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Elastische Wellenkupplung
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Die Erfindung betrifft eine elastische Wellenkupplung mit einer Nabe
als einer und einem die Nabe in radialem Abstand umgebenden Ring als anderer Kupplungshälfte
sowie zwischen beiden in radialer Erstreckung angeordneten Zwischengliedern aus
hochelastischem Werkstoff (Elastomer), die mit der Nabe und dem Ring durch auf unterschiedlichen
Durchmessern an den Zwischengliedern und der Nabe einerseits und den Zwischengliedern
und dem Ring andererseits vorgesehenen korrespondierenden Mitteln drehfest verbunden
sind. Wellenkupplungen dieser Art sind in vielerlei Ausführung bekannt. Nachteil
dieser Kupplungen ist, daß sie bedingt durch die Anzahl der benötigten Zwischenglieder
und die Art ihrer drehfesten Verbindung mit Nabe und Ring im Durchmesser viel Raum
beanspruchen, eine sehr große Eigenmasse besitzen und sehr material-und kostenaufwendig
sind. Dies gilt auch für Kupplungen, deren Zwischenglieder mit anvulkanisierten
oder angeklebten Platten zur Verbindung mit den Kupplungshälften versehen sind (DPS
725 651). Eine kompakte Bauart weisen die Kupplungen mit ringscheibenförmigem Zwischenglied
auf, wobei das Zwischenglied zumindest innen mit der Nabe oder einem Flanschring
zur Nabe vulkanisations- oder kleb-verbunden ist, während das Zwischenglied außen
mit einer Verzahnung versehen
sein kann, die in eine korrespondierende
Verzahnung im Innern des Außenringes der Kupplung drehfest ein sitzen kann (DE-OS
29 42 874). Die Ausbildung des Zwischengliedes als geschlossene Ringscheibe erschwert
jedoch die Montage und Demontage und insbesondere das Auswechseln des Zwischengliedes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Kupplung ausreichender
Elastizität zu schaffen, deren Zwischenglieder leicht montiert, demontiert und ausgewechselt
werden können. Ausgehend von den Kupplungen der erwähnten Ausbildung sind erfindungsgemäß
die Zwischenglieder als Sektoren einer Ringscheibe mit aus radialer Richtung gleichsinnig
verschwenkten, in ihrer Verlängerung in gleichem Abstand an der Mittenachse der
Kupplung vorbeilaufenden Sektorengrenzflächen ausgebildet,und es ist dabei die Verschwenkung
entgegengesetzt zu der Verformung der Sektorengrenzflächen unter dem zu übertragenden
Drehmoment vorgesehen. Diese durch die Lage der Sektorengrenzflächen bestimmten
Sektoren übertragen das Drehmoment bis zur Größe bei der die Sektrorengrenzflächen
in Radiallage treten, ausschließlich unter der für die Dauerhaltbarkeit des Zwischengliedes
günstigen Schubbeanspruchung, weshalb gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
vorgesehen ist, das Ausmaß der Verschwenkung der Sektorengrenzflächen so vorzusehen,
daß die Sektorengrenzflächen in die Radiallage treten, wenn die Kupplung mit dem
Normaldrehmoment belastet ist. Würde bei einer Kupplung mit einem ringscheibenförmigen
elastischem Zwischenglied, wie diese schon lange zum Stande der Technik zählen (z.B.
GB-PS 258 333), das Zwischenglied in Sektoren aufgeteilt, wie dies an sich ebenfalls
lange bekannt ist (DPS 683 122), so würde die unter der Schubbeanspruchung
des
Zwischengliedes auftretende Translation der Faserschichten infolge der Unterbrechung
bzw. des Austritts der Fasern an den Stirnflächen der Sektorengrenzen zu einer Spannungserhöhung
und zusammen mit der quer zu den Fasern auftretenden Zugbeanspruchung durch Längung
des Faserverbandes zu Spannungskonzentrationen führen, die die Dauerhaltbarkeit
der Zwischenglieder herabsetzen und zum Einreissen des Materials von den Stirnflächen
der Sektorengrenzen her führen. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Kupplung
wird eine Längung des Faserverbandes entlang der Stirnflächen der Sektorengrenzen
ausgeschlossen und eine Verkürzung des Faserverbandes bewirkt, durch die eine Druckspannung
erzeugt und das Auftreten von Spannungskonzentration vermieden Die Ausbildung der
Zwischenglieder als Sektoren, wie sie die Erfindung vorsieht, macht es ferner möglich,
daß nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Zwischenglieder mit anvulkanisierten,
im Zentriwinkel mit den Zwischengliedern übereinstimmenden Segmenten von Innen-und
Außenmanschetten versehen werden, die nach innen bzw. außen weisende Flanschen zur
drehfesten Verbindung der Zwischenglieder mit der Nabe und dem Außenring der Kupplung
aufweisen. Da nämlich die Innen- und Außenmanschetten ebenfalls in Sektoren aufgeteilt
sind, vermögen sie der Schrumpfung des Elastomers bei der Herstellung der Zwischenglieder
zu folgen in die durch den Abstand er zentrischen Lochkreise zur Verbindung mit
der Nabe und dem Ring gegebene Endform.
