DE3518923C2 - Elastische Wellenkupplung - Google Patents

Description

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 Zwischen­ gliedern und dem Ring andererseits vorgesehenen korrespon­ dierenden 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 Ver­ bindung mit Nabe und Ring im Durchmesser viel Raum beanspru­ chen, 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 Kupplun­ gen mit ringscheibenförmigem Zwischenglied auf, wobei das Zwischenglied zumindest innen mit der Nabe oder einem Flansch­ ring zur Nabe vulkanisations- oder kleb-verbunden ist, wäh­ rend das Zwischenglied außen mit einer Verzahnung versehen sein kann, die in eine korrespondierende Verzahnung im In­ nern 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 Zwischen­ gliedes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Kupplung ausreichender Elastizität zu schaffen, deren Zwischenglieder leicht montiert, demontiert und ausgewech­ selt werden können. Ausgehend von den Kupplungen der er­ wähnten Ausbildung sind erfindungsgemäß die Zwischenglieder als Sektoren einer Ringscheibe mit aus radialer Richtung gleichsinnig verschwenkten, in ihrer Verlängerung in glei­ chem Abstand an der Mittenachse der Kupplung vorbei laufen­ den Sektorengrenzflächen ausgebildet, und es ist dabei die Verschwenkung entgegengesetzt zu der Verformung der Sekto­ rengrenzflächen unter dem zu übertragenden Drehmoment vor­ gesehen. Diese durch die Lage der Sektorengrenzflächen be­ stimmten Sektoren übertragen das Drehmoment bis zur Größe bei der die Sektorengrenzflächen in Radiallage treten, aus­ schließlich unter der für die Dauerhaltbarkeit des Zwischen­ gliedes 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 elasti­ schem 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 be­ kannt ist (DPS 683 122), so würde die unter der Schubbean­ spruchung des Zwischengliedes auftretende Translation der Faserschichten infolge der Unterbrechung bzw. dem Austritts der Fasern an den Stirnflächen der Sektorengrenzen zu einer Spannungserhöhung und zusammen mit der quer zu den Fasern auftretenden Zugbeanspruchung durch Längung des Faserver­ bandes zu Spannungskonzentrationen führen, die die Dauer­ haltbarkeit der Zwischenglieder herabsetzen und zum Einreis­ sen des Materials von den Stirnflächen der Sektorengrenzen her führen. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Kupp­ lung wird eine Längung des Faserverbandes entlang der Stirn­ flächen der Sektorengrenzen ausgeschlossen und eine Verkür­ zung des Faserverbandes bewirkt, durch die eine Druckspannung erzeugt und das Auftreten von Spannungskonzentration ver­ mieden.

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 an­ vulkanisierten, im Zentriwinkel mit den Zwischengliedern übereinstimmenden Segmenten von Innen- und Außenmanschetten versehen werden, die nach innen bzw. außen weisende Flan­ schen zur drehfesten Verbindung der Zwischenglieder mit der Nabe und dem Außenring der Kupplung aufweisen. Da nämlich die Innen- und Außenmanschetten ebenfalls in Sektoren auf­ geteilt sind, vermögen sie der Schrumpfung des Elastomers bei der Herstellung der Zwischenglieder zu folgen in die durch den Abstand der zentrischen Lochkreise zur Verbindung mit der Nabe und dem Ring gegebene Endform.

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 In­ nenmanschetten mit nach innen weisenden Flanschen zur drehfe­ sten Verbindung mit der Nabe der Kupplung versehen sind, wäh­ rend 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 Sek­ torengrenzen in sicherem Eingriff in die Verzahnung im Außen­ ring gehalten.

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 Na­ ben ausgeführt sind.

Fig. 2a zeigt eine Ansicht in Achsrichtung zum Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1a und

Fig. 2b zeigt eine Ansicht in Achsrichtung zum Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1b.

Fig. 3 zeigt im Achsialschnitt und

Fig. 4 in Ansicht in Achsrichtung ein weiteres Ausführungs­ beispiel mit einer Kupplungshälfte als Flanschaus­ führung.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a und Fig. 2a sowie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1b 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 Maschinen­ teil, beispielsweise dem Schwungrad eines Motors ausgebil­ det ist, ist der Außenring 2b mit einer Nabe 2c verbunden. Die Nabe 1 bildet die eine und der Außenring 2a (nach Fig. 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. 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 Außen­ ring 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 anvulkanisier­ ten Segmenten von Außenmanschetten 8 zur Verbindung mit dem Außenring 2a bzw. 2b versehen. Hergestellt sind die Man­ schettensegmente aus Ringen winkelförmigen Querschnitts, aus denen die Segmente herausgeschnitten werden und jeweils zu zweit mit ihren flanschbildenden Schenkeln gegeneinander­ gekehrt durch Punktschweißung miteinander verbunden werden. Der nach innen weisende Flansch 9 der Innenmanschettenseg­ mente 7 ist auf dem Lochkreis d mit deckungsgleich zu den Gewindelöchern 4 im Flansch 3 angebrachten Löchern verse­ hen, durch die Schrauben 10 zur Verbindung der Innenman­ schettensegmente 7 der Zwischenglieder 6 mit dem Flansch 3 der Nabe 1 in die Gewindelöcher 4 geschraubt werden. Gleicher­ maßen ist der nach außen weisende Flansch 11 der Außenman­ schettensegmente 8 auf dem Lochkreis D mit deckungsgleich zu den Gewindelöchern 5 im Außenring 2a bzw. 2b angebrach­ ten 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 zuneh­ mendem Durchmesser verjüngt ausgeführt, so daß in allen Bereichen ein etwa gleicher partieller Verdrehungswinkel bei etwa gleichen Schubbeanspruchungen unter der Wirkung des Drehmoments auftritt.

