größere Beugewinkel auftreten.The torsionally elastic rotational body according to the invention are by their Fiber inlays reinforced in tangential alignment so that tensile loads also Do not cause any damage to the elastomer bodies with larger angles of rotation can. The inventive use of elastomer cords in pre-vulcanized Condition with fiber inserts and the wrapping around the carrier body with subsequent Final vulcanization creates a firm bond between the elastomer body and the carrier body and during the end vulcanization in the mold, cavityless elastomeric bodies with solid Composite of the elastomer cords formed with one another. Through the interaction of Elastomers and fiber reinforcement are next to each other with the load in the operating state Twists from smaller to larger twist angles continuously and equally muffled. The torsionally flexible wet couplings preferably produced according to the invention are more rigid due to the fiber inserts than shaft couplings without fiber inserts. This disadvantage can be accepted, however, since the shaft couplings in modern Vehicles with double articulated axles are used, where larger articulation angles appear.

Wenn die Erfindung auch bevorzugt zur Herstellung elastischer Wellenkupplungen dient, so ist sie jedoch auch zur Herstellung anderer drehelastischer Rotationskörper, wie insbesondere von Drehschwingungstilgern, einsetzbar.If the invention is also preferred for the production of elastic shaft couplings is used, however, it is also used to manufacture other torsionally flexible rotational bodies, as in particular of torsional vibration absorbers, can be used.

Die Erfindung wird anhand der in den Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigt: Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wellenkupplung Figur 2 einen Längsschnitt durch die Wellenkupplung der Figur 1 in der Linie II - II Figur 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Wellenkupplung Figur 4 einen Querschnitt durch eine weitere Wellenkupplung Figur 5 einen Längsschnitt durch die Wellenkupplung der Figur 4 in der Linie Figur 6 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger.The invention is preferred based on the one shown in the figures Embodiments explained in more detail, namely shows: Figure 1 a Cross section through a shaft coupling according to the invention; FIG. 2 shows a longitudinal section through the shaft coupling of Figure 1 in the line II - II Figure 3 is a longitudinal section through a further shaft coupling; FIG. 4 shows a cross section through a further shaft coupling FIG. 5 shows a longitudinal section through the shaft coupling of FIG. 4 in the line of FIG 6 shows a cross section through a torsional vibration damper according to the invention.

In Figur 1 ist 1 eine elastische Wellenkupplung mit sechs an den Ecken eines polygonalen Elastomerringes angeordneten Trägerelementen 2. Um die Trägerelemente 2 sind nebeneinanderliegend drei Elastomerschnüre 3,4,5 mit der Faserverstärkung 6 aus kurzer Faser gewickelt. Die Elastomerschnüre 3,4,5 sind im vorpolymerisierten und noch plastischen Zustand um die Trägerelemente 2 gewickelt, so daß durch den Vulkanisationsprozeß in der Form die Elastomerschnüre 3,4,5 hohiraumlos unter fester Haftung nebeneinanderliegen.In Figure 1, 1 is a flexible shaft coupling with six at the corners a polygonal elastomer ring arranged carrier elements 2. To the carrier elements 2 there are three elastomer cords 3, 4, 5 with fiber reinforcement lying next to each other 6 wound from short fiber. The elastomer cords 3, 4, 5 are prepolymerized and still in the plastic state wrapped around the support elements 2, so that by the Vulcanization process in the form of the elastomer cords 3,4,5 hollow spaceless under solid Liability side by side.

Im Schnittbild der Figur 2 in der Schnittlinie II - II der Figur 1 sind die drei Elastomerschnüre 3,4,5 in radialer Richtung nebeneinanderliegend zu erkennen, die in insgesamt vier Lagen 7,8,9,10 axial übereinanderliegen. Die Abbildung zeigt den durch den Formgebungsprozeß erzielten festen und hohiraumlosen Verbund der sich berührenden Elastomerschnüre 3,4,5.In the sectional view of FIG. 2 in the section line II-II of FIG. 1 are the three elastomer cords 3, 4, 5 lying next to each other in the radial direction recognize that lie axially one above the other in a total of four layers 7,8,9,10. The illustration shows the solid and cavity-free bond achieved by the shaping process the touching elastomer cords 3,4,5.

In der Ausführungsform der Figur 3 sind analog jeweils drei Elastomerschnüre 11,12,13 in radialer Richtung nebeneinander in vier Lagen axial übereinander eingesetzt. Die Elastomerr schnüre 11,12,13 besitzen jeweils einen einvulkanisierten Fasen 14 von gleich großer Länge wie die Elastomerschnüre 11,12,13.In the embodiment of FIG. 3, there are three in each case Elastomer cords 11,12,13 inserted in the radial direction next to one another in four layers axially one above the other. The elastomer cords 11, 12, 13 each have a bevel 14 vulcanized into it of the same length as the elastomer cords 11, 12, 13.

In der Ausführungsform der Figuren 4 und 5 sind jeweils an den vier Ecken der Kupplungssäulen 18 vier Elastomerschnüre 14,15,16,17 um die Trägerkörper 2 gewickelt, während der Restkörper 19 aus faserfreiem Elastomer besteht.In the embodiment of Figures 4 and 5 are each on the four Corners of the coupling columns 18 four elastomer cords 14,15,16,17 around the carrier body 2 wound, while the remaining body 19 consists of fiber-free elastomer.