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Die Ausbildung der Zwischenglieder als Sektoren, wie sie die Erfindung
vorsieht, ist ferner von Vorteil, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
die Zwischenglieder nur innen
mit einem anvulkanisiertem oder angeklebtem,
im Zentriwinkel mit den Zwischengliedern übereinstimmenden Segmenten von Innenmanschetten
mit nach innen weisenden Flanschen zur drehfesten Verbindung mit der Nabe der Kupplung
versehen sind, während sie am Außenrand mit einer Verzahnung versehen sind und in
eine korrespondierende Innenverzahnung des Außenringes der Kupplung eingreifen,
denn durch die an den Sektorengrenzen herrschende Druckspannung werden auch die
Zähne nahe den Sektorengrenzen in sicherem Eingriff in die Verzahnung im Außenring
gehalten.
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Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung: Fig. 1a
zeigt ein Ausführungsbeispiel im Achsialschnitt mit einer Kupplungshälfte als Flanschausführung;
Fig. 1b zeigt ein an sich gleiches Ausführungsbeispiel mit der Abwandlung, daß beide
Kupplungshälften als Naben ausgeführt sind.
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Fig. 2a zeigt eine Ansicht in Achsrichtung zum Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1a und Fig. 2b zeigt eine Ansicht in Achsrichtung zum Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1b.
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Fig. 3 zeigt im Achsialschnitt und Fig. 4 in Ansicht in Achsrichtung
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Kupplungshäfte als Flanschausführung.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a und Fig. 2a sowie im Ausführungsbeispiel
nach Fig. lb und Fig. 2b besteht die Kupplung aus einer Nabe 1 und einem die Nabe
1 in einem radialen Abstand umgebenden Außenring 2a (Fig. 1a und 2a) bzw. 2b (Fig.
1b und 2b). Während der Außenring 2a zur Verbindung (Flanschausführung) mit einem
anderen Maschinenteil, beispielsweise dem Schwungrad eines Motors ausgebildet ist,
ist der Außenring 2b mit einer Nabe 2c verbunden.
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Die Nabe 1 bildet die eine und der Außenring 2a (nach Fig.
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1a und 2a) bzw. der Außenring 2b mit der Nabe 2c (nach Fig. 1b und
2b) die zweite Kupplungshälfte. Ein Flansch 3 an der Nabe 1 ist mit auf einem inneren
Lochkreis d mit Gewindelöchern 4 versehen. Auf einem äußeren Lochkreis D ist der
Außenring 2a bzw. 2b mit Gewindelöchern 5 versehen.
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Der Flansch 3 der Nabe 1 und der Außenring 2a bzw. 2b sind drehfest
mit Zwischengliedern 6 verbunden, die den radialen Abstand zwischen der Nabe 1 mit
Flansch 3 und dem Außenring 2a bzw. 2b überbrücken und somit die Nabe 1 und den
Außenring 2a bzw. 2b, also die beiden Kupplungshälften elastisch miteinander verbinden.
Hierzu sind die Zwischenglieder 6 mit anvulkanisierten Segmenten von Innenmanschetten
7 zur Verbindung mit dem Flansch 3 der Nabe 1 und anvulkanisierten Segmenten von
Außenmanschetten 8 zur Verbindung mit dem Außenring 2a bzw. 2b versehen. Hergestellt
sind die Manschettensegmente aus Ringen winkelförmigen Querschnitts, aus denen die
Segmente herausgeschnitten werden und jeweils zu zweit mit ihren flanschbildenden
Schenkeln gegeneinandergekehrt durch Punktschweissung miteinander verbunden werden.