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 ρ verschwenkt sind, so daß deren Verlängerung in einem Abstand A an der Mitten­ achse X der Kupplung vorbeiläuft. Winkelmaß ρ und Richtung der Verschwenkung sind so gewählt, daß die Sektorengrenz­ flächen S unter der Belastung der Kupplung mit deren Normal­ drehmoment Md in die mit S′ bezeichnete Radiallage gelangen, wobei sich Länge L der Sektorengrenzfläche S des unbelaste­ ten Zwischengliedes 6 auf die Länge L′ der Sektorengrenz­ fläche S′ des vom anteiligen Normaldrehmoment belasteten Zwischengliedes 6 verkürzt. Dadurch werden Spannungskonzen­ trationen 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 Zu­ stand entgegen der Belastungsdrehrichtung um den Winkel α versetzt, der als Verdrehung der Kupplung unter dem Nor­ maldrehmoment auftritt.

Bei der Herstellung des Zwischengliedes 6 mit anvulkanisier­ ten 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 vorge­ sehenen Abstand einstellen.

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 Bezugs­ zeichen vorgesehen, die lediglich mit einem Beistrich ver­ sehen 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 Aus­ nehmungen 17 versehen, die Lücken einer Verzahnung bilden, in die korrespondierend Zähne 18 eingreifen, die im inneren des Außenringes 19 vorgesehen sind. Der Außenring 19 ist als Flanschring zu seiner Verbindung mit einem anderen Ma­ schinenelement (Schwungrad eines Motors oder dergl.) aus­ gebildet. Ein zusätzlicher Vorteil der versetzt zu Radial­ linien angeordneten Sektorengrenzen, die bei der Belastung der Zwischenglieder durch das Drehmoment eine Verkürzung erfahren, besteht darin, daß die außenverzahnten Zwischen­ glieder 16 fest in die Innenverzahnung im Außenring 19 gedrückt werden, womit eine Übertragung hoher Drehmomente sichergestellt ist.

Claims (4)

1. Elastische Wellenkupplung mit einer Nabe als einer und einem die Nabe in radialem Abstand umgebenden Ring als anderer Kupplungshälfte sowie zwischen beiden in einer Radialebene angeordneten Zwischengliedern aus hoch­ elastischem 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (6, 16) Sektoren einer Ringschei­ be mit aus radialer Richtung gleichsinnig verschwenkten, in ihrer Verlängerung in gleichem Abstand (A) an der Mittenachse (X) der Kupplung vorbei laufenden Sektoren­ grenzflächen (S) bilden und die Verschwenkung entgegen­ gesetzt zu der Verformung der Sektorengrenzflächen (S) unter dem zu übertragenden Drehmoment (Md) vorgesehen ist.

2. Elastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung der Sektorengrenzflächen (S) in einem solchen Ausmaß (ρ) vorgesehen ist, daß unter dem Normaldrehmoment (Md) der Kupplung die Sektorengrenz­ flächen (S′) in Radiallage treten.

3. Elastische Kupplung nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (6) mit anvulkanisierten, im Zentriwinkel mit den Zwischengliedern (6) übereinstim­ menden Segmenten von Innen- und Außenmanschetten (7,8) versehen sind, die nach innen bzw. nach außen weisende Flanschen (9, 11) zur drehfesten Verbindung der Zwischen­ glieder (6) mit der Nabe (1) und dem Außenring (2a, 2b) der Kupplung aufweisen.

4. Elastische Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (16) mit anvulkanisierten oder angeklebten, im Zentriwinkel mit den Zwischengliedern (16) übereinstimmenden Segmenten von Innenmanschetten (7′) mit nach innen weisenden Flanschen (9′) zur dreh­ festen Verbindung mit der Nabe (1′) der Kupplung verse­ hen sind, während sie am Außenrand mit einer Verzahnung (17) versehen sind und in eine korrespondierende Ver­ zahnung (18) im Innern des Außenringes (19) der Kupp­ lung drehfest eingreifen.