Der Drehschwingungstilger 20 der Figur 6 besteht aus einem Flanschring 21 zur Befestigung an einem Wellenende und einem Schwungring 22. Der zwischen Flanschring 21 und Schwungring. 22 liegende Elastomerring 23 dient zur Dämpfung der auftretenden Schwingungen und besteht aus drei nebeneinanderliegend-angeordneten Elastomerschnüren 24,25,26 mit der Faserverstärkung 27 aus kurzer Faser. Die Elastomerschnüre 24,25,26 sind im vorpolymerisierten und noch plastischen Zustand ringförmig in den Zwischenraum zwischen Flanschring 2t und Schwungring 22 angeordnet, so daß durch den Endvulkanisationsprozeß in der Form die Elastomerschnüre 24,25,26 miteinander und zum Flanschring 21 und Schwungring 22 einen festen Verbund bilden.The torsional vibration damper 20 of FIG. 6 consists of a flange ring 21 for attachment to a shaft end and a flywheel 22. The one between the flange ring 21 and swing ring. 22 lying elastomer ring 23 serves to dampen the occurring Vibrations and consists of three elastomer cords arranged side by side 24,25,26 with the fiber reinforcement 27 made of short fiber. The elastomer cords 24,25,26 are in the pre-polymerized and still plastic state in a ring in the space arranged between flange ring 2t and flywheel 22, so that through the end vulcanization process in the form of the elastomer cords 24,25,26 with each other and to the flange ring 21 and Flywheel 22 form a solid composite.

Claims (7)

Patentansprüche: 1. Drehelastischer Rotationskörper, wie insbesondere eine elastische Wellenkupplung zur Verbindung rotierender Wellen, bestehend aus einem vorzugsweise polygonalen und faserverstärkten Polymerring mit an den Ecken zur alternierenden Befestigung der Wellenenden angeordneten Trägerelementen, wobei gegebenenfalls jedes zweite Trägerelement durch den Arm eines Nabensterns ersetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerring aus ringförmig um die Trägerkörper ( 2 ) gewickelten Elastomerschnüren ( 3,4,5 ) besteht, in denen Fasereinlagen ( 6,14 ) in tangentialer Richtung zur Rotationsachse der Wellenkupplung ( 1 ) angeordnet sind. Claims: 1. Torsionally elastic body of revolution, such as in particular an elastic shaft coupling for connecting rotating shafts, consisting of a preferably polygonal and fiber-reinforced polymer ring with at the corners for alternating fastening of the shaft ends arranged carrier elements, wherein if necessary, every second carrier element is replaced by the arm of a hub star is, characterized in that the polymer ring is made in a ring around the carrier body (2) wound elastomer cords (3, 4, 5) in which fiber cores ( 6,14) arranged in a tangential direction to the axis of rotation of the shaft coupling (1) are. 2. Drehelastischer Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasereinlagen ( 14 ) die Länge der Elastomerschnüren ( 11,12,13 ) besitzen.2. Torsionally elastic rotational body according to claim 1, characterized in that that the fiber inserts (14) have the length of the elastomer cords (11,12,13). 3. Drehelastischer Rotationskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Elastomerschnüre ( 3,4,5 ) 5 - 50 % Fasern ( 6 ) kurzer bis mittlerer Länge von bis zu 10 mm eingelagert sind.3. Torsionally elastic rotational body according to claim 1, characterized in that that in the elastomer cords (3,4,5) 5 - 50% fibers (6) short to medium Length of up to 10 mm are stored. 4. Drehelastischer Rotationskörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern anorganischen und / oder organischen Ursprungs, synthetischer oder natürlicher Herkunft sind.4. Torsionally elastic rotational body according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the fibers of inorganic and / or organic origin, synthetic or of natural origin. 5. Drehelastischer Roationskörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerschnüre ( 3,4,5,11,12,13,14,15,16,17 ) hohlraumlos nebeneinanderliegen und un-tereinander haftfest verbunden sind.5. Torsionally elastic rotary body according to claims 1 to 4, characterized characterized in that the elastomer cords (3,4,5,11,12,13,14,15,16,17) have no voids lie next to one another and are firmly bonded to one another. 6. Verfahren zur Herstellung des drehelastischen Rotationskörpers nach den Ansprüchen 1 bis 5 durch Vorvulkanisieren der faserverstärkten Elastomerschnüre ( 3,4,5,11,12,13,14,15,16,17 ) zu einer noch plastischen Konsistenz, Wickeln der Elastomerschnüre um die Trägerelemente ( 2 ) und Vulkanisieren in einer Form unter Druck auf den gewünschten Vulkanisationsgrad.6. Process for the production of the torsionally elastic body of revolution according to claims 1 to 5 by pre-vulcanizing the fiber-reinforced elastomer cords (3,4,5,11,12,13,14,15,16,17) to a still plastic consistency, wrapping the Elastomer cords around the support elements (2) and vulcanize in a mold underneath Pressure on the desired degree of vulcanization. 7. Drehelastischer Rotationskörper, dadurch gekennzeichnet, daß der drehelastische Rotationskörper ein Drehschwingungstilger ist, bei dem zwischen Flanschring ( 21 ) und Schwungring ( 22 ) ein Elastomerring ( 23 ) angeordnet ist, der durch Einlegen einer oder mehrerer Lagen von vorvulkanisierten Elastomerschnüren ( 24,25, 26 ) mit Faserverstärkung ( 27 ) und anschließender Endvulkanisation in der Form unter Bildung eines festen Verbundes hergestellt ist.7. Torsionally elastic body of revolution, characterized in that the torsionally elastic rotational body is a torsional vibration damper, in which between the flange ring (21) and flywheel (22) an elastomer ring (23) is arranged through Insertion of one or more layers of pre-vulcanized elastomer cords (24, 25, 26) with fiber reinforcement (27) and subsequent end vulcanization in the mold is produced with the formation of a solid bond.
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