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Der nach innen weisende Flansch 9 der Innenmanschettensegmente 7 ist
auf dem Lochkreis d mit deckungsgleich zu den Gewindelöchern 4 im Flansch 3 angebrachten
Löchern versehen, durch die Schrauben 10 zur Verbindung der Innenmanschettensegmente
7
der Zwischenglieder 6 mit dem Flansch 3 der Nabe 1 in die Gewindelöcher 4 geschraubt
werden. Gleichermaßen ist der nach außen weisende Flansch 11 der Außenmanschettensegmente
8 auf dem Lochkreis D mit deckungsgleich zu den Gewindelöchern 5 im Außenring 2a
bzw. 2b angebrachten Löchern versehen, durch die Schrauben 12 zur Verbindung der
Außenmanschettensegmente 8 der Zwischenglieder 6 mit dem Außenring 2a bzw. 2b in
die Gewindelöcher 5 geschraubt werden. Der Querschnitt der Zwischenglieder 6 ist
abgesehen von Verbreiterungen in den Vulkanisationszonen mit zunehmendem Durchmesser
verjüngt ausgeführt, so daß in allen Bereichen ein etwa gleicher partieller Verdrehungswinkel
bei etwa gleichen Schubbeanspruchungen unter der Wirkung des Drehmoments auftritt.
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Die Zwischenglieder 6 sind Sektoren einer Ringscheibe des in den Fig.
1a und 1b dargestellten Querschnitts, wobei die Sektorengrenzflächen S nicht einer
Radiallinie folgen, sondern aus dieser um einen Winkel @ verschwenkt sind, so daß
deren Verlängerung in einem Abstand A an der Mittenachse X der Kupplung vorbeiläuft.
Winkelmaß # und Richtung der Verschwenkung sind so gewählt, daß die Sektorengrenzflächen
S unter der Belastung der Kupplung mit deren Normaldrehmoment Md in die mit S' bezeichnete
Radiallage gelangen, wobei sich Länge L der Sektorengrenzfläche S des unbelasteten
Zwischengliedes 6 auf die Länge L' der Sektorengrenzfläche S' des vom anteiligen
Normaldrehmoment belasteten Zwischengliedes 6 verkürzt. Dadurch werden Spannungskonzentrationen
an den Stirnflächen entlang der Sektorengrenzen vermieden, die bei einem Zwischenglied
mit im unbelasteten Zustand Radiallinien folgenden Sektorengrenzflächen durch
die
an diesen Flächen auftretende Längung und Zugspannung auftreten. Mit anderen Worten
sind Innen- und Außenkreis des sektorenförmigen Zwischengliedes im unbelasteten
Zustand entgegen der Belastungsdrehrichtung um den Winkel α versetzt, der
als Verdrehung der Kupplung unter dem Normaldrehmoment auftritt.
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Bei der Herstellung des Zwischengliedes 6 mit anvulkanisierten Innen-
und Außenmanschettensektoren 7 und 8 zeigt es sich als Vorteil, daß die Manschettensektoren
der Schrumpfung des Elastomers im Vulkanisationsprozeß derart folgen können, daß
sich die Lochkreise D und d im Endzustand auf den vorgesehenen Abstand einstellen.
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Die Kupplung nach den Fig. 3 und 4 entspricht grundsätzlich der Kupplung
nach den Fig. 1a und 2a bzw. 1b und 2b. Für die einander entsprechenden Teile sind
daher gleiche Bezugszeichen vorgesehen, die lediglich mit einem Beistrich versehen
sind (1', 3', 4', 7', 9', 10'). Auf eine Wiederholung der Beschreibung wird verzichtet
unter Hinweis auf die entsprechenden Beschreibungsteile zu den Fig. 1a, 2a, 1b,
2b. Die Zwischenglieder 16 sind an ihrem Außenrand mit Ausnehmungen 17 versehen,
die Lücken einer Verzahnung bilden, in die korrespondierend Zähne 18 eingreifen,
die im innern des Außenringes 19 vorgesehen sind. Der Außenring 19 ist als Flanschring
zu seiner Verbindung mit einem anderen Maschinenelement (Schwungrad eines Motors
oder dergl.) ausgebildet. Ein zusätzlicher Vorteil der versetzt zu Radiallinien
angeordneten Sektorengrenzen, die bei der Belastung der Zwichenglieder durch das
Drehmoment eine Verkürzung erfahren, besteht darin, daß die außenverzahnten Zwischenglieder
16 fest in die Innenverzahnung im Außenring 19 gedrückt werden, womit eine Ubertragung
hoher Drehmomente sichergestellt ist.